CT技术的发展-最详细!.doc

CT技术的发展 自从 Godfrey N Hounsfied发明 CT至今，CT技术应用到医学临床已有30余年的历史。从最早只能扫描头部到能用于全身各个部位检查，从单层非螺旋CT到多层螺旋 CT（T技术的发展突飞猛进，尤其是近十年来，更为迅速，平均每23年就有一个比较大的进展。本文仅就近10年来CT技术的发展做一回顾。一、CT成像技术的发展CT的出现是传统X线摄影和计算机技术结合的结果，将影像检查技术带人一个新的划时代的阶段。CT应用到医学临床已有30多年的历史。这期间CT的硬、软件技术经历了几次大的革命性进步，一次是1989年CT在传统旋转扫描的基础上，采用了滑环技术和连续进床扫描，滑环技术使扫描装置可顺一个方向作连续旋转，配以连续进床，扫描轨迹呈螺旋状，因而得名螺旋 CT（helical或spiral CT）。另一次是 1998年多层螺旋CT的问世，使得机架球管围绕人体旋转一圈能同时获得多幅断面图像，开创了容积数据成像的新时代。这两次革命性的进步在CT发展史中成为重要的里程碑。 1998年多层螺旋CT问世后，CT的扫描技术和临床应用都呈现加速发展的态势，几乎每年都有一个新的多层螺旋CT产品出现，4层、6层、8层、10层、16层螺旋CT等等。2003和2004年RSNA（北美放射年会）上，各个公司厂家又纷纷推出32、40、64层CT，成为目前CT发展的焦点。 近十余年来，从非螺旋 CT到螺旋 CT、单层CT到多层CT，CT主要的硬件技术变化表现在其探测器、球管、计算机系统以及伪影校准算法的不断进步上。1探测器技术的发展最早的单层CT探测器覆盖宽度只有10mm，最薄物理采集层厚也只能达到10mm。多层螺旋CT采用了阵列探测器，每一单列的探测器采集层厚可达到亚毫米，阵列探测器的组合覆盖宽度最早达到20mm甚至32mm；而现在64排CT的覆盖宽度可达40mm，最薄物理采集层厚依据不同厂家可做到高分辨率的亚毫米层厚05或O625mm。可以看到探测器发展是向着宽体、薄层的方向发展。覆盖宽度越来越大，层厚越来越小，会使影像质量更佳，扫描速度得到很大的提升，现在64排CT在10秒内即可以做全身的检查，同时所得到的图像都是高分辨率的亚毫米层厚。在单层CT中，扫描速度、图像质量和覆盖范围这三者之间相互矛盾、相互制约、相互影响，而随着探测器技术的发展，在多层螺旋CT中，这三者实现了有效的统一，临床检查能够同时实现薄层、快速、大范围的采集，很大程度上拓展了临床的应用。 探测器单元的大小也是决定图像质量的关键因素之一。在多层CT上不仅有传统的XY轴分辨率，还提出了Z轴分辨率的新概念。在16层CT上首次实现了真正“各向同性”新理念，就是在X、Y主轴分辨率一致或相近，其体素为一正方体，从而使得任意斜面的图像质量保持高度一致，有利于观察微小解剖病变和结构。在16层 CT上各厂家有0.5mm，0.625mm，0.75mm之差别，在16层以上CT包括32、40、64排CT，GE、Philips和Siemens都采用了0.625mm或06mm的层厚，Toshiba采用了0.5mm的层厚。受益于球管焦点、机架设计。0.625mm层厚等优化设计，以及最大限度优化了图像的噪声、扫描剂量和图像质量之间的关系，尽可能找到一个平衡点。 在探测器将来的发展中，我们可以看到探测器采集的最薄物理层厚已经达到了亚毫米，将来再提高的空间比较有限，而且临床价值也有待探讨。相反，探测器的宽度却有着很大的发展空间，甚至于将来的平板CT，也是宽体探测器的一个最终体现。2球管的技术发展在单层CT上，球管的热容量和散热率比较低，在检查中若要进行大范围或薄层扫描就需要球管冷却等待，限制了许多的临床应用。随着多层CT的出现，扫描覆盖范围增大、层厚变薄，球管设计也逐渐走向大热容量、高散热率和高毫安输出的方向，以保证能进行薄层、快速。大范围检查，并同时得到高质量的图像。 目前在多层CT上，球管设计和选择有两种发展趋势：以GE公司的“V8”大力神球管为代表的大功率高毫安输出球管和以Siemens公司为代表的Straton“0M”高散热率球管。 衡量图像质量的标准之一就是毫安秒（mAs），随着机架旋转速度的不断加快（目前在16层以上的CT，旋转速度均在04秒以内），更宽体的探测器技术的发展和亚毫米的扫描层厚都要求更高的毫安输出量才能保证一定的毫安秒（mAs）以获得良好的图像质量，而且更宽体探测器技术大大缩短了CT扫描时间，一般在10秒时间内即可覆盖全身检查，这些特点决定了球管的发展趋势。GE、Philips和Toshiba都采用了8Mhu或7.5Mhu大容量球管，这种设计可以保证在不同胖瘦病人和扫描部位时均可以得到优质的高分辨率的图像，随着扫描时间的缩短和探测器阵列层厚更薄，将来的球管对峰值毫安的设计要求可能会更高。“0Mhu”球管散热率可达5Mmin是其最大的特点，可以保证长时间的扫描而无需球管冷却等待。3图像后处理的进展近10年来，各厂家在CT 的图像后处理上下了很大功夫。原来单层螺旋CT逐步可以开展初步的二维、三维图像的重建，在多层螺旋CT出现后得到了快速发展，为临床诊断带来了新的立体诊断模式，使CT的临床应用有了进一步的突破，可以实现心脏冠脉的无创成像、血管的曲面跟踪重建CT功能学分析、CAD技术等等。同时，多种后处理技术的综合应用并且程序化，更加丰富了影像学的信息，例如心脏“一站式”的后处理技术，只需选择一个程序，就可以同时得到冠状动脉的曲面2D图像、冠状动脉的平面拉直测量、冠状动脉束的显示以及心脏的形态、心室壁厚度及心室射血功能等诸多信息，使得无论从影像还是从临床角度都能最大程度获益。 后处理技术的进展另一表现是各厂家都把原来在工作站上才能做的各种功能移植到操作主台上进行，使得扫描检查和图像后处理更加紧密结合，也特别使得一些中级以下医院节省了费用。 关于计算机系统以及算法上的改进，由于篇幅所限，在这里不再赘述。4影像数据管理的进展随着CT薄层大范围扫描的临床应用和扫描层数的增多，图像扫描、数据采集、传输、后处理重建将面临庞大的数据流。尤其是到了64层CT，上千幅图像成为了常规。以前在后处理平台上各厂家都在追求稳定性、安全性、便捷性。随着数据的增多，如何加快图像后处理，加强有效数据的管理，是提高诊断医生的工作效率，减轻操作医生负担的关键。采用新技术使数据采集、重建和后处理一体化，是各厂家追求的目标，也是广大临床医生的迫切需求。现在GE公司推出的“深蓝平台”，借助于容积重建加速引擎该平台在扫描的同时就能获得直接二维冠、矢状面和直接三维的图像，突破了传统以横断位测览图像的模式。数据向PACS和M作站定向传输时，事先就根据系统部位的不同进行了专业分组，解决了网络拥堵，实现了数据分流。此外，在高级后处理软件上整体融合CAD智能诊断并实现定性定量诊断，突破了从前单一定性诊断和单凭经验诊断的模式。二、CT临床应用的进展1、心脏成像CT的心脏成像是CT临床应用的划时代的突破，能对运动脏器的解剖细节进行细微观察和病变诊断为影像学诊断开拓了全新的领域。在心脏成像中又一全新概念被提出：“时间分辨率”。时间分辨率的大小直接影响到冻结心脏的搏动，即检查成功率和心率覆盖范围。16层CT的采集时间一般为0.3750.5秒（全周扫描）。但在用于心脏检查时，由于全周扫描速度不够，目前的多层螺旋CT还不能象EBCT一样实现一个心动周期一次全周扫描。绝大部分的厂家采用的是多扇区采集，即按心动周期将全周扫描分割成几个区，分次扫描，然后通过软件技术将其融合成一幅图像。多扇区采集的扫描时间为实际扫描时间除以2倍的心动周期数，如035秒扫描时间，四扇区采集，则它的扫描时间为44ms；再如0.33秒扫描时间，二扇区采集，则它的扫描时间为83ms。为提高心脏检查时的空间分辨率和时间分辨率，各厂家还推出了众多的心脏检查专用技术，如变速扫描，即扫描速度与心率自动匹配，根据病人的心动周期，特别是心律不齐者，调节扫描速度的方式。期相选择性曝光则可在心电门控下仅选择舒张期曝光，收缩期不曝光的节省剂量的扫描方式，尤适于冠状动脉的观察。全自动心电智能算法扫描可在心电门控状态下准确推算出下一个“R”波到达的时间，从而启动扫描，实现前瞻性心电门控扫描。RR任意时相重建技术等等。 目前最快的心脏成像能在5秒内完成扫描，既减小了由于长时间憋气和造影剂注射引起心率波动对检查成功率的影响，又大大降低了造影剂的用量，使幼儿、病重体弱患者都能在如此短的检查时间内积极配合完成扫描。此外，专家级心脏后处理软件功能，可以对冠状脉、心肌、瓣膜进行多种重建和分析，从而对心脏进行全面的形态和功能诊断，提供了“一站式”的全息心脏解决方案。2CT功能学成像分析传统的CT影像学只要是对形态学进行诊断，近年来兴起的CT灌注功能（CT Perfusinn）主要可以对组织的血液动力学进行诊断分析。CT灌注成像技术的理论基础为核医学的放射性示踪剂稀释原理和中心容积定律（central volume priciple）：BFBVMTT。放射学对比剂经静脉注人，具有与放射性示踪剂相同的药物动力学，因此放射性核素的示踪原理可用于动态CT的研究。注人对比剂后动脉及组织的时间一密度曲线（TDC）的横坐标为时间，纵坐标为注药后增加的CT值，其变化反映的是对比剂在该器官中浓度的变化，即碘聚集量的变化，从而反映了组织灌注量的变化。 CT灌注技术首先最多应用的就是评价脑缺血的状况。它可以早期显示脑缺血的病灶，Mayer TE研究灌注CT最早可在出现症状30分钟后显示病灶，异常灌注区表现为CBF下降；CBV正常或轻度升高，严重时下降；MTT基本正常或延长（延长的MTT是一个相当敏感的指标）；TIP延长或消失。普通CT一般要到缺血18一24小时后才能显示病灶，常规MRI FSE 2WI要到症状出现26小时以后才能显示高信号，因此脑CT灌注成像在早期脑梗死的诊断上具有重要意义。 此外CT灌注技术在肿瘤诊断中也有了很大进步，它可以反映肿瘤内血管的生长情况和血液动力学情况，肿瘤中血管生成的研究认为肿瘤新生血管情况是评价肿瘤生长、转移、良恶性及恶性程度的重要指标。病理学家应用免疫组化的方法测定肿瘤内微血管密度（MVD）来判断肿瘤的恶性程度。运用CT灌注成像技术对其研究，不仅有助于鉴别诊断，判断肿瘤血管生成的情况，对肿瘤的生物学特性及治疗和预后的判断也将有一定的参考意义。 虽然CT在肿瘤中的应用刚刚起步，但研究表明BF、BV、MTT和PS均能反映血管生成过程中的血管变化，而且能够用CT灌注在活体准确测量，从而为更好勾画出肿瘤边界，判断预后和治疗效果提供有价值的信息，今后有广阔的应用前景。新对比剂的开发具有更高的分子量和更低的渗透组织对比剂提取分数（指肿瘤和脑以外的组织），会进一步提高灌注测量的准确性。3低剂量CT普查以及CAD（计算机辅助检测）技术CT低剂量筛查越来越为广大医务工作者所重视，这是近年来数字影像技术综合发展的结果，包含多层CT、图像处理和CAD等技术，主要用于肺癌，冠状动脉钙化积分和结肠癌的早期检查。这也是得益于多层螺旋CT技术的发展以及CAD计算机辅助检测技术的进步。20世纪90年代初随着螺旋CT的出现，由于其一次屏气可以完成全肺扫描，同时多层螺旋CT可以进行薄层再重建，常规得到高分辨率的图像，不会遗漏小的结节，因而提出低剂量螺旋CT筛查肺癌这一方法，使肺癌筛查重新得到重视。在肺癌筛查中，计算机辅助检测系统起着越来越重要的作用，它可以提高结节检出的准确率、提高检查效率，增强检查信心。 当然，应用螺旋CT低剂量肺癌筛查目前也仍然存在一些争议，探讨的焦点是人T筛查能否降低肺癌病人的死亡率及对经济价值分析等问题的考虑。这需较