CT检查与诊断技术总论..ppt

CT检查与诊断技术第一章总论 池州市人民医院影像教研室钱彬 1 教学内容与要求 熟悉CT成像技术发展及临床应用范围熟悉CT检查基本步骤与方法熟悉CT诊断方法掌握CT图像后处理及质量控制技术理解CT有关基本概念了解CT成像技术原理 2 第一节CT成像技术概述 CT computedtomography 计算机X线断层成像X线体层成像技术与计算机技术相结合的产物CT的发明弥补了X线平片密度分辨率低 影像重叠的不足 是放射学里程碑式的重大发明 使得影像学进入了一个全新的阶段 3 一 CT成像技术发展史 1895年伦琴发现X射线1917年奥地利数学家Radon图像重建理论的数学方法1971年英国科学家Hounsfield发明了第一台头CT1974年美国工程师Ledley设计出第一台全身CT1989年单层螺旋CT发明并在临床应用 是CT影像学的一场真正技术革命1998年在北美放射年会上推出的多层螺旋CT MSCT 带来了CT的又一次技术革命2009年能谱CT的出现 使得CT从功能水平诊断疾病成为可能 4 CT发展史 CT一经问世 就进入迅速发展的快车道 技术在不断更新换代1972年CT正式应用于临床1974年全身CT应用于临床1978年国内开始引进CT1983年电子束CT EBCT 研制成功1989年螺旋CT应用于临床1993年双排CT研制成功1998年4排螺旋CT应用于临床2000年采集8层的螺旋CT问世2002年采集16层的螺旋CT问世2004年采集64层的螺旋CT问世 5 CT发展 第一代CT机X线笔形线束平移 旋转方式 机架直线平移 探测器单个或数个 直线排列 先一次平移 后旋转1度 采集160个数据旋转180度 共得到28800个数据一幅图像约需5min一次检查约需35min射线利用率低 伪影难以避免应用范围 头颅 6 CT发展 第二代CT机狭扇形X射线束 扇角15 20 平移 旋转方式探测器10 30个 直线排列 先平移 后旋转 扇角度数 一幅图像需时20 60s采样精确性增加 图像质量改善 由于探测器直线排列 扇形X线束 致中心与边缘测量值不相等 图像需校准应用范围 头颅 7 CT发展 第三代CT机广角扇形X射线束 30 45 旋转 旋转方式探测器数目300 800个 扇形排列 一幅图像需时约5s应用范围 全身 心脏除外 优点 X线利用率提高 不需平移缺点 探测器稳定性较差 容易引起采样不足 需要校正 否则易产生环形伪影 8 CT发展 第四代CT机扇束形X线 扇角50 90 固定 旋转方式 探测器固定 球管旋转 探测器数目600 2000个 固定在四周 一幅图像约需2s应用范围 全身特点 扫描时间短 图像更清晰 探测器稳定性要求降低缺点 不能用后准直器消除散射现象 探测器数目太多 浪费 淘汰 9 CT发展 第五代CT 电子束CT 电子束扫描 动态空间扫描扫描时间约10ms应用范围 心肺等动态器官缺点 昂贵 图像信噪比差 已淘汰 10 CT机分代 按照其问世时间先后划分并不说明后者一定优于并取代前者早期第三代CT X线管电源和探测器信号通过电缆传输 非螺旋 后来采用滑环技术传输电源和数据信号尽管这五代CT机都已淘汰 但了解各代CT机性能构造 对学习当今CT的技术原理有所帮助目前的螺旋CT都运用了第三代CT技术的基本设计 11 二 CT成像技术临床应用评价 临床应用价值真正的断面图像 组织结构无重叠软件后处理 获得诊断所需多方位图像用于高危人群的健康筛查 疾病随访 治疗效果评价密度分辨率明显高于常规X线检查定位 定量 定性分析CT介入 功能成像检查方便 无创伤 临床应用局限性空间分辨率低于X线摄影密度分辨率低于MRI时间分辨率不及DSA辐射损伤CT检查费用较贵 12 三 CT成像技术新进展 CT技术性能的进步覆盖面积更宽 探测器排数增加 128 256 320排 机架旋转一周 可以覆盖单个器官扫描速度更快 机架旋转速度 进床速度 全身扫描最快可小于5秒 可不屏气 危重病人 儿童等分辨率更高 各向同性高分辨率 Z轴空间分辨率 薄层X Y平面空间分辨率 多种因素密度分辨率 图像噪声水平辐射剂量更低 管电流自动调制 管电压智能选择 屏蔽 过滤等 13 CT技术应用的进展心脏成像 冠心病筛查灌注成像 缺血评估能量成像 双能量扫描 不同管电压 物质定性分析和定量测定 14 第二节 CT成像原理 一 CT成像物理学基础1 均匀物质对X射线吸收规律X射线通过物质时 其强度I是随物质的厚度x按指数规律衰减X 通过物质的厚度I 通过物质后的强度I 入射X射线强度U 该物质的X射线吸收系数U越大 X射线衰减越大 15 2 X线通过非均匀物质 1 2 3 I In n X线通过的组织分割成许多小单元 每个小单元称为体素 每个体素衰减系数相加 求出衰减系数之和 u 为方便医学使用 英国工程师Hounsfield定义了CT值的概念 I 16 CT值 CT值表达组织密度的统一单位CT值的单位是Hu以水的吸收系数 uW 1 为标准 K 1000 为分度因子 17 二 CT成像基本原理 高电压作用于X线管发出的X线束 光信号 对人体检查部位进行断面扫描探测器接收某层面吸收后剩余的X射线经放大转换成电信号经模 数转换器 A D 转换成数字信号输入计算机储存和计算得到该层面各单位容积 体素 的X线吸收值经数 模 D A 转换成CT图像显示设备显示图像CT成像的本质是衰减系数成像 u成像 18 示意图 19 扫描 20 狭束X射线的获取 准直器 允许X射线通过的细长狭窄通道X管一侧的准直器用于减少伴影的作用 探测器一侧的准直器用于减少散乱射线 并限定断层厚度 21 探测器 接收经人体某层面吸收后剩余的X射线将光信号转换成电信号输入计算机 22 图像重建 光信号电信号数字信号灰阶图像 重建 23 三 CT图像相关概念 图像矩阵 matrix 二维方式排列的阵列 纵横排列 矩阵越大 像素越多 图像质量越高一幅CT图像可以用mxn矩阵表示目前常用的矩阵 256x256512x5121024x1024如 512x512 262144个像素 24 体素和像素 体素 voxel 能被CT扫描的最小体积单元长 宽 高 层厚 像素 pixel CT图像的最小单元图像矩阵的基本单元与体素相对应 是一定大小的体素在CT图像上的二维表现多排螺旋CT实现了各向同性 即像素在长宽高三个方向上一致 25 重建 原始数据输入计算机数据计算 函数运算 数模转换得到一幅用于诊断的CT图像以上处理过程称为重建 26 灰阶 图像矩阵中每个像素的不同CT值经数 模转换成相应的不同亮度的信号将白色到黑色之间的灰度分成若干个等级 27 部分容积效应 同一层面中 垂直厚度内如果有两种以上不同密度组织相互重叠 所获得的密度不能如实反映其中的任何一种组织 28 螺距 pitch 螺旋扫描中 球管旋转一周 扫描床移动距离与准直器宽度之比准直器宽度指层厚 螺距 球管旋转360度床移动距离 层厚使用小螺距可提高图像质量 但增加了病人曝光剂量 29 第三节 CT数据采集方式 非螺旋CT螺旋CT 滑环技术扫描床匀速平移X线管连续曝光旋转快速容积扫描 30 螺旋CT与非螺旋CT比较 常规CT间隔式扫描 螺旋CT容积扫描轨迹呈螺旋形 31 螺旋CT与非螺旋CT比较 螺旋CT优点 提高了扫描速度 一次屏气完成扫描容积扫描 避免了小病灶的遗漏任意回顾性重建时间分辨率提高 32 螺旋CT扫描 单排旋转一周一幅图像 多排旋转一周多幅图像 33 多排螺旋CT MSCT 与单排螺旋CT的主要区别是数据采集系统的改进核心是探测器阵列和数据采集系统 DAS 探测器在Z轴 人体长轴 方向上的排列从一排到几排甚至几百排 2 4 8 16 64 128 256 320 探测器的排列方式 等宽型 非等宽型等宽型 组合灵活 层厚改变方便非等宽型 数目较少 对X线吸收较少 X线利用率较高 34 探测器排数越多越好吗 一般排数越多 探测器宽度越宽 一次扫描完成的范围越大排数越多 检查时间越短 越有利于运动部位的检查 如 心脏对于其他部位检查 差别不大 都能满足诊断需要 35 等宽型和非等宽型探测器 16排 等宽型 a 34排 非等宽型 b 8排 非等宽型 c 36 电子开关位于探测器后面控制探测器的不同组合将采集的信号传输给数据采集系统 DAS 选层探测器的不同组合后准直器遮盖作用 37 数据采集通道 DAS MSCT根据所选层厚不同 可将多排螺旋CT组合成不同的n组 构成n组数据采集通道每个通道的数据代表同一个Z轴方向的相邻n层的数据采集 它可能来自一个探测器排 也可能是几个探测器排的数据相加n组采集通道在扫描过程中 同时分别对各自连接的探测器接收的X线所产生的电信号进行采集 输出数据采集通道数目 DAS 决定机架旋转一周时同步采集图像的层数 38 准直器 39 8排非对称型探测器阵列 后准直器遮盖1 5mm的0 5mm 加上中间1mm 可得到4幅1mm图像 2 5mm 5mm 1 5mm 1mm DAS 四个数据采集通道 40 8排非对称型探测器阵列 后准直器开放10mm 分别将1mm 1 5mm两个探测器组合到一个通道 连同两侧得到4幅2 5mm图像 5mm 2 5mm 1 5mm 1mm DAS 四个数据采集通道 41 8排非对称型探测器阵列 后准直器开放20mm 将1mm 1 5mm 2 5mm三个探测器组合成一个通道 连同两侧 可得到4幅5mm图像 5mm 2 5mm 1 5mm 1mm DAS 四个数据采集通道 42 第四节 CT图像重建 人体组织吸收系数u重建 投影数据 二维分布 灰阶图像 43 图像重建的物理基础 X线在通过物质时其强度按指数形式衰减体素 能被CT扫描的最小体积单元像素 一定大小的体素在CT图像上的二维表现 CT图像的最小单元图像矩阵 二维方式排列的阵列 基本单元是像素像素的物理意义 代表组织的吸收系数 u 或CT值 44 CT图像重建方法 理论基础 二维或三维物体能够通过其无限多个投影来确定 1917年数学家雷顿Radon 直接矩阵法 解方程法 反投影法滤波反投影法 卷积法 傅里叶变换法 45 第五节 CT图像后处理 一 简单的图像处理功能 一 窗口技术人体组织在CT上表现为2000个不同的灰度 1000至 1000 人眼不能分辨出如此微小的差别 一般只能分辨出16个灰度 当两种组织的CT值相差125HU 2000 16 125 以上时 人眼才能分辨 而人体组织的CT值多数相差不足125HU 为了提高组织结构细节的显示 使CT值差别小的组织能分辨 CT机在设计上引入窗宽 WW 与窗位 WL 进行调整 称为窗口技术 46 窗宽 WW CT图像上所包含的CT值范围在此CT值范围内的组织结构按其密度高低从白到黑分为16个灰阶供观察对比 如 窗宽80HU 则其CT值差别在5HU 80 16 5 以上即可分辨窗宽的宽窄直接影响图像的对比度和清晰度 窗宽越大 图像越光滑 边缘越模糊 适用于分辨率差别较大的组织 如肺组织 相反 适用于分辨率差别较小的组织 纵膈窗窗宽 350 47 窗位 WL 窗宽上下限的平均数 即CT值的中心由于不同组织的CT值不同 窗位的选择应大致相当于目标组织的CT值 窗位越大 图像越黑 反之越白 肺窗窗位 600 48 二 几何测量技术 距离角度面积体积CT值 判断病变的性质了解病变的血供 49 二 高级图像后处理技术 多平面重组 MPR 曲面重组CPR 最大 小密度投影 MIP MinIP 表面阴影显示 SSD 容积再现 VR 仿真内镜 VE 50 多平面重组MPR 从原始断面图像上获得矢状面 冠状面及任意斜面的二维图像重建方法适用全身组织器官的形态学改变 尤其对判断颈部 颅底 肺门 纵膈 腹部 血管等解剖结构复杂部位的病变性质 侵犯范围 毗邻关系 小骨折碎片 胆道 输尿管结石的定位具有明显优势 51 MPR 52 曲面重组 CPR 特殊的MPR重建技术将人体内曲面结构的组织 如强化的血管 输尿管 胆管 牙齿 脊柱等全程展示的一种重建方法 显示输尿管全程及结石 53 最大密度投影 MIP 利用容积数据中在视线方向上密度最大的全部像元值成像的投影技术优点 显示高密度结构 碘对比剂 钙化 肺小结节 缺点 信息丢失较多 不适合精细结构观察应用 肺小结节检出 观察血管 输尿管走形等 54 MIP 55 最小密度投影 MinIP 利用容积数据中在视线方向上密度最小的像元值成像的投影技术优点 显示低密度结构缺点 信息丢失较多 不适合精细结构观察应用 肺内气体潴留评价 大气道 支气管树 胃肠道等中空结构病变的观察 56 表面阴影显示 SSD 通过选定的阈值 确定容积数据中物体的表面几何信息 运用虚拟光源加上明暗阴影 呈现立体感较强的三维成像技术优点 显示立体结构缺点 仅利用表面数据 信息丢失较多应用 骨骼 血管 气道和胆囊等中空器官 57 SSD 58 容积再现 VR 对全部容积数据进行遮盖成像是目前MSCT三维图像后处理中应用最广泛的技术之一优点 显示立体结构 美观 应用广泛缺点 信息丢失量大 不适合精细结构观察应用 各类三维重建 59 VR 60 VR 61 仿真内镜 VE 腔内重建技术 并依靠导航技术模拟纤维光学内镜观察腔内结构优点 无创 显示呼吸道 肠道 鼻窦 血管内等表面结构缺点 适用范围有限 不能活检 检查前准备应用 仿真结肠镜 胃镜 气管镜等 62 VE VE 结肠镜 63 第六节 CT图像质量 CT图像质量的优劣 影响影像诊断的准确性获得优质图像 以下三个方面 图像质量的评价指标影响图像质量的技术因素图像质量的控制方法 64 一 CT图像质量的评价指标 利用某些特殊的检测工具 运用物理学原理 对图像质量进行评价 客观评价 噪声密度分辨率空间分辨率伪影 65 噪声 均匀物质成像时 图像矩阵中各像素值的随机误差 直接影响密度分辨率 采样过程中接收到的某些干扰正常信号的信息 图像表现 斑点 细粒 网纹 雪花点产生原因 量子噪声 主要原因 扫描剂量不足电子噪声 探测器的性能图像重建过程通过扫描水模测得划定感兴趣区中CT值的标准差表示 SD 66 密度分辨率 低对比度分辨率 在低对比度条件下 从背景中辨别最小物体的能力反映图像能分辨的最小密度差别衡量软组织对比度的重要指标表示方法 例如 o 35 5mm o 35Gy表示 物体直径5mm 病人接收剂量o 35Gy密度分辨率为o 35 影响因素 噪声 扫描剂量 窗口技术像素越大 层厚越厚 密度分辨率越高 67 68 空间分辨率 高对比度分辨率 在高对比度条件下 图像区分物体空间大小的能力评价CT系统性能的重要指标影响因素 X Y平面空间分辨率 X线焦点大小 X射线束的宽度 探测器单元孔径与间距 焦点与探测器距离 重建方法 矩阵等Z轴空间分辨率 层厚表示方法 LP cm 每厘米线对 像素越小 层厚越薄 空间分辨率越高 69 70 伪影 扫描过程中 由于某些因素导致CT图像中不存在而出现在CT图像中干扰图像种类 设备引起的伪影 性能差 故障病人造成的伪影 运动 异物伪影种类 或明或暗的条状 带状 环状 其他形状 71 与设备有关的伪影 部分容积效应 病变直径小于层厚 72 线束硬化伪影X射线原因 73 条纹噪声伪影光子量不足 74 环状和带状伪影 采集通道数据差异 75 与病人有关的伪影 运动伪影 76 金属伪影 77 二 技术因素对CT图像质量的影响 曝光条件 管电压 管电流 曝光时间准直宽度和采集层厚 层厚越窄 空间分辨率越高 部分容积效应越小 但噪声增加 密度分辨率下降 反之亦然螺距 螺距越小 图像质量越高 时间分辨率下降 接收剂量增加重建矩阵 重建矩阵越大 空间分辨率增加 密度分辨率下降重建层厚和重建间隔 重建间隔小于重建层厚 可显示更多的细节卷积核 重建算法 平滑 标准 高分辨率 78 三 CT图像的质量控制 保证和控制影像质量符合诊断要求 质控质量保证 QA 质量控制 QC 79 CT质量控制内容 对X射线成像设备系统进行性能检测和监测维护的技术方法CT值线性检测CT值均匀性检测非螺旋扫描层厚检测CT辐射剂量检测 80 第七节 CT检查技术 CT检查适应症 全身各部位 颅脑头颈部胸部腹部盆腔脊柱四肢骨关节 8