CT和MRI的局限性分析

众所周知，在医疗诊治中CT和MRI等影像检查具有重要的地位，它们是临床医生不可缺少的检查方法。但也存在一些应用上的局限性。在这些局限性中，有的为检查方法的基本原理所限制，比较难以克服；有的为机器性能和技术因素所引起，可通过科学技术的进步和新技术的开发加以克服；有的是人为因素所造成的，通过技术培训、经验积累和严格执行操作规程，可以克服和改善。有的则可以通过CT和MRI两种检查方法的联合应用而得到相互补充和改进。CT是一种与传统X线检查原理不同的X线成像技术，它采用了图像数字重建技术，从数据收集到计算机图像重建的过程中有许多较为复杂的步骤。MRI仍存在相当多的局限性，这些局限性有些限制了它的应用范围，有些限制了图像的质量等等。本文将从技术因素和人为因素两方面来分析这些限制因素井提出一些可能的克服措施和方法。

关键词：医疗诊治CT和MRI X线检查局限性图像的质量克服措施

一ＣＴ及ＭＲＩ简介

CT英文全称：Computed Tomography。利用计算机技术对被测物体断层扫描图像进行重建获得三维断层图像的扫描方式。该扫描方式是通过单一轴面的射线穿透被测物体，根据被测物体各部分对射线的吸收与透过率不同，由计算机采集透过射线并通过三维重构成像。是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital matrix），数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/analog converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。

CT的主要用途如下：

1.医学检测：自从CT被发明后，CT已经变成一个医学影像重要的工具，虽然价格昂贵，医用X-CT至今依然是诊断多种疾病的黄金准则。

2.工业检测：现代工业的发展，使得CT在无损检测和逆向工程中发挥重大的作用。

3.安保检测。

4.航空运输、运输港湾，大型货物集装箱案件装置。

优点及危害：

首先，计算机断层扫描为我们提供被测物品的完整三维信息；

第二，由于电脑断层的高分辨率，不同物体对射线的吸收和透过率不同，即使是小于1%的密度差异也可以区分出来；

第三，由于断层成像技术提供三维图像，依需要不同，可以看到轴切面，冠状面，矢切面的影像。

除此之外，任意切面的图像均可通过插值技术产生。这给医学诊断、工业检测和科研带来了极大的便利。

但是CT扫描带来的危害也必须引起重视。CT主要的危害来自于射线源，高能射线源能对人体组织及环境造成不可逆转的破坏，即使是医用的X射线CT，多次的累积使用，X射线依然会对患者被照组织产生一定的影响。

MRI也就是磁共振成像，英文全称是：Magnetic Resonance Imaging。在这项技术诞生之初曾被称为核磁共振成像，到了20世纪80年代初，作为医学新技术的NMR成像（NMR imaging）一词越来越为公众所熟悉。随着大磁体的安装，有人开始担心字母“N”可能会对磁共振成像的发展产生负面影响。另外，“nuclear”一词还容易使医院工作人员对磁共振室产生另一个核医学科的联想。因此，为了突出这一检查技术不产生电离辐射的优点，同时与使用放射性元素的核医学相区别，放射学家和设备制造商均同意把“核磁共振成像术”简称为“磁共振成像（MRI）”。核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为磁共振成像术(MR)。MR是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测并输入计算机，经过计算机处理转换后在屏幕上显示图像。MRI提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术，因此，它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影；不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响。MRI对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效，同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。

检查目的：颅脑及脊柱、脊髓病变，五官科疾病，心脏疾病，纵膈肿块，骨关节和肌肉病变，子宫、卵巢、膀胱、前列腺、肝、肾、胰等部位的病变。

优点：1．MRI对人体没有电离辐射损伤；

2．MRI能获得原生三维断面成像而无需重建就可获得多方位的图像；

3．软组织结构显示清晰，对中枢神经系统、膀胱、直肠、子宫、阴道、关节、肌肉等检查优于CT。

4．多序列成像、多种图像类型，为明确病变性质提供更丰富的影像信息。

缺点:1．和CT一样，MRI也是影像诊断，很多病变单凭MRI仍难以确诊，不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断；

2．对肺部的检查不优于X线或CT检查，对肝脏、胰腺、肾上腺、前列腺的检查不比CT优越，但费用要高昂得多；

3．对胃肠道的病变不如内窥镜检查；

4．对骨折的诊断的敏感性不如CT及X线平片；

5．体内留有金属物品者不宜接受MRI。

6. 危重病人不宜做

7.妊娠3个月内者除非必须，不推荐进行MRI检查

8.带有心脏起搏器者不能进行MRI检查，也不能靠近MRI设备

9.多数MRI设备检查空间较为封闭，部分患者因恐惧不能配合完成检查

10.检查所需时间较长

二  CT的局限制性和克服措施
    CT是一种与传统X线检查原理不同的X线成像技术，它采用了图像数字重建技术，从数据收集到计算机图像重建的过程中有许多较为复杂的步骤，在这一系列过程中和临床应用上产生的一些问题，限制了CT的应用。本文将从技术因素和人为因素两方面来分析这些限制因素井提出一些可能的克服措施和方法。
    ２.1 技术因素
    ２.1.1 移动伪影

早期的CT，每次扫描时间长达2—4秒，因此，移动伪影曾使诊断遇到许多困难。现代的第三、第四代CT扫描时间可缩短到1—2s，特别是多排螺旋CT的出现，使扫描时间大幅缩断，达到0.33秒/64层的短时间。整个检查时间在3—5秒内即能完成。病人在此期间完全可以保持固定的体位，头部移动等造成的伪影已基本消除。但是对于脑外伤或其他意识不清的病人和不能自控的儿童，有时仍有移动伪影干扰图像，会影响诊断。对此类病人可施行麻醉或用绑带固定体位以消防移动伪影。
２.1.2 金属伪形

当X线穿透金属时，X线强度急剧衰减，造成一变化剧烈的梯度，产生金属伪影。事实上，金属伪影也是一种移动伪影，不过它不是扫描对象的移动所引起，而是在旋转扫描道程中产生的。这种伪影目前还很难克服。
２.1.3 骨骼伪影

又称为射线硬化伪影，它是由于X线在通过致密厚实的骨骼后，其中的较“硬”部分被吸收后所致的伪影。在神经系统的检查中，以后颅窝部位最为严重，甚至可在双侧岩骨之间造成一条状横行低密度影，称为亨氏伪影或亨氏暗区，此伪影可干扰桥小脑角病变的显示。目前除增加曝光条件和减薄扫描层面的厚度外没有更好的解决方法。
２.1.4 部分容积效应

部分容积效应是在CT成像过程中产生，它影响CT值测量的准确性。由于CT值的准确性受部分容积效应的影响较大，因此在较微小的病灶性质判断上可能因CT值的测量误差而导致错误的诊断。部分容积效应可以用减薄扫描层面的厚度来加以改善，扫描层面的厚度越薄，它的影响就越小。
２.1.5 CT对直接显示冠状面和失状面图像有图难

CT对头颅的某些部位(如鞍区等) 能进行直接冠状面成像，但对颈部、腹部和脊柱均不能直接冠状面成像，而对矢状面直接成像就更为困难。但是间接的矢状面、冠状面图像对病变来源的判断、对病变范围和性质等的判断均极为重要。如颅脑中线附近病变的起源、有无枕大孔疝和脊髓肿瘤的起源和范围等，横断面图像往往难以显示，而矢状面或冠状面图像则可清楚显示。目前多排螺旋CT通过横断面图像可重建出任意方位的图像，可克服这一局限性，达到诊断要求所需。
２.1.6 系统伪影

CT扫描机是一个很复杂的系统，由于调试不当、未按常规保养或按时测试标准模型等均可引起一些伪影。这些伪影一般比较容易判断。但有时当这些伪影不太严重时，或未意识到是机器的伪影所致的异常图像时，可能会造成误诊。如环形伪影发生在脊髓中央可能会误诊为脊髓空洞症等。这一限制可通过技术培训，让操作人员熟悉各种系统伪影的表现及定时保养机器来加以克服。
２.1.7 组织噪声

组织噪声为各种组织(如脂肪组织和脑组织等)的平均CT值的变异所造成，即同一组织的CT值恒定在一定范围内波动，致使不同组织可以具有同一CT值。这就使医生根据CT值确定病理性质时可能会造成误诊。克服的方法是减薄扫描层面的厚度、提高曝光条件以尽可能提高CT值的测量精度等。
２.1.8 椎管内病变仍需注射造影剂才能显示

虽然CT的密度分辨率极高，但对于密度非常接近的组织的分辨仍有困难。故对椎管内病变的显示、病变的性质和来源等的判断均有困难。因此必须在椎管内注射造影剂，显示蛛网膜下腔，以改变椎管内的对比，达到诊断的要求。

２.２人为因素

２.2.1位置不正

在摆放体位时，未将病人的听眦（zi）线与垂直线之间形成15度夹角，或左、右眼眶不在同一一水平线上，或左、右外耳道不在同一水平上等均可造成病人体位不正，致使图像上出现一些难以解释的现像，甚至引起误诊。如左、右侧脑室大小不一，左、右内听道开口大小相差较大，甚至出现侧脑室内等密度影如同占位病变一样的表现。解决方法比较简单，首先要加强技术人员的培训，可利用不同大小的条形海绵对病人的体位进行仔细校对，其次是定时检查机器的准直线是否有改变。
２.2.2窗位、窗宽的设置

CT的窗宽和窗位对于显示病变极为重要，不恰当的窗宽和窗位不但图像难看，更重要的是会遗漏病变或造成病变的假象。设置正确的窗宽、窗位主要依赖设置者对各种病变发现的熟悉程度和临床经验，同时要在常规窗宽、窗位的显示基础上不停地细细调节病灶，以得到病变显示最佳的窗位、窗宽值。
２.2.3造影剂注射速度

造影剂在血管和组织内浓集、扩散、消退的规律在人体内不同器官和组织的表现不尽相同；在各种病变中这一规律亦不完全一样。因此正确掌握造影剂注射速度及增强扫描开始的时机对于清楚显示病变、准确定性是很重要的。如垂体组织没有血脑屏障，造影剂浓集很快，消失也很快，因此快速的加压注射可以很快地显示垂体组织。反之缓慢淌注或延误扫描时机均可使垂体组织显示不清；肝脏海绵状血管瘤由于特殊的循环规律，不但要求有快速滴注的过程，而且需要延迟扫描，这样才能完整地反映海绵状血管瘤的循环规律。

三 MRI的限制性和克服措施
MRI用于临床迄今已达20年多年，随着科学技术的进步和经验的积累，许多技术和应用上的难题均已得到解决。但MRI仍存在相当多的局限性，这些局限性有些限制了它的应用范围，有些限制了图像的质量等等。本文从三方面来讨论这些局限性，并根据情况提出一些可能的解决方法。

３.1MRI原理上的限制
３.1.1磁场和射频的影像

由于MRI存在磁场和射频，它们可以干扰一些仪器的正常工作状态。反之，某些金属物品又可干扰磁场的均匀性和射频的稳定性。如心脏起搏器、一些急救设备的电子仪器等受磁场和射频的干扰可停止工作或工作状态紊乱。而一些人体内的金属植入物，甚至外伤时溅入的金属碎屑等都可以干扰成像，出现伪影。
由于上述原因，故MRI不适用于下列情况：①装有心脏起搏器者是禁忌症；②体内检查部位较近处有铁磁性金属植入物者；②动脉瘤夹闭术后患者，由于磁场可能引起夹子移动而致大出血，特有致命危险④早孕者，有报道磁场对动物孕早期(3个月内)的胚胎有致畸作用；⑤特别危重要用监护的病人，因为心电监护仪、人工呼吸机和氧气瓶等急救设备不能进入MRI室，应慎用。
３.1.2化学位移产生的伪影

MRI成像的绝大多数信号来自水中的氢质子，但有些信号却来脂肪中的氢质子，水和脂肪中的氢质子的共振频率并不一致，脂肪中的氢质子共振频率稍高一些。在成像过程中，由于梯度磁场的作用，每个像素之间的频率是不同的。这样在脂肪和水之间由于化学位移而致的频率差异就有可能和像素之间的频率差异出现异常的匹配，使原来不该共振的像素点提前或延迟出现共振。这种情况在高磁场系统中更为明显。在高磁场成像系统中，脂肪的图像信号相对于水的图像信号在频率编码上移位两个像素。化学位移伪影最常见于含有不同数量水和脂肪的组织之界面上，表现为一信号异常增强的线条状伪影。所幸的是在神经系统的MRI检查中，化学位移伪影并不构成严重问题。因为脑和脊髓组织中脂肪含量甚少，MRI不能显示在脑和脊髓组织中的脂肪成分，因而也就不存在化学位移的问题了。

３.1.3不同成像系统组织弛豫时间无法比较

CT检查中CT值的引入及测量对临床病变的诊断具有重要的意义。但在MRI中却没有一个统一的测量值能起到与CT值一样的效果。虽然我们可以测量T1、T2：和质子密度值，但由于各系统之间成像方式不同、磁场强度不同或射频方法不同等原因，使T1、T2和质子密度值的测量值也各不相同，因此各系统之间T1、T2值无法比较，缺乏一个客观统一的测量标准。对于提高诊断准确性和交流研研成果等均带来许多不便。
３.2技术因素
３.2.1移动伪彩

MRI中的移动伪影还是一个比较棘手的问题。因为MRI成像时间长，检查一次约需10-20分钟，虽然在颅脑检查中影响不太严重，但在脊髓检查时，心跳、呼吸、大动脉搏动及吞咽等均可能形成干扰，影响图像质量。移动造成的伪影还比较容易识别。虽有许多克服移动伪影的方法，包括许多新的快速成像脉冲程序、门控技术等，但均不能彻底解决问题，这还有待于新技术的开发和应用，如超高场强磁共振的开发和高新软件的研制。
３.2.2金属伪影

前文已经指出，体内的金属植入物，尤其是铁磁性物体，如人工股骨头、义齿、不锈钢丝等均可干扰磁场和射频，造成伪影。唯一的方法是在检有前尽量去除这些物体。另外，较小的金属物体影响范围也较小。如金属节育环对盆腔部的成像影响很大，但对头颅的成像影响较小，图像上的干扰也较小。
３.2.3对钙化病灶显示

钙化病灶在T1加权和T2加权图像上大多表现为低信号，特征性不强，比较难以肯定。这对于某些含有特征性钙化表现的病变的诊断带来困难。这个缺陷可通过CT检查来补充。
３.2.4系统伪影

MRI成像仪比CT成像仪更为复杂，因此产生伪影的机会更多。常见的伪影是在图像重建过程中产生的。如会产生粗细不等的条纹或网格等，一般均比较容易识别。

３.3人为因素
３.3.1位置不正

产生的结果和纠正方法与CT相同。
３.3.2 TR和TE等参数的选择

MRI成像参数多达十几个，这些参数对图像质量、弛豫时间的权重、成像所费时间等都有明显的影响，其中TR和TE的选择直接影响驰豫时间的权重，对诊断影响最大。在自旋回波脉冲程序成像中，TR、TE越短，T1权重越重；TR、TE越长，T2权重越重。由于各种病变在T1加权利T2加权的图像上表现各不相同，因此选择合适的TR和TE非常重要。只有这样，才能使病变显示得更全面、更清晰，才能提高诊断的正确性。反之，会遗漏病变或造成误诊。除技术人员需要接受严格的培训的同时还需要对各种病变在MRI上的表现有所了解。