[转发]螺旋CT原理、技术特点及临床应用

螺旋CT原理、技术特点及临床应用

[摘 要]本文将从螺旋叮的原理、主要技术特点及临床应用三个方面进行介绍。
[关键词]螺旋CT；扫描技术；图像重建技术

常规CT从发明到现在已经经历了30多年的发展史。这三十年CT技术大量地应用到临床的同时，叮机自身的各项功能也显著增强。从第一代到第四代CT的发展，扫描时间从数分钟减少至1s-2s，工作周期时间也缩短到l0s以下，不过主要结构并没有根本性的变化。但近年来采用的滑环技术使CT上了一个很大的台阶。采用滑环技术不仅缩短了工作周期时间，并在此基础上设计出了螺旋CT。即在连续扫描的同时，病床承载病人连续送入机架扫描孔。扫描轨迹为螺旋形曲线，可以一次收集到扫描范围内全部容积的数据，所以也称为螺旋容积扫描。这是CT技术上的一项重大突破。我科自前年十月份引进一台美国MarconIMXS000双层螺旋CT，经过近一年半的使用，充分说明了其绝对的优越性。现结合我科的实际工作就螺旋CT的原理，技术特点及其临床应用价值做一综述。
1 螺旋CT原理

螺旋叮扫描，就是在扫描的同时，患者随扫描床匀速运动，而X线管球和探测器组则相当于电机的转子一样，不停地围绕患者的“感兴趣区”(Range of interesting)作快速连续360度旋转，同时探测器组连续采集数据，如此扫描若干周后，其结果是球管相对患者“感兴趣区”体表的扫描轨迹是一螺旋形路经。故称为螺旋容积扫描CT(Helica Spiral Volumetric Scanning CT)。 螺旋扫描得以实现，关键之处是采用了滑环技术(Slip-Ring Technique)传统的CT扫描机球管系统的电力及信号传递是由电缆完成的，在扫描时球管作往复圆周运动，电缆也随之来回缠绕，并发生
拉伸和绞合。阻碍了探测器组的持续旋转，使得扫描无法连续进行。因而明显地影响了扫描速度的提高，获取数据的范围也受到限制。滑环技术的发展，解决了上述电缆连接的缺点。该技术的实现，包括两个关键的解决：第一，它应用了中频技术将高压发生器制作得很小，并与凹球管连在一起形成组合，固定在机架内，随机架旋转而同步运动。第二，它运用高速旋转的封闭滑环来代替机架运动器件的供电和传送数据的电缆。所谓滑环，实际上是一个圆形宽带状封闭的铜条制成的同心环。其一面与探测器、控制器、控制电路以及检测电路相连 接并固定于机架的旋转部分。另一面则于一组固定的碳刷头紧密接触，每个碳刷头对应一个滑道，这样在扫描时，滑环与机架一起高速同步旋转，数据则通过滑环与机架相连的一面及时传递到滑环。滑环另一面的各个滑道也就随即获取了各自所需负责传递的数据。这些数据再通过各个滑道同与之对应的碳刷头的紧密接触，这就能及时地准确无误地被传送给数据处理系统，这很像电机的结构。X管和探测器相当于电机的转子，滑环系统相当于碳刷和集电环。由于像这样电源和数据的传递不是通过电缆而是通过封闭的滑动的铜环来连接的，所以称之为滑环技术。正是由于这种技术的实现，保持扫描系统可以连接旋转，从而消除了传统CT扫描机的加速减速和回位的过程，大大提高了扫描速度，并使扫描获取的信息更加广泛。

我院引进的美国
Marconi公司MXS000双层螺旋CT是比较先进的换代产品，其单周扫描速度能达到0.5s／周，并采用双排固体探测器，曝光一次能重建两层图像。过去做一个头颅需扫描9-10次，每次扫描4.5s，共需5min左右，而现在的机器一次头颅CT仅需曝光5次，而每一次扫描时间仅0.5s，全部过程平均不到lmin，使工作效率提高几倍甚至十几倍，而胸腹部的扫描，螺旋CT的优势更加明显。后面再作比较论述。
2主要技术特点
2.1 扫描技术

螺旋CT扫描体位与普通CT无太大区别，只是扫描架倾斜角度更大(一般正负30度)，床位移更加灵活，因而扫描范围也进一步扩大，扫描技术参数的选择直接影响图像的质量。螺旋CT扫描的大多数参数，如kV，mA，层面厚度等的选择与常规CT基本一致。所不同的是增加了进床速度(table increment)和所需重建图像的间隔的选择。螺旋扫描的层厚，床移速度，整个扫描时间及图像重建的间隔是可以调整的。层厚的选择主要是根据成像部位和扫描目的而设计。床速度和层厚的比值即螺距(picth)，螺距在整个扫描条件的设计中显得很重要，一般情况下picth选用1，也就是进床速度等于层厚，但也可以在0.1-2范围内选择。一次扫描的范围决定于扫描时间和进床速度，而一次螺旋扫描最长时间决定于所用的mA数，在扫描层厚一定的情况下，pitch越小，床面移动速度愈慢，切层愈薄，倍提高则图像质量愈好，但当扫描范围确定时，若床速过慢，必然延长扫描时间，则需考虑病人的一次屏气能力和机器本身的性能，否则患者将无法很好地配合扫描。pitch越大，床面移动愈快，切层愈厚，则总的扫描时间愈短，图像质量下降，从而降低病灶的检出率。因此，pitch，层厚，扫描时间三者必须很好地选择于最佳配合点。

我科现有CT因是双层探测器，X射线利用率高，一般pitch用0.875，重建时有部分容积数据重叠，这样有利于提高图像质量，对特殊身材的病人(如肺气肿，瘦高体型患者)pitch一般取1，最大不超过1.2，憋气时间一般不超过20s。
2.2图像重建技术

由于螺旋扫描采集的是容积数据，所以数据重建的方法关系到图像质量的好坏。扫描的同时，扫描床在连续等速移动导致每一周扫描的起点和终点不在同一平面上，因此在图像重建之前，为了消除运动伪影和防止层面的错位，需要在所采集的原始数据的相邻点内用线性内插法进行校正。线性内插法有两种：360度线性内插法和180度线性内插法，360度线性内插法与常规CT比较，其噪声降低了17％-18％，但使层面敏感度侧视曲线SSP增宽，降低了纵向分辨率，而180度内插法的噪声则比常规叮增加了12％-29％，但其纵向分辨率要高于360度线性内插法，所以一般我们都使用180度内插法。螺旋CT图像的重建数据虽然要比实际扫描数据少，也就是说在重建过程中要损失一部分数据，从而降低了图像的分辨率，特别是z轴分辨率。但实践证明，因为图像的连续性增加了。螺旋CT重建图像的质量仍比普通CT的高得多。
3 临床应用
螺旋CT几乎可用于全身各系统的检查，合理选择不同的应用方法，会给临床带来良好的影像效果并可充分发挥其独特的优势。
3.1 头部扫描
螺旋叮头部扫描
一般情况下不用螺旋程序，只用轴位扫描程序，因此方法和条件与普通CT基本一样。只是图像重建方法不同，而螺旋叮扫描时间短，X线穿过人体以后带有信息的光于量相对较少，从理论上讲重建后的图像不如普通CT，但是由于螺旋Cr采用的是稀有金属制造的固体探测器，光子吸收率可达到98％-99％几乎为普通CT的一倍(普通叮一般采用惰性气体探测器，吸收效率仅仅50％左右)有效地弥补了光子量少的缺点，事实上螺旋CT头颅图像质量不低于普通CT。由于扫描时间极短，每次曝光仅0.75s，同时一次曝光可重建两层图像因此大大提高了工作效率，对急诊病人、儿童以及易燥动的病人非常适用，为临床诊断和治疗以及院前急救争取了时间。
3.2胸部螺旋CT扫描

与普通CT扫描相比胸部螺旋CT具有较为显著的优点。首先，在扫描过程中由于是连续容积扫描，定位以后病人只需憋一口气即可将全胸扫描完毕，消除了由于数次甚至十数次的呼吸换气而引起的病变位移的影响，能发现普通CT易于漏诊的小结节病变。螺旋Cr具有后处理成像的功能，可在任一位置进行回顾性重建，因此，可选择病变中心成像，达到精确描绘病变形态，准确测量密度，免受容积效应影响的诊断效果。对肺底横膈及附近病变，利用MPR可确定病变的发生部位及胸膜的关系。应用SSD，最小密度投影和MPR可进行气道成像，显示气管，支气管轮廓，观察气道病变的范围，显示有无狭窄及扩张。对肺内孤立结节的诊断，通过SCT扫描速度快，成像迅速避免了呼吸伪影，减轻了容积效应，故对瘤肺界面的观察更清晰、真实。MPR对分叶，毛刺，血管连接，胸膜凹陷等征象显示得更精确，对肿块或空洞内结构显示更细致，故对肺内的良恶性结节的鉴别诊断优于常规CT。
3.3用于腹部螺旋CT

腹部螺旋CT同样具有一次憋气即可全部扫描完毕的优点，避免了腹式呼吸而引起的图像伪影。并且可以配合高压注射器进行肝脏的螺旋CT增强扫描，并且能比较准确地在肝脏动脉期，门脉期和平衡期进行适时扫描，利用观察病变的动态强化过程，大大提高了小病灶的检出率，如小肝癌等。另外，用以区分血管瘤病变和肝癌提供更加准确的影像资料。通过门脉期增强血管造影，还可进行门脉系统的三维成像，为TIPPS术前提供参考依据。

螺旋Cr扫描还可以发现胰腺，肾上腺，肾脏的小病灶在增强峰值期扫描可以显示普通CT难以发现的密度差异，增强了与周围结构以及病变与正常组织的对比，提高了诊断的可靠性和可信性。
3.4 SCT血管造影(CTA)

SCTA是SCT增强扫描与计算机3D重建相结合的新检查法。CTA的基础是较薄层的扫描或窄间隔重建，血管显著强化及由此而产生的三维重建。应用MIP和SSD方法可使血管表现如同普通的血管造影，但较其优越的是前者还可以进行多轴旋转，从不同角度观察，更利于病变的展现，CTA可以很好地描绘WILLS环的解剖，发现动脉瘤，血管闭塞及动脉畸形，并可显示其大小，起源，部位和累及的其它血管。颈动脉CTA可发现狭窄，结合横断面像能进行狭窄分级。胸腹主动脉瘤或夹层动脉瘤，CTA能提供有价值的信息。CTA具有操作简便相对费用低病人无创伤等优点。
3.5 SCT仿真内窥镜成像(SCTVE)

其成像原理是将SCT所获取容积数据输入工作站，用计算机软件调整CT阈值与透明度，将含气器官或主动脉内腔显示，将管腔内表面以外的组织之透明度调整为100％，将其图像删除，再用伪彩色技术将管腔内表面赋予类似内窥镜所见的组织色彩，后用CT电影沿管腔方向由上而下或由下而上地依次回放。

SCTVE检查安全无痛苦，并可以从病变的远端或近端观察，并可观察大血管腔内病变。缺点是属于一种重建图像，伪色彩显示，不如纤维内窥镜显示清楚与真实，不能进行病变活检，后处理复杂，费用相对较高。
3.6 螺旋CT可用于肌肉骨骼的检查，也有其明显的优越性。螺旋CT扫描速度快，检查时间短，特别适用于创伤和危重症者及难在较长时间内保持固定姿势的病人。MPR和三维显示在本系统有独特
的应用价值。它可分辨复杂的解剖关系，如肩关节，脊柱，骨盆，腕关节和踝关节等，显示横断面像上不易显示的水平骨折和粉碎性骨折的移位情况，通过不同角度旋转，观察者可以直接看到解剖结构间的空间关系，有利于手术计划的制
3.7 另外，配合SCT还可进行胆系造影，CT冠状动脉成像，CT灌注成像，CT速成像等，一些新的技术也逐步地应用到临床上，并收到其较好的效果。

螺旋CT是1972年CT发明以来关键技术上的一次重大突破，也是九十年代世界医疗器械迅速发展最具代表性之一。随着计算机技术发展步伐的进一步加快，CT技术也会发生日新月异的变化。据报道最新研究的超高速电子束CT也已投入到临床应用之中，对心脏、胃肠道等过去CT检查显得力不从心的部位也在逐步得到比较满意的检查效果，为临床提供更加准确、可靠的诊断依据。从现在看，CT仍具有非常广阔的发展前景，今后的CT会向更加小型化、高科技化、多功能化、以人为本化方向发展。有理由相信，将来CT检查技术会为人类的健康事业做出更大的贡献。（作者：赵碧华 孙文才 云浩）