淺談CT成像技術的發展概況

摘要： 20世紀70年代醫學成像技術進人了飛速發展的時期。各種新技術相繼被應用到醫學成像系統中，這些不同的成像方式所提供的人體結構或生理參數的圖像為提高臨床診斷與治療的有效性發揮了極大的作用。能敏CT將極大地提高對心肺疾病和各種癌癥的定征。 順著這一方向， 基于散射的CT、 X線誘發熒光CT以及其它混合模式CT也將變得非常有用。

關鍵詞：CT成像技術 螺旋 多排螺旋

中圖分類號：R445.3 文獻標識碼：A 文章編號：1005-0515（2013）8-004-01

一、CT成像技術概況

20世紀70年代醫學成像技術進人了飛速發展的時期。各種新技術相繼被應用到醫學成像系統中，這些不同的成像方式所提供的人體結構或生理參數的圖像為提高臨床診斷與治療的有效性發揮了極大的作用。發展起來的CT成像技術，曾給醫學影像學帶來一場深刻的革命而醫學成像設備已成為現代化醫院的一個重要的標志。CT（computed tomography）成像技術包括：數據采集技術、圖像重建技術、重建圖像后處理技術；其主要特點是利用X射線管繞人體的某一個層面掃描，探測器測得該層面各個點吸收X射線的數據，利用計算機的高速運算和圖像重建原理，獲得該層面的圖像，利用CT值可以測量人體組織密度。經過不斷地改進、完善、更新和發展，CT成像技術現已經成為臨床診斷疾病的重要手段。隨著科學技術進步，CT新技術新應用層出不窮。

CT成像技術的發展主要從非螺旋CT向螺旋CT發展，單層CT向多層CT發展，單源螺旋CT向雙源螺旋CT發展。此外，CT的發展還包括探測器，球管、掃描方式、采樣重建系統、反投影重建算法的不斷改進及發展。計算機的性能提升及快速發展也給CT的圖像后處理技術帶來突飛猛進的發展，為臨床診斷帶來立體診斷模式，使得CT的臨床應用有了進一步的突破，把醫學影像學的推向一個更廣闊的發展空間。

二、CT成像技術原理

CT是用X線束對人體的某一部分一定厚度的層面進行掃描，由探測器接收透過該層面的X線，所測得的信號經過模數轉換（ADC），轉變為數字信息后由計算機進行處理，從而得到該層面的各個單位容積的X線吸收值即CT值，并排列成數字矩陣。這些數據信息可存儲于磁光盤或磁帶機中，經過數模轉換（DAC）后再形成模擬信號，經過計算機的一定變換處理后輸出至顯示設備上顯示出圖像，因此又稱為橫斷面圖像。CT的特點是操作簡便，對病人來說無痛苦，其密度分辯率高，可直接顯示X線平片無法顯示的器官和病變，它在發現病變、確定病變的位置、大小、數目方面非常敏感而可靠，而在病理性質的診斷上存在一定的限制。

CT與傳統X光攝影不同，在CT中使用的X光探測系統比攝影膠片敏感，一般使用氣體或晶體探測器，并利用計算機處理探測器所得到的資料。在這兩種檢查系統中都使用大致相同的方法產生X光。CT的特點在于它能區別差異極小的X光吸收值。與傳統X光攝影比較，CT能區分的密度范圍多達2000級以上，而傳統X光片大約只能區分20級密度。這種密度分辨率，不僅能區分脂肪與其它軟組織，也能分辨軟組織的密度等級，例如能區分腦脊液（CSF）和腦組織及區分腫瘤與其周圍的正常組織。這種革命性技術顯著地改變了許多疾病尤其是顱內病變的診斷方式。在每次曝光中所得到的資料由計算機重建形成影像。計算機會計算每個像素（Pixel）中的X光衰減（吸收）值（Attenuation Value）。

三、CT成像技術的發展

1、螺旋CT

螺旋CT掃描主要具有以下優點：（1）螺旋CT連續掃描的能力，使得整個器官或一個部位可以在一次屏氣中完成掃描，從而避免漏掃或重掃。（2）由于沒有層與層面之間的停頓，使得一次掃描檢查的時間明顯縮短，有益于危重病人和不配合病人的檢查。（3）對于肺臟、肝臟等受呼吸影響的臟器，由于在屏氣情況下一次完成掃描，可以避免小病灶的遺漏。（4）病人運動形成的偽影，由于掃描速度的提高而得以減少或避免。（5）可進行任意回顧性重建，沒有層面間隔大小和重建次數的限制。（6）單位時間內掃描速度的提高，使CT增強掃描時對比劑的利用率提高和增強效果改善。（7）由于螺旋CT掃描得到的是容積掃描數據，因此使得多平面和三維重建圖像的質量有了明顯改善。

2、多排螺旋CT

多排螺旋CT和單螺旋CT的主要區別是探測器的結構不同。如前所述，單層螺旋CT的層厚由準直器決定，而多層螺旋CT的層厚由探測器的寬度及其組合而決定。在非螺旋CT掃描中，X射線束完全是一個垂直的平面，圖像的重建過程可以直接采用投影的數據，不需要做任何的修正；多層螺旋CT（尤其是4排以上者）由于探測器排數的增寬，使得X射線呈錐形束，在掃描過程中，X線球管在X、Y平面上運行，而病人是在Z軸方向上移動，兩者的同時運動所采集到的數據實際上是一個螺旋狀的掃描數據段，對于橫斷面圖像重建來說，不能直接采用某一個斷面的投影數據，必須先采集重建層面鄰近數據的內插，然后才能按照非螺旋CT掃描圖像重建的方法重建出橫斷面圖像。多排螺旋CT具有以下優點。

（1）提高掃描速度。多層螺旋CT掃描架旋轉一周可以掃描多層，旋轉速度比單層螺旋CT快1倍，同時螺距為單層螺旋CT的4～8倍，相同的掃描時間內可獲得范圍更長或范圍相同但層面更薄的容積數據，有助于重建出高質量的橫斷圖像和三維圖像。另外，掃描時獲取的具有高的縱向分辨率的容積數據，有助于減少部分容積效應，從而提高了圖像的質量。

（2）提高圖像的空間分辨率。由于多層螺旋CT的掃描速度提高，在相同的掃描時間內可獲得范圍更長或范圍相同但層面更薄的容積數據，有助于重建出高質量的橫斷圖像和三維圖像。

（3）CT透視的定位更準確。單層螺旋CT使用CT透視功能僅能獲得一層的透視圖像，在做CT引導下的穿剌活檢時僅可以實時顯示針尖的位置，而多層螺旋CT可以同時進行多層透視，應用實時重建功能可以同時顯示3個層面的3幅透視圖像，CT引導穿剌活檢時，不僅可準確定位穿刺針尖的位置，還可以顯示進針的方向。這說明應用多層螺旋CT可提高CT透視的縱向分辨率，使CT透視引導穿刺的定位更準確。

四、結語

醫學成像系統將向著從模擬圖像到數字圖像、從平面圖像到立體圖像、從局部圖像到整體圖像、從宏觀圖像到微觀圖像、從靜態圖像到動態圖像、從形態圖像到功能圖像、從單一圖像到綜合圖像等方向發展。即是要獲得多時相（動態）圖像、多維圖像、多參數圖像、多模式圖像，以供臨床多種診斷指標（包括病灶檢測、定性、臟器功能評估、血流估計等）、治療（包括三維定位、體積計算、外科手術規劃等）的多種參考以及多地域顯示觀察。