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CT笔记3-螺旋CT、多层CT、“层”与“排”的区别

螺旋CT

螺旋CT是在计算机、电子技术和电器性能得到快速进步的基础上为了缩短扫描时间,减少运动伪影而发展起来的。在螺旋扫描中,X射线源与病人扫描床同时运动,这种扫描方式使得原始数据获取的时间大大地缩短了,横断层面可以在呼吸状态保持不变的情况下一次扫描而得。

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围绕滑环螺旋CT扫描技术的开发,其硬件和软件正在进行相应的变革:

  1.X射线管;

 X射线管功率有待提高。管电流最大mA输出量,X射线管阳极的热容量和管壳的散热性的相应提高,X射线管自身稳定性和寿命。

  2.探测器采用稀土陶瓷探测器,提高了稳定性

  3.机架与检查床机架设计采用人机工程技术

  4.高速大容量计算机系统:实时处理和显示图像,计算机内存和硬盘容量也必须增大。激光相机是目前普遍采用的照相工具,DICOM接口技术使得接口趋向标准,可与其他机器兼容。

  5.软件技术螺旋扫描是一种体积扫描技术

1螺旋扫描的优点

  1.螺旋CT的连续扫描,可满足绝大部分不同部位的CT检查。

  2.具有在选定位置及间隔上进行回顾性重建的能力,提高了病灶检出率。

  3.有益于危重患者的检查,使扫描在增强高峰期完成,能获得最佳增强效果,减少造影剂用量。

  4.提高了病灶密度测量的准确性,减少了部分容积效应的影响。

  5.可进行多断面或三维图像重建,重建图像质量好。

  6.扫描时间短,使病人更容易接受或耐受CT检查,这对快速诊断更有意义

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2、有关的参数

  1.周数(revolutions)一次数据采集中X射线球管的旋转周次。

  2.螺距(pitch)X射线管旋转一周时扫描床移动的距离。

  3.CT螺距系数(CTpitchfactor)螺距Δd除以通过X射线管辐射时产生的体层切片的数目N与标称体层切片厚度T的积。又称螺距因子,或简称螺距

  CT螺距系数=Δd/(N×T)

  4.重建间隔是相邻两层面的纵向距离

  螺旋CT中产生的图像数目取决于选择的成像间隔和床的移动距离。数据采集前螺旋参数的选择包括层厚和螺距因子。不同于传统CT扫描,其图像的数目是重建的函数,因此可以在数据采集前或后设定。而螺旋数据依据选择成像间隔,可以在一周内重建出一个或多个图像。

  5.回顾性:螺旋CT的一个重要特性是回顾性重建。也就是说,先收集螺旋原始数据,然后可以在任何位置上对图像进行断层重建。

 

  3、滑环技术

  滑环技术是螺旋扫描的基础。滑环技术解决了机架旋转部分与静止部分的馈电和信号传递方式,可以实现连续扫描。滑环技术是用一个多圈滑环和一个碳刷架代替电缆,当电刷沿滑环滑动,则电源经滑环与碳刷而向X射线球管供电。

采用滑环技术来处理扫描机架中旋转部件和静止部件的馈电信号传输,摆脱了各电缆的缠绕限制,使系统变得结构紧凑、简便轻巧,扫描机架可毫无限制地向单方向连续转动扫描。滑环由三部分组成:

  1.传导设备操作与控制信号的低压环。

  2.供应X射线球管与变压器电源的电源环。

  3.向探测器输入输出数据的数据环。(许多螺旋CT机将1、3两个环用一个数据环替代。

  在CT机中滑环技术的工作原理类似于电力机车中的电力线及接触臂的关系,X射线管、检测系统结合在一起,组成旋转部件,在旋转中保持相对位置固定,如图3.4.3所示。机架上的静止部分则利用优质电刷和旋转的电源滑环紧密接触,实现内外两部分、动静两部分的连接,如此就完全取消了电缆连接。

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  3.1、低压滑环

对扫描机架中以低电压馈电的方式,称为“低压滑环”。低压滑环是由外界将数百伏的直流电输入到扫描机架内,电压较低,容易实现良好的绝缘,数据的传输性能也很稳定。但此时的电流很大,所以低压滑环要求碳刷与集流环接触电阻要非常小,集流环常采用电阻率非常低的材料制作。

 由于滑环的高压发生器装在机座旋转架上,要求发生器体积小、重量轻、功率大。所以发生器普遍采用中高频逆变技术,它是低压滑环技术的关键。

  组合式X射线发生装置:X射线管、高压发生器、逆变器等组合在一起当代高频技术在X射线发生装置中应用的技术成果。

  输入的是50~500V的直流电压,

 低压滑环优点:对绝缘要求不高,安全、稳定、可靠,工艺要求和制作成本相对较低,所以被大多数CT厂家所采用。低压滑环的不足:增加了旋转部分的重量、旋转力矩和离心力,给扫描速度的提高带来一定的困难。

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 3.2、高压滑环

高压滑环是利用滑环技术将高压电流馈入机架内以供给X射线管产生X射线。旋转的高压滑环装在充满绝缘或惰性气体的密闭室内,高压在外面产生1万伏高压,经滑环进入机座内旋转架上,高压发生器再产生120kV或140kV电压。

  高压滑环的优点:高压发生器外置,不增加旋转机架的重量,也不必担心集流环因触点电流而引起的升温问题,扫描速度更快。可使发生器功率做得很大,高压滑环的缺点:技术要求高。容易引起旋转部件和静止部件及接触臂、电刷之间的高压放电,绝缘较难处理,由此会引发高压噪声,影响数据采集。

多层CT机

从扇形线束扫描演变到锥形线束扫描是今后CT机发展的一个重要方向。这类小角度的锥形线束CT机也称为多排探测器CT机或多层面CT机(以下称为多层面CT机)。

  CT参数解析之“层”与“排”

  简介:

  多层螺旋CT也就是Multi-sliceCT是指扫描一圈所得到的图像数,如4层CT就是扫描一圈出4层图像,取决于纵轴方向数据采集系统(DAS)的个数。16层CT就是扫描一圈出16层图像。虽然单层CT也可以通过图像重建来获得几幅图像,但不是严格意义的层,类似大X光机。

  多排螺旋CT也就是Multi-detector或Multi-rowCT是指组成CT的探测器排数,如像Siemens,Philips,GE16层CT是24排,Toshiba的16层CT是40排。

  如果统称“多”,可以称“多排”,也可以称“多层”;如果具体到数字,例如16,64就只能称“层”,16层CT、64层CT等。因为在多层(排)CT,层和排并不一定一致。例如东芝公司生产的4层CT,就有34排探测器,因为只有4个DAS,所以旋转一周只能同时获得4层图像,此时是不能称为34层或34排CT的。

  16层设计的采集时间一般为0.5描(全周扫描),最低可达0.42秒,以一个身高155cm的病人为例,以2.5mm层厚采集将可在19-22秒钟完成全身的扫描明显提高了扫描的单位时间覆盖率。对包括心脏在内的动态器官全部可以实现一次屏息采集、这是4层采集的CT尚不能完全实现的。

  从理论上说,组成多层螺旋CT的排数约接近层数越好,这样可以减少探测器的间隔,减少噪声,但层厚的选择就少了。所以现在的多层螺旋CT的排数都大于层数(双层除外)。

  还有,就是现在大多数人把层和排的概念搞混了,平时随口所说的我的CT是64排的,其实是说64层,要知道探测器队列的多少对描述CT性能没有多少意义,而一圈所出来的图像数量也就是层意义非常重大,所以,这也是很多有识之士强烈要求放弃排这个说法的原因。

  CT技术参数的基本概念(“层”与“排”的区分)

 “排”是指CT扫描机探测器的阵列数,一般排数越多,探测器宽度越宽,一次扫描完成的宽度越大。有人将多“排”CT称为多“层”CT(multi-sliceCT,MSCT),在一般情况下两者的含义相同,即有多少“排”探测器,一次扫描即可完成多少“层”图像的采集。但是,如果每排探测器一次采集重建出2层图像,例如,西门子64层CT,实际探测器是32排,每排出2幅图像,因此一次采集可以形成64层图像。

CT技术的不断发展,使MDCT在心脏检查方面,无论在扫描时间上,还是在冠状动脉诊断的敏感性和准确性上都有明显提高,如:64排CT较以往16排CT扫描速度加快,由0.42~0.50s/周提高到0.33s/周,一次心脏扫描仅需8~10s简单说,主要就是探测器数量的不同,128排ct的有128个探测器,曝光一次可以生成128幅图像,64排就只有64个探测器,曝光一次有64幅图像。但图像不是排数越多越清晰。排数越多,检查时间就越短。越有利于运动部位的检查,如心脏。但是对于其他部位来说,检查结果差别不大,都能满足诊断需要。多排ct的研发(经历了2排4排16排32排64排128排256排也有样品了)主要就是解决心脏血管检查的,因为心脏是不能停止运动的。检查越快,运动引起的影响就越小,所以心脏检查肯定是128排要好于64排。“层”(slice)和“排”(detector-row)是两个完全不同的概念。“排”是指CT探测器在Z轴方向的物理排列数目,即有多少排探测器,是CT的硬件结构性参数;而“层”是指CT数据采集系统(DataAcquisitionSystem,DAS)同步获得图像的能力,即同步采集图像的DAS通道数目或机架旋转时同步采集的图像层数,是CT的功能性参数。

  主流产品发展历程

  1998年全球主要的CT供应商相继推出了4层螺旋CT,它们均有4个数据采集通道,可同步采集4层图像。然而不同的厂家采用了不同的探测器设计理念,它们的探测器排列方式有非等宽型(Siemens和Philips),等宽型(GE)和混合等宽型(Toshiba)三种,分别有8排,16排和34排探测器;2001年面世的16层螺旋CT有16个数据采集通道,可同步采集16层图像,各厂家都采用混合等宽型探测器阵列设计,Siemens、Philips和GE的探测器有24排,Toshiba的探测器有40排;2004年推出的64层螺旋CT有两种:GE、Philips和Toshiba为等宽型探测器阵列设计,64排探测器经64个数据采集通道同步采集64层图像。Siemens采用混合等宽型探测器阵列设计,共40排探测器,螺旋扫描时采用球管双焦点技术和Z轴双倍采样技术,64个DAS以每半个探测器宽度快速交替读取投射到中心32排探测器上的两组角度不同的投影,相当于两个32层CT在同时扫描,机架旋转一周可采集到64层图像。GE公司的4层CT(LightspeedPlus)和8层CT(LightspeedUltra)采用的是完全相同的探测器(1.25mm*16排),只是DAS通道数目不同。

  主流产品层级对比

  Siemens的双源CT采用双64层CT,其探测器的排列方式与64层CT完全相同,只是扫描视野的大小不同。Philips最新推出的iCT(急速CT)也只有128排探测器,采用非焦点技术实现256层图像采集。Toshiba最新推出的AquilionOne是320排探测器采集320层图像。由此可见,即使同一部CT机,“排”和“层”的数目也不相等。

  在多层CT技术中,DAS控制着数据的采集和传输,利用DAS电子开关对受X线激发的多排探测器阵列的不同组合,可进行不同层厚图像的采集,但同步采集图像的层数仍受DAS通道数目的限制。DAS决定了同步多层采集图像的能力,是决定同步多层图像采集的真正技术因素,所以与容积成像能力相关的应该是DAS通道数目,即“层”的数目。而“4、16、64”等数字正是描述与DAS通道数目相关的“层”的数目,“排”的数目多少只能决定对不同采集层厚的组合能力,与CT机同步采集图像的层数无关,因此4层CT、16层CT、64层CT的叫法也更准确。CT技术的发展创新最终将突破“层”与“排”的概念,但在现阶段,“层”更能精确的评价机器的性能,更符合人们通常的理解。

 

16层CT与64层CT的区别

  层:球管每旋转一周所产生的图像数(定义)

  16层/64层:扫描速度更快,数据获得量提高4倍。

纵向分辨率与各向同性提高:纵向分辨率的含义是扫描床移动方向或人体长轴方向的图像分辨率,它表示了CT机多平面和三维成像的能力。

球管旋转速度的提高
扫描跨度的大幅度提高

 

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注:本文为“影像之家”原创,如转载请标记来源。

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评论 1

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  1. #1

    我一直搞不清层和排,现在清楚了

    2009BME6个月前 (11-05)