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CT扫描仪基本知识

发布时间:2015-03-31作者:器械科


什么是CT
全称:computed tomography
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的发明
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。
CT的成像基本原理
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/digital converter)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(digital matrix),数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器(digital/analog converter)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。
CT设备
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(spiral CT scan)。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(Ct angiography,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图像特点
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(spatial resolution)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(density resolutiln)。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(Hounsfield unit)。
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。
CT检查技术
分平扫(plain CT scan)、造影增强扫描(contrast enhancement,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诊断的临床应用
CT诊断由于它的特殊诊断价值,已广泛应用于临床。但CT设备比较昂贵,检查费用偏高,某些部位的检查,诊断价值,尤其是定性诊断,还有一定限度,所以不宜将CT检查视为常规诊断手段,应在了解其优势的基础上,合理的选择应用。
CT诊断的特点及优势
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*。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检查范围
CT可以做哪些检查吗?
一、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;
二、 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;
三、 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;
四、 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;
五、 骨骼、血管三维重建成像;各部位的MPR、MIP成像等;
六、 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;
七、 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。
CT的几个重要概念:
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

4,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。
CT使用环境和要求
1、机房布置要求

a、机房环境:CT机房应建在周围振动小、无严重电磁场:干扰、噪声低、空气净度较高的环境中,可能的话还应考虑离配心房较近及病必进出和机器安装方便。

b、部件位置:基础、各大部件在机房的安放位置要兼顾机器运行安全、维修留有空间、病员进出通畅、医生操作方便和通风换气良好等几个方面.要尽可能地减少各个工作区域的相互干扰。

c、地面和线缆铺设:机房的地面支撑要满足机器的载荷要求。要抗静电、防火、防尘、耐压和耐磨擦。电缆的铺设应避开交流电磁场(变压器、电感器、马达等),且信号线和电源线应屏蔽、分路铺设。必要时需要做有白铁皮衬里的电缆暗沟,上面加盖,且有防鼠害措施。电缆线若太长,必须波形铺设,不可来回折叠或圈缆。

d、安全紧急装置:扫描室和控制室要装紧急断电开关,以便工作人员一旦发现机组情况异常,可就近立即进行断电操作,防止意外事故的发生。安全紧急开关应安置在离地1.6—1.8米的墙上,防止人员靠墙而引起误触碰。在扫描室、控制室离地0.3米的墙壁上,需设若干个单相三线的电源插座,以便今后机器维修、保养、局部照明和其他辅助用电设备或仪器的使用。每组插座旁最好能有单板空气开关控制保护。

2、空气要求除非另有说明,否则,CT扫描装置的空气环境工作条件应满足:

a:环境温度:扫描室为20--28℃、控制室为18---28℃;

b:相对湿度:扫描室为30%—70%、控制室为20%~80%;

c:大气压力:700-1060hpa.

3、电源要求:

供电要求:CT电源电压值的允许范围为额定值的90%~110%;电源频率为50Hz或60Hz,频率值的允差为±1Hz;电源容量由各企业标准规定。 CT机所需的电源应尽量由配电室专用电缆引来。切不可和空调电梯等具它感性负载设备共用同—变压绕组。为了确保CT机的供电稳定,抑制脉冲浪涌干扰,一般需加接交流稳压器。若条件许可,则建议每相再安—个滤波器。系统计算机若本来没配置UPS,则最好去购买一台,以保证计算机系统正常工作。防止突然断电造成数据丢失和程序损坏。b、功率要求:CT系统电源干线容量应大于机组额定总功率的10%---20%,并接地要求:具有足够小的内阻。CT机必须有良好的接地装置,其电阻<4Ω,并每隔半年需检查一次。而接地端到所有被接地保护的金属零部件间的电阻也必须<0.lΩ。
CT技术的展望
20多年来的实践,已经确认了CT在影像医学中的重要位置,预计将来CT技术的发展,会在以下几个方面。
目前CT图像的质量有了明显改善,特别是高分辨力扫描(HRCT)图像已能显示肺小叶间隔改变。但这多是提高kV和mAs为代价取得的。而我们的目的是既要获得高质量的图像,又要使患者尽量地减少X线辐射,这应该使下一步CT改革的重点之一。
要想同时获得这两种效益,看来一要提高探测器的灵敏度,一能够在不增加甚至减少辐射剂量的前提下,提高图像质量;二要进一步改进图像重建的处理方式,在软件方面下工夫。已有很多厂家在这一方面取得了进展。
扫描速度的提高,也是CT将来发展的趋势。尽管目前常规(包括螺旋)CT的扫描速度已达亚秒级,但仍不能满足需要。如果五代CT的图像质量再能进一步提高到常规CT图像水平甚至超过常规图像,这种扫描方式将会替代目前的机械运动扫描方式。如能实现,将是CT发展史上的又一次革命。
图像后处理功能的发展,将是CT发展的另一个重点。MIP、SSD、CT内窥镜和容积演示等图像后处理功能已将常规CT只能显示二维横断解剖发展发展到三维观察,这些图像已接近实际人体的大体解剖,更接近手术中的实际所见,为手术方案的制订提供了更为详尽的信息。相信将来这些功能将进一步完善。
其它相关知识:
1)CT值
某物质的CT值等于该物质的衰减系数与水的吸收系数之差再与水的衰减系数相比之后乘以1000。其单位名称为HU。
CT值水 =0HU
CT值空气 =-1000HU
CT值骨 =+1000HU
2)常见人体组织的CT值(HU)
组织 CT值 组织 CT值
骨组织 >400 肝脏 50~70
钙值 80~300 脾脏 35~60
血块 64~84 胰腺 30~55
脑白质 25~34 肾脏 25~50
脑灰质 28~44 肌肉 40~55
脑脊液 3~8 胆囊 10~30
血液 13~32 甲状腺 50~90
血浆 3~14 脂肪 -20~-100
渗出液 >15 水 0
3)增强扫描
用注射造影剂的方法来人工的增加组织间X线的吸收差别,从而提高CT图像对比度的扫描方法。
4)CT检查的优缺点
1.CT检查的优点:
(1)CT为无创性检查,检查方便、迅速,易为患者接受。
(2)有很高的密度分辨力,密度相差5-6H的不同组织能被区分。能测出各种组织的CT值。
(3)CT图象清晰,解剖关系明确。
(4)CT能提供没有组织重叠的横断面图象,并可进行冠状和矢状面图象的重建。
(5)用造影剂进行增强扫描,不仅提高了病变的发现率,而且有的能做定性诊断。2.CT扫描的限度 
CT扫描虽有广泛的适应范围,但仍有限度。虽然发现病变的敏感 性极高,但在定性诊断上仍有很大的限制。由于CT机测定的是物理参数,即人体组织对X线的衰减值或物理密度,医生就是根据正常组织和异常组织呈现的衰减值差异作为诊断的依据,如果衰减值无差异,再大的肿瘤也无法鉴别。可见CT扫描尽管有许多优越性,但也有其局限性,只有与其他设备,其他诊断手段相配合,才能充分发挥其作用。
5)什么时侯做造影剂增强CT扫描
多数腹部和盆腔CT扫描和部分脑和肺CT扫描需做造影剂增强CT扫描。一般应用含碘造影剂,它可分为离子型和非离子型,非离子型较昂贵,由于价格的关系,多数病人的常规CT检查均使用离子型造影剂,而在下述情况下使用低渗的非离子型造影剂:病人有造影剂反应史;病人患有哮喘、枯草热或食物和环境过敏;病人有严重的心肺疾患;病人有中度的肾功能不全(标准肌酸肝小于);婴幼儿。
6)什么是CT定位像
C T 定位像是CT检查开始时所扫的数字摄影像,它用于CT技术员对横断扫描的定位。由于定位像内包含有许多重要信息(腹部扫描时可以观察到肠道积气的情况),对其进行仔细观察是很有必要的。
7)什么是CT的窗
CT 图像每个像素的灰度与其代表的体素的平均CT值相对应,灰度的不同产生图像的对比,人肉眼所能分辨的灰阶数量相当少,而CT 值的变化范围有数千 之多。为了解决此问题就设定了不同的窗来最好的观察人体的不同结构。
8)CT的窗位 、窗宽
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+35H,而观察骨质则用+300-+600H。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。
9) CT的临床应用 表现在哪些方面
(一)、颅脑CT扫描
适用范围:观察脑先天性畸形、脑血管疾病、颅脑外伤、颅内感染、颅内肿瘤以及寄生虫病、变性脑病及其他。CT扫描可发现脑血管疾病的并发症和合并症,例如脑梗塞、出血和脱髓鞘脑病,而脑血管疾病以脑血管造影和DSA为主。对于颅底和后颅窝病变的诊断,由于骨质伪影较多,行MRI扫描要优于CT扫描。 
(二)、头颈部CT扫描
适用范围:观察眼与眼眶、耳与乳突、鼻与鼻窦、鼻咽、喉部以及头颈部软组织疾病。
(三)、胸部CT扫描
胸部的CT扫描通常应用两组不同的肺窗和纵隔窗来观察,以分别记录肺和纵隔组织的病变。若目的是观看骨骼病变,还应使用骨窗。
适用范围:适于观察气道、纵隔、肺、胸膜和胸 壁、膈肌、心与心包、主动脉疾病等,其对于支气管肺癌的早期诊断和分期,肺结节病变、纵隔肿瘤、心包和主动脉疾病诊断和鉴别诊断都具有十分重要的作用。
(四)腹部CT扫描
适用范围:适于观察肝脏、胆道、胰腺、脾脏、肾脏、肾上腺、胃肠道、腹腔和腹膜后病变,对于腹腔内大血管病变、胃肠道肿瘤管壁或管腔外侵犯,腹腔炎症、腹膜后肿瘤以及腹部手术后并发症等,行CT扫描均有非常重要的诊断作用。另外,胃肠道的病变主要是以气钡双对比检查为主,而肝、胆、脾、胰、肾、肾上腺、腹腔和腹膜后病变的首选诊断是B超,CT的平扫或增强扫描可提 供更精确的病理解剖细节。
(五)盆腔CT扫描
适用范围:观察男、女性生殖器官、膀胱、直肠、肿瘤、炎症、外伤等疾病。
(六)脊柱CT扫描
适用范围:观察椎管狭窄、椎间盘病变、脊椎和脊髓肿瘤病变,后者常须行脊髓造影CT扫描。脊髓疾病的诊断MRI优于CT。
常见CT种类
超高速CT
超高速CT不同于普通CT,它是以电子枪发射的电子束作环形扫描,代替普通CT仪X线球管的机械运动,所以又叫电子束CT(EBCT)。其特点是扫描速度极快,扫描一幅图像仅需0.05秒,比普通CT快几倍至几十倍,从根本上解决了移动伪影等问题,实现了电影CT。
借助计算机系统实现了多种剖面和三维立体图形的重建。UTCT主要用于观察心脏结构和功能,特别是能对冠心病作出早期预测和诊断。还可以定量测定各器官的血流情况,高峰或双峰增强扫描可检出胸、腹部器官的细微病变(如早期肿瘤)。此外,特别适合老人、小儿及危症、神智不清和外伤病人的检查。
螺旋CT
螺旋CT机是目前世界上最先进的CT设备之一,其扫描速度快,分辨率高,图像质量优。用快速螺旋扫描能在15秒左右检查完一个部位,能发现小于几毫米的病变,如小肝癌、垂体微腺瘤及小动脉瘤等。其功能全面,能进行全身各部检查,可行多种三维成像,如多层面重建、CT血管造影、器官表面重建及仿真肠道、气管、血管内窥镜检查。可进行实时透镜下的CT导引穿刺活检,使用快捷、方便、准确。
具体用途与特点(部分):
1、肝动脉CT血管造影示肝内血管,指导肝癌介入治疗。
2、头颅扫描的图像清晰,无伪影。在发现后颅凹病变上优于其他CT。
3、胸部CT扫描图像清晰度明显高于其他CT。
4、肝、胆、胰、脾及腹膜后CT扫描,检查快,图像质量好。
5、肾脏、盆腔及腰椎CT扫描检查快,图像质量好。
6、显示颅内肿瘤于血管的关系对手术至关紧要。
7、一般CT或超声不能发现的微小肝癌,在螺旋CT动脉增强扫描上原形毕露。

8、周围型肺癌和肾上腺肿瘤表面三维重建示肿瘤与血管的关系,有利于手术。


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