自从X射线发现后,医学上就开始用它来探测人体疾病但是,由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小,因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现于是,美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足1963年,美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同,在研究中还得出了一些有关的计算公式,这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础1967年,英国电子工程师亨斯菲尔德(Hounsfield)在并不知道科马克研究成果的情况下,也开始了研制一种新技术的工作首先研究了模式的识别,然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置,即后来的CT,用于对人的头部进行实验性扫描测量后来,他又用这种装置去测量全身,获得了同样的效果1971年9月,亨斯菲尔德又与一位神经放射学家合作,在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置,开始了头部检查10月4日,医院用它检查了第一个病人患者在完全清醒的情况下朝天仰卧,X线管装在患者的上方,绕检查部位转动,同时在患者下方装一计数器,使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上,再经过电子计算机的处理,使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。
这次试验非常成功1972年第一台 CT诞生,仅用于颅脑检查,4月,亨斯菲尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果,正式宣告了CT的诞生1974年制成全身CT,检查范围扩大到胸、腹、脊柱及四肢第一代CT机采取旋转 /平移方式(rotate/translate mode)进行扫描和收集信息由于采用笔形X线束和只有 1~ 2个探测器,所采数据少,所需时间长,图像质量差第二代CT机扫描方式跟上一代没有变化,只是将X线束改为扇形,探测器增至30个,扩大了扫描范围,增加了采集数据,图像质量有所提高,但仍不能避免因患者生理运动所引起的伪影 (Artifact)第三代CT机的控测器激增至300~ 800个,并与相对的X线管只作旋转运动(rotate/rotate mode),收集更多的数据,扫描时间在 5s以内,伪影大为减少,图像质量明显提高第四代CT机控测器增加到1000~ 2400个,并环状排列而固定不动,只有X线管围绕患者旋转,即旋转/固定式 (rotate/stationary mode),扫描速度快,图像质量高第五代CT机将扫描时间缩短到50ms,解决了心脏扫描,是一个电子枪产生的电子束(electron beam)射向一个环形钨靶,环形排列的探测器收集信息。
推出的64层CT,仅用0.33s即可获得病人的身体64层的图像,空间分辨率小于0.4mm,提高了图像质量,尤其是对搏动的心脏进行的成像3设备组成CT床(16张)CT设备主要有以下三部分:1.扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成;2.计算机系统,将扫描收集到的信息数据进行贮存运算;3.图像显示和存储系统,将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下探测器从原始的1个发展到多达4800个扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定,发展到新近开发的螺旋CT扫描(spiral CT scan)计算机容量大、运算快,可达到立即重建图像由于扫描时间短,可避免运动产生的伪影,例如,呼吸运动的干扰,可提高图像质量;层面是连续的,所以不致于漏掉病变,而且可行三维重建,注射造影剂作血管造影可得CT血管造影(Ct angiography,CTA)超高速CT扫描所用扫描方式与前者完全不同扫描时间可短到40ms以下,每秒可获得多帧图像由于扫描时间很短,可摄得电影图像,能避免运动所造成的伪影,因此,适用于心血管造影检查以及小儿和急性创伤等不能很好的合作的患者检查4相关参数CT值某物质的CT值等于该物质的衰减系数与水的吸收系数之差再与水的衰减系数相比之后乘以分度因素。
物质的CT值反映物质的密度,即物质的CT值越高相当于物质密度越高即CT值=α(μm-μw)/μwα为分度因数,其取值为1000时,CT值的单位为亨氏单位(Hu)人体内不同的组织具有不同的衰减系数,因而其CT值也各不相同按照CT值的高低分别为骨组织,软组织,脂肪,水,气体,水的CT值为0Hu左右空间分辨率,密度分辨率,时间分辨率前者指影像中能够分辨的最小细节,中者指能显示的最小密度差别,后者指机体活动的最短时间间距层厚与层距前者指扫描层的厚度,后者指两层中心之间的距离部分容积效应由于每层具有一定的厚度,在此厚度内可能包括密度不同的组织,因此,每一像素的CT值,实际所代表的是单位体积内各种组织的CT值的平均数,故不能反映该组织的真实CT值窗宽与窗位由于正常或异常的组织具有不同的CT值,范围波动在-1000~+1000Hu范围内,而人类眼睛的分辨能力相对有限,因此欲显示某一组织结构的细节时,应选择适合观察该组织或病变的窗宽以及窗位,以获得最佳的显示FOV分扫描野(SFOV)和显示野(DFOV)两种,扫描野是X线扫描时的范围,显示野是数据重建形成的图像范围,扫描野大于显示野KV、mAs即管电流、管电流量,决定X线的硬度和光子数量的两种参数,增大KV值可以使X线的穿透力增加,增大mAs则增加辐射量,所以面对不同年龄,不同体型的病人时,需要选择对应的检查选项。
矩阵CT矩阵用于重建图像,有256x256,512x512等几种,常用的是512x512,矩阵噪声一个均匀物体被扫描在一个确定的ROI(感兴趣区)范围内,每个像素的CT值[HU]并不相同而是围绕一个平均值波动,CT值的变化就是噪音轴向(断层)图像的CT值呈现一定的涨落即是说CT值仅仅作为一个平均值来看,它可能有上下的偏差,此偏差即为噪音噪音是由辐射强度来决定的也即是由达到探测器的X-Ray量子数来决定的强度越大,噪音越低图像噪音依赖探测器表面之光子通量的大小它取决于X线管的管电压,管电流,予过滤及准直器孔径等重建算法也影响噪音SNR即信噪比,信号与招噪声的比值,适当减少噪声能使图像变得更佳5图像特点腹部CT图像CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的像素按矩阵排列所构成这些像素反映的是相应体素的X线吸收系数不同CT装置所得图像的像素大小及数目不同大小可以是1.01.0mm,0.50.5mm不等;数目可以是256256,即65536个,或512512,即262144个不等显然,像素越小,数目越多,构成图像越细致,即空间分辨力(spatial resolution)高CT图像的空间分辨力不如X线图像高。
CT图像是以不同的灰度来表示,反映器官和组织对X线的吸收程度因此,与X线图像所示的黑白影像一样,黑影表示低吸收区,即低密度区,如含气体多的肺部;白影表示高吸收区,即高密度区,如骨骼但是CT与X线图像相比,CT的密度分辨力高,即有高的密度分辨力(density resolution)因此,人体软组织的密度差别虽小,吸收系数虽多接近于水,也能形成对比而成像这是CT的突出优点所以,CT可以更好地显示由软组织构成的器官,如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等,并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像X线图像可反映正常与病变组织的密度,如高密度和低密度,但没有量的概念CT图像不仅以不同灰度显示其密度的高低,还可用组织对X线的吸收系数说明其密度高低的程度,具有一个量的概念实际工作中,不用吸收系数,而换算成CT值,用CT值说明密度单位为Hu(Hounsfield unit)水的吸收系数为10,CT值定为0Hu,人体中密度最高的骨皮质吸收系数最高,CT值定为+1000Hu,而空气密度最低,定为-1000Hu人体中密度不同和各种组织的CT值则居于-1000Hu到+1000Hu的2000个分度之间。
CT图像是层面图像,常用的是横断面为了显示整个器官,需要多个连续的层面图像通过CT设备上图像的重建程序的使用,还可重建冠状面和矢状面的层面图像,可以多角度查看器官和病变的关系。