第三节 CT有关概念

一、像素与体素

像素（pixel）是构成CT图像的基本单位，像素是一个二维概念，所以是没有“厚度”的。根据CT成像原理，用每个体素对X线的吸收系数来代表它的图像信息，并变换成各组织的CT值，这就构成了平面图像的像素，不同灰度的像素按矩阵排列构成CT图像。像素的数目取决于矩阵，矩阵越大，像素的数目越多，像素越小，图像越细腻清晰，反之亦然。像素的大小决定CT图像的空间分辨率，像素越小，空间分辨率越高，图像越清晰。

体素（voxel）是被检查体像素所对应的体积单位，体素是三维概念，是有厚度的，是指象素所对应的单位体积。CT图像实际上是受检体某一部位有一定厚度的体层图像，图像所对应的层厚即体素的厚度，假定将受检体所在的接受扫描层面分成按矩阵排列的若干个小的长方体，以一个CT值综合代表每个长方体的物质密度，这些小长方体即为体素。体数的划分事实上是对受检体所在的接受扫描层面的划分，在MSCT中，采集的体素大小可达0. 5mm×0.5mm×0.5mm。

简言之，CT图像是由许多按矩阵排列的像素构成，即像素是体素的成像表现，体素的坐标信息和吸收系数信息由对应的像素来表达。像素是一个二维概念，没有“厚度”，体素是一个三维的概念，有一定厚度。

二、矩阵

矩阵（matrix）是一个数学概念，是指构成图像的每一行与列的像素数目，也即是受检层面组织衰减系数的分布图，表达的是像素的多少问题，像素的大小、多少通过矩阵来反应，如受检体某一部位的矩形面积内有100行像素和100列像素，则此矩形面积的矩阵为100× 100。CT图象矩阵在行和列两个方向通常是一致的，如256×256，但也可以不同，如192×256。矩阵有两个技术指标，一是矩阵的大小，一是矩阵中数字的精度。

根据CT成像原理可知：有两种意义的矩阵，即重建矩阵与显示矩阵。重建矩阵是计算和重建图像的依据，显示矩阵是重建矩阵在图像平面上的反映，显示矩阵中的每个元素即为像素。目前多数CT图像的重建矩阵为512×512，而显示矩阵一般稍高，可达到1024× 1024。当图像面积一定时，构成CT图像的矩阵越大，像素就越小，图像就越清晰，但在其他条件不变的情况下会降低密度分辨率。

三、分辨力

分辨力（resolution）是判断CT性能、评价CT图像质量的重要指标之一，分为密度分辨力、空间分辨力与时间分辨力。

密度分辨力（density resolution）又称低对比分辨力，是指能分辨两种组织之间最小密度差异的能力。密度分辨力与光子数成正比，光子数越高，分辨组织密度差别的能力越强。噪声和信噪比是影响密度分辨力的重要因素，密度分辨力还受显示物的大小所制约，显示物越大，密度分辨力越佳。分辨力表示方式为%,mm, Gy，例如：某CT设备的分辨率为0.5 %, 5mm,0.05Gy，是指在病人接受射线剂量小于0.05Gy时，直径5mm的物体密度差别大于0.5%时该设备可以分辨。

空间分辨力（spatial resolution）又称高对比分辨力，是指在保证一定的密度差前提下，分辨最小物体空间几何尺寸的能力，即显示最小体积病灶或组织结构的能力，其能力与像素和X线光子成正比。影响空间分辨力的主要因素为探测器的几何尺寸、探测器之间的间隙和总的原始数据量，此外，重建算法也是影响空间分辨力的重要因素。由此可知，空间分辨力与像素的大小密切相关，像素越大，数目越少，其空间分辨力越低；反之，像素越小，数目越多，其空间分辨力越高。空间分辨率以LP/cm来表示，即能分辨每厘米内的线对数量，分辨的线对数越多，空间分辨率越高。

同时提高空间分辨力与密度分辨力，可明显提高图像质量，但是空间分辨力与密度分辨力是相互制约的关系。像素小，数目多，空间分辨力虽然提高了，但每个单位容积所获得的光子数却按比例减少，使得密度分辨力下降，导致密度差异较小的组织难以显示。CT的密度分辨力明显高于普通X线图像，但空间分辨力却低于普通X线图像。

时间分辨力（temporal resolution）是指单位时间内设备所能采集图像的帧数，采集帧数越多，时间分辨力越高。时间分辨力通常用以研究人体活动器官的功能，即器官在不同时刻的活动状况，如人体注射对比剂后，在不同时间内对某一组织的某些层面连续扫描，则可得到该器官随时间改变的灌注图像，这就是CT图像的时间分辨力的表现形式。时间分辨力包括两项参数：扫描时间及扫描效率。扫描时间越短越好，这有利于减少病人移动或不自主活动造成的伪影；扫描效率指单位时间内可以扫描的量，这对于动态增强扫描及控制身体的运动特别有意义。时间分辨力与X线管热容量、采集时间、重建时间、显示方式等有关。时间分辨力在大范围扫描、增强扫描、血管成像、血流灌注等方面具有重要意义。

四、CT值

CT值（CT value）反映的是X线的衰减系数，X线穿过人体的物理过程中，组织的密度是由组织对于X线的衰减系数来体现的，各种不同组织对X线有不同的衰减系数。国际上将CT值定义为每个像素所对应的物质对X线的线性平均衰减量。临床实际使用中，人们更为关注的是组织间的密度差异，而不是密度的绝对值，因此引入了相对CT值的概念，即不直接使用衰减系数而是用不同组织相对于水的衰减系数的比值来表示。计算公式为：（所测组织的衰减系数-水衰减系数）÷水衰减系数×1000，即为该组织的相对CT值。为纪念Hounsfield对CT技术的贡献，CT值的单位用HU表示。水的CT值为0HU，人体内密度不同的各种组织CT值位于-1000～+1000HU的2000个分度之间。最低密度定为-1000HU，最高密度定为+1000HU。

组织密度越大，CT值越高，如骨皮质CT值最高；组织密度越小，CT值越低，如脂肪为负值，高于-100HU，空气密度最低，为-1000HU。一般脑灰质35HU左右，脑白质30HU左右，肝脏50～65HU左右，脾低于肝10HU左右，肌肉40HU左右，坏死组织根据坏死程度CT值20～30HU，如果坏死液化，CT值可低于10HU。因此，根据CT值可以推测出不同病变组织成分，对CT诊断具有重要参考价值。但CT值只是相对数，受设备性能与状态、扫描条件、邻近组织密度等因素影响而有所变化，必须正确判断，综合分析。

五、窗宽与窗位

人体组织密度差别很大，CT值最大与最小相差可达2000HU范围，而人眼只能分辨16个灰阶，2000÷16=125HU，亦即人眼能分辨的相邻两个灰阶间的CT值差为125HU，当两种组织间的CT值差别小于125HU时，则人眼不能分辨，这就给辨别病变带来困难。如果CT值必须达到125HU才能分辨，那将几乎失去其意义，因为脑组织和脑室CT值仅相差40HU左右，血肿与正常脑组织也仅相差数十HU，如果连血肿与脑组织、脑组织与脑室都不能分辨，显然无法达到目的。为了弥补人眼低灵敏度之不足，使差别小的两种组织能被分辨，我们引入了“窗口”技术，即以感兴趣组织为中心对CT值范围进行分段观察，这就是适当的窗宽与窗位。

窗宽（window width, WW）是指为最佳显示感兴趣组织结构而设置的CT值范围，亦是图像上16个灰阶内所包含的CT值范围，在此范围内的组织均以不同的模拟灰度显示，CT值高于此范围的组织均显示为白色，CT值低于此范围的组织均显示为黑色。如观察腹部组织窗宽常设置为200～300，如设为200，则可分辨的CT值为200÷16=12.5HU，有利于为人眼所分辨。

窗位（window level, WLL）又称窗中心，即图像灰阶中心点的CT值，为窗宽上、下限CT值的平均数，这一中心点就是我们感兴趣组织结构。如窗宽选择为200HU，窗位选择为0HU，则以窗位的0HU为中心，向上、向下各包括100HU，在-100和+100HU范围内的组织结构均可为我们人眼所分辨。

窗宽的宽窄影响图像的清晰度与对比度，窗宽越宽，密度差别较小的组织越难以分辨，窗宽太窄，又影响对密度区别较大组织的观察。而窗位的高低影响图像的亮度，太高时低于其值的组织变黑，太低时高于其值的组织过亮，均不适宜对组织密度的分辨。所以必须根据不同检查部位和检查的目的选择适当的窗宽、窗位，以充分显示兴趣区组织结构，比如胸部CT分别以宽的窗宽和低的窗位观察肺组织、肺内较低密度病变，较窄的窗宽和较高的窗位观察纵隔、肺内较高密度病变（图1-3-1）。

六、螺距

螺距（pitch）这一概念仅见于螺旋CT，由于螺旋扫描方式，球管旋转扫描的同时，检查床同时移动，但移动的距离不一定与层厚相等，可能等于、也可能大于或小于层厚。最初我们将螺距定义为球管旋转一周检查床推进的距离（mm）与扫描层厚（mm）的比值，当每旋转一周检查床进床距离与扫描层厚一致时螺距为1，进床距离大于扫描层厚则螺距大于1，反之则小于1。

单层螺旋CT的层厚与准直器宽度相同，但随着多层螺旋CT的问世层厚与准直器宽度在2、4、6、8、16、40、64层等多层螺旋CT间有很大不同。为便于比较和表述，将螺距新定义为：螺距=每360°床移动的距离/准直器宽度。螺距大于1，即检查床移动距离大于准直器的宽度，可在相同扫描时间内增加扫描范围，或者是在相同的扫描范围内缩短扫描时间，但扫描层面所获得的数据减少，影响图像质量；螺距小于1，即检查床移动距离小于准直器宽度，相当于每层面有部分重叠扫描，即可以增加扫描原始数据资料的采集量，从而提高图像质量，但是增加了病人的X线量和扫描时间。实际应用中，大范围扫描通常螺距选择1或大于1，小范围或精细器官扫描通常螺距选择1或小于1。

七、部分容积效应

虽然像素是构成二维CT图像的基本单位，但与像素相对应的体素有时并非由一种密度组织构成，当同一个体素内含有两种以上组织成分时，该体素的CT值不能反映其中的任意一种，而是其平均CT值，这种现象称之为部分容积效应（partial volume effect）。显然，部分容积效应与CT扫描层厚和被检组织周围的密度有明显关系，直接影响到CT值的客观性。当病变小于扫描层面厚度时，所测得的CT值是病变组织和邻近组织的平均CT值；若病变组织的密度高于周围组织的密度，测得的CT值比病变实际CT值低；若病变组织的密度低于周围组织的密度，测得的CT值比病变实际CT值高。尤其是密度相差较大的相邻组织，如肺内小节结，密度应为30HU左右，但常规厚度扫描常常测量为负值。再如肝、肾小囊肿，CT值应接近0HU，但有时可能测出10HU以上（图1-3-2）。因此，在临床中必须注意小于扫描层厚的病变，评价其CT值时，要考虑到部分容积效应的影响，克服的办法是采用薄层扫描，至少对兴趣区是如此，可以减少部分容积效应对CT值的影响。

八、噪声

在CT成像中，如果被扫描的是均匀材料的物体，在任意特定区域内测量其CT值，就会发现该区域内的CT值不是一个固定值，而是围绕着某一平均值上下随机分布，这种随机分布的现象是由成像系统产生的噪声所致。根据国家标准，噪声（noise）被定义为：在均匀物质的影像中表示给定区域的各CT值对其平均值的变化的量。该量值用给定区域CT值的标准偏差表示。利用标准偏差可以衡量成像系统总体的噪声水平。

图像的噪声是评价图像质量的重要参量之一，在CT成像过程中，有许多数值变换和处理过程会形成图像的噪声，影响图像的质量，这些噪声被概括为扫描噪声与组织噪声两大类（图1-3-3）。

扫描噪声是因为透过受检体到达探测器的X线光子数量不足，使光子在矩阵内各像素上的分布不均，导致密度相等的组织在图像上的各点CT值不相等的现象。扫描噪声主要与管电流和扫描时间有关，因此，必须根据受检体的组织厚度和密度来选择毫安量。增加毫安量即可降低图像的噪声，同时也增加了图像的信息量，提高了图像的密度分辨力；反之，降低毫安量则导致曝光量不足，致使探测器接收的光子量不足，从而降低了图像的密度分辨力。故当受检体较厚或组织结构重叠较多时，应增加毫安量；当受检体较薄或病变较小时，为了降低图像的噪声，在采用薄层扫描的同时，亦应增加毫安量。一般认为，曝光量每增加4倍，图像的扫描噪声减少一半；扫描时间每增加1倍，其信息量增加1倍。

组织噪声是由受检体各种组织平均CT值差异引起的，即相同组织的CT值常在一定范围内变化，而不同组织的CT值可以相同。此外，电压的变化亦可影响CT值的恒定。

噪声是所有CT图像中均存在的，只是或大或小。噪声的大小与图像质量呈负相关，其形成原因很多，探测器的转换效能、X线使用剂量、X线管的新旧、图像矩阵、各种重建参数的选择等都可影响到噪声的大小。如探测器转换率越高噪声越小，X线剂量越高噪声越小，X线管衰老噪声增加，图像矩阵越大噪声越小，空间分辨力越高噪声相应增加等等。噪声较大会影响CT图像质量，甚至影响CT诊断，应尽量减少不利噪声。

噪声是影响图像质量的重要因素，而且总的来讲是负影响，但也要正确对待，如增加射线剂量可以降低噪声，但病人接受的射线量也相应增加；提高图像矩阵可以降低噪声，但也会降低空间分辨率；骨重建模式会增加噪声，但适合观察骨质结构，提高骨小梁清晰度；薄层扫描可以提高病灶检出率，减少部分容积效应，但同时也会增加噪声，等等，必须正确评价与应用，克服其不足，容忍其一定的存在。

在实际工作中，我们当然会尽量减少噪声，尤其是只有负面影响而没有正面效益的噪声，如保养好设备，充分运用校正软件，使设备各种参数处于最佳状态；选择适宜矩阵，兼顾空间分辨力和密度分辨力（一般用512×512矩阵）；在保证图像质量的前提下，尽量使用较低射线剂量；正确使用好各种设备中的降噪软件，通过软件减低噪声等等。

九、伪影

伪影（artifact）是指在扫描或信息处理过程中由于设备或受检体的原因而产生的一些与受检体组织结构无关的各种不同类型的异常影像。伪影产生的原因包括：设备结构性因素（如颅底射线硬化伪影，图1-3-4C）、设备故障性因素（如探测器、准直器故障造成同心圆或条纹状伪影，图1-3-4A、B）、异物伪影（如体内、外金属或其他高密度物质引起的放射状伪影，图1-4-4D、E）、运动性伪影（如病人不自主运动、不能配合屏气形成的伪影，图1-3-4F）等等。

伪影影响图像质量，甚至影响病变的分析诊断，切忌在伪影多的图像上做诊断或测量CT值。应尽量避免伪影的出现，如设备故障性伪影，及时的维修、保养设备可以避免；设备结构性伪影，通过适当调整扫描条件及层厚可以减少其影响；于扫描前向病人解释配合检查的必要性，可以减少运动性伪影；CT检查前一周内不作钡餐检查，可以避免此类肠道伪影；认真做好扫描前的准备工作，可以排除体外异物伪影等等。同时，应正确认识各种伪影的表现，查明伪影形成的原因，诊断时注意与病变相鉴别，避免不必要的误诊。

十、平扫、增强与特殊扫描

1．平扫（plain scan）

不使用对比剂而直接进行的扫描称为平扫，通过组织自身密度差别反映组织结构及组织生理、病理密度变化，大部分病人平扫即可（图1-3-5A）。扫描方式一般为轴位扫描，部分部位可以使用冠状位方式扫描，如蝶鞍、眼眶、鼻旁窦、乳突、踝关节等。活动性脏器检查需屏气后扫描，不能配合的儿童需使用镇静剂，胃肠道检查应进行适当准备。

2．对比增强扫描（contrast enhancement scan）

由于病变组织与相邻组织密度差别小未能或不能很好显示，以及为了了解病变血供情况、良恶性的鉴别等，将对比剂经静脉引入人体后进行的扫描称之为增强扫描。注入对比剂后，病变组织碘含量增高，X线吸收系数增高，图像显示密度增加时称之为强化，反之则称为无强化。增强扫描其血液内碘浓度增高，血管与血供丰富的组织器官或病变组织碘含量亦高，血供少的病变组织碘含量则较低，导致正常组织与病变组织之间碘的浓度差别而形成密度差，从而发现平扫未被显示或显示不清的病变，同时根据病变的强化特点，有助于病变的定性（图1-3-5B）。

通常使用电动自动压力注射器经肘浅静脉注入对比剂80～120ml，并根据需要选择注射时间、剂量与速度。根据注射对比剂后扫描方法的不同，有多种增强扫描方式可供选择：

（1）常规增强扫描。采用静脉团注法，以2～3 ml/s的速率注入对比剂后，按预先设定的范围、层厚进行扫描。本法操作简单，增强效果较好，一般能满足日常诊疗工作需要，但不能观察强化过程的动态变化。

（2）动态增强扫描。采用静脉团注法注入对比剂后，在短时间内对感兴趣区进行快速连续扫描。动态扫描分为进床式动态扫描和同层动态扫描两种。前者扫描范围包括整个被检查器官，以发现病灶为主要目的；后者指在同一感兴趣层面连续进行多次扫描，获取时间密度曲线，观察该层面病变血供的动态变化特点，研究病灶的强化特征，鉴别其性质。

（3）双期与多期增强扫描。用于螺旋CT，定位扫描后，设定增强扫描的范围以及双期或多期增强扫描的开始时间，设置完成后，经静脉团注对比剂，根据被检查器官的血供特点，分别于强化的不同时期对被检查器官进行两次或多次完整的螺旋扫描。肝脏的增强扫描一般含动脉期、门脉期和/或平衡期，肾脏增强双期系指肾皮质期和肾实质期扫描，多期系指双期扫描完成后加行第三次扫描，即肾排泄期扫描。双期与多期扫描能更有效地发现小病灶并了解被检查器官及病灶的强化特点，提高病灶的检出率与定性能力（图1-3-6B、C）。

（4）延时增强扫描。是指一次大剂量注入对比剂后，根据需要进行的除动、静（门）脉期、平衡期等多期扫描以外的延后扫描。延迟扫描有助于疾病的定性诊断，如肉芽肿的持续强化，血管瘤的延迟充盈等，有时延迟扫描时间达15min甚至30min（图1-3-6D）。此外还有特殊情况下的延时增强扫描，一次大剂量注入对比剂4～6h后的增强扫描，主要用于肝脏检查，静脉注入对比剂数小时后，正常肝实质及其周围的微细胆管的CT值约提高10～20HU，而病变的肝组织不具备这种吸碘和泌碘的功能，其密度低于正常肝，致使病变与正常肝之间的密度差增大，使平扫和常规增强扫描中呈等密度的病灶於延时增强扫描后表现为相对低密度，提高了肝脏小病灶的检出率。

3．特殊扫描（special scan）

特殊扫描有不少方法，如为观察微小病变、显示病变的细微结构、检查较小器官而进行层厚1～3mm左右的薄层扫描（图1-3-7）；为减少部分容积效应而进行层面间隔小于层厚的重叠扫描，如使用3mm层厚，1mm间距；为了解使用对比剂后组织器官对比剂浓度变化而对兴趣区持续（位置不动）扫描的动态扫描；局限于小的器官（如内耳）或小范围组织（如垂体、肾上腺）进行的靶扫描等等（图1-3-8），这些不同于日常的常规扫描方法通称为特殊扫描。