基层影像检验诊断技术及结果判断(基层卫生培训“十三五”规划教材)
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第二节 计算机断层扫描成像

CT是计算机断层扫描(computed tomography,CT)的简称。CT是电子技术、计算机技术和X线技术相结合的产物,是医学影像领域最早使用数字化成像的设备。CT可用于任何部位组织器官的检查,其图像无重叠、密度分辨率高,是临床常用的影像检查方法之一。
一、CT成像的基本原理
CT成像利用人体各器官或组织对X线吸收能力(衰减系数)不同的特性,由不同方向的X投影数据经重建获得图像。图像重建过程中将X线投影方向上的物体分割呈若干体积相同的长方体,称之为体素(voxel),是CT可以显示的最小体积单元。扫描获得信息经计算可获得每个体素的吸收系数,并将其转化成二维图像上每个对应像素(pixel)的灰度信息即构成CT图像。实际使用中,将吸收系数换算成CT值来表达组织密度,单位为亨氏单位(Hounsfield unit,HU),以水的吸收系数为基准,定义为0HU,常见组织CT值由高到低为骨、软组织、水、脂肪、气体。
二、CT设备
(一)CT的分类
1.常规CT
常规CT对病人每次扫描X线管球旋转一周,产生一幅图像,获得的图像是间断的。
2.螺旋CT
目前应用广泛,病人以匀速进入CT机架,同时X线球管连续旋转式曝光,围绕病人的X线轨迹呈螺旋状,采集的数据分布在一个较长的螺旋空间。
3.多层螺旋CT(multislice CT,MSCT)
也称多排探测器CT(multidetector CT,MDCT)。主要技术特征是多排探测器,扫描时不是使用单排螺旋CT的扇形X线束,而是采用可调节的锥形X线束,根据采集层厚选择X线束宽度,来激发不同数目的探测器,从而实现一次采集多层CT图像的目的。
(二)CT设备的系统结构
1.扫描系统
由扫描机架、扫描床、X线球管、管套组件、高压发生器、准直器、X线过滤器、探测器组成。
2.计算机及图像重建系统
由硬件系统和软件系统组成。
三、CT图像特点
(一)分辨率
CT的空间分辨率、密度分辨率和时间分辨率,是判断CT机性能和图像质量的三个重要指标。
1.空间分辨率
指图像中可辨认的邻接物体空间几何长度的最小极限,即对细微结构的分辨率,受焦点大小、探测器单元尺寸、层厚等影响,与X线剂量大小无关。CT的空间分辨率不如常规X线。
2.密度分辨率
又称低对比分辨率,指能够分辨组织间最小密度差别的能力,受探测器灵敏度、采集层厚、像素噪声、重建算法等影响,X线剂量增大时,噪声减小,密度分辨率提高。空间分辨率和密度分辨率互相制约,密切相关。与常规X线相比,CT密度分辨率较高。
3.时间分辨率
指CT扫描可以反映机体活动的最短时间间隔。它是反映CT扫描速度快慢的指标。
(二)算法
CT图像是数字化图像,图像重组的数学演算方式有多种,常用的有标准算法、软组织算法和骨算法等,要根据检查组织的不同和诊断的需要,选择合适的算法,通常CT设备内已预设。标准算法均衡图像的空间分辨率和密度分辨率,适用于一般的CT图像的重组;软组织算法适用于需要突出密度分辨率的软组织图像重组;骨算法提高空间分辨率,强化组织边缘、轮廓,适用于密度差异大且需要清晰显示细节部位检查的图像重组。算法选择不当,会降低图像质量。螺旋扫描的容积数据可变换算法,进行多种算法的图像重组。
(三)噪声
均匀物体的影像中各像素的CT值参差不齐,图像呈颗粒性,不能代表真实CT值,影响图像质量,称为噪声。其来源有探测器方面的,如探测器的灵敏度、层厚及X线量等。还有电子线路及机械方面的,重组算法及散乱射线等也会引起噪声。噪声与图像的质量成反比,因此要尽量加以抑制。
(四)部分容积效应
在同一扫描体素内含有两种以上不同密度的组织时,所测得的CT值不能真实反映任何一种组织真实的CT值,而是这些组织的平均CT值,这种现象称部分容积效应。显然,部分容积效应与CT扫描层厚和被检组织周围的密度有明显关系,当一扫描层面内某组织的厚度小于层厚时,其测得的CT值不准确;相邻的两种组织边缘部CT值不能准确测知,因此交界部影像不清晰锐利。薄层扫描可减少部分容积效应。
(五)伪影
伪影是由设备或患者造成的,不属于被扫描物体的影像。它在图像中表现的形状各异,影响诊断的准确性,有时由于某些原因造成的图像畸变也被归类于伪影。伪影影响图像质量,甚至影响病变的分析诊断。伪影多表现为条状、同心圆状、放射状等(图1-1-4)。
图1-1-4 金属伪影
四、CT检查技术
(一)扫描方式
1.普通扫描
又称为平扫或非增强扫描,是指血管内不注射对比剂的单纯CT扫描。常采用横断面扫描,偶尔亦做冠状面扫描。普通扫描主要适合于骨骼、肺部等密度差异较大的组织,其次是急腹症及对比剂禁忌证患者。
2.增强扫描
增强扫描指血管内注射对比剂后的扫描。目的是增强组织、病灶的密度差,并可动态观察不同脏器、病灶内对比剂的分布与排泄情况,可以很好地观察血管结构,发现平扫难以发现的小病灶、等密度病灶,并通过病变有无强化、强化的程度与方式等帮助定性诊断。通过口服对比剂使脏器增强在狭义上不属于增强扫描。
3.特殊扫描
(1)薄层扫描:
是指扫描层厚小于5mm的扫描,现在的MSCT可达到1mm甚至亚毫米的扫描层厚,目的是减少部分容积效应,观察病变内部细节和小病灶,如肺内小结节等。
(2)高分辨率CT扫描:
采用薄层,高分辨率重建或骨算法,可获得组织细微结构图像,如内耳的细微结构。
(3)CT血管造影:
是指静脉内快速团注高密度对比剂后,靶血管内的对比剂浓度快速达到峰值时,在进行螺旋CT容积扫描,经工作站后处理,重组靶血管的多维图像。
(4)CT灌注成像:
能够反映组织的微循环及血液灌注情况,获得血流动力学方面信息,主要应用于脑梗死缺血半暗带的判断,也应用于心、肝、肾、肺病变的诊断。
(5)CT临床引导穿刺:
该方法主要用于胸腹部病灶的活检。在常规CT扫描的基础上,确定病灶正确位置,进行穿刺,在穿刺过程中在进行CT扫描来确定穿刺针进针方向及位置,通过CT扫描确定穿刺针达到目标病灶后行穿刺、取病变组织、送病理活检。穿刺结束后最后行CT扫描确定穿刺周围组织有无出血和积气。
(6)低剂量扫描:
是指保证图像诊断要求的前提下,降低CT扫描的参数降低辐射剂量。这种方法既能减少患者辐射剂量,还能延长球管的使用寿命。一般用于肺癌患者或高危人群的普查或复查。
(二)CT图像的后处理技术
1.多平面重组(multi planar reconstruction,MPR)
是将一组横断面图像的原始数据通过后处理使体素重新排列,获得同一组织器官的冠状、矢状、横断面或任意斜面的二维图像处理方法,一定程度上弥补了CT不能按任意角度扫描的缺陷。有助于显示病变位置、形态及毗邻关系。
2.曲面重组(curved planar reconstruction,CPR)
是MPR的一种特殊形式,是在一个指定参照平面上,由操作者沿靶器官走行方向画出一条曲线,即可将曲线可经过层面的体素数据重建成一幅拉直展开的图像,可使迂曲的器官拉直、展开,显示在一个平面上(如血管、支气管等)。
3.表面遮盖显示法(shaded surface display,SSD)
通过计算被观察物体的表面所有相关像素的最高和最低CT值,保留所选CT值范围内的像素影像,将超出CT阈值的像素透明处理后重组成三维图像。
4.容积再显技术(volume reformation,VR)
属于三维重建技术,利用螺旋CT容积扫描的所有体素数据,根据每个体素的CT值及其表面特征,使成像容积内所有体素均被赋予不同颜色和不同的透明度,通过图像重组和模拟光源照射,从而显示出具有立体视觉效果的器官或组织结构的全貌(图1-1-5)。
图1-1-5 肋骨三维成像
5.最大强度投影(maximun intensity projection,MIP)
通过计算机处理,从不同方向对被观察的容积数据进行数学线束透视投影,仅将每一线束所遇密度值高于所选阈值的体素或密度最高的体素投影在线束垂直的平面上,并可从任意投影方向进行观察(图1-1-6)。
图1-1-6 MIP重建显示肺动脉
6.最小强度投影(minimum intensity projection,MinIP)
仅将每一投影线束所遇密度值低于所选阈值的像素或密度最低的体素投影到与线束垂直的平面上。
7.CT仿真内镜(CT virtual endoscopy,CTVE)
是容积数据同计算机领域的虚拟现实结合,重组出空腔内表面的立体图像,类似于内镜所见的影像。目前,CT仿真内镜主要用于气管、结肠等中空器官病变的显示,也可用于显示血管腔内附壁血栓、动脉瘤体内分隔或血管分支开口,以及动脉夹层真、假腔破口状态等。
(三)CT对比剂
1.CT用碘对比剂的分类
按在溶液中是否分解为离子,分离子型和非离子型对比剂。按分子结构分为单体型和二聚体型对比剂。按渗透压分为高渗、次高渗和等渗对比剂。
2.使用碘对比剂前准备
(1)碘过敏试验:
一般无需碘过敏试验,除非产品说明书注明特别要求。
(2)签署知情同意书及注意事项
1)使用碘对比剂前,建议与患者和监护人签署“碘对比剂使用患者知情同意书”。
2)签署同时由医务人员告知对比剂使用的适应证和禁忌证,可能发生的不良反应和注意事项。并向患者及监护人询问患者有无碘对比剂使用过敏史,有无用肾毒性药物或其他影响肾小球滤过率的药物或疾病。
3)有甲状腺功能亢进、糖尿病肾病、肾功能不全,此类疾病患者需要咨询相关专科医生能否使用碘对比剂。
3.对比剂的不良反应及处理
(1)轻度反应:
头晕、气急、恶心、呕吐和荨麻疹等。短时间休息或对症治疗可好转。
(2)严重反应:
哮喘、喉头水肿、惊厥和周围循环衰竭等。实行抗休克和抗过敏治疗,心跳停止应行体外心脏按压等。
(彭如臣)