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101 級牙放共筆 W11-1
Computed Tomography (CT) 黃昭慈
● 簡介
a. CT 是一種使用斷層攝影術 tomography 的醫學影像技術。
b. 沿著單一旋轉軸 single axis of rotation 拍攝多張物體內部的 2D X 光,每
一張稱為一個 slice。
c. 再使用數位幾何處理Digital geometry processing將多張 2D的 slice合併,
組合成 3D 的影像。
● 歷史
a. 第一個商用的 CT scanner 由英國海斯的 Sir Godfrey Hounsfield 發明。
1967 年,他在 EMI 研究中心利用 X 光做實驗,來實踐他的構想,並在
1972 年公開他的發明。
b. 同一時間,麻州塔夫斯大學的 Allan McLeod Cormack 也發明了相似的機
器。
c. 1979 年,兩人共同獲得諾貝爾醫學獎。
CT Scanner 的原型 當時發明的 EMI Scanner
現代的 CT Scanner
1. Gantry Aperture (720mm Diameter)
門孔
2. Microphone
3. Sagittal Laser Alignment Light
4. Patient Guide Lights
5. X-Ray Exposure Indicator Light
6. Emergency Stop Buttons
7. Gantry Control Panels
8. External Laser Alignment Lights
9. Patient Couch
10. ECG Gating Monitor
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CT Gantry (門: 就是讓病人通過的圓孔)
–Internal Structure
1. X-Ray Tube
2. Filters, Collimator, and Reference
Detector
3. Internal Projector
4. X-Ray Tube Heat Exchanger (Oil
Cooler)
5. High Voltage Generator (0-75kv)
6. Direct Drive Gantry Motor
7. Rotation Control Unit
8. Data Acquisition System (Das)
9. Detectors
10. Slip Rings
● 基本 X 光原理 Basic Factors
1. 吸收:吸收 X 光轉換成能量
Absorption: stopping of x-rays with
transfer of energy
2. 散射:X 光折射
Scatter: deflection of x-rays
3. 入射光強度:照到物體上的 X 光粒
子數
Incident Intensity: No. of x-ray
photons falling on an object
4. 透射光強度:通過物體的 X 光粒子
數
Transmitted Intensity: No. of photons
passing through
5. 不同物體的 X 光穿透力不同,造成
透射光強度(Transmitted Intensity)不
同,這些透射光成像產生不同的灰階
● 衰減 Attenuation
1. 吸收和散射減弱了通過物體
的 X 光強度
The reduction of the beam
intensity on passing through
the material due to absorption
plus
2. 測量比較入射光和透射光強
度可以獲得 X 光的衰減程度
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The degree of attenuation is
obtained by measuring and
comparing the incident and
transmitted intensities
3. 組織的組成會影響透射光強
度。較緻密的組織吸收掉較多
的 X 光、透過的 X 光少;相
反的,較疏鬆的組織透過的 X
光多,影像就會比較亮。
● X 光衰減和偵測的應用 Applications of X-ray attenuation & detection
a. Conventional X-ray (Radiography)
b. Conventional Tomography
c. Computed Tomography:這堂課的主角 CT
● CT Scan 原理
1. 照 CT 得到的是 Axial 向的切片
(sections/cuts/slices)
CT scan produces axial
sections/cuts/slices
2. CT 影像由掃描機記錄
The CT image is recorded through a
SCAN.
3. 繞著物體外圍一圈測量 X 光衰
減,即為一次掃描
A scan is made up of multiple
X-Ray attenuation measurements
around an objects periphery
4. X ray tube 和 Detector 分別在對角
線上,繞著物體照一圈,得到不同
面向的 slice,之後再用電腦把這
些影像拼湊起來
Principle of CT CT Image Formation
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照 CT 的時候病人往機器裡推進(寬箭
頭),所以 X 光路徑其實是螺旋狀的(細
箭頭)。因此醫學用 CT 又稱為 Spiral CT
或 Helix CT。
那如果是物體不動、X 光繞著轉一圈
的,就是牙科比較常用的 Cone Beam
CT。
可以設定 Slice 要切多厚。每個 Slice
會再切成小 cube,以一個 cube 為單位
偵測出影像。
● X 光衰減
上圖由左至右:鉛、硫酸鋇、骨頭、肌肉、血、肝、奶油、脂肪、空氣
疏鬆的地方白,緻密的地方黑,以此判讀影像。
● CT Number
每個點具有不同的穿透值,此穿透值可以換算為 CT Number。
CT numbers are
calculated from
the measured
attenuation values
using the equation
given below.
CT 值是用右邊的
公式,與水比較,
算出 X 光衰減的
量。
公式不會考~
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CT Number 的範圍
CT 值的範圍是正負 1000,負 1000 是完全穿透,就是空氣。正 1000 是骨頭,但
是骨頭還是會有些微穿透,所以有更高的值正 3000,是完全不能穿透的。那什
麼東西完全不能穿透呢?就是金屬,例如鉛,能拿來阻擋 X 光。所以病人身上
若有金屬的話就會作怪,造成 X 光被阻擋掉或散射。
CT 值顯示上的限制 Limitation in display of CT numbers
1. 人眼只能辨別大約 20 種灰階,所以即使
CT 影像上有呈現出不同,人眼也偵測不
出那些顏色的差異。
2. 所以需要靠調整「窗值」來解決(‘window
width’ & ‘window level)
● Window Width(老師說她不知道怎麼翻,因為平常就講英文)
1. 把一個範圍的 CT 值,用人眼能辨識的灰階表現出來。
2. 小窗(Small window)能分離出相近的 CT 值。
3. 大窗(Large window)把一個以上的 CT 值壓縮成同一個灰階。
Narrow Window:
例如我只想看 700-800 這段,那我就把這一段放大,讓它顏色呈現出差異,
不在這一段內的對我來說都一樣灰或一樣黑,我只看 700-800 這段。把小小
的地方放大,叫 Narrow Windowing。
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Wide Window:
相反的,如果 100-800 這段,我不想看那麼細,因為裡面結構都差不多,那
我就把它縮小,這樣叫 Wide Windowing。
中中曹曹提醒您:Narrow window→窄的放大看,Wide window→寬的放小看,考!
Gray Scale 灰色梯度表 (Hounsfield scale = Hu)
CT 值另一個名稱是 Hu,紀念發明 CT 的人。下表是組織在 CT 上看起來的顏色。
Tissue & Pathology Hu (Attenuation) Density
Metallic Material Artifact
Bone 600-1000 White
Calcification 100-500 White
Fresh Blood Clot 60-90 White
Fibrotic Tissue 50-70 Gray
Soft Tissue 35-45 Gray
Soft Tissue Edema 15-25 Gray-Dark
Thick Tissue Fluid 10-16 Dark
Pure Water 0 Dark
Fat -20~-120 Black
Air -1000 Black
以腦袋瓜來舉例,外圈白白
的就是頭骨,中間大腦有分
灰質跟白質,白質水比較
多,所以比較暗。腦室裡面
是腦脊髓液,所以顏色最
暗。
今天大腦若長一個東西,那
我們就可以跟標準組織的顏
色來比較,就能知道長的東
西是什麼質地。
由上到下:
a. 皮下脂肪
b. Sinus 裡面的空氣
c. 內層的 fat 和肌肉混
合,所以這裡的 CT 值
是一個範圍,脂肪的 CT
值會比較低,肌肉的比
較高。
d. 乳突氣室裡面的空氣
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● 顯影劑 Contrasts
有時候為了看更清楚,會打顯影劑。顯影劑是從靜脈注射,打進去之後和血
流一起,所以有血的地方就會亮起來。大腦有血腦障壁,平常的時候顯影劑
會被擋在外面,但有發炎、感染,或已經 necrosis 了,顯影劑就會流進去。
a. 靜脈注射顯影劑可以凸顯血管,若不打,血管較難與周圍環境辨別。
b. 使用顯影劑也能得到組織的功能性資訊。
c. 顯影劑分為兩種:含碘的 Iodinated contrast 和不含碘的 Non-iodinated
contrast。過去健保給付的是含碘的,容易過敏。現在改為給付不含碘的,
比較安全。
● 使用適應症 Indications
a. 出血、腦部外傷、頭顱骨折
bleeding, brain injury and skull fractures.
b. 動脈瘤破裂造成的出血:主要症狀是突然頭部劇痛,因為顱內壓增高
bleeding due to a ruptured/leaking aneurysm in a patient with a sudden
severe headache.
c. 在病患發生中風症狀後,檢查有無血塊或顱內出血
a blood clot or bleeding within the brain shortly after a patient exhibits
symptoms of a stroke.
d. 中風
a stroke.
e. 頭頸部感染
head and neck region infection.
f. 頭頸部腫瘤
head and neck tumors.
g. 顱內積水(水腦症)患者顱腔擴大
enlarged brain cavities in patients with hydrocephalus.
h. 腦部及顱顏的畸形
diseases/malformations of the skull.
i. 評估臉部創傷的病人骨頭和軟組織的受損程度,並計畫手術重建
Evaluate the extent of bone and soft tissue damage in patients with facial
trauma, and planning surgical reconstruction.
j. 診斷 temporal bone 的疾病,其可能造成聽力的問題
diagnose diseases of the temporal bone on the side of the skull, which may
be causing hearing problems.
k. 診斷是否有副鼻竇發炎
determine whether inflammation or other changes are present in the
paranasal sinuses.
l. 放射線治療前腫瘤的定位:用 CT 定位腫瘤
plan radiation therapy for cancer.
m. 引導插針獲得組織樣本:用 CT 定位好變異細胞後,即可用針直接取切
片,不必開刀
guide the passage of a needle used to obtain a tissue sample (biopsy).
n. 評估動脈瘤或動靜脈的畸形
assess aneurysms or arteriovenous malformations.
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● CT 的優點
a. 常有無關結構的影像疊加到我們有興趣的區域上,用 CT 可以避開此障
礙
CT completely eliminates the superimposition of images of structures
outside the area of interest.
b. 因為 CT 有高對比的特性,所以可以辨識出小於 1%的組織密度差異
Because of the inherent high-contrast resolution of CT, differences between
tissues that differ in physical density by less than 1% can be distinguished.
c. 不管是多張相鄰區域的影像,或是一張螺旋掃描影像,得到的 CT 數據
都能以三種平面來檢視:axial, coronal, or sagittal planes,稱為 multiplanar
reformatted imaging。
Data from a single CT imaging procedure consisting of either multiple
contiguous or one helical scan can be viewed as images in the axial, coronal,
or sagittal planes (multiplanar reformatted imaging).