医用CT的原理与检测

医用CT的原理与检测

中国计量科学研究院电离辐射处  田中青

发布时间：2008-5-16

　　X射线CT的英文是“X-ray Computerized Tomography Scanner”，译成中文全称应当是X射线计算机化断层摄影扫描仪。然而似乎很少有人对这个烦琐的科学名称感兴趣，人们总是简单而又亲切地称其为“CT”。不过科学名称有科学名称的好处，从这个名称里不难看出CT的技术基础一是计算机技术，一是X射线断层摄影技术。
　　CT是从X射线透视技术发展起来的。
　　当今世界上不知道X光、没有照过透视或拍过X光片的人不敢说是凤毛麟角，但肯定不多见了。大家常见的X光片可以叫做平面透视，就是把X射线经过的物体按其对射线的吸收迭加投影在胶片上，物体的前后是反映不出来的，医生只是根据人体解剖知识想象其层次关系
。但是有时又必须知道物体的前后关系，于是就从其他角度再拍一张或几张胶片，以证实医生想象的立体形位。这种技术称为“断层摄影术”。不过由于阴影的相互遮挡，有时要拍很多角度，而且立体的概念只能建立在推想想象上。
　　进入70年代，在计算机技术发展的基础上，诞生了CT装置。所谓CT就是在很多角度上对物体进行投影，穿过物体的射线由探测器接收，输入计算机，然后在计算机里用数学方法将其处理成一个断面图象。其后，CT技术发展日新月异，由一个探测器发展到几百个乃至上千探测器；由不到180°扫描发展为360°扫描乃至螺旋扫描；扫描一个层面的时间由几十分钟缩短为几十毫秒。目前先进的CT可以观察到零点几毫米的病变，可以一次扫描即形成三维立体图象，然后在计算机里从各个不同的角度进行观察，可以像看电影一样观察心脏的跳动，甚至其慢镜头回放。
　　和普通X摄影技术相比，CT主要有以下特点:
　　1.X射线被限制成一个扇面；
　　2.得到的图象与射束平行(普通X摄影是与X射束垂直)；
　　3.穿过人体后的信号由探测器接收，收到的是数字化信号；
　　4.一次扫描，围绕所关心的区域采集数百个角度的信号，信息量极大；
　　5.空间分辨率较低而密度分辨率很高；
　　6.计算机处理后的图象输出噪声极低；
　　7.图象可以多种方式储存和输出，如几乎所有数字存储显示方式和胶片。
　　后面这三条就是CT技术受到医学界青睐的原因，也是评价CT质量优劣的主要方面。比如空间分辨率。所谓空间分辨率就是准确区分细小物体的能力，例如早期颅脑肿瘤、内耳的微小肿瘤和极小血栓等。不难看出，空间分辨率的高低直接影响图象的质量和诊断能力。
　　密度分辨率是影响CT性能的另一项重要参数。很多情况下病变组织和正常组织的密度差别只有百分之几，一般X射线摄影很难发现，只能依赖CT技术。不难看出，密度分辨率的高低同样也直接影响图象的质量和诊断能力。
　　如何客观评价影象质量在国外早已引起重视并进行了相当深入的研究。与其他放射诊断相同，我国在引进CT诊断技术的同时并未做到同时引进CT设备的检查维护技术。但是最近十数年来，医学界一些工作在第一线的有识之士逐步对放射诊断特别是CT诊断的影象质量评估技术重视起来。其主要表现是引进影象质量检测设备，对影象质量进行研究，并取得了相当成果。
　　那么，如何评定CT的质量呢？
　　CT的质量由许多参数决定，不管怎样复杂，CT本质上还是一个图象系统，它把实际存在的物体投影成一个平面或立体的图象。评价由一个物转换为一个象的图象系统的质量的根本方法之一是利用其传递函数。因而评价CT图象性能的基本方法也即确定其传递函数。当物较大时，图象的失真接近零，此时传递函数的值近乎1(亦作100%)。随着物的减小，失真所占的比例增加，传递函数的值逐渐减小。通常物越细微，我们就说它的空间频率越高。如果我们再规定一个限值，当传递函数的值小于该值时，就认为该系统对于那么细微的物已不能分辨，这时就称该值对应的物的空间频率为截止频率。显然一个图象系统的截止频率越高，就说该系统的性能越好。
　　使用CT性能检测模体是目前CT性能检测的主要方法。除采用空间分辨率模型和低对比分辨率模型外，通常还包括层厚检测模型、CT值核查模型、定位精度模型、噪声测量模型、传递函数测量模型等。当然，CT还有其他一些重要功能需要检测，如CT剂量指数等，需要使用其他设备和方法。
　　国际上关于CT检测研究十分活跃，美国、德国和日本都先后发表了标准测量方法，作为国际标准，国际电工委员会也发表了IEC1223-2-6号正式出版物，为许多国家采用。我国关于CT检测的国家标准和CT  X射线辐射源的检定规程也均已原则通过。
　　医用CT在我国已经十分普遍了，某种意义上说已经泛滥了。但CT的质量问题只是最近几年才引起社会的关注。关于CT质量及其检测还处于仿照别人的阶段，对检测原理的理解和方法的研究极为粗略，错误的理解经常发生。由于CT的质量直接关系到广大人民的医疗诊断质量，这一状况已引起社会的重视。医疗卫生主管部门和技术监督部门应加强政策措施，严格控制CT机二手货的进口；规范技术要求，保障人民身体健康。