螺旋CT原理

螺旋CT起源及其原理

1．起源

关于螺旋CT的研究结果首先在1989年的北美放射协会年会上提出。技术上的先决条件是引入了连续旋转扫描。以今天的观点来看，那只是逻辑上将螺旋与新的扫描技术结合到一起。当时的连续旋转扫描的发展和引入瞄准的只是缩短扫描时间和为动态CT提供更好

的性能，并没有认识到螺旋CT。

最早提及螺旋CT的都来自一些相互没有联系的资料，关于螺旋扫描的专利也不存在。因为所包含的连续数据采集和病人的连续进床被认为只是测量放射学所使用的技术，并且重建算法也没有取得专利。直到90年代才达成一致意见将算法申请专利。Mori的一个专利－螺旋算法是第一个关于螺旋CT的专利文字，但是由特定的电子电路来确定专利的所有权。这些对于现在的发明者毫无价值，因为硬件部分无法升级，而且新的算法层出不穷。

直到1993年，才出现了关于日本的螺旋CT的英文报道。

Kalender（德国）和V ock（瑞士）于1988年开始在螺旋CT领域进行研究并于1989年进行了关于螺旋CT的物理测量和临床研究。Bresler和Skrabacz的螺旋扫描原理的理论研究与这一发展同步，但是关于此方面的新知识出现。这一工作被一个美国的厂商资助，已经研究出扫描的模型，但当时由于图像质量的问题没有投入临床使用。

常规CT有两个不可忽略基本要求：在数据采集过程中，被扫描的物体没有移动；扫描轨迹必须在一个极好的平面上。如果这两个条件之一受到干扰，结果可想而知，会对图像质量带来负面影像。如果病人移动或体内器官的运动，就可导致运动伪影。如果病人很合作且没有移动，同样要求在床通过探测野时的平稳性。第二个要求也是这样。由于热效应和机械不精确性，X线球管焦点偏离设定的轨迹，当焦点和探测器不在同一平面时，可增加图像的伪影。后者对EBCT扫描影响很大。通常发生以上所说的情况时，无法采集到连续的数据，因为扫描系统没有显示出与不同角度一致的层面。这种不连续大多数情况下导致

可见的伪影。

然而，螺旋CT正好违背这两条原则进行制造的：它不在需要平面运动，并且在扫描过程中还要移动病人，这正好与传统相违背，解释了为什么大部分专家在考虑新扫描模式时很少保留以前的计算方法。有批评称螺旋CT是“在CT中产生伪影的方法”，建议进行选择的使用，就像GE医疗系统将快速容积扫描和平面扫描结合起来而去除了准直器一样。然而，在1989年第一次执行的技术性限制没有令人信服的临床实践：对于在最大165mA管电流，12秒的最大时间有12次旋转受到严重的限制。在1990年，第一台有螺旋扫描方式CT的扫描仪被允许使用。这对于螺旋CT来说，却花了两年多的时间才被作为CT扫描最

重要的扫描模式而被普遍承认和接受。

涉及影像质量的平均时间的限制在螺旋CT中已大大减小了。现在建立并使用各种z插值方法可以获得可接受的图像。考虑到临床效果，勿庸置疑螺旋CT具有极大的优势和极好

的性能。

2. 螺旋CT中的扫描原理和技术

螺旋CT建立了一种容积扫描模式，病人在空间中沿着z轴实时连续扫描并以一种非平面的模式扫描。而断层CT是通过对静止物体在单层平面上进行扫描来成像的。螺旋扫描包含着多次探测器的旋转，同时病人不断通过扫描架。通常探测器旋转360度，床进1到2层的速度进行扫描。例如对于一个有1s扫描速度和1到10mm的探测器宽度的单层螺旋CT，

他的扫描速度为1-20mm/s。多排探测器和亚秒旋转时间的CT，床的速度可显著提高。从单

层探测器1s扫描速度的CT到一个4排探测器0.5s扫描速度的CT意味着速度可提高8倍。

X线球管的焦点的轨迹还是一个环形路径，但相对于病人，它是以螺旋路径运行的。Spiral CT和Helical CT表示的是一样的，都可在相关文献中找到。Spiral CT这一术语的出

现更有说服力，像“spiral staircase”“spiral binder”和其他通常使用的名字，而helical staircase

更加常用。根据权威字典，其作者和合著者在1989年选用spiral术语之前进行了商议。这

两个术语都应用于英语中特定的几何学。（注意：在德国数学符号中helical更适合，但为了

保证标准英语的使用而舍弃它）。

螺旋CT中参数的选择大部分对应于断层CT。参数值是可变的，部分参数由于螺旋扫

描模式的可能有限制。例如，螺旋扫描最大许可的管电流都低于断层扫描，为了避免因相

对延长曝光时间而导致的球管过热。现代的扫描装置一般允许超过100s的扫描时间并且管

电流达到350mA。这些已能满足临床的应用，现在又有了新的应用：多相增强检查，动态容积扫描，并且对较高各向同性分辨率的薄层扫描提出了更高的需求。

螺旋扫描必须多选择一个参数：每360度旋转床的位移d。代表90年代早期的标准单

层CT 1s旋转一次，实际对应的进床速度为d’mm/s。对于有0.5s到2.0s多个扫描时间的较

新的扫描器，不能再应用这一简单的关系。更重要的是要考虑同时扫描的层数M。床的移动d与总的层准直M?S的比通常作为pitch或pitch因子：

例如，对于一个四层的CT扫描装置，M＝4，普通的层宽S＝1mm和进床d＝6mm每周，

其螺距为p＝1.5。

螺距是一个无量纲的量，对于影像质量和剂量估计都非常重要。最近一些厂家误译并

混淆了螺距，认为是d/s。这是不可取的，因为丢失了螺距同影像质量和剂量的相互关系。

d/s=3这一比值被一厂家作为四排螺旋的“高质量”扫描协议，但模糊了扫描是在螺距为0.75

的重叠模式下进行这一事实，其结果是增加了扫描剂量。当使用更多或不同的探测器排数

M时，那情况就会变得更复杂；到今天多层CT可选择M＝2或M＝4。因此，一般都根据等式来确定。这是在厂家规则里达成一致的[IEC,1999]。

要想快速覆盖给定的扫描容积并相对断层CT减少剂量，通常选择1-2的螺距值，螺距因子应

于1。为了避免z轴采样时出现间隙，其值不能超过2。螺距因子的选择主要由实际情况决定。是所希望或一定范围R（mm）所接受的扫描时间T（s）的问题。进床d’=R/T(mm/s)是就结果

到选择的层宽和螺距因子，进床真正的设置是：

大部分现代扫描同时多层(m>2)采集的容量为可达到高容积扫描速度且薄层采集

（S<3mm）。另外由于技术的限制，螺距的选择还依赖于有效的算法和图像重建参数。