[科普中國]-CT

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、超聲波等，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，可用于多種疾病的檢查；根據(jù)所采用的射線不同可分為：X射線CT（X-CT）以及γ射線CT（γ-CT)等。1

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(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂?，由光電轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（analog/digital converter）轉(zhuǎn)為數(shù)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）。1

掃描所得信息經(jīng)計算而獲得每個體素的X射線衰減系數(shù)或吸收系數(shù)，再排列成矩陣，即數(shù)字矩陣（digital matrix），數(shù)字矩陣可存貯于磁盤或光盤中。經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（digital/analog converter）把數(shù)字矩陣中的每個數(shù)字轉(zhuǎn)為由黑到白不等灰度的小方塊，即像素（pixel），并按矩陣排列，即構(gòu)成CT圖像。所以，CT圖像是重建圖像。每個體素的X射線吸收系數(shù)可以通過不同的數(shù)學方法算出。1

CT的工作程序是這樣的：它根據(jù)人體不同組織對X線的吸收與透過率的不同，應(yīng)用靈敏度極高的儀器對人體進行測量，然后將測量所獲取的數(shù)據(jù)輸入電子計算機，電子計算機對數(shù)據(jù)進行處理后，就可攝下人體被檢查部位的斷面或立體的圖像，發(fā)現(xiàn)體內(nèi)任何部位的細小病變。1

發(fā)展歷史自從X射線發(fā)現(xiàn)后，醫(yī)學上就開始用它來探測人體疾病。但是，由于人體內(nèi)有些器官對X線的吸收差別極小，因此X射線對那些前后重疊的組織的病變就難以發(fā)現(xiàn)。于是，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(shù)檢查人體病變的不足。1

1963年，美國物理學家科馬克發(fā)現(xiàn)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(guān)的計算公式，這些公式為后來CT的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。1

1967年，英國電子工程師亨斯菲爾德(Hounsfield)在并不知道科馬克研究成果的情況下，也開始了研制一種新技術(shù)的工作。首先研究了模式的識別，然后制作了一臺能加強X射線放射源的簡單的掃描裝置，即后來的CT，用于對人的頭部進行實驗性掃描測量。后來，他又用這種裝置去測量全身，獲得了同樣的效果。1

1971年9月，亨斯菲爾德又與一位神經(jīng)放射學家合作，在倫敦郊外一家醫(yī)院安裝了他設(shè)計制造的這種裝置，開始了頭部檢查。10月4日，醫(yī)院用它檢查了第一個病人?；颊咴谕耆逍训那闆r下朝天仰臥，X線管裝在患者的上方，繞檢查部位轉(zhuǎn)動，同時在患者下方裝一計數(shù)器，使人體各部位對X線吸收的多少反映在計數(shù)器上，再經(jīng)過電子計算機的處理，使人體各部位的圖像從熒屏上顯示出來。這次試驗非常成功。1

1972年第一臺 CT誕生，僅用于顱腦檢查，4月，亨斯菲爾德在英國放射學年會上首次公布了這一結(jié)果，正式宣告了CT的誕生。1

1974年制成全身CT，檢查范圍擴大到胸、腹、脊柱及四肢。1

第一代CT機采取旋轉(zhuǎn) /平移方式（rotate/translate mode)進行掃描和收集信息。由于采用筆形X線束和只有 1~ 2個探測器，所采數(shù)據(jù)少，所需時間長，圖像質(zhì)量差。1

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，擴大了掃描范圍，增加了采集數(shù)據(jù)，圖像質(zhì)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)。1

第三代CT機的控測器激增至300~ 800個，并與相對的X線管只作旋轉(zhuǎn)運動（rotate/rotate mode），收集更多的數(shù)據(jù)，掃描時間在 5s以內(nèi)，偽影大為減少，圖像質(zhì)量明顯提高。1

第四代CT機控測器增加到1000~ 2400個，并環(huán)狀排列而固定不動，只有X線管圍繞患者旋轉(zhuǎn)，即旋轉(zhuǎn)/固定式 (rotate/stationary mode)，掃描速度快，圖像質(zhì)量高。1

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(chǎn)生的電子束（electron beam）射向一個環(huán)形鎢靶，環(huán)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，空間分辨率小于0.4 mm，提高了圖像質(zhì)量，尤其是對搏動的心臟進行的成像。1

設(shè)備組成CT設(shè)備主要有以下三部分：

掃描部分由X線管、探測器和掃描架組成；2

計算機系統(tǒng)，將掃描收集到的信息數(shù)據(jù)進行貯存運算；2

圖像顯示和存儲系統(tǒng)，將經(jīng)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激光照相機將圖像攝下。2

從提出到應(yīng)用，CT設(shè)備也在不斷的發(fā)展。探測器從原始的1個發(fā)展到多達4800個，掃描方式也從平移/旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)/固定，發(fā)展到新近開發(fā)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。由于掃描時間短，可避免運動產(chǎn)生的偽影，例如，呼吸運動的干擾，可提高圖像質(zhì)量；層面是連續(xù)的，所以不致于漏掉病變，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）。2

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。由于掃描時間很短，可攝得電影圖像，能避免運動所造成的偽影，因此，適用于心血管造影檢查以及小兒和急性創(chuàng)傷等不能很好的合作的患者檢查。2

相關(guān)參數(shù)CT值某物質(zhì)的CT值等于該物質(zhì)的衰減系數(shù)與水的吸收系數(shù)之差再與水的衰減系數(shù)相比之后乘以分度因素。物質(zhì)的CT值反映物質(zhì)的密度，即物質(zhì)的CT值越高相當于物質(zhì)密度越高。

即CT值=α×（μm-μw）/μw

α為分度因數(shù)，其取值為1000時，CT值的單位為亨氏單位（Hu）。

人體內(nèi)不同的組織具有不同的衰減系數(shù)，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。3

分辨率CT設(shè)備的分辨率主要分為空間分辨率、密度分辨率、時間分辨率三種，前者指影像中能夠分辨的最小細節(jié)，中者指能顯示的最小密度差別，后者指機體活動的最短時間間距。3

層厚與層距前者指掃描層的厚度，后者指兩層中心之間的距離。3

部分容積效應(yīng)由于每層具有一定的厚度，在此厚度內(nèi)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(nèi)各種組織的CT值的平均數(shù)，故不能反映該組織的真實CT值。3

窗寬與窗位由于正?；虍惓５慕M織具有不同的CT值，范圍波動在－1000～+1000 Hu范圍內(nèi)，而人類眼睛的分辨能力相對有限，因此欲顯示某一組織結(jié)構(gòu)的細節(jié)時，應(yīng)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。3

視場視場（FOV）分為掃描野（SFOV）和顯示野（DFOV）兩種，掃描野是X線掃描時的范圍，顯示野是數(shù)據(jù)重建形成的圖像范圍，掃描野大于顯示野。

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(shù)量的兩種參數(shù)，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(yīng)的檢查選項。

矩陣CT矩陣用于重建圖像，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(qū)）范圍內(nèi)，每個像素的CT值并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(xiàn)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(shù)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。它取決于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。4

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。4

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(jīng)靜脈注入水溶性有機碘劑，如60%～76%泛影葡胺60ml后再行掃描的方法。血內(nèi)碘濃度增高后，器官與病變內(nèi)碘的濃度可產(chǎn)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。4

造影掃描造影掃描是先作器官或結(jié)構(gòu)的造影，然后再行掃描的方法。例如向腦池內(nèi)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。4

圖像特點CT圖像是由一定數(shù)目由黑到白不同灰度的像素按矩陣排列所構(gòu)成。這些像素反映的是相應(yīng)體素的X線吸收系數(shù)。不同CT裝置所得圖像的像素大小及數(shù)目不同。大小可以是1.0 × 1.0 mm，0.5 × 0.5 mm不等；數(shù)目可以是256 × 256，即65536個，或512 × 512，即262144個不等。顯然，像素越小，數(shù)目越多，構(gòu)成圖像越細致，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。1

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(qū)，即低密度區(qū)，如含氣體多的肺部；白影表示高吸收區(qū)，即高密度區(qū)，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，吸收系數(shù)雖多接近于水，也能形成對比而成像。這是CT的突出優(yōu)點。所以，CT可以更好地顯示由軟組織構(gòu)成的器官，如腦、脊髓、縱隔、肺、肝、膽、胰以及盆部器官等，并在良好的解剖圖像背景上顯示出病變的影像。1

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線的吸收系數(shù)說明其密度高低的程度，具有一個量的概念。實際工作中，不用吸收系數(shù)，而換算成CT值，用CT值說明密度，單位為Hu（Hounsfield unit）。1

水的吸收系數(shù)為10，CT值定為0 Hu，人體中密度最高的骨皮質(zhì)吸收系數(shù)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值則居于-1000 Hu到+1000 Hu的2000個分度之間。1

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(xù)的層面圖像。通過CT設(shè)備上圖像的重建程序的使用，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(guān)系。1

優(yōu)勢缺點優(yōu)勢CT診斷由于它的特殊診斷價值，已廣泛應(yīng)用于臨床。1而且隨著工藝水平、計算機技術(shù)的發(fā)展，CT得到了飛速的發(fā)展。多排螺旋CT投入實用的機型已經(jīng)發(fā)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(jié)合的產(chǎn)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應(yīng)用價值。3

缺點CT設(shè)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(guī)診斷手段，應(yīng)在了解其優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，合理的選擇應(yīng)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。1

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(guān)節(jié)及軟組織病變的一種較理想的檢查方式。在關(guān)節(jié)炎的診斷上，主要用于檢查脊柱，特別是骶髂關(guān)節(jié)。CT優(yōu)于傳統(tǒng)X線檢查之處在于其密度分辨率高，而且還能做軸位成像。由于CT的密度分辨率高，所以軟組織、骨與關(guān)節(jié)都能顯得很清楚。加上CT可以做軸位掃描，一些傳統(tǒng)X線影像上分辨較困難的關(guān)節(jié)都能CT圖像上“原形畢露”。如由于骶髂關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)面生來就傾斜和彎曲，同時還有其他組織之重疊，盡管大多數(shù)病例的骶髂關(guān)節(jié)用x線片已可能達到要求，但有時X線檢查發(fā)現(xiàn)骶髂關(guān)節(jié)炎比較困難，則對有問題的病人就可做CT檢查。3

磁共振成像（MRI)是根據(jù)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(tǒng)。肌肉骨骼系統(tǒng)最適于做磁共振成像，因為它的組織密度對比范圍大。在骨、關(guān)節(jié)與軟組織病變的診斷方面，磁共振成像由于具有多于CT數(shù)倍的成像參數(shù)和高度的軟組織分辨率，使其對軟組織的對比度明顯高于CT。磁共振成像通過它多向平面成像的功能，應(yīng)用高分辨的表面線圈可明顯提高各關(guān)節(jié)部位的成像質(zhì)量，使神經(jīng)、肌腱、韌帶、血管、軟骨等其他影像檢查所不能分辨的細微結(jié)果得以顯示。磁共振成像在骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)的不足之處是，對于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。3

X線攝片、CT、磁共振成像可稱為三駕馬車，三者有機地結(jié)合，使當前影像學檢查既擴大了檢查范圍，又提高了診斷水平。3

主要用途醫(yī)學檢查

CT檢查對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷價值較高，應(yīng)用普遍。對顱內(nèi)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(nèi)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(nèi)動脈瘤、血管發(fā)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(guī)的腦血管造影。3

CT對頭頸部疾病的診斷也很有價值。例如，對眶內(nèi)占位病變、鼻竇早期癌、中耳小膽脂瘤、聽骨破壞與脫位、內(nèi)耳骨迷路的輕微破壞、耳先天發(fā)育異常以及鼻咽癌的早期發(fā)現(xiàn)等。但明顯病變，X線平片已可確診者則無需CT檢查。3

對胸部疾病的診斷，CT檢查隨著高分辨力CT的應(yīng)用，日益顯示出它的優(yōu)越性。通常采用造影增強掃描以明確縱隔和肺門有無腫塊或淋巴結(jié)增大、支氣管有無狹窄或阻塞，對原發(fā)和轉(zhuǎn)移性縱隔腫瘤、淋巴結(jié)結(jié)核、中心型肺癌等的診斷，有較大的幫助。肺內(nèi)間質(zhì)、實質(zhì)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(yōu)越性。對胸膜、膈、胸壁病變，也可清楚顯示。3

心及大血管的CT檢查，尤其是后者，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。由于掃描時間一般長于心動周期，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。3

腹部及盆部疾病的CT檢查，應(yīng)用日益廣泛，主要用于肝、膽、胰、脾，腹膜腔及腹膜后間隙以及泌尿和生殖系統(tǒng)的疾病診斷。尤其是占位性病變、炎癥性和外傷性病變等。胃腸病變向腔外侵犯以及鄰近和遠處轉(zhuǎn)移等，CT檢查也有很大價值。當然，胃腸管腔內(nèi)病變情況主要仍依賴于鋇劑造影和內(nèi)鏡檢查及病理活檢。3

工業(yè)檢測

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，使得CT在無損檢測和逆向工程中發(fā)揮重大的作用。

采用工業(yè)CT對產(chǎn)品進行無損檢測的結(jié)果表明，工業(yè)CT技術(shù)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，并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(guī)無損檢測技術(shù)相比，工業(yè)CT技術(shù)的空間和密度分辨率小于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(jié)構(gòu)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應(yīng)用價值。5

安保檢測

除了醫(yī)學及工業(yè)應(yīng)用，CT設(shè)備還可應(yīng)用于安保、航空運輸、港灣運輸、大型貨物集裝箱案件裝置等的檢測中。6

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

江松敏 - 副教授 - 復旦大學