第二节　CT成像基本概念

一、像　素

像素（pixel）又称像元，是数字图像的面积单元，或可被视为图像矩阵中的一个小方格。像素也是医学数字图像的最小单位，CT的像素尺寸为0.1～1.0mm。

二、体　素

体素（voxel）是容积采集数字图像的立方体积单元。容积采集中的体素常对应于像素，如将CT层面的厚度视为深度，那么像素乘以深度即为体素。如被成像层面的深度为10mm，像素为1mm × 1mm，则体素为 10mm × 1mm × 1mm。

三、矩　阵

矩阵（matrix）是像素以二维方式排列的阵列，与重建后的图像的质量有关。在相同大小的采样野中，矩阵越大像素也就越多，重建后图像质量越高。目前CT机常用的矩阵是512 × 512，也有个别厂商采用 256 × 256、1024 × 1024 的矩阵。

四、原始数据

原始数据（raw data）是CT扫描后由探测器接收到的信号，经模数转换后传送给计算机，其间已转换成数字信号经预处理后，尚未重建成横断面图像的这部分数据被称为原始数据。通常原始数据经由重建系统处理形成图像。

五、重　建

原始扫描数据经计算机采用特定的算法处理，最后得到能用于诊断的一幅横断面图像，该处理方法或过程被称为重建（reconstruction）或图像的重建。CT有专门用于图像重建的计算机，称为阵列处理器，图像的重建速度是计算机的一项重要指标，也是衡量CT机器性能的一个重要指标。

六、重　组

重组（reformation）一般是利用横断面图像数据重新构建图像，不涉及原始数据处理的一种处理方法。如多平面图像重组、三维图像处理等。由于重组是使用已形成的横断面图像，重组图像的质量与已形成的横断面图像有密切关系，一般要求断层层厚薄、连续、层数多，所以，扫描和重建的横断面层厚越薄、图像的数目越多，重组后的图像质量越高、三维显示的效果越好。

七、重　排

重排（rebinning）是多层螺旋CT扫描图像重建阶段，根据锥形束的形状调整线束角度，是适应标准图像重建平行线束的一个中间处理步骤。

八、卷积核

卷积核（kernel）又称重建函数、重建滤波器或滤波函数，它是一种算法函数。重建函数的选择可影响图像的分辨率及噪声等。在实际使用中，该参数可由操作人员选择。

九、插　值

插值（interpolation）是螺旋CT图像重建的一种预处理方法。其基本含义是采用数学方法在已知某函数两端数值，估计一个新的、任一数值的方法。由于CT扫描采集的数据是离散的、不连续的，需要从两个相邻的离散值求得其间的函数值。目前，单、多层螺旋CT都需采用该方法做图像重建的预处理。

十、部分容积效应

部分容积效应（partial volume effect）：在CT中，主要有两种现象：部分容积均化和部分容积伪影。在一个层面同一体素中，如有不同衰减系数的物质时，其所测得的CT值是这些组织衰减系数的平均值。换言之，在同一扫描层面的体素内，含有两种或两种以上的不同密度的组织时，其所测得的CT值是取层面内所有组织的平均值，这种现象称为部分容积均化。在临床扫描工作中，对小病变的扫描，应使用薄层扫描或部分重叠扫描，以避免部分容积效应的干扰。

同时，部分容积效应在某些特定的部位会产生特征性的表现，如在颅底骨与脑组织的交界处，由于该两种组织的衰减差别过大，导致CT图像重建时计算产生误差，部分投影于扫描平面并产生伪影称之为部分容积伪影。部分容积伪影的形状可因物体的不同而有所不同，一般在重建后横断面图像上可见条形、环形或大片干扰的伪影，部分容积伪影最常见和最典型的现象是头颅横断面扫描时颞部出现的条纹状伪影，又被称为Houndsfield伪影，这种现象也与射线硬化作用有关。

十一、周围间隙现象

在同一扫描层面上，与该层面垂直的两种相邻且密度不同的组织，其边缘部分所测得的CT值不能真实反映各自组织的CT值。同时由于两种组织交界处相互重叠造成扫描射线束的衰减误差，导致了交界处边缘模糊不清，该现象被称之为周围间隙现象（peripheral space phenomenon）。一般，密度高的组织，其边缘CT值比本身组织的CT值低。反之，密度低的，其边缘CT值比本身组织的CT值高。当密度差别小的组织相邻时，图像上的微小密度差别难以辨别。从形成机制而言，周围间隙现象仍属于部分容积效应的一种表现。

十二、阳极热容量和散热率

X线管阳极的热容量大，表示可承受的工作电流大，连续工作的时间可以延长，所以，CT机所用的X线管阳极热容量越大越好。

与X线管性能指标有关的还有散热率，同样散热率越高，阳极的散热越快，连续扫描的能力越强。现代的螺旋CT扫描机，对X线管阳极的要求更高，因为以前的扫描是逐层进行，层与层扫描之间还可用于散热，现今的螺旋扫描一般都要连续扫描几秒甚至几十秒，旋转速度的提高也要求单位时间内剂量输出率要高，所以必须要求X线管有良好的阳极热容量和散热率（heat capacity and diffusion of the tube）。热容量和散热率一般由MHU和kHU分别表示。

十三、动态范围

动态范围（dynamic range）是指探测器线性段最大响应值与最小可检测值之间的比值，在CT中其响应与转换的效率通常与接收器所采用的介质和材料有关。CT探测器中钨酸钙的吸收转换效率是99%，动态范围是1 000 000∶1。

十四、单扇区和多扇区重建

单扇区和多扇区重建（single segment and multi segment reconstruction）目前主要用于冠脉CTA检查。根据雷登（Radon）的图像重建理论，一幅图像重建至少需要180°旋转的扫描数据。目前，不同厂家冠状动脉CT图像的重建分别采用180°加一个扇形角的扫描数据，被称为单扇区重建；采用不同心动周期、相同相位两个90°或120°的扫描数据合并重建为一幅图像称为双扇区重建；采用不同心动周期、相同相位的4个60°扫描数据合并重建为一幅图像称为多扇区重建。单、多扇区重建的目的主要是为了改善冠状动脉CT检查的时间分辨率。

多扇区重建算法的时间分辨率大大提高，结合变速扫描技术应用，也就是根据患者心动周期，调节扫描速度的方式，即扫描速度与心率自动匹配，从而提供最佳的时间分辨率。

十五、过度射线和过扫范围

过度射线和过扫范围（overbeaming and overranging）都与多层螺旋扫描有关。

1.过度射线

过度射线主要是由于多层螺旋扫描使用锥形束（cone beam）射线，使得在每一层横断面重建的原始数据中冗余了一个扇形角射线，尽管在横断面的图像重建中这部分数据可被适当利用，但有时由于螺距的设置和原始数据利用率等问题，使多层螺旋扫描的辐射剂量较非螺旋扫描有所增加。

2.过扫范围

过扫范围是由于螺旋扫描螺旋状的扫描轨迹所需，为适应横断面图像重建原始数据量的要求，必须在一个扫描容积的头尾部分补上适当的扫描范围，以使横断面的重建有足够的原始扫描数据量。过扫范围在单、多层螺旋扫描中都存在，而过度射线主要存在于多层螺旋扫描中，随着探测器阵列纵向宽度的增加，冗余的扇形角和过度扫描的范围趋于增加。

十六、纵向分辨率和各向同性

过去与CT有关的质量参数主要由空间分辨率和密度分辨率表示。笼统地说，空间分辨率主要表示CT扫描成像平面上的分辨能力（或称为平面内分辨率，也有称为横向分辨率，即x、y方向）。在螺旋CT扫描方式出现后，由于多平面和三维的成像质量提高，出现了应用上的一个新概念即纵向分辨率（longitudinal resolution）或称z轴分辨率。纵向分辨率的含义是扫描床移动方向或人体长轴方向的图像分辨率，它表示了CT机多平面和三维成像的能力。纵向分辨率的优与劣，主要涉及与人体长轴方向有关的图像质量，例如矢状或冠状位的多平面图像重组。目前，4层螺旋CT的纵向分辨率约1.0mm，16层螺旋CT的纵向分辨率是0.6mm，而64层的纵向分辨率可达0.4mm。

由于在CT成像范围的3个方向（x、y和z）的分辨率接近或一致，该现象又被称为各向同性（isotropic）。

十七、物体对比度和图像对比度

在X线源成像的方式中，物体对比度（contrast of object）或称为射线对比度是指相邻两个物体之间的X线吸收差异。同样，在CT成像中物体对比度与物体的大小、物体的原子序数、物体的密度、重建的算法和窗的设置有关。CT值大于100HU时的对比度差，称为高对比度；CT值小于10HU时的对比度差，称为低对比度。

图像对比度（contrast of image）是重建后的图像与CT值有关的亮度差（AH）。它与射线衰减后CT值的高低以及接收器亮度的调节有关。

十八、扫描覆盖率

扫描覆盖率（coverage of scaning）与多层螺旋扫描有关，其基本含义是指扫描机架旋转一周探测器阵列覆盖的范围，螺旋扫描时间与覆盖范围的比值被称为扫描覆盖率。一般，所采用探测器的排数越多、准直器打开的宽度越大，扫描覆盖范围越大。扫描覆盖率的大小取决于以下两个因素：一是扫描所使用探测器阵列的宽度，二是扫描机架旋转一周的速度。

十九、灌注和灌注参数

灌注（perfusion）是指单位时间内流经100g组织的血容量。如果时间单位用分钟，血容量单位用ml，那么灌注的单位就是ml/（min·100g）。但是，由于CT检查难以测得人体组织的质量，而测定组织的体积则较容易。所以，影像诊断中灌注的另一种定义方法是，单位时间内流经单位体积的血容量，表示方法为%/min。

组织血流量（blood flow，BF）：单位时间内流经某一体积（V）组织的血容量称为组织血流量，其单位为ml/min。

组织血容量（blood volume，BY）：某一体积组织内血液的含量称为组织血容量，单位是ml，单位体积的含血量称为相对组织血容量（relative blood volume，rBV），它没有单位，常以百分数表示。

平均通过时间（mean transit time，MTT）：指血液流过毛细血管床所需的时间。该时间很短，一般仅数秒钟，那么，组织的血容量除以平均通过时间即为组织血流量。

二十、窗技术

CT发明初期亨斯菲尔德定义的CT值范围为±1000，而目前临床应用CT机的CT值标尺大都被设置为大于2000。常用的CT值标尺如-1024～+3071，则总共有4096个CT值范围。由于人眼识别灰阶的能力有限（一般不超过60个灰阶），包括显示介质（显示器的灰阶设置一般为256个）都无法显示所有CT图像所包含的窗值范围，为了适应人体组织解剖结构显示的需要，通过窗值调节适当显示兴趣区组织的技术被称为窗技术（windowing）或调窗。

窗宽和窗位的调节在CT机中通常受操作台控制，调节窗宽、窗位旋钮能改变图像的灰度和对比度。窗宽增加，灰阶数增加，灰阶变长，显示图像中所包含的CT值也增加，同样小窗宽的显示图像则包含较少的CT值。