《的發(fā)展與現(xiàn)狀》word版

1、.;螺旋CT 的發(fā)展與現(xiàn)狀2007-04-10 15:43自1989 年第一臺螺旋CT 問世,短短10 余年的時間,已從早期的單層螺旋發(fā)展到今天的多(四) 層螺旋,驅(qū)動方式、數(shù)據(jù)傳輸、圖像重建算法等都有了明顯的改進,掃描速度較單層螺旋最多可提高8 倍, CT 透視、實時螺旋、圖像融合等新的功能不斷完善, 可為臨床治療提供更詳盡的信息。本文僅就螺旋CT 的原理和現(xiàn)狀做一介紹。1 螺旋CT 的原理 滑環(huán)(slip ring) 技術(shù)螺旋掃描的基礎(chǔ)是滑環(huán)技術(shù),滑環(huán)技術(shù)是70 年代末開始采用的新技術(shù)?；h(huán)時代之前,含有X 線球管的旋轉(zhuǎn)部分與包括高壓發(fā)生器在內(nèi)的靜止部分之間的饋電和信號傳輸是靠電纜來完成的

2、,電纜的有限長度限制了球管的旋轉(zhuǎn)運動,使球管的運動只能是雙向往返式,這樣,不僅限制了球管的運動速度,也使兩次CT 掃描之間增加了毫無作用又不可取消的掃描間隔,使常規(guī)CT 只能間歇性掃描而無法在球管連續(xù)向一個方向旋轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上進行連續(xù)掃描?；h(huán)是一個導(dǎo)電的金屬環(huán), 是固定部分,旋轉(zhuǎn)部分包括電刷、球管或者還包括高壓發(fā)生器。由滑環(huán)和電刷的接觸代替電纜來進行饋電,省卻了電纜,也就取消了啟動等一系列繁瑣過程和掃描間隔,球管可以朝一個方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)進行連續(xù)掃描。同時也提高了球管的運轉(zhuǎn)速度,使環(huán)繞1 周的速度達到亞秒。三代CT 由于探測器與球管同時旋轉(zhuǎn),早期信號傳輸也要靠滑環(huán)來完成。新的滑環(huán)CT 的信號傳輸已不利

3、用滑環(huán),而是用光電傳輸, 明顯降低了噪聲,目前大多數(shù)螺旋已采用更先進的射頻傳輸,進一步提高了傳輸速度和信息量?；h(huán)又分為高壓滑環(huán)和低壓滑環(huán)兩種,早期的滑環(huán)CT 多采用高壓滑環(huán),即把笨重的高壓發(fā)生器放在固定部分,由滑環(huán)將十幾萬伏的高壓輸送給旋轉(zhuǎn)部分的X 線球管?，F(xiàn)在由于各種技術(shù)的發(fā)展,高壓發(fā)生器已因體積小重量輕可直接安裝在掃描架內(nèi)的旋轉(zhuǎn)部分,這樣,滑環(huán)只需將幾百伏的低壓電輸入旋轉(zhuǎn)部分,稱為低壓滑環(huán),目前各廠家的新滑環(huán)CT 幾乎都已采用低壓滑環(huán)技術(shù)?；h(huán)技術(shù)的應(yīng)用使連續(xù)掃描X 線球管圍繞機架連續(xù)旋轉(zhuǎn)曝光,曝光的同時檢查床同步勻速移動,探測器同時采集數(shù)據(jù),由于掃描軌跡呈螺旋狀,故稱螺旋掃描。螺旋掃描

4、的特點是消除了兩次掃描間隔,將傳統(tǒng)常規(guī)CT 的二維采集數(shù)據(jù)發(fā)展為三維采樣,所以螺旋掃描又稱體積或容積掃描(volume scanning) 。這種采樣為數(shù)據(jù)的后處理帶來了更大的靈活性。由于螺旋掃描的軌跡呈螺旋狀,與常規(guī)CT 的掃描方式不同,掃描1 周的起點與終點不在同一點上,這樣在圖像重建時采用的方法亦不同,它采用的是內(nèi)插法,又稱差補法(interpola2 tion) 。許多廠家采用了180 度非線性內(nèi)插法(nonlin2 ear interpolation) 等方來改善空間分辨力。在螺旋掃描中,與常規(guī)方式掃描的一個不同是產(chǎn)生了一個新概念:螺距(pitch) ,它是球管旋轉(zhuǎn)1 周準直器寬度與

5、掃描床移動速度之間的比,具體公式為:床移動距離mm/ 準直器寬度mm 。如果準直器寬度等于床的移動速度,即螺距為1 。螺距越大掃描單位時間掃描覆蓋距離越長,例如,準直器寬度為1cm ,螺距為1 時,10 秒鐘掃描距離為10cm ,螺距為115 時,同樣10 秒,掃描距離則增加到15cm ,這對于1 次屏息掃描和增強后動脈期的大范圍掃描很有幫助,因為只需增加螺距即可在同一掃描時間內(nèi)盡可能地多增加掃描距離。螺距的變化直接影響圖像質(zhì)量,試驗證明螺距越小,圖像中產(chǎn)生的偽影越少,失真度越低。2 螺旋掃描較常規(guī)掃描的優(yōu)勢21 掃描速度明顯提高單層螺旋掃描速度較常規(guī)掃描至少提高5 倍,常規(guī)掃描的1 個掃描周

6、期包括掃描時間和間隔時間兩部分,至少要5 秒鐘。螺旋掃描取消了間隔時間,只需1 秒鐘就能完成一個層面的掃描。同樣用10mm 掃描200mm 的范圍,常規(guī)掃描需要100 秒,單層螺旋僅需20 秒,目前最新的四層螺旋僅需5 秒鐘。掃描速度的提高使得可以在一次屏息中完成某個部位的掃描。大大縮短了病人的檢查時間。這個優(yōu)勢最大的受益是增強掃描, 可以在血管內(nèi)對比劑充盈良好的情況下迅速完成掃描成為現(xiàn)實,由此產(chǎn)生了新的掃描方式螺旋掃描。22 容積采樣由于螺旋掃描是三維容積采樣,而且是一次屏息完成全部掃描,避免了常規(guī)掃描中重復(fù)掃描和遺漏掃描的不足。常規(guī)掃描中雖然掃描床的移動是嚴格的,但是病人兩次掃描吸氣程度的

7、差別造成了實際掃描軌跡并不連續(xù)的事實,使得許多微小病灶漏掃或重復(fù)掃描。螺旋掃描避免了這一不足。三維容積采樣的另一個優(yōu)勢是為兩維或三維的圖像后處理打下了良好的基礎(chǔ)。3 多層螺旋CT 近年來,螺旋CT 從單層成像又發(fā)展到球管旋轉(zhuǎn)1 周同時獲得四層圖像,稱為多層螺旋,使螺旋CT 又產(chǎn)生了一個飛躍。與單層螺旋相比有了以下重大改進。311 X 線束的改進單層螺旋通過準直器后的X 線束為薄扇形,因為對面Z 軸方向只有一排探測器接收信號。多層螺旋的X 線束由于面對Z 軸方向是具有多(四) 個通道的多排探測器,改變?yōu)楹裆刃蝀 線束,最厚可達32mm 。X 線束的寬度等于多(二或四) 個層厚之和,提高了X 線利

8、用率。312 探測器陣列的改進多層螺旋的探測器陣列由單層螺旋的Z 軸方向一排探測器,改變?yōu)榫哂兴慕M通道的多排探測器陣列,不同廠家的探測器排數(shù)和構(gòu)造不同。對稱排列型有GE 公司, 為16 排1125mm 寬的探測器,覆蓋范圍最大20mm;TOSHIBA 公司,為34 排,其中中心4 排015mm 寬,兩側(cè)共有30 排110mm 寬的探測器,最大覆蓋范圍32mm 。非對稱排列型有SIEMENS 和MARCONI ( PICKER) 公司,為8 排不同寬度的探測器,分別為1 、115 、215 、5mm 各兩排,最大覆蓋范圍20mm 。313 同一掃描間期內(nèi)獲得的層數(shù)單層螺旋一個旋轉(zhuǎn)周期獲得一幅圖像

9、,多層螺旋一個采樣周期可獲得2 或4 幅圖像。314 數(shù)據(jù)采集通道的改進單層螺旋僅有一組通道采集數(shù)據(jù)。多層螺旋則根據(jù)層厚的不同把多排探測器組合成不同的四組,形成四組數(shù)據(jù)采集通道。315 決定層厚方法的改進單層螺旋的層厚選擇與非螺旋CT 一樣,僅通過改變X 線束的寬度來完成,線束的寬度等于層厚。多層螺旋的層厚不僅取決于X 線束的寬度,而且取決于不同探測器陣列的組合, 如同樣10mm 寬的X 線束, 可以由每四個1125mm 探測器組成一個5mm 通道獲得兩層5mm 層厚的圖像,也可以由每兩個1125mm 探測器組成一個215mm 通道,獲得四層215mm 層厚的圖像。對非對稱排列的探測器陣列,還

10、可以通過后(即探測器前) 準直器對某個探測器的部分遮蓋來完成層厚的選擇。例如,遮蓋一半1mm 探測器可獲得015mm 的層厚。316 圖像重建算法的改進與單層螺旋相比,多層螺旋掃描主要采用的是優(yōu)化采樣掃描(optimized sampling scan) 和濾過內(nèi)插法(filter interpolation) ,增加了采集密度,提高了圖像質(zhì)量。4 與單層螺旋相比多層螺旋的優(yōu)勢411 降低X 線球管損耗多層螺旋CT 球管發(fā)射同等量的X 射線,可以獲得4 層圖像,使得X 線的利用率提高到單層掃描的4 倍。降低了X 線管的熱量積累,減少或根本不需要散熱等待。延長了球管的使用壽命。412 掃描覆蓋范

11、圍更長由于探測器側(cè)具有4 個數(shù)據(jù)采集通道,使用同樣的層厚、同樣的掃描時間、相當于同樣螺距時,覆蓋范圍是單層的四倍。413 掃描時間更短由于取消了掃描時間間隔,單層螺旋掃描已經(jīng)使檢查時間縮短到原來的近十分之一。多層螺旋則使掃描時間又進一步縮短。在保持原來的層厚,覆蓋原來一樣的長度,相當于同樣螺距的條件下,掃描時間僅為單層螺旋的四分之一。如果采用015 秒掃描周期,掃描時間會再縮短一半,為單層的八分之一。414 掃描層厚更薄由于具有4 個數(shù)據(jù)采集通道, 可以在一次屏息掃描中,同樣的掃描時間,保持原來覆蓋長度的條件下,采用更薄的層厚完成檢查,大大提高了Z 軸方向的空間分辨率。由于能采用015mm 層

12、厚,Z 軸方向的空間分辨率已達到與橫斷面圖像空間分辨率一致的水平,進一步提高了MPR 和三維圖像的質(zhì)量,使其與橫斷圖像質(zhì)量相同,稱為多向同性。 5 螺旋掃描的圖像后處理 圖像后處理是螺旋掃描在胸部疾病診斷中的又一優(yōu)勢。這些處理方式不僅有助于進一步提供診斷信息,而且常常為手術(shù)方案的制定提供非常重要的解剖信息。隨著螺旋CT 的普及,圖像后處理已經(jīng)逐漸成為放射科醫(yī)生的重要工作之一。511 多方位重組(multiple planar reformation ,MPR) 即螺旋掃描后利用三維采樣獲得的數(shù)據(jù)重組的任意方位的斷層圖像。由于掃描孔徑的限制,CT 僅能沿人體長軸做橫斷掃描。但很多情況下,如鑒別膈

13、上下病灶時或欲從冠及矢狀位觀察病灶長軸時,CT 的橫斷切面則常無法提供有益的信息,這給診斷帶來很大困難。常規(guī)CT 掃描因原始橫斷圖像連續(xù)性較差(掃描時吸氣不一致所致),重組圖像空間分辨力及密度分辨力均較差亦無多大幫助。三維取樣的螺旋掃描由于連續(xù)性好, 允許大范圍薄層掃描, 使MPR 圖像質(zhì)量有了極大的提高。512 表面遮蔽顯示( surface shaded display , SSD) SSD 是將象素值大于某個確定域值的所有象素連接起來的一個表面數(shù)學(xué)模型,一個電子模擬光源在三維圖像上發(fā)光,通過陰影體現(xiàn)深度關(guān)系。SSD 圖像能較好地描繪出復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu),尤其是在有重疊結(jié)構(gòu)的區(qū)域。可用于血管、氣管、骨骼的三維顯示。513 最大(小) 密度投影(maximum or minimum inten2 sity projection ,MIP) MIP 是把掃描后的若干層圖像迭加起來,把其中的高(低) 密度部分做一投影,低(高) 密度部分則刪掉,形成這些高(低) 密度部分三維結(jié)構(gòu)的二維投影,可從任意角度做投影,亦可做連續(xù)角度的多幅圖像在監(jiān)示器上連續(xù)放送,給視者以立體感。多用于CT 血管成像。514 CT 內(nèi)鏡(CT endoscopy ,CTE) CT 內(nèi)鏡又稱仿真內(nèi)鏡(virtual endoscopy) 是在薄層螺旋掃描的基礎(chǔ)上,用