医学影像技术学CT的工作原理以及新应用探讨

刘全胜

（福建省三明市第一医院CT室 福建 三明 365000）

CT是指电子计算机体层摄影，也被称作是X线CT。CT机经过四代的优化，探测器数、X线束、扫描方式、扫描时间等优势更加明显，在虚拟内窥镜、CT血管成像等应用越发完善。并不断向着高速扫描、高质量图像、高检查效率、特殊扫描功能更加完善的发展目标努力着。尤其是多层螺旋CT的临床使用，在探测器排列、X线束、数据采集通道、三维成像、心脏CT扫描等方面的优势，都是单层螺旋CT所不能比拟，实现了医疗服务质量的持续改进。

1 CT成像概述

1.1 CT成像原理

CT成像物理学基础，主要是物体对X线吸收差异。高度准直X线束，对人体某部位，按指定厚度展开扫描。探测器接收穿过机体的X线束，经放大处理后，成为电子流。经过A/D转换后，输入计算机处理。计算机运算后，确定出该断面各体素X线吸收值，排列成数字矩阵，经过D/A转换，利用各灰度等级，在显示器显示，最终获得该部位冠状面、横截面的CT图像[1]。

1.2 CT成像过程

包括数据采集与处理、图像重建与显示、打印等几步。数据采集系统涵盖滤过板、A/D转换器、探测器、X线管等，将X线发生、数据信息获得的过程称之为数据采集。数据处理包括线性化（X线束矫正由A/D转换器完成）、去除（探测器）空气值、修正零点漂移、正常化处理几个步骤。图像重建是指求解组织密度代表的线性衰减系数过程，处理过程中，涵盖了大量的数学运算，通常使用直接或间接法重建。最后一步是图像的显示、打印、冲洗，显示器显示重建后的图像，图像按照诊断使用要求进行调节，最后图像经打印机、照相机拍照，冲洗后获得CT照片。

1.3 成像系统组成

硬件系统包括扫描机架、X线管、准直器、楔形滤过器、探测器、模/数转换器（A/D）、高压发生器、计算机系统、扫描检查床，以及电源系统、照相机等辅助设备。软件系统包括图像处理、扫描、图像存储、照相等基本功能软件；包括故障诊断、特殊扫描软件、定量分析软件等特殊功能软件[2]。

1.4 CT特征

其优势主要体现在密度分辨率高、能够获得理想的断面图像、实现定量分析；对此，病变检出率显著提升。其局限性主要体现在以下几方面，即X线平片要高于空间分辨率、检查范围受限、定位与定性诊断不如病理结果、器官生化与功能信息不能反映薄弱。正常人体器官与组织的CT值，如脑白质CT范围为24～35，致密骨＞250，钙化灶为80～300，肌肉为40～80，脾脏为47～65，渗出液为16～25，血液为13～32。

2 CT的新应用

CT机的工作环境，要求温度在18～22℃区间内，湿度在40～65%区间内，并做好防尘处理。首先严格按照操作规程使用，控制室禁止无关人员进出。其次机器的启动、关闭要严格按照要求进行，并在关机一段时间后在启动。使用前需进行X线管预热，使其达到工作要求温度，避免影响X线管寿命。最后定期空气校准，做好交接班与机器使用记录。

2.1 CT心脏成像

心血管疾病的发病率正呈逐渐上升，以及年轻化的趋势发展。随着患病率的不断提升，临床诊疗技术也随之优化，继而提高诊断的精确度与治疗措施的行之有效性，防止病情恶化。以往的CT影像，虽然能够显示解剖学情况，但脏器功能、生化信息反应，显的相对薄弱，甚至无法对运动器官展开常规影响扫描；对此，多层螺旋CT应运而生，有效的突破了这一发展瓶颈。如西门子64排128层螺旋CT，可5s完成心脏扫描，图像分辨率，提高了将近40倍，心脏斑点、支架等清晰可见。同时具备信息量大、低辐射等优势，可清晰构建出逼真的解剖三维图像。多层螺旋CT的应用，实现了软硬件的有效结合，可完成低X线剂量、高速、大范围的扫描，数据精确度高。同时具备可视化工作性能，患者屏住呼吸时间短，感觉相比传统CT更加舒适。尤其是对冠心病的早期诊断，可无创检查冠状动脉，为冠心病普查、筛选、诊断等，提供了快速、安全、低成本的检查方法。除此之外，能够实现心血管大范围的三维后处理重建，使其影像学检查地位显著提升[3]。

2.2 灌注成像

CT灌注成像，属于新型成像项目，归于功能成像范畴。与传统CT有着较大差异。以核医学中心容积定律、放射性示踪剂稀释原理的理论为主，借助去卷积模型、非去卷积模型两种数学模型，评估组织灌注状态。借助多层螺旋CT，可良好反映毛细血管染色状况，扫描器官、组织后，可反映器官功能指标，综合分析数值后，能够掌握器官运转状态，继而评估患者器官功能异常性。

在实践中，需要借助造影剂（静脉注射）展开多层、连续扫描，获得其时间密度曲线，建模分析密度曲线，可得到血流量、峰值等技术指标，最终了解该扫描对象的功能情况。CT灌注成像具有操作简单、计算便利、绘制器官血流灌注动态曲线、显示解剖细节、显示灌注定量信息、判断弥漫性病变程度、发现早期肿瘤性病变等特征，优化后的图像重建，能够获取类似灌注参数图像，被广泛应用于活体组织血流动力学的探究。其临床应用，主要在肿瘤学、腹部与脑部病变研究方面，可诊断出急性脑缺血、颅内占位性病变，以及肝脏、胰腺、肾脏的病变。在肿瘤病变诊断中的应用，可根据肿瘤新生血管情况，评估肿瘤转移、生长等趋势，也是良恶性肿瘤，以及肿瘤程度、分期、分级的重要指标。控制好射线辐射、造影剂副作用，可有效获得痴呆、精神疾病等诊断信息。随着该技术的不断发展，灌注软件的不断优化，CT关注测量结果的精确度会得到进一步提升，形态、功能的同时反映也会成为可能。

2.3 虚拟内窥镜

虚拟内窥镜技术，实现了虚拟现实技术，在现代医学中的高效利用。其涉及计算机图形学、图像处理，以及医学领域相关知识。规避了光学内窥镜侵入性操作问题，属于无接触式检查技术。虚拟内窥镜的临床应用，主要是借助二维医学影像参数，直接重建血管、呼吸道、胃肠道等器官的三维实体模型，在虚拟三维内空腔组织中，展开漫游观察。也可以利用交互方式，在器官结构内，展开成像检查。人体组织器官特征、空间定位关系的清晰显示，能够为医生诊疗提供价值依据。其应用主要在心脏、结肠、支气管、内耳等空腔结构器官上，与以往的光学内窥镜比较，具有非侵入性、低危害性、可重复性、可贯穿性、操控灵活等优势，可实现对胸动脉、大脑的内窥。结合体绘制、面绘制技术，可强化器官组织漫游交互功能，以及动画回放。

虚拟内窥镜凭借自身无创、安全等优势特征，借助调节透明度、颜色的功能，能够清晰观察到器官内外状况，可为穿刺、手术等操作，提供更加精准的解剖信息。弥补了常规内窥镜的各种不足，在某种情况下，可完全取代传统内窥镜。同时在狭小空间范围内的有效内窥，也是传统内窥镜所不能比拟的。

2.4 血管成像

在对比剂静脉内注入后，可行CT血管造影扫描，通过图像重组技术，获得立体血管影像。扫描方向应与血流方向一致，动脉施以离心扫描，静脉施以向心扫描。多层螺旋CT的应用，能够扫描到颅内到颈部，还可扫描心脏主动脉弓，至下肢大范围血管。可明确了解血管阻塞、畸形等情况，以及病变组织侵蚀血管状况的立体图像，为手术等提供了价值依据。在颅脑中的应用，多用于评估血管，如动脉瘤、缺血性脑血管病、静脉栓塞、肿瘤术前评价等。其对颈部血管狭窄诊断应用价值较高，其敏感性、特异性可达到94.6%、92.3%；可准确反映斑块隆起、溃疡，以及内部软硬程度的密度判断等。胸部血管系统的检查，可反映肺动脉栓塞、心脏及血管变异等情况。也是肾移植供体术前有效检查方式，在肾脏肿瘤供血检查中，有着不错效果，副肾动脉敏感性高，可高达100%。

3 总结

CT影像学技术，能够借助数学方法，展开物理量投影处理，实现病变信号、三维图像的转变，从而为疾病严重程度判断提供重要参照。心脏成像、血管成像、灌注成像等的临床应用，仍有很大的发展空间。在信息技术、科学技术的带动下，CT技术的使用会更加便利，作用功能更加多元，图像更加清晰，应用范围也会越发广泛，从而实现医疗水平的不断提升。