CT（计算机断层扫描）纵谈

向青岛医学工程学会的各位领导、同仁致敬！CT(（ComputerTomography）纵谈青岛大学医学院附属医院徐子森一、CT概述X-CT是X线技术与计算机技术相结合的产物。X-CT是近代30余年来医学界最有成就的技术之一。1968年Hounsfeild研制出第一台CT扫描机。CT经历了1-5代的发展。螺旋CT的研制并普遍应用。1998年的RSNA上有四个CT厂家推出4层螺旋CT。多层CT（MSCT）发展，2，4，6，8，16，32，40，64层。形态解剖与功能成像结合---CT/PET。未来X-CT将是平板CT（PlateCT），即用广角锥形X线束曝光一次，平板探测器得到扫描部位的容积数据，重建检查部位任意平面的图像。1968年CT问世200364层螺旋CTCT创始人Hounsfeild早期的头颅CT现在的MSCT二、CT的成像要素X线球管（X-rayTube）--发出X射线探测器（Detector）--将X射线衰减信息转换为电信号DAS（DataAcquisitionSystem）--

数据采集系统将电信号转换为数据阵列处理机（Arrayprocessor）--

图像重建图像后处理、显示、记录、存储三、CT的成像原理X线球管发出的X线束围绕人体某一部位作一个接着一个的断面的扫描。由探测器记录下X线衰减信息转换成电流信号。DAS的对数放大器将信号放大，积分电路将电流信号转换成电压信号，A/D转换成原始数据。阵列处理机图像重建。图像经后处理可送到PACS网，可D/A转换显示，可送到硬盘、软盘、光盘、磁光盘存储，可经激光相机、多幅相机打印照片记录。X-rayTubeX-rayTubeBODYDetectorDASCPUMonitorDisk/MODLaserImagerCT成像原理框图PACSPACS四、CT的分代工业技术和电子计算机技术是CT发展的基础。CT自临床使用至今已经历了1-5代的发展。分别简介如下：第一代CT扫描机X线管为固定阳极、用外接热交换器散热X线束为笔形束探测器数目为单个或数个扫描方式为旋转+平移（R+T）单层扫描时间为数分钟应用范围仅限于头部CT检查第一代CT扫描方式“R+T”第一代CT扫描示意图第二代CT扫描机X线管为固定阳极、用外接热交换器散热，或内接热交换器X线束为窄角扇形探测器数目为几十个扫描方式为旋转+平移（R+T）单层扫描时间为几十秒应用范围多用于头部但可应用于体部扫描第二代CT扫描方式“R+T”第二代CT扫描示意图第三代CT扫描机X线管为旋转阳极、用内接热交换器散热X线束为扇形束探测器数目为几百个扫描方式为旋转+旋转（R+R）单层扫描时间为一至数秒应用范围可应用于全身CT扫描，是经济普及型CT探测器第三代CT扫描方式“R+R”第三代CT扫描示意图第四代CT扫描机X线管为旋转阳极、用内接热交换器散热X线束为扇形束探测器数目为几百至几千个扫描方式为X线管旋转+探测器一周静止分布（R+S）单层扫描时间为一至数秒应用范围可应用于全身CT扫描，造价较高X-rayTubeBODYX-rayBeamDetectorRing第四代CT扫描方式“R+S”第四代CT扫描示意图第五代CT扫描机第五代CT叫电子束CT（ElectronbeamCT。EBCT），亦称为超快速CT（UltraFastCT，UFCT）。主要组成部分有电子枪、聚焦线圈、偏转线圈、四层靶环和与之对应的探测器群、床面快速移动的检查床及其控制系统。（见后图）EBCT扫描示意图EBCT扫描过程和优缺点其扫描过程为：电子枪发出的电子束经聚焦线圈和偏转线圈的共同作用使其打倒靶环上，产生X线，X线穿透人体形成了带有人体密度信息的衰减X线被探测器吸收，经信号放大、模数转换、图像重建和后处理就可得到较高清晰度的CT图像，然后存储或记录。优点：成像速度特别快，可达0·05秒/层，主要用于心血管系统的CT检查。缺点：价格昂贵限制了其发展。国内仅有两台。五、单层螺旋CT（S.S.SpiralCT）螺旋CT是80年代后期在第三、四代CT的普遍应用及高、低压滑环的基础上发展起来的。它是利用X线管连续旋转，配合扫描检查床的匀速移动，从而得到检查部位的连续容积数据，插值重建出检查部位的横断面图像，根据需要可做后处理（MPR、MIP、3D、CTVE等）。螺旋CT屏气一次就可完成整个胸部或腹部的扫描，克服了普通CT扫描胸、腹部器官因呼吸运动造成扫描漏层现象。扫描时间缩短至亚秒，图象重建时间缩短至每幅6秒以内，显示矩阵可达1024x1024，图象存储硬盘由原来的几百MB到几GB，由磁带存储改为光盘或磁光盘。螺旋CT螺旋扫描演示螺旋CT发展Timeisflying—CTscanningtoo!单层双层4层8层16层64198919931998200020012003单层螺旋:每圈获得1层多层:每圈获得2-64层或更多六、多层螺旋CT（MSCT）多层螺旋CT（MSCT）与单层螺旋CT（SingleSliceSpiralCT）基本原理是相同的。MSCT包括64层均为三代机，都是X线管和探测器同步围绕人体旋转，由探测器接收穿过人体的X线，将之变为电信号，后经信号处理和图像重建及后处理，而得到图像。根本区别在于探测器的排数和DAS的数据通道数，普通CT的Z轴为单排探测器和单数据通道，MSCT的DAS有2-64个数据通道，探测器排数2排到64（128）排。4层、16层螺旋CT各家探测器排数及排列SiemensGEPHLIPSTOSHIBA4层8排1,1.5,2.5,5mm,各2排不等宽对称16排1.25mm等宽对称8排1,1.5,2.5,5mm,各2排不等宽对称34排30x1,4x0.5mm,等宽对称16层16排0.75mm8排1.5mm共32排16排0.625mm8排1.5mm共32排16排0.75mm8排1.5mm共32排16排0.5mm24排1.0mm共40排Siemens和PHLIPS公司16层螺旋CT探测器TOSHIBA公司16层螺旋CT探测器32x排探测器64xDAS数据采集系统多层CT的探测器和DAS数据采集系统MSCT的技术进展探测器材质和结构：均采用稀土陶瓷固态探测器，X线吸收率高，性能稳定，缺点为价格昂贵。X线球管：为解决大范围螺旋扫描和连续曝光，发展和设计大容量X线管，提高散热率。滑环和旋转驱动技术：高、低压滑环技术的优劣，最终以低压滑环的稳定性好、危险性低、无须水冷等优点成为优胜者；旋转驱动技术现有皮带（或钢带）驱动和磁悬浮驱动技术两种，优劣正在争论尚无完全定论。计算机系统：提高图像处理速度等方面的发展，如图像重建时间由原来的几秒/幅发展到20幅/秒。低压滑环旋转驱动技术电磁驱动比作磁悬浮?多层CT的优点多：功能多，扫描范围大快：2-64层或更多/亚秒好：图像质量好，15-30LP/cm省：节省管球亚毫米层厚，亚秒扫描，亚秒重建Siemens64层CT探测器Z轴向分布64层螺旋CT现状自从2003年在RSNA上西门子公司首先推出64层螺旋CT。PHLIPS公司推出40层螺旋CT，GE公司推出32层、64层螺旋CT，PHLIPS公司又推出64层螺旋CT。目前国内有装机的只有西门子公司，GE和PHLIPS公司的64层国内均无装机。GE公司用64排探测器配合64个数据通道，最快0.35S扫描一周,得到64层0.625mm层厚的图像.西门子公司共40排探测器配合64个数据通道，用其中的32排探测器和Z轴双倍采集技术，最快0.33S扫描一周，得到64层0.3mm或0.6mm层厚的图像。64层螺旋CT中的新技术电子束控金属球管--（0M金属球管）

飞焦点Z轴双倍采集（Z-Sharp）技术

探测器的余辉时间--超快速稀土陶瓷(UFC)探测器材料

电子束控金属球管技术内含阳极靶盘是管壳的一部分，其正面焦点面接受电子束撞击产生X线，背面直接浸在循环油中散热，实现阳极热容量几乎无限大(0MHU),能承受大功率连续使用。灯丝位于阴极端转轴中心，电子枪控制电子束大小、形状、截面积。管外偏转线圈控制电子束的行进方向，使之准确击中焦点位置。金属管壳与阳极相连，阴极端的陶瓷盘承接两极组件的连接和绝缘。管整体旋转，外置轴承。转轴分别在阴阳极组件外侧。360⁰窗口，“窗带”强度高，X线吸收少。体积小：直径120mm，管长160mm，全长200mm。质量轻。电子束控金属球管电子束控金属球管飞焦点Z轴双倍采集（Z-Sharp）技术旋转扫描一周可获得双倍探测器层数的图象信息。探测器在Z轴上具有32排0.6mm宽探测器单元，通过X线球管内的持久偏转电子束，焦点可在Z轴方向上不断飘移，得到64层图像。焦点在两个Z轴位置之间移动，两次同步投影采样---每次投影可获得32层图像---Z轴偏移准直层厚的一半，即0.3mm。以每两个32层投影融合得到一个在Z轴采样距离最小0.3mm或0.6mm的64层图像。该采集方式可进一步优化螺旋重建，充分消除螺旋伪影，同时因锥形角小，有利于消除锥形束伪影。

飞焦点Z轴双倍采集（Z-Sharp）技术偏转的电子束投射2个精确的焦点(偏转频率>4600/s)Z-Sharp技术Z32排探测器64层DAS0,6mm0,6mm飞焦点Z轴双倍采集（Z-Sharp）技术zTube

周边的薄层图像模糊伪影FOV锥形角伪影：

>4层以上螺旋CT成像的难题双倍Z-轴采样技术的临床优势

任何扫描螺距下，有效消除螺旋伪影HeadPhantomSimulation64x0.6mm–1x64Slices64x0.6mm–2x32Slices0.60.50.4mm0.60.50.4mmFeed27mm/rot(0.5s,pitch0.7,150mAs)Feed27mm/rot(0.5s,pitch1.4,150mAs)超快速稀土陶瓷(UFC)探测器材料

超快速稀土陶瓷(UFC)探测器材料的余辉效应的衰减消退速度较其它厂家采用的稀土材料钇钆氧化物(YGO)快400倍。可提高骨与软组织的对比度。保证了在0.33秒/360°扫描速度下Z轴双倍采集技术（Z—sharp技术）的应用。七、CT/PET近几年世界各大医疗设备生产公司相继推出PET和CT相结合的设备CT/PET。优点：是把形态解剖影像和分子功能显像相结合的设备。多用多层螺旋CT与PET结合。CT/PET乳腺肿瘤的CT、PET、PET/CT图像八、未来的CTCT用平板探测器九、MSCT的临床应用优势更清晰的3D图像CT灌注（CTPerfusion）更清晰的心脏和冠脉成像高级肺分析软件(ALA)CT结肠成像技术(CTC)CTA更清晰的3D图像动态3D图像

动态3D图像动态3D图像清晰的腹部3D图像SSD显示颅面部血管畸形清晰的3D图像清晰的胆道系统CBFCBVMTT脑血容量(CBV)脑血流速度(CBF)平均通过时间(MTT)CT脑灌注脑胶质瘤CT灌注脑血流速CBF图脑血流量CBV图脑血流平均通过时间MTT图体部肿瘤CT灌注（肾）TBFMTTTBV

CT肝脏灌注TBFMTTTBV肿瘤血流量图（TBFMap）显示胰腺肿瘤和肝转移灶血流量增加CT心脏成像技术(CardiacIQ)更清晰的冠脉显示清晰的心脏及冠脉显示CT冠脉重建成像vs

常规数字血管造影冠脉搭桥血管重建图像收缩期舒张期室壁瘤先天性心脏病室间隔缺损高级肺分析软件(ALA)ALASizeandShape-Size(3-5,5-8,8+)-Sphericalvs.lobulatedInternalComponents-Calcification-Groundglass-FattytissueInternalConnectivity-Solitary-Internalvessels-SpiculationPositioninLung-Center/Lower/UpperLobe-Attachedtowall(pleura)-Attachedtomajorvessel/Bronchi-InsidebronchialpassageALAVolume-239.75height-11mmLength-13.3mmVolume-2