多排探測(cè)器ＣＴ

引言：

　　多排探測(cè)器ＣＴ（multidetector CT,MDCT,multi-slice CT,multidector-row CT,multisection CT）代表著ＣＴ（computed tomography）技術(shù)的突破，它不僅有佳的容積數(shù)據(jù)３Ｄ顯示，而且從一個(gè)橫斷面技術(shù)轉(zhuǎn)變成一個(gè)真正的可以任意切面的３Ｄ成像。在性能上，多層ＣＴ?huà)呙鑳x提供了大量的信息，它可減少掃描時(shí)間，降低層面的準(zhǔn)直（section collimation，ＳＣ），顯著增加掃描范圍。

　　多層ＣＴ采用２個(gè)或更多的平行探測(cè)器陣列，利用同步旋轉(zhuǎn)球管和探測(cè)器陣列的第三代技術(shù)裝備而成。９０年代早期就有雙探測(cè)器或多探測(cè)器系統(tǒng)，１９９８年又引入了４排探測(cè)器系統(tǒng)，２００１年和２００２年就可買(mǎi)到8排、10排、16排或更多排探測(cè)器系統(tǒng)的CT。多層CT很快就被放射學(xué)家們接受了，在早些年，世界范圍內(nèi)使用這類(lèi)CT掃描儀的數(shù)量幾乎呈指數(shù)上升：1998年安裝了10臺(tái)，1999年中期就有100臺(tái)，而2000年末超過(guò)了1000臺(tái)。

2、優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)：

　　這些系統(tǒng)的許多性能由于更快的旋轉(zhuǎn)時(shí)間而進(jìn)一步得到改進(jìn)，4排探測(cè)器的CT性能比一個(gè)傳統(tǒng)螺旋CT掃描儀高4至8倍，而16排探測(cè)器CT的性能甚至是傳統(tǒng)螺旋CT掃描儀的25倍以上。此外，利用多層CT改善了數(shù)據(jù)處理和影像重建，這直接轉(zhuǎn)變成提高掃描儀的效率。于是，多層CT克服了螺旋CT嚴(yán)重的局限之一，即，在掃描范圍和SC之間相反的關(guān)系。

　　多層CT的劣勢(shì)是顯著增加數(shù)據(jù)量，尤其是選擇均質(zhì)成像，如：胸部和腹部（60cm）的掃描，采用16×1mm準(zhǔn)直進(jìn)行少于15秒，依賴(lài)層間重疊的大小產(chǎn)生600幅圖像。如果對(duì)縱隔采用平滑函數(shù)重建或?qū)Ψ尾捎眠吘壴鰪?qiáng)函數(shù)重建，那么，用一個(gè)恒定的準(zhǔn)直進(jìn)行胸部掃描將產(chǎn)生同樣多幅影像。一個(gè)主動(dòng)脈和外周動(dòng)脈的CT血管造影可產(chǎn)生1000幅圖像或更多。

　　當(dāng)減少SC時(shí)影像噪聲上升，因此，為降低影像噪聲重建較薄的層面（MPR或軸層）是重要的。利用較薄的準(zhǔn)直，掃描儀的幾何效應(yīng)卻下降。在1·25mm準(zhǔn)直或更少時(shí)可看到這種效應(yīng)，這不應(yīng)發(fā)生在更大的準(zhǔn)直。基于射線(xiàn)準(zhǔn)直的裝置以及影像內(nèi)插入算法在各個(gè)廠商之間顯著不同。8排和16排掃描儀幾何效應(yīng)開(kāi)始改善。

　　如果需要高質(zhì)量的薄層影像，那么只需要增加病人劑量。在所有其他病例中，多層CT比傳統(tǒng)CT需要的劑量少，而與pitch（螺距）為2的螺旋CT劑量相似。

3、探測(cè)器的類(lèi)型：

多層掃描儀目前可同時(shí)獲得2個(gè)、4個(gè)或8個(gè)層面，但除雙探測(cè)器系統(tǒng)外，為了完成1個(gè)以上的準(zhǔn)直設(shè)置，所有多層CT掃描儀有4排以上的探測(cè)器。這是依據(jù)適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)直和增加鄰近排探測(cè)器的信號(hào)而達(dá)到的。

這里有兩種探測(cè)器陣列類(lèi)型，矩陣探測(cè)器由相同厚度的平行探測(cè)器組成，而自諧調(diào)陣列探測(cè)器由不同厚度的探測(cè)器陣列而成。這兩種類(lèi)型的探測(cè)器各有利弊，目前沒(méi)有哪個(gè)系統(tǒng)真正優(yōu)于另一個(gè)。混合探測(cè)器在中央使用較小的探測(cè)器，在探測(cè)器陣列的周邊使用較大的探測(cè)器，在所有１６層掃描儀中都這樣使用。

4、系統(tǒng)性能：

　　系統(tǒng)性能與探測(cè)器排數(shù)Ｎ成正比且用Ｘ線(xiàn)球管更短的旋轉(zhuǎn)時(shí)間ＲＴ（rotation time，RT）而性能有所改善。除雙探測(cè)器掃描儀外，這個(gè)概念同樣適用于標(biāo)準(zhǔn)螺旋CT或多層CT。

　　由于高性能系統(tǒng)，快速掃描和薄準(zhǔn)直變得可能。用4排探測(cè)器的多層掃描儀可對(duì)胸腹（層厚＜1·5mm）進(jìn)行均質(zhì)成像，但掃描持續(xù)時(shí)間與“傳統(tǒng)”螺旋CT一樣。就均質(zhì)掃描而言?xún)H用8層和16層掃描儀才可使掃描持續(xù)時(shí)間顯著降低。

5、掃描參數(shù)：

　　和螺旋CT掃描一樣，層面準(zhǔn)直（section collimation，SC），每旋轉(zhuǎn)一圈檢查床前進(jìn)的速度（ table feed，TF），以及螺矩（ pitch，P）是多層CT重要的獲取參數(shù)。除重建增量（ reconstruction increment，RI）外，重建影像的有效層面厚度或?qū)訉挘?section width，SW）也是重要的重建參數(shù)。所有其他參數(shù)僅在特殊病例中有所不同，和探測(cè)器排數(shù)N一起，可得到獲取參數(shù)N×SC／TF，以及重建參數(shù)SW／RI。

　　和多層CT掃描儀一起使用的 pitch有2種解釋?zhuān)Q于探測(cè)器陣列（N×SC）是否選擇一個(gè)層面還是整個(gè)準(zhǔn)直作為參考。為了區(qū)分它們，由眾廠商解釋的用星號(hào)標(biāo)明（P＊），而為眾多物理學(xué)家所解釋的P代表“正式”：

　　　　　　P＝TF／N×SC螺距，“探測(cè)器螺距”，
　　　　　　P＊＝TF／SC“容積螺距”，“射線(xiàn)螺距”

當(dāng)用單層螺旋CT時(shí)，不管探測(cè)器排數(shù)N為多少，螺距P理論上可增加到2。在4排探測(cè)器的多層掃描儀中相當(dāng)于P＊＝8，而在16排探測(cè)器的多層CT中相當(dāng)于P＊＝32。實(shí)踐中，根據(jù)不同的廠商和掃描儀探測(cè)器排數(shù)，大螺距在1·5－2。

　　只要SW大于或等于SC，那么，不依賴(lài)SC可選擇SW（層厚效應(yīng)）?？筛鶕?jù)廠家，多層原數(shù)據(jù)插入及重建類(lèi)型來(lái)選擇SW。在4層系統(tǒng)中，原數(shù)據(jù)插入（Z－濾過(guò)）可基于類(lèi)似螺旋CT180°LI和360°LI的算法。但就層厚效應(yīng)和噪聲而言，隨著4排探測(cè)器螺距P＊從1－8的不同，這此算法的性能也成倍地增加或減少。這是因?yàn)榕盘綔y(cè)器的螺旋軌跡與第二、第三或第四排探測(cè)器螺旋軌跡重疊而（P＊＝1、2和3），產(chǎn)生冗長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。因此，GE公司只使用2個(gè)不同的螺距和相應(yīng)的SWS。用P＊＝3掃描稱(chēng)為HQ（“高質(zhì)量”）模式，用P＊＝6掃描稱(chēng)為HS（“高速”）模式。所有其他廠家可在1－8之間任意選擇螺距。此外，東芝給出各種不同的Z－濾過(guò)的選擇，可根據(jù)各個(gè)用戶(hù)的需要采用SW及噪聲狀態(tài)。西門(mén)子決定用一個(gè)自調(diào)諧Z－濾過(guò)，確保恒定的SW而不依賴(lài)于螺距的選擇。同時(shí)，在一個(gè)恒定病人劑量上影像噪聲也不依賴(lài)于螺距。后一種方法使用戶(hù)操作更容易，因此他們不再擔(dān)心螺距、劑量以及影像質(zhì)量之間的關(guān)系。

　　用8排和16排掃描儀錐形X線(xiàn)束效應(yīng)變得更顯著，而對(duì)原數(shù)據(jù)插入及重建需要新的算法。當(dāng)前所使用的技術(shù)（錐形X線(xiàn)束插入）從真正3D背投影到每一個(gè)Z位置的斜面重建，然后從一個(gè)真正的3D容積數(shù)據(jù)插入。

　　用GE公司的掃描儀時(shí)用戶(hù)根據(jù)臨床需要首先選擇層寬SW，和單層螺旋CT一樣，但對(duì)于4層掃描儀在各個(gè)步驟中SW是小探測(cè)器準(zhǔn)直的倍數(shù)（即：1·25、2·5、3·75、5、7·5和10mm）。所以，用戶(hù)不得不決定是否用4×1·25mm或較厚的準(zhǔn)直掃描。對(duì)于多平面重建（MPR），數(shù)據(jù)組不得不再次用較薄的層面重建。

　　如果用其他類(lèi)型的掃描儀，首先選擇獲取影像的參數(shù)，然后再?zèng)Q定重建參數(shù)，以適合臨床情況?？扇我飧淖冎亟⊿W（通常為1mm），但前提是它比選擇的準(zhǔn)直SC大。

　　在許多臨床設(shè)備中，重建SW將類(lèi)似于在單層螺旋CT中所使用的數(shù)字。對(duì)于胸腹部，大部分常規(guī)設(shè)備有5－7·5mm將足夠了。而對(duì)于肺或骨骼的高分辨率CT（HRCT），

1·5－2mm的SW將產(chǎn)生好的結(jié)果。

　　當(dāng)要求成像平面而不是原始軸層時(shí)，MPR將不得用薄層重疊數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行。薄層寬（SW）和50%SW的重建增量（RI）為“第二類(lèi)原始數(shù)據(jù)”。對(duì)于小視野（fields of view，F(xiàn)OV視野），RI不需要比像素尺寸（＝FOV／512）小。為了佳信－噪比，應(yīng)選擇比準(zhǔn)直SC寬25－30%的SW（即，當(dāng)準(zhǔn)直為4×1 mm時(shí)，SW＝1·25mm），因?yàn)槿绻鸖W等于SC，那么影像噪聲不按比例增加。然后用第二類(lèi)原始數(shù)據(jù)建立任意方向（甚至軸）的平面重建和依賴(lài)于噪聲水平以及臨床成像的層面厚度。在多數(shù)情況下只有厚的影像用于臨床報(bào)告。

6、放射線(xiàn)曝光：

　　與同一廠家的螺旋CT掃描儀相比，當(dāng)使用相同毫安病人曝光量顯著增加。這是因?yàn)閽呙鑳x幾何改變導(dǎo)致每毫安高CT劑量指數(shù)（CT dose index，CTDI）（如：GE公司）或由于不再給定毫安，但提供毫安效應(yīng)（ mAseff=m／s／p）（如：西門(mén)子公司）。在后種情況下，螺旋CT掃描用160mAs,5mm準(zhǔn)直，床速8mm（P＝1·6→100mAseff），而同等病人曝光多層掃描儀需100mAs（mAseff更精確）。一些用戶(hù)仍然用160mAseff，因此增加病人劑量。

　　用薄準(zhǔn)直將顯著增加影像噪聲。與螺旋CT相比，它通過(guò)增加mAseff至少可以部分補(bǔ)償。由于較少的部分容積效應(yīng)，用薄層允許較高的影像噪聲。不管怎樣，重建較厚的層面，不僅MPR，軸象也能避免所需劑量的增加。

　　從原數(shù)據(jù)中可直接重建軸位影像，而MPR佳質(zhì)量需要首先“第二類(lèi)原數(shù)據(jù)”的重建。這些數(shù)據(jù)通過(guò)容積數(shù)據(jù)可用于重建冠狀位、矢狀位或任意方向重建。而且依據(jù)增加這些重建的厚度可提高影像質(zhì)量。用此技術(shù)多層CT所需劑量保持在同樣層厚螺旋CT的相同狀態(tài)。

　　低劑量和超低劑量也可以，尤其對(duì)高對(duì)比結(jié)構(gòu)，如肺或骨骼。在檢查人體橫斷面的放射補(bǔ)償是適當(dāng)?shù)模▋和⑹莸牟∪恕⑿?、頸、四肢）的情況下，低kVp技術(shù)增加骨、對(duì)比劑的CT補(bǔ)償，這樣可在不削減信－噪比的情況下降低劑量。例如：在80－90kVp肺血管的CTA效果很好，只需1mSv的有效劑量，超低劑量應(yīng)用可降至0·4mSv以下。此劑量相當(dāng)于采用100速屏－片系統(tǒng)傳統(tǒng)后前位和側(cè)位胸片之和。

7、影像顯示和評(píng)價(jià)：

　　與螺旋CT一樣，電影顯示中影像重復(fù)顯示主要依據(jù)（厚）軸層交互式顯示。此外，甚至作為一種替代，可重復(fù)顯示MPR（如冠狀面）。由技術(shù)人員進(jìn)行這些MPR的重建，以便影像快速判讀；在軸層保留不清的情況下，也可作為一種解決問(wèn)題的工具由放射學(xué)家進(jìn)行交互式MPR重建。

　　各種不同的3D顯示技術(shù)提供了優(yōu)質(zhì)影像，尤其對(duì)CTA和骨的檢查。近來(lái)容積再現(xiàn)作為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用也變得更加有趣，對(duì)于近乎全向多層CT數(shù)據(jù)的影像重復(fù)顯示，也可作為一種初步模式來(lái)使用。