多排CT（ MDCT）成像技术

引言：

　　多排探测器ＣＴ（multidetector CT,MDCT,multi-slice CT,multidector-row CT,multisection CT）代表着ＣＴ（computed tomography）技术的突破，它不仅有佳的容积数据３Ｄ显示，而且从一个横断面技术转变成一个真正的可以任意切面的３Ｄ成像。在性能上，多层ＣＴ扫描仪提供了大量的信息，它可减少扫描时间，降低层面的准直（section collimation，ＳＣ），显著增加扫描范围。

　　多层ＣＴ采用２个或更多的平行探测器阵列，利用同步旋转球管和探测器阵列的第三代技术装备而成。９０年代早期就有双探测器或多探测器系统，１９９８年又引入了４排探测器系统，２００１年和２００２年就可买到8排、10排、16排或更多排探测器系统的CT。多层CT很快就被放射学家们接受了，在早些年，世界范围内使用这类CT扫描仪的数量几乎呈指数上升：1998年安装了10台，1999年中期就有100台，而2000年末超过了1000台。

2、优势、劣势：

　　这些系统的许多性能由于更快的旋转时间而进一步得到改进，4排探测器的CT性能比一个传统螺旋CT扫描仪高4至8倍，而16排探测器CT的性能甚至是传统螺旋CT扫描仪的25倍以上。此外，利用多层CT改善了数据处理和影像重建，这直接转变成提高扫描仪的效率。于是，多层CT克服了螺旋CT严重的局限之一，即，在扫描范围和SC之间相反的关系。

　　多层CT的劣势是显著增加数据量，尤其是选择均质成像，如：胸部和腹部（60cm）的扫描，采用16×1mm准直进行少于15秒，依赖层间重叠的大小产生600幅图像。如果对纵隔采用平滑函数重建或对肺采用边缘增强函数重建，那么，用一个恒定的准直进行胸部扫描将产生同样多幅影像。一个主动脉和外周动脉的CT血管造影可产生1000幅图像或更多。

　　当减少SC时影像噪声上升，因此，为降低影像噪声重建较薄的层面（MPR或轴层）是重要的。利用较薄的准直，扫描仪的几何效应却下降。在1·25mm准直或更少时可看到这种效应，这不应发生在更大的准直。基于射线准直的装置以及影像内插入算法在各个厂商之间显著不同。8排和16排扫描仪几何效应开始改善。

　　如果需要高质量的薄层影像，那么只需要增加病人剂量。在所有其他病例中，多层CT比传统CT需要的剂量少，而与pitch（螺距）为2的螺旋CT剂量相似。

3、探测器的类型：

多层扫描仪目前可同时获得2个、4个或8个层面，但除双探测器系统外，为了完成1个以上的准直设置，所有多层CT扫描仪有4排以上的探测器。这是依据适当的准直和增加邻近排探测器的信号而达到的。

这里有两种探测器阵列类型，矩阵探测器由相同厚度的平行探测器组成，而自谐调阵列探测器由不同厚度的探测器阵列而成。这两种类型的探测器各有利弊，目前没有哪个系统真正优于另一个。混合探测器在中央使用较小的探测器，在探测器阵列的周边使用较大的探测器，在所有１６层扫描仪中都这样使用。

4、系统性能：

　　系统性能与探测器排数Ｎ成正比且用Ｘ线球管更短的旋转时间ＲＴ（rotation time，RT）而性能有所改善。除双探测器扫描仪外，这个概念同样适用于标准螺旋CT或多层CT。

　　由于高性能系统，快速扫描和薄准直变得可能。用4排探测器的多层扫描仪可对胸腹（层厚＜1·5mm）进行均质成像，但扫描持续时间与“传统”螺旋CT一样。就均质扫描而言仅用8层和16层扫描仪才可使扫描持续时间显著降低。

5、扫描参数：

　　和螺旋CT扫描一样，层面准直（section collimation，SC），每旋转一圈检查床前进的速度（ table feed，TF），以及螺矩（ pitch，P）是多层CT重要的获取参数。除重建增量（ reconstruction increment，RI）外，重建影像的有效层面厚度或层宽（ section width，SW）也是重要的重建参数。所有其他参数仅在特殊病例中有所不同，和探测器排数N一起，可得到获取参数N×SC／TF，以及重建参数SW／RI。

　　和多层CT扫描仪一起使用的 pitch有2种解释，取决于探测器阵列（N×SC）是否选择一个层面还是整个准直作为参考。为了区分它们，由众厂商解释的用星号标明（P＊），而为众多物理学家所解释的P代表“正式”：

　　　　　　P＝TF／N×SC螺距，“探测器螺距”，
　　　　　　P＊＝TF／SC“容积螺距”，“射线螺距”

当用单层螺旋CT时，不管探测器排数N为多少，螺距P理论上可增加到2。在4排探测器的多层扫描仪中相当于P＊＝8，而在16排探测器的多层CT中相当于P＊＝32。实践中，根据不同的厂商和扫描仪探测器排数，大螺距在1·5－2。

　　只要SW大于或等于SC，那么，不依赖SC可选择SW（层厚效应）。可根据厂家，多层原数据插入及重建类型来选择SW。在4层系统中，原数据插入（Z－滤过）可基于类似螺旋CT180°LI和360°LI的算法。但就层厚效应和噪声而言，随着4排探测器螺距P＊从1－8的不同，这此算法的性能也成倍地增加或减少。这是因为排探测器的螺旋轨迹与第二、第三或第四排探测器螺旋轨迹重叠而（P＊＝1、2和3），产生冗长的数据。因此，GE公司只使用2个不同的螺距和相应的SWS。用P＊＝3扫描称为HQ（“高质量”）模式，用P＊＝6扫描称为HS（“高速”）模式。所有其他厂家可在1－8之间任意选择螺距。此外，东芝给出各种不同的Z－滤过的选择，可根据各个用户的需要采用SW及噪声状态。西门子决定用一个自调谐Z－滤过，确保恒定的SW而不依赖于螺距的选择。同时，在一个恒定病人剂量上影像噪声也不依赖于螺距。后一种方法使用户操作更容易，因此他们不再担心螺距、剂量以及影像质量之间的关系。

　　用8排和16排扫描仪锥形X线束效应变得更显著，而对原数据插入及重建需要新的算法。当前所使用的技术（锥形X线束插入）从真正3D背投影到每一个Z位置的斜面重建，然后从一个真正的3D容积数据插入。

　　用GE公司的扫描仪时用户根据临床需要首先选择层宽SW，和单层螺旋CT一样，但对于4层扫描仪在各个步骤中SW是小探测器准直的倍数（即：1·25、2·5、3·75、5、7·5和10mm）。所以，用户不得不决定是否用4×1·25mm或较厚的准直扫描。对于多平面重建（MPR），数据组不得不再次用较薄的层面重建。

　　如果用其他类型的扫描仪，首先选择获取影像的参数，然后再决定重建参数，以适合临床情况。可任意改变重建SW（通常为1mm），但前提是它比选择的准直SC大。

　　在许多临床设备中，重建SW将类似于在单层螺旋CT中所使用的数字。对于胸腹部，大部分常规设备有5－7·5mm将足够了。而对于肺或骨骼的高分辨率CT（HRCT），

1·5－2mm的SW将产生好的结果。

　　当要求成像平面而不是原始轴层时，MPR将不得用薄层重叠数据库来进行。薄层宽（SW）和50%SW的重建增量（RI）为“第二类原始数据”。对于小视野（fields of view，FOV视野），RI不需要比像素尺寸（＝FOV／512）小。为了佳信－噪比，应选择比准直SC宽25－30%的SW（即，当准直为4×1 mm时，SW＝1·25mm），因为如果SW等于SC，那么影像噪声不按比例增加。然后用第二类原始数据建立任意方向（甚至轴）的平面重建和依赖于噪声水平以及临床成像的层面厚度。在多数情况下只有厚的影像用于临床报告。

6、放射线曝光：

　　与同一厂家的螺旋CT扫描仪相比，当使用相同毫安病人曝光量显著增加。这是因为扫描仪几何改变导致每毫安高CT剂量指数（CT dose index，CTDI）（如：GE公司）或由于不再给定毫安，但提供毫安效应（ mAseff=m／s／p）（如：西门子公司）。在后种情况下，螺旋CT扫描用160mAs,5mm准直，床速8mm（P＝1·6→100mAseff），而同等病人曝光多层扫描仪需100mAs（mAseff更精确）。一些用户仍然用160mAseff，因此增加病人剂量。

　　用薄准直将显著增加影像噪声。与螺旋CT相比，它通过增加mAseff至少可以部分补偿。由于较少的部分容积效应，用薄层允许较高的影像噪声。不管怎样，重建较厚的层面，不仅MPR，轴象也能避免所需剂量的增加。

　　从原数据中可直接重建轴位影像，而MPR佳质量需要首先“第二类原数据”的重建。这些数据通过容积数据可用于重建冠状位、矢状位或任意方向重建。而且依据增加这些重建的厚度可提高影像质量。用此技术多层CT所需剂量保持在同样层厚螺旋CT的相同状态。

　　低剂量和超低剂量也可以，尤其对高对比结构，如肺或骨骼。在检查人体横断面的放射补偿是适当的（儿童、瘦的病人、胸、颈、四肢）的情况下，低kVp技术增加骨、对比剂的CT补偿，这样可在不削减信－噪比的情况下降低剂量。例如：在80－90kVp肺血管的CTA效果很好，只需1mSv的有效剂量，超低剂量应用可降至0·4mSv以下。此剂量相当于采用100速屏－片系统传统后前位和侧位胸片之和。

7、影像显示和评价：

　　与螺旋CT一样，电影显示中影像重复显示主要依据（厚）轴层交互式显示。此外，甚至作为一种替代，可重复显示MPR（如冠状面）。由技术人员进行这些MPR的重建，以便影像快速判读；在轴层保留不清的情况下，也可作为一种解决问题的工具由放射学家进行交互式MPR重建。

　　各种不同的3D显示技术提供了优质影像，尤其对CTA和骨的检查。近来容积再现作为标准应用也变得更加有趣，对于近乎全向多层CT数据的影像重复显示，也可作为一种初步模式来使用。