CT(computed Tomography)又称为计算机x线断层扫描,是计算机控制、X线成像、电子机械技术与数学相结合的产物。CT检查简便、安全、无创伤,并能获得高质量的图像,具有一定的临床诊断价值。当今,随着各种相关技术的快速发展,CT的性能越来越好,功能越来越强大,临床应用范围越来越广,可供检查的项目或是种类越来越多,已成为临床上成熟的、必不可少的影像学检查手段之一。
CT的产生
1971年10月,英国工程师G.N.Hounsfield设计并扫描出第一幅具有诊断价值的头部CT图像,从而宣告世界上第一台CT扫描机的研制成功,因为这台CT扫描机是英国EMI公司生产的,故又称EMI扫描机。1972年4月,HounsfieM和安普鲁斯在英国放射学年会上宣读了关于CT的第一篇论文,宣告了CT机的诞生。同年10月,在北美放射学年会(RSNA)上他们又向全世界宣布了这一在放射学史上具有划时代意义的发明。1974年,美国George Town医学中心的工程师莱德雷(Ledley)设计出了全身CT扫描仪,使CT不仅可用于颅脑,而且还可用于全身各个部位的影像学检查。
Hounsfield因此于1972年获得了与工程学诺贝尔奖齐名的McRobea奖,而且Hounsfield和Cormack荣获1979年度诺贝尔医学生理学奖。此外,Hounsfield和Oldendoff还因此共同获得拉斯开尔(Lasker)奖金。
CT的发展
CT一经问世,便进入发展的快车道。围绕缩短扫描时间、提高图像质量两个焦点,相关产品不断更新换代,技术含量不断提高,从而使CT的临床应用越来越广、价值越来越大。通常,根据其发展的时序和结构特点,大致分成5代,而发展到螺旋扫描方式的CT机后,则不再以代称呼。
螺旋CT机改变了以往的扫描方式,是连续单向的旋转,射线束仍为大扇束。单层螺旋CT的螺旋扫描时间通常是1秒,而多层螺旋扫描的最短时间为0.37秒。随着双源CT的应用,一次扫描时间更短。单层螺旋CT的探测器数目与第三代CT机相比没有数量上的增加和材料的改变。而多层螺旋CT的探测器不仅在数量上有较大的增加,而且还改用了超高速的稀土陶瓷材料,使射线的利用率大大提高,从原来的50%左右上升到99%,但其射线束角度没有什么大的改变,同以往的非螺旋CT机。扫描层面在单层螺旋机中仍为每次1层,而在多层螺旋机中X线束为可调宽度的锥形束,1次扫描最多可达4层、8层、16层、64层,甚至更多。扫描时间缩短到0.4秒,与单排CT亚秒机相比容积扫描时间缩短了N(探测器排数)倍,称为多层CT。随着计算机技术以及相关技术的应用,实现了CT图像的各向同性,即图像像素在x轴、Y轴、z轴方向的大小一致,并实现了扫描的实时重建。因此。结合层厚、扫描通道的组合运用,已可逐步满足动态器官(如心脏冠状动脉)成像的需要。
单层螺旋CT只是提高了连续扫描的能力,而多层螺旋CT不仅扫描速度快、覆盖范围大,而且具有各向同性功能,几乎可以用来做人体所有器官的CT检查。当然,也有人把以上的发展归为几个发展阶段:第一阶段:从CT的产生开始,到20纪70年代中期扇形束扫描技术的应用,实现了CT从单纯头颅扫描到全身扫描的跨越;第二阶段:20世纪80年代中期“滑环技术”的应用,实现了单层CT的快速扫描,即螺旋扫描;第_三阶段:多排探测器的应用,实现了快速容积扫描,即多层扫描。
多排探测器的应用标志着CT技术的最新发展方向。目前,已有公司正在开发平板探测器(FPD)的CT扫描机,其z轴覆盖宽度达300毫米,一次旋转即可完成一个器官的扫描。真正实现容积扫描,预计在不远的将来将会投入市场。
CT的临床应用
CT最早应用于中枢神经系统的检查,由于CT图像分辨率高、定位准确,临床常把CT作为颅脑外伤和新生儿颅脑疾病的首选检查方式。CT对颅内肿瘤、脑出血、脑梗塞、颅内感染及寄生虫病、脑萎缩、脑积水和脱髓鞘疾病等具有较大的诊断价值。CT的应用已替代了颅脑X线造影检查,如气脑造影、脑室造影等。但对于脑血管畸形的诊断,CT则不如数字减影血管造影(DSA);对于颅底及后颅窝病变的显示则不如磁共振(MRI)。
随着螺旋CT的广泛应用,CT检查已成为五官和颈部疾病的重要诊断手段。CT检查骨关节系统,不仅可获得无重叠的断面图像,还可分辨组织内细微结构,并可观察软组织的改变。对眼眶和眼球良恶性肿瘤、眼肌病变、乳突及内耳病变、耳的先天发育异常、鼻窦和鼻腔的炎症及肿瘤、鼻咽部肿瘤尤其是鼻咽癌、喉部肿瘤、甲状腺肿瘤以及颈部肿块等有较好的定位、定量和定性能力,已成为常规的检查方法。
CT可用于诊断气道、肺、纵隔、胸膜、膈肌、心脏、心包和主动脉疾病等。CT对于支气管肺癌的早期诊断和显示肺癌的内部结构,观察肺门和纵隔有无淋巴结转移、淋巴结核,以及纵隔肿瘤的准确定位等较普通x线摄影具有显著的优越性,亦可较好地显示肺间质和实质性病变。CT对于观察心包疾患、显示主动脉瘤和主动脉夹层的真假腔等亦有较大的优势,同时还可较好地显示冠状动脉和心瓣膜的钙化、大血管壁的钙化。
CT还可用于肝、胆、胰、脾、肾、肾上腺、膀胱、前列腺、子宫及附件、腹腔及腹膜后病变的诊断,对于明确占位病变的部位、大小以及与邻近组织结构的关系、淋巴结有无转移等具有重要的作用。对炎症和外伤性病变亦能较好显示。对于胃肠道病变,CT可较好地显示肿瘤向胃肠腔外侵犯的情况,以及向邻近和远处转移的情况,但显示胃肠道腔内病变应以胃肠道钡剂检查为首选。
随着多层螺旋CT(MSCT)的应用、对比剂安全性的提高,CT在胸腹部的应用进一步拓展。心脏、大血管以及外周血管的CT成像更符合临床诊断需要,肝脏多期扫描更有利于病灶的检出和定性,胃肠道仿真内窥镜成像技术的应用丰富了消化系统的检查办法。
CT还可用于脊柱退行性病变,如椎管狭窄、椎间盘病变、脊柱外伤和脊椎肿瘤的诊断,但显示脊髓病变不如MRI敏感。对于骨关节病变,CT也可显示骨肿瘤的内部结构和肿瘤对软组织的侵犯范围,补充普通x线摄影的不足。对于骨关节面骨皮质、皮质下改变、关节内积液、积气,CT具有较高的敏感性。不过。CT在判断半月板、骨软骨病变和早期骨坏死方面不如磁共振敏感。
此外,CT还可引导穿刺活检和对疾病进行治疗,如肺部孤立小病灶的穿刺活检、椎间盘突出的消融术等;骨矿物质的含量和冠状动脉钙化的定量测定,有助于临床对骨质疏松症和冠心病的诊断;CT的定形、定位测量,如x刀、"刀、氩氦刀术前以及放射治疗前的CT检查;疗效评估,如内、外科治疗以及介入治疗后的CT复查等;功能检查。如颅脑、甲状腺、肝脏以及胰腺的CT灌注成像。随着CT硬
件和软件的不断开发,计算机处理图像的速度不断提高,CT的临床应用范围将更广。
CT成像的优势
与常规X线体层摄影相比。CT得到的横断面图像层厚准确、图像清晰、密度分辨率高、无层面以外结构的干扰,是真正的断面图像。另外,CT扫描得到的横断面图像,还可通过计算机软件的处理重组,获得诊断所需的多平面(如冠状面、矢状面)的断而网像。
与其他影像学检查相比,CT图像的密度分辨率仅低于磁共振图像,比常规x线摄影的密度分辨率高约20倍,可分辨出人体组织内微小的差别,扩大了影像诊断的视野。CT图像的密度分辨率高,是因为成像的x线束到达探测器前已被准直器严格准直,减少了散射线,图像伪影少;数据采集系统的灵敏度高,数据在转换过程中损失小;CT图像为数字影像,可通过调节窗宽、窗位满足各种观察的需要。CT检查在一些部位具有独特的优势,例如,CT用于肺部检查明显优于磁共振、超声以及常规x线摄影。
使用CT测量功能进行的CT引导下穿刺活检的准确性优于普通透视下的定位穿刺。CT横断图像可通过计算机的后处理,对原始数据进行多方位重建,获得的二维和三维图像,如冠状位、矢状位图像,可为疾病的诊断提供多方位的观察,使病灶的定位和定性更准确,为外科制定手术方案和选择手术路径提供直观的影像学资料。
利用CT对病灶进行动态扫描,可观察病灶部位的血供和血液动力学变化,如动态扫描和灌注成像等,除了能分辨血管的解剖结构外,还能观察血管与病灶之间的关系。使用CT的定量分析功能,可知病灶部位增强前后的CT值变化情况,为疾病的定性诊断提供可靠的依据。
CT的局限性
CT的极限空间分辨率仍未超过常规X线摄影。目前,中档CT机的极限空间分辨率约10LP/cm,而高档的CT机的极限空间分辨率约14LP/cm或以上。常规x线屏,片摄影的分辨率可达7LP/mm~10LP/mm,无屏单面药膜摄影的极限空间分辨率最高可达30LP/mm以上。
CT检查虽然有广泛的适应性,但并非对所有疾病都适合做CT检查,如胃肠道的炎症和溃疡等,CT检查很难发现病变,故还不能取代常规钡餐检查,更不如内窥镜检查。在血管研究方面,CT血管成像(cTA)的图像质量仍不能超越数字减影血管造影(DSA)。多排CT拓展了CT在心脏冠状动脉方面的检查空间,但心脏冠状动脉CT检查常受病人心率和屏气配合的限制,如病人心率超过90次,分或心律不齐,一般不适宜做CT冠状动脉成像检查。若病人不能较长时间屏气或屏气不配合,所做的心脏冠状动脉CT图像大多无诊断价值。CT检查在脊髓、神经系统方面也明显不如磁共振检查。CT检查以形态学诊断为主,功能性检查尚处于发展阶段,不能提供生化方面的资料,当体内的某些病理改变其x射线吸收特性与周围正常组织接近,或病理变化不大时,CT也无能为力。在定位方面,CT对于体内小于1厘米的病灶,常常容易漏诊。在定性方面,CT检查也常受病变的部位、大小、性质、病程的长短、患者的体型和配合程度等诸多因素的影响。
由于硬件结构上的限制,CT只能做横断面扫描,尽管机架能倾斜一定的角度,但基本上也只是倾斜的横断面,而依靠图像后处理方法产生的其他断面图像的影像质量有所降低。随着多层螺旋CT多期扫描的广泛应用,过量x线对受检者的辐射已引起人们的普遍关注,一些部位可首选无辐射的超声或磁共振检查。