CT成像的基本原理..doc

CT成像的基本原理

佛山中医院医疗设备科 (2003-12-6)

一、CT（Computed Tomography）电子计算机体层扫描概述

电子计算机产生之后，给人们的工作生活带来了极大的便利，同时为了减少人为失误，很多东西都采用计算机进行精确控制，在医学领域更不例外。CT的产生是医学影像学划时代的进展，其实用价值已为中外医学界所共识。自从1972年头部CT正式应用于临床，1976年发展了体部CT后，我国也在70年代末引

进了这一新技术。在短短的二十年里，全国各地乃至县镇级医院共安装了各种型号的CT数以千台，CT检查在全国范围内迅速地展开，成为医学诊断不可或缺的设备。

随着微电子工业和计算机技术的飞速发展，CT机产品日新月异，每隔三至五年便推出一种更新的产品。一般临床所提及的CT，指的是以X光为放射源所建立的断层图像，称为X光CT。事实上，任何足以造成影像，并以计算机建立断层图的系统，均可称之为CT；因此除X光CT外，还有超声波CT（UltrasonicCT），电阻抗CT（ElectricalImpedanceCT，EICT），单光子发射CT（SinglePhotonEmissionCT），以及核磁共振CT（MagneticResonantImagingCT，MRICT）等；超声波CT与EICT尚属发展阶段。80年代初，人们按照探测器的构造和扫描方式的不同，将CT机的发展分为第一、二、三、四代，甚至有所谓的第五代CT。
二、CT结构和原理

一部完整的CT系统主要包括扫描部分（包括线阵排列的电子辐射探测器、高热容量调线球管、旋转机架），快速计算机硬件和先进的图像重建、显示、记录与图像处理系统及操作控制部分。CT系统及原理图

CT是用X线束对人体的某一部分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，所测得的信号经过模数转换（ADC），转变为数字信息后由计算机进行处理，从而得到该层面的各个单位容积的X线吸收值即CT值，并排列成数字矩阵。这些数据信息可存储于磁光盘或磁带机中，经过数模转换（DAC）后再形成模拟信号，经过计算机的一定变换处理后输出至显示设备上显示出图像，因此又称为横断面图像。CT的特点是操作简便，对病人来说无痛苦，其密度分辩率高，可直接显示X线平片无法显示的器官和病变，它在发现病变、确定病变的位置、大小、数目方面非常敏感而可靠，而在病理性质的诊断上存在一定的限制。

CT与传统X光摄影不同，在CT中使用的X光探测系统比摄影胶片敏感，一般使用气体或晶体探测器，并利用计算机处理探测器所得到的资料。在这两种检查系统中都使用大致相同的方法产生X光。CT的特点在于它能区别差异极小的X光吸收值。与传统X光摄影比较，CT能区分的密度范围多达2000级以上，而传统X光片大约只能区分20级密度这种密度分辨率，不仅能区分脂肪与其它软组织，也能分辨软组织的密度等级，例如能区分脑脊液（CSF）和脑组织及区分肿瘤与其周围的正常组织。这种革命性技术显著地改变了许多疾病尤其是颅内病变的诊断方式。

在进行CT检查时，水平轴状切面（Horizontal Axial Section）是目前最常应用的断层面。断层层面的厚度与部位都可由检查人员决定。常用的层面厚度在1.0至1Omm间，移动病人通过检查机架后，就能陆续获得能组合成身体架构的多张相接影像。利用较薄的切片能获得较准确的资料，但这时必须对某一体积的构造进行较多切片才行。

在每次曝光中所得到的资料由计算机重建形成影像。计算机会计算每个像素（Pixel）中的X光衰减（吸收）值（Attenuation Value）。每个像素的直径约为0.25～0.6mm，此数值依机器的解析度而定。每个像素都具有一定体积，其高度与所扫描的层面厚度一致，在计算机中所记录的X光衰减值就代表该组织体积，亦即体积元素（Volume Element，简称体素Voxel）的平均值。计算机最后可将运算所得到的影像显示在显示设备上，也可将其摄成胶片以作永久保存。此外，其基本资料也可以储存在磁光盘或磁带里。

CT的X光衰减值是一组随意设定的刻度，以霍斯菲耳德氏单位（Hounsfield Unit）为其单位。其中将水的密度设定为O值，而空气的密度为-1000单位、骨骼密度则是+1000单位（如附表）。

在显示时所采用的密度范围及平均值则可以在计算机上操作控制。在一张影像中所见到的密度范围称为“窗宽”（Window Width），而密度平均值则称为“窗位”（Window Level）或“窗中心”（Window Centre）。

人类肉眼只能分辨数种灰影（Shades of Grey）。在选取宽窗时，能见到所有结构，但却无法分辨微小的密度差异。在选取窄窗时，又只能分辨小范围享氏单位的密度变化。这时整张影像中大部分不是全黑就是全白，由这些区域并不能获得有用的诊断资料。

电子计算机产生之后，给人们的工作生活带来了极大的便利，同时为了减少人为失误，很多东西都采用计算机进行精确控制，在医学领域更不例外。CT的产生是医学影像学划时代的进展，其实用价值已为中外医学界所共识。自从1972年头部CT正式应用于临床，1976年发展了体部CT后，我国也在70年代末引
进了这一新技术。在短短的二十年里，全国各地乃至县镇级医院共安装了各种型号的CT数以千台，CT检查在全国范围内迅速地展开，成为医学诊断不可或缺的设备。
随着微电子工业和计算机技术的飞速发展，CT机产品日新月异，每隔三至五年便推出一种更新的产品。一般临床所提及的CT，指的是以X光为放射源所建立的断层图像，称为X光CT。事实上，任何足以造成影像，并以计算机建立断层图的系统，均可称之为CT；因此除X光CT外，还有超声波CT（UltrasonicCT），电阻抗CT（ElectricalImpedanceCT，EICT），单光子发射CT（SinglePhotonEmissionCT），以及核磁共振CT（MagneticResonantImagingCT，MRICT）等；超声波CT与EICT尚属发展阶段。80年代初，人们按照探测器的构造和扫描方式的不同，将CT机的发展分为第一、二、三、四代，甚至有所谓的第五代CT。
一部完整的CT系统主要包括扫描部分（包括线阵排列的电子辐射探测器、高热容量调线球管、旋转机架），快速计算机硬件和先进的图像重建、显示、记录与图像处理系统及操作控制部分。
CT是用X线束对人体的某一部分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，所测得的信号经过模数转换（ADC），转变为数字信息后由计算机进行处理，从而得到该层面的各个单位容积的X线吸收值即CT值，并排列成数字矩阵。这些数据信息可存储于磁光盘或磁带机中，经过数模转换（DAC）后再形成模拟信号，经过计算机的一定变换处理后输出至显示设备上显示出图像，因此又称为横断面图像。CT的特点是操作简便，对病人来说无痛苦，其密度分辩率高，可直接显示X线平片无法显示的器官和病变，它在发现病变、确定病变的位置、大小、数目方面非常敏感而可靠，而在病理性质的诊断上存在一定的限制。
CT与传统X光摄影不同，在CT中使用的X光探测系统比摄影胶片敏感，一般使用气体或晶体探测器，并利用计算机处理探测器所得到的资料。在这两种检查系统中都使用大致相同的方法产生X光。CT的特点在于它能区别差异极小的X光吸收值。与传统X光摄影比较，CT能区分的密度范围多达2000级以上，而传统X光片大约只能区分20级密度。这种密度分辨率，不仅能区分脂肪与其它软组织，也能分辨软组织的密度等级，例如能区分脑脊液（CSF）和脑组织及区分肿瘤与其周围的正常组织。这种革命性技术显著地改变了许多疾病尤其是颅内病变的诊断方式。
在进行CT检查时，水平轴状切面（Horizontal Axial Section）是目前最常应用的断层面。断层层面的厚度与部位都可由检查人员决定。常用的层面厚度在1.0至1Omm间，移动病人通过检查机架后，就能陆续获得能组合成身体架构的多张相接影像。利用较薄的切片能获得较准确的资料，但这时必须对某一体积的构造进行较多切片才行。
在每次曝光中所得到的资料由计算机重建形成影像。计算机会计算每个像素（Pixel）中的X光衰减（吸收）值（Attenuation Value）。每个像素的直径约为0.25～0.6mm，此数值依机器的解析度而定。每个像素都具有一定体积，其高度与所扫描的层面厚度一致，在计算机中所记录的X光衰减值就代表该组织体积，亦即体积元素（Volume Element，简称体素Voxel）的平均值。计算机最后可将运算所得到的影像显示在显示设备上，也可将其摄成胶片以作永久保存。此外，其基本资料也可以储存在磁光盘或磁带里。
CT的X光衰减值是一组随意设定的刻度，以霍斯菲耳德氏单位（Hounsfield Unit）为其单位。其中将水的密度设定为O值，而空气的密度为-1000单位、骨骼密度则是+1000单位（如附表）。
在显示时所采用的密度范围及平均值则可以在计算机上操作控制。在一张影像中所见到的密度范围称为“窗宽”（Window Width），而密度平均值则称为“窗位”（Window Level）或“窗中心”（Window Centre）。
人类肉眼只能分辨数种灰影（Shades of Grey）。在选取宽窗时，能见到所有结构，但却无法分辨微小的密度差异。在选取窄窗时，又只能分辨小范围享氏单位的密度变化。这时整张影像中大部分不是全黑就是全白，由这些区域并不能获得有用的诊断资料。