多层螺旋CT的原理与技术

第1章多层螺旋CT的原理与技术

近年来，随着CT成像能力的迅速发展，临床应用特别是CT血管成像技术

的临床应用不断拓宽。只有掌握CT运营的基本原理，才干更好地理解CT血管

成像（CTA）日勺潜力和限度。

第一节CT的成像原理与构造

一、CT成像的基本原理

X婕管烧人的一定

厚度的原面

常规X线平片或透视是运用人体内

不同密度组织对于X线穿透后吸取能力

松施b推爻XttLA依字・a*

的哀M信以*战2

tt

字

不同的原理成像日勺。当X线透过人体后,信

号

因不同部位衰减限度不同，而在胶片或

荧光屏上形成相应组织或器官的图像。

CT仍然是运用X线的穿透性来成像。

为理解决常规X线成像中不同脏器的空

间重叠问题,CT采用高度准直口勺X线束围绕身体某一厚度的特定层面进行扫描,

扫描过程中由灵敏的检测器记录下X线穿透此层面后的衰减信息。由模拟-数字

转换器将此模拟信息转换成数字信息，然后输入电子计算机（图1-1）。

根据物理学原理.，X线穿透人体组织后会产生衰减，衰减的限度与物质的密

度和厚度有关。人体组织所构成日勺物质不同，因此对透射日勺X线可产生不同限

度的衰减，称为“衰减系数”不同。假设X线日勺初始强度为Io,组织日勺厚度为d,

衰减系数中衰减后『、JX线强度为I,则

I=Ioe

CT设备成像中，X线束“扫描”一种成像层面意味着从不同角度透射人体,

得到可满足重建数据所规定H勺多种投影信息。每

个方向上投射的X线都将穿过层面内投射轨迹

上日勺所有体素，达成检测器时，受到日勺衰减将是

各体素衰减作用FJ总和，以衰减系数N表达，则

j_I()e-(Ml-Hi2+p3+p4……)d

扫描中，随着不断地变化投影角度，则得到各个投影方向上的大量数据集合,

通过计算机实行相应的重建数学运算，最后可得到层面内每个像素的X线衰减

信息(图1-2)。这些X线衰减数据即构成数字矩阵，为了使图像直观化，此数

字矩阵经数字-模拟转换后，以由黑至白口勺不同灰阶表达层面内不同位置组织所

导致的X线衰减强度，即将每一像素H勺X线衰减系数转换为相应H勺灰度值，可

通过图像显示屏输出就得到所成像层面日勺图像，这样此层面内的I诸解剖构造就可

清楚地显示出来。

二、CT的基本构造

虽然目前CT设备通过30近年日勺发展，浮现多种设备类型，但是CT的重要

构造构成从功能构成上仍然分为如下四部分：扫描部分、计算机系统、操作控制

部分以及图像的存储与显示系统。

1.扫描部分

涉及X线发生系统、准值器、检测系统、扫描架以及检查床等。重要构造

涉及：

(1)X线发生系统

此部分口勺基本功能是提供成像所需的稳定X线束，涉及X线球管、高压发

生器和冷却系统等。CT机的X线球管，一般采用旋转阳极球管。球管焦点较小,

约0.6〜2mm大小。球管的热容量均较大，最新的可达500万热力单位，以适应

连续大范畴扫描H勺需要。为保证CT机球管H勺正常工作，还需要辅助的高压发生

器提供一种稳定日勺高压以及相应日勺球管的冷却系统。

⑶准值器

位于球管Fjx线山口处，为窄缝样设计，可根据扫描规定调节为不同的宽

度，用以对特定厚度的某部位进行成像。

（3）检测系统

涉及位于扫描架内欧I检测器、检测回路和模数转换器等，其重要任务是检测

人体对X线的吸取量。

检测器分为气体和固体两大类。较初期的设备多使用气体检测器，其采用气

体电离日勺原理，当X线使气体产生电离时测量所产生电流日勺大小来反映X线强

度欧I大小。常用气体为包气。固体检测器，当接受X线能量时可将其转换电信

号，进行光电换能。涉及闪烁晶体检测器等，闪烁晶体有碘化钠、碘化钠、铝酸

镉和错酸钿等，但是初期的检测器在能量转换时损失较大；而目前使用较多H勺稀

土陶瓷检测器的光电转换效率大为提高。

检测器、CT球管以及准值器等都位于扫描架内，共同构成了X线-检测系统,

扫描过程中X线或间断脉冲式，或连续发射；检测器不断检测X线吸取量，然

后将所采集日勺数据通过模拟-数字转换输入计算机系统。

2.计算机系统

计算机系统日勺重要任务有两方面：一是扫描的控制，涉及扫描架和检查床的

运动、X线MJ产生、数据的采集以及各部件之间的信息互换等；二是承当数字解

决和图像重建的任务，即将采集日勺数据通过数学计算得到相应层面的数字矩阵。

CT设备日勺计算机系统少者只有一台计算机，但由于任务量较大，常采用多

台计算机并行解决的方式，以提高采集和解决速度。按照所承当的任务分为主计

算机和图像解决计算机两部分。图像解决计算机与主计算机相连接，负责解决多

组数据，自身不能独立工作。

3.操作控制部分

操作控制部分重要涉及操作台，通过操作台输入整个CT操作或控制命令，

进行扫描程序，扫描曝光条件的设定与选择，控制X线.检测系统H勺工作。同步

检查前通过此部分要输入有关图像辨认的多种数据和资料（涉及患者检查号、患

者基本资料、体位等），检查后还要控制图像的|显示，以及窗宽、窗位日勺选挺等。

随着CT设备的不断改善和提高，操作台的性能也日趋完善。目前操作台

己集操控和显示于一体，使用以便、功能全。为了提高工作效率，常配备与CT

相连的CT诊断和后解决工作站，以便图像的浏览和后解决。

4.图像的存储与显示系统

图像的存储设备涉及磁盘、磁带等。扫描的原始数据最初存贮在CT设备的

缓冲区，待扫描完毕，原始数据通过相应解决后所得H勺图像数据则存入CT磁盘

日勺图像存储区。磁盘的容量，随机器种类而不同。为了以便大量患者检直数据的

存储，CT设备常还需要此外日勺接口，可以将数据读取到外源的存储器，如高密

度磁带或磁盘，这些外源H勺存储设备可大量记录图像数据。近年来，磁光盘应用

也逐渐增长，存储量较大，但检索更以便。

图像显示系统，CT机自身多采用显示屏，初期为灰度级别较高的黑白显示

屏，灰阶的I显示可达16〜64级。现由于后解决技犬的发展和需要，多采用彩色显

示屏。检查成果目前仍需用照相机以胶片的形式输出图像给患者，多采用激光照

相机与CT设备相连输出胶片，直观以便，但成本较高、不易保存。

目前，随着影像设备数字化的进展，国内已有不少医院开始为患者，检查后

提供光盘形式的图像，此种形式的图像不仅可以有常规的横断面图像，并且可以

涉及彩色与立体H勺图像信息。

第二节CT设备的发展

自Housfiled于1969年设计发明了第1台CT原型机至今，CT设备先后通

过不同的设计和发展，按照采集方式的不同可分为如下类型：

一、层面采集CT

自从CT原型机至1989年之前，CT设备采用H勺是层面采集方式，即每次扫

描采集一种层面日勺信息，扫描时检查床是静止不动的I,扫描完毕后检查床移动一

定距离再进行下一种层面的扫描。这种设计的因素是CT扫描架内的X线管连接

着高压电缆，受电缆的制约每次扫描管球旋转后必须复位，再开始下一次扫描。

除少数不发达地区使用外，层面采集方式的CT机已退出主流。

二、螺旋CT

螺旋CT采集方式发展啊基本是滑环技术的开发与应用。该设计是在扫描架

内置一种环形滑轨即滑环，X线球管可以从滑环上得到电源（初期为高压电源,

现己发展为低压电源），这样X线球管就可以挣脱了老式的电缆，在滑轨上连续

绕患者旋转和不断发射X线束。检测器仍采用层面采集CT日勺设计模式，在滑环

上与X线管同步连续旋转。

螺旋CT与层面采集CT此外一

点不同之处是，在X线管在滑环上

连续旋转时，检查床不再是静止不

动，而是在整个信息采集过程中做

匀速的纵向移动。这样，X线束在rm

人体上的扫描轨迹不再是垂直于身体长轴的平面，而是连续的螺旋状，此即为螺

旋扫描方式（图1-3）0

第1台临床实用的螺旋CT设备在1989年问世，这种新的扫描方式不仅大

大提高了扫描速度，并且在设备日勺硬件（如X线管日勺热容量）、患者检查日勺方式、

重建理论等方面引起了一次新的突破性发展。螺旋CTMJ浮现具有明显的意义；

①扫描层面之间不需再做停止，可连续迅速扫描，大大提高了扫描速度，每层采

集时间可减少到0.75秒~1.5秒；②在层面采集CT检查过程中，由于是逐次屏气

扫描，体部，如肝胆胰脾日勺微小病变很容易在不同屏气时被漏掉，螺旋CT连续

扫描可避免体部微小病变的漏掉；③螺旋CT的扫描和重建方式有助于数据进行

三维后解决，为CT后解决技术的发展打下了基本。

较早开发的螺旋CT设备是以螺旋状扫描轨迹逐级地采集信息，和后来发展

日勺设备对比，也称为“单层螺旋扫描"CT。

三、多层螺旋CT

1999年，GE、Siemens、Marconi和

Toshiba四家医疗设备公司同步推出了新

一•代的CT设计，本次CT技术的进步也

是发生在X线-检测系统（图1-4）。X线

束由扇形改为锥形束，即增大Z轴方向上

X线的厚度；而检测器也由一列的设计增

大在Z轴方向上日勺排列数目，增长为多列，形成具有一定宽度的检测器阵列。

通过把多列检测器检测到的信息进行不同的组合，可以同步得到4个层面的螺旋

扫描的信息，称多排检测器螺旋扫描CT,简称“多层螺旋CT”。

多层螺旋扫描方式大大提高了信息日勺采集速度，每4层日勺采集时间可减少到

0.3秒~0.5秒。后，在4层螺旋CT基本上，又先后浮现了8层、16层乃至64

层的多层螺旋CT。这样，CT扫描日勺效率又得到了更大日勺提高，单位时间内可扫

描更大日勺解剖范畴。

随着扫描速度欧I提高，多层螺旋CT对硬件日勺规定也相应提高。要完毕如此

迅速的扫描意味着机架内近一吨重Fj构件在几分之一秒内旋转一周，其重力速度

可达13G以上。常规机械式传动装置已不合用，扫描构件在滑环上的迅速旋转

引入了磁浮技术。此外，连续大范畴扫描对于CT球管日勺热容量也提出了更高的

规定；短时间内解决几倍的数据量，对计算机的运算能力也有更高的规定。

由于多层螺旋CT技术的浮现，CT『、J时间辨别力有了较大限度的提高，最

新的64层螺旋CT时间辨别力可缩短至几十毫秒，可以用于心脏和冠状动冰的

成像。多层螺旋CT时浮现再次增进了CT技术的发展，其所带来日勺优势重要表

目前：①时间辨别力大大提高，使原CT成像有困难的I运动器官，如心脏和冠状

动脉的成像成为也许；②由于设备能力的提高，可进行连续大范畴扫描，如全身

成像，并且可在扫描后针对不同部位进行不同层厚、不同重建与重组方式的显示;

③对于腹部脏器，单次扫描时间明显缩短，这样可以进行精确日勺多期像扫描，有

助于病变的定性和发现微小病变。

四、双源CT与能谱CT

双源CT是在64层CT技术之上，采用2个高压发生器、2个球管、2套探

测器组和2套数据采集系统来采集CT图像。两个球管在X-Y平面上间隔90°,

也就是说，机架旋转90。即可获得18()。的数据，使单扇区采集F向时间辨别力达

83毫秒，基本实现了冠状动脉CT的临床常规应用。双源CT设备还实现了能量

CT的临床常规应用。当双源CT的2个球管分别以管电压80kV/100kV和140kV

同步、同层扫描时，可同步获日勺低能和高能数据，实现双能量CT成像，获得同

一组织在不同能量射线下所具有的不同X射线衰减特性，从而可辨别不同的组

织构导致分特性，鉴别病变性质等。CT能量成像技术日勺价值还在于可以增长实

质器官与对比剂日勺区别，明显减少背景噪声因素影响，避免线束硬化伪影和容积

效应导致的小病灶漏掉和误诊，提高小病灶和多发病灶的I检出率。

除了双源双能量CT之外，迅速千伏切换附单源CT设备也可实现能量CT

成像，除了获得基物质图像，还可获得一系列特定能量水平的CT图像，即单能

量（keV）图像，用于清除硬化伪影、优化图像质量和对比噪声比、进行物质定

量分析以及通过能谱数据的综合分析进行病变定性诊断等。能量CT彻底变化了

常规CT几十年来的老式诊断模式，在获得混合能量图像的同步，还可以一次扫

描得到单能量图像以及不同物质（水、碘、钙等）的图像。CT能谱成像对于常

规CT单一密度参数成像提供了全新日勺解决手段。

第三节CT的扫描参数

一、准值器宽度

从X线管发射出的X线束需要进行准值，以减少不必要的辐射剂量，成为

成像层面所需要日勺形态，同步还保护检测器不受到散射。根据不同的设备类型，

准值器有多种不同欧I构造设计。

准值器位于CT扫描架的两个位置：接近X线球管（前准值器）和接近检测

器（后准值器）。患者前准值器用于形成特定形状的X线束，由两部分构成：第

一部分是固定的准值器，保证X线束在横断面上呈扇形形状；第二部分是可调

节的准值器，可以在纵轴方向上变化不同的准值，以获得所需时X线束厚度。

此X线束厚度就是临庆应用中经常提到口勺准值器宽度。例如，在64x0.5mm检测

器构造日勺64层螺旋CT中，准值器宽度为32mm；而在16x1mm检测器构造日勺

16层螺旋CT中，准值器宽度为16mm；此距离指扇形X线束通过扫描中心点时

「付距离。

二、床速和螺距

在螺旋扫描方式中，CT扫描床移动速度是一项密切关系图像质量、辐射剂

量、扫描时间和覆盖范畴的重要参数。多层螺旋CT和宽X线束范畴有助于在每

次扫描架旋转期间内有更快的移床速度。

螺距是重要用于定量评价CT床速的参数，其定义为X线管每旋转360℃T

扫描床移动日勺距离除以准值器的宽度。螺距是没有单位日勺参数。当床速与准值器

宽度相等时，螺距为1。当床速不不小于准值器宽度时，螺距不不小于1,扫描

数据会有部分重叠。螺距越小,重叠的部分越多。本于4层螺旋CT,采用4x1.0mm

H勺准值器，床速为每转6mm的J参数设立时，螺距等于6/(4xl)=6/4=1.5。对于

64层螺旋CT,采用64x0.5mm的准值器，床速为每转48mm时参数设立时，螺

距仍等于48/(64x0.5)=1.5。

螺距对于多层螺旋CT图像质量的影响要比单层螺旋CT小，但其与图像质

量、伪影、辐射剂量之间的关系更为复杂，有些也有争议。螺距日勺最佳选择取决

于检测器的设立和CT投影数据的内插算法模式。某些厂家推荐在多层螺旋CT

中使用一组固定大小的螺距值，而其她厂家则建议可任意选择不同的螺距值。总

之，采用较高的螺距时，由于层面形态增宽可致Z轴辨别力下降。采用较低的

螺距时，可改善Z轴辨别力，但是要维持相似的信噪比则会产生更高H勺辐射剂

量。在特定临床条件下，进行扫描参数的螺距值设定期，应当认真考虑图像质量

与辐射剂量之间的平衡。

实际临床应用中，多层和单层螺旋CT选择螺距值范畴为1~2；但在心脏CT

需要低螺距日勺重叠扫描，以保证获得足够日勺连续采样扫描数据。此外，低螺比值

扫描能更有效地减少多层螺旋CT的有关伪影，这在多平面重组和3D图像中更

为明显。

三、管电压和管电流

恰本地选择CT日勺扫描参数对于优化辐射剂量和图像质量是至关重要日勺。在

管电流保持恒定而减少管电压时，或者管电压恒定而减少管电流时，会减低X

线管口勺输出量和对患者的辐射剂量。但是，不恰本地减少管电压可导致组织的

CT值和噪声明显增长，特别是在肥胖患者。对于大多数CT设备，只能进行几

种管电压值日勺选择。成人日勺常规体部CT采用120~140kV日勺管电压进行；对于小

朋友，绝大多数采用8()kV的管电压进行扫描，以减少辐射剂量。

在选择管电压值的过程中，其他需考虑的因素尚有碘，例如CT血管成像中

所使用H勺碘对比剂，当选择80kV时可产生CT值升高，这是由于此时光量子的

能量(约为kV能量日勺一半)接近于碘原子的K峰(即33.2keV)。这样，120kV

时对比增强250HU的对比剂浓度，在80kV时可产生4()0HU/、J对比增强。然而

在实际应用中，虽然采用目前最大的X线管电流，80kV在肥胖患者或诸如成人

腹部和盆腔等较厚身体部位日勺扫描中还是不够的。此外，较低能量时光量子的X

线吸取更高，也许会导致更大的有效辐射剂量。

与管电压相比，管电流口勺选择更加灵活，常用的范畴从20mA到800mA不

等。与管电压相比，调节管电流日勺实际长处是它对图像质量的影响更为直接。因

此，控制管电流或旋转时间是一种比管电压更常用和实用的减少辐射剂量H勺措

施。例如对于胸部CT,肺部结节普查的)参数可以采用2()mAs,12()kV,而常规

临床检查的参数为120mAs、120kV。

在单层螺旋CT中，更高H勺螺距会导致层厚增大，这样当管电流恒定期，每

个层面日勺噪声保持不变；而在多层螺旋CT中，增长螺距不一定会导致层厚增长。

当层厚不变时，如管电流恒定，增大螺距可减少辐射剂量并增长图像噪声。为了

使噪声水平保持不变，提高螺距时必须增大管电流。

这样，就需要简介新H勺术语——有效mAs,它日勺定义为mAs除以螺距的值。

螺距为2时200mAs与螺距为1时100mAs扫描方式时时有效mAs值相等，这

使两种扫描方式日勺辐射剂量和噪声相似。

四、重建方式

在投影重建过程中可以采用多种不同的滤过模式。滤过是通过卷积核（或重

建算法）来进行日勺，它可以牺牲图像日勺锐利度来减少背景噪声。

当进行更多细节的显示时，采用高辨别力的重建方式或算法，如骨算法或肺

算法，可产生更高的空间辨别力，但图像噪声会增长；而低辨别力的重建方式，

如软组织或平滑算法，可减少图像噪声，但空间辨别力也减少。在图像重建中，

可根据具体临床任务走图像日勺规定来选择适合的重建方式。部分CT设备可常规

产生不同重建方式的图像，如在胸部CT扫描后可产生软组织和肺算法的图像。

五、层面和螺旋扫描方式

随着螺旋和多层螺旋CT技术日勺进展，螺旋扫描己成为原则的CT扫描方式。

层面扫描方式仍然有某些临床应用，如对比剂的团注监控、CT灌注、介入应用

和心电门控口勺冠状动脉钙化CT检查，上述检查或者在同一位置反复进行扫描，

或者在不同日勺CT扫描位置间采集图像有一种延迟时间间隔。

层面扫描方式中所采集H勺图像数目，取决于开通的检测器层数（或通道数）。

在图像重建过程中，联合解决邻近层面检测器的I信号，可以减少每次扫描的图像

数量，同步增长图像的层厚。例如，对于16x0.5mm的扫描方式，可提供16幅

0.5mm层厚的图像、8幅1.0mm层厚的图像，或2幅4.0mm层厚H勺图像。在螺

旋扫描方式中，也要根据具体的应用状况解决好图像数目与层厚之间日勺平衡。

六、层厚

层厚的选择取决于具体口勺临床应用、定量检查和显示的规定。薄层图像可提

供清楚H勺解剖细节，但数据量和阅读图像的时间会增长。此外，薄层图像较厚层

图像需要更长的采集时间，图像噪声也更大。临床常规诊断应用日勺层厚为5mm。

对于3D显示、CT血管成像或筛查肺小结节日勺图像，一般是以1至2mm的层厚

进行采集。对于细微构造定量检测的某些临床应用（如冠状动脉的小斑块或颤骨

构造），也许需要0.4至0.6mm的1层厚。

在单层螺旋CT中，所采集日勺扫描投影数据拟定了固定日勺层厚。与此不同的

是，在多层螺旋CT中，扫描架每次旋转期间所得到的螺旋数据可产生不同层厚

的图像。然而，层厚不能低于采集期内所使用的检测器口勺宽度。例如，16层螺

旋CT采用16x0.5mm检测器设立的扫描方式可产生0.5、1、1.5、2、3、4、5mm

等不同日勺层厚。采用较大层厚时，所重建日勺图像数目会减少，而每幅图像的噪声

会减少。

在重建过程中采用较小H勺间隔形成部分重叠日勺图像，可以提高对容积数据的

3D显示能力，有更好H勺图像质量。重叠重建的CT图像还可通过增长所浏览图

像的数量，获得横过病灶中心日勺高对比图像，从而提高对小病灶日勺检测率。减小

层厚还可减轻重组图像H勺阶梯伪影。

多层螺旋CT图像重建灵活性的提高，改善了其临床应用效率。例如，采用

较窄的检测器进行胸部CT扫描，一方面产生层厚较大H勺图像用于进行浏览和诊

断。假如需要薄层口勺图像以更好地显示结节，可以很容易地从投影数据中再次重

建得到。同一扫描的投影数据也可重建薄层图像，进行3D显示和CTA。通过将

几种薄层的信息叠加产生较厚层日勺图像，此功能对于需要较窄检测器宽度来减轻

部分容积效应的检查是很有协助日勺。例如，头部检查中部分容积效应所致的黑线

或低密度区，在采用较窄检测器宽度设立时可以明显减轻。

第四节CT的辐射剂量

对大部分患者而言，CT扫描是其接受辐射剂量最大的医疗检查。随着现代

CT扫描仪数量的增多和临床应用的扩展，CT检查时患者的辐射剂量已成为临床

非常关注的潜在问题。尽管减少辐射剂量可导致图像噪声增长和图像质量下降，

但辐射剂量超过一定水平后并不能改善诊断影像日勺质量，只能在患者体内导致更

多H勺辐射损伤。应仔细设计和评估每次CT检杳的扫描方案，控制辐射剂量。根

据具体日勺临床适应证和技术特点，选择并调节恰当日勺个性化扫描方案对减少辐射

剂量是至关重要的。

一、基本辐射剂量的测量

辐射剂量可以按不同的单位来进行衡量。辐射暴露量是定量测定辐射剂量的J

最基本措施，它与单位体积日勺空气内X线束所产生日勺电离量有关。它以库仑/公

斤(C/Kg)或伦琴(R)为单位(lR=2.58xl0-4C/Kg)o辐射暴露的成果是患

者体内所吸取的辐射吸取量，它以拉德(rad)或格瑞(Gy)为单位(lrad=10mGy)。

辐射暴露量日勺概念与辐射源有关，是一种测量得到的量，而辐射吸取量是与身体

有关的概念，必须通过暴露量结合转换系数计算得到。从辐射暴露量计算辐射吸

取量的影响因素，取决于吸取物质(例如空气、软组织和骨骼)和物体暴露于辐

射中的位置。

所吸取日勺辐射剂量并不能阐明器官对于辐射於害日勺敏感性。因此，组织日勺等

效或有效辐射剂量是辐射吸取量乘以组织类型有关的辐射权重系数。权重系数对

于X线来讲大体上都是同样口勺，因此等效剂量与吸取剂量有同样口勺数值，它以

毫西沃特(mSv)或雷姆(rem)为单位(10mSv=Irem)。有效辐射剂量将单个

器官的吸取剂量根据其辐射敏感性进行权重而后进行相加。有效辐射剂量可以估

计全身口勺辐射剂量，或者比较局部放射学操作中对身体局部产生相似限度危险的

剂量。有效辐射剂量有助于评价和比较特定放射学检查的潜在生物学危险。

二、CT特定的辐射测量参数

CT中基本辐射剂量口勺参数是CT剂量指数（CTDI）,它代表CT剂量模型中

的辐射吸取剂量，以格瑞（Gy）或拉德（rad）为单位。CTDI有三种变化：CTDhoo、

CTDIw和CTDIvol。CTDhoo是指用100mm长日勺电离室所测得日勺辐射暴露量。

电离室位于圆柱状有机玻璃日勺头部（直径16cm）或体部（直径32cm）模型内，

测量一次横断面扫过程中100mm距离上的辐射暴露量。由于模型中心和外周的

辐射暴露量并不相似，通过将1/3日勺中心值和2/3的外周值相加来计算CTDIioo

日勺加权平均值。此加权平均后日勺辐射暴露量乘以吸取系数（33.7Gy/C/Kg或

O.87rad/R）后，可被转换为加权平均后日勺吸取剂量（CTDIw）。

在临床实践中，扫描范畴是感爱好的体积（相称于多种邻近层面），而非单

个层面。特定层面内的辐射剂量由于扫描邻近层面时的影响而进一步升高。累积

或容积辐射剂量直接与连续螺旋扫描日勺空间距离有关。为了描述这种层面之间的

重叠效应，在CTDIw的基本上，引入了容积CTDI（CTDIvol）日勺概念。连续扫

描之间的重叠限度取决于扫描时口勺床速，在螺旋CT中采用螺距进行描述。当螺

距不不小于1,扫描浮现重叠。螺距越小，重叠限度越大。层面重叠或螺距不不

小于1H勺扫描方式，较层面不重叠H勺扫描方式会产生更大的容积CTDI。这样，

容积CTDI（CTDIvol）等于CTDIw/螺距。CTDIvol日勺计量单位为格瑞（Gy）。

CTDIvol目前是衡量CT辐射剂量/、J最常用指标，也已在目前大多数IfjCT扫描

设备中进行了标注和显示，可以在不同影像学检查方案之间进行辐射剂量日勺比

较。

但是，CTDIvol没有评价扫描的范畴或连续扫描欧|总量。为克服此缺陷，引

入了剂量和范畴的乘积DLP（DLP=CTDIvolx扫描距离）。DLP代表特定CT检

查的整体辐射剂量，以mGyXcm来表达。结合特定器官所决定的危险权重系数,

通过DLP和转换系数，可计算出身体典型部位日勺有效辐射剂量。CT扫描的有效

辐射剂量可通过特定CT设备日勺几何形态和X线束量日勺剂量分布来计算，它与管

电流、管电压、扫描范畴和螺距有关。

三、影响辐射剂量的CT扫描参数

通过调节管电压、管电流、螺距、扫描时间和扫描范畴，可以调节辐射剂量。

当管电流恒定期减少管电压，或者管电压恒定期减少管电流，均可减少X线管

的输出量，这样可减少对患者的辐射剂量。更实用口勺变化辐射剂量口勺措施是调节

管电流或者旋转时间，而非调节管电压。调节管电流比调节管电压日勺长处是它对

图像质量的影响更直接。辐射剂量和图像噪声受管电流和扫描架旋转时间乘积的I

影响。图像噪声水平恒定期，120kV条件下采用较高的mAs值，与140kV采用

较低mAs值产生的辐射剂量相似。因此在实际临床中，kVp-mAsH勺组合可灵活

进行，取决于CT检查医师的选择。

螺旋CT的辐射剂量受螺距的影响，对于单层螺旋CT设备，如管电压和管

电流不变，辐射剂量和扫描时间随螺距增长而呈线性减少。单层螺旋CT高螺距

选择的缺陷是，随着螺距的增大，部分容积效应增长。对多层螺旋CT,螺距和

辐射剂量的关系并不完全是线性H勺。当采用高螺距时，常需要增长管电流以补偿

图像噪声的增长，这样增长螺距不一定会直接导致辐射剂量减少。在图像噪声水

平保持恒定期，采用有效管电流可使有效剂量不受螺距的影响。

CT扫描设备的许多物理学方面日勺特性可导致辐射剂量增长,CT扫描仪减小

辐射剂量的效能被称为CT日勺儿何学效率。一般多层螺旋CT由于检测器阵列单

元之间日勺间隔和使用较宽的X线束，较单层螺旋CTH勺几何学效率更低。在单层

螺旋CT设备中，半影X的X线束辐射仍然在形成图像时得到使用。在多层螺旋

CT设备中，与中心或阴影部分相比，运用此部分X线束会导致X线束强度测量

日勺不一致。因此，多层螺旋CT扫描仪半影区日勺X线束不会对形成图像有作用，

只会导致患者的辐射剂量增长。准值器宽度越大，由于半影区所挥霍的辐射剂量

的比例就越小。这种效应在4通道多层螺旋CT采用窄准值器方式运营时最明显，

随着检测器排数H勺增长而逐渐减小，由于半影区相对于每排检测器所占H勺比例部

分逐渐减少。

四、减少辐射剂量的措施

必须仔细选择CT的扫描参数，以患者接受口勺最小的辐射剂量，获得所需要

日勺满足诊断日勺图像。应根据患者日勺体重大小和解剖区域，选择恰当的扫描参数。

儿科患者也许较成人接受非常低日勺辐射剂量，就可获得相似日勺图像质量。

减少辐射剂量的常用措施是减少X线管的管电压和/或管电流。当管电流不

变时，管电压从120kV降至80kV可减少70%的辐射剂量，但80kV重要用于儿

科患者日勺CT成像，由于对于大多数成人日勺CT检查其X线穿透力明显局限性。

建议根据体重对儿科患者进行分组，以优化管电流，可明显低于成人日勺水平。某

些特殊的临床应用，如肺癌或结肠息肉普查，可以采用明显低于常规临床CT检

查的管电流进行，从而大大减少辐射剂量。

体部横断面图像的形态，从头到脚H勺变化很大，有些体部区域H勺形态明显偏

离圆形。这样，可以在逐级日勺基本上调节管电流，从而优化每个体部区域的辐射

暴露量，而不是在整个扫描期间维持固定的管电流。例如，胸部的横断面是椭圆

形的，X线束从前后方向穿过，就要比从侧方穿过胸部时衰减要少。当X线束

绕胸部旋转时，可运用此衰减差别来减少管电流，同步可保持信噪比不变。这种

方式已广泛用于目前的CT扫描设备中，可根据具体解剖部位来调节管电流。

目前的CT扫描设备中可采用两种类型的自动管电流调节技术：角度（横断

面）和纵轴调节。角度调节技术是在管球每次旋转期间根据患者几何形状来调节

管电流，从而在明显不对称日勺身体区域，如肩部和盆腔，补偿X线衰减的较大

变化。管电流调节可以通过度析前后位和侧位定位像或通过实时评价检测器的信

号来实现。纵轴调节技术是在Z轴方向上当移动到不同的身体区域时，如从胸

部到腹部，调节管电流的大小，以减少或维持足够的辐射剂量。最新的自动化管

电流调节措施结合了角度和纵轴调节技术两者的优势。

辐射剂量的I减少也许导致图像噪声增长和减少图像质量，改善低剂量CT图

像质量口勺此外措施就是采用减少噪声滤过的图像重建措施。

第五节心脏CT

多层螺旋CT日勺时间和空间辨别力明显提高，提供了心脏CT成像日勺也许。

此前，电子束CT是心脏CT的首诜措施。尽管目前多层螺旋CTH勺时间辨别力

还不如电子束CT,但多层螺旋CT有更高的空间辨别力。采用0.3〜0.5s的旋转

时间和心电图触发或门控（简称心电门控）扫描技术，多层螺旋CT可以便地提

供无运动伪影的心脏和冠状动脉CT图像。

为了产生无运动伪影的心脏和冠状动脉解剖图像，心脏的CT扫描必须与采

集心电图信号同步进行。有两种类型的心电图同步技术：前瞻性心电门控和回忆

性心图门控。在前瞻性心电门控中，在R波开始后以预先拟定的延迟点以层面

扫描方式扫描心脏。延迟期日勺选择可以是相对值（R-R间期的百分数）或绝对值

（ms）；可以是顺向的（由新的R波触发）或逆向的（基于先前口勺一系列R波）。

多层螺旋CT可同步获得多种平行的连续层面，覆盖一定范畴的心脏。在回忆性

心电门控中，通过连续螺旋扫描对心脏进行成像，同步记录心电图信号。在所采

集口勺扫描数据中，根据心电图信号回忆性选择所需要的期相，一般是舒张期，进

行图像重建。采用回忆性心电门控技术可导致辐射增长，即在整个心脏周期连续

采集扫描数据，但仅有部分数据被用于图像重建。最后，回忆性心电门控检查时

辐射剂量，要比前I瞻性心电门控高。

心脏多层螺旋CT的2个重要应用是冠状动脉钙化积分和冠状动脉血管成

像。冠状动脉钙化积分检查无需应用对比剂，一般运用前瞻性心电门控方式进行。

由于钙化积分检查的目日勺是对冠状动脉钙化进行定量，它相对于非钙化日勺软组织

自身就具有很高日勺组织对比，可在不减少检查诊断价值的基本上减少辐射剂量。

其她的大部分用于评价心脏时形态、功能和冠状动脉解剖构造的心脏CT检查，

是通过静脉注射对比剂后采用回忆性心电门控的螺旋扫描方式进行。

心脏的多层螺旋CT检查常具有较高辐射剂量，其重要因素涉及：（1）较宽

的全剂量时间：目前心脏CTA检查多采用回忆性心电门控技术，在整个心动周

期内进行不间断H勺全剂量螺旋扫描，完毕对整个心脏的容积数据采集，这大大增

长了患者接受的辐射剂量。前瞻性心电门控的层面扫描方式日勺辐射剂量远远不不

小于回忆性心电门控的螺旋扫描方式。（2）较高H勺管电流：心脏CTA不仅要清

楚显示整个冠状动脉树各级分支口勺形态，并且需要对粥样硬化斑块进行定量和定

性分析，因此必须同步具有较高的空间辨别力和良好的密度辨别力，这就必然导

致mA，的升高，而增长辐射剂量。（3）较小的螺距：由于心脏CT检查需要良

好日勺空间辨别力和密度辨别力，经常采用较大的三描重叠（如螺距为（）.3~（）.4）,

以保证在扫描容积内有足够口勺无间隔连续采样数据。低螺距导致更大的辐射剂

量。

目前，减少心脏CT检查辐射剂量的技术重要涉及：前瞻性心电门控技术、

大螺距扫描技术、低管电压技术、心电图调制电流技术、自动曝光控制技术和迭

代重建技术等。

1.前瞻性心电门控技术

前瞻性心电门控技术是指在心血管CTA时，球管日勺曝光由同步心电图信号

控制，X线球管只在心动周期的I特定期相曝光扫描，特定期相外无X线产生。

扫描床在扫描期间位置固定不动，完毕数据采集后移动到下一位置由后续心电脉

冲触发扫描。藉此通过几种位置的曝光和移床，完毕整个心脏的数据采集。由于

只在特定时期相进行扫描，大大减少了X线曝光日勺时间，与回忆性心电门控技

术相比，患者接受的辐射剂量最多可减少90%左右。

尽管前瞻性心电门控技术的研究目前获得了一系列成果，但其在临床应用中

尚存在某些问题。由于多数CT设备受到探测器宽度H勺限制，在进行前瞻性心电

门控技术CTA检查时，需要患者长时间的屏气，容易导致患者心率的波动，影

响图像质量甚至导致检查失败。此外，前瞻性心电门控技术只能获得1个心动周

期内特定期相的图像，不能用于心功能的评价。

2.低管电压技术

减少CT辐射剂量的另一种措施就是低管电压扫描技术。临床实践中，为了

获取高质量CT图像，心血管CTA检查一般采用120kV或140kV的扫描条件。

将管电压从120kV降至100kV,辐射剂量可减少25%〜54%,而CTA图像质量

无明显差别。

此外，在管电压减少时，X线光子能量也随之减低，使得光子能量更接近具

有高原子序数元素的组织或构造（如骨骼、含碘的组织或血管等）的“K边沿”,

光电效应增强，这些组织或器官日勺CT值将随之升高。根据这一原理，低管电压

CTA技术在减少辐射剂量的同步，还可增长血管日勺CT值，适度减少对比剂日勺用

量。

但是，在临床工作中应当注意低管电压CTA技术的合用范畴：对于体质指

数（25kg/n?日勺患者此项技术效果较好，对于体质指数在25kg/n?以上者，会存

在图像质量减少的问题。

3.大螺距扫描技术

一般而言，在CT成像时辐射剂量与螺距大小成反比。常规心脏CTA检查

辐射剂量较高的因素之一就是采用了小螺距日勺扫描模式。近来浮现的双源Flash

CT具有两套独立的1128排探测器，可以实现大螺距CTA扫描，螺距达3.0~3.4,

在300ms内完毕整个心脏MJ无缝扫描，从而减少辐射剂量。

4.心电图调制电流技术

采用回忆性心电门控技术，可以采集得到心动周期日勺所有阶段扫描数据。但

是在大多数状况下，只用舒张期的扫描数据进行图像重建。因此对于大多数检查,

仅在舒张期规定有较高的管电流，在心动周期的其她阶段可以使用较低口勺管电

流。这样运用回忆性心电门控实时调节管电流，可减少辐射剂量，同步还保持了

回忆性心电门控螺旋扫描的长处。但是由于需要根据患者前一次R-R间期对下

一种R-R间期日勺进行预测，此技术在心律不齐患者中的I应用受到限制。

5.自动曝光控制技术

自动曝光控制技术是一种自动管电流控制技术。在CT扫描过程中，根据受

检部位不同H勺几何形状，通过自动反馈功能，实时调节球管电流，减少患者接受

的辐射剂量。自动曝光控制技术在减少辐射剂量的同步，并不会引起CTA图像

质量的减少。

6.迭代重建技术

除了上述措施外，多层螺旋CT日勺后解决算法方面也做了大量日勺研发工作,

以进一步减少辐射剂量，其中以“迭代重建技术”最具代表性，如自适应记录迭

代重建算法(AdaptiveStatisticIterativeReconstruction,ASIR)、图像空间迭代重建

(IterativeReconstructioninImageSpace,IRIS)技术、自适应迭代剂量减少(Adaptive

IterativeDoseReduction,AIDR)技术和iDose技术等。与老式的I滤过反投影

(FilteredBackProjection,FBP)算法相比，应用ASIR技术不仅可以减少CT图像

的噪声，提高图像质星，还可以在同等信噪比水平下明显减少辐射剂量。

随着着CT硬件和软件的不断更新换代，以及多种心血管CTA新技术日勺不

断开发和应用，高品位CT设备辅以多种低剂量检查技术，在提高图像质量上有

了长足口勺改善，减少了患者所接受的辐射剂量，也是此后一段时间内CT应用和

发展的方向。

第六节CT影像后解决时显示方式

虽然到目前为止，诊断疾病还是以横断面显示日勺图像为主，随着CT技术的

发展，扫描中得到的数据不再是某一种或某几种层面的信息，螺旋CTH勺浮现使

得可以获得整个扫描范畴内H勺容积信息；16层及以上多层螺旋CT的浮现导致Z

轴方向上的辨别力大大提高，达成了各向同性体素日勺规定，从而极大地增进了

CT后解决技术日勺发展。另一方面，多层螺旋CT检查中得到日勺数据量成倍增长,

一次扫描可以得到数百乃至近千幅图像，如何以便快捷地显示所得到口勺大量数

据，也需要CT后解决技术的发展为此大量信息的显示提供协助。

所谓CT后解决技术即是指在扫描完毕影像获取后来，运用计算机功能对所

采集一定范畴的三维容积数据进行解决，改善图像质量或有R的地选择显示其中

所关怀的内容。根据所得到图像的显示方式不同，可分为二维和三维的显示方式。

一、二维显示方式

所谓二维显示方式日勺后解决技术是指所显示的图像内的各像素之间没有前

后位置差别，都位于同一种显示平面内。我们可以通过不同的方向和层面位置的

变化来判断三维体积内各器官与构造H勺空间位置关系。

(一)多平面重组(Multi-PlanarReformation,MPR)

多平面重组是目前应用最广，也是最简朴

和耗时至少的后解决技术。它是指在一定范

畴的容积扫描所得的组织构造内，任意截取

三维体积日勺冠状、矢状或任意角度方向日勺影

像，成像平面位于任意方向或斜面，成像的

厚度为1个至数个体素，约为0.4mm〜1mm。

由于层面的层厚一般较薄，不存在多种在成像层面内的重叠问题，因此所显示图

像中各像素日勺CT值不需作任何解决(图1-5)。

多平面重组可以填补

常规横断面显示日勺局限

性，从而多方向、多角度

地显示立体构造日勺空间位

置关系。由于不进行任何

图1-6在横断面(b)内划出两侧弯曲走行的皆动脉，经曲

阈值选择或CT值的解决，

图像最为可靠；但是由于每层仅能显示一种较薄的层面，显示复杂H勺立体构造时

相对繁琐并且对观测者日勺空间位置的判断有较高规定。

。曲面重组(CurvedPlanarReformation,CPR)

曲面重组与多平面重组原理类似，都是对所采集三维容积进行某二维方向的

截取，但两者稍有不同，曲面重组所截取日勺层面方向不在局限为固定日勺平面，可

以根据感爱好解剖构造的具体走行而任意画线，而后将所画曲面内的像素显示于

一幅平面图像内，从而获得该曲面的构造二维图像（图1・6）。

三、多平面容积重组（Multi-PlanarVolumeReformation,MPVR）

多平而容积重组仍然是采用平面方式截取容积内日勺扫描信息，但与多平面重

组方式不同的是，多平面容积重组所截取FJ平面具有较大的厚度，所截取FJ范畴

内具有较多日勺构造，彼此互相重叠，因此此技术常必需配合采用最大或最小密度

投影技术，这样可以消除部分容积效应，使此厚度范畴内的所有感爱好日勺高密度

或低密度构造在同一种层面内清楚显示。

该措施可以选择性地显示某范畴区域内迂曲走行的高密度或低密度构造，如

高密度日勺血管或骨骼、低密度日勺气管，可显示一定厚度范畴内走行的构造，并有

助于观测其与周边构造日勺关系。

1、最大密（强）度投影（MaximumIntensityProjection,MIP）

最大密（强）度投影是在多平面容积重

组技术截取一定厚度的成像容积后，对沿层

面垂直方向上每一投影轨迹上日勺多种体素

数据，选择其中最大密（强）度时值重组为

一幅二维图像的技术，常可用于CTA、骨骼

等的显示（图）

l-7o图1-7MPVR+MIP后解决技术显示肝移

最大密发投影是对沿一定方向将一定

植术后狭窄的肝动脉，与MPR只显示

厚度的容积数据中最大密（强）度F向体素投

影于一种平面内，这样可在该成像层面内形成连续的血管影像。由于此过程不作

阈值选择，故不丢失与X线衰减信息、，可反映微小的密度差别；缺陷是不能辨

别密度近似日勺构造；不能充足显示重叠构造日勺关系。

2、最小密(强)度投影(MinimumIntensityProjection,MinIP)

基本原理与

最大密（强）度

投影相似，仍然

是在平面容积重

组技术截取一定

日勺成像容积后，图1-8二维显示方式⑶中所有的像素没有前后位置的差别，而三维

不同日勺是在沿层显示方式（b）中通过亮度、阴影、颜色和透明度的I变化辨别不同的前

面垂直方向上每

一投影轨迹上的多种体素数据解决时，选择其中最小的密（强）度H勺值重组为一

幅二维图像日勺技术。这样最小密（强）度投影适合显示密度低的构造，如充气的

结肠或气道等。

二、三维显示方式

二维显示方式始终存在日勺问题是，要在一种平面内显示立体H勺三维空诃构

造，不同前后位置日勺空间关系的必然会重叠而受到限制。为了克服二维显示方式

的局限性，对容积内的像素信息进行综合显示，浮现了不同日勺三维后解决技术。

尽管多种三维解决方式口勺过程也许不同，图像特性有明显的差别，但是所有

三维显示方式共同的原理与特点是：在所显示的图像中，通过不同阈值日勺选择和

透明度H勺解决，忽视部分不感爱好的密度构造，只针对性地显示感爱好H勺密度构

造；假定投射光源从一定角度照射扫描容积，通过不同的I亮度、阴影和颜色日勺变

化来显示不同构造的空间位置关系。这样，所要观测的构造就可以在一幅图像中

得到立体直观的显示（图1-8）。

三维显示方式欧I长处是，图像立体直观性强，显示构造日勺空间位置关系一目

了然，但是也有明显的缺陷，解决过程相对繁琐、耗时较长；阈值选择解决时要

丢失部分X衰减信息；人为参与过程相对较多，更易受操作者主观因素的影响。

1、表面遮盖显示(ShadedSurfaceDisplay,SSD)

表面遮盖显示是将容积扫描H勺数据

按数学模式进行计算解次，将超过预设n勺

CT阈值的相邻像素连接而重构成不同明

暗、颜色区别日勺图像，可显示复杂的、重

叠构造日勺三维关系及有关构造日勺表面形

态。表面遮盖显示口勺图像特点是高于所设

图1-9表面遮盖显示技术显示门静脉海

阈值的构造都得到显示，低于阈值H勺构造

完全不