第二章计算机体层成像(CT) 19 X线置 ~平移扫描完了转1m 图1-2-3CT装置（由描 图1-24CT图像的单位容积（体素）和像幕 图1-25数字矩阵
20 第一篇总论 ous iterativere struction technique.SIRT) 和最小逐次近似技术(eastiterative tech nique,LSIT):④傅利叶(Fourier)变换法，其 中主要是滤波修正逆投影技术(filtered back projection technique) 等 上述数学方法涉及许多数学公式，不便详 述，仅以逆矩阵法为例简述每个互相重龚的单 位容积吸收系数计算的过程。 () 图1-26是假定某一断层层面是由4个吸 收系数不同的单位容积所组成，即1、2、3、4。 它们各自的吸收系数(X,、X,、X,,X)可从 A.E A~F儿个方向的投影值所求得。逆矩阵法就 投影B 是求解下述各式的联立一次方程式。 X+X,= 经过联立一次方程计算得知1、2、3、4四 个单位容积的吸收系数分别为1、2、3、4。求 投影 出所有的未知数 ,实际上一个层面的未知数肉 多，面联立方程式的数目也极大，即使用大型 X2-X1=-1 计算机也难于完成。逆矩阵法是基本的图像重 从上。 建法，但实际上并不应用。 X2 授影A得 第三节CT装置 -X: CT装置主要由扫描装置、计算机系统和 图像显示与记录系统组成。 一、扫描装置 扫描装置是收集透过被查体的X线信息 =3 的部分，主要有能发射X线的X线管和接受透 X2+X,=6 过被查体X线的探测器， (一)x线管作为CT扫描用的X线管与 一般X线管相同，分固定阳极和旋转阳极两 可重建图像，重建图像的数学方法有多种，包 种。前者用于T扫描方式。即用于一、二代 括，①直接矩阵法(direct matrix method)或 的CT装登，后者则用于其他形式的扫描，多用 逆矩阵法(matrix inversion method),②单纯 于三、四代的CT装置，现在TR扫描方式已 重合法(linear superimposition method)或淇 被淘汰，因此，用旋转阳极X线管。三一四代 投影法(back projection method);③逐次近似 CT装置，扫描时间只需2~10秒，信息采集时 法(),其中又分 间短，而通过X线管的电流最大，常是100 代数复元技术(algebraic reconstruction tech 600A.固定阳极由于热负荷不足，不能耐受 nique,ART)、同时逐次复元技术(simultane- 阳极所产生的高热。因此，帮要用旋转阳极管
第二章计算机体层成像(CT) 21 球，使焦点的瞬间容许热负荷大幅度增加，X线 入探测器中，X线光子的利用率比第一一二代 管的工作时间短，冷却方式可用空气冷却。焦 者大2~3倍。 点大小为1.0mm (四)扫描方式扫描方式各有不同，图 (二)探器X线扫描时，探测器接受的 2-2b所示，X线源为具有一定夹角的扇形束 X线量是一定时间内的模拟盘，并不是直接计 例如10角，对面有为数不等的，例如有16个 算X线光子数日。第一。一代CT装晋的轻 或30个探测器，仍用平移/旋转方式扫描，但 器用碳化钠晶体与光电倍增管组成。碘化钠品 与第-一代不同，转的角度较大，例如转10角 体探测器对X线的敏感度比胶片大100倍。后 这样扫描18次，即可完成一个层面的扫描。由 来，改用氯化钙(CF,)晶体和错酸经晶体 于探测器较多，获得信息多，扫描次数减少，扫 (Bi,Ge,O,BG0),这些品体在X线照射时，产 描时间也缩短，可达10一40秒。这类装爱属于 生与X线量成比例的可见光线，经光电倍增管 第二代。初期的全身扫描装置即用这种扫描方 放大，并由光能转为电流作为扫描信息而输入 计算机，晶体中常放入微量的增光或减少余辉 图1-22c所示X线源呈扇形，被查体位于 的澈活物质。 第三代CT装爱的探测器主要用 形東中，X线管与探测器相对，以被查体轴为 氙气(Xenon,Xe)电离室，而第四代则由BGO 中心，行90°或180旋转，旋转同时进行扫描 晶体和光电倍增管组成。 这样，可由多个方向获得信息。由于探测器数 1.闪烁器与光电倍增管式上述碘化钠 目多，可达几百个，所得信息多。旋转又与扫 氟化钙和储酸都可用于闪烁器，属于无机结 描同时进行，使一个层面的扫描时间进一步 品，碘化钠对X线光子的检出率为100%，但余 短，可以秒计，约为2一4秒。这种扫描为旋转 辉是最大的问题，在迹断X线后0.1秒内，其 旋转式(rotate/rotate,RR),也可称为旋转式 强度与原来强度相比，还有10~一10的余辉 在旋转扫播过程中X线管产生X线，透过人体 氟化钙与储酸懿晶体余辉则非常小。氟化钙的 进入探测器，能获得更多信息，这种CT装置属 X线光子检出率差。储酸铲同碘化钠及氯化钙 第三代，应用最多。 相比优点较多，所以应用较广，因为懿原子序 图1-2-2d探那器约右1000个左右，周定 数为83，较高， 比重较大，其能量吸收系数 列成环形，被查体的轴在环的中心，X线管可 碘化钠大三倍，虽然晶体小，其检出率也不差， 在环形排列的探测器内作360的旋转，而探测 无余辉，不潮解 器不动。X线管旋转同时进行扫描，同X线管 2.气电离室 100个以上的探测器密巢 所发射的扇形束相对的探测器接受透过的X 排列，在结构排列上较难，但用电离室则不困 线，这种扫描属旋转/静止式(rotate/station 难。于电离室中封入具有20个大气压的原子序 ary,R/S).扫描时间可缩短到2~5秒，满第 数高的高压氙气，可提高捕捉X线光子的效 四代 率。也有用氨(Kr) 气的。同闪烁器光电倍增 图1-2-2e探测器排列成环状，X线管在环 管式相比，其检出率虽低，但无余辉，而稳定 形排列的探测器外边，当旋转扫描时，对着线 性较好。 束的探测器同时作垂头运动(nutation)。扫描 (三)准直仪第 一一二代CT装置使用较 方式为旋转/垂头式(rotate/nutation,RN) 大焦点管球，半影大，X线管前方需用准直仪， 探测器可达4000多个，完成一个层面的扫描时 而准直仪使通过被查体的X线光子有45%不 间为3一30秒。仍属于第四代。 能进入探测器，第三代CT装置用小焦点管球， 此外，还设计适应检查心血管的快速扫描 半影小，没有必要使用准直仪，全部光子可进 X线源用电子枪（图1-2-2），故又称电子束CT
2 第一篇总论 使扫描时间缩短到50毫秒。图像分辨力高，可 检查心脏。 但价格昂贵， 不便推广使用，属第 二、计算机亲统 五代。 CT扫描所用计算机系统应具有高速运 80年代末90年代韧，对CT机又作了改 算、大量数据储存和检素的功能，是由中心处 进，值得一振的县爆旋CT扫描(spiral CT sca 理装爱(central process unit,CpLU)、主储存 或又称helical 它是在旋转式扫描的型 装置（此两项通常称之为计算机）、辅助储存装 础上，通过滑环技术与扫描床平直匀速移动而 置、显示装置和操作台、打字机、快速打印机 实现的。滑环技术使得X线管的供电系统只经 等组 电刷和短的电缆，而不须用普通CT机的长电 中心处理装置与主储存装置是计算机的核 缆，这样就可使X线管连续旋转并进行连续扫 心，进行投影数据的收集和运算 描。在扫描期间，床沿纵轴连续匀速平直移动， 辅助储存装置主要用光盘和磁盘，用于储 管球旋转和连续动床同时进行，使X线扫描的 存图像的数据。滥盘储存的图像数据受中心处 轨迹呈螺旋形，并且是连续的， 没有间隔时间 理装置所控制 可即时依指令显示图像。磁盘 (图1-2-7)。不像普通CT扫描那样，隔一层面 容量多少不等。 再扫一层，有扫描间隔时间，结果使整个扫描 显示装置用阴极射线管。用黑白电规显示 时间大大缩短。由手县续扫描，可得 装置，灰阶表现能力为16个梯度，虽也可用彩 到扫描区城的容积数据，所以可重建任意层 色电视显示装，但多不应用。 面的图像，而且重建的三维图像比普通CT清 操作台可进行输入X线扫描条件和有关 晰。 病人的资料、发出开始或停止采集数据的指令。 扫措 快速打印装置则可印出相应层面的吸收值 线管 CT值，并排列成数字矩阵。由于CT图像是戴 学上的图像重建，所以通过操作台发出指令，经 扫描轨迹 计算机处理，可将各层横断层的CT值重新排 列而重建冠状面和矢状面图像，还可进行放 而得到某一局部的放大图像，测量某一解削结 构或病变的径线以及它们的CT值等。这些操 作均可由操作台来完成。 三、图像显示与记录 扫床 CT图像的数据可储存于磁盘中，但仍需 图1-2-1螺旋CT扫捕示意图 用照片直接记录图像。如需即刻获得 ,则用偏 由于整个扫描时间缩短，所以对不合作的 振光照片(polaroid film)摄下或用胶片摄下， 病人易行扫描，一次屏气即可完成扫描，从而 前者需要用偏报光题相机和偏振光照片，后者 容易清除呼吸动带来的层面位置变化，避免层 需将阴极射线管上的图像先行黑白反转，再用 面遗漏或重叠。适合于对运动器官，如脚与肝 照相机摄下。常用的是多画面照相机（又称多 的扫描，适合动态扫描(dynamic scanning),还 幅照相机multiformat camera),系由显示屏光 可进行CT血管造影(CT angiography,CTA) 学系统和操作系统所组成。使用激光相机图 和内诊CT(c scopie CT).螺旋CT扫描应 像更为濟晰，还可如上自动显像系统.1张照片 用越来越广泛。 可记录若干个画面。胶片则用单面胶膜者。偏
第二章计算机体层成像(CT) 23 振光照相机价廉，但偏振光照片昂贵。 则分度因数为500，现在用李氏单位（符号为 H),分度因数为1000 为1 第四节CT图像与CT值 山系水的老减系数， m系臀的衰减系数，为1.9~2.0 一、CT图像 系空气的衰减系数，为0.0013，近于0， 代入上述公式 CT图像是由一定数目的由黑到白不同灰 水的CT值--mr×100(或50， 度小方块（像素）按矩阵排列所构成的。这些 ■。×1000（或500） 小方块是反映相应单位容积的吸收系数。以原 始的EMI MKI1型CT装置为例，是在24em正 0 方形图像中包括者160×160个像素。显然，像 亨氏单位是： 素越小，数目越多，则构成的图像越细致。像 素的大小与数日因CT装置不同而异，有240 ×240-57600、256×256=65536、336×336 s 2×1000 112896和512X512=262144个的。像素大小 -1000 则为1.0mmX1.0mm,0.5mm×0.5mm不等， 骨的CT值=严×1000 CT图像在显示屏上有由黑到白的不同灰 -2=×100 度，黑表示低吸收区，即低密度区，如脑室，白 =+1000 表示高吸收区，即高席度区，如领骨这与X线 照片所示的黑白图像 一致。 由于CT有高的 每1个亨氏单位的变化相当于0.1%衰减 度分舞力，所以人体软组织的吸收系数虽大多 系数的变化。 数近于水的吸收系数，也能形成对比而显影 因此，可以看出CT值可反映衰减系数，但 CT能分辨出吸收系数只有0.1%~0.5%的差 并不是绝对值，面是以水的CT值为0的相对 异。 值.人体组织的CT值界限可分为2000个分 度，上界为骨的CT值，为+1000H,下界为空 二、CT 气的CT值，为-1000H,这样分度可以包括由 如前所述，CT图像是由身体某一选择层 密度最高的骨到密度最低的器官内所含气体的 面一定数目像隶，按该层面固有的排列关系所 CT值 构成。计算机以X线扫描所得的信息，计算出 表1-21是人体不同组织的CT值，可见 每个单位容积的X线吸收系数（或称衰城系 软组织的CT值与水的CT值相近。 数一μ值).这个4值再换算成CT值，以作为 CT值并不是绝对不变的数值，它与X线 表达组织密度的单位。规定将受测物蛋的意域 管电压有关，因为用作扫描的X线源是连续光 系数与水的衰减系数m作为比值计算 谱，不是单一波长射线，因此，CT值随着管电 以骨皮质和空气的衰减系数分别作为上下限进 压的高低而改变。因为不同的管电压，在组织 行分度，这样就得出CT值 内的光电吸收与反冲电子吸收比例不同。所以 CT值的计算公式如下 CT值是指某次扫描所用电压下的CT值.尽管 这种差别对临床应用并无明显影响，但在进行 CT值一仁四X。 定量分析，比较不同CT装置所得同一组织的 系分度因数(scaling factor),EM单位 CT值时，应当了解所用的管电压，否则也会造