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CT扫描  CT scan

CT扫描 CT scan

CT扫描 CT scan

“计算机断层扫描”在这里重定向。对于非医学计算机断层扫描,请参阅工业计算机断层扫描。对于非X射线断层扫描,请参见“ 断层扫描”。

CT扫描

现代CT扫描仪

其他名称 X射线计算机断层扫描(X射线CT),计算机轴向断层扫描(CAT扫描),计算机辅助断层扫描,计算机断层扫描

CT扫描或计算机断层扫描(以前计算机化轴向断层扫描或CAT扫描)利用了许多的计算机处理的组合透视从不同角度拍摄的,以产生横截面(测量断层)的图像(虚拟“片”)中扫描对象的特定区域,使用户无需切割即可看到对象内部。1979年诺贝尔生理学或医学奖被授予艾伦·科马克(Allan M. Cormack)和戈弗雷·N·霍恩斯菲尔德(Godfrey N. Hounsfield) “计算机辅助层析成像技术的发展”。

数字几何处理用于进一步根据围绕单个旋转轴拍摄的一连串小型二维射线照相图像生成物体内部的三维体积。医学成像是X射线CT的最普遍应用。它的横截面图像在各种医学领域用于诊断和治疗目的。本文的其余部分将讨论医学成像X射线CT;在工业计算机断层扫描中讨论了X射线CT的工业应用。

术语“计算机断层扫描”(CT)通常用于指X射线CT,因为它是最常见的形式。但是,存在许多其他类型的CT,例如正电子发射断层扫描(PET)和单光子发射计算机断层扫描(SPECT)。X射线断层扫描是CT的前身,它是X射线照相的一种形式,与许多其他形式的X射线断层摄影和非断层摄影一样。

CT根据其吸收X射线束的能力产生可操纵的数据,以展示各种身体结构。尽管从历史上看,生成的图像是在垂直于身体长轴的轴向或横向平面中进行的,但现代扫描仪仍允许将此数据量重新格式化为各种平面,甚至可以作为结构的体积(3D)表示形式。尽管CT在医学上最常见,但CT也用于其他领域,例如无损材料测试。另一个例子是考古用途,例如对石棺或陶瓷的内容进行成像。负责进行CT检查的人员称为放射线照相师或放射线技术专家。

在过去的20年中,许多国家/地区对CT的使用急剧增加。 据估计,2007年美国进行了7200万次扫描,2015年每年进行了8000万次扫描。 一项研究估计,美国目前有0.4%的癌症是由于到过去执行过的CT,到2007年使用CT的比率可能会增加到1.5%到2%;然而,这一估计是有争议的,因为对于低辐射水平是否存在损害尚无共识。较低的辐射剂量通常用于许多领域,例如在肾绞痛的研究中。静脉造影剂的副作用在某些类型的研究中使用的方法包括在已有肾脏疾病的情况下加剧肾脏问题的可能性。


医疗用途

自1970年代问世以来,CT已成为医学成像中补充X射线和医学超声检查的重要工具。最近,它已用于预防医学或疾病筛查,例如,结肠癌高危人群的CT 结肠造影,或心脏病发作高危人群的全动心脏扫描。尽管主要由于所施加的辐射剂量,这种做法与该领域许多专业组织的建议和官方立场背道而驰,但许多机构仍为普通人群提供全身扫描。


主条目:头部计算机断层扫描

从颅底到顶部的人脑计算机断层扫描。采取与静脉造影剂。

共同点:正常大脑的可滚动计算机断层扫描图像

头部的CT扫描通常用于检测梗塞,肿瘤,钙化,出血和骨创伤。其中,低密度(深色)结构表示水肿和梗塞,高密度(明亮)结构表示钙化,出血和骨外伤可视为骨窗分离。肿瘤可以通过它们引起的肿胀和解剖变形或周围的水肿来检测。配备小口径多层CT扫描仪的救护车可应对涉及中风或头部受伤的情况。头部的CT扫描也用于CT 引导的 立体定向手术和放射外科使用称为N定位器的设备治疗颅内肿瘤,动静脉畸形和其他可手术治疗的疾病。

当寻求有关头痛的信息以确认诊断为肿瘤,血管疾病,后颅窝病变,子宫颈髓质病变或颅内压异常时,与CT扫描相比,头部的磁共振成像(MRI)提供了更好的信息。它也不承担使患者接触电离辐射的风险。当需要进行神经影像检查而无法使用MRI时,或者在怀疑有出血,中风或颅脑外伤的紧急情况下,CT扫描可用于诊断头痛。即使在紧急情况下,如通过医生的评估确定并根据既定准则对头部造成的伤害较小时,成人也应避免头部CT扫描,并应在儿童急诊室进行临床观察之前推迟。


脖子

对比CT通常是成人颈部肿块选择的初步研究。 甲状腺CT在评估甲状腺癌中起重要作用。此外,CT扫描经常偶然发现甲状腺异常,因此实际上成为第一种检查方式。


CT扫描可以用于检测急性和在慢性改变肺实质,所述的组织的肺。这在这里特别重要,因为普通的二维X射线不会显示此类缺陷。根据怀疑的异常情况,使用了多种技术。为了评估诸如肺气肿和纤维化之类的慢性间质过程,使用了具有高空间频率重构的薄切片。通常会根据吸气和呼气进行扫描。这种特殊技术称为高分辨率CT,可产生肺部采样,而不是连续图像。

支气管壁厚度(T)和支气管直径(D)

肺部CT上可见支气管壁增厚,通常(但并非总是)暗示支气管发炎。通常,支气管壁厚与支气管直径之比在0.17至0.23之间。

一个捎带在没有症状(有时被称为一个发现结节偶发)可以引起人们的关注,它可能代表了肿瘤,无论是良性或恶性的。也许是出于恐惧的说服,患者和医生有时同意密集的CT扫描计划,有时长达每三个月一次,超出建议的指南,以试图对结节进行监视。但是,已建立的指南建议没有癌症史且两年内没有结节生长的患者不太可能患有恶性肿瘤。由于这个原因,并且因为没有研究提供支持性证据表明强化监护能带来更好的结果,并且由于进行CT扫描的风险,所以患者接受的CT筛查不应超过既定指南的建议。


血管造影术

主条目:计算机断层扫描血管造影

计算机断层扫描血管造影(CTA)是造影剂CT,可显示整个身体的动脉和静脉。从服务大脑的动脉到将血液输送到肺,肾脏,手臂和腿的动脉。此类检查的一个示例是用于诊断肺栓塞(PE)的CT肺血管造影(CTPA )。它使用计算机断层扫描和基于碘的造影剂来获取肺动脉的图像。


心脏

进行心脏的CT扫描以获得有关心脏或冠状动脉解剖的知识。传统上,心脏CT扫描用于检测,诊断或随访冠状动脉疾病。最近,CT在经导管心脏结构介入的快速发展领域中发挥了关键作用,尤其是在经导管修复和置换心脏瓣膜方面。

心脏CT扫描的主要形式有:

为了更好地可视化解剖结构,通常需要对图像进行后处理。最常见的是多平面重建(MPR)和体绘制。对于更复杂的解剖结构和程序,例如心脏瓣膜干预,将基于这些CT图像创建真正的3D重建或3D打印,以加深了解。


腹部和骨盆

主条目:腹部和骨盆CT

CT是诊断腹部疾病的准确技术。它的用途包括癌症的诊断和分期,以及癌症治疗后的随访以评估反应。它通常用于研究急性腹痛。


轴骨骼和四肢

对于轴向骨骼和四肢,由于能够在多个平面上重建感兴趣的区域,因此CT通常用于成像复杂的骨折,尤其是关节周围的骨折。0.2毫米的分辨率可轻松识别骨折,韧带损伤和脱位。 随着现代双能CT扫描仪的出现,新的使用领域已经建立,例如帮助痛风的诊断。


地质利用

X射线CT用于地质研究,以快速显示钻芯内部的材料。 CT图像中的致密矿物(如黄铁矿和重晶石)显得更亮,而密度较小的成分(如粘土)则显得暗淡。


优势

与传统的2D 射线摄影相比,CT有许多优点。首先,CT完全消除了感兴趣区域之外的结构图像的叠加。其次,由于CT固有的高对比度分辨率,因此可以区分出物理密度差异小于1%的组织之间的差异。最后,根据诊断任务,可以将由多个连续扫描或一次螺旋扫描组成的单个CT成像程序中的数据视为轴向,冠状或矢状平面中的图像。这称为多平面重新格式化成像。

CT被认为是中高辐射诊断技术。CT分辨率的提高允许进行新的检查,这可能会有好处。与常规放射线照相相比,例如,CT血管造影避免了导管的侵入式插入。CT 结肠造影(也称为虚拟结肠镜或VC)在检测肿瘤方面比钡灌肠准确得多,并且使用的辐射剂量更低。在英国和美国,CT VC越来越多地用作结肠息肉和结肠癌的筛查测试,在某些情况下可以不需要结肠镜检查。

一项特定研究的辐射剂量取决于多个因素:扫描的体积,患者体格,扫描序列的数量和类型以及所需的分辨率和图像质量。另外,可以容易地调整并且对辐射剂量有深远影响的两个螺旋CT扫描参数是管电流和螺距。已显示计算机断层扫描(CT)扫描在评估前体间融合方面比X线照片更准确,但仍可能会过度读取融合程度。


不良影响

癌症

更多信息:放射生物学

CT扫描中使用的辐射会损坏包括DNA分子在内的人体细胞,从而导致辐射诱发的癌症。从CT扫描获得的辐射剂量是可变的。与最低剂量的X射线技术相比,CT扫描的剂量可以比传统X射线高100到1,000倍。但是,腰椎X射线的剂量与头颅CT相似。媒体上的文章经常通过比较最低剂量的X射线技术(胸部X射线)和最高剂量的CT技术来夸大CT的相对剂量。一般情况下,与常规腹部CT相关联的辐射剂量也有类似的三年平均辐射剂量背景辐射。

一些专家指出,CT扫描被认为是“过度使用的”,并且“令人痛苦的是,很少有证据表明与当前高扫描率相关的更好的健康结果。”

CT造成的伤害的早期估计部分基于第二次世界大战后日本在原子弹爆炸中所经历的辐射以及核工业工人所经历的相似辐射。一些专家预测,将来,所有癌症中的百分之三到五将来自医学成像。

澳大利亚一项对1,090万人的研究报告说,该队列中CT扫描后癌症的发病率增加主要是由于辐射。在这一组中,每1800次CT扫描中就有1次是癌症。如果发生癌症的终生风险为40%,则CT后绝对风险上升至40.05%。

一些研究表明,表明使用常规剂量的身体CT扫描会增加患癌风险的出版物存在严重的方法学局限性和一些极不可能的结果,得出结论,没有证据表明如此低的剂量会造成任何长期危害。

一个人的年龄在随后的癌症风险中起着重要作用。一岁腹部CT估计的终生癌症死亡风险为0.1%或1:1000扫描。 40岁某人的风险是20岁某人的风险的一半,而老年人的风险要低得多。 所述的国际放射防护委员会估计,到胎儿的风险暴露于10 毫戈瑞(辐射暴露的一个单元)增加的癌症之前,从0.03%20岁的速率到0.04%(用于参考的CT肺血管造影使胎儿暴露于4 mGy)。2012年的审查未发现儿童的医学辐射与癌症风险之间存在关联,但指出,该审查所依据的证据存在局限性。

截至2007年,大多数内置有此功能的CT扫描制造商都可以使用不同的设置进行CT扫描,以降低儿童的暴露水平。此外,某些情况可能要求儿童接受多次CT扫描。研究支持告知父母儿科CT扫描的风险。


对比反应

更多信息:加碘的对比§不良影响

在美国,半数CT扫描是使用静脉注射放射造影剂的对比CT。这些药物最常见的反应是轻微的,包括恶心,呕吐和瘙痒性皮疹。但是,可能会发生更严重的反应。总体反应发生在1至3%与非离子型造影和人具有4至12%的离子对比度。 3%的人一周内可能会出现皮疹。

较旧的放射性对比剂引起过敏反应的占1%,而较新的,较低渗透压的试剂引起反应的占0.01-0.04%。 每1,000,000个管理部门中,约有2至30人死亡,更新的代理更安全。 在女性,老年人或健康状况不佳的人中,通常继发于过敏性反应或急性肾损伤后,其死亡风险更高。

造影剂可诱发造影剂引起的肾病。发生这种情况的人中有2%至7%的人接受过这些药物,而那些既往有肾衰竭,既有糖尿病或血管内容量减少的人则面临更大的风险。通常建议轻度肾功能不全的人在注射前后数小时确保充分补水。对于中度肾衰竭,应避免使用 碘造影剂。这可能意味着要使用替代技术代替CT。严重肾功能衰竭者需要透析无需采取严格的预防措施,因为它们的肾脏仅剩很少的功能,以至于看不到任何进一步的损伤,透析将去除造影剂;但是,通常建议在给予对比剂后尽快安排透析,以最大程度地减少对比剂的不良影响。

除了使用静脉造影剂,检查腹部时还经常使用口服造影剂。这些通常与静脉造影剂相同,只是稀释至浓度的大约10%。但是,存在碘替代造影剂的口服替代品,例如非常稀(0.5-1%w / v)的硫酸钡悬浮液。稀硫酸钡的优点是它不会引起过敏型反应或肾功能衰竭,但不能用于怀疑肠穿孔或怀疑肠损伤的患者,因为硫酸钡从受损肠中渗出会导致致命性腹膜炎。


处理

卸下盖子的CT扫描仪以显示内部组件。图例:

T:X射线管

D:X射线探测器

X:X射线束

R:龙门旋转

左图是正弦图,它是从CT扫描获得的原始数据的图形表示。右边是从原始数据派生的图像样本。

主条目:计算机断层扫描的操作

计算机断层扫描通过使用围绕对象旋转的X射线发生器进行操作。X射线探测器位于与X射线源相对的圆的另一侧。所获得的原始数据的可视化表示称为正弦图,但不足以进行解释。一旦获取了扫描数据,就必须使用断层图像重建的形式来处理数据,这会产生一系列的横截面图像。通过CT扫描获得的图像中的像素以相对放射性浓度显示。根据平均衰减显示像素本身在Hounsfield尺度上,它所对应的组织的范围从+3,071(最大衰减)到−1,024(最小衰减)。像素是基于矩阵大小和视场的二维单位。当还计入CT切片厚度时,该单位称为Voxel,这是三维单位。检测器的一部分不能区分不同组织的现象称为“部分体积效应”。这意味着大量的软骨和一薄层致密的骨骼会导致体素中的衰减与单独的高密度软骨相同。水的衰减量为0 豪恩斯菲尔德单位(HU),而空气为−1,000 HU,松质骨通常为+400 HU,颅骨可达到2,000 HU或更高(颞骨),并可能导致伪影。金属植入物的衰减取决于所用元素的原子序数:钛通常含量为+1000 HU,铁可以完全熄灭X射线,因此,是造成计算机X线断层图中众所周知的伪像的原因。伪影是由低密度和高密度材料之间的突然过渡引起的,这导致数据值超出了处理电子设备的动态范围。按照常规方式绘制二维CT图像,以使该视图就像从患者的脚抬头看。因此,图像的左侧是患者的右侧,反之亦然,而图像的前部也是患者的前方,反之亦然。这种左右互换对应于医师通常位于患者面前时通常具有的视图。CT数据集具有很高的动态范围必须减少显示或打印的数量。这通常是通过“窗口化”过程完成的,该过程将像素值的范围(“窗口”)映射到灰度渐变。例如,通常使用从0 HU到80 HU延伸的窗口查看大脑的CT图像。像素值0或更低,显示为黑色;值80或更高显示为白色;窗口内的值显示为与窗口内位置成比例的灰度强度。用于显示的窗口必须与目标物体的X射线密度相匹配,以便优化可见细节。


对比

主条目:对比CT

造影剂用于X射线CT,以及用于平片透视,被称为radiocontrasts。通常,用于X射线CT的放射线造影剂是基于碘的。这对于突出显示诸如血管之类的结构很有用,否则这些结构将很难从周围环境中划出轮廓。使用对比材料还可以帮助获取有关组织的功能信息。通常,在有和没有射线对比的情况下都拍摄图像。


扫描剂量

检查 | 全身典型有效剂量(mSv) | 典型的器官吸收剂量(mGy)

更多信息:模板:按医学成像类型划分的有效剂量

该表报告了平均辐射照射量,但是,在相似的扫描类型之间,辐射剂量可能会有很大差异,其中最高剂量可能比最低剂量高22倍。 典型的平片X射线辐射剂量为0.01到0.15 mGy,而典型的CT对特定器官的辐射剂量为10–20 mGy,对于某些专门的CT扫描可能高达80 mGy。

为了进行比较,自然产生的背景辐射源的世界平均剂量率是每年2.4 mSv,在实际应用中,等于每年2.4 mGy。尽管存在一些差异,但大多数人(99%)每年接收的背景辐射不到7毫希沃特。截至2007年,医学成像在美国的CT辐射中占一半,而CT扫描占这一数量的三分之二。在英国,它占辐射暴露的15%。截至2007年,全球医疗源的平均辐射剂量为每人≈0.6 mSv。美国核工业中的剂量限制为每年50 mSv的剂量和每5年100 mSv的剂量。

铅是放射线人员用来屏蔽散射X射线的主要材料。


辐射剂量单位

以灰色或mGy单位报告的辐射剂量与预期被辐射的身体部位吸收的能量成正比,并且与X射线辐射对细胞化学键的物理作用(例如DNA 双链断裂)成正比与那能量成正比。

所述西弗特单元设置在所述的报告中使用的有效剂量。在CT扫描中,sievert单位不对应于被扫描的身体部位吸收的实际辐射剂量,而是对应于另一种情况下的另一种辐射剂量,整个身体吸收另一种辐射剂量,而另一种辐射剂量为估计与CT扫描具有相同的诱发癌症的可能性。因此,如上表所示,被扫描的身体部位吸收的实际辐射通常比有效剂量所建议的要大得多。一种特定措施,称为计算机断层摄影剂量指数(CTDI)通常用于估计扫描区域内组织的放射线吸收剂量,并且由医用CT扫描器自动计算。

的等效剂量是的情况下,其中,所述全身实际上吸收相同辐射剂量的有效剂量,而西弗特单元在其报告中使用。如果辐射不均匀,或仅对身体的一部分进行辐射,这在CT检查中很常见,那么仅使用局部当量剂量就会夸大整个生物体的生物学风险。


辐射的影响

更多信息:放射生物学

辐射暴露对健康的最不利影响可分为两大类:

通过单次腹部CT扫描8 mSv可能增加患癌症的终生风险,为0.05%,即2,000分之一。

由于胎儿对放射线照射的敏感性增加,因此在选择怀孕的医学影像时, CT扫描的放射线剂量是重要的考虑因素。


过量剂量

2009年10月,美国食品药品监督管理局(FDA)根据在这种特定类型的CT扫描在一处特定设施上设置不正确引起的放射线灼伤,开始了对脑灌注CT(PCT)扫描的调查。在18个月的时间内,超过256位患者暴露在外,超过40%的头发掉落,并促使社论呼吁增加CT质量保证计划,同时还指出“尽管应避免不必要的放射线暴露,但仍需要医学上需要的CT使用适当的采集参数进行的扫描具有的好处要大于辐射风险。” 在其他中心也有类似的问题。这些事件被认为是由于人为错误。


战役

为了响应公众日益增长的关注以及最佳实践的不断发展,在儿科放射学学会内部成立了儿科影像辐射安全联盟。与美国放射技师学会,美国放射学院和美国医学物理学家协会合作,儿科放射学会发起并发起了“影像柔和运动”,旨在在使用最低剂量的同时保持高质量的影像学研究以及针对儿科患者的最佳辐射安全规范。 全世界越来越多的各种专业医疗组织认可并应用了该计划,并获得了生产放射学设备的公司的支持和帮助。

继图像轻柔运动取得成功之后,美国放射学院,北美放射学会,美国医学物理学家协会和放射技术学家学会也发起了类似的运动,以解决成年人口中的这一问题。叫做Image Wisely。

在世界卫生组织和国际原子能机构联合国(IAEA)也已在这一领域工作,并有旨在扩大最佳做法,并降低患者的辐射剂量正在进行的项目。


患病率

在过去的二十年中,CT的使用急剧增加。据估计,7200万次扫描在美国于2007年进行的其中,6至11%的儿童都做了,七上升到八倍从1980年类似的增加有在欧洲和亚洲都有出现。 在加拿大卡尔加里,因紧急情况而出现在急诊中的人中有12.1%的人接受过CT扫描,最常见的是头部或腹部。但是,急诊医师看到CT的比例明显不同,从1.8%到25%。截至2007年,在美国急诊科中,有15%受伤的人进行了CT或MRI成像(1998年为6%)。

CT扫描的使用在两个领域中是最大的:成人筛查(在吸烟者中筛查肺部CT,虚拟结肠镜检查,无症状患者的CT心脏筛查和全身CT)以及儿童CT成像。将扫描时间缩短至1秒左右,消除了对使受试者保持静止或镇静的严格要求,这是小儿人数大量增加的主要原因之一(特别是对于阑尾炎的诊断)。从2007年开始,在美国不必要地进行了一部分CT扫描。一些估计将这个数字定为30%。造成这种情况的原因有很多,包括:法律问题,经济诱因和公众的渴望。例如,一些健康的人热衷于接受全身CT扫描作为筛查,但并不清楚收益是否超过风险和成本,因为决定是否以及如何治疗偶发瘤充满了复杂性,辐射暴露是累积性的,不能忽略不计,而用于扫描的资金涉及机会成本(它可能更有效地用于更有针对性的筛查或其他医疗策略)。


演示

CT的呈现类型的扫描:

-平均强度投影

- 最大强度投影

-薄片(中间平面)

- 体绘制通过对于高和低阈值的放射密度

CT扫描的结果是一定数量的体素,可以通过各种方法将这些体素呈现给人类观察者,大致可分为以下几类:

从技术上讲,在二维显示器上查看时,所有体积渲染都将成为投影,从而使投影和体积渲染之间的区别有些模糊。仍然,体绘制模型的缩影以例如着色和阴影的混合为特征,以创建逼真的和可观察的表示。

按照常规方式绘制二维CT图像,以使该视图就像从患者的脚抬头看。因此,图像的左侧是患者的右侧,反之亦然,而图像的前部也是患者的前方,反之亦然。这种左右互换对应于医师通常位于患者面前时通常具有的视图。


灰度

本节未引用任何资料。请通过在可靠来源中添加引文来帮助改进本节。未采购的材料可能受到挑战并被移走。查找来源:“ CT扫描” – 新闻· 报纸· 书籍· 学者· JSTOR

(2018年9月)(了解如何以及何时删除此模板消息)

通过CT扫描获得的图像中的像素以相对放射性浓度显示。根据其对应的组织的平均衰减来显示像素本身,该平均衰减的尺度在Hounsfield尺度上从+3,071(最大衰减)到−1,024(最小衰减)。像素是基于矩阵大小和视场的二维单位。当还计入CT切片厚度时,该单位称为Voxel,这是三维单位。检测器的一部分无法区分不同组织的现象称为“部分体积效应”。。这意味着大量的软骨和一薄层致密的骨骼会导致体素中的衰减与单独的高密度软骨相同。水的衰减量为0 Hounsfield单位(HU),而空气的衰减量为−1,000 HU,松质骨的衰减量通常为+400 HU,颅骨的衰减量可以达到2,000 HU或更高(视颞骨),并可能导致伪影。金属植入物的衰减取决于所用元素的原子序数:钛通常含量为+1000 HU,铁可以完全熄灭X射线,因此,是造成计算机X线断层图中众所周知的伪像的原因。伪影是由低密度和高密度材料之间的突然过渡引起的,这导致数据值超出了处理电子设备的动态范围。

CT数据集具有很高的动态范围,必须减小以显示或打印。这通常是通过“窗口化”过程完成的,该过程将像素值的范围(“窗口”)映射到灰度渐变。例如,通常使用从0 HU到80 HU延伸的窗口查看大脑的CT图像。像素值0或更低,显示为黑色;值80或更高显示为白色;窗口内的值显示为与窗口内位置成比例的灰度强度。用于显示的窗口必须与目标物体的X射线密度相匹配,以便优化可见细节。


多平面重建和投影

诊断软件的典型屏幕布局,显示轴向(右上),矢状(左下)和冠状面(左下)的一个体积渲染(VR)和三个薄片的多平面视图

多平面重建(MPR)是在比最初的X线断层摄影术采集的切片(通常是横向的)更多的解剖平面上创建切片。它可以用于薄片以及投影。多平面重建是可行的,因为现代CT扫描仪可提供各向同性或接近各向同性的分辨率。

MPR通常用于检查脊椎。穿过脊柱的轴向图像一次只能显示一个椎体,而不能可靠地显示椎间盘。通过重新格式化体积,可以更容易地看到一个椎体相对于另一个椎体的位置。

现代软件允许在非正交(斜)平面中进行重建,以便可以选择最佳平面来显示解剖结构。这对于可视化支气管的结构可能特别有用,因为它们并不垂直于扫描方向。

对于血管成像,可以执行曲面重建。这可以使血管中的弯曲“变直”,从而可以在一个图像或一小段图像上看到整个长度。一旦以这种方式“拉直”血管,就可以进行长度和横截面积的定量测量,从而可以计划手术或介入治疗。


加厚多平面重建的不同算法的示例


体绘制

主条目:体绘制

放射线密度的阈值由操作员设定(例如,与骨对应的水平)。由此,可以使用边缘检测图像处理算法构建三维模型并显示在屏幕上。可以从各种阈值构建多个模型,从而允许使用不同的颜色表示每种解剖成分,例如骨骼,肌肉和软骨。但是,在此操作模式下看不到每个元素的内部结构。

表面渲染的局限性在于,它将仅显示满足阈值密度的表面,并且仅显示最接近假想查看器的表面。在体绘制中,使用透明度,颜色和阴影来更好地表示体积,并在单个图像中显示。例如,骨盆的骨骼可以显示为半透明,这样,即使是倾斜的角度,图像的一部分也不会隐藏另一部分。


图像质量

人工制品

尽管CT产生的图像通常是扫描体积的忠实代表,但该技术易受许多伪像的影响,例如: 第3和5章

条纹伪影

通常会在阻挡大多数X射线的材料(例如金属或骨骼)周围看到条纹。导致这些条纹的因素很多:欠采样,光子饥饿,运动,束硬化和康普顿散射。这种伪影通常发生在大脑的后颅窝或有金属植入物的情况下。可以使用更新的重构技术 或金属假影减少(MAR)等方法减少条纹。 MAR技术包括光谱成像,其中CT图像是使用不同能级的光子拍摄的,然后使用特殊软件(例如GSI(宝石光谱成像))合成为单色图像。

局部音量效应

这表现为边缘“模糊”。这是由于扫描仪无法区分少量的高密度材料(例如,骨头)和大量的较低密度的材料(例如软骨)。重建假定每个体素内的X射线衰减是均匀的;尖锐边缘可能并非如此。这是在z方向上最常见的现象,这是由于常规使用高度各向异性的体素,其面外分辨率比面内分辨率低得多。通过使用较薄的切片进行扫描或在现代扫描仪上进行各向同性采集,可以部分解决此问题。

戒指神器

一个或多个“环”的图像可能出现在图像中,这可能是最常见的机械伪影。它们通常是由二维X射线检测器中由于缺陷或校准不当引起的各个元件响应变化引起的。通过强度归一化(也称为平场校正)可以大大减少环形伪像。剩余的环可以通过转换为极性空间而被抑制,在那里它们变成线性条纹。在X射线断层扫描图像上比较环形伪影的比较评估表明,Sijbers和Postnov 的方法可以有效地抑制环形伪影。

噪声

这在图像上显示为颗粒,是由低信噪比引起的。当使用薄片厚度时,这种情况更常见。当提供给X射线管的功率不足以穿透解剖结构时,也会发生这种情况。

风车

当检测器与重建平面相交时,可能会出现条纹现象。这可以通过滤波器来减少,也可以减少音高。

光束硬化

当将灰度可视化为高度时,这可以产生“杯状外观”。发生这种现象的原因是,传统的光源(例如X射线管)发出多色光谱。具有较高光子能级的光子通常衰减较少。因此,通过物体时,光谱的平均能量会增加,通常被称为“变硬”。如果不进行校正,这会导致越来越低估材料厚度的效果。存在许多算法可以纠正此伪像。它们可以分为单材料和多材料方法。


剂量与图像质量

当今放射学中的一个重要问题是如何在不影响图像质量的情况下减少CT检查期间的辐射剂量。通常,较高的辐射剂量会产生更高分辨率的图像,而较低的剂量会导致图像噪声增加和图像不清晰。但是,增加剂量会增加不利的副作用,包括放射致癌的风险–四阶段腹部CT的放射剂量与300例胸部X射线相同(请参见“ 扫描剂量”部分)。存在几种可以减少在CT扫描期间暴露于电离辐射的方法。

  1. 新的软件技术可以大大减少所需的辐射剂量。新的迭代 层析重建算法(例如,迭代稀疏渐近最小方差)可以提供超分辨率,而无需更高的辐射剂量。
  2. 个性化检查并根据所检查的体型和身体器官调整辐射剂量。不同的身体类型和器官需要不同的辐射量。
  3. 在每次CT检查之前,请评估检查的适当性,无论该检查是有动机的,还是其他类型的检查是否更合适。高分辨率并不总是适用于任何给定的情况,例如检测到小的肺部肿块。


工业用途

工业CT扫描(工业计算机断层扫描)是利用X射线设备在内部和外部生成零件的3D表示的过程。工业CT扫描已在许多工业领域用于组件内部检查。CT扫描的一些关键用途是缺陷检测,故障分析,计量,装配分析,基于图像的有限元方法和逆向工程应用。CT扫描还用于博物馆文物的成像和保存。

CT扫描还发现了在运输安全(主要是机场安全)中的一种应用,目前在材料分析环境中将其用于爆炸物检测CTX(爆炸物检测设备) ,并且也处于 考虑使用基于计算机视觉的对象识别算法自动进行行李/包裹安全扫描,该算法基于3D外观(例如,枪支,刀具,液体容器)来检测特定威胁物品。


历史

主条目:计算机断层扫描的历史

X射线计算机断层扫描的历史至少可以追溯到1917年的Radon变换的数学理论。 1963年10月,威廉·亨利·奥尔登多夫(William Henry Oldendorf)获得了“用于研究被致密材料遮盖的内部物体的选定区域的辐射能设备”的美国专利。第一个商业上可行的CT扫描仪是戈弗雷·霍恩斯菲尔德爵士(Sir Godfrey Hounsfield)于1972 年发明的。


词源

单词“断层”是从衍生希腊 希瑞(片)和graphein(写的)。计算机断层扫描最初是在1970年代初期由EMI的一个研究部门开发的,当时称为“ EMI扫描” ,该公司今天以音乐和录音业务而闻名。后来被称为计算机轴向断层扫描(CAT或CT扫描)和人体断层扫描。

尽管“计算机断层摄影”一词可用于描述正电子发射断层摄影或单光子发射计算机断层摄影(SPECT),但实际上,它通常是指根据X射线图像计算断层摄影,特别是在较旧的医学文献和较小的医疗机构中。

在MeSH中,从1977年到1979年使用了“计算机轴向断层扫描”,但是当前的索引在标题中明确包含“ X射线”。

术语正弦图由Paul埃德霍尔姆和贝蒂尔雅各布森在1975年引入的


机器类型

旋转管(通常称为螺旋CT或螺旋CT)是一种成像技术,其中,整个X射线管围绕被扫描区域的中心轴旋转。这些是市场上占主导地位的扫描仪,因为它们的制造时间更长,并且生产和购买成本更低。这种类型的主要局限性是设备的体积和惯性(圆圈相对侧的X射线管组件和检测器阵列),这限制了设备旋转的速度。一些设计使用两个X射线源和偏移一个角度的检测器阵列作为提高时间分辨率的技术。

电子束断层扫描(EBT)是CT的一种特殊形式,其中构造了一个足够大的X射线管,以便仅使用偏转线圈旋转在X射线管的阴极和阳极之间移动的电子路径。 。这种类型的主要优势在于扫掠速度可以更快,从而使运动结构(例如心脏和动脉)的模糊成像更少。与纺丝管类型相比,这种设计的扫描仪生产量较少,这主要是由于建造更大的X射线管和检测器阵列以及有限的解剖学覆盖面会带来更高的成本。只有一家制造商(Imatron,后来被通用电气收购)曾生产过这种设计的扫描仪。生产在2006年初停止。

在多层计算机断层摄影(MSCT)或多探测器计算机断层摄影(MDCT)中,较高数量的断层摄影切片可实现更高分辨率的成像。现代CT机器通常每次扫描生成64-640个切片。


研究方向

光子计数计算机断层扫描是目前正在开发的一种CT技术。典型的CT扫描仪使用能量积分检测器。光子被测量为电容器上的电压,该电压与检测到的X射线成比例。但是,该技术易受噪声和其他因素影响,这些因素会影响电压与X射线强度关系的线性。光子计数检测器(PCD)仍受噪声影响,但它不会改变测得的光子计数。PCD具有几个潜在的优势,包括改善信号(和对比度)与噪声的比率,减少剂量,提高空间分辨率以及通过使用多种能量来区分多种造影剂。 由于检测器技术的改进可以应对所需的数据量和速率,因此PCD直到最近才在CT扫描仪中变得可行。截至2016年2月,光子计数CT已在三个地点使用。一些早期研究发现,用于乳腺成像的光子计数CT的剂量降低潜力非常有前途。

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