Ct基本成像原理及其简介
Ct基本成像原理及其简介
作者：骆爽，周泽冀，高寒松
作为当今最普遍的医学诊断设备，Ct机已经为人类解决了诸多通过以往手段无法解决的难题。本文初步介绍了Ct的基本成像原理并对Ct进行了一定程度的介绍。
关键词：计算机断层摄影
As one of the most common medical facility which is used to diagnose illness ,ct has helped humanity settle countless difficult problems. Here, we just give a brief introduction on how ct finishes generating images and introduce ct itself to the degree.
key word: computed tomography
引言：Ct又称computed tomography（即计算断层摄影），是电子计算机和x线相结合，应用到医学领域的重大突破，它使传统的x线诊断技术进入了计算机处理、电视图像显示的新时代。简单的讲，其原理是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。
正文：
一.Ct的发明
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，英国电子工程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。
1971年9月，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。至此，Ct机已经基本成型。在后来的岁月里，Ct迅猛地发展并广泛的被用于医学诊断。
二.Ct图像
在介绍Ct的基本成像原理之前先要认识什么是Ct图像。Ct图像和一般图像大致相同但是有所不同。Ct图像由某一定数目的由黑到白不同灰度的小方块组成，每一方格为图像的最小单位称为像素（pixel），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。显然，象素越小，数目越多，构成图像越细致，即空间分辨力（spatial resolution）高。另外是CT值，在CT的实际应用中，我们将各种组织包括空气的吸收衰减值都与水比较，并将密度固定为上限+1000。将空气定为下限－1000，其它数值均表示为中间灰度，从而产生了一个相对的吸收系数标尺。下图就是Ct图像的一个实例。
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。所谓灰度，笼统地讲，就是黑白城乡后通过黑白的亮度来表示图像信息。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。
另外，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系。
与x射线图像相比，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，而x 线图像虽然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。与x射线图还有一个不同点就是一般x线照片的黑片对比度是固定的，但ct机监视器的黑白即灰度可以通过调节窗位（window level）和窗宽（window width）而改变。可以说Ct图像里蕴含了相当丰富的信息，并且需要人为地进行处理。
三.Ct的基本成像原理
好了，现在切入到本文探讨的核心，究竟Ct成像的原理是什么，它是怎样读取人体的信息，怎样将这些信息处理成了我们现在所看见的直观的，能用于诊断的Ct图像？Ct成像的详细过程涉及线衰减系数，影像重建，褶积-反投影法等概念，此处不作讨论。我们用通俗的话讲，CT是用X线束对人体检查部位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，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字信号，输入计算机处理。图像形成的处理有如将选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。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）.数字矩阵可存储于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/anolog 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，即像素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT 图像。CT是用X线束对人体检查部位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，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字信号，输入计算机处理。图像形成的处理有如将选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。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）.数字矩阵可存储于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/anolog 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，即像素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。
四.Ct机的基本简介
Ct机包括扫描部分、计算机系统，图像显示与记录系统和中央控制台
CT机扫描部分主要由X线管和不同数目的控测器组成，用来收集信息。X线束对所选择的层面进行扫描，其强度因和不同密度的组织相互作用而产生相应的吸收和衰减。探测器将收集到X线信号转变为电信号，经模／数转换器（A／D converter）转换成数字，输入计算机储存和处理，从而得到该层面各单位容积的CT值（CT number），并排列成数字矩阵（Digital matrix）（图7－2）。这些数字可储存于硬磁盘（Hard disk）、软磁盘（Floppy）和磁带（Magnetic tape,MT）中，也可用打印机印用。数字矩阵经数／模（D/A）转换器在监视器上转为图像，即为该层的横断图像。图像可用多幅照相机摄于胶片上，供读片、存档和会诊用。不同时代的Ct机也有相应的不同，此处不一一列举，目前最先进的第五代Ct机
最大的特点就是采用电子术扫描。
五Ct的优点和局限性及未来前景
Ct目前可以用于头部，胸部，腹部，盆腔，脊柱，骨骼，血管的检查。由于CT的高分辨力，可使器官和结构清楚显影，能清楚显示出病变。在临床上，神经系统与头颈部CT诊断应用早，对脑瘤、脑外伤、脑血管意外、脑的炎症与寄生虫病、脑先天畸形和脑实质性病变等诊断价值大。优点：是真正的断面图像(横断面)、密度分辨率高、可作定量分析。与此同时的局限性也很明显：极限分辨率未超过常规X线检查；定位于小于 1 cm 的病灶，易漏诊；受病变部位、大小病程等影响；不是所有脏器适合CT检查，空腔性脏器(胃、肠)；CT只能反映解剖方面信息，几乎无功能和生化信息；Ct对病人带来的辐射危害也是它最大的缺点。但是，Ct从80年代发展至今，技术已经相对成熟，诊断体系日趋完善。从螺旋Ct机诞生至今，CT制造商不断地推出8层、16层、32层、64层图像的螺旋CT机，CT技术的未来发展，将由64层到128层，甚至使用超宽探测器256排，它利于采集更大范围的容积信息，以及提高采集速度。总之，Ct的前景广阔，更具革命性的产品将为Ct带来翻天覆地的变化。
参考文献：百度百科《Ct基本成像原理》百度百科《Ct》《Ct原理与算法》
2011-11-07