多層螺旋CT原理及臨床應用

多層螺旋CT基本原理及臨床應用1整理ppt課程內容多層螺旋CT的技術原理多層螺旋CT的技術改進單層螺旋與多層螺旋CT的比較多層螺旋CT的優(yōu)勢圖像后處理技術簡介多層螺旋CT的臨床應用2整理ppt1985年，滑環(huán)技術1988年，螺旋CT機1992年，雙層CT機1998年，四層CT機CT的進展2000年，8層..平板探測器3整理ppt一、多層CT的技術原理數據采集通道：數據采集通道數是決定X線管球旋轉一周所能獲得的圖像層數，目前各廠家推出的機型有2通道、4通道、8通道、16通道和64通道，一次全周掃描可同時獲得2-64層圖像。據有關專家估計，隨著技術水平的發(fā)展，制造成本進一步降低，今后傳統CT甚至單層螺旋CT將逐步被多層螺旋CT所取代，尤其是性價比有優(yōu)勢的雙層螺旋會更加普及。

4整理ppt探測器：多層螺旋CT一般采用固體探測器，這種探測器穩(wěn)定性好，余輝時間短，光電轉換效率高，能適應多層螺旋CT高速度掃描和連續(xù)接收X線信息的要求。在探測器結構上，多層螺旋CT與單層螺旋CT最大區(qū)別是Z軸方向探測器排數。單層螺旋CT在Z軸方向為一排探測器，而多層螺旋CT是由多排探測器組成探測器陣列，因此有的文獻將此類型CT亦稱之為多排螺旋CT。5整理ppt6整理ppt7整理ppt探測器類型：目前已有的探測器組從形式上可以粗略分為兩類:即等寬型(對稱型)及非等寬型(非對稱型)。8整理ppt在探測器結構的設計上，4～8層螺旋CT各廠家采用了不同的形式，有等寬型及非等寬型，

9整理ppt10整理ppt11整理ppt12整理ppt13整理ppt由于非等寬型探測器在層厚的選擇方面較靈活，且能更好地適應錐形線束采集與圖像重建，因此，在16層螺旋CT探測器的設計上各廠家均采用非等寬型探測器組圖116層螺旋CT探測器陣列16層螺旋CT探測器陣列

14整理ppt多層螺旋CT的層厚：探測器陣列Z軸方向探測單元的最小寬度決定所能獲取的最薄層厚，也可根據探測器的不同組合，得到多種不同層厚的圖像。圖2GE16層螺旋CT探測器結構圖16×0.625mm16×1.25mm16×0.625mm16×1.25mm圖3飛利浦/西門子16層螺旋CT探測器結構圖16×0.75mm16×1.5mm16×0.75mm16×1.5mm飛利浦/西門子16層GE16層15整理ppt在單排螺旋CT中，層厚是由準直器的寬度來決定。多層螺旋CT的層厚在等寬型是由探測器單元厚度及探測器排的不同組合決定，在非等寬型是由探測器或和準直器寬度共同來決定。通過電子開關控制探測器工作，并通過探測器的組合完成每一層數據采集，一般來說，通過探測器組合和所選擇的數據通道匹配，X線管球每3600掃描，可選擇性地獲得1層，2層，4層，或者更多層圖像(目前最多可達64層)

16整理ppt非等寬型探測器層面厚度的選擇17整理ppt多層螺旋CT基本結構及原理—不同寬度探測器組合這種探測器設計最寬5mm，最窄1mm，通過探測器組合即可確定層厚18整理ppt根據探測器單元的尺寸及相鄰單元組合，可實現0.5、1.0、1.25mm或5、10mm層厚選擇。以下圖所示的4層16排等寬型探測器陣列為例，它的最薄層厚為1.25mm，最厚層厚為5mm，當選擇1.25mm層厚時，電子開關只使中間4個探測器單元工作，與此相似，通過兩兩組合，4個探測器單元組合可分別實現2.5mm和5mm層厚數據采集。

19整理ppt20整理ppt21整理pptTwocollimationmodes:CollimationModesEitherthe16innermostdetectorrowscanbeactivated,whichcorrespondsto12mmbeamcollimation,ORall24rowscanbeactivated,whichcorrespondsto24mmbeamcollimation.只開通中間16排探測器，準直寬度12mm2) 24排探測器全部開通，準直寬度24mm22整理ppt16X0.75mm原始數據文件16個數據通道12mm準直模式準直寬度選擇、通道數和層厚的關系

探測器與數據通道一一對應X-raybeam23整理ppt16個數據通道Rawdatafile16X1.5mm24mm準直模式X線束24整理pptRawdatafile8X3.0mm24mm準直模式8channelsX線束25整理ppt課程內容多層螺旋CT的技術原理多層螺旋CT的技術改進單層螺旋與多層螺旋CT的比較多層螺旋CT的優(yōu)勢圖像后處理技術簡介多層螺旋CT的臨床應用26整理ppt二、與多層螺旋CT相關的其它技術改進數據插補及圖像重建算法：由于探測器列數與寬度增加，錐形線束投影所造成的幾何學誤差會進一步增大，為此，發(fā)展了相應的多層采集錐形束掃描重建算法。如為了對應采集平面的位相而采用的傾斜成像平面采集算法；螺旋濾過伴交叉校準算法；非線性插入重建算法；一次采集16層的原始數據，然后作逐層二次重建算法等。這些新的重建算法目標在于減少錐形線束偽影；保證Z軸上的分辨力和保證采集速度。

27整理ppt首先進行傾斜平面圖像重建，然后再用一系列傾斜平面圖像進行插補，重建出標準軸位圖像28整理pptX線球管X線球管一般采用大功率、高熱容量的X線管，要求熱容量一般在6兆以上。飛焦點技術，增加信息量，提高圖象質量。（西門子、皮克）陽極接地，加大散熱，延長連續(xù)曝光時間。（東芝）采用航天散熱涂料增加陽極散熱率。（GE公司）29整理ppt電子束陰極燈絲X線球管一般采用大功率、高熱容量的X線管，要求熱容量一般在6兆以上。30整理ppt31整理ppt32整理ppt多層螺旋CT基本結構及原理

—探測器排的設計33整理ppt皮帶機械傳動技術速度受限、精度不高機械噪聲大影響圖象質量多層螺旋CT的技術改進驅動技術34整理ppt電磁驅動或稱直接驅動（Directdriving)

技術提高旋轉速度和旋轉精度降低機械噪聲、無磨擦、無松緊度控制圖象質量大大提高多層螺旋CT的技術改進目前，幾乎所有廠家生產的多層螺旋CT都達到了亞秒級，如0.5、0.75、0.80s等，最低可達0.42s。

35整理ppt高壓發(fā)生器采用固態(tài)高壓發(fā)生器，體積小，重量輕，減輕機架負擔，便于機架內部件安排。徹底杜絕了油浸高壓發(fā)生器漏油的隱患。多層螺旋CT的技術改進36整理ppt智能掃描技術：在保證影像質量的前提下，盡量減少不必要的X線曝射量。智能濾過技術：根據掃描方案，采用智能方式自動設置X射線濾過，當增加8mm鋁當量的鈦濾過片時，在不降低圖像銳度的情況下可使X射線劑量不僅不增加，反而降低達一半，且圖像噪聲也下降。自動mA調制。根據開始掃描后檢測器反饋的信息，自動調節(jié)mA輸出，以達最低劑量的技術，可降低15%左右的掃描劑量。

37整理ppt自動mA設置。不再使用正位定位像，僅采用側位定位像來決定身體不同部位的掃描mA值，包括設法降低敏感器官的劑量，大約可降低25%左右的掃描劑量。

可變速掃描和期相選擇性曝光技術。二者均是用于降低心臟掃描劑量的技術?？勺兯賿呙杓夹g是根據病人的心動周期，特別是心律不齊者，調節(jié)掃描速度的方式。期相選擇性曝光則可在心電門控下僅選擇舒張期曝光，收縮期不曝光的節(jié)省劑量的掃描方式，尤適于冠狀動脈的觀察。38整理ppt全自動心電延遲算法掃描。設備可在心電門控狀態(tài)下準確推算出下一個“R”波到達的時間，啟動掃描，實現前瞻性心電門控掃描。掃描延遲時間39整理ppt40整理ppt碳刷信號傳輸技術：在旋轉過程中易產生碳粉增加圖象噪音旋轉越快、碳粉越多、圖象噪音越大多層螺旋CT的技術改進信號傳輸技術41整理ppt

射頻雷達信號傳輸技術：在旋轉過程中無任何粉塵不增加圖象噪音傳輸速度快圖象質量高多層螺旋CT的技術改進42整理ppt43整理ppt課程內容多層螺旋CT的技術原理多層螺旋CT的技術改進單層螺旋與多層螺旋CT的比較多層螺旋CT的優(yōu)勢及臨床應用擴展圖像后處理技術簡介多層螺旋CT的臨床應用44整理ppt三、單層螺旋與多層螺旋CT的比較單層螺旋CT機：薄扇形X射線束單排探測器單一數據采集通道一個旋轉周期僅得一幅圖象45整理ppt多層螺旋CT機特點：錐形X射線束多排探測器多路數據采集通道每一個旋轉周期可得多幅圖象46整理ppt螺距概念的差異對單螺旋CT，螺距由下式來定義：在多層螺旋剛出來的時候，對螺距的定義較為混亂，各廠家及文獻報道不一致，有兩種表述方式：式中SC是sectioncollimation的縮寫47整理ppt為了避免螺距解釋上的混亂，國際電工委員會(IEC)的規(guī)定，多層螺旋CT螺距的概念仍以單層層厚與進床速度之比為依據。故對多層螺旋CT，螺距則由下式來定義：48整理ppt課程內容多層螺旋CT的技術原理多層螺旋CT的技術改進單層螺旋與多層螺旋CT的比較多層螺旋CT的優(yōu)勢及臨床應用擴展圖像后處理技術簡介多層螺旋CT的臨床應用49整理ppt一、多層螺旋CT的技術優(yōu)勢多—掃描層數多，覆蓋范圍長?？臁獟呙杷俣瓤?，時間分辨率高。好—掃描切層更薄，空間分辨率高，圖象質量好。省—提高射線利用率，節(jié)約球管。50整理ppt掃描層數多，覆蓋范圍廣：在相同的掃描參數（層厚、時間、螺距），覆蓋范圍進一步擴大。探測器選擇準直寬度覆蓋范圍（mm）10secscantime20secscantime2×0.51mm20404×14mm801604×2.510mm2004004×5.020mm40080016×0.7512mm29057016×1.524mm580116016×232mm760152051整理ppt以4層螺旋CT為例，在同樣的層厚、掃描時間、螺距的情況下，覆蓋范圍是單層的8倍52整理pptGantryrotationtime1s0.5s0.42sSingle1Dual24Quad48881616163238隨著探測器通道數增加（掃描層數增加），全周掃描時間的減少，每秒成像層數成倍增加。53整理ppt時間分辨率高：由于實現了全周掃描小于0.5秒，掃描速度明顯提高，總掃描時間縮短，病人閉氣時間大大縮短，胸腹部掃描幾乎沒有運動偽影，54整理ppt掃描切層更薄，空間分辨率高目前多層螺旋CTZ軸的分辨率在0.5-0.75mm，使成像體素成為一個立方體，實現了真正的各向同性成像，各向同性體素的最大優(yōu)點在于使多平面法（MPR）重建出的圖像，具有軸位圖像一樣的空間分辨率，三維圖像（SSD、MIP、VR）更加平滑細膩，基本上消除了階梯狀偽影，有利于顯示冠狀動脈及其細小分支。

55整理ppt對16層螺旋CT而言，由于掃描層厚很薄，當采用5122的矩陣及適當的FOV掃描時，即可實現各向同性體素采集。如東芝公司的16層螺旋CT最薄層厚是0.5mm，當FOV采用250mm，其各向同性體素約為0.5×0.5×0.5mm3；GE公司的16層螺旋CT最薄層厚為0.625mm，在采用FOV為320mm掃描時，其各向同性體素約為0.625×0.625×0.625mm3；飛利浦/西門子公司的16層螺旋CT最薄層厚為0.75mm，采用FOV為380mm掃描時，其各向同性體素約為0.75×0.75×0.75mm3。56整理ppt各向同性體素薄層厚掃描使成像體素具有各向同性的特性，有利于影像數據的特殊重建，如：多平面重建圖像與原始二維軸位像具有同樣的空間分辨率.3D重建（volumerendering,maximum intensityprojections等）具有高精確的空間細節(jié)，完全消除了階梯狀偽影。左腎靜脈(掃描層厚1mm)左腎動脈

57整理ppt二、臨床應用擴展在高危人群普查肺癌普查：長期以來，對肺癌的普查一直采用X線平片，近年來的研究證實胸部平片正位觀察時，將有20%~25%的肺野被遮蔽;側位觀察時會有15%～20%的肺野被遮蔽。多層面螺旋CT(4層～16層)可實現低劑量掃描，國內外的研究已證實，可用20~30mA的條件可獲得與傳統高mA條件相同的疾病信息，并且可根據需要作橫斷、冠狀、矢狀及其他需要的層面的薄層重建，消除了平片檢查中的盲區(qū)。58整理ppt結腸癌普查：借鑒于肺癌CT普查的原理，低劑量普查已經推廣到結腸癌的篩選領域，除了可應用透明化與仿真導航內窺鏡技術觀察腸腔外，還可在可疑的節(jié)段使管腔內、外(含管壁)結構的結合顯示。59整理pptCT灌注技術的擴展：包括腦灌注和腫瘤灌注。常規(guī)的CT增強檢查顯示的是腫瘤血管結構的特征（在腦內還有血腦屏障的完整性），這對于判斷腫瘤的性質和復發(fā)與否的準確性是不夠的。CT灌注技術還可通過顯示的各種參數（而不僅是形態(tài)學信息）更詳細地反映腫瘤實質的結構特征，是提高腫瘤診斷準確性與特異性的一個新的方法。

60整理ppt其基本原理是在CT動態(tài)圖像的基礎上，分析并計算腦血流動力學的有關參數，包括腦血流量(cerebralbloodflow,CBF)、腦血容量(cerebralbloodvolume,CBV)、平均通過時間(meantransittime,MTT)和峰值時間(timetopeak,TTP)等。最后，根據色階分別形成腦血流量圖(mapofCBF)、腦血容量圖(mapofCBV)、平均通過時間圖(mapofMTT)和峰值時間圖(mapofTTP)。61整理ppt多層螺旋CT的臨床應用-急性中風腦缺血灌注成像62整理ppt多層螺旋CT的臨床應用-急性中風腦缺血灌注成像63整理ppt心臟的CT檢查：目前已推出的16層CT設備用于心臟掃描的時間已分別可達到105ms、85ms和65ms，已經接近或優(yōu)于電子束CT的掃描時間（50ms或100ms），因而對冠狀動脈和心腔、瓣膜等結構的顯示已經接近或達到了電子束CT的水平。由于時間分辨力的提高，多層螺旋CT還可動態(tài)顯示人工心臟瓣膜的開、閉及其功能狀況。下一步將實現心臟功能性檢查，如心肌灌注與心肌應力性灌注、心肌血流貯備測定等。64整理ppt現已證實，尚未完全鈣化的粥樣硬化軟斑塊是更危險的因素。多層面螺旋CT經重組處理后是顯示冠狀動脈軟斑塊的唯一方法。8層、16層CT設備已可分辨0.16mm大小的軟斑塊。65整理ppt66整理pptCT血管成像：CTA的功能已顯示可實現血管內血流容積測量；對于血管內支架置入前、后的檢查可實現二維與三維分析，能更真實地顯示血管內腔及支架置入后的形態(tài)學信息。67整理ppt掃描速度提高，覆蓋范圍擴大，使外周血管的顯示，特別是末梢的細微血管的顯示成為可能，CTA也成為一個越來越顯優(yōu)勢的無創(chuàng)性技術。68整理ppt表面滲透成像：系一種新的信息顯示的技術。常規(guī)的CT增強檢查顯示的是組織或病變的血管結構內對比劑的流入與廓清信息，表面滲透成像采用延遲掃描的方法，對照不同時相的影像，反映對比劑在組織或病變的表面滲出狀況，尚處于開發(fā)階段。69整理ppt近二十年來，CT一直試圖挑戰(zhàn)傳統的靜脈尿路造影，但由于二維斷面圖像不能顯示泌尿系全貌，隨著多層螺旋CT空間分辨率提高，已可重建出相當于常規(guī)泌尿系造影的圖像，克服了IVU密度分辨率低的缺陷。CT泌尿系成像（MDCT

urography）70整理ppt71整理ppt假陽性分數真陽性分數從ROC曲線可看出CTU的敏感性要高于IVU，統計學上沒有明顯差異，但CTU病人更容易接受72整理ppt最佳時相成像：時相是指在CT增強掃描中采集到的影像所對應的對比劑在興趣結構通過的期相，傳統上是以動脈期、實質期和靜脈期為標志。由于多層螺旋CT采集的速度越來越快，即時間分辨力越來越高，采集到的圖像可分辨的期相也相應更加細膩，客觀上增加了對很多病變識別的能力。73整理ppt多層螺旋CT的臨床應用—雙期血管成像不同期相掃描，分別顯示出了肝動脈和門靜脈74整理ppt75整理ppt課程內容多層螺旋CT的技術原理多層螺旋CT的技術改進單層螺旋與多層螺旋CT的比較多層螺旋CT的優(yōu)勢及臨床應用擴展圖像后處理技術簡介多層螺旋CT的臨床應用舉例76整理ppt(2003-04-03)香港文匯報以“「中國可視人」三年製成”為題報道了第三軍醫(yī)大學完成中國首套數字化可視人體（Chinesedigitizedvisiblehuman）的研制，並向海內外公佈了「中國可視人」數據集。據稱“這項成果為中國乃至整個東方人種提供了一部目前最系統、最完整、最細緻的人體結構基本數據和圖像資料，它也使中國成為世界上繼美國、韓國之後第三個擁有本國可視化人體數據集的國家?！?7整理ppt可視人研究的「世界三巨頭」：美國科羅拉多大學斯皮玆教授（右）、韓國亞洲大學鄭民錫教授（左）、中國第三軍醫(yī)大學張紹祥教授

78整理ppt計算機銀屏上的「中國可視人」脈胳清晰、層次分明。

79整理ppt傳統二維斷層圖像，缺乏立體和直觀感，要準確地確定病灶的空間位置、大小、幾何形狀以及與周圍組織之間的空間關系，僅憑醫(yī)生在他頭腦中進行重建是十分困難的。隨著計算機軟硬件技術、圖像處理技術、計算機視覺技術、人機交互技術等的發(fā)展，我們可以利用螺旋CT提供的容積掃描數據，或系列二維斷層圖像重建出三維立體圖像，為疾病診斷提供更多的信息。

80整理ppt通過斷層間的輪廓線擬合表面（切片級重建）；直接從三維體數據生成等值面；不構造表面，對每個體素賦予顏色和阻光度進行直接體繪制（Directvolumerendering）。一、基于CT等斷層圖像的三維重建方法81整理ppt切片級重建是通過一組相互平行的輪廓圖像重建出目標器官的立體圖像。通俗的講就是將一組連續(xù)的斷層圖像堆砌起來，通過輪廓對應、輪廓拼接，用多邊形或者三角片連接不同層上的對應輪廓，擬合出物體表面，完成目標器官的三維圖像重建。

在切片級重建中，由于約束不足，存在很大的隨意性，特別是當斷層厚度較大時，輪廓對應和拼接以及對分叉情況的處理都是難以解決的問題。螺旋CT掃描由于數據為容積數據，掃描的層厚也較薄，已較少采用切片級方法進行三維重建。82整理ppt直接從三維體數據生成等值面，把體數據看成是某個空間區(qū)域內關于某種物理屬性的采樣集合，非采樣點上的值以其鄰近采樣點上的采樣值的插值來估計，則該空間區(qū)域內所有具有某一個相同值的點的集合將定義一個或多個曲面，稱之為等值面。因為不同的物質具有不同的物理屬性，因此可以選取適當的值（閾值）定義等值面，該等值面即代表某種物體的表面。83整理ppt

CT掃描獲得的人體內部的—組斷層圖像，不同的灰度值代表不同的器官和生物組織，通過選取適當的灰度值（CT值），即可提取出相應的器官或組織的等值面，然后用三角面片擬合出器官或組織的表面?；具^程如圖所示。

斷層圖像序列重構三維體數據圖像分割確定閾值提取等值面真實感曲面顯示84整理ppt直接體積重建及三維顯示是直接研究光線通過體數據場與體素的相互關系，無需構造中間面，體素的許多細節(jié)信息得以保留，結果的保真性大為提高。在直接體繪制過程中，由于數據場中所有體數據都參與圖像生成，需要處理的數據量大，繪制時間長，對計算機硬件要求較高，使其在醫(yī)學圖像處理中的應用進展較為緩慢。85整理ppt隨著計算機硬件技術提高，價格不斷下降，利用直接體繪制法進行醫(yī)學圖像處理的條件已經成熟，目前已有利用各種算法編制的軟件包出售，臨床應用研究也取得了較大的進展，現有文獻表明，直接體繪制技術在顯示三維數據場的精細結構方面優(yōu)于其它三維重建技術，因此，越來越受到人們的重視。86整理pptCT三維重建方法隨著螺旋CT的臨床應用，基于切片級的三維重建在CT圖像后處理中應用很少。臨床實踐中常用的三維重建方法主要是基于面繪制和直接體繪制原理，它們分別是表面遮蓋法重建（surfaceshadeddisplay，SSD）、最大密度投影（MaximumIntensityProjection，MIP）、容積重建技術（volumerendering，VRT）及多平面重建（multiplanarreconstructions，MPR）和曲面重建（curvedplanarreformation，CPR）嚴格的說MPR、CPR應該屬于二維重建，但由于它也是圖像后處理的內容，人們習慣上仍稱為三維重建。87整理ppt88整理ppt89整理ppt二、醫(yī)學圖象三維重建技術的臨床價值提供器官和組織的三維結構信息，使醫(yī)生對病情做出正確的判斷進行手術規(guī)劃和手術過程模擬，提高手術的可靠性和安全性根據三維重建及手術仿真所得到的人體器官的幾何描述，醫(yī)學專家尤其是骨科大夫可利用計算機輔助制造系統（CAM）自動加工人體器官（如假肢）作為醫(yī)學研究和教學的工具結構分析以及關于各種器官和組織的溫度、應力的有限元分析人體血液或體液的動態(tài)分析。90整理ppt91整理ppt課程內容多層螺旋CT的技術原理多層螺旋CT的技術改進單層螺旋與多層螺旋CT的比較多層螺旋CT的優(yōu)勢及臨床應用擴展圖像后處理技術簡介多層螺旋CT的臨床應用舉例92整理ppt多層螺旋CT的臨床應用

軸位示右冠鈣化，左前降支鈣化93整理ppt多層螺旋CT的臨床應用

—上頜竇矢狀面及冠狀面MPR重建軸位掃描，冠狀及矢狀位MPR重建，特別適合那些體位不能配合的患者94整理ppt多層螺旋CT的臨床應用可通過改變層厚及層距作回顧性重建，提高影像分辨率，便于觀察病變細節(jié)及與周圍組織的關系。95整理ppt多層螺旋CT的臨床應用

—內耳冠狀面MPR重建技術參數：層厚：0.5mm有效層厚：0.55mm螺距：0.75焦點：smallKVp:140mAs:225時間：1s總掃描時間：40s重建層距：0.2mm1.卵圓孔2.面神經段3.砧骨4.鼓室板5.外側半規(guī)管6.上半規(guī)管7.前庭8.耳窩基底*內聽道

96整理ppt多層螺旋CT的臨床應用—內耳SSD重建97整理ppt多層螺旋CT的臨床應用—內耳SSD重建98整理ppt多層螺旋CT的臨床應用—內耳SSD重建99整理ppt100整理ppt多層螺旋CT的臨床應用腹部冠狀及矢狀面MPR重建（多平面重建）101整理ppt多層螺旋CT的臨床應用

—CT血管造影（CTA）102整理ppt多層螺旋CT的臨床應用—CT血管造影（CTA）103整理ppt多層螺旋CT的臨床應用—CTA左側頸內動脈嚴重狹窄104整理ppt多層螺旋CT的臨床應用—CTA高血壓，腎動脈狹窄，術前血管造影未見異常105整理ppt多層螺旋CT的臨床應用—CTACTA顯示右腎雙動脈106整理ppt掃描速度快，運動偽影減到最低血管內造影濃度高，周圍結構顯示清晰。107整理ppt多層螺旋CT的臨床應用—超重病人的檢查病人情況：體重：13