CT技术新进展

一、简介

MSCT主要有下列一些优点：分辨率高、扫描速度快、覆盖的容积范围大、球管功率高。同时获取的图像层面数由1998年的4层到2003年北美放射年会上出现的64层以及目前在临床实验阶段的256层。对于16层以上的MSCT，MSCT的主要优点都能够得到体现，于是出现了新的CT应用领域，如心脏CT，CTA，CT灌注，外伤CT，骨关节CT等。

二、MSCT中探测器排列和层数的定义

MSCT是第三代类型的CT，其前提是多个探测器阵列，同时采用了固体探测器，与以往的单层、气体探测器是不兼容的。同时MSCT根据层数的不同，探测器的排列结构和大小是不相同的，例如，对于4层探测器，主要的厂家有不同的设计，GE公司采用对称结构，1.25mm大小的探测器，这种结构可以应用到8层。Philips和Siemens采用的是自适应式的结构，探测器的尺寸有3种不同的大小，与对称式结构相比，可以提高阵列的几何效率。而Toshiba在4层的CT中首次推出了亚mm级的概念，其采用的混合式探测器结构的几何效率，由于间隔很多，其几何效率较差。对于16层的MSCT，所有的厂家提供了相同的探测器结构，均提供亚mm级的分辨率，其主要区别在于探测器的最小单元尺寸、探测器的总宽度的不同。虽然各个厂家都认为自己的设计是经过优化的，但往往只是优化单个因素，而全面的优化应当包含Z轴的分辨率、容积的覆盖范围和X线的剂量。取得它们的最佳平衡才是最好的优化，这个问题在心脏CT应用中尤为突出，因为心脏CT的X线剂量很高。MSCT的层厚决定于邻近的探测器排数和X线的准直，这里要注意图像的层厚和数据采集的层厚的概念已经不相同了，薄层采集的数据可以重建厚层的图像，反之则不然。32层以及更多层的MSCT仍沿用不对称的结构设计，但如果探测器排数超过45排，则在具体的实现中会出现一些技术障碍，但通过一些技术进步，这个问题目前已得到消除。目前在64以及256层的探测器结构中均采用了对称的结构。

三、关于飞焦点以及两次采集

这个技术首先有Siemens公司提出。利用快速切换的焦点，实现部分重叠的投影，再利用与焦点切换同步的信号采集，实现数据量的加倍。实验表明，这能够改善层面内的空间分辨能力，或者同时能够获得多一倍的图像数。应该说，这是一种硬件技术改进的方法，Siemens将这种技术应用在32排探测器的CT中，获得64层图像。GE公司在其64排探测器的CT中，采用了所谓的共扼技术，也能达到同样的目的。即充分利用扫描轨迹中的反向数据，来增加数据量，提高图像质量或增加图像的数目，一般而言，这个反向数据，根据投影原理，是丢弃不用的。这两种方法具有殊途同归的效果。理论上而言，这没有多少差别，但考虑实际的应用，我们不无担心，飞焦点技术采用了多个控制手段，增加了差错出现的机会。

四、关于0M球管

球管的的热容量决定了一个球管的工作能力，目前球管标称最大的热容量为8MHU左右。要提高球管的热容量，需要进一步提高球管的散热率。Siemens公司将球管做成一个真空的容器，阳极的一面作成外壳的一部分，将整个容器置于绝缘油中，极大地提高了散热率，号称0M球管，其实际的热容量大约在30多MHU。Philips公司通过在阳极轴的中心开孔，通过绝缘油的循环，是另一种提高散热率的方法。

五、机架的旋转速度

CT的旋转部分是一个巨大的金属结构，进行快速旋转的机械结构会在其圆周的位置产生巨大的离心力，数据表明，在圆周半径的65cm处，以0.5秒/圈为速度，加速度为13g，而当以0.3s/圈时，加速度为30g。目前最高的旋转速度为0.33s。进一步提高旋转速度，必须另辟蹊径，一种方法是多源系统；西门子则首先推出了双源系统，definition。

六、Z轴插值、螺距和层面mAs的概念

MSCT可进行连续轴位和螺旋两种扫描。单层螺旋CT（SSCT）中，常采用两点插值技术，而在MSCT中，Philips、Siemens和Toshiba采用多点插值（或称Z轴滤波），等权或者加权。这种方法的优点是无论螺距如何改变，可以保持有效层厚的一致性（恒定）。与SSCT不同的还有，图像的噪声随螺距而改变，因为插值数据点的个数有了改变，为了避免这个情况，而采用将管电流随螺距的大小做相应的调整，于是有了有效mAs或者层面mAs的概念，同时层厚、噪声和病人的平均X线剂量独立于螺距，因而螺距只与进床的速度有关系，采用这个技术的有Philips和Siemens，对于Toshiba必要时需要手动调整，而GE和Toshiba还提供了优化螺距以优化采样和消除伪影。螺距的国际电工委员会的定义为：每圈的进床距离与接受探测器有效宽度的比值。以前，这个概念与产品宣传中的螺距有区别，现在已逐步得到纠正。

七、锥形束X射线

在MSCT中，层数越多，X线的锥角越大，则会导致射线投影的错位。对于6层以下的MSCT，这个问题可以忽略，但6层以上的MSCT，锥形束伪影就有影响了。在偏离轴心或边沿探测器中，这个问题变得更加显著。为了解决这个问题，Philips和Toshiba采用了新的3D锥形束算法，而GE和Siemens则是改进了它们的2D扇形束算法，同时也在探索新的重建方法,这些新的算法已在64层CT中得到应用。　　相比较而言，3D比2D需要更强大的计算能力（高一个数量级），但采用专用的重建硬件，3D的算法可达到40幅/秒的重建速度。同时3D算法可以应用于更多层数的MSCT，而2D的算法迟早会达到其极限能力。

八、数据处理和图像的显示

MSCT中数据量的大幅增长，要求通讯和A/D转换速度大于1Gbps，因此在实现时，需要采用专用集成电路、光学滑环和高速的数据传输总线，目前这些技术已得到实现。最新的256层CT以及平板探测器CT已完全成为了容积采集设备，它们已不再是基于轴位层面的应用了。最新的数据处理和图像浏览工具能够很容易地进行不同方向的MPR和3D显示之间进行快速切换，并可以实时地改变图像的层厚。对于后期的图像，有的厂家将重点放在"第二原始数据集"上，这个数据集由重叠的薄层数据构成，作为二次图像重建的基础。另有厂家推荐在每次采集的数据上直接进行MPR和3D显示的重建。这两种方法到底哪种更受欢迎，有待于时间的检验。

九、展望

从1992年开始的MSCT经历了一个快速的发展历程。多排探测器、超快速数据采集系统、快速的重建硬件、专用的锥形束算法以及先进的图像浏览工具，都是为了临床的使用而开发的，同时是关键的技术。未来的临床应用，将会采用大面积探测器锥形束CT，使得一次轴向扫描能够覆盖整个器官或多个器官，这样的技术目前正在开发，其原型系统已展示其相当优秀的效果。采用平板探测器技术的CT目前还没有出现商品，因此锥形束CT是很有前途的技术。目前的256层CT做到了一圈扫描覆盖整个心脏，由于平板技术还有待进一步地提高，因此，近阶段的未来，平板锥形束CT尚不能有商品化的产品。