浅谈CT成像技术的发展概况

摘要： 20世纪70年代医学成像技术进人了飞速发展的时期。各种新技术相继被应用到医学成像系统中，这些不同的成像方式所提供的人体结构或生理参数的图像为提高临床诊断与治疗的有效性发挥了极大的作用。能敏CT将极大地提高对心肺疾病和各种癌症的定征。 顺着这一方向， 基于散射的CT、 X线诱发荧光CT以及其它混合模式CT也将变得非常有用。

关键词：CT成像技术 螺旋 多排螺旋

中图分类号：R445.3 文献标识码：A 文章编号：1005-0515（2013）8-004-01

一、CT成像技术概况

20世纪70年代医学成像技术进人了飞速发展的时期。各种新技术相继被应用到医学成像系统中，这些不同的成像方式所提供的人体结构或生理参数的图像为提高临床诊断与治疗的有效性发挥了极大的作用。发展起来的CT成像技术，曾给医学影像学带来一场深刻的革命而医学成像设备已成为现代化医院的一个重要的标志。CT（computed tomography）成像技术包括：数据采集技术、图像重建技术、重建图像后处理技术；其主要特点是利用X射线管绕人体的某一个层面扫描，探测器测得该层面各个点吸收X射线的数据，利用计算机的高速运算和图像重建原理，获得该层面的图像，利用CT值可以测量人体组织密度。经过不断地改进、完善、更新和发展，CT成像技术现已经成为临床诊断疾病的重要手段。随着科学技术进步，CT新技术新应用层出不穷。

CT成像技术的发展主要从非螺旋CT向螺旋CT发展，单层CT向多层CT发展，单源螺旋CT向双源螺旋CT发展。此外，CT的发展还包括探测器，球管、扫描方式、采样重建系统、反投影重建算法的不断改进及发展。计算机的性能提升及快速发展也给CT的图像后处理技术带来突飞猛进的发展，为临床诊断带来立体诊断模式，使得CT的临床应用有了进一步的突破，把医学影像学的推向一个更广阔的发展空间。

二、CT成像技术原理

CT是用X线束对人体的某一部分一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，所测得的信号经过模数转换（ADC），转变为数字信息后由计算机进行处理，从而得到该层面的各个单位容积的X线吸收值即CT值，并排列成数字矩阵。这些数据信息可存储于磁光盘或磁带机中，经过数模转换（DAC）后再形成模拟信号，经过计算机的一定变换处理后输出至显示设备上显示出图像，因此又称为横断面图像。CT的特点是操作简便，对病人来说无痛苦，其密度分辩率高，可直接显示X线平片无法显示的器官和病变，它在发现病变、确定病变的位置、大小、数目方面非常敏感而可靠，而在病理性质的诊断上存在一定的限制。

CT与传统X光摄影不同，在CT中使用的X光探测系统比摄影胶片敏感，一般使用气体或晶体探测器，并利用计算机处理探测器所得到的资料。在这两种检查系统中都使用大致相同的方法产生X光。CT的特点在于它能区别差异极小的X光吸收值。与传统X光摄影比较，CT能区分的密度范围多达2000级以上，而传统X光片大约只能区分20级密度。这种密度分辨率，不仅能区分脂肪与其它软组织，也能分辨软组织的密度等级，例如能区分脑脊液（CSF）和脑组织及区分肿瘤与其周围的正常组织。这种革命性技术显著地改变了许多疾病尤其是颅内病变的诊断方式。在每次曝光中所得到的资料由计算机重建形成影像。计算机会计算每个像素（Pixel）中的X光衰减（吸收）值（Attenuation Value）。

三、CT成像技术的发展

1、螺旋CT

螺旋CT扫描主要具有以下优点：（1）螺旋CT连续扫描的能力，使得整个器官或一个部位可以在一次屏气中完成扫描，从而避免漏扫或重扫。（2）由于没有层与层面之间的停顿，使得一次扫描检查的时间明显缩短，有益于危重病人和不配合病人的检查。（3）对于肺脏、肝脏等受呼吸影响的脏器，由于在屏气情况下一次完成扫描，可以避免小病灶的遗漏。（4）病人运动形成的伪影，由于扫描速度的提高而得以减少或避免。（5）可进行任意回顾性重建，没有层面间隔大小和重建次数的限制。（6）单位时间内扫描速度的提高，使CT增强扫描时对比剂的利用率提高和增强效果改善。（7）由于螺旋CT扫描得到的是容积扫描数据，因此使得多平面和三维重建图像的质量有了明显改善。

2、多排螺旋CT

多排螺旋CT和单螺旋CT的主要区别是探测器的结构不同。如前所述，单层螺旋CT的层厚由准直器决定，而多层螺旋CT的层厚由探测器的宽度及其组合而决定。在非螺旋CT扫描中，X射线束完全是一个垂直的平面，图像的重建过程可以直接采用投影的数据，不需要做任何的修正；多层螺旋CT（尤其是4排以上者）由于探测器排数的增宽，使得X射线呈锥形束，在扫描过程中，X线球管在X、Y平面上运行，而病人是在Z轴方向上移动，两者的同时运动所采集到的数据实际上是一个螺旋状的扫描数据段，对于横断面图像重建来说，不能直接采用某一个断面的投影数据，必须先采集重建层面邻近数据的内插，然后才能按照非螺旋CT扫描图像重建的方法重建出横断面图像。多排螺旋CT具有以下优点。

（1）提高扫描速度。多层螺旋CT扫描架旋转一周可以扫描多层，旋转速度比单层螺旋CT快1倍，同时螺距为单层螺旋CT的4～8倍，相同的扫描时间内可获得范围更长或范围相同但层面更薄的容积数据，有助于重建出高质量的横断图像和三维图像。另外，扫描时获取的具有高的纵向分辨率的容积数据，有助于减少部分容积效应，从而提高了图像的质量。

（2）提高图像的空间分辨率。由于多层螺旋CT的扫描速度提高，在相同的扫描时间内可获得范围更长或范围相同但层面更薄的容积数据，有助于重建出高质量的横断图像和三维图像。

（3）CT透视的定位更准确。单层螺旋CT使用CT透视功能仅能获得一层的透视图像，在做CT引导下的穿剌活检时仅可以实时显示针尖的位置，而多层螺旋CT可以同时进行多层透视，应用实时重建功能可以同时显示3个层面的3幅透视图像，CT引导穿剌活检时，不仅可准确定位穿刺针尖的位置，还可以显示进针的方向。这说明应用多层螺旋CT可提高CT透视的纵向分辨率，使CT透视引导穿刺的定位更准确。

四、结语

医学成像系统将向着从模拟图像到数字图像、从平面图像到立体图像、从局部图像到整体图像、从宏观图像到微观图像、从静态图像到动态图像、从形态图像到功能图像、从单一图像到综合图像等方向发展。即是要获得多时相（动态）图像、多维图像、多参数图像、多模式图像，以供临床多种诊断指标（包括病灶检测、定性、脏器功能评估、血流估计等）、治疗（包括三维定位、体积计算、外科手术规划等）的多种参考以及多地域显示观察。