CT技师知识点CT部分详解书2.docx
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CT技师知识点CT部分详解书2
·简而言之，CT的成像是透射射线按照特定的方式通过被成像的人体横断面，探测器接收穿过人体的射线，将射线衰减信号送给计算机处理，经计算机重建处理后形成一幅人体内部脏器的横断面图像。
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·现在使用的CT机，一般有两种不同的数据采集方法，一种是一层一层即逐层采集法（序列扫描），另一种是容积数据采集法（螺旋扫描）。
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·逐层采集是X射线管围绕病人旋转，探测器同时接收采样数据，然后扫描机架停止旋转，病人床移到下一个扫描层面，重复进行下一次扫描，一直到全部预定的部位扫描完成。
其间每一次只扫描一个层面。
容积数据采集法是螺旋CT扫描时采用的方法，即病人屏住呼吸的同时，扫描机架单向连续旋转X线球管曝光，病人床同时不停顿单向移动并采集数据，其采集的是一个扫描区段的容积数据。
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·在传统CT扫描方法数据采集的第一步，X线球管和探测器围绕病人旋转，根据不同的空间位置，探测器依据穿过病人的衰减射线采集数据，这一相对衰减值可由下式计算：
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源射线强度（I0）piH影像园XCTMR.com
相对衰减值=lnpiH影像园XCTMR.com
衰减后射线强度（I）piH影像园XCTMR.com
·一般来说，一幅CT图像需要几百个采样数据，而每一个采样数据由相当量衰减射线构成。
所以，一次扫描全部衰减射线可有下述关系式：
衰减射线总量=采样数×每次采样射线量piH影像园XCTMR.com
2.1.3.2对CT数据采样过程中的注意点piH影像园XCTMR.com
在理解采样过程中，我们还必须注意下述的情况：
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·X线球管与探测器是一个精确的准直系统；piH影像园XCTMR.com
·球管和探测器围绕病人旋转是为了采样；piH影像园XCTMR.com
·X线球管产生的射线是经过有效滤过的；piH影像园XCTMR.com
·射线束的宽度是根据层厚大小设置严格准直的；piH影像园XCTMR.com
·探测器接收的是透过人体后的衰减射线；piH影像园XCTMR.com
·探测器将接收到的衰减射线转换为电信号（模拟信号）；piH影像园XCTMR.com
综上所述，CT扫描成像的基本过程是由X射线管发出的X射线经准直器准直后，以窄束的形式透过人体被探测器接收，并由探测器进行光电转换后送给数据采集系统进行逻辑放大，而后通过模数转换器作模拟信号和数字信号的转换，由信号传送器送给计算机作图像重建，重建后的图像再由数模转换器转换成模拟信号，最后以不同的灰阶形式在监视器上显示，或以数字形式存入计算机硬盘，或送到激光相机拍摄成照片供诊断使用。
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2.1.3.3CT图像形成的步骤piH影像园XCTMR.com
依据CT扫描的过程，其最终形成一幅CT图像可分为下述八个步骤。
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·病人被送入机架后，X线球管和探测器围绕病人旋转扫描采集数据，其发出的X射线经由球管端的准直器高度准直。
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·射线通过病人后，源射线被衰减，衰减的射线由探测器接收。
探测器阵列有两部分组成，前组探测器主要是测量源射线的强度，后组探测器记录通过病人后的衰减射线。
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·参考射线和衰减射线都转换为电信号，由放大电路进行放大；再由逻辑放大电路根据衰减系数和体厚指数进行计算、放大。
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·经计算后的数据送给计算机前，还需由模数转换器将模拟信号转换为数字信号，然后再由数据传送器将数据传送给计算机。
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·计算机开始处理数据。
数据处理过程包括校正和检验，校正是去除探测器接收到的位于预定标准偏差以外的数据；检验是将探测器接受到的空气参考信号和射线衰减信号进行比较。
校正和检验是利用计算机软件重新组合原始数据。
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·通过阵列处理器的各种校正后，计算机作成像的卷积处理。
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·根据扫描获得的解剖结构数据，计算机采用滤过反投影重建算法重建图像。
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·重建处理完的图像再由数模转换器转换成模拟图像，送到显示器显示，或送到硬盘暂时储存，或交激光相机摄制成照片。
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2.1.4 CT值的计算和人体组织CT值piH影像园XCTMR.com
2.1.4.1CT值piH影像园XCTMR.com
CT中，X射线的衰减系数以μ值表示。
衰减系数μ值在CT中很难定量，它完全取决于所使用的光谱能量。
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CT值（CTnumber/value），是由CT发明人亨斯菲尔德创建设定的、专用于CT的计量单位，是重建图像中一个像素的数值。
在实际应用中该值是一个相对值，并以水的衰减系数作为参考。
CT值的计算公式如下：
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μ组织-μ水piH影像园XCTMR.com
CT值= ⨯kpiH影像园XCTMR.com
μ水piH影像园XCTMR.com
式中μ组织是组织的吸收系数，μ水是水的吸收系数，k是常数。
在CT发明的早期阶段，k值是500，因此每个CT值的百分比标尺为2%，后为便于计算，将k值定为1000，每个CT值的百分比标尺则成为1%，并将水的吸收作为参考值，在CT应用中水的CT值为0。
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亨氏标尺的CT值无上限。
一般医用CT扫描仪的CT值范围是-1024HU至＋3071HU，有4096（＝212）个级差，像素灰阶等于12个比特（bits）。
更大的扩展标尺主要用于工业上，但有时也用于医学影像诊断。
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2.1.4.2人体组织CT值piH影像园XCTMR.com
CT值的大小与组织的线性衰减系数有关（表2-1），每一个对应的数值都可用相应的灰阶表示。
一般地说，软组织的μ值接近水的μ值，肌肉的μ值约比水μ值高5%，而脂肪的μ值约比水μ值低10%，脑灰白质间的μ值差约0.5%，比水μ值高约3.5%，骨的μ值约为水的两倍。
在CT的实际应用中，我们将各种组织包括空气的吸收衰减值都与水相比较，并将致密骨定为上限+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吸收系数标尺。
根据表2-2我们可以看到，人体大部分组织除致密骨和肺外，其CT值基本都位于-100～+100之间。
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后来CT在临床上的作用被确认后，人们为了纪念亨斯菲尔德的不朽功绩，将这一尺度单位命名为HU，现在临床应用中，均采用HU作为CT值的测量单位。
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表2-1 不同组织的吸收系数（60keV）piH影像园XCTMR.com
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组织 线性吸收系数（cm-1）piH影像园XCTMR.com
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骨骼 0.528piH影像园XCTMR.com
血液 0.208piH影像园XCTMR.com
灰质 0.212piH影像园XCTMR.com
白质 0.213piH影像园XCTMR.com
脑脊液 0.207piH影像园XCTMR.com
水 0.206piH影像园XCTMR.com
脂肪 0.185piH影像园XCTMR.com
空气 0.0004piH影像园XCTMR.com
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2.1.4.3CT值的实际计算piH影像园XCTMR.com
线性衰减系数μ值的衰减受射线能量大小和其它一些因素的影响，射线能量改变后可产生穿透后光子衰减系数的变化，如射线能在60、84和122keV时，水的线性衰减系数可分别为0.206,0.180和0.166，同时光子能量大小也会影响CT值。
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通常，CT值的计算是根据73keV时的电子能计算的，即CT扫描时有效射线能为230kVp，通过27cm厚的水模后得到的电子能。
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CT扫描一般都使用较高的千伏值（120～140），这主要是因为：
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·减少光子能的吸收衰减系数；piH影像园XCTMR.com
·降低骨骼和软组织的对比度；piH影像园XCTMR.com
·增加穿透率，使探测器能够接收到较高的光子流。
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使用较高的千伏值可增加探测器的响应系数，例如头颅扫描中，颅骨和软组织之间的吸收差，可显示在颅骨边缘软组织内的小病灶和减少射线束硬化伪影。
由于CT值受射线能量大小的影响，在CT机中采取了一些措施，如CT值校正程序，从而保证了CT值的准确性。
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2.1.5 CT窗口技术piH影像园XCTMR.com
2.1.5.1CT窗口技术的概念piH影像园XCTMR.com
CT的图像是由许多像素组成的数字图像。
扫描后得到的原始数据在计算机内重建后的图像是由横行、纵列组成的数字阵列，也被称为矩阵。
如CT图像的矩阵横行和纵列大小为80×80，则产生6400个像素。
由于任意扫描厚度的层厚都具有一定的深度，对于一个二维的矩阵而言，层厚是一个第三度的概念，即深度。
像素加上第三度深度后，被称作为体素。
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在临床应用中我们可以根据扫描的需要改变扫描野（FieldofView,FOV），从而可改变像素的大小。
扫描野是指X线照射穿透病人后到达探测器，能被用于图像重建的有效照射范围。
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根据已知的扫描野和矩阵大小，我们还可以利用下式计算出像素的大小：
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扫描野piH影像园XCTMR.com
像素尺寸（d）= piH影像园XCTMR.com
矩阵尺寸piH影像园XCTMR.com
一般，CT机的像素大小范围可在0.1-1.0mm之间，那么体素的大小不仅仅根据扫描的层厚（深度），也和矩阵尺寸、扫描野有关。
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CT扫描图像的形成是X射线透过人体后的衰减，其数字矩阵中的每一个像素都可由相应的CT值表示，而像素由成像介质显示后又以灰阶形式表示，故一幅CT扫描图像同时包含了这两个要素。
因而，CT图像的每一个像素在扫描中可被看作为由不同衰减的CT值组成，而在图像的显示时则显示为由一组灰阶组成。
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目前，CT数字图像的灰阶大都为12个比特（212＝4096），即CT值范围从-1024HU至3071HU。
由于无论是视频监视器甚至胶片都无法在一幅图像上同时记录全部的灰阶，因此在限定范围内显示诊断所需感兴趣区信息的方法，被称之为数字图像中的窗口技术或窗宽、窗位调节。
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一般而言，人眼识别灰阶的能力大约在60级左右。
在上述全灰度标尺范围内，只有当两个像素的灰度相差60HU时，人眼才能分辨出它们之间的黑白差，这相当于在全灰度范围内把从全黑到全白的灰阶只分成68个级差。
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目前，CT显示系统灰阶显示的设定一般都不超过256个灰阶。
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窗宽和窗位的调节在CT机中通常受操作台控制，调节窗宽窗位旋钮能改变图像的灰度和对比度，窗宽增加灰阶数增加，灰阶变长，显示图像中所包含的CT值也增加，同样小窗宽的显示图像则包含较少的CT值。
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窗宽窗位的调节属于数字图像处理技术，它能抑制或去除噪声和无用的信息，增强显示有用的信息，但无论如何调节，窗宽窗位的改变不能增加图像的信息，而只是等于或少于原来图像中已存在的信息。
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在CT图像中，一般CT值较低的部分（像素）被转换为黑色，而CT值较高的部分则被转换为白色。
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由于人眼和显示器件无法显示如此多的灰阶，在实际应用中，我们常把显示灰阶（窗宽）设定在某个范围内。
在显示窗中，已设定高于窗宽上限的像素全部被显示为白色，而低于窗宽下限的像素全部被显示为黑色。
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一般情况下，窗宽增大图像对比度降低，而窗宽减小图像对比度增高。
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窗位需根据不同的组织器官相应调节，通常按照所需显示组织或器官的平均CT值设置，即大致等于被显示解剖结构的平均CT值（图2-1）。
另外，窗位的设定除了确定图像灰阶显示的位置外，还将影响图像的亮度。
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2.1.5.2窗宽、窗位及其使用原则piH影像园XCTMR.com
根据窗宽和窗位的设计概念，我们可以计算出一幅显示图像大致的CT值范围。
方法是将窗位减去窗宽除2和窗位加上窗宽除2，即为该窗设置的CT值范围，用数学式表示如下：
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C-W/2~C+W/2piH影像园XCTMR.com
式中C是窗位，W是窗宽。
如某一脑部图像的窗宽和窗位分别是80和40，那么它所显示的CT值范围为0~80。
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·目前常用的窗都属于线性窗，即当窗宽和窗位中某一设定不变而变化另一设置时，它的变化是线性的；而双窗、Sigma窗则属于非线性窗，它们的窗宽、窗位调节不能使窗的显示呈线性变化，如窗位调高图像变黑，或反之。
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·双窗是一种最普通的非线性窗。
它的优点是能把两种不同类型的软组织同时在一张照片上显示，可以节省胶片，一般常用于肺部图像的显示。
双窗的缺点是：
在两种窗设置的移行区会形成一个边缘效应，对某些疾病的诊断可能造成一些影响。
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窗宽、窗位使用通常遵循的原则是：
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·宽窗宽（400~2000HU）通常是用于组织密度差别较大的部位，如肺、骨骼；piH影像园XCTMR.com
·窄窗宽（50~350HU）往往是用来区分组织密度较为接近的图像，如颅脑、肝脏；piH影像园XCTMR.com
第2章CT成像原理Pta影像园XCTMR.com
2.2CT的基本概念和术语Pta影像园XCTMR.com
2.2.1体素与像素（VoxelandPixel）Pta影像园XCTMR.com
体素是体积单位。
在CT扫描中，根据断层设置的厚度、矩阵的大小，能被CT扫描的最小体积单位。
体素作为体积单位，它有三要素，即长、宽、高。
通常CT中体素的长和宽都为1mm，高度或深度则根据层厚可分别为10、5、3、2、1mm等。
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像素又称像元，是构成CT图像最小的单位。
它与体素相对应，体素的大小在CT图像上的表现，即为像素。
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2.2.2采集矩阵与显示矩阵（ScaningandDisplayingMatrix）Pta影像园XCTMR.com
矩阵是像素以二维方式排列的阵列，它与重建后图像的质量有关。
在相同大小的采样野中，矩阵越大像素也就越多，重建后图像质量越高。
目前常用的采集矩阵大小基本为：
512´512，另外还有256´256和1024´1024。
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CT图像重建后用于显示的矩阵称为显示矩阵，通常为保证图像显示的质量，显示矩阵往往是等于或大于采集矩阵。
通常采集矩阵为512´512的CT，显示矩阵常为1024´1024。
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2.2.3原始数据（RawData）Pta影像园XCTMR.com
原始数据是CT扫描后由探测器接收到的信号，经模数转换后传送给计算机，其间已转换成数字信号经预处理后，尚未重建成横断面图像的这部分数据被称为原始数据。
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2.2.4重建与重组（ReconstructionandReformation）Pta影像园XCTMR.com
原始扫描数据经计算机采用特定的算法处理，最后得到能用于诊断的一幅横断面图像，该处理方法或过程被称为重建或图像的重建。
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重组是不涉及原始数据处理的一种图像处理方法。
如多平面图像重组、三维图像处理等。
在以往英文文献中，有关图像的重建的概念也有些混淆，三维图像处理有时也采用重建（reconstruction）一词，实际上，目前CT的三维图像处理基本都是在横断面图像的基础上，重新组合或构筑形成三维影像。
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由于重组是使用已形成的横断面图像，因此重组图像的质量与已形成的横断面图像有密切的关系，尤其是层厚的大小和数目。
一般，扫描的层厚越薄、图像的数目越多，重组的效果就越好。
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2.2.5算法、重建函数核与滤波函数（Algorithm,Kernel）Pta影像园XCTMR.com
算法是针对特定输入和输出的一组规则。
算法的主要特征是不能有任何模糊的含义，所以算法规则描述的步骤必须是简单、易操作并且概念明确，而且能够由机器实施。
另外，算法只能执行限定数量的步骤。
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重建函数核或称重建滤波器、滤波函数。
CT的扫描通常需包含一些必要的参数，有的参数可由操作人员选择，有的则不能。
重建函数核是一项重要的内容，它是一种算法函数，并决定和影响了图像的分辨力、噪声等等。
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·在CT临床检查中，可供CT图像处理选择的滤波函数一般可有高分辨力、标准和软组织三种模式，有的CT机除这三种模式外，还外加超高分辨力和精细模式等。
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·高分辨力模式实际上是一种强化边缘、轮廓的函数，它能提高分辨力，但同时图像的噪声也相应增加。
软组织模式是一种平滑、柔和的函数，采用软组织模式处理后，图像的对比度下降，噪声减少，密度分辨力提高。
而标准模式则是没有任何强化和柔和作用的一种运算处理方法。
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2.2.6卷积（Convolution）Pta影像园XCTMR.com
卷积是图像重建运算处理的重要步骤。
卷积处理通常需使用滤波函数来修正图像，卷积结束后，形成一个新的用于图像重建的投影数据。
请参见“重建函数核”条。
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2.2.7内插（Interpolation）Pta影像园XCTMR.com
内插是采用数学方法在一已知某函数的两端数值，估计该函数在两端之间任一值的方法。
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CT扫描采集的数据是离散的、不连续的，需要从两个相邻的离散值求得其间的函数值。
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目前，很多螺旋CT都采用该方法作图像的重建处理。
内插的方法有很多种，如线性内插（单层螺旋扫描CT常用）、滤过内插和优化采样扫描（多层螺旋扫描CT采用）。
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2.2.8准直宽度、层厚与有效层厚（Collimation,SliceandEffectiveSlice）Pta影像园XCTMR.com
准直宽度是指CT机球管侧和病人侧所采用准直器的宽度，在非螺旋和单层螺旋扫描方式时，所采用的准直器宽度决定了层厚的宽度，即层厚等于准直器宽度。
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但是，在多层螺旋扫描方式时，情况则不完全一样，因为同样的准直宽度可由4排甚至16排探测器接收，而此时决定层厚的是所采用探测器排的宽度。
如同样10mm的准直宽度，可以由4个2.5mm的探测器排接收，那么层厚就是2.5mm；如果由16个6.25mm的探测器排接收，那么层厚就变成了0.625mm。
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有效层厚指扫描时实际所得的层厚，由于设备制造的精确性原因，标称1mm甚至0.5mm的层厚设备制造厂家无法做到如此精确，一般都有一定的误差，其误差范围大约在10％～50％之间，层厚越小，误差越大。
一般，层厚的误差与扫描所采用的方式和设备的类型无关。
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2.2.9螺距（Pitch）Pta影像园XCTMR.com
单层螺旋螺距的定义是：
扫描机架旋转一周检查床运行的距离与射线束宽度的比值（参见螺旋扫描一节）。
该比值（pitch）是扫描旋转架旋转一周床运动的这段时间内，运动和层面曝光的百分比。
在单层螺旋CT扫描中，床运行方向（Z轴）扫描的覆盖率或图像的纵向分辨力与螺距有关。
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多层螺旋螺距的定义基本与单层螺旋相同：
即扫描旋转架旋转一周检查床运行的距离与全部射线束宽度的比值。
但在单层螺旋扫描螺距等于1时，只产生一幅图像（不考虑回顾性重建设置因素），而多层螺旋扫描螺距等于1时，根据不同的CT机，可以同时产生4、8、16或更多的图像。
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2.2.10扫描时间和周期时间（ScaningandCircleTime）Pta影像园XCTMR.com
扫描时间是指X线球管和探测器阵列围绕人体旋转扫描一个层面所需的时间，常见的有全扫描（360°扫描），其它还有部分扫描（小于360°扫描）和过度扫描（大于360°扫描）。
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目前的CT机都有几种扫描时间可供选择，以前最短的扫描时间为1秒，其它有2秒或3秒，现在新的多螺旋CT机最短扫描时间可达0.33秒。
减少扫描时间除了可缩短病人的检查时间、提高效率外，并且是减少病人运动伪影的一个有效手段。
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从开始扫描、图像的重建一直到图像的显示，这一过程称为周期时间。
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一般周期时间与上述因素有关，多数情况下是上述两个因素的总和，但目前的CT机的计算机功能强大，并且都有并行处理和多任务处理的能力，所以，在一些特殊扫描方式情况下，扫描后的重建未结束，就可以开始下一次的扫描。
所以，周期时间并非始终是扫描时间和重建时间之和。
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2.2.11重建增量（ReconstructionIncrement,ReconstructionInterval,ReconstructionSpacing）Pta影像园XCTMR.com
重建增量或重建间距是螺旋扫描方式的专用术语，它的定义是：
被重建图像长轴方向的距离。
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