CT扫描技术
一、CT装置概述
1．CT的发明和诞生
CT是计算机断层摄影术（computed tomography，CT）的简称。自伦琴（Wilholm Conrad Roentgen）1895年发现X线以来，CT的发明是医学X线诊断方面最重要的突破。
对CT的研究可追述到1967年。那时，Godfrey。N。Hounsfield在英国EMI公司实验研究中心从事计算机和重建技术研究工作。Hounsfrield在研究模型识别技术时认识到，如果X线从各个方向通过一个物体，并且对所有这些衰减的X线作测量，那么就有可能得到这个物体内部的信息。并且，该信息可用图像的形式提供给放射诊断医师。
经过大家实验与研究，终于在1971年9月，第一台CT扫描机研制成功，并安装于Atkinson-Morley医院，在Ambrose医生的指导下做临床实验。当时，每一幅图像的处理时间约20分钟左右，后来，借助微处理器使一幅图像的处理时间减少到4.5分钟。CT的临床实验获得了成功。
1972年4月，Houndsfield和Ambrose一起，在英国放射学研究院年会上宣读了关于CT的第一篇论文。同时在年会上宣告EMI扫描机诞生，同年11月，在芝加哥北美放射年会（RSNA）上也宣读了他们的论文。
由于他们的成就，Houndsfield于1972年获得了与工程学诺贝尔齐名的McRobert奖。1979年Houndsfield和在塔夫茨大学从事CT图像重建研究工作的Cormack教授一起，获得了诺贝尔医学生理学奖。
1974年，美国George Town 医学中心的工程师Ledley设计出了全身CT扫描机，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。
2．CT的临床应用
CT除了在工业上的应用以外，主要用于医学影像学对疾病的诊断。在影像学的检查中，CT 有检查几乎可包括人体的任何一个部位。
（1）在常规的CT检查中，由于CT的密度分辨率高，它可以分辨人体组织内微小的差别，使影像诊断的范围大大扩大，以前常规X线检查无法看到的如软组织等，CT都能显示。（2）在增强的CT检查中，CT除了能分清血管的解剖结构以外，还能观察血管与病灶之间的关系，病灶部位的血供和血液动力学的一些变化。
（3）利用CT计算机软件提供的标尺可进行距离测量等。CT还可作人体多个部位的穿刺活检，其准确性也优于常规X线透视下定位穿刺。
（4）CT还有助于放射治疗计划的制订和治疗效果的评价。根据病变组织的X线吸收衰减值和计算软件，能把放射线集中至病变部位并使放射线量均一，使患者得到更恰当、更合理的治疗。
（5）利用X线的衰减，CT还可作各种定量计算工作，如CT值。在老年骨质疏松患者中，利用X线的衰减及计算，可测量人体内某一部位的骨矿含量情况，通过对心脏冠状动脉钙化的测量，还可有助于临床上冠心病的诊断。
（6）利用CT的三维成像软件，CT还可作人体某些部位的三维图。如颅骨和颌面部，为外科制订手术方案和选择手术途径提供直观的影像学资料，该方法尤其适合颌面部的整形外科手术。
3．CT的优点和局限性
CT与常规的影像学检查手段相比，主要有以下3个方面的优点。
（1）真正的断面图像
CT通过准直系统的准直，可得到无层面外组织结构干扰的横断面图像，与常规X线体层摄影比较，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。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建，获得诊断所需的多方位（如冠状面，矢状面）的断面图像。
（2）密度分辨率高
除了磁共振检查外，CT与常规影像学检查相比，它的密度分辨率最高。其原因是：第一，CT的X射线束透过物体到达检测器经过严格的准直，散射线少；第二，CT机采用了高灵敏度的、高效率的接收器；第三，CT利用计算机软件对灰阶的控制，可根据诊断需要，随意调节适合人眼视觉的观察范围。一般CT的密度分辨率要比常规X线检查高约20倍。
（3）可作定量分析
CT能够准确地测量各组织的X射线吸收衰减值，通过各种计算，可作定量分析。
CT虽然极大地改善了诊断图像的密度分辨统治，但由于各种因素的影响，也有其局限性和不足。
首先是极限分辨率仍未超过常规的X线检查。目前，中档的CT机其极限分辨率约10LP/cm，而高档的CT机其极限分辨率约14LP/cm或以上。常规X线摄影的增感屏摄影其分辨率可达7~10LP/cm，无屏单乳剂膜胶片摄影，其极限分辨率最高可达30LP/cm以上。
其二，CT虽然有很广的应用范围，但也不是所有脏器都适合CT检查。如空腔性脏器胃肠道的CT扫描，就不如常规X线检查，更不如内窥镜。由螺旋CT扫描的CT血管造影（CTA），目前，其图像质量仍不及常规的血管造影。
其三，CT的定位、定性诊断只能相对比较而言，其准确性受各种因素的影响。在定位方面，CT对于体内小于1cm的病灶，常常容易漏诊。在定性方面，也常受病变的部位、大小、性质、病程的长短、病人的体型和配合检查等诸多因素的影响。
其四，CT的图像基本上只反映了解剖学方面的情况，几乎没有脏器功能和生化方面的资料。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时，或病理变化不大，不足以对整个器官产生影响，CT也无能为力。
（一）CT机的工作原理和基本结构
1．CT机的工作原理
CT机是通过X线球管环绕人体某一层面的扫描，测得该层面中点吸收X线的数据，然后利用计算机的高速运算能力及图像重建原理，求得该层面的横断面或冠状面的图像。在计算机的控制下，由X线发生器产生X线。X线从X线管发出先经准直器准直后，以窄束的形式对人体的某一层面从不同的角度进行照射，透过被照体的射线被探测器接收，并由探测器进行光电转换，而后通过模娄转换器作模拟信号和数字信号的转换，再交由计算机作图像重建，重建后的图像由数模转换器转换成模拟信号，最后以不同的灰阶形式在监视器上显示，或输送给多幅照相机摄制成照片。
现代CT技术的激光照相，在计算机重建图像后，不经数模转换器，其数字信号直接输入激光相机摄制成照片。
2．CT机的基本结构
典型的CT设备，其硬件的基本结构包括有：
（1）扫描机架系统；（2）扫描检查床；（3）X线系统；（4）数据收集系统；（5）计算机和阵列处理机（AP）；（6）操作台及图像显示系统；（7）多幅照相机；（8）外围附属设备。3．各代CT机的主要特点
CT自70年代问世以来发展很快，根据其发展的时序和构造性能，大致可分成5代，现将各代CT机的主要特点分述如下。
（1）第一代CT扫描机
第一代CT机为旋转--平移扫描方式，多属头颅专用机。X射线管是油冷固定阳极，扫描X射线束为笔形束，探测器一般是2~3个。扫描时，X射线管和探测器环绕病人作旋转和同步直线平移运动，X射线管每次旋转1度，现时沿旋转反方向作直线运动扫描。下一次扫描，殖民地旋转1度并重复前述扫描动作，直至完成180度以内的180个平行投影值。这种CT机结构的缺点是射线利用率很低，扫描时间长，一个断面需35分钟。
（2）第二代CT扫描机
第二代CT机仍为旋转—平移扫描方式，与第一代CT机相比没有本质上的差别。扫描X射线束由笔形为5°~20°的小扇形束，探测器增加到3~30个,平移扫描后的旋转角度由1度提
高到扇形射线束夹角的度数,扫描的时间缩短到20~90秒。但第二代CT机由于作了一些小的改进，与第一代CT机相比，如缩小了探测器了孔径、加大了矩阵和提高了采样的精确性等，使图像质量有了明显泊改善。
（3）第三代CT扫描机
第三代CT机改变了扫描方式，为旋转—旋转方式。X射线束是30~45度较宽的扇形束，探测器数目增加到300~800个，扫描时间进一步缩短到2~9秒或更短。所谓的旋转—旋转方式是X射线管作360°旋转扫描后，X线管和探测器系统仍需反向回到初始扫描位置，再作第二次扫描。近年发展的螺旋CT扫描方式，其基本结构仍归类为第三代CT机，但它采用了滑环技术，取消了往复式的旋转，是单向的连续旋转。
（4）第四代CT扫描机
第四代CT机的扫描方式只有球管和旋转。X射线束的扇形角比第三代CT扫描机更大，因此也减少了X线球管的负载，使扫描速度可达1~5秒。这一类的CT机具有更多的探测器，可达600~1500个，全部分布在360°的圆周上。扫描时，没有探测器运动，只有球管围绕病人作360°的旋转。由于第三代CT机的探测器在性能不稳定时易产生环形伪影，而采用了第四代的设计，但随着第三代CT机探测器稳定性的提高，并在软件上采用了相应的措施后，第四代CT机探测器数量多且在扫描中不能充分发挥作用，相对于第三代CT机它已无明显的优越性。
（5）第五代CT扫描机
第五代CT扫描机又称电子束CT,它的结构明显不同于前几代CT机。它由一个电子束X射线管、一组由864个固定探测器阵列和一个采样、整理、数据显示的计算机系统构成，它有一个电子枪、偏转线圈和处于真空中的半圆形钨靶。扫描时，电子束沿X射线管轴向加速，电磁线圈将电子束聚焦，并利用磁场使电子束瞬时偏转，分别轰击4个钨靶、扫描时间为30、50、和100ms。由于探测器是排成两排216度的环形，一次扫描可得两层图像；还由于一次扫描分别轰击4个针对面，故总计一次扫描可得8个层面。
正确了解和熟悉掌握CT机的主要技术性能指标，除有助于日常工作外，对于按本单位的实际情况选择合适的CT机是很重要的。
CT机的主要技术指标包括有以下内容：
（1）扫描时间，重建时间与周期时间
一般CT设备有几种扫描时间供选择。如1秒，2秒，四秒等。减少扫描时间除可缩短检查病人时间，提高效率外，它是减少病人运动伪影的一个重要措施。重建时间是指阵列处理机（AP）用原始数据重建成显示数据矩阵所需要的时间。重建时间短可以及时看到图像，有利于修正或补充扫描方案。重建时间与重建的矩阵有关。矩阵大，所需重建时间长。AP的运算速度与内存容量又是影响重建时间的重要因素。
对病人的某一层面扫描开始，经重建，显示直到拍片完毕，这一整个过程所花费的时间称周期时间。由于目前CT机中的计算机都有并行处理功能，所以在第一层面扫描后的重建尚未结束，第二层面的扫描就可以开始进行。所以，周期时间明显缩短，而不再是扫描时间与重
建时间之和。
（2）扫描方式
有旋转/旋转；低压滑环；低压滑环的螺旋扫描；高压滑环的螺旋扫描；球管旋转，探测器固定；低压滑环，探测器固定的等方式。
（3）有效视野
不同CT机有效视野的大小不同，有的只有一个视野，有的设有几个视野供选择。视野大小一般有18，24，30，40，50不等。凡固定一个视野的其大小均在40~50cm左右。
（4）机架孔径
机架孔径越大越好。它影响着机架的倾角，一般CT机的机架孔径在600~720mm范围。（5）断层厚度
一般在1~10mm之间，机内往往设定几组数值供选择。
（6）重建矩阵
矩阵的大小决定着图像的分辨率，有256×256,340×340,512×512,768×768,1024×1024不等.以512×512,1024×1024为多见。
（7）显示矩阵
为了改善图像质量，在一台机器内，显示矩阵一般稍大于重建矩阵。
（8）硬磁盘容量
磁盘容量大小决定着对图像数据的存储量。一般在100到数百个兆比特（Mb）。
（9）高对比分辨率
它表示CT机在高对比情况下，对物体空间大小（几何尺寸）的鉴别能力。该指标有两种表示方式。即线对/cm(LP/cm)和线径/mm(mm/mm)。
（10）探测器数目
总的来讲，探测器的数目越多，扫描时间就越短，且收集的数据也越多，它直接影响着图像质量的高低。
（11）球管热容量
X线球管的热容量大，表示承受的工作时间电流大，连续工作时间可延长。
所以CT机所用X线球管的热容量越大越好。表示单位有KHU和MHU。
（12）球管焦点
在CT扫描成像过程中，焦点小仍可提高图像质量。CT所用X线球管有单焦点和双焦点两种。除上述例举的指标外，还有机架倾角、管电压、管电流、探测器种类、机器功率、安装面积、机房温度要求等指标。掌握了这些技术指标，有利于对每台CT机的性能进行比较评估或选购。
（三）CT机的安装与使用
1．CT机房的设计与布局
CT机房的设计与布局除考虑机器安装的需求外，还需注意下述一些要求。
（1）CT机房的设计与布局应考虑能充分发挥CT机各部件的功能。
（2）CT机房的设计与布局应使正常工作（包括病人的检查）便于进行。
（3）CT机房的设计与布局应充分利用有效的空间。
（4）严格地按照防护的要求设计射线的防护。
2．CT机房的工作环境。
CT机是高科技的产物，内部装有计算机系统和大量精密的元器件，对工作环境有较高的要求。（1）温度
CT机在工作时会产生大量的热量，过高的温度可能损坏某些元器件；在冬天，室内的温度过低会使计算机工作不正常，甚至无法工作。所以，CT机房内应配备空调设备，以保持机房内温度的恒定。一般，CT机房和计算机房的温度凡例18~22℃为宜。
（2）湿度
CT机房的工作环境要求保持一定的相对湿度。湿度过小会使某些元件和材料结构变形并易产
生静电，影响CT机的正常工作。湿度过高会导致元器件性能变化和精密机械部件生锈。CT 机房要特别注意室内温度的突然变化，因为温度的突然变化会使水蒸汽凝聚在电气元件的表面，从而影响CT机的正常工作。在我国南方等一些潮湿的地区，应安装除湿机。CT机房的相对湿度应保持在40%~65%为宜。
（3）防尘
防尘是电气设备的共同要求。灰尘附着于元器件的表面，既影响元器件的散热又影响它的电气性能。尤其是磁盘机，它必须要有一个清洁的工作环境。
（4）电源
CT机不仅要求提供足够大的电源功率，而且要求电源的工作频率稳定。因为，电源电压和电源频率波动超过允许范围，会妨碍CT机的正常工作，甚至还可能造成故障。为确保CT机的正常工作，CT机的供电应采用专用变压器、专用电源和专用线。有可能还应安装一台交流电源及过压保护装置。
3．CT机的安装与调试
CT机的安装须注意以下一些问题。首先是开箱检查。开箱检查时要对照装箱单清点装箱的内容，核对名称、数量无误，检查有无元器件的损坏。开箱工作一般在机房外进行，避免将灰尘带入机房。对一些须避免震动的重要器件要小心搬动，避免不必要的损坏。其次是各部件的放置应事先安排尽量一次到位，以免在多次搬动中造成损坏。第三要检查电源电压、频率、功率是否符合设备的要求，电缆槽和各联线的安排是否合理。机器安装和接线完毕，在通电前应检查接线是否有误等，以确保开机的安全。
CT机的调试工作基本都由软件来完成。调试的内容包括：X线的产生、探测器信号输出、准直器校准、检查床运行、图像显示系统和照相机的调试等。上述调试完成后可利用机器附带的测试体模进行水模测试。水模测试主要是测试横断面照射野范围内射线剂量的均匀一致性和CT值的准确性。照射剂量一致性的测试目前通常由CT机附带软件完成，其要求是在圆形水模的图像中间和四周（中心及偏离水模边缘1cm的12，3，6和9点钟位置）各设置一个测试区。照射野范围内射线剂量不均一的产生原因，是因为机架扫描圆孔的范围内处于中间部分的射线路径较长，导致了扫描过程中X射线束的硬化。对于射线硬化，一般通过CT机内的软件来校正。临床使用中应尽可能将病人置于机架扫描孔的中间，以避免射线的硬化对扫描产生影响。
二、CT扫描成像的基本原理
（一）CT的基本概念
1、对比度分辨率是当细节与背景之间具有低对比度时，将一定大小的细节从背景中鉴别出来的能力。
必须注意对比度的定义，因为采用两种定义会给出两种不同的结果。当a和b分别为最大值和最小值时，a与b之间的对比度可定义如下：
（1）根据调制深度定义△=(a-b)/(a+b) ×100%
（2）根据相对对比度定义△=(a-b)/a ×100%
当a 和b 分别为110和100时，根据上述两种定义计算得到的对比度分别是4.76%和9.09%，它们之间大约相差2倍。
对比度分辨率受到噪声的限制，因此常常用噪声的标准偏差表示它。然而，固有噪声只有在没有伪像的图像中材有可能测量。
观察对比度分辨率的另一种方法是，作一条对比度细节曲线，这条曲线描绘出对比度与细节大小之间能鉴别的极限。对比度分辨率还会受到褶积滤波器类型的影响。
2．空间分辨率
空间分辨率是指在高对比度的情况下鉴别微细结构的能力，即显示最小体积病灶或结构的能力。一般地说，空间分辨率由X线束的几何尺寸所决定（如果矩阵不是限制因素的话），因此它与X线剂量大小无关。
空间分辨率可通过选择不同的褶积滤波器而改变。
CT的空间分辨率有一定的极限，比起X线胶片只受粒度大小一个限制参数约束，它还受到探测器的大小、采样间隔以及有时还受到X线焦点大小等的限制。这意味着CT在高对比度的情况下使用时，如作骨骼结构或胸腔检查，它的空间分辨率不会超过通常的普通X线检查。但是，通过增加探测器的数目和减小采样间隔，完全可以达到高的空间分辨率。
3.伪影
CT图像是经计算机处理的人体各部位的图像。有时由于各种因素的影响而产生被检体不存在的假像，此种假像通称为伪影。它们是由于一些非真实的或近似的CT值所引起的。一般有下述几种伪影。
（1）移动条纹伪影
在扫描过程中，扫描部位的随意和不随意的运动，使得射线显示从一次检测到另一次检测的某种突然的不一致性的结果，都要产生粗细不等的、黑白相间的条状伪影。如病人点头运动、侧向运动、屏不住气、吞咽动作、心脏跳动、肠蠕动等，均可产生局部的移动条纹伪影。（2）交叠混淆伪影
这是假定在照射物体中不出现高于采样频率的空间频率而产生的。
（3）杯状伪影
假定在射线通过被照物体时，有效线束能量保持不变而产生杯状伪影。
（4）角度伪影
投影曲线作等角分布时，则产生角度伪。
（5）模糊伪影
重建图像的中心与扫描旋转的中心生重合时，则产生此种伪影。
（6）帽状伪影
患者位于扫描区域以内，会产生截止边缘处的强帽状伪影。
（7）环状伪影
环状伪影在多是由于探测器的灵敏度不一致、采样系统故障等造成的。这些伪影主要是出现在图像中的高对比度区域，并有可能向低对比度区域发散。
在这一点，它们会降低图像的诊断价值。环形伪影常见于第三代CT机。
4．矩阵
由二维（行和列）排列的方格组成。一个方格就是坐标中的一个点（X、Y）。CT中的矩阵是为了适应计算机和图像显示用，实际上是一幅纵横二维排列的单位容积和像素，在数学模型中，通过计算机运算，列出的吸收系数分布称为重建图像。目前CT机上学用的矩阵有：2562、3202、5122、6402、10242等。在CT机中，可以理解为：在采样孔中，在一个相同的采样野里，矩阵越大，像素点就越多（方格多），图像质量就高。然而计算机工作量大，存储器容量也要大，线束多，剂量也要增加。CT机中的矩阵，实际上是衰减系数的矩阵。
5．名词解释
（1）像素
又称像元。是构成CT图像最小的单位，也就是矩阵中的一个小方格。例如第二代CT机像素单元1mm×1mm，矩阵为2562，则一幅图像为256×256=65536个像素。
（2）体素
即体积单元的略语。X线通过人体厚度作为深度，通常有5mm和10mm（还有的用1、2、3mm 者），则它的深度即为5mm或10mm，若像素是1mm×1mm，这就是体素。当体素减少（厚度变薄），探测器接收到的光子相对减少，为保证图像质量，必须增加X线剂量。
（3）硬线束
实际上的X线并非单色光，低能X线易被吸收，高能的X线比率就多了，这叫作硬线束，又称为硬化现像。
（4）X线的衰减
光电吸收、康普顿（Compton）散射和电子对的生成所有的过程，合起来使X线从最初的射束中减去。不过，电子对的生成在CT中并不发生。
（5）双窗技术
在一幅图像中遇到密度相差很大时，既要求看清楚低密度组织，又要求看清楚高密度组织时所用的一种技术。比如观察肺野和纵隔的情况时，常采用双窗技术。
（6）CT值标度
定义对空气和水衰减的CT值。例如：空气和水在EMI标度中分别为-500和0，在Hounsfield 标度中则分别为-1000和0。
（7）探测器孔径
使辐射能够进入探测器传感部分的探测器有效口径，通常是指探测器阵列朝向X线方向上的尺寸。
（8）窗口技术
在黑白之间以灰度等到级的全量程显示一小部分CT值标度的方法，用以增强临床上感兴趣的那部分CT值标度的对比度。
（9）灰阶
CT图像是将重建后矩阵中每一像素的CT值，以数字/模拟（D/A）转换成相应的不同亮暗度的信号，并显示在图像显示器上。显示器所表现的亮度信号的等级差别称为灰阶，它是适应人的视觉的最大等级范围。灰阶一般只有16个刻度，但其每一刻度内又有4级连续变化的灰度，故共有64个连续的不同灰度的过渡等级。在2000个CT值范围内，64级灰度中的每一等级，将分别代表31个连续的CT值：而CT图像显示器所显示的16级灰度的每一级含有125个CT值。亦即物质的密度相差在125个CT值以内者，都将表现为同一灰度。然而，人体多数的组织器官及其病变（特别是软组织及实质性脏器等）的密度差别大都在职00CT值的范围内。因此，如将图像显示的灰度范围扩大到2000个CT值，则以上软组织都将表现为一致的灰度，从而失去应有的密度对比，不利于诊断和鉴别诊断。所以，在检查中要注意相应的“窗位”和“窗宽”，即调整CT值的显示大小和范围，将被检体的结构显示清楚。（10）阵列处理机
快速后果建计算机及数据处理用的专用计算机。在此种处理机中，许多软件指令已被“硬件”化。
（11）算法
在重建图像时，求解一个数学问题所用的程序。
（12）反投影
图像合成的方法，在某个方向上用投影一个横断图像的剖面来重建图像。此方向与测量此剖面的方向相反。
（13）褶积
用权函数对原始数据进行处理的过程，是作为数学图像处理方法之一。
（14）准直器
形成X线束的装置，即一种X线束的整形器件。用以测量断层厚度或捕捉散射的辐射线。（15）扇形角
产生透射量信号的检测器阵列所对的角度，顶点位于X线管内焦点处。
（16）探测器类型
其种类很多，目前常用的有两种基本类型的探测器。一种是带有一只光敏器件（光电倍增管、光电二极管）的闪烁晶体（碘化钠、碘化铯、氟化钙、锗酸铋等）；另一种是高压气体电离室（氙）。也有采用半导体检测器，像硅、高纯净锗或碲化镉等。
（17）模型
用来测量CT扫描机响应的物体或模具，它的组成能代替被检查的病人，是度量一台CT机图像质量的一种测量工具。
（18）扫描
执行适合于至少重建一幅图像的透射测量所需要的整套机械运动。
（19）扫描时间
穿透辐射从开始到释放结束经历的时间。这一穿透幅射至少要满足重建一个图像的透射测量。（20）扫描机架
执行扫描运动并支承X线管、探测器、探测器电子线路和准直器的CT扫描机的框架。6．局部体积效应
亦称部分体积效应，有的还称体积平均值效应。即在同体像素中存在有不同衰减系数的物质时对这些衰减系数的平均。它的产生乃是由于像素虽然在图像矩阵中表现为组成图像的小方格（二维），但其本身却代表一定体积的立方体（三维）。立方体的长和宽分别为矩阵纵行和横行线图的距离，高为切面的层厚。每一像素的CT值即为此像素内各种物质CT值的平均值。因此，如果切层的厚度过大，或重建图像时所用的矩阵行数太疏（如80×80，160×160）,则一像素内常可含有两种或两种以上密度互不相同的物质，这样，该像素CT值必然不能真实地反映其中任何一种物质的真实CT值，因而也不能如实地显示其各自的影像。显而易见，采用薄切层和密行距矩阵以重建的显示图像，以及必要时采用适当的切层部分重叠扫描，可减轻部分体积效应的影响，从而提高图像水平和诊断质量。
（二）线衰减系数μ的概念
CT与普通的X线照相术之间有着很重要的区别。在CT检查中，人体组织对X射线的避部衰减特性被用于离散成像，而在普通X线检查中，这种衰减信息则重叠成像在X射线底片上。人体组织对X射线的这种局部衰减特性，是X射线与物质之间的若干相互作用过程的产物。例如光电吸收过程和康普顿散射过程。这些过程中的每一种过程都有其自己的发生的几率。几率也是辐射能量的函数。因为从X线管产生的X射线由全能谱所组成。很显然，被称为“线衰减系数μ”的组织的这种衰减性质是一个复杂的函数，随着辐射情况的变化它可以有不同的值。
由物理学家的吸收定律（或称朗伯定律）可知，当X射线穿过任何物质时，其能量与物质的原子相互作用而减弱，减弱的程度与物质的厚度和组成成分或吸收系数有关，X线穿过人体某一部位时的吸收按指数规律衰减。
由上述可知，当能量为E的单能射线穿过厚度为d的物体后，射线强度I o衰减为I。对于任一能量射线衰减系数为μ(E)，则衰减后射线强度I可记作：
I=I o eμ(E)d
由此可见，物质的线性吸收系数与X射线的能量、物质的原子系数Z以及密度有关。d或μ越大，则I越小，即X射线衰减越大。
在进行实际扫描时，我们所考虑的人体，它是由许多种物质构成的。即沿着每一个所测射线的路径中，由于不同的物质如骨骼、组织、空气等而出现不同的μ,它们均对这一测量起作用，由各个μ的总和决定最后测得的X射线强度。又由于μ可以连续变化，这个总和一般表示为一个积分值，即常说的线积分，因为它是一个沿所所测射线路径上的μ的线积分，我们把这个取衰减因素I o/I的自然对数所得到的线积分值称之为μd值。
X射线能量与衰减系数μ之间的关系是：能量越低，μ值越大，μ值随着能量增加而减小。这就是说，在X线光谱中，低能射线将比高能射线更快地被过滤掉，即通过同一组织的低能射线比高能射线的衰减大。结果是组织的有效线吸收系数μ在X射线束的硬化效应，对它必须进行仔细地校正，以避免此种效应而造成CT图像的不均匀性。
人体组织的主要组成成分为氢、碳、氧和氮，它们的原子序数都低于10，因此，X射线主要是康普顿效应影响μ，实际上，软组织的μ主要决定于组织的比重。其射线束硬化非常相似，并可以拟于通过水的射线束硬化。值得注意的是骨骼中的钙质，其原子序数为20，由于光电效应，μ在骨骼中比在软组织中更依赖于能量。这就意味着考虑图像中的骨骼时，应对射线束硬化作不同的校正。
通常射线束硬化校正是这样进行的，即把某一个v值看做是从单一能量的X射线扫描中获得的。当扫描时所用的X射线谱的平均能量接近于某一个特定能量时，则校正就可以简单些。这个能量为73keV（系由历史原因而来）。
一般地说，软组织的μ软接近于水的μ水，肌肉的μ肌大约比μ水高5%，而脂肪的μ脂大约比μ水
低10%，脑灰白质的衰减系数彼此间相差0.5%，而它们与此同时μ水相差3.5%，骨的μ值大约为μ水的两倍。
在医学上，由于总是论及吸收系数不甚方便，Hounsfield便定义了一个新的衰减系数的标度，将空气至致密骨之间的X线线性衰减系数的变化，划为2000个单位，人们为了纪念享氏的不朽功绩，这种新标度的单位被命名为H（Hounsfield）。因此，国际上也规定了以H为CT 值的单位，作为表达组织密度的统一单位。即将被检体的吸收系数μx与水的吸收系数μ水作为比值计算，并以空气和致密骨的吸收系数分别作为上下限进行分度，这样就得出了CT值。CT值的计算公式为：
CT值=（μx-μ水在73千电子伏）/（μ水在73千电子伏）×α
式中α为分度因数，是一常数，其值等于1000。
我们知道，水的吸收系数μ水为1；致密骨的吸收系数μ骨为1.9~2.0，近于2；而空气的吸收系数μ空为0.0013，接近于0；按照CT值的计算公式可求得水的CT值为OH，空气为-1000H，骨密质为1000H。这样我们可把一幅重建的CT图像看成一个CT值的矩阵，每一个值代表一个像素。人体组织的CT值界限有2000个分度，上界为骨的CT值是+1000H，下界为空气的CT值是-1000H。CT值的显示范围公式为：M-W/2~M+W/2。
常见人体组织CT值如表所示。
CT 值图像重建所求出的CT值和被检断层面各部位应有的CT值的对比，对CT图像诊断有很大的帮助。
（二）CT扫描投影数据重建图像的基本方法
CT图像的形成方式是数据重建。也就是说在扫描过程中，对于各个方向上所采集到的投影值（数字数据）在计算机中通过各种复杂的运算，求得各坐标点的v值。再重建成出图像。不同的扫描方式，将引起图像重建方法的某些改变，但其基本原理还是相同的。目前CT图像重建的方法有：
1．直接反投影法
这种方法的基础点是将测量所得的各个方向上对物体剖面的投影，在反方向上进行反投影，由此再组成该物体的剖面图像。
2．迭代法
迭代法是在一次迭代过程中，将近似重建得到的图像的投影同实测的剖面进行比较，然后将比较得到的差值反投到图像上，每一次反投影之后得到一幅新的近似图像。当对所有的投影方向都进行上述处理后，一次迭代便完成，用前一次迭代的结果为下一次迭代的初始值，继续做迭代，直到做了一定次数的迭代后，认为迭代的结果已经足够准确，则重建过程结束。不同形式的迭代重建技术采用不同的校正程序，它有3种方法：联立迭代重建法（SIRI）、代数重建法（ARI）和迭代最小二乘法（ILST）。
3．解析法
图像重建的解析法是目前CT图像重建技术中应用最广泛的方法，它的基础是傅立叶变换投影定理，主要有3种方法：
（1）二维傅立叶变换重建法。
（2）空间滤波反投影法。
（3）褶积反投影法。（它无需进行傅立叶变换，速度快，重建图像质量高，比前几种变换
简单，目前用的最多）。
三、CT扫描成像系统
CT扫描成像系统主要由硬件结构和软件结构两大部分组成。其硬件结构又由采样系统和图像处理系统两大部分组成。采样系统由扫描机架、X线管、X线发生器、准直器、探测器、对数放大器（A/D）、接口电路等组成。图像处理系统由电子计算机、磁盘机（包括硬盘机和软盘机、光盘等）、磁带机、数模转换器（D/A）、图像显示器、多幅照相机、接口电路等组成。整个系统由中央系统控制操纵，加上检查床便构成一台完整的CT机。
（一）CT扫描机的硬件结构
1．扫描机架系统
扫描机架通常采用三点支承大圆盘作间歇的圆周等分运动。X线管和探测器以相对固定的位置装在同一框架上，通过准直器将X射线变成狭窄的笔形束。扫描时，框架在驱动马达的帮助下，经变速箱、蜗轮-蜗杆传动后作旋转运动。扫描机架还可根据诊断的需要进行±25°等的倾斜。
（1）X射线管
X射线管是产生X射线的器件。一般由阴极、阳极和真空玻璃（或金属管）组成。CT机上使用的X线管与一般X线机上使用的X线管结构基本相同，也有固定阳极X线管的和旋转阳极X线管两种。安装时固定阳极管的长轴与探测器平行，旋转阳极X线管的长轴则与探测器垂直。
固定阳极X线管主要用于单束和多束形扫描机中，焦点是矩形的，对着断层厚度的方向为长边。主要用于第一、二代CT机中，由于第一代、二代CT机的扫描方式是直线平移加旋转，扫描时间长，产热多。故须采用油冷或水冷方式强制冷却管球。X线管两端电压和管电流要求稳恒，以确保采样数据准确。
旋转阳极X线管主要用在扇束旋转扫描机中，第三、四代CT机上多使用此种X线管。由于扫描时间短，要求管电流较大，一般为100~600mA，分连续发射和脉冲发射两种，也采用油冷方式。焦点大小约为1mm2，高速旋转阳极管焦点小，约为0.6m2。石墨基合金靶旋转阳极X线管、双轴承金属壳陶瓷绝缘合金靶旋转阳极X线管，特别是双轴承阳极X线管热容量大，阳极靶转动稳定，寿命长。
现代X射线管为了提高热容量，采用了所谓的“飞焦点”设计，即X射线管的阴极采用两组灯丝，曝光时交替使用，其变换速率约1.0ms。利用锯齿形电压波形的偏转，导致电子的瞬时偏转，使高压发生时电子的撞击分别落在不同的阳极靶上，从而提高了阳极的使用效率，并能提高球管的热容量。
（2）探测器
探测器是探测X射线的辐射强度，它是一种将射线能量转换为可供记录的电信号的装置。探测器的种类很多，目前，CT中常用的两种基本类型的探测器；一种是收集电离电荷的探测器，它收集电离作用产生的电子表和电离，记录由它们的电荷所产生的电压信号。依据被电离的物质，这类探测器又可分为气体探测器和固体探测器。气体探测器主要有电离室、正比计数器和盖革计数器等。固体探测器主要是半导体探测器。另一种是收集荧光的射线探测器——闪烁探测器。它是利用光电倍增管收集射线通过某些发光材料所激发的荧光，经放大转变为电信号并加以接收的装置。
CT机扫描机内的X射线探测器的基本功能是测量出由80kV阳极电压的X射线经检体后的透出量，并把它按强度比例化为电气信号。要达此目的，则必须具备以下性能：
●对X射线能量具有良好的吸收能力。
●对较大范围的X射线强度具有良好的瓜能力及均匀性。
●残光少且恢复常态的时间快。
●工作性能稳定，有良好的再现性且使用寿命长。
●对于多槽检测器，虽然是由多个检测器整体地结合成一体的检测器，但仍必须尽量使各个检测器间的空隙减少，以减少对X射线的不感应区。
●体积小，灵敏度高，即在较少X射线照射条件下，能够获得足够大的信息强度。
常用的闪烁晶体有碘化钠、碘化铯、锗酸饿和钨酸镉。固体探测器的优点是灵敏度较高，有较高的光子转换率。缺点是相邻的探测器之间存在缝隙，X射线辐射的利用率相对较低；其次是晶体发光后余辉较长影响响应函数，使高低密度交界处的图像会产生拖尾伪影；最后是整个探测器阵列中的各个探测器不易做得完全一致，造成误差影响质量。
气体探测器多采用氙气。气体探测器的光子转换效率比固体探测器要低。采用高压氙气可提高一些。但气体探测器电离室的间隔为很薄的钨片，其几何利用率高于固体探测器。因而，这两种探测器的总剂量效率大致上相近，约在50%~70%。另外，气体探测器的各电离室相互联通，处于同一环境条件，有较好的一致性。
（3）准直器
准直器位于X线管的前方，其在CT扫描机中亦很重要，可以在幅度地减少散射线的干扰，并可决定扫描层的厚度。因此，准直器既可减少患者的放射剂量，又可提高图像质量，还决定切层的厚度。准直器的结构虽很简单，要求确很精确。
在CT扫描机中准直器分为2种；一种是X线管侧准直器，另一种是探测器侧准直器，这两个准直器必须精确地对准。
X线管侧准直器的设计很重要。因为X线管焦点的几何投影有一个半影的作用，焦点越大，半影越大；焦点大时准直器的设计较复杂，常采用多层准直器。第一、二代CT机大多用于头部检查，其准直器一般比全身CT机复杂一些。要全身CT机中，X线管焦点小，半影也小。探测器侧准直器位于探测器的前方，用于减少散射线并限制切层厚度。第二代CT机准直器孔间距较大，第三代CT机准直器孔间距较小。也有资料介绍，由于第三代CT机的焦点很小，探测器侧准直器无使用之必要。
准直器孔的尺寸决定了被检体的切层厚度，常见CT机扫描所得厚度为2、3、5、8、10和13m。准直器决定像素的厚度，但不能决定像素的长和宽。像素的长和宽同扫描野的尺寸、采样间隔及计算机软件有关。通常情况下，狭窄的准直器，可提高三维图像正方向上的空间分辨力，然而由于光子减少，噪声增大，如要切薄层时则要增加扫描条件，才能获得满意的CT图像。（4）楔形补偿器
楔形补偿器（或称滤过器）的作用是吸收低能量X射线，优化射线的能谱，减少病人的X射线剂量，并且使通过滤过后的X射线束，变成能量分布均匀的硬射线束。第一代CT扫描机的滤过器是一个方形、中间呈弧形凹陷的水箱，目前CT机的滤过器都采用低原子序数的物质组成。
（5）模数转换器（A/D转换器）
A/D转换的方法很多，最常用的有两种：逐次逼近式A/D转换器和双积分式A/D转换器。其主要工作原理：将一待转换的模拟信号Vin与一个“推测”信号V1相比较，根据推测信号是大于还是小于输入信号来决定减小还是增大该推测信号，以便向模拟输入信号逼近。推测信号由D/A转换器的输出获得，当推测信号与模拟输入信号“相等”时，向D/A转换器输入的数字即为对应的模拟输入的数字。
众所周知，计算机只能接受数字量进行运算，而运算的结果也只能以数字量输出，然而在实际系统中会大量遇到从时间到数值都连续变化的物理量。这种连续变化的物理量，我们称之为模拟量，例如温度、压力、流量、位移、电压、电流等都是属于这种模拟量。显然，模拟量要输入计算机，道德要经过模拟量到数字量的转换（简称A/D转换），计算机才能接受。同样，如果计算机的控制对像是模拟量，则必须把计算机输出的数字量转换成模拟量（简称D/A转换），才能用于控制。所以A/D转换器和D/A转换器在计算机控制系统中是联系外界和计算机的重要部件。
在CT扫描机中，探测器接收X射线后输出相应的X射线强度的模拟信息，此信息必须被转换为能被数字电路识别并进行处理的数字信号。A/D转换器就是实现模拟信号到数字信号的转换。对探测器模拟信息采样并分析，探测器接受X射线强度不同，积分结果也不同。A/D 转换是CT机数据采集系统（data acquisition system，DAS）的主要组成部分，它把数字化后
的数据传送到数据总线，通过数据缓冲板（data buffer）逐一缓冲后传送至阵列处理机。同时，还把参考探测器的信号译码后送到主控计算机。
2．计算机系统
在第三代以上各代CT机中，其计算机系统一般由主控计算机和阵列处理计算机（arra processor，AP）两部分组成。
主控计算机一般采用小型计算机和微型计算机，它是中央处理系统，其功能是提供DAS、AP、DISK、MTU、LP等以及机架和系统的微处理器间的输入输出的连接外，还通过其中央处理器（CPU）和存储器（memory）完成执行以下功能：
（1）控制和监视扫描过程，并将扫描输入数据（投影值）送入存贮器。
（2）CT值的校正和输入数据的扩展，即进行插值处理。
（3）控制CT扫描等信息的传送——数据管理。
（4）图像重建的程序控制。
（5）故障诊断及分析等。
主控计算机早期一般采用的有PDP11、Eclipse S/120、S/130、S/140等。80年代末开始大部分CT机上均选用了微型计算机来完成主控计算机的工作。
阵列处理机（AP）是60年代发展起来的计算机技术，[经与主控计算机相接，专门处理多组数据，其本身不能独立工作。
在CT机中，AP在主控计算机的控制下接收由DSA或磁盘送来的数据，进行运算后再送给主控计算机，然后由终端进行显示。它与主控计算机是并行工作的，在AP工作时，主机可执行自己的运算，而当AP把运算的数据送给主机时，它暂停自己的运算，而处理AP交给的工作。
3．X线发生器
CT机对高压的稳定性要求很高。因为高压值的变化直接反映X线能量的变化，而X线能量与吸收值的关系极为敏感（在光电效应区域，吸收值与能量的三次方成正比），因此，在任何高压系统中均需采用高精度的反馈稳压措施。高压发生器有连续式和脉冲式之分，连续式主要用于第二代CT机；脉冲式主要用于第三代CT机。
（1）连续X线发生器
连续型X线发生器是在整个扫描一个断层面期间连续产生高压并施加于X线管上，并产生连续的X射线。
（2）脉冲X线发生器
脉冲X线发生器应用在CT扫描机上的脉冲X线，其产生形式有3种：
①高压开关电路控制式；②栅控式；③低压控制式。
4．磁盘机
磁盘机分为软盘机和硬盘机两种，它们的功能是存储图像和保存系统操作及故障诊断软件。通常一次扫描后，由数据采集系统收集来的扫描原始数据先存储于磁盘的缓冲区域，待扫描完成后，经重建处理后的图像，再存入磁盘的图像存储区。从磁带或光盘存取图像，往往也通过磁盘作为中介。
5．磁带机和光盘
磁带机和光盘的作用都是存储图像。较早期CT机图像的存储采用磁带，其读写是依靠聚酯带基上的磁性材料，容量和体积都不及光盘。现在的CT机一般都采用光盘存储。光盘可分为只读和读写两种，大小一般是5.25英寸。只读光盘的表面覆有一层特殊的激光染料，写入时在激光的作用下熔化，形成不可修复的数据层.激光头在读取时，将表面凹凸不平的小坑转换成计算机可识别的数据，最终显示在监视器上或复制在磁盘上。
6．操作台
CT扫描机的操作台的作用是用来输入扫描参数、控制扫描、显示和贮存图像、系统故障的诊断等。CT扫描机的大部分功能均由操作台来实施，主要由3部分构成：
（1）视频显示系统：该系统由字符显示器及调节器、视频控制器、视频接口和键盘组成。
其主要功能是实现人机对话、控制图像操作、输入和修改病人数据。产生输送至视频系统的视像信号，传送视频系统和显示系统处理器之间的数据和指令。建立计算机与视频系统之间的指令和数据通道。
（2）电视组件系统：该系统由存储器及其控制和输入输出、模数转换、模拟显示、字符产生和选择、窗口处理和控制等电子线路所组成。其功能是贮存和显示所有格式的图像，并做窗口技术处理，实现示踪的各种功能。
（3）软盘系统：该系统常常装在操作台上，用来储存和撮图像信息，也可应用诊断软盘来进行故障的诊断。
7．CT扫描检查床
CT扫描检查床的功能并不只是把病人送进扫描机架内，还必须把被检部位正确地固定在X 线束射来的位置上，为达此目的，在机架内部X线束射经的位置上设有可射出细长光的投光器，外部则设有定位投光器，当我们在外面将被检部位设定好后，许多CT机均具有自动把病人送到X线束下的功能。
CT扫描检查床或机架不仅能供病人作轴位方向的CT检查，而且还具有倾斜功能，可视需要作各种不同角度的倾斜，以利诊断。尤其在头部CT检查时，可以用和听眦线（orbito meatal line，OM）成某种角度的扫描。另外有一种特制的担架，病人躺在上面后可直接送到检查台上，不必再搬动病人，对不易或不宜搬运病人，如老人、头部外伤或昏迷的病人，以及作造影CT 检查时特别有用.我们常称此种检查床为CT扫描活动检查床。还有一种附加机构可使检查床作左右运动，这种功能可应用于和身体横轴成斜角的脏器（如胰腺）的检查。
CT扫描检查床的移动精度要求高，绝对误差不允许超过±0.5mm。高档机已达到±0.25mm。有的CT机在检查床上配有冠状位头托架，可对头部进行冠状位扫描，如鞍区病变的检查：坐位架，可进行胸部、腹意味、肾脏等到器官的纵向扫描；腰部扫描垫，可使腰骶椎扫描检查的定位更加准确。
8．多幅照相机
现代医学成像设备中，无论哪一种成像技术，它们的诊疗价值均以高质量的图像为依据。到目前为止，各种影像最终影像显示的介质不外乎有两类：一是照相胶片，二是荧光屏。虽然髭图像可以打印在像纸上，但其效果尚不如胶片，胶片对细微结构的显示又优于荧光屏。所以胶片是图像显示的重要媒介之一。多幅照相机就是完成影像信息传递给胶片，使胶片成像的设备。
以往这种胶片成像方式在CT机中多采用阴极射线管（CRT）型多幅照相机，近些年又出现了激光型多幅照相机，并广泛应用。
（1）CRT型多幅摄像机
CRT型多幅摄像机是靠电子束的阴极射线管把视频信号转换成图像信号，显示在视频监视器和屏幕上，再用光镜折射，并用透镜系统把视频监视器屏幕上的图像聚焦后投影在CT胶片上，使其曝光。透镜系统是移动的或固定的。多幅摄影机摄影用的视频监视器与主机监视器同步。根据所需的幅式，把显示在屏幕上的图像，投影到胶片的相应部位上而曝光。
（2）激光型多幅摄像机
激光型多幅摄像机又称激光打印机或称数字摄影机。激光摄影机中所用的激光器有两种；一种是半导体激光器（又称红外二极管激光器）；二是气体激光器（氦氖激光器）。
激光型多幅摄像机是利用激光束扫描，成像系统均以数字方式，把图像的像素的灰度值输入激光摄影机的存储器中，并直接控制每一个像素的激光曝光，在专用的激光胶片上成像，故称为数字摄像机。它也可以接收视频信号，但要把视频信号经A/D转换器转换为数字信号，再输入激光摄像机的存储器中。
激光摄像机的光源为激光束，激光束通过发散透镜系统，投射到一个在X轴旗帜鲜明转动的多角光镜或电流计镜上折射，折射后的激光束再经过聚焦透镜系统而“行式打印”在胶片上。与此同时，胶片在高精度电动机带动下，精确地在Y轴方向均匀地向前移动，完成整个胶片的幅式打印。激光束的强度可由调节器调整，调节器受数字信号控制。
（3）激光型多幅摄像机的性能优于CRT型多幅摄像机
●激光束有很好的聚集性、方向性、反应迅速，以毫秒级计算。激光束直接投射到胶片上，防止伪影，分辨率高，成像效果好。
●激光摄像机内装有硬磁盘,作为图像缓冲,如暂存在一个打印排队器中，使图像存储、打印可同时进行，对急需的图像还可优先，摄影速度不受影响，即可进行连续打印。
●功能多，幅式可多样化选择，可自编幅式程序，直接打印35mm幻灯片。输入存储器内的图像数据，在打印前可重新排列，可清除，可任选一幅图像拷贝数目，选定后，只需按一下打印键，就按选张数，自动打印完成。
●若激光摄像机设置标准测试灰阶图样及密度读出仪等，可进行密度监测，自动校准，自动调节打印机和冲洗机的参数，行质量自控。
●多机输入，效率高，联机并网等均可。
（4）激光型多幅摄像机
按激光源分类可分为氦氖激光器，又称气体激光器，它产生的激光波长为633nm，和红外二极管激光器又称半导体激光器，它产生的激光波长为670~830nm。气体激光器使用较早，激光性能稳定，其使用寿命不及半导体激光器。半导体激光器于80年代以后才问世，其特点是电注入，调制速率高，体积小，寿命长，使用方便等优点，因此发展很快。
按胶片处理方式分类，可分为“湿”式打印机和“干”式打印机。凡是激光打印出的胶片需经显影、定影、水洗处理后方可成像的设备，称为“湿”式打印机。凡是不需要显影、定影、水洗处理而直接打印成照片的设备，称为“干”式打印机。
（5）胶片的选择
不同的多幅照相机必须选择相匹配的胶片。CRT型多幅照相机选用单乳剂膜的CT片，此种胶片可在红色安全灯下启封。氦氖激光照相机只能使用氦氖胶片。红外二极管激光照相机只能使用激光波长相似的红外胶片。氦氖胶片和红外胶片因其敏感波长在红光范围段，故红色安全灯对这两种片是不安全的，它们不能在红色安全灯下启封。
干式打印机，只能使用厂家推荐的干式胶片，这种胶片依靠温度显影（热力打印不怕明光），它可以在全明室下启封操作。但必须注意无论是打印前还是打印后干式的影片，一定要保存在30℃以下。否则胶片会变色，图像破坏，消失。
9．其它附属设备
（1）独立诊断台
CT扫描成像系统的基本组成除了用扫描病人装置以外，还可根据需要配置一台独立诊断台系统，它是通过数据链（data link）与主扫描系统的计算机连结，实现它们之间的数据交流。一台独立诊断台由计算机、磁盘机、磁带机及图像显示、照相、操作台等组成，简称IC。（2）打印机
打印机与常用计算机配套类同。其主要作用是用来打印CT数据资料，CT图像各像素的CT 值，故障信息等原始资料。
（3）CT图像拷贝机
除了采用多幅照相机摄制CT图像外，还可以用拷贝机将CT图像直接影印在特殊的静电纸上或普通白纸上，以作诊断之用。
（4）放射治疗计划系统
CT的问世为放射线治疗计划的制定，提供了有力的手段。在治疗前、治疗中及治疗后均能起到重要的作用。
治疗前：对患有肿瘤的病人进行CT扫描，描绘出肿瘤的轮廓、估计肿瘤局部侵犯的范围、选择和测定欲照射的体积、辨别周围器官的精确位置、精确测定肿瘤与体表相互关系的位置，提供放射剂量计算的原始数据，以决定最佳的治疗方案。
治疗中：复查CT扫描，可追踪观察肿瘤的治疗效果，以决定照射野的改变；还可根据患者体征，可随时检查局部或多发转移的可能。
治疗后：观察治疗后肿瘤的变化，有无复发等，以及复发的精确位置和范围，以免放射时的
局部过量照射。
在实施CT检查病人的放射治疗计划时，可将其CT扫描的资料用数据链直接输送给治疗计划系统的主控计算机。或者将其CT图像录入软盘或磁带，然后在治疗计划系统上读出。利用放射治疗计划系统，进行放疗的设计，以确定最佳的照射方案，主要包括：照射野大小、射线能量和照射角度的选择、滤过板等。
（二）CT扫描机的软件结构
CT扫描机必须同时利用计算机的硬件和软件，才能发挥作用。而CT机中软件最主要的功能就是把探测器收集到的投影资料用来进行图像重建。随着CT技术的不断发展和提高，CT软件越来越丰富，自动化程度亦大大提高，操作使用也越来越简便。通常情况下，CT软件用磁带、软盘或光盘保存起来，需要时再装入硬磁盘或外存储器中，以便调到主机内存使用。
目前，CT扫描机的软件可分为基本功能软件和特殊功能软件两大类。
1．基本功能软件
基本功能软件是各型CT机均具备的功能软件，如扫描功能、诊断功能、照相和图像储存功能、图像处理功能、故障诊断功能等。它以一个管理程序为核心，调度几个互相独立的软件，这些独立的软件包括预校正、平片扫描、轴位扫描、图像处理、故障诊断、外设传送等。2．特殊功能软件
目前，特殊功能软件多种多样，而且在不断增加，它的改进和更新推动了扫描方式的发展，成为当今CT发展的重要标志。特殊功能软件主要包括：
（1）动态扫描(dynamic scan)；（2）快速连续扫描（fast continue scan）；（3）定位扫描（scanogram or scout）；（4）目标扫描（object scan）；（5）平滑过滤（smoothing cupping filtering）；（6）三维图像重建（three dimensional imaging reconstrcion）；（7）高分辨率CT（high resolution CT，HRCT）；（8）定量骨密度测定；（9）氙气增强CT扫描等。
有关特殊功能软件的概念及功能详见第五章第二节。
（三）CT扫描成像的基本步骤
我们知道，CT扫描成像的基本步骤是：产生X线→采集数据→处理数据→重建图像→显示图像。
1．X线产生原理
X线是在高真空的X线管中产生的，是阴极高速电子与阳极靶面相互作用的结果。其产生原理已在普通X线摄影的第一章中做了详细论述。本节仅对CT机用X线管做一简单论述。
当今CT机用X线管均匀为旋转阳极X线管，此种旋转阳极X线管应能满足扫描时间短（1~5s），连续扫描的热容量要求。为此，各厂家对CT用旋转阳极X线管不断地研究提高其射线的质量和热容量。如产生的X线质和量一致射出的X线不随旋转阳极靶摆动，设计出双轴承，大靶盘直径（120mm）金属管壳陶瓷绝缘，油循环冷却的CT专用旋转阳极X线管。CT机X线管产生X线开始时间，由中央处理器发出“X线通”指令经单总线、X线接通缓冲寄存器、X线通电路发出X线通信号接通X线的高压初级电路，这时X线管发射出X线。X线停止是由中央处理器发出“X线断”指令经单总线、X线停止指令电路，发出X线停止指令，X线的高压初级电路断路，X线管停止发射X线。
2．数据采集
在进行CT检查时，当一束分布均匀的X线束通过质量或厚度公布不均匀的被检查部位时，由于被检部位对X线束的吸收不一致，透过被检查部位内部结构的信息，即我们人眼看不见但确实存在的“X线图像”，这就是我们所需要的信息。怎么样最大限度将透过被检部位的X 线图像转换成人眼能看得见的图像，这就是探测器的任务。
（1）闪烁晶体探测器
某些物质受到X线光子照射时，产生短暂的荧光脉冲，这种短暂的荧光脉冲称为“闪烁”。这样能产生闪烁的物质称为闪烁体。此闪烁体具有一定的体积并有较好的透明度，其原子排列如晶体一关，所以称为闪烁晶体。
CT机早期用碘化钠（铊）晶体作探测器，改后用氟化钙（铕）晶体和锗酸晶体。这些晶体在
X线光子照射时，使晶体的原子激发或电离，在原子恢复基态时产生与X线量成比例的可见光的闪烁，可见光经光导管达到光电倍增管放大，由X线光子能转换成为电子流作为信息经A/D转换而输入计算机。晶体中常加入微量的增光或减少余辉的激活物质，如碘化铋放入铊、氟化钙（铕）、锗酸铋。
碘化钠、氟化钙和锗酸铋都属于无机结晶体。碘化钠对X线光子的转换率为100%，但余辉时间长。氟化钙和锗酸铋晶体余辉时间非常短，而氟化钙转换率较差为50%。锗酸铋同碘化铋和氟化钙相比优点较多，所以应用较广。闪烁晶体与光导管和光电倍增管结合。
（2）充氩气电离室探测器
目前，CT机上用的气体探测器多采用化学性能稳定的隋性气体氙气或氪气等。其特点是它们几乎完全可以吸收CT机扫描用X线波长范围的X射线。将吸收的X线转换为成对的光电离子，这些光电离子由收集电极收集后，产生与入射X线强度成比例的电流。若要提高这种探测器的灵敏度，可提高气体压力，CT机用氙气电离室探测器压力为20个大气压左右，就能提高电离效率。
气体电离室探测器都是收集在气体中产生的电离电荷；即光电离子。电离室结构为充有一定压力气体的密封容器，其中有一根金属丝或金属棒，金属板作为电离室的正极，容器壁则作为负极。
在工作时，两极间加有一定的工作电压，在两极间形成电场。当X线光子射入电离室中，气体被电离产生正、负离子对，它们在电场作用下分别向正、负极移动，形成电流，在外电路电阻上便产生了相应的电压信号。把很多的充有惰性气体和电离室紧密排列成扇形阵列就成为CT扫描机用的气体探测器系统。
气体探测器与闪烁晶体光电倍增管式探测器比较，其转换率较低，但余辉和稳定性都优于闪烁晶体探测器。
3．数据处理
均匀的X线穿过扫描部位后，形成按扫描部位不同密度和厚度的不均匀“X线图像”。此“X 线图像”经探测器接收，转换成为与X线量成比例的电流，这就是模拟信号（数据）。若要用数字计算机处理这些信号数据，就必须要把这些模拟信号经过A/D转换器转换成数字，成为数字数据。在进行图像重建之前，为了得到准确的重建图像数据，要对这些数字数据进行处理，其处理项目有：
（1）减除空气值和零点飘移值
探测器工作在电子电平上，必然有一定的空气值（因为探测器不是工作在真空中）必须把此值减除。在收集数据和转换数据过程中，探测器存在着零点飘移，为使重建成图像数据准确，必须把这个飘移值进行修正。
（2）线性化
对X线的线束硬化效应进行校正，称为线性化。X线穿过扫描部位时，虽然想办法使X线尽量接近单色射线，可减少硬化效应的影响，但实际上线束硬化效应仍然存在。
（3）X线的线束硬化效应
连续X线穿过扫描部位时，低能X线比高能X线的衰减大。由于X线在同一密度和厚度部位中的有效衰减随穿过部位厚度增加而增加，低能X线将很快被衰减。这种低能X线较高能X线衰减快的现象，称为X线束硬化效应。由于X线束硬化效应的存在，在X线穿过某一厚度的均匀吸收材料后，X线能量与材料厚度有关。
X线束硬化效应的校正：当X线束穿过扫描部位时，低能X线很快被吸收，吸收曲线接近高能X线，使得被扫描部位视为变薄，从而造成采样数据失真。线性化处理就是对X线束硬化效应失真进行校正。
对X线束硬化准备应的校正在A/D转换器中进行，是针对每一个探测器，根据其特性事先制定相应的校正曲线表。并将这个校正用线性表已编成文件存放在数据库中。在进行线束硬化校正时，就从数据库中调出一组线性表对探测器的采取进行校正。
（4）正常化
在对同样密度图形部位进行CT扫描时，每一条射线或一组射线束在同一次扫描过程中，环绕被检部位在不同方向上扫描，它所收集的数据经内插的总和应相等。正常化处理就是对扫描数据的总和进行检验和校正。
由探测器接收，转换成模拟信号经A/D转换器转换成数字后进行上术一系列处理，得到较准确的表示扫描部位密度和厚度的用于重建成图像的数据。
4．图像重建
这是通过图像重建过程中分析图像重建数据流程和方法。
（1）收集数据
收集数据是将穿过扫描部位表示按扫描部位密度和厚度不均匀的“X线图像”，用闪烁晶体、光导管、光电倍增管、Io/Im比值对数器、积分器和模？数转换器，把模拟信号转换成数字数据。
（2）数据传送和处理
把收集的数据转换成数字数据之后，依序串列输入至A/D微处理器，在其中进行减除空气和零点飘移值、线性化和正常化处理。把处理好的数字数据经存储器送入褶积器中，用重建滤波器进行褶积处理。把褶积好的数字数据经存储器送入反投影器中，进行反投影计算。将反投影好的数字数据填入存储器中摆好的矩阵像素中，形成扫描部位的数字图像。
5．显示图像
数字图像经跟踪球或窗位和窗宽控制，使有意义部位显示得更清晰，这些数字图像可以记录在磁带上或磁盘上。还可用激光型多幅摄影机投照在胶片上。数字图像经显示控制器把数字图像转换成模拟图像，即每个像素数字转换成电流就可显示在黑、白视频监视器上。用多幅摄影机就可把视频监视器上黑、白图像用胶片拍下来，经化学处理后就可供医疗诊断用。这时若用激光型多幅摄影机，则需用模/数转换器转换成数字图像后方可摄影。
四、现代CT技术的发展和应用
（一）滑环技术
常规CT机X线球管系统的供电及信号的传递是由电缆完成，扫描时球管随机架作往复旋转运动，电缆易缠绕并且影响扫描速度的提高。近年来，世界上一些在的CT机制造厂家，在CT扫描机架旋转过程中去掉了电缆，代之以铜制的滑环和导电的碳刷，通过碳刷和滑环的接触导电，得以使机架能作单向的连续旋转。
滑环的方式根据X线产生部分传递电压的高低，可分为高压滑环和低压滑环。高压滑环通过滑环传递给产生X线的电压达上万伏，而低压滑环通过滑环传递给X线发生器的电压为数百伏。
高压滑环易发生高压放电，导致高压噪声，影响数据采集系统并影响图像质量。低压滑环的X线发生器须装入扫描机架内，要求体积小、功率大的高频发生器。目前，大多数厂家都采用低压滑环。
（二）滑环式CT的扫描方式
常规CT扫描通常是病人和检查床固定的情况下，机架旋转、X射线曝光，同时采集扫描的原始数据，由计算机作图像重建后传送给显示器显示，在重建图像的过程中移动床位，准备下一层面的扫描，周而复始，直至扫完整个预定的检查部位或器官。滑环式CT扫描机改变了常规运动方式。
目前，滑环式CT扫描方式有两种：一是间断式CT扫描，二是螺旋式CT扫描。
1．间断式CT扫描（又称单方向连续旋转型CT扫描）
此种扫描方式是X线管不停地围绕病人作圆周运动，扫描时，病人定位床不动，此时发射X 线，X线产生并开始360°扫描和采集数据。尔后，床移动病人到第二个扫描位置，进行第二个360°扫描和采集数据。。。。。。在床移动过程中，曝光是停止的。连续旋转型CT的主要优点是给进一步提高扫描速度开辟了途径。360°扫描时间只用1秒即可完成，扫描过程中层间的延时极大的缩短，提高了检查效率，减少了运动伪影，相对提高了造影剂的利用率。2．螺旋式CT扫描
在连续旋转型CT的基础上产生了螺旋CT扫描方式，把CT技术又推上了一个新的阶段。（三）螺旋CT扫描
螺旋扫描方式是在机器连续旋转，连续产生X线，连续取样的同时，床以一定的速度前进或后退。因此螺旋扫描方式不再是对人体的某一层面采集数据，而是围绕人体的一段体积螺旋式地采集数据。常规CT扫描与螺旋扫描方式的本质区别在于：前者得到的是二维信息，后者得到的是三维信息。所以螺旋扫描方式又被称为体积扫描。
螺旋CT扫描对硬件的要求除必须采用滑环技术以外，还必须采用一个热容量大、散热快的X 线球管；另外，为使大量的图像处理工作能迅速进行和完成，必须配备高速的计算机系统；第三，由于要存取大量的原始扫描数据，还需要一个在容量的硬盘，以适应大量存取的需要。最近几年，随着CT机硬件的不断改进和完善，螺旋CT扫描一次允许完成多个扫描的区段，在几次扫描间并可允许病人作短暂的呼吸。这些改进适应了临床诊断工作的需要，使螺旋CT 扫描的应用范围更加扩大。
1．螺旋CT扫描的特性
螺旋CT由于扫描的方式不同，产生了两个新的成像参数：即螺距和重建间隔。螺距的定义是速度和层厚的比值。该比值（pitch）是机架旋转一周床运动的这段时间内，运动和层面曝光的百分比。它是一个无量的单位，并可由下式表示：螺距（p）=s(mm/s)/w(mm) (1)
式中s是床运动的速度，w是层厚的宽度。螺旋CT扫描螺距等于零时与常规CT相同，通过病人的曝光层面在各投影角也相同。螺距等于0.5时，层厚数据的获取，一般采用2周机架的旋转及扫描；在螺距等于1.0时，层厚的数据采用机架旋转1周的扫描；在螺距等于2.0 时，层厚的数据只得到机架旋转半周的扫描。因此，增加螺距使探测器接收的射线减少，并使图像的质量下降。在螺旋CT扫描中，床运动方向（Z轴）扫描的覆盖率或图像的纵向分辨率与螺距有关。
重建间隔的定义是被重建的相邻两层横断面之间长轴方向的距离。螺旋CT的一个重要特点是可作回顾性重建，也就是说，先获取螺旋扫描原始数据，然后可根据需要作任意横断面的重建。螺旋CT扫描的重建间隔并非早班常规CT扫描层厚、层间隔的概念，因为螺旋CT扫描是容积扫描，不管扫描时采用什么螺距，其对原始数据的回顾性重建可采用任意间隔，并且间隔大小的选择与图像的质量无关。有研究表明，采用较小的螺距和重叠重建的方法，可使螺旋CT的长轴分辨率改善甚至超过常规CT。
2．螺旋CT扫描的图像重建方法
常规CT的成像过程，X射线是以不同的方向通过病人获取投影数据，并利用投影数据由计算机重建成像，常规CT扫描形成一个完整的圆形闭合环，而螺旋扫描的圆形闭合环则有偏差。在螺旋CT扫描中，平面投影数据是通过螺旋CT扫描的原始数据内插合成，然后再由滤过后投影重建成像，因此，原始数据的内插方式是螺旋CT扫描成像的关键。
螺旋CT有许多内插方法，但线性内插由于效果好和易使用被普遍应用。线性内插方法有全扫描、不完全扫描、内插全扫描、半扫描、内插半扫描和外插半扫描。全扫描法是360°收集原始投影数据，在卷积和后投影前不作修正。因而全扫描法是最简单的内插算法。不完全扫描和半扫描法分别是360°和180°加一个扇形角，它们的原始投影数据在靠近扫描的开始部分和结束部分采用不完全加权，通过靠近扫描中间部分的加强加权投影来补偿。内插全扫描法360°平面投影数据，通过邻近同方向的原始投影数据线性内插获取，因而重建涉及的原始数据达720°范围。内插半扫描法利用多余的扇形束原始数据，在原始数据附近的相反方向内插，可减少数据采集角范围到360°加两个扇形角。外插半扫描法没有内插半扫描法那种投影射线的位置必须不同于重建平面的情况，如果相对的射线来自于平面的相同位置，外插半扫描法估计这个相应的投影值，否则，内插则按照内插半扫描法进行。内插全扫描和内插半扫描在临床应用中，分别等同于360°LI和180°LI。在上述的内插方法中，内插半扫描和外插半扫描法较好，原始数据利用率高，平面合成可靠以及能得到满意的重建图像。3．螺旋CT扫描的临床应用
螺旋CT扫描的应用范围一般与常规CT扫描相同，但由于技术上的一些限制，螺旋CT扫描
不是在所有部位和器官的应用都是很理想的。比较适合的检查部位是胸部、腹部以及需要提高时间分辨率的血管检查，如CTA等。在颅脑的检查中，由于目前螺旋CT扫描的条件比较低，还不能达到常规CT扫描的水平，横断而后图像质量不及常规CT，同样四肢、脊椎的检查也是上如此。
4．螺旋CT扫描的优缺点
与常规CT扫描相比，螺旋CT扫描主要有以下优点
（1）整个器官或一个部位一次屏息下的容积扫描，还会产生病灶的遗漏。
（2）单位时间内扫描速度的提高，使造影剂的利用率提高。
（3）可任意地、回顾性重建，无层间隔大小的约束和重建次数的限制。
（4）容积扫描，提高了多方位和三维重建图像的质量。
螺旋CT扫描最主要的缺点是：层厚响应曲线增宽，使纵向分辨率下降。
五、CT扫描技术概述
CT扫描检查是19世纪70年代兴起的一门新的医学影像检查技术。其成像原理、成像方式、图像显示、检查方法以及操作技能，都不同于传统的X线检查方法。因此，它形成了一项独立的特殊检查技术。随着CT机结构和性能的不断完善和提高，又促进了CT检查技术的发展。操作技术人员只有全面系统地学习和掌握CT的操作技能，严格遵守各项CT检查规则，才能充分发挥CT检查的优势。
（一）CT检查规则
1．CT检查前的工作程序
凡需做CT检查的患者，在检查前，均应按下列工作程序进行：
（1）划价交费。
（2）预约登记。
（3）编写索引。
（4）交代准备工作。
（5）以上工作需要由登记室完成。
（1）划价交费
按照当地卫生部门的物价管理规定，根据检查部位、检查方式和扫描层数正确划价、交费。（2）预约登记
●预约病人时首先应仔细审查申请单是否填写完全，并按不同检查部位的不同要求,核对内容是否合乎标准。
●预约病人应根据病情的轻、重、缓、急和检查部位合理安排检查时间。
●发给附有“病人须知”的预约单，嘱患者按“病人须知”要求，做好检查前的准备。
●按照CT检查登记本的项目和照片口袋要求，详细认真填写。
（3）编写索引
其中包括姓名索引、诊断索引，以至各项统计工作。
（4）交待准备工作
在预约过程中，向病人及其家属交待扫描前准备工作相当重要。准备工作做的好坏，关系到CT检查效果和扫描图像质量。准备工作包括两个方面：
患者的多种检查结果准备，如X线检查、B超检查、同位素检查及化验等结果，检查时应带来，便于扫描时和诊断时参考。
病人的准备，根据扫描部位及扫描方式，向病人提出和强调所需的准备工作。
3．扫描前病人的准备
不同部位及不同的扫描方式，对病人有不同的准备要求，详细情况请参阅有关章节。
一般的常规准备工作有：
（1）做CT检查的病人应更衣、换鞋，防止灰尘嘉宾入机房。
（2）对病人做好耐心的解释工作，以消除其顾虑和紧张情绪。
（3）认真检查并去除检查部位的金属饰物和异物，防止产生伪影。
（4）对于胸、腹部扫描患者，要做好呼吸训练，以求减少移动伪影和提高扫描层面的准确性。
（5）凡需做增强扫描的患者，扫描前4小时禁食。请于检查前一天做完碘过敏试验，试验阴性者可增强。
（6）腹部扫描，扫前一周不吃含金属药物，不做胃肠造影，扫描前两日不要吃泻剂，少吃水果和蔬菜。扫描前4小时禁饮食。（详细准备要求见第六章。第十一节）
（7）对躁动不安或不合作的病人，可根据情况给予镇静剂，必要时给予麻醉。
4．CT机操作步骤
熟悉掌握CT机的性能，了解其操作软件的设置，正确地操作使用CT机，是对CT操作技术人员的基本要求。各种型号CT机的操作方法和操作形式各不相同。有的采用多级菜单式的程序化结构，有的采用功能键形式，也有的采用功能键及电子鼠标器或触摸屏相结合的方式。虽然CT机的操作程序和步骤大体相似。归纳为以下几个步骤。
（1）开机
系指通过闭合各种闸刀、开关或按键，将供电电流馈给主机和计算机系统。电源接通后，CT 机便按照内设程序进行自检。在自检过程中，不得随意按动键盘上任一按键及移动鼠标。待自检完成，监视器屏幕上显示人机对话时，方可根据对话窗的提示，进行下一步操作。（2）球管加温
每日新开机后，首先应对X线球管进行加温，亦称球管训练。球管加温系指在扫描野内没有任何物体的情况下，用空气扫描方式日光数次。其扫描条件和日光次数，每台机器有所不同，由机内自行设定软件控制。球管训练目的在于保护X线管。刚开机时，球管温度较低，视为冷球管，通过管电压由低逐步升高，从而防止了突发的冷高压对X线管的损坏或对灯丝的拉断。在开机运行期间，若3小时内没有进行病人扫描，此时对球管而言，长时间未曝光，仍可视为冷球管，则应重新对球管进行加温训练。
（3）空气校准
在CT扫描采及格信息过程中，只有获得准确的数据，才能进行正确的计算。信息采集是由探测器完成的。由于诸多探测器之间存在有参数和余辉时间的差异，加之球管输出的变化，在扫描下一次时各通道的突出就有所不同。有的通道是零，有的会是正或是负。我们把这种现象称为探测器的零点漂移。由于零点漂移引起探测器读得的空气的CT值不是-1000而造成失真。为克服这一现象，在重建图像前应进行校正。首先是修正零点漂移，即空气减除。为了修正原始数据零点漂移所带来的误差，所以要进行空气校准。采用空气扫描方式，获得探测器各通道的零点漂移值，从而保证采样数据的准确性。
（4）清磁盘
磁盘是图像存储的区域。磁盘的存储容量是有限度的，为了保证扫描工作的顺利进行，在每日做病人扫描工作前，首先查询一下磁盘，浏鉴磁盘所余空间存储是否够用，应根据当日工作的量大小考虑，不够用时，应先把处理完毕的病例图像数字进行删除。
（5）扫描
操作技术人员根据申请单的检查项目和扫描技术要求，在医生的指导下有步骤地对病人进行扫描工作。
（6）关机
每日工作完毕应按照CT机关机步骤的说明要求，进行关机。
5．常规扫描步骤
大体分为5步进行：
第一步：输入病人和自然项目。
输入病人自然项目一般包括以下内容：
（1）病人标志
如姓名、性别、年龄、出生年月日、CT号和住院号等；