CT的基本概念和术语(10页).doc

-CT的基本概念和术语-第 9 页CT的基本概念和术语2.2.1体素与像素（Voxel and Pixel） 体素是体积单位。在CT扫描中，根据断层设置的厚度、矩阵的大小，能被CT扫描的最小体积单位。体素作为体积单位，它有三要素，即长、宽、高。通常CT中体素的长和宽都为1mm，高度或深度则根据层厚可分别为10、5、3、2、1mm等。 像素又称像元，是构成CT图像最小的单位。它与体素相对应，体素的大小在CT图像上的表现，即为像素。 2.2.2采集矩阵与显示矩阵（Scaning and Displaying Matrix） 矩阵是像素以二维方式排列的阵列，它与重建后图像的质量有关。在相同大小的采样野中，矩阵越大像素也就越多，重建后图像质量越高。目前常用的采集矩阵大小基本为：512´512，另外还有256´256和1024´1024。 CT图像重建后用于显示的矩阵称为显示矩阵，通常为保证图像显示的质量，显示矩阵往往是等于或大于采集矩阵。通常采集矩阵为512´512的CT，显示矩阵常为1024´1024。 2.2.3原始数据（Raw Data） 原始数据是CT扫描后由探测器接收到的信号，经模数转换后传送给计算机，其间已转换成数字信号经预处理后，尚未重建成横断面图像的这部分数据被称为原始数据。 2.2.4重建与重组(Reconstruction and Reformation) 原始扫描数据经计算机采用特定的算法处理，最后得到能用于诊断的一幅横断面图像，该处理方法或过程被称为重建或图像的重建。 重组是不涉及原始数据处理的一种图像处理方法。如多平面图像重组、三维图像处理等。在以往英文文献中，有关图像的重建的概念也有些混淆，三维图像处理有时也采用重建(reconstruction)一词，实际上，目前CT的三维图像处理基本都是在横断面图像的基础上，重新组合或构筑形成三维影像。 由于重组是使用已形成的横断面图像，因此重组图像的质量与已形成的横断面图像有密切的关系，尤其是层厚的大小和数目。一般，扫描的层厚越薄、图像的数目越多，重组的效果就越好。 2.2.5算法、重建函数核与滤波函数(Algorithm, Kernel) 算法是针对特定输入和输出的一组规则。算法的主要特征是不能有任何模糊的含义，所以算法规则描述的步骤必须是简单、易操作并且概念明确，而且能够由机器实施。另外，算法只能执行限定数量的步骤。 重建函数核或称重建滤波器、滤波函数。CT的扫描通常需包含一些必要的参数，有的参数可由操作人员选择，有的则不能。重建函数核是一项重要的内容，它是一种算法函数，并决定和影响了图像的分辨力、噪声等等。 ·在CT临床检查中，可供CT图像处理选择的滤波函数一般可有高分辨力、标准和软组织三种模式，有的CT机除这三种模式外，还外加超高分辨力和精细模式等。 ·高分辨力模式实际上是一种强化边缘、轮廓的函数，它能提高分辨力，但同时图像的噪声也相应增加。软组织模式是一种平滑、柔和的函数，采用软组织模式处理后，图像的对比度下降，噪声减少，密度分辨力提高。而标准模式则是没有任何强化和柔和作用的一种运算处理方法。 2.2.6卷积(Convolution) 卷积是图像重建运算处理的重要步骤。卷积处理通常需使用滤波函数来修正图像，卷积结束后，形成一个新的用于图像重建的投影数据。请参见“重建函数核”条。 2.2.7内插(Interpolation) 内插是采用数学方法在一已知某函数的两端数值，估计该函数在两端之间任一值的方法。 CT扫描采集的数据是离散的、不连续的，需要从两个相邻的离散值求得其间的函数值。 目前，很多螺旋CT都采用该方法作图像的重建处理。内插的方法有很多种，如线性内插(单层螺旋扫描CT常用)、滤过内插和优化采样扫描(多层螺旋扫描CT采用)。 2.2.8准直宽度、层厚与有效层厚(Collimation, Slice and Effective Slice) 准直宽度是指CT机球管侧和病人侧所采用准直器的宽度，在非螺旋和单层螺旋扫描方式时，所采用的准直器宽度决定了层厚的宽度，即层厚等于准直器宽度。 但是，在多层螺旋扫描方式时，情况则不完全一样，因为同样的准直宽度可由4排甚至16排探测器接收，而此时决定层厚的是所采用探测器排的宽度。如同样10mm的准直宽度，可以由4个2.5mm的探测器排接收，那么层厚就是2.5mm；如果由16个6.25mm的探测器排接收，那么层厚就变成了0.625mm。 有效层厚指扫描时实际所得的层厚，由于设备制造的精确性原因，标称1mm甚至0.5mm的层厚设备制造厂家无法做到如此精确，一般都有一定的误差，其误差范围大约在1050之间，层厚越小，误差越大。一般，层厚的误差与扫描所采用的方式和设备的类型无关。 2.2.9螺距(Pitch) 单层螺旋螺距的定义是：扫描机架旋转一周检查床运行的距离与射线束宽度的比值（参见螺旋扫描一节）。该比值(pitch)是扫描旋转架旋转一周床运动的这段时间内，运动和层面曝光的百分比。在单层螺旋CT扫描中，床运行方向(Z轴)扫描的覆盖率或图像的纵向分辨力与螺距有关。 多层螺旋螺距的定义基本与单层螺旋相同：即扫描旋转架旋转一周检查床运行的距离与全部射线束宽度的比值。但在单层螺旋扫描螺距等于1时，只产生一幅图像（不考虑回顾性重建设置因素），而多层螺旋扫描螺距等于1时，根据不同的CT机，可以同时产生4、8、16或更多的图像。 2.2.10扫描时间和周期时间(Scaning and Circle Time) 扫描时间是指X线球管和探测器阵列围绕人体旋转扫描一个层面所需的时间，常见的有全扫描（360°扫描），其它还有部分扫描（小于360°扫描）和过度扫描（大于360°扫描）。 目前的CT机都有几种扫描时间可供选择，以前最短的扫描时间为1秒，其它有2秒或3秒，现在新的多螺旋CT机最短扫描时间可达0.33秒。减少扫描时间除了可缩短病人的检查时间、提高效率外，并且是减少病人运动伪影的一个有效手段。 从开始扫描、图像的重建一直到图像的显示，这一过程称为周期时间。 一般周期时间与上述因素有关，多数情况下是上述两个因素的总和，但目前的CT机的计算机功能强大，并且都有并行处理和多任务处理的能力，所以，在一些特殊扫描方式情况下，扫描后的重建未结束，就可以开始下一次的扫描。所以，周期时间并非始终是扫描时间和重建时间之和。 2.2.11重建增量（Reconstruction Increment, Reconstruction Interval, Reconstruction Spacing） 重建增量或重建间距是螺旋扫描方式的专用术语，它的定义是：被重建图像长轴方向的距离。通过采用不同的重建增量，可确定螺旋扫描被重建图像层面的重叠程度，如重建增量小于层厚即为重叠重建。 重建增量大小与被重建图像的质量有关，即重建增量减小图像的质量改善，重叠重建可减少部分容积效应和改善3D后处理的图像质量。 2.2.12重建时间（Reconstruction Time） 重建时间是指计算机的阵列处理器，将扫描原始数据重建成图像所需的时间。 缩短重建时间也可减少病人的检查时间，提高检查效率，但与减少运动伪影无关。 重建时间与被重建图像的矩阵大小有关，矩阵大，所需重建时间长； 另外，重建时间的长短也与阵列处理器的运算速度和计算机内存容量的大小有关，阵列处理器的速度快、内存的容量大，图像重建的时间短。 2.2.13扫描视野和重建视野(Field of View,FOV) 扫描野或称有效视野，是扫描前设定的可扫描范围。 根据各厂家的设置，扫描野可有一个或数个，大小范围为1650cm，一般单个扫描野的CT机，扫描野的大小在4050cm之间。单扫描野的CT机，在定位相扫描后、正式扫描前，扫描野还可再次设置，以获得诊断需要的CT扫描图像，扫描完成后原始数据可再重建图像。 该有效视野的大小仍可改变此时的有效视野大小称为重建视野，理论上重建视野只能小于扫描野。 2.2.14时间分辨力（Temporal Resolution） 时间分辨力的主要含义是指扫描机架旋转一周的时间，但在多层螺旋CT中，它还与扫描覆盖范围和重建方式有关，它也是影像设备的性能参数之一，并且与每帧图像的采集时间、重建时间以及连续成像的能力有关。在CT中表示了设备的动态扫描功能，如在多层螺旋CT心脏成像时，时间分辨力的高低则决定了CT机在这方面临床应用的适应性和范围。 2.2.15层厚敏感曲线（Slice Sensitivity Profile, SSP） 层厚敏感曲线的定义是CT扫描机沿长轴方向通过机架中心测量的点分布函数（point spread function，PSF）的长轴中心曲线。和非螺旋CT相比，螺旋CT的层厚敏感曲线增宽，其半值宽度(Full Width at Half Maximum, FWHM)也相应增加，即螺旋扫描的实际层厚增加。 通常，在其它条件不变的情况下，层厚增加X线光子量也增加，并使噪声降低和对比度增加，但也使Z轴方向的空间分辨力下降和部分容积效应增大。理想的SSP应为矩形，非螺旋CT的SSP接近矩形而螺旋CT的SSP呈铃形分布曲线。 在螺旋扫描中，曲线的形状随螺距的增加而改变，此外曲线的形状也随采用内插算法的不同而改善，如采用180°线性内插可明显改善曲线的形状。SSP对图像中的高对比度和低对比度的长轴分辨力都很重要，它可影响小病灶的显示。具体地说，当病灶直径小于层厚宽度时，小病灶的CT值与背景的比值会降低。当SSP偏离理想的矩形，并且螺旋扫描采用较高的床速和360°线性内插算法，这种负作用更明显。但不管螺距的大小，这种负作用可由采用180°线性内插算法而大为减少。 2.2.16球管热容量和散热率(Heat Capacity and Diffusion of the Tube) X线球管的热容量大，表示可承受的工作电流大，连续工作的时间可以延长。所以，CT机所用的球管热容量越大越好。 与球管性能指标有关的还有散热率，同样散热率越高，该球管的性能越好。现代的螺旋CT扫描机，对球管的要求更高，因为以前的扫描是逐层进行，层与层扫描之间还可用于散热，现今的螺旋扫描一般都要连续扫描几十秒，甚至一百秒以上，所以必须要求球管有一个良好的热容量和散热率性能。 热容量和散热率的单位分别是MHU和kHU。 2.2.17部分容积效应(Partial Volume Effect) 在CT中，部分容积效应主要有两种现象：部分容积均化和部分容积伪影。 CT成像时CT值的形成和计算，是根据被成像组织体素的线性衰减系数计算的，如果某一体素内只包含一种物质，CT值只对该单一物质进行计算。但是，如果一个体素内包含有三个相近组织，如血液(CT值为40)、灰质(CT值为43)、和白质(CT值为46)，那么该体素CT值的计算是将这三种组织的CT值平均，最后上述测量的CT值被计算为43。CT中的这种现象被称为“部分容积均化”。 部分容积现象由于被成像部位组织构成的不同可产生部分容积伪影，如射线束只通过一种组织，得到的CT值就是该物质真实的CT值；射线束如同时通过衰减差较大的骨骼和软组织，CT值就要根据这两种物质平均计算，由于该两种组织的衰减差别过大，导致CT图像重建时计算产生误差，部分投影于扫描平面并产生伪影被称为部分容积伪影。 部分容积伪影的形状可因物体的不同而有所不同，一般在重建后横断面图像上可见条形、环形或大片干扰的伪像，部分容积伪影最常见和典型的现象是在头颅横断面扫描时颞部出现的条纹状伪影，又被称为Houndsfield氏伪影，这种现象也与射线硬化作用有关。 2.2.18周围间隙现象(Peripheral Space Phenomenon) 相邻两个不同密度组织的交界部分如处于同一层面内，即同一层厚内垂直方向同时包含这两种组织，CT图像上显示的这两种组织的交界处CT值会失真，同时交界处这两种组织变得模糊不清，这种由于射线衰减吸收差引起的图像失真和CT值改变，称为周围间隙现象(peripheral space phenomenon)。 在两种组织差别较大时，密度高的组织边缘CT值偏低，而密度低的组织边缘CT值偏高；当密度差别较小的组织相邻时，因其交界处影像不清，使图像上的微小密度差别难以辨别。周围间隙实质上也是一种部分容积效应。 2.2.19常规/普通与螺旋CT扫描方式(Conventional and Spiral Mode) 在螺旋扫描方式出现之前，只有一种扫描方式，故不存在CT扫描方式的区别问题。自螺旋CT扫描方式出现以后，为了与非螺旋CT扫描方式的区别，人们有时把非螺旋扫描方式称为普通或常规CT扫描，但目前较规范的、对螺旋CT机出现以前的逐层扫描方式通称为非螺旋CT扫描方式。 2.2.20逐层扫描与容积扫描(Sequential and Volume Scan) 逐层扫描（又称序列扫描）和容积扫描分别表示两种不同的扫描方式。逐层扫描是非螺旋CT扫描的基本方式。在该扫描方式中，扫描一层图像机架一般需旋转360°，称为全扫描。部分扫描机架一般旋转240°采集一层图像。 逐层扫描方式的特点是：扫描层厚和层距设定后，每扫描一层，检查床移动一定的距离，然后作下一次扫描，如此往复循环直至完成预定的扫描范围。早期电缆式CT和现在滑环式CT都可采用逐层扫描方式，尤其是滑环式CT，它既可作逐层扫描也可作容积扫描。 螺旋CT尤其是多层螺旋CT出现后，逐层扫描方式逐渐被螺旋扫描方式替代。目前，仅颅脑、CT介入穿刺等一些检查中，仍使用逐层扫描方式。 螺旋CT扫描通常都采用容积扫描方式，它通常以人体部位的一个器官或一个区段为单位作连续的容积采集。这两种扫描无论是扫描方式上，还是成像的质量方面都有较大的区别。 2.2.21纵向分辨力（Z-Resolution） 过去与CT有关的质量参数主要由空间分辨力和密度分辨力表示。笼统地说，空间分辨力主要表示CT扫描成像平面上的分辨能力（或称为平面内分辨力，也有称为横向分辨力，即X、Y方向）。 在螺旋CT扫描方式出现后，由于多平面和三维的成像质量提高，出现了应用上的一个新概念即纵向分辨力。 纵向分辨力的含义是扫描床移动方向或人体长轴方向的图像分辨力，它表示了CT机多平面和三维成像的能力。纵向分辨力的优与劣，其结果主要涉及与人体长轴方向有关的图像质量，例如矢状或冠状位的多平面图像重组。 目前，4层螺旋CT的纵向分辨力约1.0mm，16层螺旋CT的纵向分辨力是0.6mm，而64层的纵向分辨力可达0.4mm。 2.2.22物体对比度和图像对比度(Contrast of Object and Image) 物体对比度是相邻两个物体之间在图像中的显示能力，在CT成像中，其与物体的大小、物体的原子序数、物体的密度、重建的算法和窗的设置有关。CT值大于100HU时的对比度差，称为高对比度；CT值小于10HU时的对比度差，称为低对比度。 图像对比度是重建后的图像与CT值有关的亮度差（DH）。它与射线衰减后CT值的高低以及接受器亮度的调节有关。 2.2.23接受器分辨力(Resolution of Acceptor) 接受器分辨力包括图像监视器和胶片，它们很容易与空间分辨力与密度分辨力相混淆。 CT中的空间分辨力概念只指CT机本身由于系统接收和传递过程中所产生的分辨力，它与接收器的分辨力无关；但是接收器分辨力的优劣也影响CT机的空间分辨力，如果监视器或胶片的分辨力低于CT机的分辨力，那么再高的系统分辨力也无法在图像上得到体现。 2.2.24动态范围（Dianamic Range） 动态范围是指最大的响应值与最小可探测值之间的比值，其响应与转换的效率通常与接受器所采用的物质有关。 CT探测器中钨酸钙的吸收转换效率是99，动态范围是1000000:1。 2.2.25零点漂移 CT成像的整个过程中，是一个系列的、多部件参与的过程。成像中的主要部件如探测器之间由于存在扫描参数和余辉时间的差异，以及X线输出量的变化，CT机执行下一次扫描时各通道的X线量输出也不相同，有的通道是零，而另一些可能会是正数或负数，导致探测器接收到的空气CT值不是1000，这种现象被称为探测器的零点漂移。 2.2.26头先进和足先进（Head First and Foot First） 头先进和足先进是CT检查体位摆放的专用术语。头先进含义是检查床运行时，头朝向扫描机架方向，扫描从头方向往下（朝向足）；而足先进则表示检查床运行时，足朝向扫描机架方向，扫描则从足方向往上（朝向头）。 2.2.27扫描覆盖率（Coverage of Scaning） 扫描覆盖率与多层螺旋扫描方式有关，含义是指机架旋转一周扫描覆盖的范围，在相同的扫描时间内，扫描的覆盖范围又称扫描覆盖率。扫描覆盖率的大小主要取决于以下两个因素：一是扫描所使用探测器阵列的宽度，二是扫描机架旋转一周的速度。如探测器阵列Z轴方向的总宽度为4cm，旋转一周即产生4cm的覆盖，因扫描机架的旋转时间不相同，乘以一次扫描所用的总时间，即为扫描覆盖率。 2.2.28灌注参数（Parameter of Perfusion） 灌注量、组织血流量、组织血容量和平均通过时间均为CT灌注术语。 灌注量(P)：是以一定的速率注射对比剂后，通过动态扫描后得到的一个时间密度曲线。某一器官或组织灌注量的计算公式是： P = MS/Pa 式中P表示灌注量，MS表示时间密度曲线的最大斜率，Pa表示供血动脉的最大强化值。此处动脉常选用扫描层面内的较大动脉血管，如胸、腹部选择主动脉，颅脑选用上矢状窦。灌注计算软件根据组织的灌注值，重建出灌注图及灌注的分布情况，通常用伪彩色的红色表示高灌注，黑色表示低灌注。 组织血流量(rBF)：组织血流量常以相对血流量表示，可由下述公式计算： rBF = rBV/cMTT 此处的相对血流量代表单位时间内流经扫描层面每一个体素的血量，因此相对血流量图与灌注图相似，都反映了组织的血流灌注情况，实际工作中有时也常用来取代灌注图，同样红色表示高灌注，黑色表示低灌注。 组织血容量(rBV)：组织血容量也是一个相对量，以组织时间密度曲线以下面积除以供血血管时间密度曲线以下面积，即求得相对组织血容量，实际应用常采用下述近似的公式： rBV = Pt/Pv 其中Pt和Pv分别代表组织和血管的最高强化值，逐个计算出像素的rBV值并重建出图像称为血容量图，通过该图像可以评价组织的血管化程度及血容量的分布情况，以伪彩色红色表示高度血管化，黑色表示低度血管化。 平均通过时间(MTT)：在时间密度曲线图上，MTT是对比剂开始注射后至血管内对比剂峰值下降段的平均值，大约为开始注射至峰值的一半时间，由于检查部位的不同，对比剂经过的途径不同，该时间有差异，计算公式为： cMTT = MTT-TA cMTT是经过校正的MTT图像，TA是开始注射对比剂后至被检查器官或组织出现对比剂强化时的这一段时间。同样图中红色表示高灌注，黑色表示低灌注。 2.2.29单扇区和多扇区重建（Single Sector and Multi Sector Reconstruction） 单扇区和多扇区重建是冠状动脉CT检查的专用术语。一般，冠状动脉CT图像的重建采用180°或240°的扫描数据，称为单扇区重建；采用不同心动周期、相同相位两个90°或120°的扫描数据合并重建为一幅图像称为双扇区重建；采用不同心动周期、相同相位的4个60°扫描数据（如GE）合并重建为一幅图像称为多扇区重建。多扇区重建的目的主要是为了改善冠状动脉CT检查的时间分辨力。 2.2.30准直螺距和层厚螺距（Collimaton Pitch and Slice Pitch） 准直螺距和层厚螺距是自4层螺旋CT出现后对螺距的一些不同计算方法。准直螺距（或称螺距因子、射线束螺距）的定义是：不管是单层还是多层螺旋CT（与每次旋转产生的层数无关），螺距的计算方法是扫描时准直器打开的宽度除以所使用探测器阵列的总宽度。如16层螺旋CT每排探测器的宽度为0.75mm，当准直器宽度打开为12mm时，16排探测器全部使用，则此时多层螺旋扫描的螺距为1（16×0.75mm12mm，12/121）。4层螺旋CT时，如准直器打开宽度为10mm，使用两排5mm的探测器，此时螺距同样为1。上述螺距计算的特点是不考虑所使用探测器的排数和宽度，与单层螺旋CT螺距的计算基本概念相同，同样由于螺距变化对图像质量的影响也相同。层厚螺距（或称容积螺距）的定义是：准直器打开的宽度（或扫描机架旋转一周检查床移动的距离）除以扫描时所使用探测器的宽度，如4层螺旋CT使用2排5mm的探测器，检查床移动距离10mm，则层厚螺距为2（10/52）。又如检查床移动距离仍为10mm，使用4排2.5mm的探测器，则层厚螺距为4（10/2.54）。层厚螺距的特点是着重体现了扫描时所使用探测器的排数。 2.2.31共轭采集和飞焦点采集重建（Conjugate and Fly Focus Acquisition） 共轭采集重建是在扫描时快速地改变探测器的位置，分别采集180°和360°的扫描数据，并利用两组数据重建图像。飞焦点采集重建是在扫描时使焦点在两个点之间快速变换，得到双倍的采样数据并重建图像。共轭采集和飞焦点采集都可提高扫描图像的纵向分辨力。 2.2.32窗口技术（Windowing Technique） 目前，CT机的CT值标尺都被设置为大于2000。以西门子CT为例，它的CT值标尺设置为-1024+3071，总共有4096个CT值，而显示系统灰阶的设置一般为256个灰阶。因为人眼识别灰阶的能力有限（一般不超过60个灰阶），为了良好地显示人体组织的解剖结构，这种通过窗值调整来更好地显示和适应人眼视觉习惯的处理方法或技术被称为窗口技术或窗值。 “相”同性（Isophasic） “各相同性”名词的出现源于多层螺旋CT探测器技术的发展，主要指心脏冠状动脉的CT扫描。在256层以下（包括双源CT）CT的冠状动脉检查中，扫描机架旋转一周无法覆盖整个心脏，一般至少需510次旋转，由于心脏的图像是采用回顾性重建，在多扇区心脏图像重建中，需采用相同相位、不同扫描时间的CT扫描数据。而目前256层心脏CT扫描，其探测器阵列的宽度旋转一周足以覆盖整个心脏，即扫描覆盖的所有层面都在同一心动周期相位中。因而这种一次旋转完成采集的心脏扫描方式，其获得的心脏图像被称为“各相同性”，即无需相位选择的一次性采集。