CT(電子計算機斷層掃描)

CT(Computed Tomography)，即電子計算機斷層掃描，它是利用精確準直的X線束、γ射線、超音波等，與靈敏度極高的探測器一同圍繞人體的某一部位作一個接一個的斷面掃描，具有掃描時間快，圖像清晰等特點，可用於多種疾病的檢查；根據所採用的射線不同可分為：X射線CT（X-CT）以及γ射線CT（γ-CT)等。

基本介紹

• 中文名：計算機體層攝影
• 外文名：Computed Tomography
• 其他名稱：CT機
• 成像原理：人體不同組織對X射線的吸收與透過率不同
• 發現時間：1963年
• 主要套用：醫學檢查、工業檢測、安保檢測

成像原理

CT是用X射線束對人體某部一定厚度的層面進行掃描，由探測器接收透過該層面的X射線，轉變為可見光後，由光電轉換變為電信號，再經模擬/數字轉換器（analog/digital converter）轉為數字，輸入計算機處理。圖像形成的處理有如對選定層面分成若干個體積相同的長方體，稱之為體素（voxel）。

圖1 CT原理

掃描所得信息經計算而獲得每個體素的X射線衰減係數或吸收係數，再排列成矩陣，即數字矩陣（digital matrix），數字矩陣可存貯於磁碟或光碟中。經數字/模擬轉換器（digital/analog converter）把數字矩陣中的每個數字轉為由黑到白不等灰度的小方塊，即像素（pixel），並按矩陣排列，即構成CT圖像。所以，CT圖像是重建圖像。每個體素的X射線吸收係數可以通過不同的數學方法算出。

CT的工作程式是這樣的：它根據人體不同組織對X線的吸收與透過率的不同，套用靈敏度極高的儀器對人體進行測量，然後將測量所獲取的數據輸入電子計算機，電子計算機對數據進行處理後，就可攝下人體被檢查部位的斷面或立體的圖像，發現體內任何部位的細小病變。

發展歷史

自從X射線發現後，醫學上就開始用它來探測人體疾病。但是，由於人體內有些器官對X線的吸收差別極小，因此X射線對那些前後重疊的組織的病變就難以發現。於是，美國與英國的科學家開始了尋找一種新的東西來彌補用X線技術檢查人體病變的不足。

圖2CT機

1963年，美國物理學家科馬克發現人體不同的組織對X線的透過率有所不同，在研究中還得出了一些有關的計算公式，這些公式為後來CT的套用奠定了理論基礎。

1967年，英國電子工程師亨斯菲爾德(Hounsfield)在並不知道科馬克研究成果的情況下，也開始了研製一種新技術的工作。首先研究了模式的識別，然後製作了一台能加強X射線放射源的簡單的掃描裝置，即後來的CT，用於對人的頭部進行實驗性掃描測量。後來，他又用這種裝置去測量全身，獲得了同樣的效果。

1971年9月，亨斯菲爾德又與一位神經放射學家合作，在倫敦郊外一家醫院安裝了他設計製造的這種裝置，開始了頭部檢查。10月4日，醫院用它檢查了第一個病人。患者在完全清醒的情況下朝天仰臥，X線管裝在患者的上方，繞檢查部位轉動，同時在患者下方裝一計數器，使人體各部位對X線吸收的多少反映在計數器上，再經過電子計算機的處理，使人體各部位的圖像從螢屏上顯示出來。這次試驗非常成功。

1972年第一台 CT誕生，僅用於顱腦檢查，4月，亨斯菲爾德在英國放射學年會上首次公布了這一結果，正式宣告了CT的誕生。

1974年製成全身CT，檢查範圍擴大到胸、腹、脊柱及四肢。

第一代CT機採取旋轉 /平移方式（rotate/translate mode)進行掃描和收集信息。由於採用筆形X線束和只有 1~ 2個探測器，所采數據少，所需時間長，圖像質量差。

第二代CT機掃描方式跟上一代沒有變化，只是將X線束改為扇形，探測器增至30個，擴大了掃描範圍，增加了採集數據，圖像質量有所提高，但仍不能避免因患者生理運動所引起的偽影 (Artifact)。

第三代CT機的控測器激增至300~ 800個，並與相對的X線管只作旋轉運動（rotate/rotate mode），收集更多的數據，掃描時間在 5s以內，偽影大為減少，圖像質量明顯提高。

第四代CT機控測器增加到1000~ 2400個，並環狀排列而固定不動，只有X線管圍繞患者旋轉，即旋轉/固定式 (rotate/stationary mode)，掃描速度快，圖像質量高。

第五代CT機將掃描時間縮短到50 ms，解決了心臟掃描，是一個電子槍產生的電子束（electron beam）射向一個環形鎢靶，環形排列的探測器收集信息。推出的64層CT，僅用0.33 s即可獲得病人的身體64層的圖像，空間解析度小於0.4 mm，提高了圖像質量，尤其是對搏動的心臟進行的成像。

設備組成

CT設備主要有以下三部分：

1. 掃描部分由X線管、探測器和掃描架組成；
   
2. 計算機系統，將掃描收集到的信息數據進行貯存運算；
   
3. 圖像顯示和存儲系統，將經計算機處理、重建的圖像顯示在電視屏上或用多幅照相機或雷射照相機將圖像攝下。
   

從提出到套用，CT設備也在不斷的發展。探測器從原始的1個發展到多達4800個，掃描方式也從平移/旋轉、旋轉/旋轉、旋轉/固定，發展到新近開發的螺旋CT掃描（spiral CT scan）。計算機容量大、運算快，可達到立即重建圖像。由於掃描時間短，可避免運動產生的偽影，例如，呼吸運動的干擾，可提高圖像質量；層面是連續的，所以不致於漏掉病變，而且可行三維重建，注射造影劑作血管造影可得CT血管造影（Ct angiography，CTA）。

超高速CT掃描所用掃描方式與前者完全不同。掃描時間可短到40 ms以下，每秒可獲得多幀圖像。由於掃描時間很短，可攝得電影圖像，能避免運動所造成的偽影，因此，適用於心血管造影檢查以及小兒和急性創傷等不能很好的合作的患者檢查。

相關參數

CT值

某物質的CT值等於該物質的衰減係數與水的吸收係數之差再與水的衰減係數相比之後乘以分度因素。物質的CT值反映物質的密度，即物質的CT值越高相當於物質密度越高。

即CT值=α×（μm-μw）/μw

α為分度因數，其取值為1000時，CT值的單位為亨氏單位（Hu）。

人體內不同的組織具有不同的衰減係數，因而其CT值也各不相同。按照CT值的高低分別為骨組織，軟組織，脂肪，水，氣體，水的CT值為0 Hu左右。

解析度

CT設備的解析度主要分為空間解析度、密度解析度、時間解析度三種，前者指影像中能夠分辨的最小細節，中者指能顯示的最小密度差別，後者指機體活動的最短時間間距。

層厚與層距

前者指掃描層的厚度，後者指兩層中心之間的距離。

部分容積效應

由於每層具有一定的厚度，在此厚度內可能包括密度不同的組織，因此，每一像素的CT值，實際所代表的是單位體積內各種組織的CT值的平均數，故不能反映該組織的真實CT值。

窗寬與窗位

由於正常或異常的組織具有不同的CT值，範圍波動在－1000～+1000 Hu範圍內，而人類眼睛的分辨能力相對有限，因此欲顯示某一組織結構的細節時，應選擇適合觀察該組織或病變的窗寬以及窗位，以獲得最佳的顯示。

視場

視場（FOV）分為掃描野（SFOV）和顯示野（DFOV）兩種，掃描野是X線掃描時的範圍，顯示野是數據重建形成的圖像範圍，掃描野大於顯示野。

管電流、管電流量

即管電流、管電流量，KV、mAs決定X線的硬度和光子數量的兩種參數，增大KV值可以使X線的穿透力增加，增大mAs則增加輻射量，所以面對不同年齡，不同體型的病人時，需要選擇對應的檢查選項。

矩陣

CT矩陣用於重建圖像，有256 x 256，512 x 512等幾種，常用的是512 x 512矩陣。

噪聲

一個均勻物體被掃描，在一個確定的ROI（感興趣區）範圍內，每個像素的CT值並不相同而是圍繞一個平均值波動，CT值的變化就是噪音。軸向（斷層）圖像的CT值呈現一定的漲落。即是說CT值僅僅作為一個平均值來看，它可能有上下的偏差，此偏差即為噪音。噪音是由輻射強度來決定的。也即是由達到探測器的X-Ray量子數來決定的。強度越大，噪音越低。圖像噪音依賴探測器表面之光子通量的大小。它取決於X線管的管電壓，管電流，予過濾及準直器孔徑等。重建算法也影響噪音。

信噪比

即信噪比SNR，信號與招噪聲的比值，適當減少噪聲能使圖像變得更佳。

掃描方式

CT的掃描方式分為分平掃（plain CT scan）、造影增強掃描（contrast enhancement,CE）和造影掃描三種。

平掃

平掃是指不用造影增強或造影的普通掃描，一般CT檢查都是先作平掃。

增強掃描

增強掃描是指用高壓注射器經靜脈注入水溶性有機碘劑，如60%～76%泛影葡胺60ml後再行掃描的方法。血內碘濃度增高后，器官與病變內碘的濃度可產生差別，形成密度差，可能使病變顯影更為清楚。方法分主要有團注法和靜滴法。

造影掃描

造影掃描是先作器官或結構的造影，然後再行掃描的方法。例如向腦池內注入碘曲侖8～10 ml或注入空氣4～6 ml進行腦池造影再行掃描，稱之為腦池造影CT掃描，可清楚顯示腦池及其中的小腫瘤。

圖像特點

CT圖像是由一定數目由黑到白不同灰度的像素按矩陣排列所構成。這些像素反映的是相應體素的X線吸收係數。不同CT裝置所得圖像的像素大小及數目不同。大小可以是1.0 × 1.0 mm，0.5 × 0.5 mm不等；數目可以是256 × 256，即65536個，或512 × 512，即262144個不等。顯然，像素越小，數目越多，構成圖像越細緻，即空間分辨力（spatial resolution）高。CT圖像的空間分辨力不如X線圖像高。

圖3 腹部CT圖像

CT圖像是以不同的灰度來表示，反映器官和組織對X線的吸收程度。因此，與X線圖像所示的黑白影像一樣，黑影表示低吸收區，即低密度區，如含氣體多的肺部；白影表示高吸收區，即高密度區，如骨骼。但是CT與X線圖像相比，CT的密度分辨力高，即有高的密度分辨力（density resolution）。因此，人體軟組織的密度差別雖小，吸收係數雖多接近於水，也能形成對比而成像。這是CT的突出優點。所以，CT可以更好地顯示由軟組織構成的器官，如腦、脊髓、縱隔、肺、肝、膽、胰以及盆部器官等，並在良好的解剖圖像背景上顯示出病變的影像。

X線圖像可反映正常與病變組織的密度，如高密度和低密度，但沒有量的概念。CT圖像不僅以不同灰度顯示其密度的高低，還可用組織對X線的吸收係數說明其密度高低的程度，具有一個量的概念。實際工作中，不用吸收係數，而換算成CT值，用CT值說明密度，單位為Hu（Hounsfield unit）。

水的吸收係數為10，CT值定為0 Hu，人體中密度最高的骨皮質吸收係數最高，CT值定為+1000 Hu，而空氣密度最低，定為-1000 Hu。人體中密度不同和各種組織的CT值則居於-1000 Hu到+1000 Hu的2000個分度之間。

CT圖像是層面圖像，常用的是橫斷面。為了顯示整個器官，需要多個連續的層面圖像。通過CT設備上圖像的重建程式的使用，還可重建冠狀面和矢狀面的層面圖像，可以多角度查看器官和病變的關係。

優勢缺點

優勢

CT診斷由於它的特殊診斷價值，已廣泛套用於臨床。而且隨著工藝水平、計算機技術的發展，CT得到了飛速的發展。多排螺旋CT投入實用的機型已經發展到了320排，同時各個廠家也在研究更先進的平板CT。CT與PET相結合的產物PET/CT在臨床上得到普遍運用，特別是在腫瘤的診斷上更是具有很高的套用價值。

缺點

CT設備比較昂貴，檢查費用偏高，某些部位的檢查，診斷價值，尤其是定性診斷，還有一定限度，所以不宜將CT檢查視為常規診斷手段，應在了解其優勢的基礎上，合理的選擇套用。此外，CT診斷輻射劑量較普通X線機大，故懷孕婦女不宜進行CT檢查。

核磁共振

計算機斷層掃描（CT）能在一個橫斷解剖平面上，準確地探測各種不同組織間密度的微小差別，是觀察骨關節及軟組織病變的一種較理想的檢查方式。在關節炎的診斷上，主要用於檢查脊柱，特別是骶髂關節。CT優於傳統X線檢查之處在於其密度解析度高，而且還能做軸位成像。由於CT的密度解析度高，所以軟組織、骨與關節都能顯得很清楚。加上CT可以做軸位掃描，一些傳統X線影像上分辨較困難的關節都能CT圖像上“原形畢露”。如由於骶髂關節的關節面生來就傾斜和彎曲，同時還有其他組織之重疊，儘管大多數病例的骶髂關節用x線片已可能達到要求，但有時X線檢查發現骶髂關節炎比較困難，則對有問題的病人就可做CT檢查。

磁共振成像（MRI)是根據在強磁場中放射波和氫核的相互作用而獲得的。磁共振一問世，很快就成為在對許多疾病診斷方面有用的成像工具，包括骨骼肌肉系統。肌肉骨骼系統最適於做磁共振成像，因為它的組織密度對比範圍大。在骨、關節與軟組織病變的診斷方面，磁共振成像由於具有多於CT數倍的成像參數和高度的軟組織解析度，使其對軟組織的對比度明顯高於CT。磁共振成像通過它多向平面成像的功能，套用高分辨的表面線圈可明顯提高各關節部位的成像質量，使神經、肌腱、韌帶、血管、軟骨等其他影像檢查所不能分辨的細微結果得以顯示。磁共振成像在骨關節系統的不足之處是，對於骨與軟組織病變定性診斷無特異性，成像速度慢，在檢查過程中。病人自主或不自主的活動可引起運動偽影，影響診斷。

X線攝片、CT、磁共振成像可稱為三駕馬車，三者有機地結合，使當前影像學檢查既擴大了檢查範圍，又提高了診斷水平。

主要用途

醫學檢查

CT檢查對中樞神經系統疾病的診斷價值較高，套用普遍。對顱內腫瘤、膿腫與肉芽腫、寄生蟲病、外傷性血腫與腦損傷、腦梗塞與腦出血以及椎管內腫瘤與椎間盤脫出等病診斷效果好，診斷較為可靠。因此，腦的X線造影除腦血管造影仍用以診斷顱內動脈瘤、血管發育異常和腦血管閉塞以及了解腦瘤的供血動脈以外，其他如氣腦、腦室造影等均已少用。螺旋CT掃描，可以獲得比較精細和清晰的血管重建圖像，即CTA，而且可以做到三維實時顯示，有希望取代常規的腦血管造影。

CT對頭頸部疾病的診斷也很有價值。例如，對眶內占位病變、鼻竇早期癌、中耳小膽脂瘤、聽骨破壞與脫位、內耳骨迷路的輕微破壞、耳先天發育異常以及鼻咽癌的早期發現等。但明顯病變，X線平片已可確診者則無需CT檢查。

對胸部疾病的診斷，CT檢查隨著高分辨力CT的套用，日益顯示出它的優越性。通常採用造影增強掃描以明確縱隔和肺門有無腫塊或淋巴結增大、支氣管有無狹窄或阻塞，對原發和轉移性縱隔腫瘤、淋巴結結核、中心型肺癌等的診斷，有較大的幫助。肺內間質、實質性病變也可以得到較好的顯示。CT對平片檢查較難顯示的部分，例如同心、大血管重疊病變的顯圾，更具有優越性。對胸膜、膈、胸壁病變，也可清楚顯示。

心及大血管的CT檢查，尤其是後者，具有重要意義。心臟方面主要是心包病變的診斷。心腔及心壁的顯示。由於掃描時間一般長於心動周期，影響圖像的清晰度，診斷價值有限。但冠狀動脈和心瓣膜的鈣化、大血管壁的鈣化及動脈瘤改變等，CT檢查可以很好顯示。

腹部及盆部疾病的CT檢查，套用日益廣泛，主要用於肝、膽、胰、脾，腹膜腔及腹膜後間隙以及泌尿和生殖系統的疾病診斷。尤其是占位性病變、炎症性和外傷性病變等。胃腸病變向腔外侵犯以及鄰近和遠處轉移等，CT檢查也有很大價值。當然，胃腸管腔內病變情況主要仍依賴於鋇劑造影和內鏡檢查及病理活檢。

工業檢測

現代工業的發展，使得CT在無損檢測和逆向工程中發揮重大的作用。

採用工業CT對產品進行無損檢測的結果表明，工業CT技術對氣孔、夾雜、針孔、縮孔、分層等各種常見缺陷具有很高的探測靈敏度，並能精確地測定這些缺陷的尺寸，給出其在零件中的部位。與其他常規無損檢測技術相比，工業CT技術的空間和密度解析度小於0.5%，成像尺寸精度高，不受工件材料種類和幾何形狀限制，可生成材料缺陷的三維圖像，在工程陶瓷結構尺寸、材料均勻性、微孔率精確測量和整體微裂紋、夾雜物、氣孔、異常大晶粒等缺陷檢測中極具研究和套用價值。

安保檢測

除了醫學及工業套用，CT設備還可套用於安保、航空運輸、港灣運輸、大型貨物貨櫃案件裝置等的檢測中。