CT檢查與診斷技術(shù)

第一章總論池州市人民醫(yī)院影像教研室錢彬1編輯版ppt教學(xué)內(nèi)容與要求熟悉CT成像技術(shù)發(fā)展及臨床應(yīng)用范圍熟悉CT檢查基本步驟與方法熟悉CT診斷方法掌握CT圖像后處理及質(zhì)量控制技術(shù)理解CT有關(guān)基本概念了解CT成像技術(shù)原理2編輯版ppt第一節(jié)CT成像技術(shù)概述CT（computedtomography）：計(jì)算機(jī)X線斷層成像X線體層成像技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物CT的發(fā)明彌補(bǔ)了X線平片密度分辨率低、影像重疊的不足，是放射學(xué)里程碑式的重大發(fā)明，使得影像學(xué)進(jìn)入了一個全新的階段3編輯版ppt一、CT成像技術(shù)發(fā)展史1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線1917年奧地利數(shù)學(xué)家Radon圖像重建理論的數(shù)學(xué)方法1971年英國科學(xué)家Hounsfield發(fā)明了第一臺頭CT1974年美國工程師Ledley設(shè)計(jì)出第一臺全身CT1989年單層螺旋CT發(fā)明并在臨床應(yīng)用，是CT影像學(xué)的一場真正技術(shù)革命1998年在北美放射年會上推出的多層螺旋CT（MSCT）帶來了CT的又一次技術(shù)革命2009年能譜CT的出現(xiàn)，使得CT從功能水平診斷疾病成為可能，4編輯版pptCT發(fā)展史CT一經(jīng)問世，就進(jìn)入迅速發(fā)展的快車道，技術(shù)在不斷更新?lián)Q代1972年CT正式應(yīng)用于臨床

1974年全身CT應(yīng)用于臨床

1978年國內(nèi)開始引進(jìn)CT1983年電子束CT（EBCT）研制成功

1989年螺旋CT應(yīng)用于臨床

1993年雙排CT研制成功

1998年4排螺旋CT應(yīng)用于臨床

2000年采集8層的螺旋CT問世

2002年采集16層的螺旋CT問世

2004年采集64層的螺旋CT問世5編輯版pptCT發(fā)展第一代CT機(jī)X線筆形線束平移-旋轉(zhuǎn)方式（機(jī)架直線平移）探測器單個或數(shù)個（直線排列）先一次平移、后旋轉(zhuǎn)1度，采集160個數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)180度，共得到28800個數(shù)據(jù)一幅圖像約需5min一次檢查約需35min射線利用率低，偽影難以避免應(yīng)用范圍：頭顱6編輯版pptCT發(fā)展第二代CT機(jī)狹扇形X射線束，扇角15?！?0。平移-旋轉(zhuǎn)方式探測器10-30個（直線排列）先平移，后旋轉(zhuǎn)（扇角度數(shù)）一幅圖像需時20～60s采樣精確性增加，圖像質(zhì)量改善；由于探測器直線排列、扇形X線束，致中心與邊緣測量值不相等，圖像需校準(zhǔn)應(yīng)用范圍：頭顱7編輯版pptCT發(fā)展第三代CT機(jī)廣角扇形X射線束，30?！?5。旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)方式探測器數(shù)目300-800個（扇形排列）一幅圖像需時約5s應(yīng)用范圍：全身（心臟除外）優(yōu)點(diǎn)：X線利用率提高；不需平移缺點(diǎn)：探測器穩(wěn)定性較差，容易引起采樣不足，需要校正；否則易產(chǎn)生環(huán)形偽影8編輯版pptCT發(fā)展第四代CT機(jī)扇束形X線，扇角50。～90。固定-旋轉(zhuǎn)方式(探測器固定，球管旋轉(zhuǎn))探測器數(shù)目600-2000個（固定在四周）一幅圖像約需2s應(yīng)用范圍：全身特點(diǎn)：掃描時間短，圖像更清晰,探測器穩(wěn)定性要求降低缺點(diǎn)：不能用后準(zhǔn)直器消除散射現(xiàn)象；探測器數(shù)目太多，浪費(fèi)（淘汰）9編輯版pptCT發(fā)展第五代CT（電子束CT）電子束掃描、動態(tài)空間掃描掃描時間約10ms應(yīng)用范圍：心肺等動態(tài)器官缺點(diǎn)：昂貴，圖像信噪比差；已淘汰10編輯版pptCT機(jī)分代按照其問世時間先后劃分并不說明后者一定優(yōu)于并取代前者早期第三代CT，X線管電源和探測器信號通過電纜傳輸（非螺旋）后來采用滑環(huán)技術(shù)傳輸電源和數(shù)據(jù)信號盡管這五代CT機(jī)都已淘汰，但了解各代CT機(jī)性能構(gòu)造，對學(xué)習(xí)當(dāng)今CT的技術(shù)原理有所幫助目前的螺旋CT都運(yùn)用了第三代CT技術(shù)的基本設(shè)計(jì)11編輯版ppt二、CT成像技術(shù)臨床應(yīng)用評價臨床應(yīng)用價值真正的斷面圖像，組織結(jié)構(gòu)無重疊軟件后處理，獲得診斷所需多方位圖像用于高危人群的健康篩查、疾病隨訪、治療效果評價密度分辨率明顯高于常規(guī)X線檢查定位、定量、定性分析CT介入、功能成像檢查方便，無創(chuàng)傷臨床應(yīng)用局限性空間分辨率低于X線攝影密度分辨率低于MRI時間分辨率不及DSA輻射損傷CT檢查費(fèi)用較貴12編輯版ppt三、CT成像技術(shù)新進(jìn)展CT技術(shù)性能的進(jìn)步覆蓋面積更寬：探測器排數(shù)增加（128、256、320排）機(jī)架旋轉(zhuǎn)一周，可以覆蓋單個器官掃描速度更快：機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)床速度；全身掃描最快可小于5秒，可不屏氣；危重病人，兒童等分辨率更高：各向同性高分辨率：Z軸空間分辨率：薄層

X/Y平面空間分辨率：多種因素密度分辨率：圖像噪聲水平輻射劑量更低：管電流自動調(diào)制、管電壓智能選擇、屏蔽、過濾等13編輯版pptCT技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)展心臟成像：冠心病篩查灌注成像：缺血評估能量成像：雙能量掃描（不同管電壓）、物質(zhì)定性分析和定量測定14編輯版ppt第二節(jié)、CT成像原理一、CT成像物理學(xué)基礎(chǔ)1、均勻物質(zhì)對X射線吸收規(guī)律X射線通過物質(zhì)時，其強(qiáng)度I是隨物質(zhì)的厚度x按指數(shù)規(guī)律衰減X：通過物質(zhì)的厚度I：通過物質(zhì)后的強(qiáng)度I。：入射X射線強(qiáng)度U：該物質(zhì)的X射線吸收系數(shù)U越大、X射線衰減越大15編輯版ppt2、X線通過非均勻物質(zhì)μ1μ2μ3……I。InμnX線通過的組織分割成許多小單元，每個小單元稱為體素每個體素衰減系數(shù)相加，求出衰減系數(shù)之和（u）為方便醫(yī)學(xué)使用，英國工程師Hounsfield定義了CT值的概念I(lǐng)。16編輯版pptCT值CT值表達(dá)組織密度的統(tǒng)一單位CT值的單位是Hu以水的吸收系數(shù)（uW=1）為標(biāo)準(zhǔn)，K=1000，為分度因子

水骨空氣μ1.02.00CT值0+1000—100017編輯版ppt二、CT成像基本原理高電壓作用于X線管發(fā)出的X線束（光信號）對人體檢查部位進(jìn)行斷面掃描探測器接收某層面吸收后剩余的X射線經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成電信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)儲存和計(jì)算得到該層面各單位容積（體素）的X線吸收值經(jīng)數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換成CT圖像顯示設(shè)備顯示圖像CT成像的本質(zhì)是衰減系數(shù)成像（u成像）18編輯版ppt示意圖19編輯版ppt掃描20編輯版ppt狹束X射線的獲取準(zhǔn)直器：允許X射線通過的細(xì)長狹窄通道X管一側(cè)的準(zhǔn)直器用于減少伴影的作用；探測器一側(cè)的準(zhǔn)直器用于減少散亂射線，并限定斷層厚度21編輯版ppt探測器接收經(jīng)人體某層面吸收后剩余的X射線將光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入計(jì)算機(jī)22編輯版ppt圖像重建光信號電信號數(shù)字信號灰階圖像重建23編輯版ppt三、CT圖像相關(guān)概念圖像矩陣（matrix）二維方式排列的陣列（縱橫排列）矩陣越大，像素越多，圖像質(zhì)量越高一幅CT圖像可以用mxn矩陣表示目前常用的矩陣：256x256512x5121024x1024如：512x512=262144個像素24編輯版ppt體素和像素體素（voxel）能被CT掃描的最小體積單元長、寬、高（層厚）像素（pixel）CT圖像的最小單元圖像矩陣的基本單元與體素相對應(yīng)，是一定大小的體素在CT圖像上的二維表現(xiàn)多排螺旋CT實(shí)現(xiàn)了各向同性，即像素在長寬高三個方向上一致25編輯版ppt重建原始數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算、函數(shù)運(yùn)算、數(shù)模轉(zhuǎn)換得到一幅用于診斷的CT圖像以上處理過程稱為重建26編輯版ppt灰階圖像矩陣中每個像素的不同CT值經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的不同亮度的信號將白色到黑色之間的灰度分成若干個等級27編輯版ppt部分容積效應(yīng)同一層面中，垂直厚度內(nèi)如果有兩種以上不同密度組織相互重疊，所獲得的密度不能如實(shí)反映其中的任何一種組織28編輯版ppt螺距（pitch）螺旋掃描中，球管旋轉(zhuǎn)一周，掃描床移動距離與準(zhǔn)直器寬度之比準(zhǔn)直器寬度指層厚，螺距=球管旋轉(zhuǎn)360度床移動距離/層厚使用小螺距可提高圖像質(zhì)量，但增加了病人曝光劑量29編輯版ppt第三節(jié)、CT數(shù)據(jù)采集方式非螺旋CT螺旋CT：滑環(huán)技術(shù)掃描床勻速平移X線管連續(xù)曝光旋轉(zhuǎn)快速容積掃描30編輯版ppt螺旋CT與非螺旋CT比較常規(guī)CT間隔式掃描螺旋CT容積掃描軌跡呈螺旋形31編輯版ppt螺旋CT與非螺旋CT比較螺旋CT優(yōu)點(diǎn)：提高了掃描速度，一次屏氣完成掃描容積掃描，避免了小病灶的遺漏任意回顧性重建時間分辨率提高32編輯版ppt螺旋CT掃描單排旋轉(zhuǎn)一周一幅圖像多排旋轉(zhuǎn)一周多幅圖像33編輯版ppt多排螺旋CT（MSCT）與單排螺旋CT的主要區(qū)別是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的改進(jìn)核心是探測器陣列和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）探測器在Z軸（人體長軸）方向上的排列從一排到幾排甚至幾百排（2、4、8、16、64、128、256、320）探測器的排列方式：等寬型、非等寬型等寬型：組合靈活、層厚改變方便非等寬型：數(shù)目較少，對X線吸收較少，X線利用率較高單層探測器多層探測器X光管X光管34編輯版ppt探測器排數(shù)越多越好嗎一般排數(shù)越多，探測器寬度越寬，一次掃描完成的范圍越大排數(shù)越多，檢查時間越短，越有利于運(yùn)動部位的檢查，如：心臟對于其他部位檢查，差別不大，都能滿足診斷需要35編輯版ppt等寬型和非等寬型探測器16排，等寬型（a）34排，非等寬型（b）8排，非等寬型（c）36編輯版ppt電子開關(guān)位于探測器后面控制探測器的不同組合將采集的信號傳輸給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）選層探測器的不同組合后準(zhǔn)直器遮蓋作用37編輯版ppt數(shù)據(jù)采集通道（DAS）MSCT根據(jù)所選層厚不同，可將多排螺旋CT組合成不同的n組，構(gòu)成n組數(shù)據(jù)采集通道每個通道的數(shù)據(jù)代表同一個Z軸方向的相鄰n層的數(shù)據(jù)采集，它可能來自一個探測器排，也可能是幾個探測器排的數(shù)據(jù)相加n組采集通道在掃描過程中，同時分別對各自連接的探測器接收的X線所產(chǎn)生的電信號進(jìn)行采集、輸出數(shù)據(jù)采集通道數(shù)目（DAS）決定機(jī)架旋轉(zhuǎn)一周時同步采集圖像的層數(shù)38編輯版ppt準(zhǔn)直器39編輯版ppt8排非對稱型探測器陣列后準(zhǔn)直器遮蓋1.5mm的0.5mm，加上中間1mm，可得到4幅1mm圖像2.5mm5mm1.5mm1mmDAS（四個數(shù)據(jù)采集通道）40編輯版ppt8排非對稱型探測器陣列

后準(zhǔn)直器開放10mm，分別將1mm、1.5mm兩個探測器組合到一個通道，連同兩側(cè)得到4幅2.5mm圖像5mm2.5mm1.5mm1mmDAS（四個數(shù)據(jù)采集通道）41編輯版ppt8排非對稱型探測器陣列后準(zhǔn)直器開放20mm，將1mm、1.5mm、2.5mm三個探測器組合成一個通道，連同兩側(cè)，可得到4幅5mm圖像5mm2.5mm1.5mm1mmDAS（四個數(shù)據(jù)采集通道）42編輯版ppt第四節(jié)、CT圖像重建人體組織吸收系數(shù)u重建（投影數(shù)據(jù)）計(jì)算機(jī)處理投影數(shù)據(jù)重建圖像二維分布灰階圖像43編輯版ppt圖像重建的物理基礎(chǔ)X線在通過物質(zhì)時其強(qiáng)度按指數(shù)形式衰減體素：能被CT掃描的最小體積單元像素：一定大小的體素在CT圖像上的二維表現(xiàn)，CT圖像的最小單元圖像矩陣：二維方式排列的陣列，基本單元是像素像素的物理意義：代表組織的吸收系數(shù)（u）或CT值44編輯版pptCT圖像重建方法理論基礎(chǔ)：二維或三維物體能夠通過其無限多個投影來確定（1917年數(shù)學(xué)家雷頓Radon）直接矩陣法（解方程法）反投影法濾波反投影法（卷積法）傅里葉變換法45編輯版ppt第五節(jié)、CT圖像后處理一、簡單的圖像處理功能（一）窗口技術(shù)人體組織在CT上表現(xiàn)為2000個不同的灰度（-1000至+1000），人眼不能分辨出如此微小的差別，一般只能分辨出16個灰度，當(dāng)兩種組織的CT值相差125HU（2000/16=125）以上時，人眼才能分辨，而人體組織的CT值多數(shù)相差不足125HU。為了提高組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的顯示，使CT值差別小的組織能分辨，CT機(jī)在設(shè)計(jì)上引入窗寬（WW）與窗位（WL）進(jìn)行調(diào)整，稱為窗口技術(shù)。46編輯版ppt窗寬（WW）CT圖像上所包含的CT值范圍在此CT值范圍內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)按其密度高低從白到黑分為16個灰階供觀察對比。如：窗寬80HU，則其CT值差別在5HU（80/16=5）以上即可分辨窗寬的寬窄直接影響圖像的對比度和清晰度，窗寬越大，圖像越光滑，邊緣越模糊，適用于分辨率差別較大的組織，如肺組織。相反，適用于分辨率差別較小的組織?？v膈窗窗寬：35047編輯版ppt窗位（WL）窗寬上下限的平均數(shù)，即CT值的中心由于不同組織的CT值不同，窗位的選擇應(yīng)大致相當(dāng)于目標(biāo)組織的CT值，窗位越大，圖像越黑；反之越白肺窗窗位：-60048編輯版ppt（二）、幾何測量技術(shù)距離角度面積體積CT值:判斷病變的性質(zhì)了解病變的血供49編輯版ppt二、高級圖像后處理技術(shù)多平面重組（MPR）曲面重組CPR）最大/小密度投影（MIP、MinIP）表面陰影顯示（SSD）容積再現(xiàn)（VR）仿真內(nèi)鏡（VE）50編輯版ppt多平面重組MPR）從原始斷面圖像上獲得矢狀面、冠狀面及任意斜面的二維圖像重建方法適用全身組織器官的形態(tài)學(xué)改變，尤其對判斷頸部、顱底、肺門、縱膈、腹部、血管等解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的病變性質(zhì)、侵犯范圍、毗鄰關(guān)系，小骨折碎片、膽道、輸尿管結(jié)石的定位具有明顯優(yōu)勢51編輯版pptMPR52編輯版ppt曲面重組（CPR）特殊的MPR重建技術(shù)將人體內(nèi)曲面結(jié)構(gòu)的組織，如強(qiáng)化的血管、輸尿管、膽管、牙齒、脊柱等全程展示的一種重建方法顯示輸尿管全程及結(jié)石53編輯版ppt最大密度投影（MIP）利用容積數(shù)據(jù)中在視線方向上密度最大的全部像元值成像的投影技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：顯示高密度結(jié)構(gòu)（碘對比劑、鈣化、肺小結(jié)節(jié)）缺點(diǎn)：信息丟失較多，不適合精細(xì)結(jié)構(gòu)觀察應(yīng)用：肺小結(jié)節(jié)檢出、觀察血管、輸尿管走形等54編輯版pptMIP55編輯版ppt最小密度投影（MinIP）利用容積數(shù)據(jù)中在視線方向上密度最小的像元值成像的投影技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：顯示低密度結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：信息丟失較多，不適合精細(xì)結(jié)構(gòu)觀察應(yīng)用：肺內(nèi)氣體潴留評價、大氣道、支氣管樹、胃腸道等中空結(jié)構(gòu)病變的觀察56編輯版ppt表面陰影顯示（SSD）通過選定的閾值，確定容積數(shù)據(jù)中物體的表面幾何信息，運(yùn)用虛擬光源加上明暗陰影，呈現(xiàn)立體感較強(qiáng)的三維成像技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：顯示立體結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：僅利用表面數(shù)據(jù)，信息丟失較多應(yīng)用：骨骼、血管、氣道和膽囊等中空器官57編輯版pptSSD58編輯版ppt容積再現(xiàn)（VR）對全部容積數(shù)據(jù)進(jìn)行遮蓋成像是目前MSCT三維圖像后處理中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一優(yōu)點(diǎn)：顯示立體結(jié)構(gòu)，美觀，應(yīng)用廣泛缺點(diǎn)：信息丟失量大，不適合精細(xì)結(jié)構(gòu)觀察應(yīng)用：各類三維重建59編輯版pptVR60編輯版pptVR61編輯版ppt仿真內(nèi)鏡（VE）腔內(nèi)重建技術(shù)，并依靠導(dǎo)航技術(shù)模擬纖維光學(xué)內(nèi)鏡觀察腔內(nèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：無創(chuàng)、顯示呼吸道、腸道、鼻竇、血管內(nèi)等表面結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：適用范圍有限，不能活檢、檢查前準(zhǔn)備應(yīng)用：仿真結(jié)腸鏡、胃鏡、氣管鏡等62編輯版pptVEVE結(jié)腸鏡63編輯版ppt第六節(jié)、CT圖像質(zhì)量CT圖像質(zhì)量的優(yōu)劣，影響影像診斷的準(zhǔn)確性獲得優(yōu)質(zhì)圖像，以下三個方面：圖像質(zhì)量的評價指標(biāo)影響圖像質(zhì)量的技術(shù)因素圖像質(zhì)量的控制方法64編輯版ppt一、CT圖像質(zhì)量的評價指標(biāo)利用某些特殊的檢測工具，運(yùn)用物理學(xué)原理，對圖像質(zhì)量進(jìn)行評價（客觀評價）噪聲密度分辨率空間分辨率偽影65編輯版ppt噪聲均勻物質(zhì)成像時，圖像矩陣中各像素值的隨機(jī)誤差，直接影響密度分辨率，（采樣過程中接收到的某些干擾正常信號的信息）圖像表現(xiàn)：斑點(diǎn)、細(xì)粒、網(wǎng)紋、雪花點(diǎn)產(chǎn)生原因：量子噪聲（主要原因）：掃描劑量不足電子噪聲：探測器的性能圖像重建過程通過掃描水模測得劃定感興趣區(qū)中CT值的標(biāo)準(zhǔn)差表示（SD）66編輯版ppt密度分辨率（低對比度分辨率）在低對比度條件下，從背景中辨別最小物體的能力反映圖像能分辨的最小密度差別衡量軟組織對比度的重要指標(biāo)表示方法：例如：o.35%，5mm，o.35Gy

表示：物體直徑5mm，病人接收劑量o.35Gy

密度分辨率為o.35%影響因素：噪聲（掃描劑量），窗口技術(shù)像素越大，層厚越厚，密度分辨率越高67編輯版ppt68編輯版ppt空間分辨率（高對比度分辨率）在高對比度條件下，圖像區(qū)分物體空間大小的能力評價CT系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)影響因素：X/Y平面空間分辨率：X線焦點(diǎn)大小、X射線束的寬度、探測器單元孔徑與間距、焦點(diǎn)與探測器距離、重建方法、矩陣等Z軸空間分辨率：層厚表示方法：LP/cm（每厘米線對）像素越小，層厚越薄，空間分辨率越高69編輯版ppt70編輯版ppt偽影掃描過程中，由于某些因素導(dǎo)致CT圖像中不存在而出現(xiàn)在CT圖像中干擾圖像種類：設(shè)備引起的偽影：性能差、故障病人造成的偽影：運(yùn)動、異物偽影種類：或明或暗的條狀、帶狀、環(huán)狀、其他形狀71編輯版ppt與設(shè)備有關(guān)的偽影部分容積效應(yīng)：病變直徑小于層厚72編輯版ppt線束硬化偽影X射線原因73編輯版ppt條紋噪聲偽影光子量不足74編輯版ppt環(huán)狀和帶狀偽影：采集通道數(shù)據(jù)差異75編輯版ppt與病人有關(guān)的偽影運(yùn)動偽影76編輯版ppt金屬偽影77編輯版ppt二、技術(shù)因素對CT圖像質(zhì)量的影響曝光條件：管電壓、管電流、曝光時間準(zhǔn)直寬度和采集層厚：層厚越窄、空間分辨率越高、部分容積效應(yīng)越小、但噪聲增加、密度分辨率下降；反之亦然螺距：螺距越小，圖像質(zhì)量越高、時間分辨率下降、接收劑量增加重建矩陣：重建矩陣越大、空間分辨率增加、密度分辨率下降重建層厚和重建間隔：重建間隔小于重建層厚，可顯示更多的細(xì)節(jié)卷積核：重建算法（平滑、標(biāo)準(zhǔn)、高分辨率）78編輯版ppt三、CT圖像的質(zhì)量控制保證和控制影像質(zhì)量符合診斷要求：質(zhì)控質(zhì)量保證（QA）質(zhì)量控制（QC）79編輯版pptCT質(zhì)量控制內(nèi)容對X射線成像設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行性能檢測和監(jiān)測維護(hù)的技術(shù)方法CT值線性檢測CT值均勻性檢測非螺旋掃描層厚檢測CT輻射劑量檢測80編輯版ppt第七節(jié)、CT檢查技術(shù)CT檢查適應(yīng)癥（全身各部位）顱腦頭頸部胸部腹