CT成像的基本原理

CT成像的基本原理

CT成像的基本原理

佛山中医院医疗设备科 (2003-12-6)

一、CT（Computed Tomography）电子计算机体层扫描概述

电子计算机产生之后，给人们的工作生活带来了极

大的便利，同时为了减少人为失误，很多东西都采

用计算机进行精确控制，在医学领域更不例外。CT

的产生是医学影像学划时代的进展，其实用价值已

为中外医学界所共识。自从1972年头部CT正式应

用于临床，1976年发展了体部CT后，我国也在70

年代末引

进了这一新技术。在短短的二十年里，全国各地乃至县镇级医院共安装了各种型

号的CT数以千台，CT检查在全国范围内迅速地展开，成为医学诊断不可或缺的

设备。

随着微电子工业和计算机技术的飞速发展，CT机产品日新月异，每隔三至五年

便推出一种更新的产品。一般临床所提及的CT，指的是以X光为放射源所建立

的断层图像，称为X光CT。事实上，任何足以造成影像，并以计算机建立断层

图的系统，均可称之为CT；因此除X光CT外，还有超声波CT（UltrasonicCT），

电阻抗CT（ElectricalImpedanceCT，EICT），单光子发射CT

（SinglePhotonEmissionCT），以及核磁共振CT（MagneticResonantImagingCT，

MRICT）等；超声波CT与EICT尚属发展阶段。80年代初，人们按照探测器的构

造和扫描方式的不同，将CT机的发展分为第一、二、三、四代，甚至有所谓的

第五代CT。

二、CT结构和原理

CT成像的基本原理

一部完整的CT系统主要包括扫描部分（包括线阵排列的电子辐射探测器、高热

容量调线球管、旋转机架），快速计算机硬件和先进的图像重建、显示、记录与

图像处理系统及操作控制部分。CT系统及原理图

CT是用X线束对人体的某一部分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，所测得的信号经过模数转换（ADC），转变为数字信息后由计算机

进行处理，从而得到该层面的各个单位容积的X线吸收值即CT值，并排列成数

字矩阵。这些数据信息可存储于磁光盘或磁带机中，经过数模转换（DAC）后再

形成模拟信号，经过计算机的一定变换处理后输出至显示设备上显示出图像，因

此又称为横断面图像。CT的特点是操作简便，对病人来说无痛苦，其密度分辩

率高，可直接显示X线平片无法显示的器官和病变，它在发现病变、确定病变的

位置、大小、数目方面非常敏感而可靠，而在病理性质的诊断上存在一定的限制。

CT与传统X光摄影不同，在CT中使用的X光探测系统比摄影胶片敏感，一般使

用气体或晶体探测器，并利用计算机处理探测器所得到的资料。在这两种检查系

统中都使用大致相同的方法产生X光。CT的特点在于它能区别差异极小的X光

吸收值。与传统X光摄影比较，CT能区分的密度范围多达2000级以上，而传统X

光片大约只能区分20级密度。这种密度分辨率，不仅能区分脂肪与其它软组织，

也能分辨软组织的密度等级，例如能区分脑脊液（CSF）和脑组织及区分肿瘤与

其周围的正常组织。这种革命性技术显著地改变了许多疾病尤其是颅内病变的诊

断方式。

在进行CT检查时，水平轴状切面（Horizontal Axial Section）是目前最常应

用的断层面。断层层面的厚度与部位都可由检查人员决定。常用的层面厚度在1.0

至1Omm间，移动病人通过检查机架后，就能陆续获得能组合成身体架构的多张

相接影像。利用较薄的切片能获得较准确的资料，但这时必须对某一体积的构造

进行较多切片才行。

CT成像的基本原理

在每次曝光中所得到的资料由计算机重建形成影像。计算机会计算每个像素

（Pixel）中的X光衰减（吸收）值（Attenuation Value）。每个像素的直径约

为0.25～0.6mm，此数值依机器的解析度而定。每个像素都具有一定体积，其高

度与所扫描的层面厚度一致，在计算机中所记录的X光衰减值就代表该组织体

积，亦即体积元素（Volume Element，简称体素Voxel）的平均值。计算机最后

可将运算所得到的影像显示在显示设备上，也可将其摄成胶片以作永久保存。此

外，其基本资料也可以储存在磁光盘或磁带里。

CT的X光衰减值是一组随意设定的刻度，以霍斯菲耳德氏单位（Hounsfield Unit）

为其单位。其中将水的密度设定为O值，而空气的密度为-1000单位、骨骼密度

则是+1000单位（如附表）。

在显示时所采用的密度范围及平均值则可以在计算机上操作控制。在一张影像中

所见到的密度范围称为“窗宽”（Window Width），而密度平均值则称为“窗位”

（Window Level）或“窗中心”（Window Centre）。

人类肉眼只能分辨数种灰影（Shades of Grey）。在选取宽窗时，能见到所有结

构，但却无法分辨微小的密度差异。在选取窄窗时，又只能分辨小范围享氏单位

的密度变化。这时整张影像中大部分不是全黑就是全白，由这些区域并不能获得

有用的诊断资料。

电子计算机产生之后，给人们的工作生活带来了极大的便利，同时为了减少人为失误，很多东西都采用计算机进行精确控制，在医学领域更不例外。CT的产生是医学影像学划时代的进展，其实用价值已为中外医学界所共识。自从1972年头部CT正式应用于临床，1976年发展了体部CT后，我国也在70年代末引

进了这一新技术。在短短的二十年里，全国各地乃至县镇级医院共安装了各种型号的CT数以千台，CT检查在全国范围内迅速地展开，成为医学诊断不可或缺的设备。

随着微电子工业和计算机技术的飞速发展，CT机产品日新月异，每隔三至五年便推出一种更新

CT成像的基本原理

的产品。一般临床所提及的CT，指的是以X光为放射源所建立的断层图像，称为X光CT。事实上，任何足以造成影像，并以计算机建立断层图的系统，均可称之为CT；因此除X光CT外，还有超声波CT（UltrasonicCT），电阻抗CT（ElectricalImpedanceCT，EICT），单光子发射CT（SinglePhotonEmissionCT），以及核磁共振CT（MagneticResonantImagingCT，MRICT）等；超声波CT与EICT尚属发展阶段。80年代初，人们按照探测器的构造和扫描方式的不同，将CT机的发展分为第一、二、三、四代，甚至有所谓的第五代CT。

一部完整的CT系统主要包括扫描部分（包括线阵排列的电子辐射探测器、高热容量调线球管、旋转机架），快速计算机硬件和先进的图像重建、显示、记录与图像处理系统及操作控制部分。 CT是用X线束对人体的某一部分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，所测得的信号经过模数转换（ADC），转变为数字信息后由计算机进行处理，从而得到该层面的各个单位容积的X线吸收值即CT值，并排列成数字矩阵。这些数据信息可存储于磁光盘或磁带机中，经过数模转换（DAC）后再形成模拟信号，经过计算机的一定变换处理后输出至显示设备上显示出图像，因此又称为横断面图像。CT的特点是操作简便，对病人来说无痛苦，其密度分辩率高，可直接显示X线平片无法显示的器官和病变，它在发现病变、确定病变的位置、大小、数目方面非常敏感而可靠，而在病理性质的诊断上存在一定的限制。