[转发]多层螺旋CT的技术原理及影像质量

多层螺旋CT的技术原理及影像质量

多层螺旋CT的出现是CT技术革命性进步，各厂家相继开发出了4层、8层及16层螺旋CT。与传统螺旋CT相比，多层螺旋CT在成像原理、技术特点有明显的不同，图像质量也有明显的改进，本文介绍如下。
1 多层螺旋CT原理
1.1数据采集通道
数据采集通道数是决定X线管球旋转1周所能获得的图像层数，
目前各厂家推出的机型有2通道、4通道、8通道和16通道。有关专家估计，随着技术水平的发展，制造成本进一步降低，今后传统CT甚至单层螺旋CT将逐步被多层螺旋CT所取代，尤其是性价比有优势的双层螺旋会更加普及。
1.2 探测器

在探测器结构上，多层与单层螺旋CT最大区别是Z轴方向探测器排数，单层螺旋CT在Z轴方向为一排探测器，而多层螺旋是由多排探测器组成探测器阵列，因此有的文献将此类型CT亦称之为多排螺旋CT。探测器组从形式上可以粗略分为等宽型(对称型)及非等宽型(非对称型)，目前16层CT的探测器都属于非等宽型。非等宽型的优点是利用较少的探测器单元，配合设置在探测器一侧的精密准直器，对层厚的选择有更大灵活性，能更好地适应锥形线束采集与重建方法。如在16层CT探测器的设计上，东芝公司中间为0.5mm×l6列，两侧分别为lmm×l2列，共40列，32mm宽；GE公司为中间0.625mm×l6列，两侧分别为1.25mm×4列，共24列，20mm宽；飞利浦和西门子公司为中间0.75mm×l6列，两侧分别为1.5mm×4列，共24列，24mm宽。
1.3数据插补及图像重建算法

由于探测器列数与宽度增加，锥形线束投影所造成的几何学误差会进一步增大，为此，发展了相应的多层采集锥形束扫描重建算法。如为了对应采集平面的位相而采用的倾斜成像平面采集算法；螺旋滤过伴交叉校准算法；非线性插入重建算法；一次采集16层的原始数据，然后作逐层二次重建算法等。这些新的重建算法目的在于减少锥形线束伪影，保证Z轴上的分辨力和保证采集速度。
2 多层螺旋CT的技术特点
2.1 螺距

在单层螺旋CT中，螺距(pitch)被定义为X射线管球旋转1周时扫描床移动的距离(mm)与准直器宽度的比值，这里的准直器宽度实际上就是层厚。因此，有的文献中直接定义为检查床移动速度与层厚的比值。螺距是一个无量纲单位，可由式pitch=S/W计算，式中S是检查床移动速度，W是层厚。在螺旋CT扫描中，螺距与床运行方向(z轴)扫描覆盖率及图像的纵向分辨率有关。

在多层螺旋CT中，层厚并不是准直器宽度，需要特别指出的是目前对于多层螺旋CT，螺距的定义各厂家及一些文献中表述并不一致，主要区别在于用实际层厚还是用准直器宽度来计算螺距，对于准直宽度为4×lmm，床移动速度为每旋转一圈4mm的扫描方式，这里的实际层厚为lmm，如果用传统方法定义，则螺距为4。如果采用准直器宽度来计算，则螺距为1。目前，GE公司和Siemens公司仍然沿用床移动速度与实际层厚的比值来定义多层螺旋CT的螺距，Picker公司则采用床移动速度与准直器宽度来定义多层螺旋CT的螺距，读者在阅读有关文献资料时应注意区别。
2.2 层厚

多层螺旋CT的层厚在等宽型是由探测器排的不同组合决定，在非等宽型是由探测器和准直器宽度共同来决定。通过电子开关控制探测器工作，并通过探测器的组合完成每一层数据采集，根据探测器单元的尺寸及相邻单元组合，可实现0.5mm、1.0mm、1.25mm或5、10mm层厚选择。
2.3 纵向覆盖范围

多层螺旋CT的最大优点是一次连续扫描Z轴方向覆盖范围大，在相同的扫描时间和层厚的情况下，Z轴方向的覆盖范围是单层螺旋CT的数倍，因此特别适合大范围扫描，如各种血管成像，胸腹部联合扫描等特殊检查。覆盖范围与数据通道数、螺距、层厚、一次连续扫描所需总的时间有关。纵向覆盖范围可由式C=N×P×S×T/R来计算；式中N为数据通道数，P为螺距，S为层厚，T为总的扫描时间，R为球管旋转一圈所需的时间。
2.4 各向同性体素扫描

它是指数据采集过程中，最小体素为一立方体，目前各厂家的多层螺旋CT均可实现各向同性扫描。要实现各向同性扫描和重建除了和扫描层面的厚度有关外，还和扫描的FOV有关-如采用512×512矩阵，在FOV为25cm时，东芝公司的16层螺旋CT的扫描体素约为0.5mm×0.5mm×0.5mm；在FOV为32cm时，GE公司的16层螺旋CT的扫描体素约为0.625mm×0.625mm×0.625mm；在FOV为38cm时，飞利浦和西门子公司的16层螺旋CT的各向同性体素约为0.75mm×0.75mm×0.75mm。
3 影像质量
3.1 时间分辨率及Z轴空间分辨率

螺旋CT具有扫描速度快、时间短等优点，但就单层螺旋CT而言，某些运动的器官，特别是一些随机运动的器官，仍然可能出现运动伪影，影响图像质量。多层螺旋CT球管旋转1圈时间更短，如果层厚不变，覆盖范围更大，完成同一器官扫描时间更短，病人更容易配合，很少出现主动运动和随机运动伪影，时间分辨率明显提高。另外，多层螺旋CT在相同的覆盖范围，可采用较薄的层厚，极大地改善了Z轴空间分辨率，减小了部分容积效应，提高了诊断的准确性，三维重建的图像质量也达到了目前最高水平。
3.2 影像噪声

在单层螺旋CT扫描时，往往会出现这样的情况，当扫描范围较长时(如主动脉血管成像)，由于连续扫描时间较长，受球管热容量的限制，一个扫描计划未完成时，机器会自动停止扫描，使整个扫描计划前功尽弃。为了保证数据采集的连续性，必须降低管电流，由于管电流降低，势必导致信号噪声增加，影像质量下降。而对多层螺旋CT，球管每旋转1圈射线覆盖范围较大，也就是说检查同一部位，扫描时间可明显缩短。因此，在设定扫描参数时，可适当提高管电流(或保持常规条件)，而管电流增加使数据采集系统获得的信号强度增加，从而改善了影像质量，特别是扫描范围大或体型肥胖的患者。

近年来，多层螺旋CT的迅速发展，极大地扩展了CT的临床应用范围，如心功能分析、冠状动脉成像、脑灌注成像、人体各部位的三维重建等。随着制造工艺的进步，各种应用软件的开发，生产成本降低，临床应用研究的深入开展，多层螺旋CT必将具有更加广阔的应用前景。（作者：尤志军 王喜林 漆家学）