螺旋CT技术概述

• 在单层螺旋CT扫描中，床运行方向(Z轴)扫 描的覆盖率或图像的纵向分辨力与螺距有 关。不管是采用360°还是180°线性内插 方式，螺距增加重建图像的有效层厚增加， Z轴分辨力下降。 • 如mA不变，单层螺旋CT扫描的噪声与螺距 无关；随着螺距的增加，病人的剂量下降。 同样，如mAs设置相同，单层螺旋CT扫描 的噪声比非螺旋CT扫描高约15％。
单层螺旋CT的扫描特性 单层螺旋CT的扫描特性
• 螺旋扫描与非螺旋扫描的方式不同，因此 产生了一些新的成像参数和概念：
螺距(spiral/helical pitch)； 螺距(spiral/helical pitch)；
• 螺距的定义是：扫描旋转架旋转一周检查床运行 的距离与层厚或准直宽度的比值。该比值(pitch) 是扫描旋转架旋转一周床运动的这段时间内，运 动和层面曝光的百分比。它是一个无量纲的量， 根据IEC(International Electrotechnical Commission，IEC)说明，螺距的定义由下式表示： • 螺距(p) = TF/W (3-1) • 式中TF(table feed)是扫描旋转架旋转一周床运 动的距离，单位为mm；W是层厚或射线束准直的 宽度，单位也是mm。
• 180°线性内插是采用靠近重建平面的两点 扫描数据，通过内插形成新的平面数据。 180°线性内插和360°线性内插这两种方 法最大的区别是，180°线性内插采用了第 二个螺旋扫描的数据，并使第二个螺旋扫 描数据偏移了180°的角，从而能够靠近被 重建的数据平面。这种方法能够改善SSP， 提高成像的分辨力，进而改善了重建图像 的质量。
床速（table feed）和重建间距或重 床速（table feed）和重建间距或重 建增量(reconstruction 建增量(reconstruction interval, or increment)等。 increment)等。
单层螺旋CT的图像重建 单层螺旋CT的图像重建
• 根据奥地利数学家Radon的二维图像反投影重建原理，被 重建的一幅二维图像平面上的任意点，必须采用一周扫描 全部角度的扫描数据，传统的横断面非螺旋扫描方式满足 了上述要求。 • 由于非螺旋扫描，X射线是以不同的方向通过病人获取投 影数据，并利用平面投影数据由计算机重建成像，因此非 螺旋扫描每一层的投影数据是一个完整的圆形闭合环，而 螺旋扫描每一层的圆形闭合环则有偏差。 • 螺旋扫描是在检查床移动中进行，覆盖360度角的数据用 常规方式重建会出现运动伪影。为了消除运动伪影，必须 采用数据预处理后的图像重建方法，从螺旋扫描数据中合 成平面数据，这种数据预处理方法被称为线性内插法。
单层螺旋CT 单层螺旋CT
• 单层螺旋CT的扫描方式 • 非螺旋CT扫描方式
• • • • • •
⑴非螺旋CT扫描的程序 非螺旋CT扫描必须经历四个步骤才能完成： ·球管和探测器系统启动加速； ·X线球管曝光采集扫描数据； ·球管和探测器系统减速停止； ·检查床移动到下一个检查层面。
• 而螺旋CT扫描(Spiral或Helical CT)是在球 管——探测器系统连续旋转的基础上，病 人随床一起以一定的速度纵向连续运动， 同时X线连续曝光并采集数据，扫描完毕， 可根据需要作不同层间距的图像重建。
• 线性内插的含义是：螺旋扫描数据段的任意一点，可以采 用相邻两点扫描数据通过插值，然后再采用非螺旋CT扫 描的图像重建方法，重建一幅螺旋扫描的平面图像。 • 目前最常用的数据内插方式线性内插（linear interpolation, LI）方法有两种。它们是360°线性内插和180°线性内插。 • 360°线性内插算法在螺旋扫描方法出现的早期被使用， 它是采用360°扫描数据向外的两点通过内插形成一个平 面数据。这种内插方法的主要缺点是由于层厚敏感曲线 （slice sensitivity profile,SSP）增宽，使图像的质量有所 下降。
• 床速是扫描时检查床移动的速度，它与射线束宽 度（准直宽度）有关，扫描时床移动的速度增加 而射线束宽度设置不变，则螺距的比值增加图像 的质量下降。 • 重建增量的定义是：被重建图像长轴方向的间距。 • 通过采用不同的重建增量，可确定被重建图像的 层面重叠的程度，另外，重建增量与被重建图像 的质量有关，即重建间隔减小图像的质量改善。
4层螺旋CT的探测器 层螺旋CT的探测器
• 4层螺旋CT的基本结构同第三代CT，与单层螺旋 CT相比两者最主要的差别是探测器系统、数据采 集系统（DAS）和计算机系统的改变。 • 目前的4层螺旋CT的探测器大致可分为两种类型： 等宽型和不等宽型探测器阵列。 • GE属于典型的等宽型探测器排列，Philips(Picker) 和Siemens属于典型的不等宽型探测器排列，而 Toshiba被部分观点认为也属于等宽型。 • 两类不同排列组合的探测器阵列各有利弊。等宽 型探测器排列的层厚组合较为灵活，但是外周的 四排探测器只能组合成一个宽探测器阵列使用， 并且过多的探测器排间隔会造成有效信息的丢失。

• 螺旋CT扫描的概念最初在1987年见于文献 记载（Mori 1987）。上世纪80年代后期日 本开始这方面的研究工作并发表了相应的 文章(Katakura et al.1989; Ida et al.1990)。 螺旋CT物理性能的研究和临床方面的应用 最早见于1989年的北美放射（RSNA）年 会(Kalender et al.1989; Vock et al.1989)。 有关螺旋扫描内插方法的深入研究由下述 一些学者完成(Skrabacz 1988; Bresler and Skrabacz 1989; Crawford and King 1990)。
• 不等宽型探测器的优点是在使用宽层厚时，探测 器的间隙较少，射线的利用率较高，因为无法产 生数据的探测器间隙只有7个，缺点是层厚组合不 如等宽型探测器灵活。 • 4层螺旋CT探测器的排列主要有三种方式： 4 CT Toshiba公司的多层螺旋CT有34排探测器，其中 0.5mm 4排，1.0mm 30排，最大覆盖范围32mm； GE公司采用16排1.25mm的等宽探测器，最大覆 盖范围20mm；Philips(Picker)和Siemens公司采 用8排1～5mm的探测器，包括四对1、1.5、2.5、 5mm的探测器，最大覆盖范围20mm。
螺旋扫描方式的新概念：
• ·层厚概念变得相对模糊，因此无法按照非螺旋扫描方法 来确定层厚； • ·根据螺旋扫描的运行轨迹，层面表示也完全不同。非螺 旋扫描经过360°旋转，采集到的是一层完全平面的扫描 数据，而螺旋扫描则是采集到一个非平面的扫描数据，焦 点轨迹的路径不形成一个平面，是一个容积采集区 段；·由于扇形扫描束和检查床的移动，有效扫描层厚增 宽； • ·常规标准方法的图像重建要求扫描能产生一致的投影数 据，而螺旋扫描由于螺旋运行轨迹，没有明确的层厚使扫 描投影数据产生不一致； • ·由于不一致的投影数据，如果采用常规标准方法重建， 使重建后的图像产生条状伪影。
螺旋CT扫描采用了滑环技术 螺旋CT扫描采用了滑环技术
• 螺旋 扫描，它采用了滑环技术，去除了 螺旋CT扫描 扫描 球管和机架连接的电缆，球管——探测器 系统可以单向连续旋转，每旋转360°一般 为一秒，使扫描的过程大大加快。又因为 扫描时检查床同时单向移动，球管焦点围 绕病人旋转的运行轨迹形成一个类似螺旋 管，它采集的不是一个层面的数据，而是 一个器官或部位的扫描数据，因而这种扫 描方法又被称为螺旋扫描或容积扫描。
螺旋CT扫描主要优点 螺旋CT扫描主要优点
与非螺旋CT扫描相比，单层螺旋CT扫描主要有以下优点： ·整个器官或一个部位可在一次屏住呼吸下完成； ·由于没有层与层之间的停顿，一次扫描检查时间缩短； ·屏息情况下容积扫描，不会产生病灶的遗漏； ·病人运动伪影因扫描速度快而减少； ·可任意地、回顾性重建，无层间隔大小的约束和重建次 数的限制； • ·单位时间内扫描速度提高，使对比剂的利用率提高； • ·容积扫描，提高了多平面和三维成像图像的质量。 • • • • • •
非螺旋CT逐层扫描方法的缺点 非螺旋CT逐层扫描方法的缺点
• ·由于球管电缆的制约使一次检查的时间相对较长，因为 球管——探测器系统的旋转为避免电缆的缠绕必须反转， 而这一机械逆向运转又减缓了下一次启动的速度； • ·由于病人的屏气、呼吸、再屏气造成了呼吸幅度的不一 致，有可能使被检查部位中的小病灶遗漏； • ·由于呼吸的原因，在多平面重组和三维成像的图像中会 产生阶梯状伪影； • ·由于非螺旋CT扫描需要不断地启动停顿，整个检查时间 长，在增强扫描检查中，它可影响最佳对比剂显示时机， 往往一个检查部位的增强扫描，增强效果较好的可能只有 几层。
扫描层厚/准直宽度（collimation） 扫描层厚/准直宽度（collimation）
• 射线束的宽度（准直器设置宽度）决定了单层螺 旋扫描的层厚。在扫描中，一般都采用层厚和床 距离/周相等，即螺距等于1。在临床应用中，螺 距大小的选择也常根据诊断的需要和被扫描的病 变大小而定。 • 单层螺旋扫描与非螺旋扫描层厚的概念略有不同。 非螺旋CT扫描后，层厚的大小不能通过再次重建 处理改变，即图像的质量属性不变。单层螺旋CT 扫描结果的层厚虽然也不能改变，但单层螺旋CT 扫描可采用小于层厚的重建间距来回顾性重建图 像，并因此可改变再次重建后图像的质量属性。
• • • • • • • •
容积扫描一般有以下要求： ·基于滑环技术的扫描架连续旋转运动； ·检查床单向连续移动； ·X线球管的一般要求为：管电流500mA时，能连续扫描 100秒； ·球管冷却性能必须提高； ·采用螺旋扫描加权图像重建算法； ·大容量的内存，适应大容量、快速数据采集的要求。 ·容积扫描和非螺旋扫描最大的不同是数据的采集方式， 在容积扫描方式中，X线球管运行轨迹的半径（焦点至旋 转中心）等于运行距离，因而能够得到一个完整的容积采 集数据。
• 螺旋一词在英文中有两个表述方法，一个 最早见诸Kalender教授的文章，称作 “spiral”，后来其它一些文章和有些厂家也 采用“helix”或“helical”一词。目前，美国 放射学杂志(Radiology)对所有发表的论文 允许作者使用两个词中的任何一个，即 “spiral”或“helical”。