电子计算机X射线断层成像

[拼音]：dianzi jisuanji X shexian duancenchengxiang

[外文]：computed tomography，CT

一种医学影像诊断技术。用X射线对人体投射，经检测器测定透射后的放射量，通过电子计算机处理，重建出人体断层图像，并作出诊断。

简史

1895年伦琴发现X射线后，X射线立即被应用于临床诊断。为了克服影像重叠的缺点，从1914年起，先后有人采用 X射线管与胶片作同步反向运动的方法得到断层照片，并沿用至今。1917年从数学上证明从物体投影的无限集合，可以重建出物体的图像。1956年利用此原理重建了太阳微波发射图像。1961年起科马克等人先后试图将图像重建原理应用于医学。从1967年开始豪恩斯菲尔德设计、发明了CT的基本组成部分，1971年第一台应用于临床的CT安装于英国阿特金森-莫利医院。1972年4月豪恩斯菲尔德和安布罗斯在英国放射学会年会上报告了CT的诞生及其在临床上的应用。1979年豪恩斯菲尔德和科马克被授予诺贝尔生理学或医学奖。

CT工作原理

强度为I₀的X射线，穿过厚度为d 的物体后，由于物体对X射线的吸收或衰减作用，X射线强度变为I，其衰减符合下列公式

其中μ 为吸收系数或衰减系数。人体组织的μ 是不均匀的，但如果将人体均匀分解成许多足够小的方块，每个小块组织(称为体素)的μ 可以看作是均匀的。如果能测定每个体素的吸收系数，则可重建出人体某一断面的X射线吸收系数分布图，即CT图像。图像上对应体素的小单元，称像素。

CT扫描时将一束准直 X射线束从与人体纵轴垂直的方向透射人体，得到一个投影，此投影是 X射线束通路上各个体素衰减作用的总和。如果每个体素的吸收系数分别为μ₁、μ₂、μ₃……，且厚度d均相等，则

I为投影强度，可以用检测器测定，并用模－数转换器转变成数字（称为投影数据或扫描数据），输入电子计算机。不断改变投射角度，可以得到数万到数十万个数据。电子计算机对这些数据按照一定算法进行计算，就可求得所扫描层面上的每一个体素的μ，通过数－模转换器，即可重建出该层面的图像。图像上每个像素都有一定的μ值，用不同的灰度表示，μ代表组织的密度，在CT上称CT值。某一组织的CT值，是其μ值与水的μ值相比得出的，公式为

CT值单位为HU(Hounsfield Unit)。

CT机的结构

CT机由 X射线发生、数据收集、数据处理、操作及图像显示等装置和电源等几部分组成（见图）。

（1）X射线发生装置，由高压发生器、X射线控制器、X射线管组成。

（2）数据收集系统，由检测器、放大器、模－数转换器组成，功能是收集投影数据，并将其转换成电子计算机所需要的数字。

（3）数据处理系统，由电子计算机、陈列处理器组成，其功能为对投影数据进行运算和处理(即影像重建)，并完成整机的调度和控制。

（4）操作和图像显示装置，即计算机的外围设备，进行机器操作，以及图像的显示、分析、处理和记录。

（5）电源部分，供给各部分电源。

CT机的分代

从1971年世界上第一台CT机问世起，CT的发展非常迅速，数年内即作了多次改进。常依据X射线束的形状、检测器的数目，以及扫描的方式将CT机分代。CT机从第一代发展到第三代，性能有较大改进，第三、四代之间各有优缺点。目前生产的CT机只有头部专用CT机仍采用第二代机型，且趋于淘汰，全身CT全部是第三或第四代机型。

CT在临床诊断上的应用

CT图像具有比常规 X射线照片高10倍以上的密度分辨率，能够清晰显示病变。CT对颅脑疾病有较高的诊断价值，诸如外伤、感染、脑血管疾病、先天畸形、肿瘤等，CT均为首选检查方法。对肝、胰、脾、肾等实质脏器疾病，特别是占位性病变，CT也有较高的诊断价值，若与 B型超声检查配合使用，可达到很高的诊断率。CT对五官、盆腔、脊柱、四肢、纵隔等部位疾病的诊断也有其独到之处；对肺及消化道疾病的诊断，总的说不如常规 X射线，但有时可起到补充作用。

CT在放射治疗上的应用

在一般的CT扫描机上加装一定的装置和程序，或使用专用的CT设备，便可以在CT图像上制订放射治疗计划，以提高治疗效果，并可及时调整治疗方案。

CT的特殊技术

包括如下几项：

（1）增强扫描，CT扫描前静脉注射有机碘制剂（如泛影葡胺等），药物可通过血循环渗透到全身组织。由于病变与周围正常组织之间血管丰富程度及渗透性的差别，增加了密度对比，使病变更加清晰显示，称为增强扫描。

（2）动态扫描，应用特殊程序，可以在作增强扫描时，使扫描机在容许的条件下快速连续扫描，以观察造影剂在组织内的变化情况，这有助于鉴别诊断。

（3）高分辨率扫描，利用原有的投影数据，用特殊程序，可以重建出局部高分辨率图像，常用于岩骨、四肢松质骨、软组织等。

（4）CT造影，先进行某些传统造影技术操作，如胆道造影、泌尿系造影、脊髓造影、气脑造影、脑室造影等，然后再进行CT扫描，可以大大提高诊断率。

（5）介入性CT，在CT指引下进行穿刺、引流、活组织检查等介入性诊断及治疗操作。

CT的展望

CT的发明是医学上，特别是影像诊断学上有划时代意义的一件大事。CT技术发展之快是前所未有的。CT的临床诊断价值已得到充分肯定。不仅如此，更重要的是CT图像重建方法可以应用到很多方面，如发射型计算机断层(ECT，见核医学技术)、磁共振成像等，从而推动了一个新的学科──医学影像学的建立，其发展还没有止境。CT技术本身目前基本已达到成熟阶段，将来的发展主要在简化结构、降低成本上下功夫，使CT在临床上能像X射线、B型超声波检查一样用作常规检查。

参考书目

1. J.K.T.Lee，S.S.Sagel & R.J.Stanley， Computed BodyTomography with MRI Correlation， 2nd ed.，Raven Press，New York，1989.

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