版上岗考试指南CT成像技术篇Word格式.docx
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与普通X线的层面影像比较,CT得到的横断面图像层厚准确,无层面以外结构的干扰,图像清晰,密度分辨力高。
⑵密度分辨力高:
一般,CT的密度分辨力要比普通X线屏片摄影高约20倍。
CT的密度分辨力较高的原因是:
·
CT的X射线束透过物体到达检测器经过严格的准直,散射线少;
CT机采用了高灵敏度的、高效率的接收介质;
CT利用计算机软件对灰阶的控制,可根据诊断需要,随意调节适合人眼视觉的观察范围。
⑶可作定量分析:
CT能够准确地测量各组织的X射线吸收衰减值,通过各种计算,可作定量分析。
可作图像后处理:
借助于计算机和某些图像处理软件,可作病灶的形状和结构分析。
采用螺旋扫描方式,可获得高质量的三维图像和多平面的断面图像。
1.1.3.2CT的缺点
⑴极限空间分辨力仍低于普通X线摄影。
目前,中挡的CT机其极限分辨力约10LP/cm,而目前高挡的CT机其极限分辨力约为30LP/cm或以上。
普通X线增感屏摄影的空间分辨力可达10~15LP/mm,无屏单面药膜胶片摄影,其极限分辨力最高可达30LP/mm以上。
⑵CT的定位、定性诊断只能相对比较而言,其准确性受各种因素的影响。
在定位方面,CT对于体内小于1cm的病灶,常常容易漏诊。
在定性方面,也常受病变的部位、大小、性质、病程的长短、病人的体型和配合检查等诸多因素的影响。
⑶CT的图像基本上只反映了解剖学方面的情况,较少有脏器功能和生化方面的资料。
1.1.4各代CT机的结构特点
上世纪80年代末螺旋CT发明之前,CT的发展通常以代称呼(图1-2、图1-3),而螺旋CT出现后,CT的改进和发展则不再以代称呼。
以下是各代CT和螺旋CT的基本特点概述。
1.1.4.1第一代CT机
第一代CT机为旋转-平移扫描方式,多属头颅专用机。
X射线管是油冷固定阳极,扫描X射线束为笔形束,探测器一般是二到三个。
扫描时,机架环绕病人作旋转和同步直线平移运动,X射线管每次旋转1︒,同时沿旋转反方向作直线运动扫描。
下一次扫描,再旋转1︒并重复前述扫描动作,直至完成180︒以内的180个平行投影值。
这种CT机结构的缺点是射线利用率很低,扫描时间长,一个断面需3~5分钟。
1.1.4.2第二代CT机
第二代CT机仍为旋转-平移扫描方式。
扫描X射线束改为5~20︒的小扇形束,探测器增加到3~30个,平移扫描后的旋转角度由1︒提高到扇形射线束夹角的度数,扫描的时间缩短到20~90秒。
另外,第二代CT缩小了探测器的孔径、加大了矩阵和提高了采样的精确性等,改善了图像质量。
这种扫描方式的主要缺点是:
由于探测器排列成直线,对于扇形的射线束而言,其中心和边缘部分的测量值不相等,需要作扫描后的校正,以避免伪影的出现而影响图像的质量。
1.1.4.3第三代CT机
第三代CT机改变了扫描方式,为旋转-旋转方式。
X射线束是30~45︒宽扇形束,探测器数目增加到300~800个,扫描时间缩短到2~9秒或更短。
探测器阵列排列成彼此无空隙的弧形,数据的采集以X线管为焦点,随着X线管的旋转得到不同方位的投影,由于排列方式使扇形束的中心和边缘与探测器的距离相等,无需作距离测量差的校正。
该扫描方式的缺点是:
扫描时需要对每一个相邻探测器的灵敏度差异进行校正,否则由于同步旋转的扫描运动会产生环形伪影。
1.1.4.4第四代CT机
第四代CT机的扫描方式只有球管的旋转。
X射线束的扇形角达50~90度,因此也减少了X线球管的负载,使扫描速度可达1~5秒。
探测器更多达600~1500个,全部分布在360︒的圆周上。
扫描时,没有探测器运动,只有球管围绕病人作360︒的旋转。
与第三代CT机扫描不同,在第四代扫描方式中,对于每一个探测器来说所得的投影值,相当于以该探测器为焦点,由X射线管旋转扫描一个扇形面而获得,故此种扫描方式也被称为反扇束扫描。
1.1.4.5第五代CT机
第五代CT机又称电子束CT,它的结构明显不同于前几代CT机。
它由一个电子束X射线管、一组由864个固定探测器阵列和一个采样、整理、数据显示的计算机系统构成。
最大的差别是X射线发射部分,包括一个电子枪、偏转线圈和处于真空中的半圆形钨靶。
扫描时,电子束沿X射线管轴向加速,电磁线圈将电子束聚焦,并利用磁场使电子束瞬时偏转,分别轰击四个钨靶。
扫描时间为30ms、50ms和100ms。
由于探测器是排成两排216︒的环形,一次扫描可得两层图像;
还由于一次扫描分别轰击四个靶面,故总计一次扫描可得八个层面。
1.1.4.6螺旋CT扫描机
螺旋CT机改变了以往扫描方式,扫描机架是连续、单向的旋转(图1-4)。
射线束仍为大扇束。
单层螺旋CT的螺旋扫描时间通常是1秒,而多层螺旋扫描的目前最短时间为0.33秒。
单层螺旋CT的探测器数目与第三代CT机相比没有数量的增加和材料的改变,但是多层螺旋CT的探测器不仅在数量上有较大的增加,而且改用了超高速的稀土陶瓷,使射线的利用率大大提高,从原来的50%左右上升到99%。
射线束角度没有什么大的改变,同以往的非螺旋CT扫描机。
扫描层次在单层螺旋机中仍为每次一层,在多层螺旋机中一次旋转可达4层、8层、16层、64层甚至更多,结合层厚、扫描通道的组合运用,已可满足动态器官心脏等成像的需要。
单层螺旋CT只是提高了连续扫描的能力,而多层螺旋CT不仅扫描速度快、覆盖范围大,而且几乎能进行人体所有器官的扫描检查。
表1-1
各代CT扫描机的主要特性
第一代
第二代
第三代
第四代
第五代
螺旋CT
扫描方式
旋转-平移
旋转-旋转
旋转
静止
连续旋转
射线束
单束扫描
小扇束
大扇束
反扇束
动态空间重现
大扇束/孔束
扫描时间
5分钟
20~90秒
2~9秒
1~5秒
30~100毫秒
0.33~1秒
探测器数量2~3个
3~30个
300~800个
600~1500个
864个
单,800个左右
多,5376~30464
射线束角度
-
5~20度
30~45度
50~90度
30~45度
扫描层/次
1
2
8
1~256层
应用范围
头部
全身
全身
心等动态器官
单,全身。
多,全身及
动态器官。
1.1.5CT的发展趋势
1983年,美国Douglasboyd博士开发出超高速扫描的第五代CT――电子束CT(ElectronBeamCT,EBCT)并应用于临床。
用电子束的扫描替代了机械运动扫描,使扫描速度提高到毫秒级,使心脏、大血管及冠状动脉疾病的影像检查成为现实。
1985年,滑环技术应用于CT设备,使CT的扫描实现了单方向连续旋转扫描。
1989年,在滑环技术的基础上螺旋扫描方式问世,缩短了病人检查时间,而且使各种三维后处理图像(如CT血管造影、仿真内窥镜技术等)更为精确。
1992年,ELSCINT公司研制成功双层螺旋CT(CTTWIN),开创了多层螺旋扫描的先河。
1998年,Philips、Siemens、GE、Toshiba四家公司同时推出多(4层)螺旋CT,扫描速度提高到每一次旋转0.5秒。
2001年,16层螺旋CT研制成功,扫描1周能同时获得16幅0.75mm层厚的图像。
2003年,64层螺旋CT在北美放射学年会上正式发布和投入临床使用。
2005年,西门子推出首台双源和双探测器系统的CT扫描仪。
2007年,东芝、飞利浦和西门子公司在北美放射年会上分别同时推出320、256和128层多层螺旋CT扫描仪。
由于近10年来CT技术的飞速发展,使CT不管从检查方法还是诊断模式都发生了巨大的改变。
具体表现有以下几个方面:
1.1.5.1扫描快、层数多、层厚薄,使CT的检查范围进一步扩大
⑴CT的扫描速度在非螺旋CT时最短是周/1s。
单层螺旋CT的层/秒时间虽未缩短,但由于扫描方式的改变,缩短了扫描周期,使单位时间内的病人检查数量提高。
⑵至4层螺旋CT,扫描时间缩短到周/0.5s,其单位扫描时间的图像获得率又有所提高。
16层CT的扫描时间则缩短为周/0.42s。
而目前的64层CT的扫描时间更是缩短到了周/0.33s
⑶由于层/秒的扫描时间缩短,使CT能做一些运动器官的检查,如4层以上CT的心脏检查。
一次旋转图像获得率增加,更使CT的检查范围扩大,如大面积创伤病人,可以在短时间内获得从胸腔至盆腔大范围扫描。
⑷另外,扫描速度提高,也改变了某些部位、器官的检查方法,如肝脏增强CT扫描,现在的多层螺旋CT扫描,一次检查可以做肝脏的三个期甚至四期的扫描,使影像检查对某些疾病的诊断准确性又提高了一步。
⑸8层、16层或64层甚至256层CT由于扫描层厚更薄,一次旋转获得的层厚总数大大增加。
因而一个部位或器官的检查往往可获数百甚至上千层图像。
因为图像数量急剧增加,产生了一种新的诊断模式——CT图像后处理诊断模式。
1.1.5.2分辨力高、计算机快,促进了图像后处理技术的发展
⑴目前4层螺旋扫描的横向分辨力已达到0.5mm,纵向分辨力达到了1.0mm;
16层螺旋CT的横向分辨力也是0.5mm,纵向分辨力达到了0.6mm,基本达到了各向同性;
而新近推出的64层螺旋CT的横向和纵向分辨力分别达到了0.3mm和0.4mm。
⑵CT计算机图像处理的速度越来越快。
目前16层CT横断面的图像重建可达6幅/秒,64层CT可达40幅/秒。
⑶由于CT的扫描层厚更薄以及纵向分辨力的改善,使后处理各种方法图像的质量更高,其中多平面重组已可作为横断面图像的补充,甚至可完全替代横断面的图像。
⑷计算机软、硬件技术的发展和普及,对CT图像后处理技术的发展起了推波助澜的作用。
⑸以前CT横断面CT图像的阅读和诊断只掌握在小部分影像诊断医师手中,其他临床各科的医师绝大部分无法读懂。
扫描层厚更薄、图像质量的改善和成像模式的改变推动了图像后处理技术的发展。
1.2专用和临床研究型CT扫描仪
1.2.1CT透视扫描仪
1.2.1.1CT透视扫描仪的启用与发展
CT透视扫描仪于1993年由日本Fujita保健大学保健科学学院(FujitaHealthUniversity,SchoolofHealthScience)的Katada医师首先提出。
其后在Toshiba公司CT开发部的支持下,第一台CT透视机研制成功,并在1994年的北美放射年会上发表了他们临床应用的论文,同时推出了第一台CT透视机产品。
目前,世界上的四大CT机制造厂商(Toshiba、GE、Siemens和Philips)都能生产CT透视机。
CT透视机自1996年推出以来,它的市场占有率迅速上升,临床应用的范围也迅速扩展。
它除了可作常规的穿刺外,还可以作囊肿等的抽吸、疼痛治疗(脊髓腔注射镇痛药物)、关节腔造影、吞咽功能和关节活动的动态观察等。
它的图像质量不亚于非螺旋CT,但辐射剂量却有所降低。
1.2.1.2CT透视扫描仪的特点
CT透视是一种连续扫描成像的CT装置。
在第三代滑环式扫描CT机的基础上,采用连续扫描、快速图像重建和显示,实现实时CT扫描成像的目的。
扫描数据采集部分采用了滑环结构,机架孔径是72cm,扫描野范围是18~40cm,高频X线发生器,球管的热容量为7.0MHU。
操作台和监视器设计为床边式,操作台上可作床进出、床面升降及机架倾斜等各种操作。
监视器端并接了一个录象机,可在必要时作录像用。
球管电流(mA)的选择范围是30~50,电压(kVp)的选择范围是80~120。
此外在CT透视模式时,可加用专用的滤过器,能使病人辐射剂量减少50%。
层厚的选择范围是1,2,3,5,7,和10mm,为控制辐射剂量,最长连续透视时间设置为100秒,可重新复位后继续使用。
有的CT机是采用装配C形臂的方式,以方便穿刺的操作需要。
如Philips(Marconi)公司的PQ6000CT机可专门配有被称为FACTS(fluoro-assistedCTsystem,FACTS)的C形臂,该C形臂采用球管和一个平板探测器相连,探测器被称为非晶体硅数字探测器,成像质量良好,C形臂还可转向至侧位,能适应不同穿刺检查的需要。
1.2.1.3CT透视扫描仪的应用
CT透视扫描仪主要被用于活检穿刺。
常用的非螺旋CT和螺旋CT的最大缺点是无法做到实时显示,这给穿刺工作带来很大的不便,特别是胸、腹部部位的穿刺,由于受呼吸运动影响,非螺旋CT扫描方法很难准确定位。
目前的CT透视机,每秒能获得5~8幅图像,基本上达到了实时显示的要求。
1.2.1.4CT透视扫描的原理
CT透视的基本原理涉及以下三个方面:
快速连续扫描、高速图像重建和连续图像显示。
快速连续扫描技术的基础是滑环技术和扫描机架的连续旋转,因而能够实现了CT透视。
在每一层CT透视图像扫描时,检查床是相对固定的,所以尽管显示器上显示的是连续的图像,但实际上它是由一连串横断面的图像组成。
透视图像成像的基本原理是,当第一次扫描机架旋转360°
后,计算机随即重建产生一幅横断面图像,以后连续扫描每旋转60°
的图像数据,替代前一幅图像中同一位置60°
内的原扫描数据重建一幅图像,接着在下一个60°
重建另一幅图像,完成360°
后再开始新一轮的循环,所以在CT透视方式中,只有第一幅图像是采用一次360°
扫描数据,而以后的图像只采用了60°
的新扫描数据和300°
旧扫描数据。
1.2.1.5CT透视扫描的图像重建
专用图像重建处理的硬件设备主要有快速运算单元、高速存储器和反投影门控阵列处理器,这些硬件设备都安装在图像重建处理单元内,和计算机主机一起执行数据的并行处理运算。
图像的显示通常采用电影显示模式,显示分辨力可以是512×
512或1024×
1024。
高速的图像重建采用了不同的图像重建算法和专用的重建处理硬件。
螺旋CT扫描是采用了数据内插算法,该算法能去除检查床移动产生的运动伪影,而实时CT透视连续扫描不采用内插法,所以运动伪影在所难免,但因为穿刺前诊断都已明确,少量的伪影也无妨大碍。
CT透视主要是采用60°
数据替代方法重建图像。
当第一幅图像1.17秒显示后,以后每隔0.17秒显示一幅新的图像,为了加快显示速度图像的重建采用256×
256矩阵。
1.2.1.6CT透视扫描的操作
CT透视操作,由于病人和工作人员都暴露在射线照射范围内,射线的剂量控制也是一个重要的问题。
目前这类设备中,通常都采用床下球管设置和专用的X线滤过器,此举约可减少病人皮肤射线剂量50%。
同时,采用低毫安、短时间也是减少辐射必不可少的措施。
1.2.2电子束CT扫描仪
1.2.2.1电子束CT扫描仪的由来
非螺旋CT机包括单层螺旋扫描CT机都无法作运动脏器(如心脏)的成像(多层螺旋CT除外)。
前些年曾生产出了具有亚秒速度的CT机,或称为超高速CT扫描机则弥补了这方面的缺陷。
超高速CT扫描机有两种类型,一种被称为动态空间重建扫描仪(dynamicspatialreconstructor,DSR),另一种被称为超高速CT扫描仪(imatronultrafastCTscanner),这种类型的CT机由于硬件结构的不同,以及扫描的方式不同,又被称为电子束CT(electronbeamCT,EBCT)。
电子束CT的研究始于1979年,当初仅限于实验室使用。
1983年,Imatron公司生产了第一台能用于心血管检查的电子束CT扫描仪。
那时,该扫描仪也被称为“心血管断层扫描仪”和“电影CT扫描仪”。
电子束CT的主要目的是,用于像心脏这类动态器官的高分辨力成像。
因为它的扫描时间仅为非螺旋CT的十分之一,所以可消除运动器官的动态伪影,并且也可用于人体其它脏器的检查。
1.2.2.2电子束CT和非螺旋CT的比较
严格地说,电子束CT和非螺旋CT相比有三大差别:
电子束CT是基于电子束偏转技术产生X射线,而并非使用通常的X线球管;
扫描过程中没有扫描机架的机械运动;
和非螺旋CT相比,图像获得的方式有本质上的差别。
1.2.2.3电子束CT的基本结构
⑴电子枪
电子束CT扫描仪的一端是一个电子枪,它能产生130kV的电子束。
电子束产生后,经过加速、聚焦并根据电磁线圈的设计角度偏转,撞击在靶面上。
靶面是一个固定的环,半径90cm,弧跨度210度。
扫描时电子束沿着环运动,靶环可单个或以任意序列工作,无散热问题(通常X线球管工作时会产生热量)。
电子束撞击靶面后,产生X射线。
然后,准直器将X线束调节、准直成扇形束通过病人。
病人位于直径47cm的扫描野范围内,透过病人的X射线落到正对于靶环的探测器阵列上,形成扫描数据。
⑵机架
电子束CT机架的孔径是78cm,深度是45cm。
和非螺旋CT一样,检查床能作上下和进出运动。
另外,检查床还能作±
25度的倾斜。
病人的定位可借助于安装在机架内的激光定位装置。
电子束CT有三种扫描模式:
连续扫描模式、触发扫描模式和容积扫描模式。
连续扫描模式用于一般的临床检查,触发和容积扫描模式分别用于血液动力学和器官的容积扫描成像。
每一种扫描模式都可采用单层或多层扫描方式。
⑶探测器
探测器阵列由两个分立的环组成,半径和弧跨度分别为67.5cm和210度。
第一个探测器环内有864个探测器,其中半数(432个)延伸到第二个探测器环内。
这种探测器阵列排列方式的作用是,当使用一个靶面时,可获得两幅扫描图像;
而四个靶面同时使用,一次扫描可获得总共8幅图像。
电子束CT的探测器由固体的发光晶体组成,并耦合到一个光电两极管上,再通过电路连接到前置放大器。
来自于探测器阵列的扫描数据被送往数据采集系统。
数据采集系统(DAS)的作用是,将探测器阵列获得的扫描数据实行光电转换和数字化。
数字化后的扫描数据可暂存于计算机的内存中,根据需要,可依次送给计算机作图像处理。
该计算机的内存通常可临时存储80幅图像数据。
⑷计算机系统
电子束CT的计算机系统在多层扫描模式时,能以4秒的速度重建256×
256矩阵的图像;
在单层扫描模式时,能以10~12秒的速度重建512×
512矩阵的图像。
上述两种扫描模式,重建视野为9~47.5cm。
计算机的硬磁盘容量为1.34GB,即可存储5122格式、单层扫描模式的图像2375幅,2562格式、多层扫描模式的图像9500幅。
永久存储可选磁带或光盘(磁带可存储2562格式图像250幅,5122格式图像63幅;
光盘可存储2562格式图像15000幅,5122格式图像3750幅)。
计算机系统允许有三种图像格式,2562、3602和5122,单层和多层扫描模式的像素大小范围为0.18~1.86mm。
⑸控制台键盘
控制台键盘的基本功能是,显示图像、调节窗宽窗位(范围分别是1~4000和-1000~3000HU)。
图像的显示功能和分析程序有电影模式、时间密度曲线、图像减影、距离测量、多平面重组、兴趣区测量、图像放大、储存和摄影。
1.2.3动态空间重建扫描仪
动态空间重建扫描仪的开发应用始于1975年,目的是使该装置不仅能作运动器官(如心、肺)的成像,也能作人体其它器官的成像。
目前的动态空间重建扫描时间是10msec,最快可达30层/秒,纵向和横向分辨力为1mm。
动态空间重建扫描是一种动态的容积扫描,它可将采集到的扫描数据作多平面、多层次的图像重建。
动态空间重建扫描的临床应用是多方面的,它不仅可用于心血管疾病的检查,还可用于肺和其它方面疾病的检查。
它的临床应用可以是形态结构方面的,也可以是功能方面的。
1.2.3.1基本结构
动态空间重建扫描仪的基本结构由三个主要的部件组成:
扫描部分、重建部分和数据分析部分。
扫描部分是扫描仪的数据采集装置,它有14个X线球管半圆形地排列在跨度为160度弧形支架上,X线球管的正对面是视频成像系统,它由14个分流视频摄像管组成,每一组视频摄像系统正对于一个X线管。
当某一个X线球管的X线通过病人时就在荧光屏上形成一幅图像,然后该图像被对侧的电视摄像系统记录。
采集数据时,X线球管和电视摄像系统围绕病人旋转,图像的获取速度是10毫秒14幅图像,并以60次/秒的速度重复。
每组视频图像的像角是12度,一次扫描范围即是156度。
扫描范围每60次/秒并移动1.5度,每分钟旋转15次,结果每秒钟可获得840幅视频图像。
然后,这些图像数据被记录在磁盘上。
磁盘是以特殊方式排列的,最多能存储16,800幅图像。
1.2.3.2图像重建
动态空间重建扫描仪的重建图像,像非螺旋CT一样,必须先数字化,数字化也是由模数转换器完成。
因为从每一个X线球管发出的是一束锥形束,图像的重建处理必须按照扇形束的算法。
重建后的图像是一组横断面的图像,可根据需要重组产生一组容积图像。
最后是数据的分析和显示。
经重建后的容积图像可显示为横断面图像、平面投影图像和三维图像(表面三维成像和体积再现三维成像)。
动态空间重建扫描仪的图像分析功能非常强大,运用它特有
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