X-CT成像技術(shù)進(jìn)展簡(jiǎn)述

王艷芹，王秀麗

單縣中心醫(yī)院 設(shè)備科，山東 單縣，274300

X-CT成像技術(shù)進(jìn)展簡(jiǎn)述

王艷芹，王秀麗

單縣中心醫(yī)院 設(shè)備科，山東 單縣，274300

本文主要介紹了X-CT技術(shù)在高速掃描成像、容積掃描成像、功能成像、低劑量掃描成像等方面的應(yīng)用，闡述了幾種成像技術(shù)的發(fā)展歷程，并指出錐形束CT和能譜CT是CT發(fā)展的重要方向，具有較好應(yīng)用前景。

X—CT技術(shù)；CT高速掃描成像；CT容積掃描成像；CT功能成像；CT低劑量掃描成像

近30年來(lái)，由于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、電子工業(yè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，X-CT技術(shù)在高速掃描成像、容積掃描成像、功能成像、低劑量掃描成像等方面得到了快速發(fā)展，取得了豐碩成果。

1 CT高速掃描成像（CT Fast Scan Im aging）

CT斷層圖像是依次逐點(diǎn)掃描采樣而成，與曝光式采樣成像相比，其成像速度慢，時(shí)間分辨率低。所以早期CT基本上可以滿(mǎn)足人體全身除動(dòng)態(tài)器官如心肺以外的各器官的檢查[1]。對(duì)人體動(dòng)態(tài)器官的檢查時(shí)，采樣時(shí)間的差異，會(huì)導(dǎo)致圖像產(chǎn)生移動(dòng)偽影，影響疾病的診斷，所以提高CT掃描速度、增強(qiáng)CT時(shí)間分辨率為其發(fā)展方向。

1.1 單源CT（Single Source CT）

從1972年第一臺(tái)顱腦CT建成開(kāi)始，單源機(jī)械掃描CT經(jīng)過(guò)了平移+旋轉(zhuǎn)、窄束平移+旋轉(zhuǎn)、第三代的扇形束旋轉(zhuǎn)掃描、第四代的旋轉(zhuǎn)+靜止到螺旋多層CT的發(fā)展歷程。掃面成像范圍從頭顱發(fā)展到全身，從往復(fù)式掃描采樣發(fā)展到多層螺旋掃描采樣。掃描速度從每幅圖像3～5 min發(fā)展到3～5 s，螺旋CT掃描速度發(fā)展到每圈掃描時(shí)間為亞秒級(jí)。近期有公司采用氣墊軸承技術(shù)，使掃描速度發(fā)展到0.27 s/圈，時(shí)間分辨率為0.135 s，但也未能突破100 ms的大關(guān)[2]。這對(duì)心率較快的病人，難以獲得滿(mǎn)意的成像效果。

1.2 雙源CT（Dual Source CT，DSCT）

單源機(jī)械掃描CT要進(jìn)一步提高掃描速度受機(jī)械離心力的限制和工業(yè)技術(shù)水平的制約。2005年德國(guó)西門(mén)子公司率先研制了雙源CT機(jī)。該機(jī)用兩套X射線(xiàn)球管和兩套探測(cè)器，垂直安放在一個(gè)平面上，進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)掃描[3]。當(dāng)兩個(gè)球管同時(shí)發(fā)出相同能量的射線(xiàn)進(jìn)行掃描成像時(shí)，CT旋轉(zhuǎn)角度位于單源CT旋轉(zhuǎn)角度一半的位置時(shí)，就能獲得一幅組織結(jié)構(gòu)形態(tài)圖像，其“等效旋轉(zhuǎn)速度”提高到0.165 s/圈或0.15 s/圈，突破單源普通CT的速度極限，時(shí)間分辨率可達(dá)80 ms或75 ms[4]，從而能精確實(shí)現(xiàn)病人動(dòng)態(tài)器官的無(wú)創(chuàng)成像檢查，滿(mǎn)足當(dāng)前臨床的要求。

1.3 電子束CT（Electron Beam CT，EBCT）

1983年電子束CT成功面世，它和單源、雙源CT不同，為提高掃描速度，拋棄了機(jī)械掃描模式，采用電磁偏轉(zhuǎn)方法，實(shí)現(xiàn)了電子束高速掃描。它由一個(gè)特殊的大型鐘形X射線(xiàn)管和靜止排列的環(huán)形探測(cè)器組成。電子槍發(fā)射的電子束經(jīng)過(guò)兩次偏轉(zhuǎn)轟擊環(huán)靶各點(diǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的扇形X射線(xiàn)束，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器投射人體后，由檢測(cè)器檢測(cè)，形成人體圖像。由于是電磁控制掃描，掃描速度可高達(dá)50 ms/層，可使人體心臟呈現(xiàn)清晰圖像，提高診斷水平[5]。配上高速計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)成像，進(jìn)行CT電影成像，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)CT的構(gòu)想。但電子束CT檢查費(fèi)用較高，廣泛應(yīng)用受到限制。

2 CT容積掃描成像（CT Volum e Scan Im aging）

由于CT是掃描式采樣成像，對(duì)動(dòng)態(tài)大器官的斷層圖像是各向不同性?huà)呙瑁率谷S重建時(shí)容易產(chǎn)生偽像，所以CT寬范圍的容積掃描成像是CT發(fā)展的另一個(gè)大的目標(biāo)。

2.1 螺旋CT掃描成像（Spiral CT Scan Imaging）

1989年在滑環(huán)掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上，改變以往復(fù)式掃描CT，發(fā)展為螺旋掃描CT。這種掃描方式大致屬于三代CT。與傳統(tǒng)掃描方式的不同之處是：螺旋CT采集數(shù)據(jù)的方式是X射線(xiàn)管由以往的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改為向一個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)掃描，而受檢體也同時(shí)向一個(gè)方向移動(dòng)，因此X線(xiàn)球管相對(duì)受檢體的運(yùn)動(dòng)劃過(guò)一柱面螺旋形軌跡，實(shí)現(xiàn)連續(xù)螺旋體掃描，通稱(chēng)容積掃描。它解決了傳統(tǒng)掃描的層隔問(wèn)題，提高了掃描速度，速度可達(dá)秒級(jí)。容積數(shù)據(jù)采集給三維重建提供了有利條件。近幾年，CT螺旋掃描成像在三維重建、血管成像、灌注成像方面取得了較好的效果，是近年來(lái)容積掃描成像方面的一個(gè)重大進(jìn)步。

2.2 多層螺旋CT掃描成像（Mu lti-s lice Sp ira l CT Scan Imaging）

為進(jìn)一步提高螺旋掃描速度，實(shí)現(xiàn)大器官一次成像，寬探測(cè)器多層CT得到發(fā)展。經(jīng)工程技術(shù)人員的多年工作，多排螺旋CT經(jīng)歷了4排—16排—64排—128排的發(fā)展。掃描寬度從5 mm—20 mm—40 mm—80 mm的發(fā)展歷程。日前，東芝320 排螺旋CT研制成功，掃描速度0.35 s/圈，一次掃描寬度高達(dá)160 mm。單次旋轉(zhuǎn)可對(duì)大器官整體容積掃描，采集各向同性信息數(shù)據(jù)，在圖像重建時(shí)不需數(shù)據(jù)拼接，根據(jù)需要可進(jìn)行任意平面的重建，形成軸位、冠位、矢位和任意曲面圖像[6]。該設(shè)備可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)容積掃描，對(duì)運(yùn)動(dòng)大器官進(jìn)行重復(fù)式容積掃描，使運(yùn)動(dòng)器官同時(shí)成像，形成動(dòng)態(tài)3D圖像，可對(duì)大器官的動(dòng)態(tài)變化和機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行生物功能評(píng)估，形成運(yùn)動(dòng)功能成像。

2.3 基于平板探測(cè)器的錐形束CT（Cone Beam CT based on Flat Plane Detector）

以平板探測(cè)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)X線(xiàn)CT的探測(cè)器，而組成容積CT，已有樣機(jī)生產(chǎn)。原理上是用一定寬度的平板探測(cè)器與錐形束球管連動(dòng)，在一次旋轉(zhuǎn)中直接采集對(duì)應(yīng)的一定厚度體積的容積性信息，經(jīng)二維和三維專(zhuān)用錐形束算法處理，形成層面或三維影像[7-8]。平板探測(cè)器采用高精度非晶態(tài)硅作為檢測(cè)元件，由于其空間分辨率高、成像動(dòng)態(tài)范圍大、余輝小，因此可實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集，且射線(xiàn)劑量低。旋轉(zhuǎn)一周就能獲得并重建一個(gè)體積內(nèi)的CT圖像，實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)成像?；谄桨逄綔y(cè)器的錐形束CT的信息模式、成像模式和過(guò)去的CT有所不同，是CT技術(shù)的一個(gè)重大突破性進(jìn)步。

3 CT功能成像（CT Function Im aging）

3.1 CT灌注成像（CT Perfusion Imaging）

1980年，Axel率先提出，從動(dòng)態(tài)增強(qiáng)CT資料中了解組織血流灌注情況，開(kāi)創(chuàng)了CT功能成像的先河。90年代多層CT出現(xiàn)，灌注成像快速發(fā)展。其原理是基于對(duì)比劑具有放射性同位素的彌散特點(diǎn)，根據(jù)放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律：BF=BV/MTT，通過(guò)從靜脈團(tuán)注射對(duì)比劑，在同一區(qū)域進(jìn)行重復(fù)快速CT掃描，建立動(dòng)脈、組織、靜脈的時(shí)間密度曲線(xiàn)（TDC），并通過(guò)不同的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出密度曲線(xiàn)、血流量（CBF）、血流容量（CBV）、對(duì)比劑通過(guò)時(shí)間（MTT）和對(duì)比劑峰值時(shí)間（TTP）等血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)及彩色函數(shù)圖，從而對(duì)組織的灌注量及通透性作出評(píng)價(jià)。該技術(shù)的應(yīng)用初期主要用于腦缺血的功能診斷、腫瘤病變的診斷。近期由于多層螺旋CT的發(fā)展，時(shí)間分辨率提高，同時(shí)多層面檢測(cè)，大大提高了灌注參數(shù)的測(cè)定精度，在心、肝、肺、胰腺等的診斷中也取得了有效的成果，給醫(yī)療技術(shù)開(kāi)展提供有益的依據(jù)[9]。

3.2 CT能量成像（CT Energy Imaging）

CT 能量成像首創(chuàng)于20世紀(jì)70年代，早期的能量成像主要是胸部攝影和骨密度測(cè)定。由于CT技術(shù)的局限，沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。2005年雙源CT誕生，CT能量成像得到快速發(fā)展。

X射線(xiàn)和被照物體作用后的衰減值的大小，隨物質(zhì)的不同而不同，隨X射線(xiàn)的能量不同而不同。每一種物質(zhì)都有自己X射線(xiàn)能量特性。根據(jù)物質(zhì)的能量特性，用不同能量的X射線(xiàn)照射物質(zhì)，產(chǎn)生的X射線(xiàn)衰減值差異性，在二維能量空間內(nèi)，對(duì)被照物質(zhì)進(jìn)行定位和成像顯示，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)被照物質(zhì)的識(shí)別、定位和定量分析。這種利用不同能量射線(xiàn)而對(duì)物質(zhì)的識(shí)別與成像的技術(shù)叫做CT 能量成像。

CT 能量成像的實(shí)現(xiàn)方法有多種，在理論上單管不同kV兩次掃描法、單管kV快速切換法、雙層（夾心）探測(cè)法[10]、雙源法，現(xiàn)常規(guī)使用的是雙源法。2005年西門(mén)子公司生產(chǎn)了雙源CT，在CT機(jī)架上垂直放置兩套球管和兩組探測(cè)器。兩個(gè)球管電壓分別為80 kV和140 kV，輸出X線(xiàn)能量分別為53.3 kev和70 kev，同時(shí)為保證低kV球管輸出足夠的X射線(xiàn)，其管電流約為高kV球管的3倍[4]。兩個(gè)球管分別同時(shí)發(fā)出X射線(xiàn)，然后經(jīng)過(guò)能譜純化，選擇性濾過(guò)高低能譜重疊的部分。這基本實(shí)現(xiàn)了雙能成像的硬件條件。當(dāng)兩個(gè)球管同時(shí)旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，能獲得兩組不同能量下的CT值，在二維能量空間內(nèi)，用不同的數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的臨床應(yīng)用。按醫(yī)學(xué)應(yīng)用要求，臨床應(yīng)用可分為圖像分割、圖像分析和圖像優(yōu)化顯示三大類(lèi)。

當(dāng)前在CT血管成像中，可以祛除鈣化的高密度成像，保留血管內(nèi)碘的高密度成像，準(zhǔn)確顯示血管狹窄程度。在泌尿結(jié)石中，可以區(qū)分尿酸結(jié)石和其他類(lèi)型的結(jié)石，為治療方案的確定，提供有力的依據(jù)。在肌腱和韌帶形態(tài)學(xué)顯像，小關(guān)節(jié)痛風(fēng)結(jié)石診斷上都取得較好的成果[11]。能量成像技術(shù)正處于起步階段，進(jìn)一步發(fā)展，能量區(qū)間將不僅限于雙能，而是向著多能量能譜成像發(fā)展，將利用不同物質(zhì)的能量特性，鑒別出傳統(tǒng)物質(zhì)密度難以分辨的結(jié)構(gòu)和成分。

4 CT低劑量掃描成像（CT Low Dose Scan Im aging）

近年來(lái)，螺旋CT的普遍使用，大范圍的容積掃描成像開(kāi)展，受檢者所承受的輻射劑量越來(lái)越引起人們的重視。2005年雙能CT問(wèn)世后CT的低劑量成像技術(shù)普遍得到應(yīng)用，成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。經(jīng)大量統(tǒng)計(jì)研究，即使低劑量電離輻射（0～100 mSv）對(duì)人類(lèi)健康也會(huì)造成威脅[12]。降低CT檢查的輻射劑量是勢(shì)在必行、大眾的期待。當(dāng)前CT檢查，劑量越強(qiáng)，CT圖像質(zhì)量越好；劑量低，則CT圖像質(zhì)量差。目前放射學(xué)界一致認(rèn)為，CT低劑量技術(shù)的使用應(yīng)遵守放射防護(hù)最優(yōu)化原則（As Low As Reasonably Achievable，ALARA），即保證良好的圖像質(zhì)量的同時(shí)，盡可能合理地降低受檢者的檢查劑量。

目前應(yīng)用臨床的低劑量掃描技術(shù)主要有：降低管電流、降低管電壓、增大螺距、自動(dòng)管電流調(diào)制和迭代重建算法等。實(shí)際應(yīng)用研究表明，現(xiàn)有的降低劑量的方法以外，對(duì)不同人采取不同的個(gè)性化掃描采樣方法，會(huì)使照射劑量有較大的不同。

西門(mén)子的智能最佳kV掃描技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)kV自動(dòng)選擇、mA的自動(dòng)選擇和曝光角度的自動(dòng)選擇?？筛鶕?jù)受檢者的體型和檢查類(lèi)型，在70～140 kV范圍內(nèi)選擇合適的電壓[13]，可以在降低50％的輻射劑量同時(shí)，又增強(qiáng)圖像的對(duì)比度，提高圖像質(zhì)量。

掃描環(huán)節(jié)使用選擇性能譜純化技術(shù)（Selective Photon Shield，SPS），降低無(wú)效輻射的同時(shí)，提高了二維能量空間的差異性[14]，使物質(zhì)識(shí)別能力提高80％。X-Care技術(shù)可避免對(duì)敏感器官的直接照射，如對(duì)晶狀體、甲狀腺和乳腺的直接照射，能減少40％的輻射劑量?；谠紨?shù)據(jù)的迭代重建（Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）算法與傳統(tǒng)迭代算法相比，使72％的受檢者劑量低于2.4 mSv，并提高圖像質(zhì)量。

CT低劑量掃描成像的發(fā)展，僅有幾年的時(shí)間，但已取得了可喜的成果，給人類(lèi)生存帶來(lái)福音。隨著CT低劑量掃描成像技術(shù)的發(fā)展，新的CT低劑量技術(shù)還會(huì)不斷出現(xiàn)，使CT事業(yè)成為更人性化的檢查方法。X-CT技術(shù)的快速發(fā)展，使醫(yī)療設(shè)備在臨床的應(yīng)用普遍廣泛，同時(shí)人們對(duì)CT技術(shù)提出了更高的要求和希望。在醫(yī)療診療中，能對(duì)人體全器官進(jìn)行灌注成像及大器官動(dòng)態(tài)功能成像是人們最大的期待，所以超寬探測(cè)器高速螺旋CT是當(dāng)前的一個(gè)發(fā)展方向，錐形束平板探測(cè)器容積CT將是CT發(fā)展的一個(gè)目標(biāo)，最終錐形束容積CT必將代替多層螺旋CT。對(duì)病變組織的定位、定性、定量分析，是醫(yī)務(wù)工作者長(zhǎng)久的愿望。為此，能量技術(shù)應(yīng)得到快速發(fā)展，能譜CT必將是CT發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，它將創(chuàng)造CT的一個(gè)新的輝煌。

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Progress in X-CT Imaging Technique

WANG Yan-qin, WANG Xiu-li Department of Equipment, Shanxian Central Hospital, Shanxian Shandong 274300, China

This article mainly introduced the X-ray CT technique in the application of fast scan imaging, volume scan imaging, function imaging and the low dose scan imaging, and expounded the development course of several imaging technologies. Finally this paper points out that cone beam CT and energy spectrum CT are the important direction of CT, which have good application prospects.

X-CT technique；CT high-speed imaging；CT volume scan imaging；CT function imaging；CT low dose scan imaging

R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.11.023

1674-1633（2015）11-0073-03

2015-01-03

2015-07-31

作者郵箱：wangyanqin01@163．com