第三節 CT有關概念

一、像素與體素

像素（pixel）是構成CT圖像的基本單位，像素是一個二維概念，所以是沒有“厚度”的。根據CT成像原理，用每個體素對X線的吸收系數來代表它的圖像信息，并變換成各組織的CT值，這就構成了平面圖像的像素，不同灰度的像素按矩陣排列構成CT圖像。像素的數目取決于矩陣，矩陣越大，像素的數目越多，像素越小，圖像越細膩清晰，反之亦然。像素的大小決定CT圖像的空間分辨率，像素越小，空間分辨率越高，圖像越清晰。

體素（voxel）是被檢查體像素所對應的體積單位，體素是三維概念，是有厚度的，是指象素所對應的單位體積。CT圖像實際上是受檢體某一部位有一定厚度的體層圖像，圖像所對應的層厚即體素的厚度，假定將受檢體所在的接受掃描層面分成按矩陣排列的若干個小的長方體，以一個CT值綜合代表每個長方體的物質密度，這些小長方體即為體素。體數的劃分事實上是對受檢體所在的接受掃描層面的劃分，在MSCT中，采集的體素大小可達0. 5mm×0.5mm×0.5mm。

簡言之，CT圖像是由許多按矩陣排列的像素構成，即像素是體素的成像表現，體素的坐標信息和吸收系數信息由對應的像素來表達。像素是一個二維概念，沒有“厚度”，體素是一個三維的概念，有一定厚度。

二、矩陣

矩陣（matrix）是一個數學概念，是指構成圖像的每一行與列的像素數目，也即是受檢層面組織衰減系數的分布圖，表達的是像素的多少問題，像素的大小、多少通過矩陣來反應，如受檢體某一部位的矩形面積內有100行像素和100列像素，則此矩形面積的矩陣為100× 100。CT圖象矩陣在行和列兩個方向通常是一致的，如256×256，但也可以不同，如192×256。矩陣有兩個技術指標，一是矩陣的大小，一是矩陣中數字的精度。

根據CT成像原理可知：有兩種意義的矩陣，即重建矩陣與顯示矩陣。重建矩陣是計算和重建圖像的依據，顯示矩陣是重建矩陣在圖像平面上的反映，顯示矩陣中的每個元素即為像素。目前多數CT圖像的重建矩陣為512×512，而顯示矩陣一般稍高，可達到1024× 1024。當圖像面積一定時，構成CT圖像的矩陣越大，像素就越小，圖像就越清晰，但在其他條件不變的情況下會降低密度分辨率。

三、分辨力

分辨力（resolution）是判斷CT性能、評價CT圖像質量的重要指標之一，分為密度分辨力、空間分辨力與時間分辨力。

密度分辨力（density resolution）又稱低對比分辨力，是指能分辨兩種組織之間最小密度差異的能力。密度分辨力與光子數成正比，光子數越高，分辨組織密度差別的能力越強。噪聲和信噪比是影響密度分辨力的重要因素，密度分辨力還受顯示物的大小所制約，顯示物越大，密度分辨力越佳。分辨力表示方式為%,mm, Gy，例如：某CT設備的分辨率為0.5 %, 5mm,0.05Gy，是指在病人接受射線劑量小于0.05Gy時，直徑5mm的物體密度差別大于0.5%時該設備可以分辨。

空間分辨力（spatial resolution）又稱高對比分辨力，是指在保證一定的密度差前提下，分辨最小物體空間幾何尺寸的能力，即顯示最小體積病灶或組織結構的能力，其能力與像素和X線光子成正比。影響空間分辨力的主要因素為探測器的幾何尺寸、探測器之間的間隙和總的原始數據量，此外，重建算法也是影響空間分辨力的重要因素。由此可知，空間分辨力與像素的大小密切相關，像素越大，數目越少，其空間分辨力越低；反之，像素越小，數目越多，其空間分辨力越高。空間分辨率以LP/cm來表示，即能分辨每厘米內的線對數量，分辨的線對數越多，空間分辨率越高。

同時提高空間分辨力與密度分辨力，可明顯提高圖像質量，但是空間分辨力與密度分辨力是相互制約的關系。像素小，數目多，空間分辨力雖然提高了，但每個單位容積所獲得的光子數卻按比例減少，使得密度分辨力下降，導致密度差異較小的組織難以顯示。CT的密度分辨力明顯高于普通X線圖像，但空間分辨力卻低于普通X線圖像。

時間分辨力（temporal resolution）是指單位時間內設備所能采集圖像的幀數，采集幀數越多，時間分辨力越高。時間分辨力通常用以研究人體活動器官的功能，即器官在不同時刻的活動狀況，如人體注射對比劑后，在不同時間內對某一組織的某些層面連續掃描，則可得到該器官隨時間改變的灌注圖像，這就是CT圖像的時間分辨力的表現形式。時間分辨力包括兩項參數：掃描時間及掃描效率。掃描時間越短越好，這有利于減少病人移動或不自主活動造成的偽影；掃描效率指單位時間內可以掃描的量，這對于動態增強掃描及控制身體的運動特別有意義。時間分辨力與X線管熱容量、采集時間、重建時間、顯示方式等有關。時間分辨力在大范圍掃描、增強掃描、血管成像、血流灌注等方面具有重要意義。

四、CT值

CT值（CT value）反映的是X線的衰減系數，X線穿過人體的物理過程中，組織的密度是由組織對于X線的衰減系數來體現的，各種不同組織對X線有不同的衰減系數。國際上將CT值定義為每個像素所對應的物質對X線的線性平均衰減量。臨床實際使用中，人們更為關注的是組織間的密度差異，而不是密度的絕對值，因此引入了相對CT值的概念，即不直接使用衰減系數而是用不同組織相對于水的衰減系數的比值來表示。計算公式為：（所測組織的衰減系數-水衰減系數）÷水衰減系數×1000，即為該組織的相對CT值。為紀念Hounsfield對CT技術的貢獻，CT值的單位用HU表示。水的CT值為0HU，人體內密度不同的各種組織CT值位于-1000～+1000HU的2000個分度之間。最低密度定為-1000HU，最高密度定為+1000HU。

組織密度越大，CT值越高，如骨皮質CT值最高；組織密度越小，CT值越低，如脂肪為負值，高于-100HU，空氣密度最低，為-1000HU。一般腦灰質35HU左右，腦白質30HU左右，肝臟50～65HU左右，脾低于肝10HU左右，肌肉40HU左右，壞死組織根據壞死程度CT值20～30HU，如果壞死液化，CT值可低于10HU。因此，根據CT值可以推測出不同病變組織成分，對CT診斷具有重要參考價值。但CT值只是相對數，受設備性能與狀態、掃描條件、鄰近組織密度等因素影響而有所變化，必須正確判斷，綜合分析。

五、窗寬與窗位

人體組織密度差別很大，CT值最大與最小相差可達2000HU范圍，而人眼只能分辨16個灰階，2000÷16=125HU，亦即人眼能分辨的相鄰兩個灰階間的CT值差為125HU，當兩種組織間的CT值差別小于125HU時，則人眼不能分辨，這就給辨別病變帶來困難。如果CT值必須達到125HU才能分辨，那將幾乎失去其意義，因為腦組織和腦室CT值僅相差40HU左右，血腫與正常腦組織也僅相差數十HU，如果連血腫與腦組織、腦組織與腦室都不能分辨，顯然無法達到目的。為了彌補人眼低靈敏度之不足，使差別小的兩種組織能被分辨，我們引入了“窗口”技術，即以感興趣組織為中心對CT值范圍進行分段觀察，這就是適當的窗寬與窗位。

窗寬（window width, WW）是指為最佳顯示感興趣組織結構而設置的CT值范圍，亦是圖像上16個灰階內所包含的CT值范圍，在此范圍內的組織均以不同的模擬灰度顯示，CT值高于此范圍的組織均顯示為白色，CT值低于此范圍的組織均顯示為黑色。如觀察腹部組織窗寬常設置為200～300，如設為200，則可分辨的CT值為200÷16=12.5HU，有利于為人眼所分辨。

窗位（window level, WLL）又稱窗中心，即圖像灰階中心點的CT值，為窗寬上、下限CT值的平均數，這一中心點就是我們感興趣組織結構。如窗寬選擇為200HU，窗位選擇為0HU，則以窗位的0HU為中心，向上、向下各包括100HU，在-100和+100HU范圍內的組織結構均可為我們人眼所分辨。

窗寬的寬窄影響圖像的清晰度與對比度，窗寬越寬，密度差別較小的組織越難以分辨，窗寬太窄，又影響對密度區別較大組織的觀察。而窗位的高低影響圖像的亮度，太高時低于其值的組織變黑，太低時高于其值的組織過亮，均不適宜對組織密度的分辨。所以必須根據不同檢查部位和檢查的目的選擇適當的窗寬、窗位，以充分顯示興趣區組織結構，比如胸部CT分別以寬的窗寬和低的窗位觀察肺組織、肺內較低密度病變，較窄的窗寬和較高的窗位觀察縱隔、肺內較高密度病變（圖1-3-1）。

六、螺距

螺距（pitch）這一概念僅見于螺旋CT，由于螺旋掃描方式，球管旋轉掃描的同時，檢查床同時移動，但移動的距離不一定與層厚相等，可能等于、也可能大于或小于層厚。最初我們將螺距定義為球管旋轉一周檢查床推進的距離（mm）與掃描層厚（mm）的比值，當每旋轉一周檢查床進床距離與掃描層厚一致時螺距為1，進床距離大于掃描層厚則螺距大于1，反之則小于1。

單層螺旋CT的層厚與準直器寬度相同，但隨著多層螺旋CT的問世層厚與準直器寬度在2、4、6、8、16、40、64層等多層螺旋CT間有很大不同。為便于比較和表述，將螺距新定義為：螺距=每360°床移動的距離/準直器寬度。螺距大于1，即檢查床移動距離大于準直器的寬度，可在相同掃描時間內增加掃描范圍，或者是在相同的掃描范圍內縮短掃描時間，但掃描層面所獲得的數據減少，影響圖像質量；螺距小于1，即檢查床移動距離小于準直器寬度，相當于每層面有部分重疊掃描，即可以增加掃描原始數據資料的采集量，從而提高圖像質量，但是增加了病人的X線量和掃描時間。實際應用中，大范圍掃描通常螺距選擇1或大于1，小范圍或精細器官掃描通常螺距選擇1或小于1。

七、部分容積效應

雖然像素是構成二維CT圖像的基本單位，但與像素相對應的體素有時并非由一種密度組織構成，當同一個體素內含有兩種以上組織成分時，該體素的CT值不能反映其中的任意一種，而是其平均CT值，這種現象稱之為部分容積效應（partial volume effect）。顯然，部分容積效應與CT掃描層厚和被檢組織周圍的密度有明顯關系，直接影響到CT值的客觀性。當病變小于掃描層面厚度時，所測得的CT值是病變組織和鄰近組織的平均CT值；若病變組織的密度高于周圍組織的密度，測得的CT值比病變實際CT值低；若病變組織的密度低于周圍組織的密度，測得的CT值比病變實際CT值高。尤其是密度相差較大的相鄰組織，如肺內小節結，密度應為30HU左右，但常規厚度掃描常常測量為負值。再如肝、腎小囊腫，CT值應接近0HU，但有時可能測出10HU以上（圖1-3-2）。因此，在臨床中必須注意小于掃描層厚的病變，評價其CT值時，要考慮到部分容積效應的影響，克服的辦法是采用薄層掃描，至少對興趣區是如此，可以減少部分容積效應對CT值的影響。

八、噪聲

在CT成像中，如果被掃描的是均勻材料的物體，在任意特定區域內測量其CT值，就會發現該區域內的CT值不是一個固定值，而是圍繞著某一平均值上下隨機分布，這種隨機分布的現象是由成像系統產生的噪聲所致。根據國家標準，噪聲（noise）被定義為：在均勻物質的影像中表示給定區域的各CT值對其平均值的變化的量。該量值用給定區域CT值的標準偏差表示。利用標準偏差可以衡量成像系統總體的噪聲水平。

圖像的噪聲是評價圖像質量的重要參量之一，在CT成像過程中，有許多數值變換和處理過程會形成圖像的噪聲，影響圖像的質量，這些噪聲被概括為掃描噪聲與組織噪聲兩大類（圖1-3-3）。

掃描噪聲是因為透過受檢體到達探測器的X線光子數量不足，使光子在矩陣內各像素上的分布不均，導致密度相等的組織在圖像上的各點CT值不相等的現象。掃描噪聲主要與管電流和掃描時間有關，因此，必須根據受檢體的組織厚度和密度來選擇毫安量。增加毫安量即可降低圖像的噪聲，同時也增加了圖像的信息量，提高了圖像的密度分辨力；反之，降低毫安量則導致曝光量不足，致使探測器接收的光子量不足，從而降低了圖像的密度分辨力。故當受檢體較厚或組織結構重疊較多時，應增加毫安量；當受檢體較薄或病變較小時，為了降低圖像的噪聲，在采用薄層掃描的同時，亦應增加毫安量。一般認為，曝光量每增加4倍，圖像的掃描噪聲減少一半；掃描時間每增加1倍，其信息量增加1倍。

組織噪聲是由受檢體各種組織平均CT值差異引起的，即相同組織的CT值常在一定范圍內變化，而不同組織的CT值可以相同。此外，電壓的變化亦可影響CT值的恒定。

噪聲是所有CT圖像中均存在的，只是或大或小。噪聲的大小與圖像質量呈負相關，其形成原因很多，探測器的轉換效能、X線使用劑量、X線管的新舊、圖像矩陣、各種重建參數的選擇等都可影響到噪聲的大小。如探測器轉換率越高噪聲越小，X線劑量越高噪聲越小，X線管衰老噪聲增加，圖像矩陣越大噪聲越小，空間分辨力越高噪聲相應增加等等。噪聲較大會影響CT圖像質量，甚至影響CT診斷，應盡量減少不利噪聲。

噪聲是影響圖像質量的重要因素，而且總的來講是負影響，但也要正確對待，如增加射線劑量可以降低噪聲，但病人接受的射線量也相應增加；提高圖像矩陣可以降低噪聲，但也會降低空間分辨率；骨重建模式會增加噪聲，但適合觀察骨質結構，提高骨小梁清晰度；薄層掃描可以提高病灶檢出率，減少部分容積效應，但同時也會增加噪聲，等等，必須正確評價與應用，克服其不足，容忍其一定的存在。

在實際工作中，我們當然會盡量減少噪聲，尤其是只有負面影響而沒有正面效益的噪聲，如保養好設備，充分運用校正軟件，使設備各種參數處于最佳狀態；選擇適宜矩陣，兼顧空間分辨力和密度分辨力（一般用512×512矩陣）；在保證圖像質量的前提下，盡量使用較低射線劑量；正確使用好各種設備中的降噪軟件，通過軟件減低噪聲等等。

九、偽影

偽影（artifact）是指在掃描或信息處理過程中由于設備或受檢體的原因而產生的一些與受檢體組織結構無關的各種不同類型的異常影像。偽影產生的原因包括：設備結構性因素（如顱底射線硬化偽影，圖1-3-4C）、設備故障性因素（如探測器、準直器故障造成同心圓或條紋狀偽影，圖1-3-4A、B）、異物偽影（如體內、外金屬或其他高密度物質引起的放射狀偽影，圖1-4-4D、E）、運動性偽影（如病人不自主運動、不能配合屏氣形成的偽影，圖1-3-4F）等等。

偽影影響圖像質量，甚至影響病變的分析診斷，切忌在偽影多的圖像上做診斷或測量CT值。應盡量避免偽影的出現，如設備故障性偽影，及時的維修、保養設備可以避免；設備結構性偽影，通過適當調整掃描條件及層厚可以減少其影響；于掃描前向病人解釋配合檢查的必要性，可以減少運動性偽影；CT檢查前一周內不作鋇餐檢查，可以避免此類腸道偽影；認真做好掃描前的準備工作，可以排除體外異物偽影等等。同時，應正確認識各種偽影的表現，查明偽影形成的原因，診斷時注意與病變相鑒別，避免不必要的誤診。

十、平掃、增強與特殊掃描

1．平掃（plain scan）

不使用對比劑而直接進行的掃描稱為平掃，通過組織自身密度差別反映組織結構及組織生理、病理密度變化，大部分病人平掃即可（圖1-3-5A）。掃描方式一般為軸位掃描，部分部位可以使用冠狀位方式掃描，如蝶鞍、眼眶、鼻旁竇、乳突、踝關節等。活動性臟器檢查需屏氣后掃描，不能配合的兒童需使用鎮靜劑，胃腸道檢查應進行適當準備。

2．對比增強掃描（contrast enhancement scan）

由于病變組織與相鄰組織密度差別小未能或不能很好顯示，以及為了了解病變血供情況、良惡性的鑒別等，將對比劑經靜脈引入人體后進行的掃描稱之為增強掃描。注入對比劑后，病變組織碘含量增高，X線吸收系數增高，圖像顯示密度增加時稱之為強化，反之則稱為無強化。增強掃描其血液內碘濃度增高，血管與血供豐富的組織器官或病變組織碘含量亦高，血供少的病變組織碘含量則較低，導致正常組織與病變組織之間碘的濃度差別而形成密度差，從而發現平掃未被顯示或顯示不清的病變，同時根據病變的強化特點，有助于病變的定性（圖1-3-5B）。

通常使用電動自動壓力注射器經肘淺靜脈注入對比劑80～120ml，并根據需要選擇注射時間、劑量與速度。根據注射對比劑后掃描方法的不同，有多種增強掃描方式可供選擇：

（1）常規增強掃描。采用靜脈團注法，以2～3 ml/s的速率注入對比劑后，按預先設定的范圍、層厚進行掃描。本法操作簡單，增強效果較好，一般能滿足日常診療工作需要，但不能觀察強化過程的動態變化。

（2）動態增強掃描。采用靜脈團注法注入對比劑后，在短時間內對感興趣區進行快速連續掃描。動態掃描分為進床式動態掃描和同層動態掃描兩種。前者掃描范圍包括整個被檢查器官，以發現病灶為主要目的；后者指在同一感興趣層面連續進行多次掃描，獲取時間密度曲線，觀察該層面病變血供的動態變化特點，研究病灶的強化特征，鑒別其性質。

（3）雙期與多期增強掃描。用于螺旋CT，定位掃描后，設定增強掃描的范圍以及雙期或多期增強掃描的開始時間，設置完成后，經靜脈團注對比劑，根據被檢查器官的血供特點，分別于強化的不同時期對被檢查器官進行兩次或多次完整的螺旋掃描。肝臟的增強掃描一般含動脈期、門脈期和/或平衡期，腎臟增強雙期系指腎皮質期和腎實質期掃描，多期系指雙期掃描完成后加行第三次掃描，即腎排泄期掃描。雙期與多期掃描能更有效地發現小病灶并了解被檢查器官及病灶的強化特點，提高病灶的檢出率與定性能力（圖1-3-6B、C）。

（4）延時增強掃描。是指一次大劑量注入對比劑后，根據需要進行的除動、靜（門）脈期、平衡期等多期掃描以外的延后掃描。延遲掃描有助于疾病的定性診斷，如肉芽腫的持續強化，血管瘤的延遲充盈等，有時延遲掃描時間達15min甚至30min（圖1-3-6D）。此外還有特殊情況下的延時增強掃描，一次大劑量注入對比劑4～6h后的增強掃描，主要用于肝臟檢查，靜脈注入對比劑數小時后，正常肝實質及其周圍的微細膽管的CT值約提高10～20HU，而病變的肝組織不具備這種吸碘和泌碘的功能，其密度低于正常肝，致使病變與正常肝之間的密度差增大，使平掃和常規增強掃描中呈等密度的病灶於延時增強掃描后表現為相對低密度，提高了肝臟小病灶的檢出率。

3．特殊掃描（special scan）

特殊掃描有不少方法，如為觀察微小病變、顯示病變的細微結構、檢查較小器官而進行層厚1～3mm左右的薄層掃描（圖1-3-7）；為減少部分容積效應而進行層面間隔小于層厚的重疊掃描，如使用3mm層厚，1mm間距；為了解使用對比劑后組織器官對比劑濃度變化而對興趣區持續（位置不動）掃描的動態掃描；局限于小的器官（如內耳）或小范圍組織（如垂體、腎上腺）進行的靶掃描等等（圖1-3-8），這些不同于日常的常規掃描方法通稱為特殊掃描。