电子计算机体层扫描成像基本原理

CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器(analog/digitalconverter)转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素(voxel)，见图1-2-1。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵(digitalmatrix)，数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器(digital/analogconverter)把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素(pixel)，并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。

自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。于是，美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。1967年，英国电子工种师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。10月4日，医院用它检查了第一个病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后，放射诊断学上最重要的成就。因此，亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学或医学奖。而今，CT已广泛运用于医疗诊断上。

computedtomography，CT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是电子计算机X射线断层扫描技术简称。

CT的工作程序是这样的:它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。

CT设备主要有以下三部分:①扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成;②计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存运算;③图像显示和存储系统，将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。探测器从原始的1个发展到现在的多达4800个。扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定，发展到新近开发的螺旋CT扫描(spiralCTscan)。计算机容量大、运算快，可达到立即重建图像。由于扫描时间短，可避免运动产生的伪影，例如，呼吸运动的干扰，可提高图像质量;层面是连续的，所以不致于漏掉病变，而且可行三维重建，注射造影剂作血管造影可得CT血管造影(Ctangiography，CTA)。超高速CT扫描所用扫描方式与前者完全不同。扫描时间可短到40ms以下，每秒可获得多帧图像。由于扫描时间很短，可摄得电影图像，能避免运动所造成的伪影，因此，适用于心血管造影检查以及小儿和急性创伤等不能很好的合作的患者检查。

CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的象素按矩阵排列所构成。这些象素反映的是相应体素的X线吸收系数。不同CT装置所得图像的象素大小及数目不同。大小可以是1.0×1.0mm，0.5×0.5mm不等;数目可以是256×256，即65536个，或512×512，即262144个不等。显然，象素越小，数目越多，构成图像越细致，即空间分辨力(spatialresolution)高。CT图像的空间分辨力不如X线图像高。

CT图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度。因此，与X线图像所示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如含气体多的肺部;白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。但是CT与X线图像相比，CT的密度分辨力高，即有高的密度分辨力(densityresolutiln)。因此，人体软组织的密度差别虽小，吸收系数虽多接近于水，也能形成对比而成像。这是CT的突出优点。所以，CT可以更好地显示由软组织构成的器官，如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等，并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。

x线图像可反映正常与病变组织的密度，如高密度和低密度，但没有量的概念。CT图像不仅以不同灰度显示其密度的高低，还可用组织对X线的吸收系数说明其密度高低的程度，具有一个量的概念。实际工作中，不用吸收系数，而换算成CT值，用CT值说明密度。单位为Hu(Hounsfieldunit)。

水的吸收系数为10，CT值定为0Hu，人体中密度最高的骨皮质吸收系数最高，CT值定为+1000Hu，而空气密度最低，定为-1000Hu。人体中密度不同和各种组织的CT值则居于-1000Hu到+1000Hu的2000个分度之间。

CT图像是层面图像，常用的是横断面。为了显示整个器官，需要多个连续的层面图像。通过CT设备上图像的重建程序的使用，还可重建冠状面和矢状面的层面图像，可以多角度查看器官和病变的关系。

分平扫(plainCTscan)、造影增强扫描(contrastenhancement,CE)和造影扫描。

(一)平扫是指不用造影增强或造影的普通扫描。一般都是先作平扫。

(二)造影增强扫描是经静脉注入水溶性有机碘剂，如60%~76%泛影葡胺60ml后再行扫描的方法。血内碘浓度增高后，器官与病变内碘的浓度可产生差别，形成密度差，可能使病变显影更为清楚。方法分团注法、静滴法和静注与静滴法几种。

(三)造影扫描是先作器官或结构的造影，然后再行扫描的方法。例如向脑池内注入碘曲仑8~10ml或注入空气4~6ml行脑池造影再行扫描，称之为脑池造影CT扫描，可清楚显示脑池及其中的小肿瘤。

CT检查对中枢神经系统疾病的诊断价值较高，应用普遍。对颅内肿瘤、脓肿与肉芽肿、寄生虫病、外伤性血肿与脑损伤、脑梗塞与脑出血以及椎管内肿瘤与椎间盘脱出等病诊断效果好，诊断较为可靠。因此，脑的X线造影除脑血管造影仍用以诊断颅内动脉瘤、血管发育异常和脑血管闭塞以及了解脑瘤的供血动脉以外，其他如气脑、脑室造影等均已少用。螺旋CT扫描，可以获得比较精细和清晰的血管重建图像，即CTA，而且可以做到三维实时显示，有希望取代常规的脑血管造影。

CT对头颈部疾病的诊断也很有价值。例如，对眶内占位病变、鼻窦早期癌、中耳小胆指瘤、听骨破坏与脱位、内耳骨迷路的轻微破坏、耳先天发育异常以及鼻咽癌的早期发现等。但明显病变，X线平片已可确诊者则无需CT检查。

对胸部疾病的诊断，CT检查随着高分辨力CT的应用，日益显示出它的优越性。通常采用造影增强扫描以明确纵隔和肺门有无肿块或淋巴结增大、支气管有无狭窄或阻塞，对原发和转移性纵隔肿瘤、淋巴结结核、中心型肺癌等的诊断，均很在帮助。肺内间质、实质性病变也可以得到较好的显示。CT对平片检查较难显示的部分，例如同心、大血管重叠病变的显圾，更具有优越性。对胸膜、膈、胸壁病变，也可清楚显示。

心及大血管的CT检查，尤其是后者，具有重要意义。心脏方面主要是心包病变的诊断。心腔及心壁的显示。由于扫描时间一般长于心动周期，影响图像的清晰度，诊断价值有限。但冠状动脉和心瓣膜的钙化、大血管壁的钙化及动脉瘤改变等，CT检查可以很好显示。

腹部及盆部疾病的CT检查，应用日益广泛，主要用于肝、胆、胰、脾，腹膜腔及腹膜后间隙以及泌尿和生殖系统的疾病诊断。尤其是占位性病变、炎症性和外伤性病变等。胃肠病变向腔外侵犯以及邻近和远处转移等，CT检查也有很大价值。当然，胃肠管腔内病变情况主要仍依赖于钡剂造影和内镜检查及病理活检。

骨关节疾病，多数情况可通过简便、经济的常规X线检查确诊，因此使用CT检查相对较少。

CT可以做哪些检查吗?

1、头部:脑出血，脑梗塞，动脉瘤，血管畸形，各种肿瘤，外伤，出血，骨折，先天畸形等;

2、胸部:肺、胸膜及纵隔各种肿瘤，肺结核，肺炎，支气管扩张，肺脓肿，囊肿，肺不张，气胸，骨折等;

3、腹、盆腔:各种实质器官的肿瘤、外伤、出血，肝硬化，胆结石，泌尿系结石、积水，膀胱、前列腺病变，某些炎症、畸形等;

4、脊柱、四肢:骨折，外伤，骨质增生，椎间盘病变，椎管狭窄，肿瘤，结核等;

5、骨骼、血管三维重建成像;各部位的MPR、MIP成像等;

6、CTA(CT血管成像):大动脉炎，动脉硬化闭塞症，主动脉瘤及夹层等;

7、甲状腺疾病:甲状腺腺瘤、甲状腺腺癌等;

其他:眼科及眼眶肿瘤，外伤;副鼻窦炎、鼻息肉、肿瘤、囊肿、外伤等。

由于CT的高分辨力，可使器官和结构清楚显影，能清楚显示出病变。在临床上，神经系统与头颈部CT诊断应用早，对脑瘤、脑外伤、脑血管意外、脑的炎症与寄生虫病、脑先天畸形和脑实质性病变等诊断价值大。在五官科诊断中，对于框内肿瘤、鼻窦、咽喉部肿瘤，特别是内耳发育异常有诊断价值。

在呼吸系统诊断中，对肺癌的诊断、纵隔肿瘤的检查和瘤体内部结构以及肺门及纵隔有无淋巴结的转移，做CT检查做出的诊断都是比较可靠的。

在心脏大血管和骨骼肌肉系统的检查中也是有诊断价值的。

1，分辨率:是图象对客观的分辨能力，他包括空间分辨率，密度分辨率，时间分辨率。

2，CT值:在CT的实际应用中，我们蒋各种组织包括空气的吸收衰减值都与水比较，并将密度固定为上限+1000。将空气定为下限-1000，其它数值均表示为中间灰度，从而产生了一个相对的吸收系数标尺。

3，窗宽和窗位，窗位是指图像显示所指的CT值范围的中心。例如观察脑组织常用窗位为+35HU，而观察骨质则用+300-+600HU。窗宽指显示图像的CT值范围。例如观察脑的窗宽用100，观察骨的窗宽用1000。这样，同一层面的图像数据，通过调节窗位和窗宽，便可分别得到适于显示脑组织与骨质的两种密度图像。

4，部分容积效应::CT图像上各个像素的数值代表相应单位组织全体的平均CT值，它不能如实反映该单位内各种组织本身的CT值。在CT扫描中，凡小于层厚的病变，其CT值受层厚的病变，其CT值受层厚内其它组织的影响，所测出的CT值不能代表病变的真正的CT值:如在高密度组织中较小的低密度病灶，其CT值偏高;反之，在低密度组织中的较小的高密度病灶，其CT值偏低，这种现象称为部分容积效应。

5，噪声

因此，在日常生活中的人群里，如感觉到身体不适，还是应该及早到医院做检查，以明确诊断。做到早检查，早发现，早诊断，早治疗。

计算机断层扫描(CT)能在一个横断解剖平面上，准确地探测各种不同组织间密度的微小差别，是观察骨关节及软组织病变的一种较理想的检查方式。在关节炎的诊断上，主要用于检查脊柱，特别是骶髂关节。CT优于传统X线检查之处在于其分辨率高，而且还能做轴位成像。由于CT的密度分辨率高，所以软组织、骨与关节都能显得很清楚。加上CT可以做轴位扫描，一些传统X线影像上分辨较困难的关节都能在叮图像上"原形毕露"。如由于骶髂关节的关节面生来就倾斜和弯曲，同时还有其他组织之重叠，尽管大多数病例的骶髂关节用x线片已可能达到要求，但有时X线检查发现骶髂关节炎比较困难，则对有问题的病人就可做CT检查。

磁共振成像(MRI)是根据在强磁场中放射波和氢核的相互作用而获得的。磁共振一问世，很快就成为在对许多疾病诊断方面有用的成像工具，包括骨骼肌肉系统。肌肉骨骼系统最适于做磁共振成像，因为它的组织密度对比范围大。在骨、关节与软组织病变的诊断方面，磁共振成像由于具有多于CT数倍的成像参数和高度的软组织分辨率，使其对软组织的对比度明显高于CT。磁共振成像通过它多向平面成像的功能，应用高分辨的毒面线圈可明显提高各关节部位的成像质量，使神经、肌腱、韧带、血管、软骨等其他影像检查所不能分辨的细微结果得以显示。磁共振成像在骨关节系统的不足之处是，对于骨与软组织病变定性诊断无特异性，成像速度慢，在检查过程中。病人自主或不自主的活动可引起运动伪影，影响诊断。

X线摄片、CT、磁共振成像可称为三驾马车，三者有机地结合，使当前影像学检查既扩大了检查范围，又提高了诊断水平。