螺旋CT的原理和技术特点
作者：李贻卓 陈龙华 昌仁民 吴沛宏
单位：李贻卓 陈龙华 昌仁民 第一军医大学南方医院 (510515)；吴沛宏 中山医科大学肿瘤医院 (510060)
关键词：
中国医疗器械杂志990109 普通CT在临床上应用了二十余年，技术上得到了充分的发展。但仍面临着诸多问题难以解决，如运动、呼吸等造成扫描层面的重复和遗漏，以及扫描时间长等。螺旋扫描技术，可通过患者的一次屏气而完成整个扫描过程，不仅解决了常规CT面临的难题，而且能够直接在扫描范围内的任何部位进行任意方位和任意间隔的图像重建。并能直接进行CT血管造影。
1 原理特性
螺旋扫描CT，就是在扫描的同时，患者随扫描床连续等速移动，而X线球管和探测器组则相当于电机的转子一样，不停地围绕患者的“感兴趣区”(Range of interesting)作快速连续360°旋转，同时探测器组连续采集数据，如此连续扫描若干周后，其结果是球管相对患者“感兴趣区”体表的扫描轨迹呈一螺旋形路径。故称为螺旋扫描CT(Helical/Spiral Scanning CT)，X线球管所经历的螺旋形路径形成一个圆柱形容积，探测器所获得的数据即为该容积内的全部信息。故又称为螺旋容积扫描CT(Helical/Spiral Volumetric Scanning CT)。
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螺旋扫描的基本原理(Z轴平行于患者长轴)
螺旋扫描得以实现，关键之处是采用了滑环技术(Slip-Ring Technique)。传统的CT扫描机球管系统的电力及信号传送是由电缆完成的，在扫描时球管作往复圆周运动，电缆也随之来回缠绕，并发生拉伸和绞合。阻碍了探测器组的持续旋转，使得扫描无法连续进行。因而明显地影响了扫描速度的提高，获取数据的范围也受到限制。滑环技术的发展，解决了上述电缆连接的缺点。该技术的实现，包括两个关键的解决：第一，它应用了中频技术将高压发生器制作得很小，并与CT球管连在一起，形成组合，固定在机架内，随机架旋转而同步运动。第二，它运用高速旋转的封闭滑环来代替机架运动器件的供电和传送数据的电缆。所谓滑环，实际上是一个圆形宽带状封闭的铜条制成的同心环。其一面与探测器、控制电路以及检测电路相连接并固定于机架的旋转部分。另一面则与一组固定的碳刷头紧密接触，每个碳刷头对应一个滑道。这样在扫描时，滑环与机架一起高速同步旋转，数据则通过滑环与机架相连的一面即时传递到滑环上。滑环另一面的各个滑道也就随即获取了各自所需负责传递的数据。这些数据再通过各个滑道同与之对应的碳刷头的紧密接触，就能即时地准确无误地被传送给数据处理系统。由于象这样电源和数据的传递不是通过电缆而是通过封闭的滑动的铜环来连接的。所以称之为滑环技术。正是由于这种技术的实现，使得扫描系统可以单向连续旋转，从而消除了传统CT扫描机的机械扫描的加速、减速和回位过程，大大提高了扫描速度，并使扫描获取的信息更加广泛。也正是这种技术的发展，为螺旋扫描奠定了基础。
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2 技术特点
2.1 扫描方法
当进行螺旋扫描时，重要的问题是要选择恰当的扫描技术参数。扫描技术参数的恰当与否，直接影响到图像质量。螺旋扫描的大多数参数，如kV.mA.层面厚度等的选择与常规CT基本一致。所不同的是增加了进床速度(Table increment)和所需重建图像的间隔的选择。螺旋扫描的层厚、床移速度、整个扫描时间及图像重建的间隔是可以调整的。层厚的选择主要是根据成像部位和扫描目的而设计。床面移动速度愈慢，切层愈薄，则图像质量愈好。但当扫描范围确定时，若床移速度过慢，必然延长扫描时间，则需考虑病人的一次屏气能力和机器本身的性能。否则患者将无法很好地配合扫描。床面移动愈快，切层愈厚，则总的扫描时间愈短，图像质量下降，从而降低病灶的检出率。因此，床移速度、层厚、扫描时间三者必须很好地选择于最佳配合点。
2.2 图像重建：
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由于在扫描的同时，扫描床在连续等速移动导致每一周扫描的起点和终点不在同一平面上，因此在图像重建之前，为了消除运动伪影和防止层面的错位，需要在所采集的原始数据的相邻点内用线性内插法进行校正。线性内插法有两种：360°线性内插法和180°线性内插法。360°线性内插法与常规CT比较，其噪声降低了17%—18%，但使层面敏感度侧视曲线SSP(Section Sensitivity Profiles)增宽，降低了纵向分辨率(Longitudinal Resolution)。而180°线性内插法的噪声则比常规CT增加12%—29%；但其纵向分辨率要高于360°线性内插法，从而减少了重建每帧图像的螺旋扫描区域，减少了容积伪影。故现在一般采用180°线性内插法。由于螺旋扫描的起点和终点均有一部分资料搜集不完整，故图像重建的范围要比扫描略小，其计算公式为：重建长度=(扫描时间-2)×床速。例如扫描时间为30s，床速为10mm/s，则重建长度为(30-2)×10=280mm，也就是说，可在280mm的范围内进行任何部位、任意方位和任意间隔的图像重建。
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使用螺旋扫描CT比普通CT需要有更多的技术知识，如选择层厚，床移速度，图像重建间隔以及线性内插法的类型等。在选择扫描参数时需根据不同的扫描部位和检查目的选择不同的折衷方案。减少螺距(机架旋转一周的床移)，将延长扫描时间，限制了螺旋扫描获取数据的有效范围。图像重建间隔的减少，可增加纵向分辨率，但却增加了图像处理，数据存取以及图像回顾的物理时间。对于常规诊断，有作者建议每个螺距内可重建1—2层，而对于多方位和三维重建，则可于每个螺距内重建3—5层。整个扫描时间决定于患者的一次屏气能力和机器本身的性能。
螺旋扫描CT不仅突破了常规CT的限制，而且还具有能直接进行CT血管造影，直接进行三维重建，减少病人辐射，节省造影剂用量等许多优点。随着制造工艺的发展和应用技术的提高，螺旋扫描CT必将具有广阔的前景。但是，目前螺旋扫描CT的价格十分昂贵，使大多数用户只能望其兴叹。因此，对于厂家和用户来讲，低成本的螺旋扫描CT将成为一个重要的发展方向。
参 考 文 献
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1. 姜蔚国，赵弘等，螺旋CT的原理和应用.中华放射学杂志.1995；29(1)：60-1.
2. Rigants H, Marchal G, Baert AL, et. al, Initial experimence with volume scanning. J. comput Asist Tomogr,1990;14:675.
3. Zeman RK, Fox SH. Silverman PM, et al. Helical (spiral) CT of the abdomen. AJR.1993;160:719-725.
4. 刘士远.肖湘生；螺旋CT的原理，技术及临床应用.国外医学.临床放射学分册，1996；1.12-14.
5. Poalcin A, Kalender WA, Marchal G. Evaluation of section sensitivity profiles and image noise in spiral CT. Radio 1992;185:29-35。
, http://www.100md.com
6. Wang G, Vannier MW. Helical image noise-analytical results. Med. phys.1993;20:1635-1640.
7. Wang G, Vannier MW. longitudinal resolution in volumetric x-ray computerized tomography-Analytical comparison between conventional and helical computerized tomography. Med. phys.1994;21(3):429-433.
8. 石明国等.实用CT影像技术学.西安：陕西科学技术出版社，1995，9。171-174.
9. Brink JA. Heiken JP, Wang G et al. spiral (Helical) CT principle and technical considerations. Radiographics,1994;14:887-893., 百拇医药
单位：李贻卓 陈龙华 昌仁民 第一军医大学南方医院 (510515)；吴沛宏 中山医科大学肿瘤医院 (510060)
关键词：
中国医疗器械杂志990109 普通CT在临床上应用了二十余年，技术上得到了充分的发展。但仍面临着诸多问题难以解决，如运动、呼吸等造成扫描层面的重复和遗漏，以及扫描时间长等。螺旋扫描技术，可通过患者的一次屏气而完成整个扫描过程，不仅解决了常规CT面临的难题，而且能够直接在扫描范围内的任何部位进行任意方位和任意间隔的图像重建。并能直接进行CT血管造影。
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螺旋扫描CT，就是在扫描的同时，患者随扫描床连续等速移动，而X线球管和探测器组则相当于电机的转子一样，不停地围绕患者的“感兴趣区”(Range of interesting)作快速连续360°旋转，同时探测器组连续采集数据，如此连续扫描若干周后，其结果是球管相对患者“感兴趣区”体表的扫描轨迹呈一螺旋形路径。故称为螺旋扫描CT(Helical/Spiral Scanning CT)，X线球管所经历的螺旋形路径形成一个圆柱形容积，探测器所获得的数据即为该容积内的全部信息。故又称为螺旋容积扫描CT(Helical/Spiral Volumetric Scanning CT)。
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螺旋扫描的基本原理(Z轴平行于患者长轴)
螺旋扫描得以实现，关键之处是采用了滑环技术(Slip-Ring Technique)。传统的CT扫描机球管系统的电力及信号传送是由电缆完成的，在扫描时球管作往复圆周运动，电缆也随之来回缠绕，并发生拉伸和绞合。阻碍了探测器组的持续旋转，使得扫描无法连续进行。因而明显地影响了扫描速度的提高，获取数据的范围也受到限制。滑环技术的发展，解决了上述电缆连接的缺点。该技术的实现，包括两个关键的解决：第一，它应用了中频技术将高压发生器制作得很小，并与CT球管连在一起，形成组合，固定在机架内，随机架旋转而同步运动。第二，它运用高速旋转的封闭滑环来代替机架运动器件的供电和传送数据的电缆。所谓滑环，实际上是一个圆形宽带状封闭的铜条制成的同心环。其一面与探测器、控制电路以及检测电路相连接并固定于机架的旋转部分。另一面则与一组固定的碳刷头紧密接触，每个碳刷头对应一个滑道。这样在扫描时，滑环与机架一起高速同步旋转，数据则通过滑环与机架相连的一面即时传递到滑环上。滑环另一面的各个滑道也就随即获取了各自所需负责传递的数据。这些数据再通过各个滑道同与之对应的碳刷头的紧密接触，就能即时地准确无误地被传送给数据处理系统。由于象这样电源和数据的传递不是通过电缆而是通过封闭的滑动的铜环来连接的。所以称之为滑环技术。正是由于这种技术的实现，使得扫描系统可以单向连续旋转，从而消除了传统CT扫描机的机械扫描的加速、减速和回位过程，大大提高了扫描速度，并使扫描获取的信息更加广泛。也正是这种技术的发展，为螺旋扫描奠定了基础。
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2 技术特点
2.1 扫描方法
当进行螺旋扫描时，重要的问题是要选择恰当的扫描技术参数。扫描技术参数的恰当与否，直接影响到图像质量。螺旋扫描的大多数参数，如kV.mA.层面厚度等的选择与常规CT基本一致。所不同的是增加了进床速度(Table increment)和所需重建图像的间隔的选择。螺旋扫描的层厚、床移速度、整个扫描时间及图像重建的间隔是可以调整的。层厚的选择主要是根据成像部位和扫描目的而设计。床面移动速度愈慢，切层愈薄，则图像质量愈好。但当扫描范围确定时，若床移速度过慢，必然延长扫描时间，则需考虑病人的一次屏气能力和机器本身的性能。否则患者将无法很好地配合扫描。床面移动愈快，切层愈厚，则总的扫描时间愈短，图像质量下降，从而降低病灶的检出率。因此，床移速度、层厚、扫描时间三者必须很好地选择于最佳配合点。
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使用螺旋扫描CT比普通CT需要有更多的技术知识，如选择层厚，床移速度，图像重建间隔以及线性内插法的类型等。在选择扫描参数时需根据不同的扫描部位和检查目的选择不同的折衷方案。减少螺距(机架旋转一周的床移)，将延长扫描时间，限制了螺旋扫描获取数据的有效范围。图像重建间隔的减少，可增加纵向分辨率，但却增加了图像处理，数据存取以及图像回顾的物理时间。对于常规诊断，有作者建议每个螺距内可重建1—2层，而对于多方位和三维重建，则可于每个螺距内重建3—5层。整个扫描时间决定于患者的一次屏气能力和机器本身的性能。
螺旋扫描CT不仅突破了常规CT的限制，而且还具有能直接进行CT血管造影，直接进行三维重建，减少病人辐射，节省造影剂用量等许多优点。随着制造工艺的发展和应用技术的提高，螺旋扫描CT必将具有广阔的前景。但是，目前螺旋扫描CT的价格十分昂贵，使大多数用户只能望其兴叹。因此，对于厂家和用户来讲，低成本的螺旋扫描CT将成为一个重要的发展方向。
参 考 文 献
, 百拇医药
1. 姜蔚国，赵弘等，螺旋CT的原理和应用.中华放射学杂志.1995；29(1)：60-1.
2. Rigants H, Marchal G, Baert AL, et. al, Initial experimence with volume scanning. J. comput Asist Tomogr,1990;14:675.
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5. Poalcin A, Kalender WA, Marchal G. Evaluation of section sensitivity profiles and image noise in spiral CT. Radio 1992;185:29-35。
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8. 石明国等.实用CT影像技术学.西安：陕西科学技术出版社，1995，9。171-174.
9. Brink JA. Heiken JP, Wang G et al. spiral (Helical) CT principle and technical considerations. Radiographics,1994;14:887-893., 百拇医药