X光、CT、B超、核磁共振原理

X 光、CT、B 超、核磁共振原理 、 CT 全称:computed tomography CT 是一种功能齐全的病情探测仪器,它是电子计算机 X 射线断 层扫描技术简称。

CT 的工作程序是这样的:它根据人体不同组织对 X 线的吸收与 透过率的不同,应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量,然后将测量 所获取的数据输入电子计算机,电子计算机对数据进行处理后,就可 摄下人体被检查部位的断面或立体的图像, 发现体内任何部位的细小 病变。

1、CT 的发明 自从 X 射线发现后,医学上就开始用它来探测人体疾病。

但是, 由于人体内有些器官对 X 线的吸收差别极小,因此 X 射线对那些前 后重叠的组织的病变就难以发现。

于是,美国与英国的科学家开始了 寻找一种新的东西来弥补用 X 线技术检查人体病变的不足。

1963年, 美国物理学家科马克发现人体不同的组织对 X 线的透过率有所不同, 在研究中还得出了一些有关的计算公式,这些公式为后来 CT 的应用 奠定了理论基础。

1967年,英国电子工种师亨斯费尔德在并不知道 科马克研究成果的情况下,也开始了研制一种新技术的工作。

他首先 研究了模式的识别,然后制作了一台能加强 X 射线放射源的简单的 扫描装置,即后来的 CT,用于对人的头部进行实验性扫描测量。

后 来,他又用这种装置去测量全身,获得了同样的效果。

1971年9月,

图1

亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作, 在伦敦郊外一家医院安装了 他设计制造的这种装置,开始了头部检查。

10月4日,医院用它检查 了第一个病人。

患者在完全清醒的情况下朝天仰卧,X 线管装在患者 的上方,绕检查部位转动,同时在患者下方装一计数器,使人体各部 位对 X 线吸收的多少反映在计数器上,再经过电子计算机的处理, 使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。

这次试验非常成功。

1972 年4月,亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果,正式 宣告了 CT 的诞生。

这一消息引起科技界的极大震动,CT 的研制成 功被誉为自伦琴发现 X 射线以后,放射诊断学上最重要的成就。

因 此,亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学或医学奖。

而今,CT 已广泛运用于医疗诊断上。

CT 原理 2、CT 的成像基本原理 CT 是用 X 线束对人体某部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,转变为可见光后,由光电转换变为电信号, 再经模拟/数字转换器(analog/digital converter)转为数字,输入计 算机处理。

图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长 方体,称之为体素(voxel) ,见图1-2-1。

扫描所得信息经计算而获 得每个体素的 X 线衰减系数或吸收系数,再排列成矩阵,即数字矩 阵(digital matrix) ,数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。

经数字/模拟 转换器(digital/analog converter)把数字矩阵中的每个数字转为由 黑到白不等灰度的小方块,即象素(pixel) ,并按矩阵排列,即构成 CT 图像。

所以,CT 图像是重建图像。

每个体素的 X 线吸收系数可

图2

以通过不同的数学方法算出。

3、CT 设备 CT 设备主要有以下三部分:①扫描部分由 X 线管、探测器和扫 描架组成;②计算机系统,将扫描收集到的信息数据进行贮存运算; ③图像显示和存储系统,将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏 上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。

探测器从原始的1个发 展到现在的多达4800个。

扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转 /固定,发展到新近开发的螺旋 CT 扫描(spiral CT scan) 。

计算机容 量大、运算快,可达到立即重建图像。

由于扫描时间短,可避免运动 产生的伪影,例如,呼吸运动的干扰,可提高图像质量;层面是连续 的,所以不致于漏掉病变,而且可行三维重建,注射造影剂作血管造 影可得 CT 血管造影(Ct angiography,CTA) 。

超高速 CT 扫描所用 扫描方式与前者完全不同。

扫描时间可短到40ms 以下,每秒可获得 多帧图像。

由于扫描时间很短,可摄得电影图像,能避免运动所造成 的伪影,因此,适用于心血管造影检查以及小儿和急性创伤等不能很 好的合作的患者检查。

4、CT 图像特点 CT 图像是由一定数目由黑到白不同灰度的象素按矩阵排列所构 成。

这些象素反映的是相应体素的 X 线吸收系数。

不同 CT 装置所得 图像的象素大小及数目不同。

大小可以是1.0×1.0mm,0.5×0.5mm 不等;数目可以是256×256,即65536个,或512×512,即262144个 不等。

显然,象素越小,数目越多,构成图像越细致,即空间分辨力

图3

(spatial resolution)高。

CT 图像的空间分辨力不如 X 线图像高。

CT 图像是以不同的灰度来表示,反映器官和组织对 X 线的吸收 程度。

因此,与 X 线图像所示的黑白影像一样,黑影表示低吸收区, 即低密度区,如含气体多的肺部;白影表示高吸收区,即高密度区, 如骨骼。

但是 CT 与 X 线图像相比,CT 的密度分辨力高,即有高的 密度分辨力 (density resolutiln) 因此, 体软组织的密度差别虽小, 。

因此, 体软组织的密度差别虽小, 人 吸收系数虽多接近于水, 吸收系数虽多接近于水, 也能形成对比而成像。

也能形成对比而成像。

这是 CT 的突出优点。

的突出优点。

所以, 可以更好地显示由软组织构成的器官,如脑、脊髓、纵隔、 所以,CT 可以更好地显示由软组织构成的器官,如脑、脊髓、纵隔、 肺、肝、胆、胰以及盆部器官等,并在良好的解剖图像背景上显示出 胰以及盆部器官等, 病变的影像。

病变的影像。

x 线图像可反映正常与病变组织的密度,如高密度和低密度,但 没有量的概念。

CT 图像不仅以不同灰度显示其密度的高低,还可用 组织对 X 线的吸收系数说明其密度高低的程度,具有一个量的概念。

实际工作中,不用吸收系数,而换算成 CT 值,用 CT 值说明密度。

单位为 Hu(Hounsfield unit) 。

水的吸收系数为10,CT 值定为0Hu,人体中密度最高的骨皮质 吸收系数最高, 值定为+1000Hu, CT 而空气密度最低, 定为-1000Hu。

人体中密度不同和各种组织的 CT 值则居于-1000Hu 到+1000Hu 的 2000个分度之间。

CT 图像是层面图像,常用的是横断面。

为了显示整个器官,需 要多个连续的层面图像。

通过 CT 设备上图像的重建程序的使用,还 可重建冠状面和矢状面的层面图像, 可以多角度查看器官和病变的关

图4

系。

5、CT 检查技术 分 平 扫 ( plain CT scan ) 造 影 增 强 扫 描 ( contrast 、 enhancement,CE)和造影扫描。

(一)平扫 是指不用造影增强或造影的普通扫描。

一般都是先 作平扫。

(二)造影增强扫描 是经静脉注入水溶性有机碘剂,如60%~ 76%泛影葡胺60ml 后再行扫描的方法。

血内碘浓度增高后,器官与 病变内碘的浓度可产生差别, 形成密度差, 可能使病变显影更为清楚。

方法分团注法、静滴法和静注与静滴法几种。

(三)造影扫描 是先作器官或结构的造影,然后再行扫描的方 法。

例如向脑池内注入碘曲仑8~10ml 或注入空气4~6ml 行脑池造 影再行扫描,称之为脑池造影 CT 扫描,可清楚显示脑池及其中的小 肿瘤。

6、CT 诊断的临床应用 CT 诊断由于它的特殊诊断价值,已广泛应用于临床。

但 CT 设 备比较昂贵,检查费用偏高,某些部位的检查,诊断价值,尤其是定 性诊断,还有一定限度,所以不宜将 CT 检查视为常规诊断手段,应 在了解其优势的基础上,合理的选择应用。

7、CT 诊断的特点及优势 、 CT 检查对中枢神经系统疾病的诊断价值较高,应用普遍。

对颅 内肿瘤、脓肿与肉芽肿、寄生虫病、外伤性血肿与脑损伤、脑梗塞与

图5

脑出血以及椎管内肿瘤与椎间盘脱出等病诊断效果好,诊断较为可 靠。

因此,脑的 X 线造影除脑血管造影仍用以诊断颅内动脉瘤、血 管发育异常和脑血管闭塞以及了解脑瘤的供血动脉以外,其他如气 脑、脑室造影等均已少用。

螺旋 CT 扫描,可以获得比较精细和清晰 的血管重建图像,即 CTA,而且可以做到三维实时显示,有希望取 代常规的脑血管造影。

CT 对头颈部疾病的诊断也很有价值。

例如,对眶内占位病变、 鼻窦早期癌、中耳小胆指瘤、听骨破坏与脱位、内耳骨迷路的轻微破 坏、耳先天发育异常以及鼻咽癌的早期发现等。

但明显病变,X 线平 片已可确诊者则无需 CT 检查。

对胸部疾病的诊断,CT 检查随着高分辨力 CT 的应用,日益显 示出它的优越性。

通常采用造影增强扫描以明确纵隔和肺门有无肿块 或淋巴结增大、支气管有无狭窄或阻塞,对原发和转移性纵隔肿瘤、 淋巴结结核、中心型肺癌等的诊断,均很在帮助。

肺内间质、实质性 病变也可以得到较好的显示。

CT 对平片检查较难显示的部分,例如 同心、大血管重叠病变的显圾,更具有优越性。

对胸膜、膈、胸壁病 变,也可清楚显示。

心及大血管的 CT 检查,尤其是后者,具有重要意义。

心脏方面 主要是心包病变的诊断。

心腔及心壁的显示。

由于扫描时间一般长于 心动周期,影响图像的清晰度,诊断价值有限。

但冠状动脉和心瓣膜 的钙化、大血管壁的钙化及动脉瘤改变等,CT 检查可以很好显示。

腹部及盆部疾病的 CT 检查,应用日益广泛,主要用于肝、胆、

图6

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