CT成像原理与临床应用

CT成像原理与临床应用

内容提要

❖CT发展概述

❖CT扫描仪的主要结构

❖CT成像的基本原理(重点、难点)

❖CT图像特点

❖影响CT图像的因素(重点)

❖CT检查方法与临床应用(难点)

❖CT诊断方法

❖CT诊断报告的书写规范

❖CT的新进展

CT发展概述

❖CT(computed tomography)即计算机断层摄影。

❖发明人:英国科学家Hounsfield。

❖发明时间:1969年设计成功,1972年公诸于世的。

❖突出特点:

▪就是X线成像与计算机技术相结合的产物。

▪就是横断面图像显示,没有重叠或重叠很少。

▪密度分辨率高,图像清晰,诊断准确。

❖CT问世的意义:大大扩展了影像检查的范围,就是影像诊断学发展史上的里程碑。Hounsfield因此获得了1979年诺贝尔奖。

CT的发展历程

2004年64层的螺旋CT问世(3D)

❖2002年16层的螺旋CT问世

❖2000年8层的螺旋CT问世

❖1998年4层螺旋CT应用于临床

❖1993年双排CT研制成功

❖1989年螺旋CT应用于临床

❖1983年电子束CT(EBCT)研制成功

❖1978年国内开始引进CT

❖1974年全身CT应用于临床

❖1972年CT正式应用于临床

CT发展史

——传统CT

❖CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途

❖第一代:平移/旋转一个直线形 4-5分/层头颅

❖第二代:平移/旋转几十个小扇形 18秒/层头腹

❖第三代:旋转/旋转几百个大扇形 2-4秒/层全身

❖第四代:旋转/固定几千个大扇形 1-4秒/层全身

❖第五代: 电子束CT

❖第六代: 螺旋CT

CT发展史

——传统CT

❖CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途

❖第一代:平移/旋转一个直线形 4-5分/层头颅

CT发展史

——传统CT

❖CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途

❖第二代:平移/旋转几十个小扇形 18秒/层头腹

CT发展史

——传统CT

❖CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途

❖第三代:旋转/旋转几百个大扇形 2-4秒/层全身

CT发展史

——传统CT

小结:X线成像与常规CT成像的异同点

相同点:X线、灰阶图像

不同点

X照片:X线穿透人体后在胶片上形成潜影,经显定影处理后得到X线图像。

CT成像:安装于扫描机架上的X线管发射X线,X线管与探测器环绕患者做机械性往复运动,X线穿透扫描层面后被探测器检测并转化为电流信号,再转化为数字信号,由计算机实现横断面图像重建。

CT发展史

——电子束CT 的概念

❖1982年设计成功。由电子枪发射电子束,经偏转线圈偏转,形成4束电子束同时打击钨靶,产生X线,并用于成像。其显著特点就是扫描速度快(可短到40ms/层),密度与空间分辨率高。主要用于心脏大血管病变检查。设备非常昂贵,国内装机量少。

CT发展史

——螺旋CT(spiral CT)

❖1989年问世的单层螺旋CT,就是在第三代或第四代CT的基础上,用滑环技术替代了高压发生器与球管之间的高压电缆线,向球管提供高电压,加上大热容量的球管与高速运算的计算机系统就构成。就是CT发展史上的一个里程碑。

螺旋扫描与常规步进扫描的区别

多层螺旋扫描示意图

4 X 3、75mm

CT装置的基本结构

CT成像的基本原理

❖CT即计算机断层摄影,就是经过准值器高度准值后的X线束绕人体某一部位作3600扫描,透过该层的X线由灵敏的检测器(detector)检测并经过光电转换器转换成电流信号,再经过A/D转换器转换为数字信号,计算机高速运算出该层面上各个基本成像单位—体素(voxel)的X线衰减值,由这些数据组成数字矩阵,再由D/A转换器将每个数字转换为黑白灰度不等的小方块—像素(pixel),按原有矩阵顺序排列,即构成了CT图像。

CT成像原理示意图

体素与像素

X线的衰减与衰减系数

X线的衰减与衰减系数

❖X线穿透人体后的衰减,遵从指数衰减规律:

I=I0e-μd。或者I n=I0*e-(μ1+μ2+μ3+…+μn)d I0为X线的入射强度,I为衰减后的X线强度,d为受检部位人体组织的厚度, μ为接受X线照射组织的线性吸收系数。

❖CT的成像过程,就就是求出扫描层面内每个体素(voxel)的衰减系数u的过程。

μ=1/d*lnI0/I 或者:

μ1+μ2+μ3+…+μn＝1/d*㏑I0 / I n

❖体素－衰减系数－像素越多,图像分辨率就越高。

举例说明求u值的过程

CT 图象特点1

❖CT 图象就是黑白灰阶图象

CT 图象特点2

❖CT 图象密度分辨率高

▪最大特点与优点。

▪影像越黑表示密度越低。

▪影像越白表示密度越高。

▪CT 的密度分辨率比平片高10~20 倍,

CT 图象特点3

❖CT图象密度可以量化

CT 图象特点4

❖CT图象就是横断成像

▪没有重叠,内部结构清晰;

▪可以再重组成灌状面与矢状面及任意斜面或曲面图象

影响CT图像的因素

¡ª¡ªＣＴ检查常用术语

❖矩阵(matrix)

❖象素(pixel)与体素(voxel)

❖原始数据(raw data)与显示数据(display data)

❖重建(reconstruction)与重组(recombination )

❖空间分辨率(Spatial Resolution)与密度分辨率(Density Resolution)

❖CT值(CT value)

❖窗宽(window width)与窗位(window level)

❖部分容积效应(partial volume effect)

❖伪影(artifact)

❖噪声(noise)

矩阵

❖矩阵(matrix):

▪矩阵表示一个纵横排列的数字阵列,因此也叫数字矩阵(digital matrix) 。

▪其中的每个数字代表扫描层内每个基本成像单位即体素(voxel)的X线衰减系数或吸收系数。

▪数字矩阵越大,像素越多,图像空间分辨率越高。

▪512×512＞256×256

体素与像素

❖体素(voxel):

▪CT图像实际上就是人体某一部位有一定厚度(如1mm,10mm等)的体层图像。将成像的体层分成按矩阵排列的若干个小的基本单元,这些基本单元称之为体素。

▪就是一个三维的概念。

❖象素(pixel):

▪一幅CT图像就是由很多按矩阵排列的小单元组成,这些组成图像的基本单元被称之为像素。

▪就是一个二维的概念。

▪像素越小,越能分辨图像的细节,即图像的分辨率越高。

原始数据与显示数据

❖原始数据(raw data)

▪CT扫描时,经准直的X线穿过人体某一层面后,探测器接收衰减后的X线信号,经放