醫學影像技術學CT的工作原理以及新應用探討

劉全勝

（福建省三明市第一醫院CT室 福建 三明 365000）

CT是指電子計算機體層攝影，也被稱作是X線CT。CT機經過四代的優化，探測器數、X線束、掃描方式、掃描時間等優勢更加明顯，在虛擬內窺鏡、CT血管成像等應用越發完善。并不斷向著高速掃描、高質量圖像、高檢查效率、特殊掃描功能更加完善的發展目標努力著。尤其是多層螺旋CT的臨床使用，在探測器排列、X線束、數據采集通道、三維成像、心臟CT掃描等方面的優勢，都是單層螺旋CT所不能比擬，實現了醫療服務質量的持續改進。

1 CT成像概述

1.1 CT成像原理

CT成像物理學基礎，主要是物體對X線吸收差異。高度準直X線束，對人體某部位，按指定厚度展開掃描。探測器接收穿過機體的X線束，經放大處理后，成為電子流。經過A/D轉換后，輸入計算機處理。計算機運算后，確定出該斷面各體素X線吸收值，排列成數字矩陣，經過D/A轉換，利用各灰度等級，在顯示器顯示，最終獲得該部位冠狀面、橫截面的CT圖像[1]。

1.2 CT成像過程

包括數據采集與處理、圖像重建與顯示、打印等幾步。數據采集系統涵蓋濾過板、A/D轉換器、探測器、X線管等，將X線發生、數據信息獲得的過程稱之為數據采集。數據處理包括線性化（X線束矯正由A/D轉換器完成）、去除（探測器）空氣值、修正零點漂移、正常化處理幾個步驟。圖像重建是指求解組織密度代表的線性衰減系數過程，處理過程中，涵蓋了大量的數學運算，通常使用直接或間接法重建。最后一步是圖像的顯示、打印、沖洗，顯示器顯示重建后的圖像，圖像按照診斷使用要求進行調節，最后圖像經打印機、照相機拍照，沖洗后獲得CT照片。

1.3 成像系統組成

硬件系統包括掃描機架、X線管、準直器、楔形濾過器、探測器、模/數轉換器（A/D）、高壓發生器、計算機系統、掃描檢查床，以及電源系統、照相機等輔助設備。軟件系統包括圖像處理、掃描、圖像存儲、照相等基本功能軟件；包括故障診斷、特殊掃描軟件、定量分析軟件等特殊功能軟件[2]。

1.4 CT特征

其優勢主要體現在密度分辨率高、能夠獲得理想的斷面圖像、實現定量分析；對此，病變檢出率顯著提升。其局限性主要體現在以下幾方面，即X線平片要高于空間分辨率、檢查范圍受限、定位與定性診斷不如病理結果、器官生化與功能信息不能反映薄弱。正常人體器官與組織的CT值，如腦白質CT范圍為24～35，致密骨＞250，鈣化灶為80～300，肌肉為40～80，脾臟為47～65，滲出液為16～25，血液為13～32。

2 CT的新應用

CT機的工作環境，要求溫度在18～22℃區間內，濕度在40～65%區間內，并做好防塵處理。首先嚴格按照操作規程使用，控制室禁止無關人員進出。其次機器的啟動、關閉要嚴格按照要求進行，并在關機一段時間后在啟動。使用前需進行X線管預熱，使其達到工作要求溫度，避免影響X線管壽命。最后定期空氣校準，做好交接班與機器使用記錄。

2.1 CT心臟成像

心血管疾病的發病率正呈逐漸上升，以及年輕化的趨勢發展。隨著患病率的不斷提升，臨床診療技術也隨之優化，繼而提高診斷的精確度與治療措施的行之有效性，防止病情惡化。以往的CT影像，雖然能夠顯示解剖學情況，但臟器功能、生化信息反應，顯的相對薄弱，甚至無法對運動器官展開常規影響掃描；對此，多層螺旋CT應運而生，有效的突破了這一發展瓶頸。如西門子64排128層螺旋CT，可5s完成心臟掃描，圖像分辨率，提高了將近40倍，心臟斑點、支架等清晰可見。同時具備信息量大、低輻射等優勢，可清晰構建出逼真的解剖三維圖像。多層螺旋CT的應用，實現了軟硬件的有效結合，可完成低X線劑量、高速、大范圍的掃描，數據精確度高。同時具備可視化工作性能，患者屏住呼吸時間短，感覺相比傳統CT更加舒適。尤其是對冠心病的早期診斷，可無創檢查冠狀動脈，為冠心病普查、篩選、診斷等，提供了快速、安全、低成本的檢查方法。除此之外，能夠實現心血管大范圍的三維后處理重建，使其影像學檢查地位顯著提升[3]。

2.2 灌注成像

CT灌注成像，屬于新型成像項目，歸于功能成像范疇。與傳統CT有著較大差異。以核醫學中心容積定律、放射性示蹤劑稀釋原理的理論為主，借助去卷積模型、非去卷積模型兩種數學模型，評估組織灌注狀態。借助多層螺旋CT，可良好反映毛細血管染色狀況，掃描器官、組織后，可反映器官功能指標，綜合分析數值后，能夠掌握器官運轉狀態，繼而評估患者器官功能異常性。

在實踐中，需要借助造影劑（靜脈注射）展開多層、連續掃描，獲得其時間密度曲線，建模分析密度曲線，可得到血流量、峰值等技術指標，最終了解該掃描對象的功能情況。CT灌注成像具有操作簡單、計算便利、繪制器官血流灌注動態曲線、顯示解剖細節、顯示灌注定量信息、判斷彌漫性病變程度、發現早期腫瘤性病變等特征，優化后的圖像重建，能夠獲取類似灌注參數圖像，被廣泛應用于活體組織血流動力學的探究。其臨床應用，主要在腫瘤學、腹部與腦部病變研究方面，可診斷出急性腦缺血、顱內占位性病變，以及肝臟、胰腺、腎臟的病變。在腫瘤病變診斷中的應用，可根據腫瘤新生血管情況，評估腫瘤轉移、生長等趨勢，也是良惡性腫瘤，以及腫瘤程度、分期、分級的重要指標。控制好射線輻射、造影劑副作用，可有效獲得癡呆、精神疾病等診斷信息。隨著該技術的不斷發展，灌注軟件的不斷優化，CT關注測量結果的精確度會得到進一步提升，形態、功能的同時反映也會成為可能。

2.3 虛擬內窺鏡

虛擬內窺鏡技術，實現了虛擬現實技術，在現代醫學中的高效利用。其涉及計算機圖形學、圖像處理，以及醫學領域相關知識。規避了光學內窺鏡侵入性操作問題，屬于無接觸式檢查技術。虛擬內窺鏡的臨床應用，主要是借助二維醫學影像參數，直接重建血管、呼吸道、胃腸道等器官的三維實體模型，在虛擬三維內空腔組織中，展開漫游觀察。也可以利用交互方式，在器官結構內，展開成像檢查。人體組織器官特征、空間定位關系的清晰顯示，能夠為醫生診療提供價值依據。其應用主要在心臟、結腸、支氣管、內耳等空腔結構器官上，與以往的光學內窺鏡比較，具有非侵入性、低危害性、可重復性、可貫穿性、操控靈活等優勢，可實現對胸動脈、大腦的內窺。結合體繪制、面繪制技術，可強化器官組織漫游交互功能，以及動畫回放。

虛擬內窺鏡憑借自身無創、安全等優勢特征，借助調節透明度、顏色的功能，能夠清晰觀察到器官內外狀況，可為穿刺、手術等操作，提供更加精準的解剖信息。彌補了常規內窺鏡的各種不足，在某種情況下，可完全取代傳統內窺鏡。同時在狹小空間范圍內的有效內窺，也是傳統內窺鏡所不能比擬的。

2.4 血管成像

在對比劑靜脈內注入后，可行CT血管造影掃描，通過圖像重組技術，獲得立體血管影像。掃描方向應與血流方向一致，動脈施以離心掃描，靜脈施以向心掃描。多層螺旋CT的應用，能夠掃描到顱內到頸部，還可掃描心臟主動脈弓，至下肢大范圍血管。可明確了解血管阻塞、畸形等情況，以及病變組織侵蝕血管狀況的立體圖像，為手術等提供了價值依據。在顱腦中的應用，多用于評估血管，如動脈瘤、缺血性腦血管病、靜脈栓塞、腫瘤術前評價等。其對頸部血管狹窄診斷應用價值較高，其敏感性、特異性可達到94.6%、92.3%；可準確反映斑塊隆起、潰瘍，以及內部軟硬程度的密度判斷等。胸部血管系統的檢查，可反映肺動脈栓塞、心臟及血管變異等情況。也是腎移植供體術前有效檢查方式，在腎臟腫瘤供血檢查中，有著不錯效果，副腎動脈敏感性高，可高達100%。

3 總結

CT影像學技術，能夠借助數學方法，展開物理量投影處理，實現病變信號、三維圖像的轉變，從而為疾病嚴重程度判斷提供重要參照。心臟成像、血管成像、灌注成像等的臨床應用，仍有很大的發展空間。在信息技術、科學技術的帶動下，CT技術的使用會更加便利，作用功能更加多元，圖像更加清晰，應用范圍也會越發廣泛，從而實現醫療水平的不斷提升。