医学影像学(放射医学)CT物理和仪器

粗体字为重点，红体字为考点，用于医学影像学及卫生资格，分支内容知识点包括：CT成像原理与设备、CT图像特点、CT基本概念、CT扫描技术、后处理技术、影响图像质量的因素等。

CT成像基础

• CT成像原理与设备
  • CT成像原理与方式
    • 1974年莱氏首先设计成全身CT装置
    • CT与X线一样利用了X线原理
      • 线性衰减系数
        • Lout=Lin*e-ul
          • X线穿过物质时强度呈指数衰减
    • X线成像技术可分为两类
      • 模拟成像
      • 数字成像
    • CT成像过程
      • 获取扫描层面数字化信息
      • 获取扫描层面各个体素的X线吸收系数
      • 获取CT灰阶图像
    • X线数字成像模式
      • 模拟图像数字化
      • 将获得信息由模拟量直接转换成数字量(模数转换),然后成像
    • CT扫描模式
      • X线球管
        • 前准直器
          • 窄束X线
            • 人体
              • 后准直器
                • 探测器
                  • A/D(模数转换)
                    • 计算机
                      • 存储装置
                      • D/A(数模转换)
                        • 监视器
                      • 激光打印机
    • CT扫描种类
      • 断层扫描(轴扫)
        • CT最初的扫描模式
      • 螺旋扫描
        • 建立在滑环技术上的扫描
      • 电影扫描
        • 增强动态扫描
    • CT图像重建的运算方法
      • 反投影法
        • 综合法
      • 迭代法
        • 代数重建法
        • 逐线矫正法
        • 逐点矫正法
      • 解析法
        • 二维傅里叶转换法
        • 滤波反投影法
        • 褶积投影法
    • 螺旋扫描的概念
      • 扫描过程中,X线球管围绕机架连续曝光,曝光的同时移动检查床,同步均速移动,探测器同时采集数据,由于扫描轨迹呈螺旋线,故称为螺旋扫描,又称容积或体积扫描
    • 螺旋扫描和常规断层扫描相比的优点
      • 快
        • 扫描速度快
      • 容积数据
        • 可以重建冠状,矢状位和斜位
  • 设备
    • 扫描部分
      • 高压发生器
        • 为CT球管产生X线提供稳定的直流高压(120-140KV的直流高压)
      • X线球管
        • 发射X线
          • 选用大功率,高热容量的旋转阳极X线管
      • 准直器
        • 前准直器
          • 控制X线束宽度
        • 后准直器
          • 减少散射线的干扰,决定层厚
      • 探测器
        • 接受衰减后的X线并转换为电信号
        • 作用
          • 探测透过人体检查部位后的X线
      • 扫描架和扫描床
        • 机架可打角度
        • 扫描床可升降和匀速移动,精度可达0.5mm
    • 计算机部分
      • 主计算机系统和阵列处理器
        • 扫描程度控制
        • 信号的接受和处理
        • 图像重建及后处理
    • 图像显示及存储部分
      • 显示器
      • 存储器
    • 操作控制部分
      • 操作控制台扫描条件的选择
      • 图像后处理
      • 照相系统
  • 多层螺旋CT
    • 定义
      • 球管每旋转一周可以获得多幅图像的CT
    • 滑环技术基础上开发的扫描技术
      • 采集人体组织一段体积数据而不是一层一层的数据,是连续的容积扫描
        • 滑环技术并未加快旋转速度
    • 多层螺旋CT的原理与构造特点
      • 单轴多排探测器
        • 单层螺旋CT一排探测器,多层螺旋CT多排探测器
      • 锥形X线束(单层和多层的区别)
        • 单层
          • X线束为扇形,一排探测器,X线束宽度等于层厚
        • 多层
          • 多通道多排探测器,X线束等于多个层厚之和,最厚可达160mm,提高了X线的利用率.
      • 多个数据采集通道
        • 单层
          • 一组通道
        • 多层
          • 若干组通道,目前最多可达320组输出通道
      • 球管旋转一周可获得多幅图像
        • 单层
          • 旋转一周可获取一幅图像
        • 多层
          • 一个采样周期可获得2-320幅图像
    • 多层螺旋CT的优势
      • 降低球管消耗
      • 覆盖范围更长
      • 检查时间更短
      • 扫描层厚更薄
      • 图像后处理功能更强
  • 电子束CT
    • 原理与构造特点
      • 电子束CT亦称超快速CT(EBCT)
        • 它是利用电子束穿透人体及快速的床面移动来完成扫描的.其最快的扫描速度为50ms/层.从总体评价,它优于螺旋CT扫描.主要是单位时间内扫描范围比螺旋扫描CT大,移动产生的伪影比螺旋扫描少.
    • 应用特点
      • 电子束CT最大优势就是扫描速度极快,非常适合心脏的扫描,急躁患者和小儿
• CT图像特点
  • 与常规X线摄影比较的优势
    • 断层显示解剖结构
    • 高软组织分辨率
    • 建立了数字化标准
  • CT值
    • 概念
      • 是测定人体某一局部组织或器官密度大小的一种计量单位,通常称亨氏单位(HU)
    • 计算公式
      • CT值=(物质衰减系数-水衰减系数之差)/水衰减系数 再乘以1000
        • CT值是组织密度相对值
    • CT值应用
      • 相对CT值的应用
        • 通过测定平扫及增强各期CT值判断病变组织的性质及增强后观察病变组织的血供来源,从而对病变进行定位,诊断及鉴别诊断
      • 绝对CT值的应用
        • 通过测定CT值判断是何种正常组织
  • 窗口技术
    • 概念
      • 利用窗宽,窗位技术可以实现一幅图像上不同组织在屏幕上的灰度显示
    • 应用
      • 加大窗宽
        • 图像层次增多,但组织对比减少,细节显示差
      • 窗宽变窄
        • 密度分辨率增高
        • 最低时
          • 没有层次,只有黑白
      • 提高窗位
        • 图像变黑
      • 降低窗位
        • 图像变白
• CT基本概念
  • 像素
    • 像素是一个二维概念,指构成数字图像矩阵的基本单元
      • 像素=图像的基本单元
  • 体素
    • 体素是指代表一定厚度的三维体积单元
      • 体素=每个单元内物质的综合密度
  • 准直宽度与层厚
    • 准直宽度
      • 是指X线束的宽度
    • 层厚
      • 非螺旋和单层螺旋扫描
        • 准直器决定层厚
      • 多层螺旋CT
        • 探测器排的宽度决定层厚
      • 层厚是指CT断层的厚度,代表实际解剖厚度
      • 层厚越薄
        • 空间分辨力越高,但密度分辨力越低
      • 层厚越厚
        • 密度分辨力越高,空间分辨力越低
  • 矩阵与像素
    • 矩阵=横竖的数字阵列
      • 矩阵决定了CT影像的空间分辨力
      • 数字精度是bit
        • 重建矩阵
        • 显示矩阵
      • 非螺旋扫描中
        • 矩阵的计算仅仅在图像的横断分辨力上,并不涉及像素的高度(层厚)
      • 螺旋扫描
        • 还涉及纵轴上的空间分辨力
          • 高度越小
            • 纵轴空间分辨力越高
        • 当纵轴矩阵与横轴矩阵完全一致时
          • 任何方位的重建或重组图像质量完全相同
      • 像素大小=扫描野➗矩阵
  • 螺距
    • 概念
      • 指X线球管旋转一周扫描床前进的纵向长度
        • 也就是球管旋转一周扫描床移动距离与准直器宽度之间的比
    • 单层螺旋CT
      • 螺距=扫描一圈床移动距离/扫描线束X线束宽度(螺距=球管旋转360°床的移动距离/准直器宽度)
        • X线束宽度单层螺旋CT中决定层厚
      • 螺距=0时
        • 为常规扫描,即普通CT扫描床不动0mm/准直器宽度=0
          • 无间隔 pit=1
      • 螺距=0.5时
        • 扫描一圈床移动距离等于扫描线束宽度的一半,相邻螺线圈重叠,即0.5=0.5/1
          • 重叠扫描<1
            • 层厚大于层间距
      • 螺距=1时
        • 扫描一圈床移动距离等于扫描束宽度,即1=1/1
      • 螺距=1.5时
        • 扫描一圈床移动距离等于扫描线束的1.5倍,即1.5=1.5/1
          • 间隔扫描>1
    • 多层螺旋CT
      • 螺距=球管螺旋360°床移动距离(mm)/准直器宽度(mm)
        • 公式:P(螺距)=d(床移)/M(层厚)*S(一圈层数)
        • 螺距小于1指的是
          • 准直器宽度大于床的移动距离
      • 总结
        • 螺距与扫描一圈床的距离呈正比
        • 螺距越小,扫描对受检体覆盖的越完全.螺距小,层厚薄可提高纵向分辨率,对检出小病灶有利.
  • 重建间隔的定义与应用
    • 重建间隔
      • 每两层重建图像之间的间隔
    • 应用
      • 重建间隔越小,重建出的图像越多
      • 总重建时间等于重建层数乘以每层重建时间
• CT扫描技术
  • 普通扫描
    • 平扫
    • 目标扫描
      • 靶扫描
        • 感兴趣区放大扫描
          • 提高空间分辨力
        • 常规扫描后放大不能提高空间分辨力,只是图像放大
        • 放大区域内成一矩阵,同样的矩阵,扫描范围越小,像素越小,空间分辨力越高
    • 薄层扫描
    • 高分辨扫描
      • 提高空间分辨力
      • 应用
        • 观察骨的细微结构
          • 如内耳
        • 观察肺的细微结构
      • 高mAs
        • 薄层厚
          • 大矩阵及骨算法
      • 基本要求
        • 图像重建使用骨重建法
        • 空间分辨率＜0.5mm
        • 扫描层厚≤2mm
        • 应用≥512*512
  • 增强扫描
    • 常规增强扫描
    • 动态增强扫描
      • 时相扫描
      • 小剂量试验
      • CT监测激发扫描
  • 特殊扫描
    • 低剂量扫描
    • 灌注成像
      • 组织血流量(CBF)
      • 组织血容量(CBV)
      • 平均通过时间(MTT)
      • 峰值时间(TTP)
      • 反映灌注情况
      • 常用灌注参数
        • 局部脑血流量
          • CBF
        • 局部脑血容量
          • CBV
        • 平均通过时间
          • MTT
        • 最大峰值时间
          • TTP
        • 二者关系
          • CBV-CBF X MTT
      • 应用
        • 超急性期脑梗死的诊断
        • 肿瘤灌注
        • 肝肾功能评价
        • 心肌灌注
      • 脑灌注定量参数
        • 正常
          • CBF:45-110ml/100g/min
        • 脑血流量减少
          • 23-44ml/100g/min
        • 脑缺血
          • 10-22ml/100g/min
        • 脑梗塞
          • <10ml/100g/min
    • 血管成像
      • 动脉成像
      • 静脉成像
      • 冠脉成像
        • 冠状动脉狭窄筛选的最佳方法
    • 能谱或能量成像
    • CT导向活检
  • CT成像设备即将发生的重大变化是
    • 平板探测器CT
• 后处理技术
  • MPR概念和方法
    • 多方位重组(MPR)
      • 螺旋扫描后,常规进行的是横断面图像的重建,把横断图像的像素叠加回到三维容积排列上,然后根据需要组成不同方位的重新组合的断层图像
        • 二维重建
      • 如果是曲线走行,所得到的图像称CPR
        • 曲面重建
  • SSD概念和方法
    • 表面遮盖显示(SSD)
      • 是将像素值大于某个确定阈值的所有像素连接起来的一个三维的表面数学模型,然后用一个电子模拟光源在三维图像上发光,通过阴影体现深度关系
  • MIP概念和方法
    • 最大密度投影(MIP)
      • 把扫描后的若干层图像叠加起来,把其中的高密度部分做一投影,低密度部分则删除,形成这些高密度部分三维结构的二维投影.
      • 多用于血管成像,缺点是二维显示,缺乏立体感
  • MinIP概念和方法
    • 最小密度投影(MinIP)
      • 与MIP方法类似,是对每一线束所遇密度最小值重组二维图像
      • 主要用于气道显示和胃肠道中空器官
  • VR概念和方法
    • 容积显示(VR)
      • 利用全部体素CT值,通过功能转换软件,进行表面遮盖技术与旋转相结合,加上假色彩编码或不同程度的不透明技术,使表面及深层的结构都显示的技术.
      • 先确定扫描容积内的像素密度直方图,以直方图的不同峰值代表不同组织百分比,换算成不同灰阶(或彩色)以不同的透明度三维显示扫描容积内的各种结构
  • CTVE概念和方法
    • CT仿真内镜(CTVE)
      • 将螺旋扫描所获得的容积数据进行后处理,重建出立体图像
      • 用于胃肠道内壁,血管和器官内壁
• 影响图像质量的因素
  • 空间分辨力
    • CT对于物体空间大小的鉴别能力
    • 表达方法
      • 用每厘米内的线对数(IP/cm)来表示
        • 线对数越高,表明空间分辨力越强
      • 用可辨别物体的最小直径(mm)来表示
        • 辨别直径越小,空间分辨力越高
      • 上面两种方法可以互换
        • 换算方法为5➗IP=可分辨物体最小直径(mm)
    • 影响因素
      • 矩阵
        • 同样大小的扫描野,矩阵越大,像素就越小,空间分辨力越高
      • 视野(FOV)
        • FOV的大小同样通过影响像素的大小影响空间分辨力
        • 同样的矩阵,视野越大,像素尺寸越大,反之像素尺寸越小
      • 探测器几何尺寸
        • 准直器
          • 增厚准直器,空间分辨率下降
      • 探测器间隙
      • 原始数据总量
        • 取决于扫描时间,取样频率及每次扫描参与取样的探测器数目
      • 重建算法
        • 与空间分辨率关系最为密切
    • 普通平片比CT空间分辨率高
  • 密度分辨力
    • CT对于密度差别的分辨能力
      • 通常用百分比表示
    • 影响因素
      • 1噪声
        • 指采样过程中接收到一些干扰正常信号的信息
        • 影响
          • 信噪比降低,影响密度分辨力,使图像模糊失真
          • 单位体素内接受的光子量越多,噪声越小
          • 体素越大,接收光子越多,量子噪声就越小
        • 降低噪声方法
          • 单位体积内光子接收量增加
            • 增加mAs
            • 增加KV
            • 增加MAS
          • 增加准直宽度
      • 2信噪比
        • 用来表示有用信号和噪声强度之比
        • 数值越大,噪声对信号影响越小,信号传递质量越高,图像质量越高
      • 3被测物体大小
      • 降低噪声,提高信噪比的重要条件是提高探测器的效率及X射线剂量
    • 表达方法
      • 密度分辨力
      • 物体直径
      • 接受剂量
  • 伪影
    • 扫描物体中不存在,而在图像中显示出的影像
      • 运动,结构,体内金属
        • 条状,星芒状
      • 机器设备伪影
        • 条纹,环状(探测器灵敏度不一致),点状,同心圆状
      • 扫描因素
        • 扫描参数过低,扫描野和显示野与扫描部分选择不当
  • 部分容积效应的概念
    • 同一扫描层面内含有两种或两种以上不同组织密度的物质时,重叠或相邻位置所测的任何一种组织的CT值不能如实反映任何一种组织的CT值
  • 窗宽:规定CT值显示的范围
  • 窗位(WL):所显示组织密度即灰阶的中心
    • CT值>窗位CT值+1/2窗宽=全白
    • CT值<窗位CT值-1/2窗宽=全黑
    • 每一个灰阶内CT值范围=窗宽/16
      • 人裸眼能分辨的灰阶数的值16
  • CT值范围=窗位CT值±1/2窗宽
• CT分析与临床应用
  • CT分析与诊断
    • 核对信息
    • 了解检查技术和方法
    • 病变密度
    • 病灶位置,形态,大小,边界,数目
    • 如果增强,强化情况
    • 临近结构情况
    • 有无转移
  • CT临床应用
    • 常规扫描
    • 增强扫描
    • 穿刺活检
    • 定量测量
    • 定性诊断
• 增强CT及对比剂
  • 离子型和非离子型
  • 副反应表现
    • 特异性反应
      • 荨麻疹
        • 血管性水肿
          • 呼吸困难
    • 物理,化学反应
      • 恶心
        • 呕吐
          • 颜面潮红
            • 发热
  • 副反应临床表现
    • 轻度反应
      • 全身热感与发痒
        • 结膜充血
          • 少数红疹
            • 头疼头晕
              • 喷嚏咳嗽
                • 恶心呕吐
    • 中度反应
      • 全身荨麻疹
        • 颜面部水肿
          • 胸闷气急
            • 呼吸困难
              • 发音嘶哑
                • 肢体抖动
    • 重度反应
      • 面色苍白
        • 四肢青紫
          • 手足厥冷
            • 呼吸困难
              • 手足肌痉挛
                • 血压下降
                  • 心搏停止
                    • 知觉丧失
  • 副反应救治
    • 轻度反应
      • 安静休息
        • 吸氧
          • 大量饮水
            • 服用抗组胺药或者静滴地米10mg
    • 中度反应
      • 无高血压,心脏病,甲亢
        • 用肾上腺素0.3-0.5ml皮下注射
      • 静注地米10-20mg或者氢化可的松50mg
      • 静滴氢化可的松100mg+5%-10%葡萄糖盐水
      • 吸氧保暖
      • 喉头水肿用地米5mg,肾上腺素1只(1mg)喉头喷雾
    • 重度反应
      • 上述治疗
        • 通知急诊和相关科室
      • 血压下降,心跳微弱
        • 肾上腺素,阿拉明,新福林,多巴胺
          • 必要时静滴5%碳酸氢钠250ml
      • 喉头严重水肿
        • 气管切开或插管
• CT扫描技术
  • 头颅
    • 幕下部位扫描,CT基线最好与上眶耳线平行
    • 一般层厚是10mm
  • 前列腺
    • 前列腺上限一半不超过耻骨联合上缘的20mm
  • 关节
    • 注入对比剂要求15分钟开始扫描
      • 关节造影CT