CT的常用基本概念和术语

CT的基本概念和的基本概念和术语术语 计计算机断算机断层层成像 成像 CT 的基本概念和 的基本概念和术语术语 2 2 1体素与像素 体素与像素 Voxel and Pixel 体素是体体素是体积单积单位 在位 在CT扫扫描中 根据断描中 根据断层设层设置的厚度 矩置的厚度 矩阵阵的大小的大小 能被 能被CT扫扫描的最小描的最小 体体积单积单位 体素作位 体素作为为体体积单积单位 它有三要素 即位 它有三要素 即长长 宽宽 高 通常 高 通常CT 中体素的中体素的长长和和宽宽都都为为 1mm 高度或深度 高度或深度则则根据根据层层厚可分厚可分别为别为10 5 3 2 1mm等 等 像素又称像元 是构成像素又称像元 是构成 CT图图像最小的像最小的单单位 它与体素相位 它与体素相对应对应 体素的大小在 体素的大小在CT图图像上的像上的 表表现现 即 即为为像素 像素 2 2 2采集矩采集矩阵阵与与显显示矩示矩阵阵 Scaning and Displaying Matrix 矩矩阵阵是像素以二是像素以二维维方式排列的方式排列的阵阵列 它与重建后列 它与重建后图图像的像的质质量有关 量有关 在相同大小的采在相同大小的采样样野中 野中 矩矩阵阵越大像素也就越多 重建后越大像素也就越多 重建后图图像像质质量越高 目前常用的采集矩量越高 目前常用的采集矩 阵阵大小基本大小基本为为 512 512 另外另外还还有有256 256和和1024 1024 CT图图像重建后用于像重建后用于显显示的矩示的矩阵阵称称为显为显示矩示矩阵阵 通常 通常为为保保 证图证图像像显显示的示的质质量 量 显显示矩示矩阵阵往往是等于或大于采集矩往往是等于或大于采集矩阵阵 通常采 通常采 集矩集矩阵为阵为512 512的的CT 显显示矩示矩阵阵常常为为1024 1024 2 2 3原始数据 原始数据 Raw Data 原始数据是原始数据是CT扫扫描后由探描后由探测测器接收到的信号 器接收到的信号 经经模数模数转换转换后后传传送送 给计给计算机 其算机 其间间已已转换转换成成 数字信号数字信号经预处经预处理后 尚未重建成横断面理后 尚未重建成横断面图图像的像的这这部分数据被称部分数据被称为为 原始数据 原始数据 2 2 4重建与重重建与重组组 Reconstruction and Reformation 原始原始扫扫描数据描数据经计经计算机采用特定的算法算机采用特定的算法处处理 最后得到能用于理 最后得到能用于诊诊断断 的一幅横断面的一幅横断面图图像 像 该处该处 理方法或理方法或过过程被称程被称为为重建或重建或图图像的重建 像的重建 重重组组是不涉及原始数据是不涉及原始数据处处理的一种理的一种图图像像处处理方法 理方法 如多平面如多平面图图像重像重组组 三 三维图维图像像处处理等 在以往英文文献中 有关理等 在以往英文文献中 有关图图 像的重建的概念也有些混像的重建的概念也有些混 淆 三淆 三维图维图像像处处理有理有时时也采用重建也采用重建 reconstruction 一一词词 实际实际上 目上 目 前前CT的三的三维图维图像像处处理理 基本都是在横断面基本都是在横断面图图像的基像的基础础上 重新上 重新组组合或构筑形成三合或构筑形成三维维影像 影像 由于重由于重组组是使用已形成是使用已形成 的横断面的横断面图图像 因此重像 因此重组图组图像的像的质质量与已形成的横断面量与已形成的横断面图图像有密切像有密切 的关系 尤其是的关系 尤其是层层厚的大厚的大 小和数目 一般 小和数目 一般 扫扫描的描的层层厚越薄 厚越薄 图图像的数目越多 重像的数目越多 重组组的效果就的效果就 越好 越好 2 2 5算法 重建函数核与算法 重建函数核与滤滤波函数波函数 Algorithm Kernel 算法是算法是针对针对特定特定输输入和入和输输出的一出的一组规则组规则 算法的主要特征是不能有 算法的主要特征是不能有 任何模糊的含任何模糊的含义义 所以算 所以算 法法规则规则描述的步描述的步骤骤必必须须是是简单简单 易操作并且概念明确 而且能 易操作并且概念明确 而且能够够由由 机器机器实实施 另外 算法只施 另外 算法只 能能执执行限定数量的步行限定数量的步骤骤 重建函数核或称重建重建函数核或称重建滤滤波器 波器 滤滤波函数 波函数 CT的的扫扫描通常需包含一描通常需包含一 些必要的参数 有的参数可由操作人些必要的参数 有的参数可由操作人员选择员选择 有的 有的则则不能 重建函不能 重建函 数核是一数核是一项项重要的内容 重要的内容 它是一种算法函数 并决定和影响了它是一种算法函数 并决定和影响了图图像的分辨力 噪声等等 像的分辨力 噪声等等 在在CT临临床床检查检查中 可供中 可供 CT图图像像处处理理选择选择的的滤滤波函数一般可有高分辨力 波函数一般可有高分辨力 标标准和准和软组织软组织三三 种模式 有的种模式 有的CT机除机除这这 三种模式外 三种模式外 还还外加超高分辨力和精外加超高分辨力和精细细模式等 模式等 高分辨力模式高分辨力模式实际实际上是一种上是一种强强化化边缘边缘 轮轮 廓的函数 它能提高分辨力 但同廓的函数 它能提高分辨力 但同时图时图像的噪声也相像的噪声也相应应增加 增加 软组软组 织织模式是一种平滑 柔和模式是一种平滑 柔和 的函数 采用的函数 采用软组织软组织模式模式处处理后 理后 图图像的像的对对比度下降 噪声减少 密比度下降 噪声减少 密 度分辨力提高 而度分辨力提高 而标标准准 模式模式则则是没有任何是没有任何强强化和柔和作用的一种运算化和柔和作用的一种运算处处理方法 理方法 CT的基本概念和术语 2 2 6卷积 Convolution 卷积是图像重建运算处理的重要步骤 卷积处理通常需使用滤波函 数来修正图像 卷积结束 后 形成一个新的用于图像重建的投影数据 请参见 重建函数核 条 2 2 7内插 Interpolation 内插是采用数学方法在一已知某函数的两端数值 估计该函数在两 端之间任一值的方法 CT扫描采集的数据是离散的 不连续的 需要从两个相邻的离散值 求得其间的函数值 目 前 很多螺旋CT都采用该方法作图像的重建处理 内插的方法有很 多种 如线性内插 单 层螺旋扫描CT常用 滤过内插和优化采样扫描 多层螺旋扫描CT 采用 2 2 8准直宽度 层厚与有效层厚 Collimation Slice and Effective Slice 准直宽度是指CT机球管侧和病人侧所采用准直器的宽度 在非螺 旋和单层螺旋扫描方式时 所采用的准直器宽度决定了层厚的宽度 即层厚等于准直器宽度 但是 在多层螺旋扫描 方式时 情况则不完全一样 因为同样的准直宽度可由4排甚至16 排探测器接收 而此时 决定层厚的是所采用探测器排的宽度 如同样10mm的准直宽度 可以由4个2 5mm的探 测器排接收 那么层厚就是2 5mm 如果由16个6 25mm的探测器排 接收 那么层厚就变 成了0 625mm 有效层厚指扫描时实际所得的层厚 由于设备制造的精确性原因 标称 1mm甚至0 5mm的层厚设备制造厂家无法做到如此精确 一般都有 一定的误差 其误差范 围大约在10 50 之间 层厚越小 误差越大 一般 层厚的误差 与扫描所采用的方式 和设备的类型无关 2 2 9螺距 Pitch 单层螺旋螺距的定义是 扫描机架旋转一周检查床运行的距离与射 线束宽度的比值 参见螺 旋扫描一节 该比值 pitch 是扫描旋转架旋转一周床运动的这段 时间内 运动和层面曝光 的百分比 在单层螺旋CT扫描中 床运行方向 Z轴 扫描的覆盖率 或图像的纵向分辨力与 螺距有关 多层螺旋螺距的定义基本与单层螺旋相同 即扫描旋转架旋转一周 检查床运行的距离与全部 射线束宽度的比值 但在单层螺旋扫描螺距等于1时 只产生一幅 图像 不考虑回顾性重建 设置因素 而多层螺旋扫描螺距等于1时 根据不同的CT机 可以 同时产生4 8 16或 更多的图像 2 2 10扫描时间和周期时间 Scaning and Circle Time 扫描时间是指X线球管和探测器阵列围绕人体旋转扫描一个层面所 需的时间 常见的有全 扫描 360 扫描 其它还有部分扫描 小于360 扫描 和过度扫描 大于360 扫描 目前的CT机都有几种扫描时间可供选择 以前最短的扫描时间为1 秒 其它有2秒或3秒 现在新的多螺旋CT机最短扫描时间可达0 33秒 减少扫描时间除了 可缩短病人的检查时 间 提高效率外 并且是减少病人运动伪影的一个有效手段 CT的基本概念和术语 从开始扫描 图像的重建一直到图像的显示 这一过程称为周期时 间 一般周期时间与上述因素有关 多数情况下是上述两个因素的总和 但目前的CT机的计算 机功能强大 并且都有并行处理和多任务处理的能力 所以 在一 些特殊扫描方式情况下 扫描后的重建未结束 就可以开始下一次的扫描 所以 周期时间 并非始终是扫描时间和重 建时间之和 2 2 11重建增量 Reconstruction Increment Reconstruction Interval Reconstruction Spacing 重建增量或重建间距是螺旋扫描方式的专用术语 它的定义是 被 重建图像长轴方向的距离 通过采用不同的重建增量 可确定螺旋扫描被重建图像层面的重叠 程度 如重建增量小于层 厚即为重叠重建 重建增量大小与被重建图像的质量有关 即重建增量减小图像的质 量改善 重叠重建可减少 部分容积效应和改善3D后处理的图像质量 2 2 12重建时间 Reconstruction Time 重建时间是指计算机的阵列处理器 将扫描原始数据重建成图像所 需的时间 缩短重建时间也可减少病人的检查时间 提高检查效率 但与减少 运动伪影无关 重建时间与被重建图像的矩阵大小有关 矩阵大 所需重建时间长 另外 重建时间的长短也与阵列处理器的运算速度和计算机内存容 量的大小有关 阵列处理 器的速度快 内存的容量大 图像重建的时间短 2 2 13扫描视野和重建视野 Field of View FOV 扫描野或称有效视野 是扫描前设定的可扫描范围 根据各厂家的设置 扫描野可有一个或数个 大小范围为16 50cm 一般单个扫描野的 CT机 扫描野的大小在40 50cm之间 单扫描野的CT机 在定位相 扫描后 正式扫描 前 扫描野还可再次设置 以获得诊断需要的CT扫描图像 扫描完 成后原始数据可再重建 图像 该有效视野的大小仍可改变此时的有效视野大小称为重建视野 理 论上重建视野只能小于扫 描野 2 2 14时间分辨力 Temporal Resolution 时间分辨力的主要含义是指扫描机架旋转一周的时间 但在多层螺 旋CT中 它还与扫描覆 CT的基本概念和术语 盖范围和重建方式有关 它也是影像设备的性能参数之一 并且与 每帧图像的采集时间 重 建时间以及连续成像的能力有关 在CT中表示了设备的动态扫描 功能 如在多层螺旋CT 心脏成像时 时间分辨力的高低则决定了CT机在这方面临床应用 的适应性和范围 2 2 15层厚敏感曲线 Slice Sensitivity Profile SSP 层厚敏感曲线的定义是CT扫描机沿长轴方向通过机架中心测量的 点分布函数 point spread function PSF 的长轴中心曲线 和非螺旋CT相比 螺旋CT的层厚 敏感曲线增宽 其半 值宽度 Full Width at Half Maximum FWHM 也相应增加 即螺旋扫描的实际层厚增加 通常 在其它条件不变的情况下 层厚增加X线光子量也增加 并使 噪声降低和对比度增 加 但也使Z轴方向的空间分辨力下降和部分容积效应增大 理想 的SSP应为矩形 非螺 旋CT的SSP接近矩形而螺旋CT的SSP呈铃形分布曲线 在螺旋扫描中 曲线的形状随螺距的增加而改变 此外曲线的形状 也随采用内插算法的不同 而改善 如采用180 线性内插可明显改善曲线的形状 SSP对图像 中的高对比度和低对比 度的长轴分辨力都很重要 它可影响小病灶的显示 具体地说 当 病灶直径小于层厚宽度时 小病灶的CT值与背景的比值会降低 当SSP偏离理想的矩形 并且 螺旋扫描采用较高的床 速和360 线性内插算法 这种负作用更明显 但不管螺距的大小 这种负作用可由采用180 线性内插算法而大为减少 2 2 16球管热容量和散热率 Heat Capacity and Diffusion of the Tube X线球管的热容量大 表示可承受的工作电流大 连续工作的时间 可以延长 所以 CT机 所用的球管热容量越大越好 与球管性能指标有关的还有散热率 同样散热率越高 该球管的性 能越好 现代的螺旋CT 扫描机 对球管的要求更高 因为以前的扫描是逐层进行 层与层 扫描之间还可用于散热 现今的螺旋扫描一般都要连续扫描几十秒 甚至一百秒以上 所以 必须要求球管有一个良好 的热容量和散热率性能 热容量和散热率的单位分别是MHU和kHU 2 2 17部分容积效应 Partial Volume Effect 在CT中 部分容积效应主要有两种现象 部分容积均化和部分容积 伪影 CT成像时CT值的形成和计算 是根据被成像组织体素的线性衰减 系数计算的 如果某一 体素内只包含一种物质 CT值只对该单一物质进行计算 但是 如 果一个体素内包含有三 个相近组织 如血液 CT值为40 灰质 CT值为43 和白质 CT值为 46 那么该体素CT 值的计算是将这三种组织的CT值平均 最后上述测量的CT值被计 算为43 CT中的这种 现象被称为 部分容积均化 部分容积现象由于被成像部位组织构成的不同可产生部分容积伪 影 如射线束只通过一种组 CT的基本概念和术语 织 得到的CT值就是该物质真实的CT值 射线束如同时通过衰减差 较大的骨骼和软组织 CT值就要根据这两种物质平均计算 由于该两种组织的衰减差别 过大 导致CT图像重建 时计算产生误差 部分投影于扫描平面并产生伪影被称为部分容积 伪影 部分容积伪影的形状可因物体的不同而有所不同 一般在重建后横 断面图像上可见条形 环 形或大片干扰的伪像 部分容积伪影最常见和典型的现象是在头颅 横断面扫描时颞部出现的 条纹状伪影 又被称为 Houndsfield 氏伪影 这种现象也与射线硬 化作用有关 2 2 18周围间隙现象 Peripheral Space Phenomenon 相邻两个不同密度组织的交界部分如处于同一层面内 即同一层厚 内垂直方向同时包含这两 种组织 CT图像上显示的这两种组织的交界处CT值会失真 同时 交界处这两种组织变得 模糊不清 这种由于射线衰减吸收差引起的图像失真和CT值改变 称为周围间隙现象 peripheral space phenomenon 在两种组织差别较大时 密度高的组织边缘CT值偏低 而密度低的 组织边缘CT值偏高 当密度差别较小的组织相邻时 因其交界处影像不清 使图像上的 微小密度差别难以辨别 周围间隙实质上也是一种部分容积效应 2 2 19常规 普通与螺旋CT扫描方式 Conventional and Spiral Mode 在螺旋扫描方式出现之前 只有一种扫描方式 故不存在CT扫描方 式的区别问题 自螺旋 CT扫描方式出现以后 为了与非螺旋CT扫描方式的区别 人们有 时把非螺旋扫描方式称 为普通或常规CT扫描 但目前较规范的 对螺旋CT机出现以前的 逐层扫描方式通称为非 螺旋CT扫描方式 2 2 20逐层扫描与容积扫描 Sequential and Volume Scan 逐层扫描 又称序列扫描 和容积扫描分别表示两种不同的扫描方 式 逐层扫描是非螺旋 CT扫描的基本方式 在该扫描方式中 扫描一层图像机架一般需旋 转360 称为全扫描 部分扫描机架一般旋转240 采集一层图像 逐层扫描方式的特点是 扫描层厚和层距设定后 每扫描一层 检 查床移动一定的距离 然 后作下一次扫描 如此往复循环直至完成预定的扫描范围 早期电 缆式CT和现在滑环式CT 都可采用逐层扫描方式 尤其是滑环式CT 它既可作逐层扫描也可 作容积扫描 螺旋CT尤其是多层螺旋CT出现后 逐层扫描方式逐渐被螺旋扫描 方式替代 目前 仅颅 脑 CT介入穿刺等一些检查中 仍使用逐层扫描方式 螺旋CT扫描通常都采用容积扫描方式 它通常以人体部位的一个 器官或一个区段为单位作 连续的容积采集 这两种扫描无论是扫描方式上 还是成像的质量 方面都有较大的区别 2 2 21纵向分辨力 Z Resolution CT的基本概念和术语 过去与CT有关的质量参数主要由空间分辨力和密度分辨力表示 笼统地说 空间分辨力主 要表示CT扫描成像平面上的分辨能力 或称为平面内分辨力 也有 称为横向分辨力 即X Y方向 在螺旋CT扫描方式出现后 由于多平面和三维的成像质量提高 出 现了应用上的一个新概 念即纵向分辨力 纵向分辨力的含义是扫描床移动方向或人体长轴方向的图像分辨 力 它表示了CT机多平面 和三维成像的能力 纵向分辨力的优与劣 其结果主要涉及与人体 长轴方向有关的图像质量 例如矢状或冠状位的多平面图像重组 目前 4层螺旋CT的纵向分辨力约1 0mm 16层螺旋CT的纵向分辨 力是0 6mm 而64 层的纵向分辨力可达0 4mm 2 2 22物体对比度和图像对比度 Contrast of Object and Image 物体对比度是相邻两个物体之间在图像中的显示能力 在CT成像 中 其与物体的大小 物 体的原子序数 物体的密度 重建的算法和窗的设置有关 CT值大 于100HU时的对比度差 称为高对比度 CT值小于10HU时的对比度差 称为低对比度 图像对比度是重建后的图像与CT值有关的亮度差 DH 它与射线 衰减后CT值的高低以 及接受器亮度的调节有关 2 2 23接受器分辨力 Resolution of Acceptor 接受器分辨力包括图像监视器和胶片 它们很容易与空间分辨力与 密度分辨力相混淆 CT中的空间分辨力概念只指CT机本身由于系统接收和传递过程中 所产生的分辨力 它与 接收器的分辨力无关 但是接收器分辨力的优劣也影响CT机的空间 分辨力 如果监视器或 胶片的分辨力低于CT机的分辨力 那么再高的系统分辨力也无法 在图像上得到体现 2 2 24动态范围 Dianamic Range 动态范围是指最大的响应值与最小可探测值之间的比值 其响应与 转换的效率通常与接受器 所采用的物质有关 CT探测器中钨酸钙的吸收转换效率是99 动态范围是 1 2 2 25零点漂移 CT成像的整个过程中 是一个系列的 多部件参与的过程 成像中 的主要部件如探测器之 间由于存在扫描参数和余辉时间的差异 以及X线输出量的变化 C T机执行下一次扫描时 各通道的X线量输出也不相同 有的通道是零 而另一些可能会是 正数或负数 导致探测 器接收到的空气CT值不是 1000 这种现象被称为探测器的零点 漂移 CT的基本概念和术语 2 2 26头先进和足先进 Head First and Foot First 头先进和足先进是CT检查体位摆放的专用术语 头先进含义是检 查床运行时 头朝向扫描 机架方向 扫描从头方向往下 朝向足 而足先进则表示检查床运 行时 足朝向扫描机架 方向 扫描则从足方向往上 朝向头 2 2 27扫描覆盖率 Coverage of Scaning 扫描覆盖率与多层螺旋扫描方式有关 含义是指机架旋转一周扫描 覆盖的范围 在相同的扫 描时间内 扫描的覆盖范围又称扫描覆盖率 扫描覆盖率的大小主 要取决于以下两个因素 一是扫描所使用探测器阵列的宽度 二是扫描机架旋转一周的速度 如探测器阵列Z轴方 向的总宽度为4cm 旋转一周即产生4cm的覆盖 因扫描机架的旋转 时间不相同 乘以一 次扫描所用的总时间 即为扫描覆盖率 2 2 28灌注参数 Parameter of Perfusion 灌注量 组织血流量 组织血容量和平均通过时间均为CT灌注术语 灌注量 P 是以一定的速率注射对比剂后 通过动态扫描后得到的 一个时间密度曲线 某 一器官或组织灌注量的计算公式是 P MS Pa 式中P表示灌注量 MS表示时间密度曲线的最大斜率 Pa表示供血 动脉的最大强化值 此 处动脉常选用扫描层面内的较大动脉血管 如胸 腹部选择主动脉 颅脑选用上矢状窦 灌 注计算软件根据组织的灌注值 重建出灌注图及灌注的分布情况 通常用伪彩色的红色表示 高灌注 黑色表示低灌注 组织血流量 rBF 组织血流量常以相对血流量表示 可由下述公式 计算 rBF rBV cMTT 此处的相对血流量代表单位时间内流经扫描层面每一个体素的血 量 因此相对血流量图与灌 注图相似 都反映了组织的血流灌注情况 实际工作中有时也常用 来取代灌注图 同样红色 表示高灌注 黑色表示低灌注 组织血容量 rBV 组织血容量也是一个相对量 以组织时间密度曲 线以下面积除以供血血 管时间密度曲线以下面积 即求得相对组织血容量 实际应用常采 用下述近似的公式 rBV Pt Pv 其中Pt和Pv分别代表组织和血管的最高强化值 逐个计算出像素的 rBV值并重建出图像称 为血容量图 通过该图像可以评价组织的血管化程度及血容量的分 布情况 以伪彩色红色表 CT的基本概念和术语 示高度血管化 黑色表示低度血管化 平均通过时间 MTT 在时间密度曲线图上 MTT是对比剂开始注 射后至血管内对比剂峰值 下降段的平均值 大约为开始注射至峰值的一半时间 由于检查部 位的不同 对比剂经过的 途径不同 该时间有差异 计算公式为 cMTT MTT TA cMTT是经过校正的MTT图像 TA是开始注射对比剂后至被检查器 官或组织出现对比剂强 化时的这一段时间 同样图中红色表示高灌注 黑色表示低灌注 2 2 29单扇区和多扇区重建 Single Sector and Multi Sector Reconstruction 单扇区和多扇区重建是冠状动脉CT检查的专用术语 一般 冠状动 脉CT图像的重建采用 180 或240 的扫描数据 称为单扇区重建 采用不同心动周期 相同 相位两个90 或120 的扫描数据合并重建为一幅图像称为双扇区重建 采用不同心动周 期 相同相位的4个60 扫描数据 如GE 合并重建为一幅图像称为多扇区重建 多扇区重 建的目的主要是为了改 善冠状动脉CT检查的时间分辨力 2 2 30准直螺距和层厚螺距 Collimaton Pitch and Slice Pitch 准直螺距和层厚螺距是自4层螺旋CT出现后对螺距的一些不同计算 方法 准直螺距 或称 螺距因子 射线束螺距 的定义是 不管是单层还是多层螺旋CT 与 每次旋转产生的层数 无关 螺距的计算方法是扫描时准直器打开的宽度除以所使用探 测器阵列的总宽度 如16 层螺旋CT每排探测器的宽度