第二节
电子计算机断层扫描

电子计算机断层扫描（computed tomography，CT），是计算机与X线技术相结合的产物，它于1969年由Hounsfield设计成功，并于1972年公诸于世。CT显示的是断面解剖影像，其图像质量好，密度分辨率高，提高了病变的发现率和诊断的准确率，扩大了对人体的检查范围，它被公认为是继1895年X线被发现以来放射诊断领域的一次里程碑式的重大突破，大大促进了医学影像学的发展。

一、CT的成像技术

经过多年的发展，CT技术取得了很大的进步，功能日趋完善，已从最初的每单层数分钟扫描、5～8分钟重建以及有限的图像分辨率发展到今天的大容积多层螺旋扫描、实时图像重建技术以及在轴、冠、矢状位上获得各向同性分辨率的图像，可做细腻的三维重建，模拟内镜，手术立体定向，CT血管造影等，并且除了单纯的形态学诊断还可以进行功能性检查。CT的设备主要由三个部分组成：①扫描部分，包括X线球管、探测器和扫描机架；②计算机系统；③图像显示、存储和输出系统。CT的基本工作原理是X射线围绕着人体某一部位进行扫描，其穿过人体之后，投射在随X线球管同步运动探测器上并被转变为可见光，然后再经光电、模数等转换后得到相应的数字化信息并将其输入计算机系统进行处理重建出有关的断面解剖图像。

CT图像是由一定数目按矩阵形式排列且灰度不等的像素组成的，像素的灰度反映的是扫描层面中相应体素的X线吸收系数。CT值是从组织的X线吸收系数换算来的，但它并非是固定的，它与设备的类型、所用的球管电压、电流以及人体的一些内在因素（如呼吸、血流）等都有关系。CT值应经常校正以免导致误诊。另外，人眼能分辨的灰度差别有限，仅有16个灰阶，为了能提高组织间的对比，清晰地显示有关结构，在显示CT图像时还要选用适当的窗宽、窗位。窗宽是指显示的CT值范围，在此范围内，组织按密度的大小由白到黑以16个灰阶被显示，窄窗宽中每一灰阶所对应的CT值幅度小，对比度强，可用来分辨密度较接近的组织，而宽的窗宽则相反，可用来分辨密度差别大的组织。窗位是窗宽上、下限的CT值的均数。窗位高时图像的亮度低，窗位低则图像的亮度高。一般取所要观察的组织的CT值为窗位以更好地了解其细微结构，但在实际工作中往往要兼顾几种组织来选用适当的窗位。

二、多层螺旋CT

多层螺旋CT（multi-slice CT，MSCT）除数据采集系统与传统的CT不同，最本质的区别是探测器数量，即把探测器的排数增加至4～320排。MSCT通过锥形线束及宽探测器技术来激发不同排数探测器，并调节层面的厚度，最薄可达0.5mm层厚。图像重建与单螺旋CT相比有明显进步，MSCT获得的大容量信息能用于各种重建和进行后处理，大大提高了时间及空间分辨力。由此可见MSCT的优点是：扫描速度快；时间分辨力和空间分辨力明显提高，有利于微细结构的显示；进行图像重建的时间缩短，图像质量提高。

MSCT由于设备上的优势和强大的图像后处理功能，其三维容积成像技术可以逼真地再现骨骼系统及其与周围结构的空间形状，立体、直观且较全面地显示骨骼系统的解剖关系。工作站强大的后处理软件功能能显示病变直观的立体形态、丰富的密度层次、清晰的细微结构以及明确的空间关系。能全面地对病变情况做出了判断和评价，并准确地进行分型，特别是在创伤患者中具有广泛的应用。采用三维容积成像重建技术，克服了CT轴位和MPR冠、矢状位方法的不足，真实、立体和全面地再现了骨折的病理解剖关系及形态学上的改变，为临床诊断、制订合理的手术方案以及术后疗效的评价提供了极大地帮助。

螺旋CT目前有三种常用的重建技术：多平面重建（multiplanar reconstruction，MPR），表面遮盖显示（shaded surface display，SSD）和容积显示（volume rendering，VR）。MPR重建技术是在横断面图像上按要求任意划线，然后沿该线将横断面上二维体积元重组，即可获得该平面的二维重建图像，包括冠状面、矢状面、任意斜面和任意曲面的图像重建，能够对病变有全面准确的认识，是骨骼系统疾病三维重建中常用方法之一，为首选的重建方法。通过调节窗宽和窗位很容易地在软组织窗和骨窗之间相互切换，除能显示骨质病变情况，还能够清晰显示病变周围软组织损害的情况，特别适用于脊柱病变。

SSD具有清晰、直观、逼真、立体的特点，成为最受临床医生欢迎的重建技术。其根据CT阈值表现为“有”或“无”的概念，阈值以上的相邻像素连接而重建成图像；阈值以下的像素则不能重建而无法显示。因此SSD重建技术的CT阈值的选择是关键，阈值太高则骨质较薄处信息丢失，造成“假孔征”，容易造成假象；太低则周围轮廓分辨不清，一些组织结构层次不清，干扰观察。应该根据具体情况，在清晰显示组织结构而又不形成明显的“假孔”为原则，另外采用切割技术去掉不必要的影像或分离技术保留需要观察的结构。SSD的优点是重建图像立体感强，可逼真再现大体解剖外形，解剖关系清晰。但由于SSD是表面成像技术，容积资料丢失较多，其缺点是细节不够丰富，对于移位不明显的线样骨折不易显示，缺乏透明效果，无法观察骨骼内部形态和密度（图3-2-1）。

图像逼真、立体感强，解剖结构显示清楚

VR是将每个层面的容积资料中的所有体积元加以利用，因此，VR获得的是真实的三维显示图像，由于其容积资料不丢失，对比度好，层次清晰，显示细节效果较好，所以在显示细小骨折方面优于SSD，是SSD图像的有益补充。VR存在一定透明度，造成重叠影像，空间立体感不如SSD。VR重建技术主要是通过调节CT值范围和选择透明度来所得满意的图像。

CT仿真内镜是利用特殊的计算机软件功能将螺旋CT容积扫描所得图像数据进行处理，对腔隙部位或器官内表面具有相同像素值范围三维重建，以获得类似纤维内镜观察效果的动态表面立体图像，是一种无创伤虚拟现实的检查技术。CT椎管仿真内镜是通过选择特定阈值消除椎管内软组织影，显示椎管内表面结构的一种成像方法。多层螺旋CT具有扫描速度快，层厚极薄，扫描覆盖范围大，并具有强大的图像后处理功能，使CT仿真内镜的处理更加简洁容易。图像细腻、立体逼真、全面，克服了传统螺旋CT重建图像的“锯齿”状伪影及观察范围的局限性。通过调整阈值，能立体、直观地显示椎体、附件的形态改变及骨质表面增生情况，可观察邻近韧带钙化、骨化，侧隐窝、横突孔、椎间孔的改变。CT脊髓造影（CT myelography，CTM）的仿真内镜可直接观察脊髓、蛛网膜下腔的形态改变，脊神经根和马尾神经的走向和分布。

螺旋CT后处理技术的原则是：尽可能地缩小兴趣区（ROI）的范围，以提高处理速度，并能减少邻近组织的干扰；根据具体的情况选择合适重建技术；灵活运用切割功能，将影响观察视野的组织去除；在行三维重建之前，在二维图像上进行伪彩色标记，这样三维成像后有利于识别某些特殊部位，也有利于进一步行关节解体处理，这在骨骼系统中尤为重要，如骨盆三维重建中股骨头与髋臼的解体处理，非常有利于髋臼骨折内侧面的观察；适当调节SSD的亮度、对比度、梯度，VR中的透明度和MPR中的窗宽和窗位，会使三维重建图像更加完美。总之，应该重视原始二维图像的扫描，它是三维重建最根本的保障，同时也应该合理运用SSD、VR以及MPR，相互配合使用，取长补短。

原始二维图像的扫描质量直接影响到三维重建图像质量，它是三维重建图像的基础，实现图像良好三维重建的重要前提是进行各向同性扫描，是指数据采集过程中，最小体素为一立方体。影响扫描技术的最主要的三个参数是：X线准直宽度（层厚）、螺距比、重建间隔。层厚薄，能够提高分辨率。增加螺距比，会导致分辨力的降低。但对于层厚较小的扫描，适当提高螺距比，不会明显影响分辨率，并可扩大扫描范围。重建间隔的缩小可以提高图像质量，最明显地表现在VR中，图像的“阶梯”感不明显。一般选用的重建间隔应相当于层厚的一半。骨骼系统的三维重建总的原则：小范围的细小结构宜采用薄层（<；3mm）、小螺距，必要时增加mA以提高分辨率；较大范围，如长骨、脊柱、肢体等层厚可增加，但最好不要超过5mm；亦可加大螺距，但最好不要超过2.0。

CT血管成像（CT angiography，CTA）是利用高浓度对比剂在不同时相通过血管时采集的图像，通过CTA重建而获得的动脉、静脉血管图像，可显示病变以及周围正常结构的血管情况，CT的灌注检查还可以显示病变的血流动力学改变。

但MSCT骨关节检查存在辐射剂量大的问题，因此在应用MSCT对骨肌病变进行检查时，应掌握好适应证；同时选择适宜的病例进行低剂量MSCT扫描，在保证诊断图像质量的情况下，影像科医生要接受有轻微伪影的低剂量CT图像。

三、能谱CT

多层螺旋CT发展迅速，近年来主要从扫描速度、探测器宽度、能谱成像、低剂量扫描等多个方面发展，能谱CT（Spectral CT，Dual energy CT）的发展近年来越来越受到关注。

能谱CT基于人体同一组织对不同光子能量及不同组织对同一光子能量吸收能力的差异进行成像，即根据能量水平差异和组织特异性两个参数成像。人体各组织都有其特征性的X线吸收曲线，计算任意两种物质不同能量下吸收系数，即可确定该物质的一条特征性吸收曲线，并可获取其他40～140keV能量范围内的单能量图像，能虚拟平扫图像、进行多种基础物质的分离和定量、对病变内无机物的有效原子序数进行精确分析以及能谱曲线。能谱CT为疾病的早期发现、定性甚至定量诊断提供可靠依据。

根据X线的吸收特性可区分不同组织，也可根据实际需要选择最佳单能量图像，有效去除硬化伪影，最优化显示正常组织和病灶。能谱CT能将任何物质的X线吸收系数转化为任意2种基物质的吸收系数，并达到与该物质相同的衰减效应。这些基于物质的吸收系数也会随能量变化而变化。因此，根据已知能量水平的某物质吸收系数，就可评价出该物质的密度及空间分布，从而实现物质组成成分的初步分析及物质分离。

能谱CT在骨关节的运用包括：①物质分离：在痛风患者尿酸盐沉积的定量评价，可评估尿酸盐容量变化，有利于痛风的鉴别诊断、疗效和预后评估（图3-2-2，图3-2-3）。②骨关节结构的显示：MRI由于良好的软组织分辨率，是关节及韧带结构评价的首选影像学检查方法，但是在禁忌进行MRI检查时，由于能谱CT能清晰显示肌腱、韧带等结构（图3-2-4），结合运用VR、MPR等可多角度观察骨、关节结构（图3-2-5），能较准确地反映骨关节结构的变化。③消除伪影：能谱CT单能量图像，能有效地去除金属植入物引起的射线硬化伪影（图3-2-6，图3-2-7），有利于骨关节疾病治疗后追踪复查。

利用能谱CT成像，能清晰识别痛风石（A，高密度病变）并直观地在伪彩图像上显示（B），利用物质分离与定量，测量病变（C、D图感兴趣区）的尿酸[Uric acid（Calcium）]平均浓度为（1305.26±32.21）mg/ml，钙[Calcium（Uric acid）]平均浓度为（9.73±8.18）mg/ml

单纯的尿酸盐结晶不能在X线上显示，因此常规CT不能显示病变尿酸盐晶体本身，只能通过尿酸盐晶体引起的骨关节病变的间接表现再结合临床实验室检查进行诊断，能谱CT特有的尿酸基图像及物质定量分析技术，可以直接显示病变内沉积的尿酸盐晶体，还能对病变内尿酸、钙等物质作出区分和定量测量。

肌腱呈相对高密度，能谱曲线能反映正常的肌腱（粉色ROI）的曲线呈由高至低走形曲线，与足底肌肉（红色ROI）的曲线不同，通过能谱曲线的形态及数值能反映肌腱的水肿、断裂、出血的病理变化，能定量分析肌腱病变并进行随访监测

同上例子，能谱CT特有的物质分离和物质浓度定量测量技术，能对骨皮质（绿色ROI）和骨松质（红色ROI）的骨钙密度进行定量测量及治疗后随访检测，骨皮质钙平均浓度为（552±198）mg/ml，骨松质钙平均浓度为（-57.25±52）mg/ml

A.混合能量图，人工椎体及椎弓根钉连接棒周围伪影明显；B.70keV的单能量图；C.140keV的单能量图，能明显减少金属植入物周围的伪影

A～B髋关节人工关节假体术后假体松动，采用能谱CT检查，120～140keV单能量图能明显减少关节假体周围的射线硬化伪影，运用MARs（metal artefact reduction software）相比未运用MARs，MRAs能明显减少射线硬化伪影对假体周围软组织观察的影响，但是小的内固定物（C）（如椎弓根钉等）采用MARs可能出现矫枉过正的情况

四、CT在肌肉骨骼系统中的应用

CT虽然也是基于X线穿透组织后的衰减来成像的，但是横断面成像，避免了各种解剖结构的重叠。其空间分辨力和密度分辨力强，能提供良好的组织对比，可以显示X线难以发现的淡薄骨化和钙化影以及区分不同性质的软组织。此外，碘对比剂增强CT检查可进一步了解病变的血供情况，并可区别正常和病变组织，为诊断提供更多的信息。它有利于区别肿瘤和瘤周水肿，也有利于了解肿瘤内是否有囊变、坏死，而且增强后较大的血管常因密度增高而得以显示，这有助于了解病变与邻近血管的关系。动态增强扫描或灌注扫描是指注射对比剂后对某些感兴趣的层面作连续多次的扫描，通过显示病变的密度随时间的变化情况而反映局部组织的血流动力学改变，一般而言血管丰富、血液灌注量大的病变密度上升快。动态增强或灌注扫描对骨和软组织肿瘤良恶性的判定有一定的帮助。CT的这些优点使其在肌骨系统有很大的应用价值，可用于外伤、肿瘤、感染等多种疾病的诊断以及选择活检部位并指引其进行。在解剖复杂的区域，如肩部、脊柱、骨盆、髋部等，CT的作用尤为突出，可作为这些部位病变的首选检查方法。多数情况下，在X线片的基础上如要了解较小范围的骨质破坏、髓腔情况、骨内或软组织内的淡薄钙化或骨化以及软组织病变时都需要辅以CT检查。CT因受费用的限制以及为减少辐射的需要，一般检查范围不如X线片大，骨质密度的判断不如X线片方便，故MSCT尚不能完全取代X线片。

在观察骨骼肌肉系统CT图像，分析病变的CT征象时，除同样应遵循观察、分析X线片的原则，还要注意到CT图像的特殊性。骨骼肌肉系统包括骨和软组织两种密度差别很大的组织，因此观察时既要用较低的窗位和较窄的窗宽（即所谓的软组织窗）来观察软组织情况，也必须用较高的窗位和较大的窗宽（即骨窗）来观察骨的情况。由于辐射剂量和费用的原因，CT扫描的范围往往比较局限，软组织分辨力尚有待提高，因此在做诊断时需要参考X线片和其他的影像学资料。

螺旋CT重建技术主要适用于下面几个方面：

1.颌面部病变

颌面部解剖结构比较复杂，重叠较多，单纯X线片所获得的重叠的二维影像已经不能满足临床诊治的需要，容易造成漏诊。MSCT图像重建能清晰地显示外伤性病变中骨折线的走行、方向及骨片的移位程度；能清晰地显示肿瘤侵犯致骨质破坏的部位、大小、程度；能显示颌面部轻微、隐匿的畸形；能明确颞下颌关节强直的类型；颅骨纤维异常增殖症的三维图像可以全面、直观地了解病变累及的部位、范围以及病变的程度、对周围器官的影响，增强VR图像能同时显示血管病变和邻近骨骼结构的空间关系等。螺旋CT图像重建技术手段的应用对于术前明确病变范围、确定治疗方案、选择手术途径是极为重要的（图3-2-8～图3-2-10）。

颌面骨多发骨折，显示骨折片及其空间关系

右侧上颌骨可见磨砂玻璃样骨样组织

2.脊柱病变

MSCT图像重建技术的应用，使脊柱病变的观察更加直观、生动。通过三维重建，能诊断二维CT易于漏诊的横行骨折，明确整个骨折线的情况及骨块的移位程度。二维矢状重建能显示有无骨片进入椎管，骨片的大小、位置及其对脊髓的压迫均清楚。由于C ₁ ～C ₂ 、C ₆ ～T ₁ 骨骼结构重叠太多，X线片不容易对病变进行全面的评价，特别是在创伤患者，患者不合作，X线片的价值更加有限，MSCT能对该类患者的脊柱损伤进行快速的诊断，而且MSCT图像重建技术能立体、直观地显示骨折的类型和程度。除了外伤性病变外，MSCT脊柱重建成像在其他疾病的诊断中也很有价值，例如肿瘤和结核、炎症及先天畸形方面都有重要诊断价值，能明确病变的范围、部位、程度及其对周围组织结构的影响（图3-2-11～图3-2-13）。CTA的应用在脊柱病变的诊断中可以提供病灶周围重要的血管位置和受影响情况，提供病灶的供血与引流血管的形态学改变，对脊柱病变的治疗提供重要的信息。

左侧下颌部动静脉畸形及其相邻组织结构的立体空间关系

CTM矢状面和冠状面重建，硬膜囊和神经根显示良好

腰椎压缩性骨折矢状面MPR和VR重建，显示椎体压缩和骨折片移位情况

A、B.X线片，仅显示Th6右侧椎弓根破坏消失；C～F.为CT的横轴位和矢状位、冠状位MPR重建，很好显示局部椎体、椎弓和肋椎关节的破坏和软组织肿块

3.累及关节的病变

关节面完整性的修复是骨折治疗的另一个重点，关节面碎裂或塌陷常需要进行关节面修复手术；单纯的累及关节面而无关节面形态破坏的骨折常选择保守治疗。关节内骨碎片的情况是影响治疗方法选择的重要因素，少量稳定的细小骨碎片常可以采取保守的治疗方法，大量不稳定的骨碎片通常采用外科手术清除。常规X线片对于关节腔的显示已受到很大的限制，应用螺旋CT图像重建能清晰显示有无骨片进入关节腔及其大小、位置，这对于临床医生术前计划的制订有着明确的指导意义；螺旋CT重建技术能准确、全面评估对胫骨平台塌陷性骨折以及骨折碎片移位的程度，可以精确地测量其塌陷的程度，5mm以上的压缩和移位是进行手术的标准，为患者是否需要手术提供了有力的证据。螺旋CT能显示细小的解剖结构，对于评价腕关节的隐匿性或复杂的骨折以及术后改变很有帮助。胸锁关节由于解剖结构的重叠，X线片对于评价胸锁关节存在很大的困难，螺旋CT能准确诊断胸锁关节的脱位以及程度。另外，对除了外伤以外的一些关节病变，综合运用多种重建技术，使病变的显示更为清晰（图3-2-14、图3-2-15）。

后前位和前后位观，显示骨性关节面情况

显示肱骨近端骨折复位和钢板固定情况，较少金属伪影

4.四肢骨骼病变

二维重建的应用在观察长骨内部的细微结构上有很大价值，能为病变的诊断提供更多的信息。而且三维CT通过测量骨痂密度可进行骨折愈合的定量分析。扁骨病变重建出的图像与X线片类似，但更加直观，而且可以不同角度旋转观察，较X线片更为清晰。只是患者接受射线量及费用均较高，所以只在必要时使用。MSCT图像能进行多轴旋转，多方位重建，重建图像的空间关系信息丰富，尤其对于解剖结构复杂的部位可以作为首选，例如骨盆骨折累及髋臼骨折时，行关节模拟解体处理后，能够清晰观察到髋臼内侧面的骨折改变。而且重建出来的图像与实际解剖及术中所见非常吻合，空间解剖关系一目了然。这对于术前手术计划的制订、路线的选择有着重要的意义。四肢MSCT血管造影（CTA）可显示四肢血管病变、了解肿瘤血供，是可取代创伤性DSA血管造影检查的有效方法（图3-2-16～图3-2-18）。

显示肩胛骨骨折和骨折片移位情况

显示内固定螺钉情况，无伪影

显示股动脉中断、闭塞，周围可见侧支循环建立

五、CT引导介入放射检查

骨骼和软组织病变CT介导下经皮活检是一种技术简便，成功率高、安全和诊断准确率较高的检查方法，CT导向经皮穿刺活检定位准确，能够对较细小的病变进行准确定位活检；也能根据病变的形态表现选择多个不同部分进行活检，评价不同部分的病变形态，指导治疗；CT图像能有效地分辨病灶内外各种结构，可引导选择穿刺途径和避开血管、神经及其他敏感组织器官等重要结构，减少创伤；而且检查费用较少、微创，得到患者易接受。

进行CT引导下介入放射检查前，应仔细阅读患者所有临床和影像学资料，评估介入性检查或治疗的安全性及必要性，根据病变选择最佳活检的病变治疗部位、体位、进针点及介入器材。一般来说，穿刺路径需综合多方面因素考虑，穿刺应选择骨壳菲薄区或破口处进入病灶，这样便于活检针直接刺入病灶，另外也要顾到路径长短和避开一些重要结构。要求穿刺准确定位在病灶的实质部分，避开坏死液化区（图3-2-19）。