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

孟帥

摘要：CT是醫(yī)學(xué)影像中一種非常重要的技術(shù)，近年來在醫(yī)療實(shí)踐中取得了很大進(jìn)步。CT發(fā)展至今已經(jīng)有幾十年的歷程了，不管是軟件設(shè)備還是硬件設(shè)備都經(jīng)歷了巨大變革，其開辟了醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的新領(lǐng)域，在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用，給無數(shù)患者減輕了治療痛苦。當(dāng)前CT技術(shù)還在持續(xù)地研究發(fā)展中，醫(yī)療機(jī)構(gòu)還要通過不斷實(shí)踐應(yīng)用來促進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。本文主要對CT技術(shù)工作原理以及醫(yī)學(xué)上的新應(yīng)用展開了具體分析。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué);CT工作原理;CT新應(yīng)用;探討

引言

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)過五代優(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技術(shù)簡介

CT設(shè)備主要由以下三部分組成：①掃描部分，由X射線源、探測器和掃描架組成;②計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將掃描收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行貯存運(yùn)算;③圖像顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)，將經(jīng)計(jì)算機(jī)處理、重建的圖像顯示在電視屏上或用多幅照相機(jī)或激光照相機(jī)將圖像攝下。CT使用X線束對被檢測對象具體部位一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測器接收透過該層面的X線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂?，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字，輸入計(jì)算機(jī)處理。圖像形成的處理有如將選定層面分成若干個(gè)體積相同的長方體稱之為體素。掃描所得信息經(jīng)計(jì)算而獲得每個(gè)體素的X線衰減系數(shù)或吸收系數(shù)，再排列成矩陣，即數(shù)字矩陣。數(shù)字矩陣可存儲(chǔ)于磁盤或光盤中。經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器把數(shù)字矩陣鐘的每個(gè)數(shù)位轉(zhuǎn)為由黑到白不等灰度的小方塊，即像素，并按矩陣排列，即構(gòu)成CT圖像。

2.CT技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

CT最引人注目的應(yīng)用是在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域，其理論研究及設(shè)備制造技術(shù)在相當(dāng)程度上與醫(yī)學(xué)科學(xué)有關(guān)。從1971年Hounsfielld發(fā)明頭顱CT到20世紀(jì)80年代，CT技術(shù)的發(fā)展主要在于掃描部位的延伸，即從單一的頭部檢查拓展到體部檢查;2006年雙源CT的誕生，2009年飛利浦iCT誕生，基于領(lǐng)先的氣墊軸承技術(shù)首次將CT的物理轉(zhuǎn)速提高到0.27s。2016年，全球首臺(tái)基于雙層探測器的光譜CT誕生，2021年，該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展到100kVp光譜成像及80cm大孔徑和新型球面寬體光譜探測器。

3.雙源CT、光譜C在醫(yī)學(xué)中的新應(yīng)用

3.1 CT灌注成像

CT灌注成像不同于以往的CT形態(tài)學(xué)成像，屬于功能成像的范疇。它充分利用了多層螺旋CT可以顯示毛細(xì)血管染色情況這一功能，通過在靜脈中注射造影劑后，對特定的組織或器官進(jìn)行連續(xù)多層掃描，以獲得該組平面內(nèi)的時(shí)間密度曲線（TDC），以便用不同的數(shù)學(xué)模型得出血流量（BF）、血容量（BV）、平均通過時(shí)間（MTT）、峰值時(shí)間（TTP）等參數(shù)，并用這些參數(shù)對該層面的組織或器官的功能進(jìn)行評價(jià)。在常規(guī)掃描和增強(qiáng)掃描上不易鑒別的腫瘤、感染、炎癥、梗塞等，其灌注參數(shù)均有所表現(xiàn);并可對癡呆、精神疾病、偏頭痛等作出評價(jià)。有研究表明。CT灌注成像灌注參數(shù)值的測定對于原發(fā)性肝癌、肝轉(zhuǎn)移瘤和肝血管瘤的鑒別診斷以及對鄰近的肝組織受累情況的評估具有重要的臨床意義。

3.2CT心臟成像。

運(yùn)動(dòng)器官一直是常規(guī)軸向掃描CT機(jī)臨床應(yīng)用的盲區(qū)，多層螺旋CT的出現(xiàn)突破了這一盲區(qū)。雙源Drive CT掃描速度高達(dá)45.8cm/s，完成心臟掃描只需0.25秒，掃描時(shí)間短暫對運(yùn)動(dòng)器官的成像非常重要，能有效避免運(yùn)動(dòng)偽影的產(chǎn)生，掃描前通常不再需要服用藥物控制心率。在高清圖像上進(jìn)行鈣化積分運(yùn)算，可以對冠狀動(dòng)脈發(fā)生梗死的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測和評估。

3.3 CT血管成像

多層螺旋CT掃描覆蓋范圍寬，能顯示顱內(nèi)到頸部、心臟主動(dòng)脈弓到下肢大范圍血管走行，可了解有無血管畸形、狹窄、側(cè)支循環(huán)等，甚至可以判斷腫瘤或炎變對血管的侵蝕、推移等多種改變，對手術(shù)與治療幫助將不可估量。多層螺旋CT掃描速度快，時(shí)間分辨率高，血管成像操作簡單、方便、安全、無創(chuàng)傷性，可部分或基本取代傳統(tǒng)的血管造影，是目前無創(chuàng)傷性血管成像的又一主要手段。血管造影智能跟蹤技術(shù)，能使注入血管中的造影劑在達(dá)到目的臟器（如腦、腎臟、肝臟）區(qū)域后與預(yù)先設(shè)定的閾值相等時(shí)啟動(dòng)掃描，從而獲得最佳動(dòng)脈期、靜脈期、與平衡期圖像。能對動(dòng)脈瘤、動(dòng)靜脈畸形、腦血管狹窄等多種腦血管患者進(jìn)行多層螺旋CT血管造影檢查，并應(yīng)用后處理工作站進(jìn)行腦血管三維重建，以立體圖像顯示出病變解剖關(guān)系，獲得準(zhǔn)確清晰圖像。

3.4虛擬內(nèi)窺鏡

虛擬內(nèi)窺鏡包括虛擬血管鏡、虛擬支氣管鏡、虛擬結(jié)腸鏡、虛擬胃鏡和虛擬膽管鏡等。由于其無創(chuàng)、安全、無痛苦，可以觀察內(nèi)窺鏡無法達(dá)到的部位，并且可以通過調(diào)節(jié)透明度和顏色，同時(shí)觀察腔內(nèi)外情況，使之沒有真正的解剖邊界，更有利于觀察病變周圍結(jié)構(gòu)和向外侵犯程度，為手術(shù)和穿刺提供更準(zhǔn)確、豐富的解剖信息。

3.5外傷或急重癥病人

外傷或急重癥病人需要及時(shí)并且準(zhǔn)確的診斷，才能正確及時(shí)地?fù)尵?。最新雙源Drive CT掃描速速度高達(dá) 45. 8cm/s， 完成2米范圍的急診全身掃描只需4秒）真正實(shí)現(xiàn)全身大范圍的掃描，可迅速查出內(nèi)臟受損傷的情況，以便及時(shí)進(jìn)行搶救，是外傷急診CT臨床應(yīng)用的巨大突破。

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(hào)、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，C T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。

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