CT成像原理与设备

CT成像原理与设备-CT成像基础

(一)CT的成像原理与方式

CT与常规X线摄影一样，它的成像也是利用了X线的原理。X线穿过人体各组织后会发生衰减，主要是因为能量被吸收(同时也有散射的缘故)。不同的组织会有不同衰减系数，也就是说不同的组织会有不同的X线衰减程度，而所有的应用X线的成像技术和模式都是以此为基础的。目前所应用的投影方式X线成像技术可分为两类，模拟成像和数字成像，CT则是应用数字成像的典型。

1．数字成像所谓数字成像实际上就是将模拟信号数字化，也就是把连续变化的模拟曲线变化给予相应的具体值，形成离散而非连续的数字值。这些数字以行和列的排列形式组成数字矩阵，然后将数字矩阵转化为可视图像的像素矩阵，每个像素根据数字矩阵中相应的数字以不同的亮度(即灰阶)表现出来。

在X线数字成像中，一种是模拟图像数字化；另一种是将获得信息由模拟量直接转换成数字(模数转换)量，然后成像，如CR和DR。CT和这些数字成像又有所不同，并非直接测量而是经过不同方式的计算方法使每个像素数字化，是个间接过程。

与模拟成像相比，数字成像的优势很多，可以进行高保真的存储(磁带及光盘)和传输(电缆、电话及卫星)，并且随时可以高保真的调阅，这是胶片存储所不及的。可以进行图像后处理(改变对比度、灰阶和图像大小，计算距离、面(体)积、测量像素或感兴趣区的密度值以及二维三维甚至四维的图像重建)；软组织对比度分辨力(密度分辨力)也明显高于模拟成像，它的不足之处是空间分辨力较模拟图像低得多，目前最多为1024x 1024矩阵。

2．CT扫描模式

(1)断层扫描CT的X线球管发出的X射线与常规x线摄影的不同，在准直器的作用下，X射线呈有一定厚度的笔形或扇形束穿过相同厚度的人体断层，到达对面替代常规X线摄影中胶片感光颗粒和荧光屏作用的检测器(detector)，检测器的作用是将穿过人体不同组织后衰减的X线的强度转换成不同电流强度的电信号通过输送电缆送人计算机。这个X线束用不同的运动方式(直线或旋转)以脉冲形式依次从不同投射角度穿过人体的同一解剖断层，检测器将所得数据依次送人计算机，由计算机计算出这一断层矩阵中每一个像素的密度值(CT值)组成数字矩阵．再以灰阶形式显示在监视器上。一个断层扫描完毕，扫描床移动使另一个断层对准x线束再进行扫描。螺旋扫描出现之前所有的CT机器都是这一种扫描方式，螺旋扫描问世后将这种断层扫描方式称为常规CT扫描以与螺旋扫描相区分。

断层扫描主要有以下三种运算方法：①反投影法(back projection)，亦称综合法(summation method)；②迭代法(interactive methods)，包括代数重建法(algebraic reconstruction)、逐线校正法(ray -by -ray correction)、逐点校正法(point- by -point correction)；③解析法(analytic methods)，包括二维傅立叶转换法(two-dimensional Fourier analysis)、滤波反投影法(filtered back-projection)和褶积反投影法(convoluted back-projection )。在上述三种重建方法中，由于运算量较小、图像质量较高，解析法的使用最多。

(2)螺旋扫描：滑环技术是上世纪70年代末开始采用的新技术。滑环时代之前，含有X线球管的旋转部分与静止部分之间的馈电和信号传输是靠电缆来完成的，电缆的有限长度限制了球管的旋转运动，使球管的运动只能是双向往返式，无法向一个方向进行连续扫描。所谓滑环装置，就是用类似发电机上碳刷作为旋转部分，带有凹槽的滑环作为固定部分，代替电缆来进行固定部分与旋转部分之间的馈电和信号传输。省却了电缆，使球管可以向一个方向连续旋转。 螺旋扫描是在滑环技术应用的基础上发展起来的一项新的扫描方式。扫描过程中，X线球管围绕机架连续旋转曝光，曝光的同时检查床同步匀速移动，探测器同时采集数据，由于扫描轨迹呈螺旋线，故称螺旋扫描。螺旋扫描的特点是将传统常规CT的二维采集数据发展为三维采样。这种