多层螺旋CT的特点及应用[转帖]

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多层螺旋CT的特点及应用
我院最近安装了多层螺旋CT，现将其特点及应用介绍如下。90年代，滑环技术引入CT设备而使得螺旋CT常规应用于临床诊疗工作，取得的成就是公认的，但在许多病情（如肺动脉栓塞、某些脏器多时相动态研究、CT血管造影以及创伤等）时力求短时间完成影像的显示，此时扫描速度的进一步提高成为满足临床的迫切需要，目前多层螺旋CT(multi slice CT)的涌现即为实现上述目的迈出的巨大一步。
多层螺旋CT(宽探测器多层采集螺旋CT)是CT发展史上的又一次重大突破。它的巨大优越性已体现在临床应用中的诸多方面。下面介绍了多层螺旋CT的技术特点及主要应用。
一、螺旋CT的特点

多层螺旋CT与以往单层螺旋CT相比较， 其特点在于它在探测器结构和数据处理系统两方面作了根本性的改进，也是与单层CT的主要区别点。 多排探测器阵列可谓多层螺旋CT的心脏。多层螺旋CT中将单排探测器（900个左右的探测器单位）改进为几排甚至几十排探测器，即多层螺旋CT在Z轴方向上有数万个探测器呈二维阵列，目前的设计为8-34排。 目前拥有多层螺旋CT的四家公司(GE，东芝，飞利浦，西门子公司)所进行的探测器设计在Z轴排列方式主要有两类，即对称性和非对称性排列方式。探测器材料为稀土陶瓷。
二、多层螺旋CT的应用优势
多层螺旋CT能将常规CT的三个相互制约的因素，即分辨率(薄层厚)、覆盖面和速度有机地结合起来，可根据临床需要，通过探测器阵列下方的电子开关启动中央小部分或较大部分或全部探测器，从而可获得探测器的不同组合，形成不同层厚的扫描，达到高分辨、高速或广覆盖的不同要求。与普通CT相比，多层螺旋CT有许多优点：扫描速度快，最多可将时间缩短为1/6-1/8、病人被X线损伤小、照射量减少了15%-40%、空间分辨率高、采集信息量大、降低了造影剂用量等。
可以看出，多层螺旋CT具有两大突出优点，即(1)一次扫描可得到重建不同层厚CT像的数据，(2)成像速度快，能包容较大范围进行容积扫描。具体体现在下面各种情况：
(1)适用于要求一次屏气，完成较大范围的检查，例如胸及腹部联合检查。以往肺部扫描约需30秒，而多层螺旋CT仅数秒即可完成。(2)更薄层的多层螺旋CT提高了病灶检出能力。以2.5、5.0、7.5及10.0mm层厚对10mm以下大小病灶的检出能力作比较，2 .5mm层厚的检出能力较10.0mm者高50%。(3利用扫描层厚的减薄，图像叠加软件以得到薄层扫描的后颅凹扫描像。(4)多层螺旋CT可真正实现某些脏器(如肝脏)的多时相动态增强检查及功能研究。(5)应用于结肠或支气管的仿真内窥镜三维成像，对微小病变的评估能力已接近内窥镜。(6)无间断地大量采集数据，得以精确追踪对比剂的流程。可减少造影剂的用量，降低了辐射量且达到了CT 增强（CT A）的最佳增强效果。(7)更适用于小儿、危重及多部位外伤病人检查。(8)多层螺旋CT有利于一些特殊检查的开发，如心脏和冠状动脉成像，冠状动脉钙化的评分(CAC Scoring)，脑及肝脏等 CT灌注成像（CT Perfusion），以及智能血管分析等。
三、先进的图像后处理软件功能
1、 先进的三维重建软件
SGI工作站是其超高速三维重建的基础，且具有最大最小密度投影，形成的3D图像可以任意方向旋转和观察。利用Remove Object软件可快 去除 非感兴趣区，且上述方式为一次重建,交互式显示。而且在胆道CT造影/结肠CT造影/胃CT造影/股骨头游离/中耳半规管等特殊的三维重建都有独特的技术。
2、实时 CT内窥镜技术

内窥镜技术为实时显示，四屏显示，轴位/矢状/冠状位多平面定位，具有自动跟踪功能。不仅腔内(血管，气管，胆道，胃肠道)内窥镜成象，且可进行非腔器官的内窥镜成象(如中耳，脊髓腔)，还可作外窥镜成像，并可与内窥镜随时切换。内窥镜高仿真实时重建,操作简单灵活，具有最广泛的临床应用性。
2、 多层螺旋CT灌注成像
采用多层螺旋CT灌注成像诊断急性和超急性期脑缺血，为临床正确选择介入溶栓治疗的时机和治疗方案的选择提供了保障，有较高的临床应用价值和科研价值，将为急救放射学，尤其是急救神经放射学的应用，开辟新领域。脑肿瘤新生血管的监测，肿瘤良恶性的鉴别以及肿瘤化疗疗效的评价以及手术后复发的情况提供有力的依据。

一、多层螺旋CT设备的新进展
（一）16层采集的螺旋CT设备继1999年的4层采集、2000年的8层采集设备问世之后，本年度GE、Philips、Siemens和Toshiba四家公司均推出了16层采集的螺旋CT设备。
16层CT设备的探测器仍分为对称型（GE）与非对称型（Philips、Siemens、Toshiba)，但采用非对型探测器的厂家在设计上已经与原4层和8层的设备有别， 如Toshiba公司原来的设计是中间0.5mm×4列，两侧分别为1mm×l5列，共34列；16层的设计为中间0.5mm×16列，两侧分别为1mm×12列，共40列。PhilipS和Siemens公司原来设计是中间1mm×2列,1.5mm×2列，2.5mm×2列,5mm×2列，共8列；16层的设计为中间 0.75mm×16列，两侧分别为1.5mm×4列，共24列。
根据上述设计，最薄的采集层厚分别为0.5mm(Toshiba）、0.625mm（GE）和 0.75mm（Philips和Siemens）。最薄层厚将决定Z轴分辨力，而层厚则依赖于每列探测器宽度的设计。 16层CT探测器设计有不同的侧重。选择尽可能薄的层厚者目的在于实现“真正”的各向同性体素采集（0.5mm×0.5mm×0.5mm），从而达到最佳的各类重建效果；采用略厚层厚者的目的在于在保持基本的各向同性体素采集的基础上， 适应16层采集中的锥形线束采集与重建方式及达到更好的曝光剂量效率 （exposure dose efficiency）。如 Siemens公司的材料显示，4层采集时的曝光剂量效率为70％，0.75mm层厚的16层采集时曝光计量效率则为85％。
16层设计的采集时间一般为0.5秒（全周扫描），最低可达0.42秒，以一个身高 1.55cm 的病人为例，以 2.5mm层厚采集将可在19－22秒钟完成全身的扫描，明显提高了扫描的单位时间覆盖率。对包括心脏在内的动态器官全部可以实现一次屏息采集、这是4层采集的CT尚不能完全实现的。
（二）和16层采集的螺旋CT相关的技术进展
1.锥形线束算法 随锥形线束覆盖的探测器列数与宽度增加，螺旋扫描中信息采集的几何学误差会进一步增大，因而锥形线束伪影会比4层和8层者更严重。为此，已发展了相应的16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也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标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.降低扫描剂量 和最初厂家介绍多层采集的螺旋CT设备时谈到的重要优点-“因采集层面呈4的倍数增加，故射线剂量将减低”相反，由于多层采集时采集层厚很薄，每次扫描覆盖的范围通常比单层螺旋CT大，以及采集中的剂量效率因素等，故实际的病人受线量在扫描范围内会明显增加而不是降低。尽管和4层扫描设备相比，8层设备的扫描剂量有所降低（约30％），但16层设备的扫描剂量则明显增高。在16层扫描设备上，采用了以下降低剂量的措施：
（1）智能滤过技术 根据扫描方案，采用智能方式自动设置X线滤过，当增加8mm铝当量的钛滤过片时，在不降低图像锐度的情况下可使X线剂量不仅不增加，反而降低达一半，且图像噪声也下降。
（2）自动mA调制 根据开始扫描后检测器反馈的信息，自动调节mA输出，以达最低剂量的技术，可降低15％左右的扫描剂量。
（3）自动mA设置 不再使用正位定位像，仅采用侧位定位像来决定身体不同部位的扫描mA值，包括设法降低敏感器官的剂量，大约可降低25％左右的扫描剂量。
（4）可变速扫描和期相选择性曝光技术 二者均是用于降低心脏扫描剂量的技术。可变速扫描技术是去年已经提出的，根据病人的心动周期，特别是心律不齐者，调节扫描速度的方式。期相选择性曝光则可在心电门控下仅选择舒张期曝光，收缩期不曝光的节省剂量的扫描方式，尤适于冠状动脉的观察。
（5）全自动心电延迟算法扫描设备可在心电门控状态下准确推算出下一个R波到达的时间，启动扫描，实现前瞻性心电门控扫描。
3.临床应用的扩展
（1）普查的应用 现已证实，事实上胸部平片正位观察时，将有20％－25％的肺野被遮蔽；侧位观察时会有15％－20％的肺野被遮蔽。故用平片作肺癌的普查尽管是长期以来的唯一可行的放射学方法，但多层面螺旋CT（4－16层）已可实现低剂量扫描。国内、外的研究均已证实，可用20－30mA的条件获得与传统的高mA条件相同质量的信息，且可根据需要作横断、冠状、矢状及其他需要的层面的薄层重建消除了平片检查中的盲区。在美国和一些发达国家，低剂量螺旋CT的肺癌普查已被医疗保险机构认可，从早期发现和防止漏诊的总体效果看，更加符合卫生经济学的原则。
借鉴于肺癌CT普查的原理，低剂量普查已经推广到结肠癌的筛选领域，除了可应用透明化与仿真导航内窥镜技术观察肠腔外，还可在可疑的节段使管腔内、外（含管壁）结构的结合显示。
（2）CT灌注技术的扩展——肿瘤灌注 常规的CT增强检查显示的是肿瘤血管结构的特征（在脑内还有血脑屏障的完整性），这对于判断肿瘤的性质和复发与否的准确性是不够的。CT灌注技术还可通过显示的各种参数（而不仅是形态学信息）更详细地反映肿瘤实质的结构特征，是提高肿瘤诊断准确性与特异性的一个新的方法。
（3）心脏的CT检查 目前已推出的16层CT设备用于心脏扫描的时间已分别可达到105ms、85ms和65ms，已经接近或优于电子束CT的扫描时间（50ms或100ms），因而对冠状动脉和心腔、瓣膜等结构的显示已经接近或达到了电子束CT的水平。几年前模仿电子束CT实施的冠状动脉钙化积分方法已经在累积了大量资料的基础上可实现智能化分析，并自动提示给临床医生下一步处理的方案。现已证实，尚未完全钙化的粥样硬化软斑块是更危险的因素。目前，多层面螺旋CT经重组处理后是显示冠状动脉软斑块的唯一方法。8层、16层CT设备已可分辨0.16mm大小的软斑块。由于时间分辨力的提高，多层螺旋CT还可动态显示人工心脏瓣膜的开、闭及其功能状况。去年已经市售的多层螺旋CT设备的心脏功能性检查方法——心肌灌注与心肌应力性灌注、心肌血流贮备测定等均有进一步的发展，心肌灌注的检测水平已经接近心肌的MR灌注成像。此外，下一步将实现解剖学的和相位的心脏影像重组；可行自动的批量的多相位重组；4D资料的2D浏览；自动轮廓描记；电影显示；容量/射血分数显示；室壁运动与厚度显示；牛眼曲线（bull eye plot）显示功能等。
（4）CT血管成像 CTA的功能已显示可实现血管内血流容积测量；对于血管内支架置入前、后的检查可实现二维与三维分析，后者更能真实地显示血管内腔及支架置入后的形态学信息。肢体的大范围的血管显示，特别是末梢的细微血管的显示已是CTA的一个越来越显优势的无创性技术。
（5）表面渗透成像 系一种新的信息显示的技术。常规的CT增强检查显示的是组织或病变的血管结构内对比剂的流入与廓清信息，表面渗透成像采用延迟扫描的方法，对照不同时相的影像，反映对比剂在组织或病变的表面渗出状况 尚处于开发阶段。
（6）CT泌尿系成像 利用增强后定位片采集方式，于延时的定位片上作出相当于常规泌尿系造影的显示。
4. 伴随的概念转换
（1）螺距（pitch) 螺距是螺旋CT出现以后提出的一个重要的扫描参数，即X线管螺旋一周期间扫描层厚与进床速度之比。由于单层、双层、4层、8层乃至16层螺旋CT的数据采集与重建算法各有不同，因此在不同发展阶段螺距被赋予了不同的概念。单层扫描的螺旋CT以1：1的螺距扫描时重建图像的质量最好，大于1：l时突出了时间分辨力，图像质量则有所衰减；4层螺旋CT曾提出以3：l的螺距扫描可获最好的图像质量，以6：l的螺旋扫描时则可获较好的时间分辨力及可接受的图像质量，更有提出可实现13：l螺距者。事实上，较晚开发的4层或8层CT由于容积性采集的数据量已足以重建各种可满足诊断要求的图像，故已可根据扫描范围和指定的完成时间由设备自动设置最佳的螺距。16层采集的CT设备若依不同厂家的设计则会进一步造成多种螺距的解释上的混乱。故依国际电工协会（IEC）的规定，今后多层螺旋CT螺距的概念仍以单层层厚与进床速度之比为依据，即仍为0-2。
（2）时相 时相是指在CT增强扫描中采集到的影像所对应的对比剂在兴趣结构通过的期相，传统上是以动脉期、实质期和静脉期为标志。由于多层螺旋CT采集的速度越来越快，即时间分辨力越来越高，采集到的图像可分辨的期相也相应更加细腻，客观上增加了对很多病变识别的能力，但同时也对操作者在扫描程序上的设定，即如何对具体病变设定具体的（而不总是常规的）扫描程序，提出了较高的要求。今后，围绕显示病变的最佳时相，对设备的时间分辨力、操作者的理解和最佳应用以及如何进一步易化扫描时相的设置与操作等需依赖于设备的设计和操作者双方的努力。
（三）多层螺旋CT带来的诊断模式转变
1.显示方式的转变 多层螺旋CT每次检查可以提供数百帧甚至更多的横断面影像，但事实上单层的薄层横断面影像的图像信噪比是较差的。如此大量的图像信息若依常规方式逐层解读几乎是不可能的，因而各种计算机重组的影像（二维或三维的）已成为下一步主要的显示方式。各种重组技术已经发展了若干年，目前已可达到由手工操作（人工设置各种重组参数）发展为大部分可自动显示；由延时显示发展为实时或近于实时显示；最新的重组技术则由完成采集后的回顾性显示发展到和采集同步的前瞻性显示，如 CTA、MPR显示等。
2.信息的融合 不同类型信息和／或不同厂家设备图像的融合显示是数年前建立DICOM标准的目的之一。目前，同一生产厂家生产的较新型号的影像学设备的形态学信息大多可以实现融合显示，但较为有用的是形态学与功能性信息的融合显示，近几年主要是体现在MRI与fMRI影像的融合方面。CT信息以往主要是形态学的，现在也陆续实现了与核医学的功能性信息融合。
3.工作流的改善 面对更快的采集速度和激增的数据量，多数生产厂家在不同类型产品和／或同一类型、不同型号产品应用了统一的操作界面，从而易化培训与操作。Siemens公司还采用了“UNICS－WINDOWS”界面，从而信息可直接与个人电脑联接，更便于处理和下载。
4. 计算机辅助检测（computeraided determination,CAD)数年前由R2公司率先提出并着手开发的CAD系统如今面对激增的图像数据量已变得极为实际和有用，且有很多厂家和公司在积极开发。CAD系统是在收集大量同病种、同部位的影像学信息的基础上，基于概率，对新的病例作出诊断导向，以及一些自动处理，如自动分段处理；自动大小测量；时间减影等。目前比较成熟的是乳腺疾病的诊断系统，正在积极开发的还有肺部疾病的诊断系统，其他系统疾病的诊断系统也均在开发。RSNA的学术报告也显示，CAD系统的诊断结果相当或略高于有经验的专家水平。可以预期，随着多层面螺旋CT带来的大量信息解读困难的问题，CAD系统会日趋成熟，井成为随设备配置的软件之一。
（四）多层螺旋CT的升级问题
事实上，4层-8层-16层采集的螺旋CT实现采集层面的升级，如4层升级为8层或16层，要修改硬件和软件以及重建理论，且都极为困难。因此，由4层采集直接改为8层采集的设备是不可能的，生产厂家已承诺的“升级” 将需要更换包括扫描架在内的一批硬件和软件。因此，客户在考虑选型时更应着眼于实际需要，而不应对不断的“升级“抱有不现实的期望。
此外，16层采集的CT设备迄今尚均不能供货。各公司承诺的供货时间至少将在明年下半年以后。
二、CT设备下一阶段的发展
CT设备实现16层采集之后，下一阶段的发展趋势有两个主要的动态：
1.超宽检测器的多层面螺旋CT Toshiba公司已经研制了256列的超宽检测器。目前16层采集的检测器仅40列，则256列检测器的扫描设备采集的必将是大范围的容积性信息（目前为0.5mm宽／列，覆盖范围为128mm），突破了以往的从16层-32层-64层采集逐步升级模式的推测。该研制方向的优点是可在现有的16层技术上实现改进，可较容易解决硬件设计及采集／重建方面的理论问题；可能的不利是检测器的大小将会限制图像空间分辨力的进一步提高，且检测器间的拼接缝隙会降低X线的检测效率。
2.平板检测器CT GE公司今年首先推出了该公司研制的平板检测器CT的初步临床试用结果，由于产品尚未定型，相应的扫描技术与参数尚不能明确，但显示的图像与功能是相当诱人的。该技术实际上已提出了几年，但要变为产品在技术上需解决的问题尚较多。该研究方向的优点是可提供高空间分辨力的、可实现各种高级重建功能的容积性信息，且采集速度和方式会发生革命性变化；存在的困难是平板检测器自身的技术问题、采集／重建模式的更新和x线剂量高等。此外，设备的成本（如大容量计算机、平板检测器自身的成本等）也需降低到市场可接受的水平。预期平板CT市场化尚需3－5年。