多层螺旋应用中值得注意的几个概念

多层螺旋应用中值得注意的几个概念柳澄多层螺旋CT的问世与发展，是CT发展史上的又一次革命。首先，快速扫描成为现实，球管旋转一周的时间已经缩短到0.42秒，一次屏息可以完成整个躯干的薄层扫描；第二，图像后处理功能迅猛发展，各种后处理软件不断完善，使CT不再单单是横断图像，各种三维后处理图像不仅能立体显示解剖与病变，而且可以透明化处理或以仿真内窥镜方式观察。但是随着不同厂家技术发展的独立性越来越强，许多相同或相似的概念却被赋予不同的内涵，使得使用者陷入迷惘。应用某个厂家机器的医生看不懂应用其他机器的科研文章成为比较普遍的问题。这类严重问题目前还没有引起放射学家的足够重视，这是因为，很少一家医院应用不同厂家的多台机器，而相互之间的交流多重视研究结果而忽视了这些基本概念的混乱。另外，许多人把螺旋CT中的螺距和重建间隔的关系混为一谈，在很多文章中可以看到此类错误。笔者认为，当前急需将螺旋CT中混乱的有关概念进行澄清和统一，否则将会引发进一步的混乱，以至影响我们科研的严谨性。一、关于螺距的定义螺旋CT的问世产生了一个新的概念，螺距（pitch,P）。对早期的单层螺旋，各厂家对此定义是统一的，即螺距=球管旋转3600进床距离/准直宽度。随着多层螺旋的发展，各厂家开发的独立性越来越强，互相之间的竞争产生了不合作，应该统一的概念却各自有不同的解释。单层螺旋的准直宽度只产生一幅图像，各厂家机器之间没有产生分歧的基础，所以对准直宽度这个概念是统一的。多层CT的一个准直宽度包含了多个相邻的图像。这样，厂家的不协商（或者说不妥协）导致了多层螺旋螺距公式中分母：准直宽度定义的混乱。MARCONI等多层CT将整个准直宽度作为公式的分母，而GE等则将每一层图像的准直宽度作为分母。由于基础定义的混乱，造成了计算公式结果的混乱。前者无论是4、8还是16层，进床距离等于整个准直宽度时，计算结果螺距均等于1，而后者则不断变化，计算结果螺距分别等于4、8和16。这种不同厂家定义的混乱，造成了初接触多层CT者的困惑。如果我们对不同定义加以比较，会发现，对于四层螺旋来说，MARCONI等的螺距1等于GE等的螺距4，八层螺旋MARCONI等的螺距1等于GE等的螺距8，十六层螺旋MARCONI等的螺距1等于GE等的螺距16，依次类推。搞清楚不同厂家之间不同的原因，我们才能够理解这些混乱数据的规律。在多层螺旋机器中，无论螺距的定义如何，球管旋转一周，进床距离等于总的准直宽度，其含义就是两个相邻X线束之间首尾衔接，既无X线的重叠，也没有间隔，相当于单层螺旋的螺距1的含义。进床距离如果大于总的准直宽度，两束X线间存在间隔，图象质量肯定下降，不如进床距离等于或小于总准直宽度的图像。以每层的准直作为公式分母容易造成对图象质量的理解造成混乱。这样对于使用机器的技术人员和医生带来诸多不便。McCollough和Zink指出,以层厚作为螺距计算公式的分母是不合适的,因为其改变了射线剂量，X线束交迭之间的基本关系。以准直宽度（X线束宽度）作为分母，无论是几层CT，螺距1都表明扫描中X线束是首尾相连，既无重叠也无间隔。小于1，告诉你X射线有重叠，大于1则说明X射线有间隔，图象质量要下降。美国的JayCinnamon医生建议用以X线束宽度为公式的分母，但应加以注明。比如双螺旋的螺距1写为Dual1；四层螺旋的螺距1写为Quad1。认为这种写法便于读者理解，也便于使用者了解图象质量。二、关于有效层厚在多层螺旋机器中，我们经常看到不容易理解的层厚标记，例如，四层螺旋最大探测器组合是5mm，但是在层厚标记中却出现6.5mm层厚的标记。这牵扯到螺旋CT中的一个新的概念：有效层厚。在常规断层扫描中，扫描时被扫描物体静止不移动，5mm宽的X线束通过5mm宽的人体，实际层厚与准直宽度一致。螺旋扫描中，在球管旋转的同时，病人身体也在移动，X线束通过人体时已经超过它的宽度。所以实际采集数据的层厚与准直宽度有一定差别。一般说来都大于准直宽度，称之为有效层厚。有效层厚与螺距的大小和重建算法的不同有关，螺距越大，有效层厚就越厚，360度内插法图像较180度内插法有效层厚大。计算证明，当螺距为1时，5mm的准直宽度，180度内插法，实际数据获得范围为6.5mm，即有效层厚6.5mm。扫描时病人连续移动通过扫描架会导致图象在Z轴（病人身体长轴）方向的变形。大多数螺旋CT机器在螺距大于1时自动采用1800内插法，来纠正这种变形。这种方法的代价是降低软组织对比度，会影响软组织间结构的辨别。但是不会影响骨组织的观察，因为骨与周围软组织的对比差别较大。同样的准直宽度，螺距越大，有效层厚也越大，这是因为病人通过扫描线越快的缘故。下面是在准直宽度1mm时螺距、有效层厚和噪声的关系：螺距/内插法有效层厚(mm)相对噪声1.0/36001.31.01.0/18001.01.41.5/36001.81.01.5/18001.11.4有些螺旋CT，在准直1、2.5、5.0mm的情况下，我们能看到1.2,3.2,6.5mm等不同层厚的标记，代表的就是有效层厚。有的多层机器无有效层厚标记，只标记准直宽度，实际应用中要注意，如果层厚标记与探测器组合尺寸吻合，多半是准直标记；如果层厚标记与探测器组合的尺寸不吻合，多半是有效层厚的标记。三、分清螺距与重建间隔的不同在螺旋CT的应用中，螺距和重建间隔常常被初学者混淆。一定要分清二者的不同，才能灵活运用这两种参数提高图像质量。当螺旋扫描的容积采样结束后，二维图象可以从Z轴上的任何一点开始重建，而且数据可以反复使用。这样就出现了一个新的概念：重建间隔。其定义是每两层重建图象之间的间隔。例如：扫描范围为100mm，准直宽度为10mm，如果重建间隔为10mm，将获得类似常规断层扫描的10幅图象，如果重建间隔为5mm，将获得20幅10mm层厚图象，产生数据交叉重叠的图象。同样扫描范围内，重建间隔越小，重建出的图象数量越多。当然每幅图象的重建时间一样，重建间隔的增加势必增加整个图象重建的时间，即总重建时间等于重建层数乘以每层重建时间。理论上螺旋扫描后重建间隔可以任意设定。重建间隔是采集数据后的处理，不会影响到扫描时间，只会改变重建时间和重建图像祯数，重建间隔的缩小意味着重建图像数量的增多和重建时间的延长。常规断层也可以获得重叠图象，但是需要减少层间距进行重叠扫描，无疑增加了辐射量，螺旋扫描的重建间隔减少并不增加额外的辐射量，这是二者的主要区别之一。减小重建间隔的一个优势是降低部分容积效应的影响，例如，层厚10mm，病灶直径也是10mm，重建间隔等于层厚时，一旦病灶正好落入两层之间，要么病灶被遗漏，要么病灶的显示密度不真实，可能误诊或漏诊。缩小重建间隔则会避免这种机会的发生。缩小重建间隔的另一个优点是提高MPR及三维重建图像的质量，如果重叠30~50%，会明显改善MPR和三维重建图像如MIP、SSD、VR、VE的图像质量，文献报道，重叠超过50%后，对三维后处理图像的质量不会进一步改善，因此，建议重建间隔最多不要超过重叠50%，否则只会增加图像数量和计算机及观察图像者的负担，并无效益。重建间隔与螺距的区别主要有以下几点：a.螺距是扫描参数，只能在扫描前设定，重建间隔是后处理参数，可以在扫描前设定，也可以在扫描后选择，而且可以有多种选择重复重建图像。b.重建间隔的缩小并不能提高图像质量，因为它不能影响空间和密度分辨力，但是可以减少部分容积效应的影响。螺距的增大则意味着每个象素吸收的光子量将减少，图像质量肯定下降，反之则会提高图像质量。c.当层厚和扫描范围一定时，增大螺距可以缩短扫描时间。当层厚和扫描时间固定后，增大螺距可以延长扫描范围。而重建间隔的增加既不能变更扫描时间，也无法改变扫描范围。d.二者都会影响到三维重建图像的质量。螺距的改变通过影响轴位图像的质量间接影响后处理图像，重建间隔的改变则是由于直接影响纵轴空间分辨力来影响后处理图像的质量。--------------------------------------------------------------------------------螺距定义:扫描时床进速度（mm/周）与扫描层厚（mm）之比。使用小的螺距可以提高图像扫描质量，但是增加了病人的曝光计量。重建间隔其实就是成像间隔，可以在螺旋扫描前或后设定。螺旋数据可以一句成像间隔在一周内重建出一个或多个图像。之间关系是：每周成像数＝（螺距×层厚）/成像间隔----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------螺距的大小也会影响到三维重建的图像质量