多層螺旋CT

隨著微電子學和計算機技術的迅猛發展,CT 研究的基本理論和設定得到完善和更新。1997年研製出的多層螺旋 CT( multisliecs helieal CT,MSCT ) 簡稱多層 CT, 是具有多排寬探測器結構、球管一次曝光 可同時獲得多個層面 ( 一般為 4、8 和16 層 ) 圖像數據的成像系統。

基本介紹

• 中文名：多層螺旋CT
• 外文名：multisliecs helieal CT , MSCT
• 專業：成像系統

背景

螺旋CT於1989年投入臨床套用以來，逐步替代了以前的斷層CT。螺旋CT相對於斷層CT的優勢在於：螺旋CT可以不間斷地採集投影數據，可以重建得到物體的體數據（volume data），掃描時間縮短，Z軸解析度提高，減少了運動偽跡和漏掃，可以重建出高質量的三維圖像。多層螺旋CT（multisliecs helieal CT）是在單層螺旋CT的基礎上發展起來的，最先由Elscint公司於1991年推出雙層螺旋CT。多層螺旋CT與單層螺旋CT的主要區別在於，單層螺旋CT的檢測器是單排的，一次採集一層投影數據，而多層螺旋CT的檢測器是多排的，可以同時採集多層投影數據。多層螺旋CT的性能又比單層螺旋CT的性能上了一個台階，掃描覆蓋範圍更大，掃描時間縮短，Z軸解析度更高，可以得到更好的三維重建圖像。1998年GE、Siemens、Toshiba、Philips公司推出了4層螺旋CT。2001年GE公司推出了8層螺旋CT。2002年，GE、Siemens、Toshiba、Philips公司推出了16層螺旋CT.目前，多層螺旋CT掃描一周的時間已達到亞秒級。多層螺旋CT已套用於人體三維成像、血管造影成像、心臟成像、腦灌注成像像等領域，還在計算機輔助技術(虛擬內窺鏡技術和放射治療計畫等方面有重要作用。

MSCT 的原理及結構特點

MSCT 同單層螺旋 CT (singleslice helieal CT,SSCT ) 相比較, 兩者在設計原理和構造上不同 ： 除了Z 軸上設有多排探測器結構以外, 還有多個數據採集通道, 圖像重建所採用的計算方法也不同, 主要在掃描架、探測 器、數據採集系統 ( data acquisiton system,DAS） 、圖像重建系統及計算機系統等有較大的改進。

螺旋CT內部結構

掃描方式及驅動系統

SSCT 是在旋轉式掃描的基礎上採用滑環技術和連續進床的螺旋掃描成像系統。而 MSCT 有兩種掃描方法 ： 軸位螺旋掃描和非螺旋掃描。前者指球管連續旋轉時床面移動, 後者指球管旋轉時床面保持靜止。在驅動系統上 MSCT 多採用磁懸浮技術電磁驅動使掃描架旋轉速度更快達0.3 秒 / 周, 產生的離心力達13G, 且振動較小, 這些均有利於 MSCT 快速穩定的進動掃描。

X 線利用率

有公司生產的 MSCT 採用飛焦 點技術, 極大的提高了X線球管有效輸出利用率。若球管曝光一次可同時進行 4 層掃描,即 X 線的利用率較 SSCT 提高了 4 倍 ，延長了球管的壽命; 掃描時間和掃描次數的減少, 使病人 的X射線吸收劑量大幅度下降, 同時球管熱容量也增加達到 5.3 一 7.5 MHU 或更高。

探測器組合的設計

MSCT 同 SSCT 最為顯著的區別是探測器設計上的差異。主要特徵是三個參數 ：探測器陣 、探測器準值、球管旋轉360 床面進動距離。SSCT 在 Z 軸方向上只有一排探測器, 層面厚度由X 線準直器調節。曝光時所有的探測器處於激髮狀態,X 線束總是聚集於探測器中心, 使有效層厚範圍外的探測器也吸收少量的散 射線, 故明顯增加了部分容積效應, 使圖像邊緣較模糊。MSCT 的多排探測器有不同的設計方式, 分別為8、16、24 和 34 排, 且探測器陣列可分為固定陣列和可變陣列。

數據採集系統 ( DAS）

MSCT 具有多個數據採集通道, 通過一個通道的數據產生一 層圖像。每個通道都獨立的直接與探測器相連。因此增加數據採集通道對於增加 CT 成像速度同樣重要 。

計算機系統

MSCT 除了對球管、探測器有很高的要求外, 計算機系統也非常關鍵。由於 MSCT 掃描時獲取的信息量大, 要求計算機運算速度快, 有的 MSCT 計算機運算速度達每秒 19 億次 以上。記憶體容量越大, 儲存的資料越多, 病例資料保存的時間越長, 有的記憶體高達 75GB或更高。

多層螺旋CT套用

多層 CT 技術使得更快、 更好、 更大範圍地檢查病人成為可能, 同時也擴大了 CT 的臨床套用範圍,如可各向同性成像、用於肌肉骨骼檢查、 特殊情況下的多方位重建、CT 脊髓造影、 大範圍和多時相研究、CT 血管造影、 心臟評估、 腦灌注成像、 大體形患者的檢查、 急性胸痛或氣急患者的評價、 仿真內腔鏡及回顧性圖像融合所需的薄層掃描等方面。 可以說,多層 CT 在臨床的幾乎所有方面均優於單層螺旋 CT 。

在肌肉骨骼方面的套用

多層螺旋CT對骨骼成像

多層螺旋 CT 引入了各向同性成像的概念,它指的是使用原始斷層數據生成具有相同空間解析度的其它方點陣圖像。 對小範圍掃描而言, 各向同性成像可使用小焦點曝光和超薄切片 (0.5mm), 所得到的多方點陣圖像堪與原 始斷層媲美。

覆蓋更大的解剖範圍

許多 CT 檢查需包括胸、腹和盆部內臟器官, 或者成像整個脊柱。用多層 CT 的小準值、 高毫安秒值掃描可獲得大範圍、 高空間和高對比解析度的圖像,而且在多層 CT 軸位數據基礎上, 依據診斷需要可更大範圍地重建冠狀位和矢狀點陣圖像,用單層螺旋 CT 是難以勝任的。

多層螺旋CT對胸部損傷研究

CT 血管造影

多層 CT 可快速大範圍掃描而不損失空間解析度, 使得頸動脈顯示得更好, 主動脈、 骼動脈和股動脈也可在一次掃描中都觀察到,有效地利用了血管內對比劑。 由於多層 CT 可選擇更薄的層厚, 使得各部位的血管樹以更高的對比度顯示, 這是單層螺旋 CT無法比擬的。

心臟評價

冠脈鈣化提示存在冠心病的可能, 鈣化量與疾病 重程度有關。 心臟評分單層螺旋 CT, 但多層螺旋 CT 具有更好的時間解析度 (四層 CT 的 時間解析度是 0.3 秒 )。

腦灌注成像

動態多層 CT 可用來評價急性中風的腦缺血期。使用全寬的探測 器陣列, 允許進 行 4x5mm層厚的動態掃描, 以提高空間解析度和減少圖像噪聲。

大體型患者的檢查

大體型或超重患者的成像在單層螺旋 CT 有一定難度, 主要受球管熱容量限制, 圖象質量較差。為多層C T 配置的高熱容量球管和更寬的探測器陣列, 使大體型或超重患者的掃描同樣可獲得高質量圖像。

仿真內腔鏡

CT仿真內腔鏡已經廣泛套用於空腔器官或有管道的器官, 如胃腸道、 氣管和支氣管、 泌尿道、 內耳及副鼻竇, 等。 多層 CT 允許更快速、小準值和大範圍掃描,借 以減少運動偽影和增加組織對比度,多方點陣圖像重建能顯示這些器官的解剖細節。 高性能工作站加之易於使用的軟體, 使得仿真內腔鏡可作為常規檢查, 成為纖維內窺鏡檢查的有力補充。

展望

多層 CT 在臨床套用的幾乎所有方面均優於單層螺旋 CT。 多層 CT 的快速掃描可用於提高圖像的時間、 空間和對比解析度。 此外, 多層 CT 可用於單層螺旋 CT 受限制或者不能套用的方面, 如心臟成像、 器官灌注成像及血管多期相研究。 多層螺旋技術也將各向同性成像引入了 CT 領域。 可以毫不誇張地說, 多層螺旋 CT 已經達到了新世紀影像技術的頂端。