X-CT成像技術進展簡述

王艷芹，王秀麗

單縣中心醫院 設備科，山東 單縣，274300

X-CT成像技術進展簡述

王艷芹，王秀麗

單縣中心醫院 設備科，山東 單縣，274300

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

X—CT技術；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，由于醫學影像技術、電子工業技術和計算機技術的發展，X-CT技術在高速掃描成像、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掃描采樣而成，與曝光式采樣成像相比，其成像速度慢，時間分辨率低。所以早期CT基本上可以滿足人體全身除動態器官如心肺以外的各器官的檢查[1]。對人體動態器官的檢查時，采樣時間的差異，會導致圖像產生移動偽影，影響疾病的診斷，所以提高CT掃描速度、增強CT時間分辨率為其發展方向。

1.1 單源CT（Single Source CT）

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

1.2 雙源CT（Dual Source CT，DSCT）

單源機械掃描CT要進一步提高掃描速度受機械離心力的限制和工業技術水平的制約。2005年德國西門子公司率先研制了雙源CT機。該機用兩套X射線球管和兩套探測器，垂直安放在一個平面上，進行同步旋轉掃描[3]。當兩個球管同時發出相同能量的射線進行掃描成像時，CT旋轉角度位于單源CT旋轉角度一半的位置時，就能獲得一幅組織結構形態圖像，其“等效旋轉速度”提高到0.165 s/圈或0.15 s/圈，突破單源普通CT的速度極限，時間分辨率可達80 ms或75 ms[4]，從而能精確實現病人動態器官的無創成像檢查，滿足當前臨床的要求。

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，拋棄了機械掃描模式，采用電磁偏轉方法，實現了電子束高速掃描。它由一個特殊的大型鐘形X射線管和靜止排列的環形探測器組成。電子槍發射的電子束經過兩次偏轉轟擊環靶各點，產生旋轉的扇形X射線束，經過準直器投射人體后，由檢測器檢測，形成人體圖像。由于是電磁控制掃描，掃描速度可高達50 ms/層，可使人體心臟呈現清晰圖像，提高診斷水平[5]。配上高速計算機處理系統，可實時成像，進行CT電影成像，實現動態CT的構想。但電子束CT檢查費用較高，廣泛應用受到限制。

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，對動態大器官的斷層圖像是各向不同性掃描，致使三維重建時容易產生偽像，所以CT寬范圍的容積掃描成像是CT發展的另一個大的目標。

2.1 螺旋CT掃描成像（Spiral CT Scan Imaging）

1989年在滑環掃描技術的基礎上，改變以往復式掃描CT，發展為螺旋掃描CT。這種掃描方式大致屬于三代CT。與傳統掃描方式的不同之處是：螺旋CT采集數據的方式是X射線管由以往的往復旋轉運動改為向一個方向連續旋轉掃描，而受檢體也同時向一個方向移動，因此X線球管相對受檢體的運動劃過一柱面螺旋形軌跡，實現連續螺旋體掃描，通稱容積掃描。它解決了傳統掃描的層隔問題，提高了掃描速度，速度可達秒級。容積數據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，是近年來容積掃描成像方面的一個重大進步。

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

為進一步提高螺旋掃描速度，實現大器官一次成像，寬探測器多層CT得到發展。經工程技術人員的多年工作，多排螺旋CT經歷了4排—16排—64排—128排的發展。掃描寬度從5 mm—20 mm—40 mm—80 mm的發展歷程。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160 mm。單次旋轉可對大器官整體容積掃描，采集各向同性信息數據，在圖像重建時不需數據拼接，根據需要可進行任意平面的重建，形成軸位、冠位、矢位和任意曲面圖像[6]。該設備可以進行動態容積掃描，對運動大器官進行重復式容積掃描，使運動器官同時成像，形成動態3D圖像，可對大器官的動態變化和機械運動進行生物功能評估，形成運動功能成像。

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

以平板探測器代替傳統X線CT的探測器，而組成容積CT，已有樣機生產。原理上是用一定寬度的平板探測器與錐形束球管連動，在一次旋轉中直接采集對應的一定厚度體積的容積性信息，經二維和三維專用錐形束算法處理，形成層面或三維影像[7-8]。平板探測器采用高精度非晶態硅作為檢測元件，由于其空間分辨率高、成像動態范圍大、余輝小，因此可實現快速數據采集，且射線劑量低。旋轉一周就能獲得并重建一個體積內的CT圖像，實現快速實時成像?；谄桨逄綔y器的錐形束CT的信息模式、成像模式和過去的CT有所不同，是CT技術的一個重大突破性進步。

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，從動態增強CT資料中了解組織血流灌注情況，開創了CT功能成像的先河。90年代多層CT出現，灌注成像快速發展。其原理是基于對比劑具有放射性同位素的彌散特點，根據放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律：BF=BV/MTT，通過從靜脈團注射對比劑，在同一區域進行重復快速CT掃描，建立動脈、組織、靜脈的時間密度曲線（TDC），并通過不同的數學模型計算出密度曲線、血流量（CBF）、血流容量（CBV）、對比劑通過時間（MTT）和對比劑峰值時間（TTP）等血流動力學參數及彩色函數圖，從而對組織的灌注量及通透性作出評價。該技術的應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的發展，時間分辨率提高，同時多層面檢測，大大提高了灌注參數的測定精度，在心、肝、肺、胰腺等的診斷中也取得了有效的成果，給醫療技術開展提供有益的依據[9]。

3.2 CT能量成像（CT Energy Imaging）

CT 能量成像首創于20世紀70年代，早期的能量成像主要是胸部攝影和骨密度測定。由于CT技術的局限，沒有得到廣泛應用。2005年雙源CT誕生，CT能量成像得到快速發展。

X射線和被照物體作用后的衰減值的大小，隨物質的不同而不同，隨X射線的能量不同而不同。每一種物質都有自己X射線能量特性。根據物質的能量特性，用不同能量的X射線照射物質，產生的X射線衰減值差異性，在二維能量空間內，對被照物質進行定位和成像顯示，從而可實現對被照物質的識別、定位和定量分析。這種利用不同能量射線而對物質的識別與成像的技術叫做CT 能量成像。

CT 能量成像的實現方法有多種，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）探測法[10]、雙源法，現常規使用的是雙源法。2005年西門子公司生產了雙源CT，在CT機架上垂直放置兩套球管和兩組探測器。兩個球管電壓分別為80 kV和140 kV，輸出X線能量分別為53.3 kev和70 kev，同時為保證低kV球管輸出足夠的X射線，其管電流約為高kV球管的3倍[4]。兩個球管分別同時發出X射線，然后經過能譜純化，選擇性濾過高低能譜重疊的部分。這基本實現了雙能成像的硬件條件。當兩個球管同時旋轉工作時，能獲得兩組不同能量下的CT值，在二維能量空間內，用不同的數學模型來實現不同的臨床應用。按醫學應用要求，臨床應用可分為圖像分割、圖像分析和圖像優化顯示三大類。

當前在CT血管成像中，可以祛除鈣化的高密度成像，保留血管內碘的高密度成像，準確顯示血管狹窄程度。在泌尿結石中，可以區分尿酸結石和其他類型的結石，為治療方案的確定，提供有力的依據。在肌腱和韌帶形態學顯像，小關節痛風結石診斷上都取得較好的成果[11]。能量成像技術正處于起步階段，進一步發展，能量區間將不僅限于雙能，而是向著多能量能譜成像發展，將利用不同物質的能量特性，鑒別出傳統物質密度難以分辨的結構和成分。

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

近年來，螺旋CT的普遍使用，大范圍的容積掃描成像開展，受檢者所承受的輻射劑量越來越引起人們的重視。2005年雙能CT問世后CT的低劑量成像技術普遍得到應用，成為人們關注的熱點。經大量統計研究，即使低劑量電離輻射（0～100 mSv）對人類健康也會造成威脅[12]。降低CT檢查的輻射劑量是勢在必行、大眾的期待。當前CT檢查，劑量越強，CT圖像質量越好；劑量低，則CT圖像質量差。目前放射學界一致認為，CT低劑量技術的使用應遵守放射防護最優化原則（As Low As Reasonably Achievable，ALARA），即保證良好的圖像質量的同時，盡可能合理地降低受檢者的檢查劑量。

目前應用臨床的低劑量掃描技術主要有：降低管電流、降低管電壓、增大螺距、自動管電流調制和迭代重建算法等。實際應用研究表明，現有的降低劑量的方法以外，對不同人采取不同的個性化掃描采樣方法，會使照射劑量有較大的不同。

西門子的智能最佳kV掃描技術，同時實現kV自動選擇、mA的自動選擇和曝光角度的自動選擇?？筛鶕軝z者的體型和檢查類型，在70～140 kV范圍內選擇合適的電壓[13]，可以在降低50％的輻射劑量同時，又增強圖像的對比度，提高圖像質量。

掃描環節使用選擇性能譜純化技術（Selective Photon Shield，SPS），降低無效輻射的同時，提高了二維能量空間的差異性[14]，使物質識別能力提高80％。X-Care技術可避免對敏感器官的直接照射，如對晶狀體、甲狀腺和乳腺的直接照射，能減少40％的輻射劑量?；谠紨祿牡亟ǎ⊿inogram Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）算法與傳統迭代算法相比，使72％的受檢者劑量低于2.4 mSv，并提高圖像質量。

CT低劑量掃描成像的發展，僅有幾年的時間，但已取得了可喜的成果，給人類生存帶來福音。隨著CT低劑量掃描成像技術的發展，新的CT低劑量技術還會不斷出現，使CT事業成為更人性化的檢查方法。X-CT技術的快速發展，使醫療設備在臨床的應用普遍廣泛，同時人們對CT技術提出了更高的要求和希望。在醫療診療中，能對人體全器官進行灌注成像及大器官動態功能成像是人們最大的期待，所以超寬探測器高速螺旋CT是當前的一個發展方向，錐形束平板探測器容積CT將是CT發展的一個目標，最終錐形束容積CT必將代替多層螺旋CT。對病變組織的定位、定性、定量分析，是醫務工作者長久的愿望。為此，能量技術應得到快速發展，能譜CT必將是CT發展的長遠目標，它將創造CT的一個新的輝煌。

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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