计算机断层成像

十、计算机断层成像CT

计算机断层成像，人们常称之为CT。CT是由工作在英国的EMI实验室的英国工程师葛底菲（Godfrey）和工作在美国马萨诸塞州立大学的南非出身的物理学家亨氏菲德（Hounsfield）发明的，亨氏菲德曾获得医学科学“诺贝尔奖”和英国“骑士奖”。

1974～1976年安装的CT只能扫描头部，获得头部的图像。全身扫描的CT在1976年也投入使用了，而CT真正被广泛应用是在1980年。

CT的工作原理：人体是卧着送到CT机器的扫描架，以人体从头到脚为轴向，一段一段地由CT床位机器把人推进，每推进一段扫描架内的X射线管（球管）旋转一周。初看起来好像X射线管是连续曝光，其实不然，X射线在旋转一周的过程中要曝光千次（典型值）。一方面是我们要指定的位置，收集CT的原始曝光数据，计算机才能重建出断层图像；另一方面，每次X射线曝光产生的热量使X射线管的阳极发生大量热量，所以一闪一闪地曝光可以防止阳极的温度升高。

经过25年的发展，CT在扫描速度、病人的舒适度和图像的分辨率方面有了很大的提高。CT的扫描速度愈快，那么扫描所需的时间就愈少，因为病人很难长时间保持不动。譬如病人需要呼吸和蠕动，当扫描所需的时间较长，病人的呼吸和蠕动会影响扫描收集的原始数据，进行图像重建时就会发生伪影，使图像质量下降，所以扫描速度加快对扫描后的CT图像质量至关重要。同时扫描速度快了可以在同样长的时间里使一台机器扫描更多层的图像或更多的病人。

CT机器的改良在于使用更少的X射线剂量，得到更好的图像提供医生诊断。

CT的扫描架是一个体积庞大的家伙，一般为方形的机架（称为扫描架），中间有一个可以让人体能轴向穿过的圆孔。机架装有X射线发生的球管，机架的另一边装着X射线的检测器，病人在圆孔中时机架中X射线管和检测器就绕着病人的身体（某一段）做同步转动。不管X射线管转到什么位置，其检测器一定会在X射线管的面对方向保证能收到X射线管发来的射线（而本人不在其间）。

由图2-27可以看到X射线做断层扫描时的工作原理。X射线是扇形的X光束，在一周的旋转过程中停一千次，每次X射线发射经人体到对边的检测器时检测器是分成约700个通道，每通道要送2000灰阶等级黑白图像数据。所以X射线管每停一次，发出X射线经人体后就有700组数据要送到计算机。因此X射线管旋转一周，检测器就有700×1000组数据送到计算机进行反投影才能重建成一张二维像，由显示器显示出断层图像（如图2-28）。

图2-27　像素的图像

图2-28　断层扫描图

CT的图像可以直接区分软组织结构，譬如肝脏、肺部、脂肪和组织结构。CT可以发现大体积的肿块、肿瘤是否转移，不仅能显示组织好坏的性质，还能看出体积大小，它在人体内腔的位置，特别能确定肿瘤的大小。

头部CT可以清楚地看到大脑和脑部肿瘤的图像，可以看到血块栓塞脑部血管的情况，根据诊断的需要还可以扩大显示眼睛肌肉或神经与颅腔的图像。

CT是非介入检查或治疗的基本设备，它能帮助体内活检，还可以帮助整形外科手术，例如对椎间盘突出的修复（如图2-29）。还能对肩关节、膝关节、腹股骨骨头破损的图形显示，以及这些地方长骨刺的显示。近年来，特别是图像的三维处理软件技术发展很快，把多层采下来的图像信息重建成三维的立体图像，使外科医生能一目了然地了解内脏器官的立体状态（如图2-30）。

图2-29　CT的椎间盘图像

图2-30　肝脏CT断层图像

CT是外伤检查的重要手段，它能以极快的速度，即在很短的时间内确定有危及生命的损伤，对于是否进行外科处理提供图像依据。

微创治疗：在治疗时本来要开比较大的刀口，采用CT可以只开一个小口——微小的创伤介入式治疗。显然微创介入式治疗令病人更容易接受，譬如早期需要剖腹探查的手术，现在只要开个小口就可进行活检（如图2-31）。

荧光CT：新的荧光CT协助外科医师进行微创外科手术或微型的外科治疗。现在新型荧光CT好像是录像机拍摄的X射线图像，每秒可拍9张图片。因此医师基本上就可以看到介入式治疗时的导管、针头、心脏收缩跳动以及手术器械连续运动的图像（如图2-32）。

图2-31　介入式手术使用的CT帮助取活检

图2-32　利用荧光CT导引设备到脊椎

以前需要外科手术的椎间盘突出现在都可以利用荧光CT协助做很小创口的微创治疗，最近有利用CT显示技术置换坏的椎间盘手术的相关报道（如图2-33）。

图2-33　利用荧光CT帮助介入 治疗椎骨以减轻患者疼痛

图2-34　心肺部三维CT图像

荧光CT可以协助很多“微创手术和微创治疗”，例如，帮助感染或受伤处的液体排除（如血和脓）、胆汁引流、淋巴肿囊排液、包囊和脓疮排液。疼痛治疗，例如，介入注射到椎间盘的治疗，以缓解疼痛。最小创口的介入治疗，肿瘤切除（消融，请见射频消融术部分）肝、脾肿瘤手术的切断血源供应处理等。

旋转CT扫描获得的数据，进行三维图像重建后其效果非常好。图2-34是一张胸部的肺与心脏三维重建图像。

所以目前有利用三维CT虚拟图像技术代替内窥镜检查的趋势。