CT及MRI原理介绍

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(一)CT成像的基本原理
CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描(厚度由准直器控制),由探测器接受透过该层面的X线,经光电交换器转变为电信号,再经模数转换器转换为数字,经计算机处理后,计算出该层面组织各个单位容积的吸收系数,再重建为图像。

该层面的一个单位容积即为体素。

二维图像则称为像素。

矩阵越大,像素越小,计算机处理的数据越大,图像越清楚。

256*256=65536、512*512=262144。

(二)CT图像特点
1、CT值:CT断层图像反映了身体某一选择层面上各个像素的X线吸收值即CT值。

CT值=[ μμw]*a
μw
μ和μw分别为受测物体和水的衰减系数,a为厂商所选定的标度系数。

当a为1000时,CT值的单位为Housfield单位。

从上述公式可以看出CT值可反映组织的衰减系数。

但并不是绝对值,而是参照水的CT值(=0)的相对值。

空气的CT值为-1000,而骨的CT值为+1000。

CT 图像的特点为密度分辨力高,而空间分辨力相对较低。

2、窗宽和窗位:
正常CT机具有反映2000HU的CT值范围的能力,根据习惯将CT值高的组织显示为白色,CT值低的显示为深色,并逐渐加深,甚至黑色。

多数情况下人体组织和病灶的CT值变化在-20—+100HU之间。

显示器具有一定数量的灰度等级(如16或64等级)。

但人眼仅能分辨有限数量的灰度等级(16级)。

因此必须设定窗宽和窗位2000/16=125
窗宽:指CT图像上显示的CT值范围,窗宽越大,每一灰级所包含的CT值范围越宽。

如WW160,16级灰级,则每级灰级含有10HU的变化范围。

而且CT值高出此范围的组织或病灶,无论高出的程度多少,均呈白色;低于此范围的组织。

无论低多少,均呈黑色。

窗位:是窗的中心位置。

因此在临床上,可根据检查的部位和要求不同,选择不同的窗宽和窗位。

3、部位容积效应和伪影:
部位容积效应:矩阵图像中的像素代表某一单位体积内各种组织CT值的平均数,因而这种CT 值所代表的组织密度可能实际上不存在,这种现像成为部分容积效应。

如骨骼和气体重叠可产生类似肌肉的CT值。

因此组织结构的厚度≥切层厚度时,所测得的CT值准确,当前者≤后者时,所测得的CT值就不可靠。

伪影有移位伪影、金属伪影、机器伪影等。

(三)、CT检查技术:
1、平扫:常规横断面,有些部位可行冠状面,并可行任意平面重建。

2、造影:如CTM、CT胆囊造影。

3、增强扫描:静脉内注入水溶性有机碘,使器官与病变的碘浓度产生差别、包括时间差。

随着技术的发展,增强扫描又可进行三期扫描、动态扫描、灌注扫描、血管成像等。

四、MRI断层影像解剖
磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生的信号(重建成像的一种技术)。

原理极为复杂,难以理解,在此简述。

(一)MRI的基本原理
人体是由很多分子组成,分子由原子组成,原子由原子核和其周围电子组成,其质子有自旋运动,具备磁性,就可以产生磁共振信号。

在没有外加磁场时,它们的磁矩是任意指向的,杂乱无章地排列。

但如在均匀的强磁场中,质子群磁矩会沿静磁场的方向平行排列。

当外加特定射频脉冲进行激发时,氢原子核吸收能量,又将吸收的能量以相同频率的无线电波的形式释放出来。

质子吸收和释放能量的过程成为核磁共振。

1、驰豫时间:
(1)纵向驰豫时间:即90°RF后质子由纵向磁化转到横向磁化,再恢复到纵向磁化激发前的状态所需时间称为T1。

(2)横向驰豫时间:指横向磁化所维持的时间成为T2。

人体不同的器官的正常组织与病理组织的T1 T2均相对固定,并存在一定的差别,此为MRI 的成像基础。

2、MRI的成像的基本要素:质子密度、T1 T2和流空效应。

质子密度越高,MRI的信号越强。

(二)MRI成像的方法(序列与序数)
MRI成像的方法较多,目前应用最多是自旋回波序列。

此外还有反转恢复、GRE、脂肪抑制、水成像、MRA等方法。

重点介绍SE序列:
TR:脉冲重复时间(因需多次采集信号)
TE:回波时间,指脉冲激励后产生回波信号时间。

T1w TR<500ms TE <30ms
T2w TR>1500ms TE >66ms
PDW TR>1500ms TE>33ms <66ms
任何一次完整的MRI检查均包含T1w 和T2w 。

(三)MRI图像特点:
1、MRI具有多平面成像的能力,可进行任意平面成像。

2、MRI可进行多参数成像,如T1w 、T2w和多序列成像,能了解组织的生理和病理特点,也可进行功能成像。

3、流空效应:MRI不能测定快速流动的血液信号,利用此特点,可在不需要用造影剂的情况下进行血管成像。

4、MRI图像也与CT一样为灰价图像,可利用窗技术进行调节,也可以产生伪影。

如同CT。

5、MRI无电离辐射,也无创伤。

6、MRI图像也包括平扫和增强扫描,所用造影剂为钆的螯合物Gd-DTPA(一种顺磁性物质)。

(四)不同组织在CT和MRI图像中的表现:
CT T1w PDW T2w
骨白黑黑黑
水灰黑灰黑稍白白
空气黑黑黑黑
血管灰黑黑黑(流空)
脂肪黑白灰白灰。