第五节-螺旋CT..

第五节螺旋ＣＴ李燕1.CT成像技术的发展CT的出现是传统X线摄影和计算机技术结合的结果，将影像检查技术带人一个新的划时代的阶段。CT应用到医学临床已有30多年的历史。这期间CT的硬、软件技术经历了几次大的革命性进步，一次是1989年CT在传统旋转扫描的基础上，采用了滑环技术和连续进床扫描，滑环技术使扫描装置可顺一个方向作连续旋转，配以连续进床，扫描轨迹呈螺旋状，因而得名螺旋CT（helical或spiralCT）。另一次是1998年多层螺旋CT的问世，使得机架球管围绕人体旋转一圈能同时获得多幅断面图像，开创了容积数据成像的新时代。这两次革命性的进步在CT发展史中成为重要的里程碑。2螺旋CT3东软2800C型螺旋CT机51998年多层螺旋CT问世后，CT的扫描技术和临床应用都呈现加速发展的态势，几乎每年都有一个新的多层螺旋CT产品出现，4层、6层、8层、10层、16层螺旋CT等等。2003和2004年RSNA（北美放射年会）上，各个公司厂家又纷纷推出32、40、64层CT，成为目前CT发展的焦点。6螺旋CT(SCT)是在滑环扫描技术基础上引出的一种新扫描技术，分为单层螺旋CT和多层螺旋CT(MSCT)．7螺旋扫描CT:是在旋转式扫描基础上,通过滑环技术与扫描床连续平直移动而实现的.螺旋CT的球管同弓形排列的探测器同步旋转,同时进行扫描.扫描是连续的,没有扫描间隔时间.不象普通CT那样,一个层面接一个层面地扫描,有扫描间隔时间.结果螺旋CT大大缩短了整个扫描时间.9螺旋CT螺旋CT的核心技术是滑环技术，X线管在连续旋转、曝光的同时，扫描床以一定的速度沿Z轴方向运动，探测器采集到的数据不再是传统CT的单层数据信息，而是人体某段体积的信息，扫描完成后可根据需要作不同层厚和层间距的图像重建。螺旋CT扫描又称容积扫描(volumetricscanning)。根据X线管和探测器的运动方式，螺旋CT仍属于“旋转＋旋转”类，即第三代CT机，但扫描性能大大提高、扫描时间大大缩短。10传统CT机：X线管－高压电缆－高压发生器滑环技术滑环技术的重大贡献是解决了CT机架旋转部分与静止部分的馈电和信号传递方式问题，可以实现X线球管连续旋转和曝光。它是用一个滑环和一个碳刷代替了电缆，当碳刷沿着滑环滑动时，则经滑环与碳刷向X线球管供电。由于摆脱了各种电缆的缠绕限制，而且X线发生器和探测器均安装在一个滑环上，因此滑环可单方向连续旋转。滑环有三部分组成：①传送设备操作与控制信号的低压环；②供应X线球管与变压器电源的高压环；③探测器传送数据的数据环。依照高压环上的电压不同，又可以分为低压滑环与高压滑环两种。13高压滑环易发生放电导致高压噪声，影响采集的数据而降低图像质量，同时安全性差；低压滑环的高压发生器采用体积小、功率大的高频结构，与X线管同装于扫描架内，同时旋转，稳定性好，危险性小。低压滑环是指通过滑环技术对CT扫描机架以低电压馈电的方式，它由外界将数百伏的直流电输入到扫描机架内，电压较低，容易实现良好的绝缘，数据传输性能稳定。其主要缺点是容易产生电弧问题，因此要求碳刷与滑环接触电阻非常小，滑环常采用电阻率非常低的材料制作而成。由于低压滑环的高压发生器是安装在机座旋转架上的，因此要求发生器的体积小、重量轻、功率大，一般普遍采用中高频逆变技术，它是滑环技术的关键。由于低压滑环对绝缘要求不高，而且安全、稳定、可靠，因此被大多数CT厂家所采用。高压滑环是利用滑环技术将高压电馈入机架内以供给X线球管产生X射线。旋转的高压滑环安装在充满绝缘或惰性气体的，高压发生器产生120kV至140kV的电压，经滑环进入机座内的旋转架上。其优点是可以使高压发生器外置，一方面不增加旋转机架的重量，也不必担心滑环因触点电流而引起的温度升高问题，扫描的速度也比低压滑环要快；另一方面，高压发生器不受体积重要的限制，可使发生器功率做的很大。高压滑环的缺点是容易引起机架的旋转部件和静止部件及接触臂、电刷之间的高压放电，由此引发高压噪声，影响数据采集。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。16滑环探测器GE单排螺旋CT原理由控制台、扫描机架、扫描床、电源分配柜组成。一、单层螺旋CT20螺旋CT用一个大容量且散热性能好的X射线管进行扫描，用一组高效率圆弧状排列的检测器组采集投影数据。211.螺旋CT的供电方式与扫描方式与传统CT第一个不同点是螺旋CT对X射线管的供电方式。螺旋CT采用了滑环技术。第二个不同点是扫描方式。螺旋CT采集数据的扫描方式是X射线管由传统CT的往复旋转运动改为向一个方向围绕受检体连续旋转扫描，受检体（检查床）同时向一个方向连续匀速移动通过扫描野。因此X射线管相对于受检体的运动在受检体的外周划过一圆柱面螺旋线形轨迹，如图3-26(a)所示。22其优点主要有二，一是提高了扫描速度，单次屏气就可以完成整个检查部位的扫描，且减少了运动伪像；二是由于可以进行薄层扫描，且在新层与断层之间没有采集数据上的遗漏，所以不仅可在任意位置上重建图像，而且还可提供较好的三维图像重建的容积数据。232.螺距与层厚相邻螺线圈沿螺线圈轴线方向（床移方向）的距离称为螺距（pitch），螺距也等于X射线管旋转一圈受检体随扫描床移动的距离。24当螺距等于零时，相当于传统CT的扫描；当螺距小于层厚或小于线束宽度时，相邻螺旋圈有重叠，且用于重建的断层也有重叠；当螺距等于层厚或等于线束宽度时，相邻的螺旋圈呈无重叠，但却紧挨着，且用于重建的断层也紧挨着；当螺距大于层厚时，扫描覆盖受检体的范围增大。25层厚：断层的厚度．对于单层螺旋ＣＴ来说，层厚主要由准直器通道限定的Ｘ射线束宽度决定，也可理解为检测器的宽度．螺距越小，扫描对受检体覆盖的越完全．螺距小、层厚薄可提高纵向分辨力，对检出小病灶有利。26螺旋CT影像设备的优点与非螺旋CT扫描比较，螺旋CT扫描主要具有以下优点：①螺旋CT连续扫描的能力，使得整个器官或一个部位可以在一次屏气中完成扫描，从而避免漏扫或重扫。②由于没有层与层面之间的停顿，使得一次扫描检查的时间明显缩短，有益于危重病人和不配合病人的检查。③对于肺脏、肝脏等受呼吸影响的脏器，由于在屏气情况下一次完成扫描，可以避免小病灶的遗漏。螺旋CT影像设备的优点④病人运动形成的伪影，由于扫描速度的提高而得以减少或避免。⑤可进行任意回顾性重建，没有层面间隔大小和重建次数的限制。⑥单位时间内扫描速度的提高，使CT增强扫描时对比剂的利用率提高和增强效果改善。⑦由于螺旋CT扫描得到的是容积扫描数据，因此使得多平面和三维重建图像的质量有了明显改善。螺旋CT影像设备的缺点螺旋CT扫描也存在一定的不足，主要包括：①由于扫描时检查床的运动产生一定的伪影，在Z轴上的空间分辨率有所降低。②螺旋CT扫描图像的噪声较传统CT有所增高。③螺旋CT图像处理的时间较长，并需要计算机大容量的存储能力和运算能力。二、多层螺旋CT简介多层螺旋，又称多排CT(MSCT)。多层CT在结构上的最大变化是有多排检测器和多个数据采集系统。MSCT扫描一周可获2~18幅图像或更多。3031所谓多层螺旋CT是指在一次扫描旋转过程中能同时获得多达4个层面以上投影数据的成像系统。它是CT发展的又一次革命性创新，其扫描速度由普通CT的几秒提高到亚秒，成像速度及图像质量也明显提高，临床应用范围不断扩大，大大促进了影像医学的发展。321.关于多层CT的问题（1）检测器的结构：检测器的排列方式在目前有两种类型，一种是各排检测器的宽度均等的等宽型对称排列，另一种是各排检测器的宽度不均等的非等宽型对称排列。各排检测器通常是排列弧形状。在进行扫描采集数据时，各排检测器是以一定组合方式接收信号。检测器的组合方式由检测器后边的电子开关控制，然后再将信号传递给具有多个通道的数据采集系统（DAS），如图3-31所示。3334（2）X射线束：MSCT扫描中被利用的X线束形状应是以X射线管为顶点（射出X线之处，称为焦点）的四棱锥形，这样的X线束才能同时覆盖多排检测器（实际使用时不一定要全覆盖）。称这样的X线束称为“小孔束”或厚扇形束。35（3）螺距与层厚一种是束螺距表述为另一种是层螺距表述为36扫描圈床移距离束螺距扫描线束宽度扫描圈床移距离层螺距层厚宽度两种螺距的关系为：层螺距=层数×束螺距。MSCT中的层厚，主要是取决于检测器的有效探测宽度，或等于检测器组合沿长轴方向上的总宽度．37（4）数据采集系统：传统CT和单、双排螺旋CT在进行数据采集中只有一个数据采集系统或数据采集通道，而4层CT的数据采集通道有四个。扫描时，四个通道分别各自从相通的检测器组合中采集构成一个层面的数据。到目前为止，最新的是64层CT。3839多层螺旋CT与单层螺旋CT的不同：①探测器的排列不同：单层螺旋CT的Z轴方向上只有一排探测器，MSCT采用4组通道的多排探测器。②X线束不同：单层螺旋通过准直器后的X线束为薄扇束(fan-beam)，X线束的宽度等于层厚。MSCT采用可调节宽度的锥形线束(cone-beam)，线束宽度等于多个层厚之和，提高了X线的利用率。③数据采集通道不同：单层螺旋在Z轴方向上只有一组通道采集数据，MSCT把多排探测器组成4组，形成数据采集的4组输出通道。④同一扫描周期内获得的层数不同：一层与多层。40⑤决定层厚的方法不同：单层螺旋的层厚仅通过改变X线束的宽度来完成，线束的宽度等于层厚，多层螺旋的层厚不仅取决于X线束的宽度，还与探测器阵列的不同组合有关，如同样10mm宽的X线束，可由每4排1.25mm探测器组成一个5mm探测器通道，获得2层5mm层厚的图像，也可以由每2个1.25mm探测器组成一个2.5mm探测器通道，获得4层2.5mm层厚的图像。⑥图像重建的方法不同：新算法，以减少伪影、噪声，提高图像质量，减少曝光量。41多层螺旋CT的技术改进：①X线管的改进：飞焦点技术②高压发生器的改进：固态高频高压发生器③智能扫描：自动变化扫描条件④驱动的改进：以前都为皮带驱动，MSCT大多采用电磁驱动、磁悬浮技术，提高了旋转速度，降低了机械噪声。⑤探测器的改进：一是采用稀土陶瓷探测器，吸收率在99%以上，稳定性好。二是增加了Z轴方向上探测器的排数。42多层螺旋CT的优势：①空间分辨率和时间分辨率提高。②一次扫描可获得多层图像。③扫描速度大大提高，全身扫描在30秒内可完成。④可进行回顾性重建。⑤X线的利用率提高。⑥三维成像、模拟内窥镜效果更佳。⑦增强扫描的效果明显提高。⑧心脏CT扫描成为可能。⑨可进行CT透视。三．多层螺旋CT的局限性1.机器本身的局限性多层CT机明显增加了CT检查的数据负荷量，特别在选择进行近似各向同性成像时更甚。例如一次长度为60cm的胸腹部扫描，采用41mm准直，扫描时间为50s，可产生500~800幅图像。主动脉及外周动脉一次CT扫描可产生1000幅以上图像。但是真正取而用之的仅占很小的比例。但是，也必须说明：只有要求得到高质量薄层图像时才有必要增加病人所接受的辐射线量。除此以外，多层CT机所需的辐射量均低于常规CT机，或与螺距为2的CT机近似。432.人为的局限性一项调查表明，全国中小城市高档CT功能使用率很低。一方面表现在容量浪费，一台16层CT每天至少可以检查300例病人，但有的医院仅有几十个病人受检。另一方面更为严重的是功能浪费，有的医院从未使用过虚拟内镜，3D成像也很少有人会用，单层螺旋CT的功能已经大量闲置，对多层螺旋CT来讲就会造成先进性功能的传统性浪费。44四．多层螺旋CT的未来多层CT的下一步发展方向为四维CT，其中以东芝公司为代表研发256排CT，以GE公司为代表研发平板CT。平板CT由于受到平板探测器材质(采样率低)的影响，难以在近期推出。东芝公司目前已开发出256排原型机正在做临床测试。其探测器结构由256排0.5mm宽的探测器组成，最大覆盖范围达128mm。四维CT在兼顾多层CT的同时，新的临床应用将可包括：(1)动态脏器的研究(心脏的搏动及心功能、胃肠的蠕动)；(2)血流动力学的研究；(3)关节的运动功能；(4)大范围的薄