醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué)CT的工作原理以及新應(yīng)用探討

劉全勝

（福建省三明市第一醫(yī)院CT室 福建 三明 365000）

CT是指電子計(jì)算機(jī)體層攝影，也被稱作是X線CT。CT機(jī)經(jīng)過四代的優(yōu)化，探測器數(shù)、X線束、掃描方式、掃描時(shí)間等優(yōu)勢更加明顯，在虛擬內(nèi)窺鏡、CT血管成像等應(yīng)用越發(fā)完善。并不斷向著高速掃描、高質(zhì)量圖像、高檢查效率、特殊掃描功能更加完善的發(fā)展目標(biāo)努力著。尤其是多層螺旋CT的臨床使用，在探測器排列、X線束、數(shù)據(jù)采集通道、三維成像、心臟CT掃描等方面的優(yōu)勢，都是單層螺旋CT所不能比擬，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。

1 CT成像概述

1.1 CT成像原理

CT成像物理學(xué)基礎(chǔ)，主要是物體對X線吸收差異。高度準(zhǔn)直X線束，對人體某部位，按指定厚度展開掃描。探測器接收穿過機(jī)體的X線束，經(jīng)放大處理后，成為電子流。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，輸入計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)運(yùn)算后，確定出該斷面各體素X線吸收值，排列成數(shù)字矩陣，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，利用各灰度等級，在顯示器顯示，最終獲得該部位冠狀面、橫截面的CT圖像[1]。

1.2 CT成像過程

包括數(shù)據(jù)采集與處理、圖像重建與顯示、打印等幾步。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)涵蓋濾過板、A/D轉(zhuǎn)換器、探測器、X線管等，將X線發(fā)生、數(shù)據(jù)信息獲得的過程稱之為數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)處理包括線性化（X線束矯正由A/D轉(zhuǎn)換器完成）、去除（探測器）空氣值、修正零點(diǎn)漂移、正常化處理幾個(gè)步驟。圖像重建是指求解組織密度代表的線性衰減系數(shù)過程，處理過程中，涵蓋了大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，通常使用直接或間接法重建。最后一步是圖像的顯示、打印、沖洗，顯示器顯示重建后的圖像，圖像按照診斷使用要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后圖像經(jīng)打印機(jī)、照相機(jī)拍照，沖洗后獲得CT照片。

1.3 成像系統(tǒng)組成

硬件系統(tǒng)包括掃描機(jī)架、X線管、準(zhǔn)直器、楔形濾過器、探測器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）、高壓發(fā)生器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、掃描檢查床，以及電源系統(tǒng)、照相機(jī)等輔助設(shè)備。軟件系統(tǒng)包括圖像處理、掃描、圖像存儲(chǔ)、照相等基本功能軟件；包括故障診斷、特殊掃描軟件、定量分析軟件等特殊功能軟件[2]。

1.4 CT特征

其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在密度分辨率高、能夠獲得理想的斷面圖像、實(shí)現(xiàn)定量分析；對此，病變檢出率顯著提升。其局限性主要體現(xiàn)在以下幾方面，即X線平片要高于空間分辨率、檢查范圍受限、定位與定性診斷不如病理結(jié)果、器官生化與功能信息不能反映薄弱。正常人體器官與組織的CT值，如腦白質(zhì)CT范圍為24～35，致密骨＞250，鈣化灶為80～300，肌肉為40～80，脾臟為47～65，滲出液為16～25，血液為13～32。

2 CT的新應(yīng)用

CT機(jī)的工作環(huán)境，要求溫度在18～22℃區(qū)間內(nèi)，濕度在40～65%區(qū)間內(nèi)，并做好防塵處理。首先嚴(yán)格按照操作規(guī)程使用，控制室禁止無關(guān)人員進(jìn)出。其次機(jī)器的啟動(dòng)、關(guān)閉要嚴(yán)格按照要求進(jìn)行，并在關(guān)機(jī)一段時(shí)間后在啟動(dòng)。使用前需進(jìn)行X線管預(yù)熱，使其達(dá)到工作要求溫度，避免影響X線管壽命。最后定期空氣校準(zhǔn)，做好交接班與機(jī)器使用記錄。

2.1 CT心臟成像

心血管疾病的發(fā)病率正呈逐漸上升，以及年輕化的趨勢發(fā)展。隨著患病率的不斷提升，臨床診療技術(shù)也隨之優(yōu)化，繼而提高診斷的精確度與治療措施的行之有效性，防止病情惡化。以往的CT影像，雖然能夠顯示解剖學(xué)情況，但臟器功能、生化信息反應(yīng)，顯的相對薄弱，甚至無法對運(yùn)動(dòng)器官展開常規(guī)影響掃描；對此，多層螺旋CT應(yīng)運(yùn)而生，有效的突破了這一發(fā)展瓶頸。如西門子64排128層螺旋CT，可5s完成心臟掃描，圖像分辨率，提高了將近40倍，心臟斑點(diǎn)、支架等清晰可見。同時(shí)具備信息量大、低輻射等優(yōu)勢，可清晰構(gòu)建出逼真的解剖三維圖像。多層螺旋CT的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了軟硬件的有效結(jié)合，可完成低X線劑量、高速、大范圍的掃描，數(shù)據(jù)精確度高。同時(shí)具備可視化工作性能，患者屏住呼吸時(shí)間短，感覺相比傳統(tǒng)CT更加舒適。尤其是對冠心病的早期診斷，可無創(chuàng)檢查冠狀動(dòng)脈，為冠心病普查、篩選、診斷等，提供了快速、安全、低成本的檢查方法。除此之外，能夠?qū)崿F(xiàn)心血管大范圍的三維后處理重建，使其影像學(xué)檢查地位顯著提升[3]。

2.2 灌注成像

CT灌注成像，屬于新型成像項(xiàng)目，歸于功能成像范疇。與傳統(tǒng)CT有著較大差異。以核醫(yī)學(xué)中心容積定律、放射性示蹤劑稀釋原理的理論為主，借助去卷積模型、非去卷積模型兩種數(shù)學(xué)模型，評估組織灌注狀態(tài)。借助多層螺旋CT，可良好反映毛細(xì)血管染色狀況，掃描器官、組織后，可反映器官功能指標(biāo)，綜合分析數(shù)值后，能夠掌握器官運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，繼而評估患者器官功能異常性。

在實(shí)踐中，需要借助造影劑（靜脈注射）展開多層、連續(xù)掃描，獲得其時(shí)間密度曲線，建模分析密度曲線，可得到血流量、峰值等技術(shù)指標(biāo)，最終了解該掃描對象的功能情況。CT灌注成像具有操作簡單、計(jì)算便利、繪制器官血流灌注動(dòng)態(tài)曲線、顯示解剖細(xì)節(jié)、顯示灌注定量信息、判斷彌漫性病變程度、發(fā)現(xiàn)早期腫瘤性病變等特征，優(yōu)化后的圖像重建，能夠獲取類似灌注參數(shù)圖像，被廣泛應(yīng)用于活體組織血流動(dòng)力學(xué)的探究。其臨床應(yīng)用，主要在腫瘤學(xué)、腹部與腦部病變研究方面，可診斷出急性腦缺血、顱內(nèi)占位性病變，以及肝臟、胰腺、腎臟的病變。在腫瘤病變診斷中的應(yīng)用，可根據(jù)腫瘤新生血管情況，評估腫瘤轉(zhuǎn)移、生長等趨勢，也是良惡性腫瘤，以及腫瘤程度、分期、分級的重要指標(biāo)。控制好射線輻射、造影劑副作用，可有效獲得癡呆、精神疾病等診斷信息。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，灌注軟件的不斷優(yōu)化，CT關(guān)注測量結(jié)果的精確度會(huì)得到進(jìn)一步提升，形態(tài)、功能的同時(shí)反映也會(huì)成為可能。

2.3 虛擬內(nèi)窺鏡

虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的高效利用。其涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理，以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)。規(guī)避了光學(xué)內(nèi)窺鏡侵入性操作問題，屬于無接觸式檢查技術(shù)。虛擬內(nèi)窺鏡的臨床應(yīng)用，主要是借助二維醫(yī)學(xué)影像參數(shù)，直接重建血管、呼吸道、胃腸道等器官的三維實(shí)體模型，在虛擬三維內(nèi)空腔組織中，展開漫游觀察。也可以利用交互方式，在器官結(jié)構(gòu)內(nèi)，展開成像檢查。人體組織器官特征、空間定位關(guān)系的清晰顯示，能夠?yàn)獒t(yī)生診療提供價(jià)值依據(jù)。其應(yīng)用主要在心臟、結(jié)腸、支氣管、內(nèi)耳等空腔結(jié)構(gòu)器官上，與以往的光學(xué)內(nèi)窺鏡比較，具有非侵入性、低危害性、可重復(fù)性、可貫穿性、操控靈活等優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)對胸動(dòng)脈、大腦的內(nèi)窺。結(jié)合體繪制、面繪制技術(shù)，可強(qiáng)化器官組織漫游交互功能，以及動(dòng)畫回放。

虛擬內(nèi)窺鏡憑借自身無創(chuàng)、安全等優(yōu)勢特征，借助調(diào)節(jié)透明度、顏色的功能，能夠清晰觀察到器官內(nèi)外狀況，可為穿刺、手術(shù)等操作，提供更加精準(zhǔn)的解剖信息。彌補(bǔ)了常規(guī)內(nèi)窺鏡的各種不足，在某種情況下，可完全取代傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡。同時(shí)在狹小空間范圍內(nèi)的有效內(nèi)窺，也是傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡所不能比擬的。

2.4 血管成像

在對比劑靜脈內(nèi)注入后，可行CT血管造影掃描，通過圖像重組技術(shù)，獲得立體血管影像。掃描方向應(yīng)與血流方向一致，動(dòng)脈施以離心掃描，靜脈施以向心掃描。多層螺旋CT的應(yīng)用，能夠掃描到顱內(nèi)到頸部，還可掃描心臟主動(dòng)脈弓，至下肢大范圍血管?？擅鞔_了解血管阻塞、畸形等情況，以及病變組織侵蝕血管狀況的立體圖像，為手術(shù)等提供了價(jià)值依據(jù)。在顱腦中的應(yīng)用，多用于評估血管，如動(dòng)脈瘤、缺血性腦血管病、靜脈栓塞、腫瘤術(shù)前評價(jià)等。其對頸部血管狹窄診斷應(yīng)用價(jià)值較高，其敏感性、特異性可達(dá)到94.6%、92.3%；可準(zhǔn)確反映斑塊隆起、潰瘍，以及內(nèi)部軟硬程度的密度判斷等。胸部血管系統(tǒng)的檢查，可反映肺動(dòng)脈栓塞、心臟及血管變異等情況。也是腎移植供體術(shù)前有效檢查方式，在腎臟腫瘤供血檢查中，有著不錯(cuò)效果，副腎動(dòng)脈敏感性高，可高達(dá)100%。

3 總結(jié)

CT影像學(xué)技術(shù)，能夠借助數(shù)學(xué)方法，展開物理量投影處理，實(shí)現(xiàn)病變信號、三維圖像的轉(zhuǎn)變，從而為疾病嚴(yán)重程度判斷提供重要參照。心臟成像、血管成像、灌注成像等的臨床應(yīng)用，仍有很大的發(fā)展空間。在信息技術(shù)、科學(xué)技術(shù)的帶動(dòng)下，CT技術(shù)的使用會(huì)更加便利，作用功能更加多元，圖像更加清晰，應(yīng)用范圍也會(huì)越發(fā)廣泛，從而實(shí)現(xiàn)醫(yī)療水平的不斷提升。