CT技術(shù)新進(jìn)展

一、簡介

MSCT主要有下列一些優(yōu)點(diǎn)：分辨率高、掃描速度快、覆蓋的容積范圍大、球管功率高。同時獲取的圖像層面數(shù)由1998年的4層到2003年北美放射年會上出現(xiàn)的64層以及目前在臨床實(shí)驗(yàn)階段的256層。對于16層以上的MSCT，MSCT的主要優(yōu)點(diǎn)都能夠得到體現(xiàn)，于是出現(xiàn)了新的CT應(yīng)用領(lǐng)域，如心臟CT，CTA，CT灌注，外傷CT，骨關(guān)節(jié)CT等。

二、MSCT中探測器排列和層數(shù)的定義

MSCT是第三代類型的CT，其前提是多個探測器陣列，同時采用了固體探測器，與以往的單層、氣體探測器是不兼容的。同時MSCT根據(jù)層數(shù)的不同，探測器的排列結(jié)構(gòu)和大小是不相同的，例如，對于4層探測器，主要的廠家有不同的設(shè)計，GE公司采用對稱結(jié)構(gòu)，1.25mm大小的探測器，這種結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用到8層。Philips和Siemens采用的是自適應(yīng)式的結(jié)構(gòu)，探測器的尺寸有3種不同的大小，與對稱式結(jié)構(gòu)相比，可以提高陣列的幾何效率。而Toshiba在4層的CT中首次推出了亞mm級的概念，其采用的混合式探測器結(jié)構(gòu)的幾何效率，由于間隔很多，其幾何效率較差。對于16層的MSCT，所有的廠家提供了相同的探測器結(jié)構(gòu)，均提供亞mm級的分辨率，其主要區(qū)別在于探測器的最小單元尺寸、探測器的總寬度的不同。雖然各個廠家都認(rèn)為自己的設(shè)計是經(jīng)過優(yōu)化的，但往往只是優(yōu)化單個因素，而全面的優(yōu)化應(yīng)當(dāng)包含Z軸的分辨率、容積的覆蓋范圍和X線的劑量。取得它們的最佳平衡才是最好的優(yōu)化，這個問題在心臟CT應(yīng)用中尤為突出，因?yàn)樾呐KCT的X線劑量很高。MSCT的層厚決定于鄰近的探測器排數(shù)和X線的準(zhǔn)直，這里要注意圖像的層厚和數(shù)據(jù)采集的層厚的概念已經(jīng)不相同了，薄層采集的數(shù)據(jù)可以重建厚層的圖像，反之則不然。32層以及更多層的MSCT仍沿用不對稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但如果探測器排數(shù)超過45排，則在具體的實(shí)現(xiàn)中會出現(xiàn)一些技術(shù)障礙，但通過一些技術(shù)進(jìn)步，這個問題目前已得到消除。目前在64以及256層的探測器結(jié)構(gòu)中均采用了對稱的結(jié)構(gòu)。

三、關(guān)于飛焦點(diǎn)以及兩次采集

這個技術(shù)首先有Siemens公司提出。利用快速切換的焦點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)部分重疊的投影，再利用與焦點(diǎn)切換同步的信號采集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量的加倍。實(shí)驗(yàn)表明，這能夠改善層面內(nèi)的空間分辨能力，或者同時能夠獲得多一倍的圖像數(shù)。應(yīng)該說，這是一種硬件技術(shù)改進(jìn)的方法，Siemens將這種技術(shù)應(yīng)用在32排探測器的CT中，獲得64層圖像。GE公司在其64排探測器的CT中，采用了所謂的共扼技術(shù)，也能達(dá)到同樣的目的。即充分利用掃描軌跡中的反向數(shù)據(jù)，來增加數(shù)據(jù)量，提高圖像質(zhì)量或增加圖像的數(shù)目，一般而言，這個反向數(shù)據(jù)，根據(jù)投影原理，是丟棄不用的。這兩種方法具有殊途同歸的效果。理論上而言，這沒有多少差別，但考慮實(shí)際的應(yīng)用，我們不無擔(dān)心，飛焦點(diǎn)技術(shù)采用了多個控制手段，增加了差錯出現(xiàn)的機(jī)會。

四、關(guān)于0M球管

球管的的熱容量決定了一個球管的工作能力，目前球管標(biāo)稱最大的熱容量為8MHU左右。要提高球管的熱容量，需要進(jìn)一步提高球管的散熱率。Siemens公司將球管做成一個真空的容器，陽極的一面作成外殼的一部分，將整個容器置于絕緣油中，極大地提高了散熱率，號稱0M球管，其實(shí)際的熱容量大約在30多MHU。Philips公司通過在陽極軸的中心開孔，通過絕緣油的循環(huán)，是另一種提高散熱率的方法。

五、機(jī)架的旋轉(zhuǎn)速度

CT的旋轉(zhuǎn)部分是一個巨大的金屬結(jié)構(gòu)，進(jìn)行快速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)會在其圓周的位置產(chǎn)生巨大的離心力，數(shù)據(jù)表明，在圓周半徑的65cm處，以0.5秒/圈為速度，加速度為13g，而當(dāng)以0.3s/圈時，加速度為30g。目前最高的旋轉(zhuǎn)速度為0.33s。進(jìn)一步提高旋轉(zhuǎn)速度，必須另辟蹊徑，一種方法是多源系統(tǒng)；西門子則首先推出了雙源系統(tǒng)，definition。

六、Z軸插值、螺距和層面mAs的概念

MSCT可進(jìn)行連續(xù)軸位和螺旋兩種掃描。單層螺旋CT（SSCT）中，常采用兩點(diǎn)插值技術(shù)，而在MSCT中，Philips、Siemens和Toshiba采用多點(diǎn)插值（或稱Z軸濾波），等權(quán)或者加權(quán)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無論螺距如何改變，可以保持有效層厚的一致性（恒定）。與SSCT不同的還有，圖像的噪聲隨螺距而改變，因?yàn)椴逯禂?shù)據(jù)點(diǎn)的個數(shù)有了改變，為了避免這個情況，而采用將管電流隨螺距的大小做相應(yīng)的調(diào)整，于是有了有效mAs或者層面mAs的概念，同時層厚、噪聲和病人的平均X線劑量獨(dú)立于螺距，因而螺距只與進(jìn)床的速度有關(guān)系，采用這個技術(shù)的有Philips和Siemens，對于Toshiba必要時需要手動調(diào)整，而GE和Toshiba還提供了優(yōu)化螺距以優(yōu)化采樣和消除偽影。螺距的國際電工委員會的定義為：每圈的進(jìn)床距離與接受探測器有效寬度的比值。以前，這個概念與產(chǎn)品宣傳中的螺距有區(qū)別，現(xiàn)在已逐步得到糾正。

七、錐形束X射線

在MSCT中，層數(shù)越多，X線的錐角越大，則會導(dǎo)致射線投影的錯位。對于6層以下的MSCT，這個問題可以忽略，但6層以上的MSCT，錐形束偽影就有影響了。在偏離軸心或邊沿探測器中，這個問題變得更加顯著。為了解決這個問題，Philips和Toshiba采用了新的3D錐形束算法，而GE和Siemens則是改進(jìn)了它們的2D扇形束算法，同時也在探索新的重建方法,這些新的算法已在64層CT中得到應(yīng)用。　　相比較而言，3D比2D需要更強(qiáng)大的計算能力（高一個數(shù)量級），但采用專用的重建硬件，3D的算法可達(dá)到40幅/秒的重建速度。同時3D算法可以應(yīng)用于更多層數(shù)的MSCT，而2D的算法遲早會達(dá)到其極限能力。

八、數(shù)據(jù)處理和圖像的顯示

MSCT中數(shù)據(jù)量的大幅增長，要求通訊和A/D轉(zhuǎn)換速度大于1Gbps，因此在實(shí)現(xiàn)時，需要采用專用集成電路、光學(xué)滑環(huán)和高速的數(shù)據(jù)傳輸總線，目前這些技術(shù)已得到實(shí)現(xiàn)。最新的256層CT以及平板探測器CT已完全成為了容積采集設(shè)備，它們已不再是基于軸位層面的應(yīng)用了。最新的數(shù)據(jù)處理和圖像瀏覽工具能夠很容易地進(jìn)行不同方向的MPR和3D顯示之間進(jìn)行快速切換，并可以實(shí)時地改變圖像的層厚。對于后期的圖像，有的廠家將重點(diǎn)放在"第二原始數(shù)據(jù)集"上，這個數(shù)據(jù)集由重疊的薄層數(shù)據(jù)構(gòu)成，作為二次圖像重建的基礎(chǔ)。另有廠家推薦在每次采集的數(shù)據(jù)上直接進(jìn)行MPR和3D顯示的重建。這兩種方法到底哪種更受歡迎，有待于時間的檢驗(yàn)。

九、展望

從1992年開始的MSCT經(jīng)歷了一個快速的發(fā)展歷程。多排探測器、超快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、快速的重建硬件、專用的錐形束算法以及先進(jìn)的圖像瀏覽工具，都是為了臨床的使用而開發(fā)的，同時是關(guān)鍵的技術(shù)。未來的臨床應(yīng)用，將會采用大面積探測器錐形束CT，使得一次軸向掃描能夠覆蓋整個器官或多個器官，這樣的技術(shù)目前正在開發(fā)，其原型系統(tǒng)已展示其相當(dāng)優(yōu)秀的效果。采用平板探測器技術(shù)的CT目前還沒有出現(xiàn)商品，因此錐形束CT是很有前途的技術(shù)。目前的256層CT做到了一圈掃描覆蓋整個心臟，由于平板技術(shù)還有待進(jìn)一步地提高，因此，近階段的未來，平板錐形束CT尚不能有商品化的產(chǎn)品。