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第二节 CT扫描技术概述
一、CT检查的工作程序
关于CT检查的工作程序,各家医疗单位根据实际情况存在许多差异。大体工作流程如下:
1.收到病人的CT检查申请单后,应仔细阅读申请单内容,熟悉病人的病情,了解检查部位与检查要求。按不同检查部位的具体要求,核对申请单内容是否合乎标准,并将申请单补充完整。预约检查时间。
2.病人进入CT扫描间,首先应根据申请单核对病人信息,准确无误后,按被检部位的检查要求摆好体位,根据临床需求选择扫描序列,个性化设置对比剂注射参数和扫描及重建参数,需要病人配合的可提前训练病人,一般先扫描定位像,再进行正式扫描。
3.图像后处理、图像上传网络、胶片打印等工作。
4.CT诊断医生根据网络影像或胶片出具诊断报告。
5.病人领取CT胶片和诊断报告回到临床医生处。
二、扫描前的病人准备工作
CT扫描前病人的常规准备主要有如下几种:
1.提醒病人,增强扫描要求有家属陪同。嘱病人来检查时携带相关的病史资料或化验单,如既往的病历、超声、X线、放射性核素、MR和以前做过的CT检查等相关资料或照片,以备参考。特殊检查的要求需要病人提前做好准备,如空腹、憋尿、肠道准备等。
2.需要做增强扫描的病人应询问其有无过敏、严重哮喘等病史,了解心肾功能,必要时完善相关检查,并记录于检查申请单上,向其解释签署《接受静脉注射碘对比剂知情同意书》的要求。对于部分儿童或神志不清、检查不合作者,使用敷带等协助固定,必要时可在临床医生指导下使用镇静剂。危重病人需要有关医护人员监护。
3.预先让病人了解检查过程,以取得病人的合作,向作胸、腹部CT扫描的病人耐心陈述屏气的重要性,并训练1~2次,直到病人掌握要领为止。
4.扫描前务必除去检查部位的金属饰品、挂件、发夹、衣物上金属挂钩、金属钮扣、金属装饰品、腰带或其他高密度物品等。
5.眼眶CT扫描前嘱咐病人直视前方,闭上双眼,扫描时不眨眼或动眼。
6.喉部CT扫描前嘱咐病人检查过程中不作吞咽动作或咳嗽。
7.胸、腹部,盆腔和胸、腰椎CT扫描者应将双臂上举抱头。
8.腹部、盆腔CT扫描或其他部位需作增强CT的病人,一般于检查前空腹4~6h以上。
9.腹部和盆腔CT扫描者应于扫描前确保已进行良好的胃肠道准备。可适量口服阴性对比剂或稀释的阳性对比剂。盆腔CT扫描前应嘱病人饮水,一般要求憋尿后检查。
三、CT机的操作步骤
CT机的操作步骤主要有如下几步:
1.定位
根据检查部位和CT扫描协议的设定,确定定位在病人正确位置。
2.辅助设备
根据要求合理使用心电门控和高压注射器。
3.扫描
选择相应的扫描协议,曝光。
4.图像处理
根据要求重建、重组影像。
5.胶片打印
合理排版打印胶片。
四、CT扫描常用的方法
CT扫描需根据检查目的选用一种扫描方式,如逐层扫描和螺旋扫描。除螺旋和非螺旋扫描方式外,根据临床检查的目的不同,CT的检查又可有以下一些常用的扫描方法。
(一)定位扫描
定位扫描是正式扫描前确定扫描范围的一种扫描方法。轴扫和螺旋扫描时CT的扫描机架是围绕病人旋转,而定位像扫描时扫描机架在12、9、3、0点钟位置固定不动,只有检查床作某个方向的运动。机架内的球管在12点钟位置时,扫描得到的图像一般是前后或后前(根据病人是仰卧还是俯卧)位的定位像,球管在9或3点钟位置时,得到的是侧位定位像。
定位扫描得到的是类似普通X线摄影的数字化平片,定位相除用于确定扫描层面和范围外,还用于已扫描层面和范围的归档保存。目前,很多CT扫描仪根据定位像进行智能管电压和管电流调制,此时定位像尤其重要。
(二)普通扫描(平扫)
CT的普通扫描即常规扫描又称平扫,是CT检查中用得最多的一种方法,其含义是按照定位像所定义的扫描范围扫描,不注射对比剂,直至完成一个或数个器官或部位的扫描。平扫可采用序列扫描或容积扫描方式。
在常规扫描(平扫检查)中需注意下列一些情况:
1.准确定位。不仅可减少不必要的曝光,同时也可减少病人接受的辐射剂量。
2.作必要的记录。特殊或有诊断价值的某些情况需要随时记录在申请单上,为诊断或下次检查参考。
3.四肢的检查根据临床需要可双侧同时扫描或重建。
4.准确标明体位、方向。因为CT图像中前(A)后(P)左(L)右(R)及头(H)足(F)等的标注是根据病人体位如仰卧、俯卧,及头先进、足先进等由计算机程序自动标注,方位的概念对于诊断来说特别重要。
(三)增强扫描
将水溶性碘对比剂经静脉(如肘前静脉)注入体内并进行CT扫描称为CT增强扫描。其作用是使病变组织与邻近正常组织间的密度差增加,有利于发现平扫未显示或显示不清楚的病变,从而提高病变显示率。注射对比剂后血液内碘浓度增高,血管和血供丰富的组织器官或病变组织含碘量升高,而血供少的病变组织含碘量较低,使正常组织与病变组织之间由于碘浓度差形成密度差,有利于病变的显示和区别。如血管在常规平扫中与软组织密度相仿,注入对比剂后就可清楚地分辨器官或组织内的血管情况。另外,利用血供的情况还可区别肿瘤的良、恶性和较小的病灶。其他如空腔脏器引入对比剂后,可进一步清晰显示被检器官的情况。增强扫描的扫描方式基本上和平扫相同,差别是注射和不注射对比剂,但一般临床上所指的增强扫描,只是指对比剂通过周围血管注入人体内的这一种扫描方法,通过口服对比剂使脏器增强在狭义上不属于增强扫描范围。
1.常规增强扫描
常规增强扫描多采用静脉团注法注入对比剂,即以2~4ml/s的流速注入对比剂60~100ml,需根据病人年龄和体型及临床需求等因素增减流速及流量,延迟一定时间后进行扫描。
2.动态增强扫描
动态增强扫描是指静脉注射对比剂后对兴趣区进行快速重复扫描,有以下几种:
(1)进床式动态扫描:
扫描范围包括整个被检查器官,可分别在血供的不同时期,进行双期和多期螺旋扫描。
(2)同层动态扫描:
是对同一感兴趣层面连续进行多次扫描,测定CT值制成时间-密度曲线,研究该层面病变血供的动态变化特点,鉴别病变性质。感兴趣区的选择是关键。
3.CT血管造影(CTA)
CT血管造影(CT angiography,CTA)是将CT增强技术与薄层、大范围、快速扫描技术相结合,通过合理的后处理,清晰显示全身各部位血管细节并采用三维成像诊断血管性疾病的特殊CT扫描技术。
CTA的优点是:与常规X线血管造影相比,CTA具有无创或微创和操作简便的特点,三维重组显示立体结构清楚,对于血管变异、血管疾病以及显示病变和血管关系有重要价值。
CTA的最大局限性在于部分容积效应(partial volume effect),使相邻结构间发生密度值的传递及边缘模糊,空间和时间分辨力仍不如常规血管造影。
(四)双能量成像
双能量成像利用物质在不同X线能量下产生的不同的吸收来提供影像信息,获得时空上完全匹配的双能量数据,在原始数据空间实现能谱分析,可以提供双能量减影、物质分离、物质定量分析、单能量成像和能谱曲线分析功能。
五、CT扫描的步骤
CT的扫描检查工作大体可分成以下5个步骤:
(1)输入病人的资料:
此项工作在操作台上通过键盘或触摸屏进行(通常有监视器屏幕提示),其包括病人的姓名、性别、出生年月、CT号等;选择扫描方向,是头先进还是足先进;病人的位置是仰卧、俯卧、左侧还是右侧卧;如果是增强扫描,要注明C+,其他特殊扫描方式,必要时也注明。
(2)摆位:
摆体位是将病人准确、舒适地按照检查要求安置在检查床上。安置前首先根据检查的要求确定是仰卧还是俯卧,头先进还是足先进,然后帮助病人躺下,并根据检查的需要采用适当的辅助装置,固定病人的检查位置。如头颅检查采用头颅扫描架,膝关节扫描使用的膝关节托等。按照不同的检查部位升高检查床床面,开启定位指示灯,将病人送入扫描孔内,具体床位视检查部位而异(请参照人体各部位扫描技术),熄灭定位指示灯,并将床位指示复零,此举主要的目的是使扫描时床移动有一个相对固定和易于记忆的参照值。
(3)扫描定位像:
定位也就是确定扫描范围,此举可采用两种方法。一是扫描定位像,根据检查的要求,定位像可以是前后位或侧位,然后利用CT机扫描软件中的定位功能确定扫描的起始线和终止线。这种方法比较直观、准确,目前的CT检查大都采用此法。另外一种方法是在摆体位时,利用定位指示灯直接从病人的体表上定出扫描的起始位置。这种方法节省时间,且可以省去一张定位像,但缺点是定位不如扫描定位像准确。此外,定位像除了确定扫描的范围外,也相当于常规X线检查的一张平片,有一定程度的诊断意义。定位扫描的具体方法是,通过键盘或鼠标等工具选择定位扫描,根据得到的定位像直接在监视器屏幕的图像上,确定扫描的起始线、终止线和范围。
(4)扫描:
扫描是CT检查的主要步骤,目前的CT机大都有轴扫、螺旋扫描和其他的一些特殊扫描功能,具体采用哪种方式,需要操作者在扫描前选定,详细内容和方法参见以后各章节。根据不同的机器,扫描过程还可分为手动方式和自动方式。手动方式即扫描完一层后,需要做下一层的操作选择,每次需按曝光按钮;而自动方式则只需按一次曝光按钮,即可完成整个由定位像确定的扫描范围。扫描的具体步骤是先确定扫描方式,然后选择扫描条件及按下曝光按钮。整个扫描过程中,操作者要密切观察每次扫描的图像,根据需要有时要调整扫描的范围等(如被扫描部位在图像中的位置是否适当等)。
六、CT图像的处理、测量及胶片打印技术
CT的图像后处理包括简单的图像评价处理和二维、三维图像重组处理。
(一)图像评价处理
图像评价处理技术包括CT值、距离、大小和角度等,是图像后处理中很常用的手段。
在CT的诊断中,往往要采用CT值的测量。通过CT值的测量,可知道某一病变的CT值范围,进而推论该病变的性质。在增强扫描中更需要对病变作CT值的测量,通过与平扫时CT值的比较,来确定病变的性质。CT值的测量是诊断中最常用的方法。根据测量的方法不同有单个CT值和兴趣区CT的测量,根据显示方法的不同还有CT值分布图形显示等。
单个CT值的测量最常用和简便,通常是一支CT值测量笔或鼠标的一个点,需要时可随时放在被测量的部位,屏幕上就可显示该处的CT值。但该方法只反应被测量部位某一点的CT值变化,没有整个病灶范围的CT值概况。
兴趣区CT值测量其范围的大小一般可自定,形状通常有圆形或方形,测量个数一至数个不等。根据测量的数目在屏幕上依次显示,其测得的CT值是所定范围内的平均值,并标有标准误差供作参考。兴趣区法CT值测量相对更实用一些,可根据病灶的大小自定义测量范围。
CT值分布图形(profile)也是有用的CT值测量方法。图形显示根据需要可随意选择兴趣区形状,如圆形、椭圆、直线和不规则线,它显示的是所选范围内CT值的概况,并以图示的方法表示,它是一种动态显示,使诊断医师能更直观地了解被测部位的CT值,有助于诊断的确定。
大小、角度和体积的测量同属计算机软件的测量功能。包括面积和体积测量、距离和角度测量、图像的电子放大、图像的滤过和镜像、图像的减影等。在发现病变后,往往要采用测量方法来表示其大小、直径等,为临床诊断提供准确的依据。如肺内发现某一病灶,可采用大小的测量,从而取得准确的数据;脑内出血,可采用体积的测量而计算出准确的出血量。
(二)二维、三维图像重组处理
二维和三维图像重组后处理的重要差别是:二维的多平面重组图像的CT值属性不变,即在多平面重组的图像上仍可采用CT值测量,而三维图像的CT值属性已改变,不能做CT值测量。
1.多平面重组(multi planar reformation, MPR)
多平面重组属于三维图像处理,但显示方式仍为二维。多平面重组的方法是将一组横断面图像的数据通过后处理使体素重新排列,使其在显示屏上能够诊断的需要显示任意方向的二维断面图像。它的显示形式有矢状面、冠状面、斜面和曲面。
曲面重组(curved planar reformat,CPR)是MPR的一种特殊形式,可在一个指定参照平面上,由操作者沿感兴趣器官划一条曲线,并沿该曲线作三维曲面图像重组,从而获得曲面重组的图像。
该方法可使弯曲器官拉直、展开,显示在一个平面上,使观察者能够看到某个器官的全貌。但曲面重组对于所划曲线的准确与否依赖性很大,有时会造成人为的伪像;同时由于存在变形操作,曲面重组图像有时不能真实反映被显示器官的空间位置和关系。
2.表面阴影显示法(shaded surface display, SSD)
SSD法可逼真地显示骨骼系统及增强血管的空间解剖结构,能获得仿生学效果。
SSD方法的优点是:三维效果明显、立体感强;对于体积、距离和角度的测量准确,可实施三维图像操作(例如模拟手术)。
SSD方法的缺点是:由于该法是采用阈值法成像,图像显示准确性受图像处理中分割参数(阈值)的影响较明显;结果图像不能显示物体内部结构,也不提供物体的密度信息。
3.最大密度投影法(maximum intensity projection, MIP)
MIP是按操作者观察物体的方向作一投影线,以该投影线经过的最大密度(强度)体素值作为结果图像的像素值,投影图像的重组结果,低密度的组织结构都被去除。
MIP的主要优点是分辨力很高,组织结构失真少,临床上广泛应用于具有相对高密度的组织和结构。
MIP的主要缺点是相近密度的组织结构在同一投影方向,会产生前后物体影像的重叠。
4.最小密度投影(minimum intensity projection, MinIP)
与MIP相似,其采用的投影运算是对投影线上全部像素点的CT值取最小值运算。用于观察CT值低的组织,譬如空腔性气管的CT值为-1 000左右,则可通过MinIP的方式来观察气管和低密度的肺组织。
5.容积再现三维成像(volume rendering, VR)
VR是采用扫描容积数据的所有体素,并通过计算机的重组直接投影,以二维图像的形式显示。
VR的主要优点是能同时显示空间结构和密度信息,对于肿瘤组织与血管空间关系显示良好。
6.CT仿真内镜(CT virtual endoscopy, CTVE)
CTVE是在CT采集容积数据后,采用表面阴影显示法或容积再现法的三维后处理方法。成像时仿真内镜中假想光线的投影采用透视投影,在受检器官的腔内选择好视点的行进路线,计算机保存一系列显示结果图像,按电影序列反复回放,获得与光纤内镜相仿的效果。
仿真内镜检查的优点是无创性,视点不受限制,能从狭窄或梗阻病变的远端观察。
主要缺点是仿真内镜不能观察病灶的颜色,对扁平病灶不敏感等多种因素可导致伪影。
(三)胶片打印
CT图像是数字图像,软阅读是其最佳诊断方式,但由于各类因素限制,现阶段,CT图像胶片打印在很长一段时期内不会消失,CT胶片打印技术对于病人和临床科室仍具有重要应用价值。
对CT图像的胶片打印技术有以下特点:
1.胶片上要包含一些必要信息,如医疗机构名称、病人身份信息、本次CT检查的扫描参数等。
2.选择合理的窗宽和窗位。常见窗技术有:脑组织窗、骨窗、软组织窗、肺窗、纵隔窗等。
3.胶片上有便于阅读的层面定位标记,如定位像和定位线;有区分增强图像和平扫图像的扫描方法标记;可对病灶标记增强前后的CT值;可根据需要对某些测量值胶片打印。
4.CT胶片打印常采用14英寸×17英寸(1英寸≈2.54cm)胶片。1张胶片上的图像分格有多种,要合理选择分格方式。
5.对于部分后处理图像进行胶片打印时,要满足诊断要求,遵循规范操作,保留或标记必要的信息。