螺旋CT基础原理简介

CT值的概念:

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值反应物质的密度，即物质的CT值越高相当于物质密度越高。即CT值＝α×（μm-μw）/μw α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，水，脂肪以及气体。水的CT值为0Hu左右。

空间分辨率和密度分辨率：

前者指影像中能够分辨的最小细节，后者指能显示的最小密度差别。

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，每一象素的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。

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。

CT检查的优点：

1、密度分辨率高，能更好地显示由软组织构成的器官。

2、是横断面图，可连续扫描若干层，可作冠状、矢状重建。

3、由电子计算机重建的图像，不与邻近体层的影像重叠。

4、CT值可提供诊断参考价值。

CT检查的缺点：

1、图像空间分辨力不如X线图像高。

2、观看横断面图要有丰富的断面解剖知识。

3、有一定的局限性，如累及粘膜层及肌层的胃肠道疾病等CT检查容易漏诊。

4、病变的密度与正常组织密度相近的病变，平扫易漏诊，须增强扫描。

5、有X线辐射影响。

一、空间分辨率及影响因素

1、空间分辨率：

是用来衡量系统在高密度对比情况下显示最小物体的能力。一般用1cm内可以显示的线对数来表示。

2、空间分辨率的影响因素：

(1)焦点尺寸：减小其可使图像的空间分辨率提高。

(2)采样率：采样率越高空间分辨率越高。

(3)探测器孔径：小的探测器孔径必然增加空间分辨率。

(4)重建卷积函数：是利用矩阵的卷积功能将图像数据进行数字滤波，使图像产生变化。

(5)扫描矩阵像素大小及重建矩阵大小：重建矩阵512*512的空间分辨率好于256*256矩阵。

二、密度分辨率及影响因素

1、密度分辨率：

又称低密度分辨率，是指在低密度对比情况下(吸收系数相差为0.35%，即CT值相差3.5HU时)所能区分最小物体的直径。

2、密度分辨率的影响因素：

(1)通道分辨率：通道的分辨率越高，密度分辨率越高。

(2)监视器的分辨率：调节窗宽、窗位可以改变图像的亮度和对比度。

(3)信噪比：信噪比越高，密度分辨率越高。提高信噪比可以增大KV或是mAS使信号增大。

(4)重建卷积函数：选择平滑函数可以得到频率低的数字滤波器，它可以将高频噪声滤掉。

三、Z轴的分辨率

Z轴即与横断面相垂直的轴。

四、高分辨率(HRCT)的正确选择

高分辨率实际上指的是高空间分辨率。但临床上不仅要求的空间分辨率，同时要求Z轴的分辨率也比较好。

对于中低档CT机来说，由于机器性能的限制，不应轻易地使用高分辨率扫描，以免使空间分辨率降低。为此，对于中低档机，应由工程师进行技术参数的测定。来决定能否进行高分辨率扫描。

五、相机条件设定和胶片处理是影响图像质量的一个主要方面

目前大部分新的CT机配置的多为激光相机，理应能够获得很好胶片质量。但是正确设定对比度和亮度是非常重要的。设置不当必然导致曝光不正确而影响图像质量。在胶片处理方面，显影度、时间的正确设定，洗相药保持稀释状态等均是需要注意的。尽量避免重复使用“陈旧显影液”，造成胶片显影不足。

六、正确的窗宽和窗位的设定

窗宽，窗位的设定完全是从诊断的需要出发，而不是为了图像的“好看”。

总之，影响CT图像质量的因素很多，其中空间分辨率，密度分辨率和Z轴分辨率，这三者相互影响，相互制约；另外正确的窗宽、窗位以及机器和胶片的正确设定和处理也是非常主要的。只有全面衡量，做好CT的质量控制，满足临床诊断的需要。

薄层扫描：

是指层厚为5mm或更薄层厚以下的扫描，用于观察病变的细节。

比较一下常规CT与螺旋CT扫描的区别有助于螺旋CT原理的理解。在常规CT扫描时管球每绕病人旋转一周，此时检查床静止不动，探测器即接受到一幅CT图像的原始数据，然后即可重建成一幅横断面图像。
在螺旋CT扫描时，管球在绕病人旋转的同时，检查床也在运动，通过扫描孔。此时探测器接受到的是一组连续的容积扫描数据，并可以选用不同的重建算法对其进行重建。
有关螺旋CT扫描的参数：
数据采集：一次螺旋CT扫描的全部容积。
管球转数：一次数据采集中管球旋转的周数。
层厚：X线扇形束的宽度，由准值器决定。
螺距：管球旋转一周，检查床移动的距离(mm)。
螺距系数：螺距/层厚，是一个无单位的系数。
重建间距：两个相邻重建轴位图像中点相距的距离（改变重建间距能控制重建图像的数量， 重建间距越大重建图像的数量越少，反之重建图像的数量越多）。
图像跨度：第一幅图像中点与最后一幅图像中点间的距离。
内插算法；将一段螺旋扫描数据加权运算，以得出可以重建轴位图像数据的数学方法。

下面将对其中的重要概念及其相互关系，和对螺旋CT扫描图像质量的影响作重点讨论。
螺距和螺距系数
螺距；管球旋转一周，检查床移动的距离(mm)。螺距系数：螺距/层厚，是一个无单位的系数。螺距系数可以在1.0-2.0之间选择，一般选择1,1.25,1.5和2.0。
当螺距系数=1 即螺距=层厚时 每一螺旋扫描的轨迹是相邻的，即100%螺旋。
螺距系数=1.25 即螺距=1.25倍层厚时，为125 %螺旋。
螺距系数=1.50 即螺距=1.50倍层厚时，为150%螺旋。
螺距系数=2。0 即螺距=2。0倍层厚时，为200%螺旋。
螺距及螺距系数影响数据采集的数据采集量和在Z轴上的跨度，即图像跨度。螺距只要不超过2倍的层厚，即可通过内插算法得到横断面图像的数据。
重建间隔（Image index）
重建间隔在一次螺旋CT扫描中决定着重建图像的数量。每一次螺旋CT扫描数据采集形成的图像数量取决于数据采集在Z轴上的跨度和重建间隔，重建间隔可在1mm至层厚间选择，如：层厚为8mm，重建间隔可选1-8mm。当重建间隔＜层厚时为骑跨图像重建。
内插算法 （Interpolation）
在螺旋CT扫描时，探测器接受到的是一组连续的容积扫描数据，这样的数据是不能用于重建横断面图像的。这时需要对连续的容积扫描数据作数学处理，将其加权运算以模拟得到常规CT扫描图像的原始数据。这种数学算法即是内插算法。
常用的内插算法有360度，180度直线算法和锐利算法等。不同的内插算法影响图像的噪音和在Z轴上的空间分辨率。
图像跨度的决定因素
图像跨度取决于层厚，螺距系数和管球的旋转圈数等参数，即
图像跨度＝层厚×螺距系数×管球的旋转圈数。
图像质量的影响因素
图像质量受多个因素的影响，而且这些因素之间又互相制约互相影响，主要包括：层厚，螺距系数，内插算法和卷积算法等。层厚和螺距系数要在扫描前确定，内插算法和卷积算法可以在扫描结束后根据需要再次选择。在扫描时要根据病人的情况，检查目的，设备能力等因素具体确定。

高分辨率CT扫描：

即HRCT（high resolution CT），是指获得良好的空间分辨率CT图像的扫描技术。扫描参数要求达到以下要求：薄层扫描（0.5～1.5mm）；高KV、高mA；高分辨率算法；矩阵512×512或1024×1024。

多平面重建技术

即MPR（multipanar reconstructions）技术，是指从原始横轴位图像获得人体相应组织器官任意层面的冠状位、矢状位、横轴位和斜面的二维后处理方法，适用于显示全身各个系统组织器官的形态学改变。

CTA技术

是指向静脉内注入对比剂后行血管造影CT扫描的图像重建技术，可立体地显示血管影像。目前CTA显示血管较为完美，主要用于脑血管、肾动脉、肺动脉、主动脉和肢体血管、甚至冠状动脉等等。

虚拟内窥镜

虚拟内窥镜技术即**E(CT Virtual Endoscopy)技术，是随着计算机技术、计算机图形学、计算机图像处理尤其是虚拟现实等学科的发展而逐步形成的一种独特的医学图像后处理技术。指螺旋CT机对选定的躯体部位行连续容积扫描采样后，借助***技术（Navigation）或漫游技术（Fly Through）以及伪彩技术来逼真地模拟腔道内镜检查的一种方法。可以逼真的在任意CT位置断面上进入任意大小管道如胃肠腔、气管、支气管等，以管道腔内中心为轴心，在充气腔内循腔道纵轴向头端或尾端方向“漫游”，利用远景投影软件功能调整视屏距、物屏距、视角、透视方向及亮度，显示该阶段内任意腔道的内部结构，并赋以伪彩色，同时不断缩短物屏距，产生目标物体逐渐向观察者靠近并逐渐放大的图像，产生类似纤维内窥镜在腔内前进的直观动态三维立体重建图像，称为CT内窥镜。

三维重建技术

该技术常用以下几种，即表面遮盖显示技术（shaded surface display，SSD）、最大密度投影技术和容积再现技术（volume rendering technique，VRT）技术。通过三维重建可获得CT三维立体图像，使被检查器官的影像有立体感，通过旋转而在不同方位上观察。

CT灌注技术

CT灌注成像是经静脉团注有机碘对比剂后，对感兴趣器官，例如脑，在固定的层面行连续扫描，得到多帧图像，通过不同时间影像密度的变化，使用专用软件，绘制出每个像素的时间－密度曲线，再算出对比剂到达病变的得峰值时间（peak time，PT）、平均通过时间（Mean transit time，MTT）、局部脑血容量（regional cerebral blood volume，rCBV）和局部脑血流量（regional cerebral blood flow，rCBF）等参数，再经假色彩编码处理可得四个参数图。分析这些参数与参数图可了解感兴趣区毛细血管血流动力学，即血流状态。所以是一种功能成像。

普通检查：

常称为平扫或非增强扫描，指未行静脉内注射造影剂或造影的扫描。一般常规先行平扫。腹部及盆腔普通扫描通常在扫描前口服一定量的对比剂充盈胃肠道，以增加胃肠等空腔脏器与周围组织结构的对比度。

造影剂增强扫描：

就是在扫描前由静脉内注入水溶性有机碘造影剂后再行扫描的方法。注入方法可为滴注，也可为推注或两者合用。增强扫描主要用于：发现平扫未显示的病变；鉴别水肿与病变组织；进一步明确病变的大小以及与周边组织的关系，为治疗方案的拟定提供信息；为疑难病例提供进一步鉴别诊断的信息。

造影扫描：

是先行器官或组织的造影，然后再行扫描的方法。例如向脑池内注入碘曲仑8～10ml或注入空气4～6ml行脑池造影再行扫描，称之为脑池造影CT扫描，可清楚显示脑池及其中的小肿瘤。