影像基础-----CT-MRI图像的特点和临床应用

CT图像的特点

1.CT图像是数字化模拟灰度图像

CT图像是经数字转换的重建模拟图像，是由一定数目从黑到白不同灰度的像素按固有矩阵排列而成。这些像素的灰度反映的是相应体素的X线吸收系数。如同X线图像，CT图像亦是用灰度反映器官和组织对X线的吸收程度。其中黑影表示低吸收区，即低密度区，如含气的肺组织；灰影表示中等吸收区，即中等密度区，如软组织的肌肉或
脏器；白影表示高吸收区，即高密度区，如含钙量高的骨组织。

2.CT图像具有高的密度分辨力

与传统X线图像不同，CT图像的密度分辨力高，相当于传统X线图像的10～20倍。因此，人体不同软组织虽对X线的吸收差别小，且大多数类似水的吸收系数，但是在CT图像亦可形成对比，这是CT的突出优点。所以，CT能清楚显示由软组织构成的器官，如脑、纵隔、肝、胰、脾、肾及盆腔器官，并可在良好图像背景上确切显示出病变影
像，这种病灶的检出能力是传统X线难以比拟的。然而，应当明确，组成CT图像的基本单位是像素。CT装置不同，所选择的显示技术不同，像素的大小和矩阵数目亦就不同，像素大小可以是1.0mm×1.0mm或0.5mm×0.5mm，矩阵数目可以是256×256、512×512或1024×1024不等。虽然像素越小，矩阵数目越多，构成的图像越细致，空间分辨力就越高，但总体而言，CT图像组成的基本单位即像素仍显较大，故空间分辨力不及传统X线图像。尽管存在这一不足，CT图像高的密度分辨力所产生的诊断价值要远远超过这一不利因素带来的负面影响。
如同X线造影检查，CT增强检查也是用人工通常采用静脉注射高密度对比剂方法，增加病变与周围组织结构的密度对比，以利病变的检出和诊断。CT增强图像上，病变的这种密度对比改变多难由传统X线检查所显示。

3.CT图像能够进行密度量化分析

由于CT图像是数字化成像，因此不但能以不同的灰度来显示组织器官和病变的密度高低，而且还可应用X线吸收系数表明密度的高低程度，具有量化概念，这是传统X线检查所无法达到的。在实际工作中，CT密度的量化标准不用X线吸收系数，而是用CT值，单位为亨氏单位（HU）。因此，在描述某一组织器官或病变密度时，不但能够
用高密度、中等密度或低密度来形容，亦可用它们的CT值来说明密度的高低程度。X线吸收系数与CT值的换算关系如下：水的吸收系数为1，CT值定位0HU；人体中密度最高的骨皮质的吸收系数为2，CT值定位+1000H；人体中密度最低的气体吸收系数为0，CT值定位-1000HU。因此，人体中密度不同的各种组织的CT值就居于-1000～+1000HU的2000个分度之间。可见人体的软组织的CT值范围最小，且与水的CT值近似，但由于CT具有高的密度
分辨力，仍可将密度差别小的软组织及其病变分辨出来，例如脑皮质、髓质与脑梗死灶。临床工作中，为了使CT图像上欲观察的组织结构和病变达到最佳显示，需依据它们的CT值范围，选用不同的窗技术，其包括窗位和窗宽。提高窗位，荧光屏上所显示的图像变黑；降低窗位则图像变白。增大窗宽，图像上的层次增多，组织间对比度下降；缩小窗宽，图像上层次减少，组织间对比度增加。

4.CT图像常规为断层图像

临床应用中，CT图像常规是横轴位断层图像，克服了普通X线检查各种组织结构影像重叠这一限度，从而使它们得以清楚显示，明显提高了病灶的检出率。然而，断层图像不利于器官结构和病灶的整体显示，需要连续观察多帧图像，经人脑思维整合或运用图像后处理重组技术，才能形成完整的概念。

CT图像类似但并非真正的解剖断层图像，而是人体中具有一定厚度层面的重建图像。因此，当一个扫描层面内同时含有两种或两种以上密度不同且走行与层面平行的组织时，其所显示的密度并非代表任何一种组织，所测得的CT值为它们的平均值。这种现象称之为部分容积效应或部分容积现象，其可影响病变的显示和诊断。为了克服这一不利因素，可采用更薄的准直、更小重建层厚和特殊算法进行图像重建，如高分辨CT（HRCT）检查，以利微小结构和病变的显示。

5.CT图像能进行各种后处理

CT图像是数字化图像，因此能够运用计算机软件进行各种后处理。CT图像后处理技术涵盖了各种二维显示技术、三维显示技术及其他多种分析、处理和显示技术。其中二维显示技术包括电影显示、多平面重组（MPR）和曲面重组（CPR）；三维显示技术有最大强度投影（MIP）、最小强度投影（minIP）、表面遮盖显示（SSD）、容积
再现技术（VRT）、CT仿真内镜（CTVE）和组织透明投影（TTP）；其他分析、处理和显示技术包括各种分离技术、肺结节分析技术、骨密度分析技术、心脏（包括冠状动脉、心肌灌注）分析技术、CT灌注分析和显示技术和各种叠加显示技术等。这些分析和显示技术的开发和应用极大地拓展了CT地应用领域，并显著提高了CT的诊断价值。

CT诊断的临床应用

CT检查的突出优点是具有很高的密度分辨力，而易于检查病变，特别是能够较早地发现小病变和较准确显示病变范围，因而广泛用于临床。尤其是近年来，随着CT设备的不断改进和完善，16层、64层、256层和320层CT及双能和双源CT的相继应用，以及多种后处理软件的开发，使得CT的应用领域在不断扩大。目前，CT检查的应用范围几乎涵盖了全身各个系统，特别是对于中枢神经系统、头颈部、呼吸系统、消化系统、泌尿系统和内分泌系统病变的检出和诊断具有突出的优越性。对于心血管系统、生殖系统和骨骼肌肉系统病变，CT检查亦具有较高的诊断价值。CT检查所能检出和诊断的病种包括各种先天性发育异常、炎症性疾病、代谢性病变、外伤性改变、退行性和变性疾病、良恶性肿瘤以及心血管疾病等。

由于CT检查技术的不断创新，使得CT的诊断信息除了来源于病灶形态学表现外，还增添了功能性表现，这就为获得准确诊断提供了新的依据。CT灌注成像即为一种功能成像，其可反映组织器官和病灶的血流灌注改变，而有利于病变的检出及定性诊断。此外，应用快速电影模式进行CT扫描，还可实时观察器官的活动，如心脏和房室的收缩和舒张、胃肠道的蠕动以及关节的运动，这就为疾病诊断提供了新的信息。

值得提出的是，近几年来鉴于设备软硬件的发展，CT检查在急诊医学中的地位也愈来愈重。例如疑为脑梗死时快速同时完成CTA检查和灌注检查；对鉴别胸痛三联症（心绞痛、主动脉夹层和肺动脉栓塞）的一站式检查；以及对肠系膜血管血栓形成和栓塞的CTA检查等。这就为急诊患者的及时、合理、有效治疗提供了可靠依据。

然而，CT检查应用仍有一些限度。首先，CT检查使用X线，且辐射剂量显著高于传统X线检查，这就在一定程度上限制了CT的应用，尤其在妇产科、儿科等领域中的应用。如何降低CT检查的辐射剂量已成为当前关注的重要焦点，也是今后CT发展和应用的一个重要努力方向。目前，胸部低剂量CT平扫已初步用于肺癌高危人群的筛查，冠状动脉CTA检查也在通过设备软硬件的改进不断降低辐射剂量。此外，新型双能CT的开发则能通过一次增强检查，同时获得平扫和增强CT图像，从而显著降低了患者的辐射剂量。

CT检查应用的另一个限度是对某些病变的检出尚困难。例如，对中枢神经系统微小转移灶的发现以及对脊髓病变的显示还远不及MRI检查；对消化系统胃肠道黏膜小病灶的识别也不及X线造影检查；对骨骼肌肉系统软骨、关节盘和韧带病变的显示仍十分困难。再有，CT检查虽能发现大多数病变，准确地显示病灶的部位和范围，然而如同其他影像学检查，CT对疾病的定性诊断仍然存在一定的限度。例如，CT检查有时难以确定肿瘤性与非肿瘤性疾病；有时虽能确定为肿瘤性疾病，却难以鉴别肿瘤的良、恶性；有时即使确定为恶性或良性肿瘤，但仍难以判断肿瘤的病理类型。因此，使用CT检查各系统疾病时，应当明确其应用价值、对不同疾病检查的适应性以及它
的限度，只有这样才能充分发挥CT检查的优势，减少和避免不必要和无诊断价值的CT检查。

MRI图像的特点

1.MRI图像是数字化模拟灰度图像

如同CT图像，MRI图像也是数字化图像，是重建的模拟灰度图像，因此亦具有窗技术显示和能够进行各种图像后处理的特点。然而，与CT不同的是MRI图像上的灰度并非表示软组织和病变的密度，而是代表它们的MRI信号强度，反映的是驰豫时间的长短。

2.MRI图像具有多个成像参数

与CT检查单一密度参数成像不同，MRI检查有多个成像参数的特点，即有反映T1驰豫时间的T1值、反映T2驰豫时间的T2值和反映质子密度的驰豫时间值等。MRI图像若主要反映的是组织间T1值差别，为T1加权像（T1WI）；如主要反映的是组织间T2值差别，为T2加权像（T2WI）；如主要反映组织间质子密度驰豫时间差别，为质子密度加权像（PdWI）。人体不同组织及其病变具有不同的T1、T2值和质子密度驰豫时间，因此，在T1WI、T2WI和PdWI像上产生不同的信号强度，具体表现为不同的灰度。MRI检查就是根据这些灰度变化进行疾病诊断的。因此，组织间以及组织与病变间驰豫时间的差别，是磁共振成像诊断的基础。一般而言，组织信号越强，图像上相应部分就越亮;组织信号越弱，图像上相应部分就越暗。但应注意，在T1WI和T2WI图像上，驰豫时间T1值和T2值的长短与信号强度的高低之间的关系有所不同：短的T1值（简称为短T1）呈高信号，例如脂肪组织;长的T1值（简称长T1）为低信号，例如脑脊液；短的T2值（简称短T2）为低信号，例如骨皮质；长的T2值（简称长T2）为高信号，例如脑脊液。

MRI增强检查是通过给予对比剂，人为改变组织与病变间T1值或T2值对比，即T1WI或T2WI图像的信号强度对比，以利病变的检出和诊断。其中，常用对比剂为含钆（Gd）的顺磁性螯合物，其主要缩短T1值，增加T1WI图像上病变与正常组织间的信号强度对比。

3.MRI图像具有多种成像序列

MRI图像的另一个特点是能够行多种序列成像。其中，最常用的是经典的自旋回波（SE）序列和快速自旋回波（FSE）序列，其他成像序列如梯度回波（GRE）序列、反转恢复（IR）序列和平面回波成像（EPI）等亦经常应用。在这些成像序列中，改变成像的具体参数，还可获得更多的成像序列和更多的成像方法。这些成像序列和成像方法具有不同的成像速度，并且具有不同的组织对比。例如，和SE序列相比，GRE序列显著提高了成像速度，但降低了图像的信噪比，并增加了磁化率伪影；又如，同属SE序列的T2WI和重T2WI像，由于所用成像的具体参数不同，脂肪组织在前者呈中高信号，而在重T2WI像上仅静止的或慢速流动且富有游离水的液体呈高信号，其他组织包括脂肪皆呈低信号，并可据此行磁共振水成像检查。这就例证了不同成像序列和成像技术各具特征，而又有不同的临床应用价值。

4.MRI为直接获取的多方位断层图像

如同CT图像，在临床应用中，MRI检查常规获取横轴位断层图像。然而，根据需要，MRI检查还可直接进行冠状位、矢状位乃至任何方位倾斜面的断层成像。如此直接获得的多方位图像就能清楚显示组织结构的彼此解剖关系，已有利于明确病变的起源部位及其范围。

5.MRI具有高的组织分辨力

MRI图像基于成像原理和多参数、多序列成像的特点，而具有高的组织分辨力。这就为通常识别正常结构和病变的组织类型提供了有力依据。此外，一些特定的成像序列和成像方法还有利于进一步确认病变的组织学特征。例如，亚急性出血和脂肪组织在T1WI、T2WI上均呈相似的高信号，然而应用频率选择性脂肪抑制技术，脂肪组织特征性被抑制为低信号，而亚急性出血依然为高信号；又如，富含脂质是肾上腺腺瘤的组织学特征，但常规SE序列T1WI和T2WI上常难与其他类型肾上腺肿瘤鉴别，应用GRE序列分别获取水质子和脂肪中质子处于同相位（IP）和反相位（OP）图像，肾上腺腺瘤在OP图像上信号强度明显下降，而不同于其他类型肾上腺肿瘤；再有，钙化和含铁血黄素在T2WI上均表现为低信号，两者难以鉴别，应用GRE序列的磁敏感加权成像（SWI），由于它们的磁化率不同而呈不同信号强度，借此进行区分。以上示例说明，应用MRI的不同成像序列和成像方法，常能够准确识别正常结构和病变的不同组织学类型，这无疑有助于病变的检查及其诊断。因此，高的组织分辨力为MRI图像的一个突出优点。

6.MRI图像受流动效应影响

基于MRI成像原理，流动的液体如血流和脑脊液的信号表现复杂，取决于流体的速度、流动类型和成像序列等多种因素。例如，在SE序列图像上，高速血流由于流空效应表现为信号丢失；而在大多数GRE图像上，血流因流入相关增强效应呈高信号。此外，流体的速度还可诱导流动的质子发生相位改变。流入相关增强效应和流速诱导的流动质子的相位改变分别为磁共振血管成像（MRA）时间飞跃法和相位对比法成像的物理基础。MRA检查不但能显示血管的形态，且能提供血流方向和流速方面的信息。

7.MRI功能成像和MR波谱检查

MRI功能成像（fMRI）可反映人体功能方面信息以及病变导致的功能变化，亦属MRI成像特点之一。fMRI包括扩散加权成像（DWI）、灌注加权成像（PWI）和脑功能定位成像。其中，DWI可以显示组织中水分子的扩散运动，PWI能够计算灌注参数反映组织血流灌注功能，而脑功能定位成像则是利用脑激活区局部血流中氧合与去氧血红蛋白的比例改变所引起的T2值变化，指明脑组织的激活区部位和激活强度。此外，在DWI基础上，还可进行扩散张量成像（DTI），并由此可行脑白质神经纤维束成像。磁共振波谱（MRS）是利用磁共振化学移位现象来测定组成物质的分子成分的一种检测方法，亦是目前唯一可测定活体组织代谢物的化学成分和含量的检查方法。当前常用的是氢质子（1H）波谱技术。由于1H在不同化合物中的磁共振频率存在差异，因此它们在MRS的谱线中共振峰的位置也就有所不同，据此可判断化合物的性质，而共振峰的峰高和面积反映了化合物的浓度，因此还可进行定量分析。

MRI诊断的临床应用

MRI检查以其多参数、多序列、多方位成像和组织分辨力高且无X线辐射损伤等特点以及能够行MR水成像、MR血管成像、MRI功能成像和MR波谱检查等独特优势，目前已广泛用于人体各系统和各部位疾病的检查和诊断，其中包括中枢神经系统、头颈部、纵隔、心脏和大血管、消化系统、泌尿生殖系统、肾上腺、腹腔和腹膜后以及骨关节和软组织的先天性异常、肿瘤和肿瘤样病变、炎性病变和外伤性病变等的诊断和鉴别诊断。总体而言，与其他成像检查比较，MRI检查具有以下优势：对病变的检出要更为敏感，且可较早的发现病变，例如垂体微腺瘤、脊髓病变、早期小的肝细胞癌以及软骨损伤的检出；其次，对病变的诊断更为准确，尤其是应用各种特定成像序列和成像方法，能进一步显示病变的特征，从而提高了对病变诊断和鉴别诊断能力，例如应用同反相位检查对肾上腺腺瘤的诊断及与非腺瘤的鉴别，应用MRS对前列腺癌的诊断及与良性前列腺增生的鉴别，通过PWI检查灌注参数值的变化进行星形细胞肿瘤病理级别的评估等。基于这些优势，MRI在临床上的应用已日趋广泛。

目前，随着MR设备软硬件的持续发展、成像序列和成像方法的不断开发以及对病变影像表现认识的逐步深化，进一步拓展了MRI的应用领域。例如，SWI成像技术的开发，使得脑内小静脉发育异常得以清晰显示；应用3.0T的MRS检查能够分辨更多的代谢谱峰，而有利于病变的诊断和鉴别诊断；对于恶性肿瘤患者，通过全身的DWI检查，能够较准确检出转移灶，有助于肿瘤正确分期和治疗，此外，DWI检查还有望用于预测和早期监测恶性肿瘤对放化疗的疗效；目前全身性MRA检查已成为可能，因而能整体评估全身的动脉病变，这就为临床合理治疗提供了依据。这些示例说明了MRI的应用领域仍在持续拓展中。

此外，应当明确，在MRI检查的临床应用中，虽然有众多的成像序列和成像方法，但并非每一患者均需进行这些检查。应当结合临床拟诊的具体情况和其他影像学检查资料，并在常规T1WI和T2WI检查的表现基础上，有针对性的进一步选择成像序列和成像方法，以期发现和显示病变的特征性表现。只有这样，才能在充分获得诊断信息的前提条件下，缩短患者的检查时间，提供MR设备的使用率。

MRI临床应用时，也有一定限度和不足。首先，若患者体内有铁磁性植入物、心脏起搏器或为早期妊娠、幽闭恐惧症患者，则不能进行MRI检查；其次，MRI图像易产生不同类型的伪影，例如各种图像处理伪影、运动伪影、外磁场不均匀伪影、磁化率伪影、梯度相关伪影和流动相关伪影等，尽管其可采用不同的补偿技术进行纠正，但有时伪影并不能完全消除，这就给图像解释带来困难；再有，对于某些系统疾病的检查和诊断还有限度，例如呼吸系统大多数疾病不适宜MRI检查，对胃肠道黏膜小病变的显示也有困难；此外，和CT含碘对比剂相比，MRI检查所用的Gd对比剂虽然很少引起副反应，但在肾功能受损患者仍有发生肾源性系统纤维化（NSF）危险的可能性。这些限度和不足在一定程度上限制了MRI检查在临床上的应用。