多层螺旋CT

无创影像技术

随着微电子学和计算机技术的迅猛发展,CT 研究的基本理论和设置得到完善和更新。1997年研制出的多层螺旋 CT( multislieces helieal CT,MSCT ) 简称多层 CT, 是具有多排宽探测器结构、球管一次曝光可同时获得多个层面 ( 一般为 4、8 和16 层 ) 图像数据的成像系统。

背景

螺旋CT于1989年投入临床应用以来，逐步替代了以前的断层CT。螺旋CT相对于断层CT的优势在于：螺旋CT可以不间断地采集投影数据，可以重建得到物体的体数据（volume data），扫描时间缩短，Z轴分辨率提高，减少了运动伪迹和漏扫，可以重建出高质量的三维图像。多层螺旋CT（multislieces helieal CT）是在单层螺旋CT的基础上发展起来的，最先由Elscint公司于1991年推出双层螺旋CT。多层螺旋CT与单层螺旋CT的主要区别在于，单层螺旋CT的检测器是单排的，一次采集一层投影数据，而多层螺旋CT的检测器是多排的，可以同时采集多层投影数据。多层螺旋CT的性能又比单层螺旋CT的性能上了一个台阶，扫描覆盖范围更大，扫描时间缩短，Z轴分辨率更高，可以得到更好的三维重建图像。1998年GE、Siemens、Toshiba、Philips公司推出了4层螺旋CT。2001年GE公司推出了8层螺旋CT。2002年，GE、Siemens、Toshiba、Philips公司推出了16层螺旋CT.目前，多层螺旋CT扫描一周的时间已达到亚秒级。多层螺旋CT已应用于人体三维成像、血管造影成像、心脏成像、脑灌注成像像等领域，还在计算机辅助技术(虚拟内窥镜技术和放射治疗计划等方面有重要作用。

MSCT 的原理及结构特点

MSCT 同单层螺旋 CT (singleslice helieal CT,SSCT ) 相比较, 两者在设计原理和构造上不同：除了Z 轴上设有多排探测器结构以外, 还有多个数据采集通道, 图像重建所采用的计算方法也不同, 主要在扫描架、探测器、数据采集系统 ( data acquisiton system,DAS）、图像重建系统及计算机系统等有较大的改进。

扫描方式及驱动系统

SSCT 是在旋转式扫描的基础上采用滑环技术和连续进床的螺旋扫描成像系统。而 MSCT 有两种扫描方法：轴位螺旋扫描和非螺旋扫描。前者指球管连续旋转时床面移动, 后者指球管旋转时床面保持静止。在驱动系统上 MSCT 多采用磁悬浮技术电磁驱动使扫描架旋转速度更快达0.3 秒 / 周, 产生的离心力达13G, 且振动较小, 这些均有利于 MSCT 快速稳定的进动扫描。

X 线利用率

有公司生产的 MSCT 采用飞焦点技术, 极大的提高了X线球管有效输出利用率。若球管曝光一次可同时进行 4 层扫描,即 X 线的利用率较 SSCT 提高了 4 倍，延长了球管的寿命; 扫描时间和扫描次数的减少, 使病人的X射线吸收剂量大幅度下降, 同时球管热容量也增加达到 5.3 一 7.5 MHU 或更高。

探测器组合的设计

MSCT 同 SSCT 最为显著的区别是探测器设计上的差异。主要特征是三个参数：探测器阵、探测器准值、球管旋转360 床面进动距离。SSCT 在 Z 轴方向上只有一排探测器, 层面厚度由X 线准直器调节。曝光时所有的探测器处于激发状态,X 线束总是聚集于探测器中心, 使有效层厚范围外的探测器也吸收少量的散射线, 故明显增加了部分容积效应, 使图像边缘较模糊。MSCT 的多排探测器有不同的设计方式, 分别为8、16、24 和 34 排, 且探测器阵列可分为固定阵列和可变阵列。

数据采集系统（ DAS）

MSCT 具有多个数据采集通道, 通过一个通道的数据产生一层图像。每个通道都独立的直接与探测器相连。因此增加数据采集通道对于增加 CT 成像速度同样重要。

计算机系统

MSCT 除了对球管、探测器有很高的要求外, 计算机系统也非常关键。由于 MSCT 扫描时获取的信息量大, 要求计算机运算速度快, 有的 MSCT 计算机运算速度达每秒 19 亿次以上。内存容量越大, 储存的资料越多, 病例资料保存的时间越长, 有的内存高达 75GB或更高。

多层螺旋CT应用

多层 CT 技术使得更快、更好、更大范围地检查病人成为可能, 同时也扩大了 CT 的临床应用范围,如可各向同性成像、用于肌肉骨骼检查、特殊情况下的多方位重建、CT 脊髓造影、大范围和多时相研究、CT 血管造影、心脏评估、脑灌注成像、大体形患者的检查、急性胸痛或气急患者的评价、仿真内腔镜及回顾性图像融合所需的薄层扫描等方面。可以说,多层 CT 在临床的几乎所有方面均优于单层螺旋 CT 。

在肌肉骨骼方面的应用

多层螺旋 CT 引入了各向同性成像的概念,它指的是使用原始断层数据生成具有相同空间分辨率的其它方位图像。对小范围扫描而言, 各向同性成像可使用小焦点曝光和超薄切片 (0.5mm), 所得到的多方位图像堪与原始断层媲美。

覆盖更大的解剖范围

许多 CT 检查需包括胸、腹和盆部内脏器官, 或者成像整个脊柱。用多层 CT 的小准值、高毫安秒值扫描可获得大范围、高空间和高对比分辨率的图像,而且在多层 CT 轴位数据基础上, 依据诊断需要可更大范围地重建冠状位和矢状位图像,用单层螺旋 CT 是难以胜任的。

CT 血管造影

多层 CT 可快速大范围扫描而不损失空间分辨率, 使得颈动脉显示得更好, 主动脉、骼动脉和股动脉也可在一次扫描中都观察到,有效地利用了血管内对比剂。由于多层 CT 可选择更薄的层厚, 使得各部位的血管树以更高的对比度显示, 这是单层螺旋 CT无法比拟的。

心脏评价

冠脉钙化提示存在冠心病的可能, 钙化量与疾病重程度有关。心脏评分单层螺旋 CT, 但多层螺旋 CT 具有更好的时间分辨率 (四层 CT 的时间分辨率是 0.3 秒 )。

脑灌注成像

动态多层 CT 可用来评价急性中风的脑缺血期。使用全宽的探测器阵列, 允许进行 4x5mm层厚的动态扫描, 以提高空间分辨率和减少图像噪声。

大体型患者的检查

大体型或超重患者的成像在单层螺旋 CT 有一定难度, 主要受球管热容量限制, 图象质量较差。为多层C T 配置的高热容量球管和更宽的探测器阵列, 使大体型或超重患者的扫描同样可获得高质量图像。

仿真内腔镜

CT仿真内腔镜已经广泛应用于空腔器官或有管道的器官, 如胃肠道、气管和支气管、泌尿道、内耳及副鼻窦, 等。多层 CT 允许更快速、小准值和大范围扫描,借以减少运动伪影和增加组织对比度,多方位图像重建能显示这些器官的解剖细节。高性能工作站加之易于使用的软件, 使得仿真内腔镜可作为常规检查, 成为纤维内窥镜检查的有力补充。

展望

多层 CT 在临床应用的几乎所有方面均优于单层螺旋 CT。多层 CT 的快速扫描可用于提高图像的时间、空间和对比分辨率。此外, 多层 CT 可用于单层螺旋 CT 受限制或者不能应用的方面, 如心脏成像、器官灌注成像及血管多期相研究。多层螺旋技术也将各向同性成像引入了 CT 领域。可以毫不夸张地说, 多层螺旋 CT 已经达到了新世纪影像技术的顶端。

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