第十三章 CT成像理论
第二节 基本概念
一、层厚、层间隔、体素
（一）层厚
层厚是指扫描后一幅图像的断面厚度。这种情况在非螺旋CT、单层螺旋CT和多层螺旋CT扫描后有所不同。在非螺旋CT扫描方式中，准直器打开的宽度等于层厚，并且所得的层厚不能通过再次重建处理改变；在单层螺旋CT扫描方式中，尽管准直器打开的宽度仍然是扫描结果所得的层厚，但与非螺旋CT扫描方式不一样，它可通过回顾性重建（如采用小层间隔重叠重建）来改变图像的质量属性；在多层螺旋CT扫描中，则情况完全不同。因为同样的准直器打开宽度可由4排甚至16排探测器接收，而此时决定层厚的是所采用探测器排的宽度而非准直器打开的宽度。如同样10mm的准直器打开宽度，可以由4个2.5mm的探测器排接收，那么一层的层厚就是2.5mm；如果由16个0.625mm的探测器排接收，可以产生16个层厚为0.625mm的影像。
（二）重建间隔
重建间隔或称为间隔层、层间距、重建增量，是螺旋CT扫描方式的专用术语。它的定义是：被重建的相邻图像长轴方向的距离。通过采用不同的间隔，可确定螺旋扫描被重建图像层面的重叠程度，如重建间隔小于层厚即为重叠重建。重叠重建可减少部分容积效应和改善3D后处理的图像质量。
（三）体素
体素是一个三维的概念，是CT容积数据采集中最小的体积单位。它有三要素，即长、宽、高。CT中体素的长和宽即像素大小，都≦1mm，高度或深度由层厚决定，有10、5、3、2、1mm等。CT图像中，根据断层设置的厚度、矩阵的大小，像素显示的信息实际上代表的是相应体素函括的信息量的平均值。
二、螺 距
单层螺旋螺距的定义是：扫描机架旋转一周检查床运行的距离与射线束准直宽的比值。该比值是扫描旋转架旋转一周床运动的这段时间内，运动距离和层面曝光的百分比。在单层螺旋CT扫描中，床运行方向(Z轴)扫描的覆盖率或图像的纵向分辨率与螺距有关。螺距是一个无量纲的量，根据IEC(International Electrotechnical Commission，IEC)说明，螺距的定义由下式表示：
螺距（P）=
式中TF(table feed)是扫描旋转架旋转一周床运动的距离，单位为mm；W是层厚或射线束准直的宽度，单位也是mm。
多层螺旋螺距的定义基本与单层螺旋相同：即扫描旋转架旋转一周检查床运行的距离与全部射线束宽度的比值。
三、窗口技术
亨斯菲而德指定的CT值标尺是2000，而目前CT机的CT值标尺都被设置为大于2000。以西门子CT为例，它的常用CT值标尺被设置为-1024～+3071，总共有4096个CT值，而CT显示系统灰阶的设置一般为256个灰阶。大大超出人眼识别灰阶的能力（一般不超过60个灰阶）。通过CT的灰阶软件技术来调整窗值，更好地适应人眼视觉习惯，这种处理方法或技术被称为窗口技术。窗口技术中显示灰阶的范围称为窗宽(W)，中间的数值称为窗位(C)，窗宽以外的CT值人眼无法识别。根据此概念，我们可以计算出CT值显示的大致范围：显示下限为窗位减去1/2窗宽，上限是窗位加上1/2窗宽，数学表达式如下：
C－W/2（下限）～C＋W/2（上限）
式中，C是窗位，W是窗宽。如某一脑部图像的窗宽和窗位分别是80和40，那么它所显示的CT值范围为0～80。同样，我们可根据窗宽和窗位的概念设计出各种不同的显示窗，如双窗、Sigma窗等。
调节窗宽、窗位能改变图像的灰度和对比度，能抑制或去除噪声和无用的信息，增强显示有用的信息，但无论如何调节，窗宽、窗位的改变不能增加图像的信息，而只是等于或少于原来图像中已存在的信息。
四、FOV
FOV是英文field of view的缩写，其基本含义是重建图像的范围。CT机中的扫描视野是固定的，一般为50cm。所选择的5~50cm视野都是重建范围。FOV属于重建参数，不是扫描参数。
五、部分容积效应
在CT中，部分容积效应主要有两种现象：部分容积均化和部分容积伪影。CT成像时CT值的形成和计算，是根据被成像组织体素的线性衰减系数计算的，如果某一体素内只包含一种物质，CT值只对该单一物质进行计算。但是，如果一个体素内包含有三个相近组织，如血液(CT值为40)、灰质(CT值为43)、和白质(CT值为46)，那么该体素CT值的计算是将这三种组织的CT值平均，最后上述测量的CT值被计算为43。CT中的这种现象被称为“部分容积均化”。 部分容积现象由于被成像部位组织构成的不同可产生部分容积伪影，如射线束只通过一种组织，得到的CT值就是该物质真实的CT值；射线束如同时通过衰减差较大的骨骼和软组织，CT值就要根据这两种物质平均计算，由于该两种组织的衰减差别过大，导致CT图像重建时计算产生误差，部分投影于扫描平面并产生伪影被称为部分容积伪影。部分容积伪影的形状可因物体的不同而有所不同，一般在重建后横断面图像上可见条形、环形或大片干扰的伪像，部分容积伪影最常见和典型的现象是在头颅横断面扫描时颞部出现的条纹状伪影，又被称为‘Houndsfield’氏伪影，这种现象也与射线硬化作用有关。
六、重建函数
重建函数或称重建滤波器、卷积核等。重建函数核是一种算法，可影响图像的分辨率、噪声等。
在CT临床检查中，可供CT图像处理选择的滤波函数一般可有高分辨率、标准和软组织三种模式，有的CT机除这三种模式外，还外加超高分辨率和精细模式等。
高分辨率模式实际上是一种强化边缘、轮廓的函数，它能提高空间分辨率，但同时图像的噪声也相应增加。软组织模式是一种平滑、柔和的函数，采用软组织模式处理后，图像的对比度下降，噪声减少，密度分辨率提高。而标准模式则是没有任何强化和柔和作用的一种运算处理方法。
第十三章 CT成像理论
第二节 基本概念
一、层厚、层间隔、体素
（一）层厚
层厚是指扫描后一幅图像的断面厚度。这种情况在非螺旋CT、单层螺旋CT和多层螺旋CT扫描后有所不同。在非螺旋CT扫描方式中，准直器打开的宽度等于层厚，并且所得的层厚不能通过再次重建处理改变；在单层螺旋CT扫描方式中，尽管准直器打开的宽度仍然是扫描结果所得的层厚，但与非螺旋CT扫描方式不一样，它可通过回顾性重建（如采用小层间隔重叠重建）来改变图像的质量属性；在多层螺旋CT扫描中，则情况完全不同。因为同样的准直器打开宽度可由4排甚至16排探测器接收，而此时决定层厚的是所采用探测器排的宽度而非准直器打开的宽度。如同样10mm的准直器打开宽度，可以由4个2.5mm的探测器排接收，那么一层的层厚就是2.5mm；如果由16个0.625mm的探测器排接收，可以产生16个层厚为0.625mm的影像。
（二）重建间隔
重建间隔或称为间隔层、层间距、重建增量，是螺旋CT扫描方式的专用术语。它的定义是：被重建的相邻图像长轴方向的距离。通过采用不同的间隔，可确定螺旋扫描被重建图像层面的重叠程度，如重建间隔小于层厚即为重叠重建。重叠重建可减少部分容积效应和改善3D后处理的图像质量。
（三）体素
体素是一个三维的概念，是CT容积数据采集中最小的体积单位。它有三要素，即长、宽、高。CT中体素的长和宽即像素大小，都≦1mm，高度或深度由层厚决定，有10、5、3、2、1mm等。CT图像中，根据断层设置的厚度、矩阵的大小，像素显示的信息实际上代表的是相应体素函括的信息量的平均值。
二、螺 距
单层螺旋螺距的定义是：扫描机架旋转一周检查床运行的距离与射线束准直宽的比值。该比值是扫描旋转架旋转一周床运动的这段时间内，运动距离和层面曝光的百分比。在单层螺旋CT扫描中，床运行方向(Z轴)扫描的覆盖率或图像的纵向分辨率与螺距有关。螺距是一个无量纲的量，根据IEC(International Electrotechnical Commission，IEC)说明，螺距的定义由下式表示：
螺距（P）=
式中TF(table feed)是扫描旋转架旋转一周床运动的距离，单位为mm；W是层厚或射线束准直的宽度，单位也是mm。
多层螺旋螺距的定义基本与单层螺旋相同：即扫描旋转架旋转一周检查床运行的距离与全部射线束宽度的比值。
三、窗口技术
亨斯菲而德指定的CT值标尺是2000，而目前CT机的CT值标尺都被设置为大于2000。以西门子CT为例，它的常用CT值标尺被设置为-1024～+3071，总共有4096个CT值，而CT显示系统灰阶的设置一般为256个灰阶。大大超出人眼识别灰阶的能力（一般不超过60个灰阶）。通过CT的灰阶软件技术来调整窗值，更好地适应人眼视觉习惯，这种处理方法或技术被称为窗口技术。窗口技术中显示灰阶的范围称为窗宽(W)，中间的数值称为窗位(C)，窗宽以外的CT值人眼无法识别。根据此概念，我们可以计算出CT值显示的大致范围：显示下限为窗位减去1/2窗宽，上限是窗位加上1/2窗宽，数学表达式如下：
C－W/2（下限）～C＋W/2（上限）
式中，C是窗位，W是窗宽。如某一脑部图像的窗宽和窗位分别是80和40，那么它所显示的CT值范围为0～80。同样，我们可根据窗宽和窗位的概念设计出各种不同的显示窗，如双窗、Sigma窗等。
调节窗宽、窗位能改变图像的灰度和对比度，能抑制或去除噪声和无用的信息，增强显示有用的信息，但无论如何调节，窗宽、窗位的改变不能增加图像的信息，而只是等于或少于原来图像中已存在的信息。
四、FOV
FOV是英文field of view的缩写，其基本含义是重建图像的范围。CT机中的扫描视野是固定的，一般为50cm。所选择的5~50cm视野都是重建范围。FOV属于重建参数，不是扫描参数。
五、部分容积效应
在CT中，部分容积效应主要有两种现象：部分容积均化和部分容积伪影。CT成像时CT值的形成和计算，是根据被成像组织体素的线性衰减系数计算的，如果某一体素内只包含一种物质，CT值只对该单一物质进行计算。但是，如果一个体素内包含有三个相近组织，如血液(CT值为40)、灰质(CT值为43)、和白质(CT值为46)，那么该体素CT值的计算是将这三种组织的CT值平均，最后上述测量的CT值被计算为43。CT中的这种现象被称为“部分容积均化”。 部分容积现象由于被成像部位组织构成的不同可产生部分容积伪影，如射线束只通过一种组织，得到的CT值就是该物质真实的CT值；射线束如同时通过衰减差较大的骨骼和软组织，CT值就要根据这两种物质平均计算，由于该两种组织的衰减差别过大，导致CT图像重建时计算产生误差，部分投影于扫描平面并产生伪影被称为部分容积伪影。部分容积伪影的形状可因物体的不同而有所不同，一般在重建后横断面图像上可见条形、环形或大片干扰的伪像，部分容积伪影最常见和典型的现象是在头颅横断面扫描时颞部出现的条纹状伪影，又被称为‘Houndsfield’氏伪影，这种现象也与射线硬化作用有关。
六、重建函数
重建函数或称重建滤波器、卷积核等。重建函数核是一种算法，可影响图像的分辨率、噪声等。
在CT临床检查中，可供CT图像处理选择的滤波函数一般可有高分辨率、标准和软组织三种模式，有的CT机除这三种模式外，还外加超高分辨率和精细模式等。
高分辨率模式实际上是一种强化边缘、轮廓的函数，它能提高空间分辨率，但同时图像的噪声也相应增加。软组织模式是一种平滑、柔和的函数，采用软组织模式处理后，图像的对比度下降，噪声减少，密度分辨率提高。而标准模式则是没有任何强化和柔和作用的一种运算处理方法。