螺旋Ct及其在胸部疾病中的应用
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2001年10月4日
螺旋CT及其在胸部疾病中的应用
继1973年第一台头颅CT“EMI scanner”应用于北美Mayo医院16年后，1989年螺旋CT被引入临床放射实践。螺旋CT(Spiral or helical CT)是指X线球管及检测器不间断地扫描和数据采集期间扫描床持续同步前移的计算机辅助断层扫描装置。计算机辅助断层扫描(CT)的发展：从传统CT到螺旋CT，主要是围绕数据的采集及接收方式、扫描速度和图像的分辨率三个方面展开的。螺旋CT在数据采集方式及扫描速度的提高方面做了重要的突破，这一突破使得CT的扫描速度更快，扫描层面更薄并实行了立体容积数据采集，从而使胸部疾病的诊断率，特别是众所关注的肺内孤立性小结节的诊断率得到肯定的提高。
一、螺旋CT在机电性能方面的改进
1、传统CT的高压发生器放置在扫描架外面，二者之间有粗大的电缆相连，每旋转360度必须停顿10秒左右，然后改变方向，逆向旋转；螺旋将高压发生器移入扫描过程中，X线球管不停顿地发射X线，扫描床持续同步前移，实现了无间断容积数据采集，故又称容积数据采集CT (volume acquisition CT)
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2、螺旋CT将原有的70个检测器增加到1000个(不同机型,数据目各异)，并改进字排列模式，从而很大地提高了扫描的速度和获得信息量。
3、螺旋CT将原来定子和转子之间的信息传送电缆改进为近红外线光缆，使扫描速度从1.65兆字节/秒提高到80兆字节/秒，扫描速度的加快奠定了CT血管造影的基础。
4、螺旋CT进一步加强了计算机的后处理功能,并提高了X线球管的热容量，使三维重建及电影显示等各种形式的图像后处理成为可能。
5、双焦点螺旋CT(Twin CT)：双焦点是指X线球管在发射X线束的同时被对侧平行的双排检测器接受的CT装置，与单焦点螺旋CT比较，在相同扫描时间及相同层厚的情况下扫描范围扩大一倍。
二、螺旋CT的扫描参数
1、层厚：因为螺旋CT实际扫描的起点和终点不在一个矩形面上，所以层面敏感分布曲线增宽，实际层面厚度较预定层面厚度增大，部分容积效应随之相应有所增大，但研究结果表明，仅此一因素造成的螺旋CT的图像较传统CT并无大的失真变形。
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2、扫描范围：螺旋CT的图像实际范围小于扫描预定范围，而有效层厚大于预定层厚，因为螺旋CT的实际扫描模式不是起于一个平面的矩形而是不在一个平面的螺旋形，每一周起点和终点都不在一个层面上。如果将扫描数据直接重建图像，必将产生运动伪影和层面的错位，所以螺旋CT采用对原始数据相邻点用内插入法(interpolation)进行逐点修正，然后图像重建的方法。这种方法处理的结果，使扫描两端的数据不能单独用来重建图像。重建图像的范围要比实际扫描小。与常规CT比较，螺旋CT的薄层图像经过这种计算机纠正，清晰度不如前者。
3、螺距(pitch)：螺距代表扫描时前进的床速与层厚之比。当螺距为1时，代表层面间无间隔亦无重叠；螺距等于0.5时，相临层面间有1/2的重叠。使用小的螺距，可以使伪影减少到较低限度，理论上可得到与HRCT清晰度相同的高质量图像。
贵阳市第三医院的医务人员在收看
4、床进动(Slice increment out)：床进动决定重建图像横断层面之间的迭加模式，与扫描过程无关，只用于扫描后的重建程序，又称为重建间隔。在同样层厚、同样范围、同等时间扫描后缩小重建间隔，可以提高图像的清晰度和重建效果。
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5、扫描层数：螺旋CT的重建图像数目等于扫描范围除以重建层厚。所得到的图像层数，在扫描结束后，利用计算机的后处理功能还可更改。例如：将重建间隔改小，所得到的图像层数会增加，层面更薄，容积效应减少，图像更清晰。
三、螺旋CT在胸部疾病中的应用
目前，螺旋CT已经成为继平片之后，胸部疾病重要的检查手段。70年代最初的CT扫描仪，受机器性能的限制，速度和分辨率低，只能观察肺和纵隔内大于一厘米的结节和用于鉴别病变源于胸膜还是肺内。70年代中到80年代，随着速度和分辨力的提高，CT图象无重叠的优势也得到了进一步的发挥。80年代末期，螺旋CT出现，扫描速度更快，患者在一次较长憋气时间内(20—32秒)可完成整个胸部扫描，而且是容积数据采集，相邻层面之间没有间隔。在常规8-10mm层厚的螺旋CT扫描结束后，如果怀疑小的肺部结节存在，还可以设立更薄的重建间隔，进行更薄层的图像重建。传输CT对于诊断来自横膈的病变有时是很困难的，螺旋CT的二维及多平面冠状和矢状重建有助于判断肿物的来源是横膈、胸腔还是腹腔；推断肿物的性质，从而极大的拓宽了胸部CT检查的适应征。
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1、肺部结节的检出
肺内小结节的检出，特别是小于5mm的小结节，是胸部X线诊断的一大重点，也是难点，螺旋CT可以更清楚地观察结节内部、周边的特征及结构内部血管、外部供血情况。普通Х片高度可疑的肺内小结节而在传统CT图像上假阴性的情况已有报道，这些被漏诊的结节主要位于两下肺野，有些可以大到20mm。我们自己的尸检材料中，被常规CT遗漏的小结节最大是30mm。常规CT漏诊的主要原因是：
(1)呼吸深度不均匀
(2)部分容积效应的影响
(3)运动伪影
从常规CT到螺旋CT机器性能的改进，就是针对上述问题作了调整：容积数据采集扫描克服了呼吸深度不均所可能造成的病变丢失，时间和空间的双重内插入法可以减低呼吸运动及心跳伪影的影响，再加上薄层技术，很大地提高了肺内结节的检出率。值得指出的是，如果层面厚度大于小结节的直径或螺距过大，即使是使用螺旋CT扫描，这种肺内小结节也还是可能遗漏。Costello P报导一组20例临床可疑为肺内小结节(<1cm)的病历组，同时使用传统CT和螺旋CT做肺部扫描，层厚和床进动4mm，螺旋CT较传统CT多检出4个小结节；Heywanj-Koebrunner Sh.报导了另一组40例同时做传统CT和螺旋CT肺部扫描对照，共检出245个肺内小结节，其中螺旋CT较传统CT多检出22个小结节。
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2.螺旋CT血管造影(CTA)
(1)螺旋CT血管造影的方法是通过肘浅静脉注入造影剂，在血管动脉期进行连续数据采集。一般成人剂量60ml,速率2-3ml/秒，肺动脉影延时10秒，主动脉造影一般延时15秒后开始扫描。扫描结束后将层面数据从计算机库中调出，划定兴趣区。删除骨骼等高密度组织，留下靶血管的影像，然后进行单一或多支血管的重建。
CTA的三大技术要素：连续容积数据采集、有效的造影增强、计算机三维立体重建。计算机的三维图像重建是在X、Y轴的两维图像上对Z轴(立体轴)进行投影转换和负影显示处理。
心脏及大血管的扫描影像
后处理方式主要有两种：最大密度投影(maximum intensity projection MIP)；遮盖表面显示(shadow surface display SSD)。
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MIP投影是通过计算沿着穿过被扫描物体的每条射线上所遇到的最大像素强度而产生的，它的作用是使充盈造影剂的高密度血管立体成像。这种方法的局限性在于计算机程序无法鉴别每条射线上所遇到密度值相近的骨骼和充盈造影剂的高密度血管影像不同。MIP投影为多角度象素强度计算成像技术，又称全容积技术(volume-rendering technique)。这种方法还广泛应用于磁共振血管造影(MRA)和普通造影的立体成像。
SSD显示法是通过计算扫描物表面所在相关像素数学模式的方法产生的。使用SSD或者MIP只是计算机对数据的后处理方式不一样。SSD的技术局限性在于信息的取得依赖于所选定的组织像素的单一阈值(CT值)，凡超出这一阈值的像素强度。例如血管壁钙化在MIP图像中可以清晰显示，而在SSD图像中显示不出来。
CTA血管成像的清晰度受靶血管内造影剂的浓度，层厚和血管走向的影响，如果层厚大于靶血管的直径，血管的清晰度就会受到部分容积效应的影响；与扫描层面垂直的血管显示较理想，而横向走向血管的狭窄程度将会被低估。我们目前使用的方法是选择一个较薄的层面(1.5-3.2mm)，一个小的螺距(0.7)使得层面之间有重叠。同样要注意的是薄的层厚会使图像的噪声增加。克服的方法是使用大热容量的X线管，这样可以使由于层面减薄而导致的噪音增加成为忽略不计的因素。
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右侧支气管扩张的影像
螺旋CT血管造影还发展了传统CT的二维多平面重建技术，包括单器官及多器官的冠状、矢状、斜面及曲面重建。
二维重建的优点是后处理程序简易快捷，2-3分钟即可按指令重建成像，临床应用广泛。多平面重建的平面位置、层厚及间隔的选定可以随时变化。例如对于前纵隔，肺动肺根部的肿物，要观察肿物与主动脉的关系，则标线应放在升、降主动脉及肿物之间；如要观察肿物与横膈的关系则标线应连接于肿物与横膈之间。
总之各种不同的后处理方法互相补充，弥补了单纯轴位图像在空间角度上的局限性，使我们能得到更详尽，更直观的病变的影像。不同的组织器官还可以选择不同的色彩，构成伪彩色的立体图像。
(2)螺旋CT血管造影的应用
CTA是螺旋CT在应用方面的重要的进展。传统X线对血管病变的检查方法是血管造影，但是有创伤性。CTA为血管病变的诊断提供了一个无创性的检查手段。CTA可以显示动脉瘤的真假腔和内膜瓣及破口的位置、数目、分支血管有无受累狭窄及血成形术金属内支架固定后的形态和位置；也可以提供一个冠状、矢状及横断面多角度演示胸主动脉瘤的平面及立体图像。肺动脉栓塞的诊断依据肺血管内的充盈缺损，即附着在血管壁的栓子所造成的充盈缺有时在介入性肺血管造影中容易漏掉，而CTA却显示满意。CTA对2-4级肺动脉栓塞诊断的敏感性为98%，特异性为96%。CTA还能够提供肿瘤直接侵犯肺动脉、肺动脉瘤、肺小动脉炎病理改变的直接形态学依据。
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肺及支气管影像
3.螺旋CT气管支气管树成像
传统X线对呼吸气道病变的检查方法为平片、断层和支气管造影，前两者分辨率有限而后者检查痛苦太大，都不能满足临床要求。螺旋CT气管支气管树成像，原理与MIP一样，沿着重建物体的每条射线上所遇到的最小像素强度重建图像可得到低密度器官如气管、支气管树的三维立体图像。
螺旋CT薄层扫描、气管支气管树重建能详尽且直观地显示主支气管及95%以上支气管的影像，85%的患者螺旋CT可以从冠状位，轴位及矢状位显示肿瘤对支气管的局部浸润及纵膈侵犯，克服了轴位视觉误差，是对气管支气管疾病检查法的一个补充。
综上所述，随着计算机日新月异的飞速发展，螺旋CT的临床适应性是广阔的，它的临床实用价值还可望进一步提高。, 百拇医药
继1973年第一台头颅CT“EMI scanner”应用于北美Mayo医院16年后，1989年螺旋CT被引入临床放射实践。螺旋CT(Spiral or helical CT)是指X线球管及检测器不间断地扫描和数据采集期间扫描床持续同步前移的计算机辅助断层扫描装置。计算机辅助断层扫描(CT)的发展：从传统CT到螺旋CT，主要是围绕数据的采集及接收方式、扫描速度和图像的分辨率三个方面展开的。螺旋CT在数据采集方式及扫描速度的提高方面做了重要的突破，这一突破使得CT的扫描速度更快，扫描层面更薄并实行了立体容积数据采集，从而使胸部疾病的诊断率，特别是众所关注的肺内孤立性小结节的诊断率得到肯定的提高。
一、螺旋CT在机电性能方面的改进
1、传统CT的高压发生器放置在扫描架外面，二者之间有粗大的电缆相连，每旋转360度必须停顿10秒左右，然后改变方向，逆向旋转；螺旋将高压发生器移入扫描过程中，X线球管不停顿地发射X线，扫描床持续同步前移，实现了无间断容积数据采集，故又称容积数据采集CT (volume acquisition CT)
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2、螺旋CT将原有的70个检测器增加到1000个(不同机型,数据目各异)，并改进字排列模式，从而很大地提高了扫描的速度和获得信息量。
3、螺旋CT将原来定子和转子之间的信息传送电缆改进为近红外线光缆，使扫描速度从1.65兆字节/秒提高到80兆字节/秒，扫描速度的加快奠定了CT血管造影的基础。
4、螺旋CT进一步加强了计算机的后处理功能,并提高了X线球管的热容量，使三维重建及电影显示等各种形式的图像后处理成为可能。
5、双焦点螺旋CT(Twin CT)：双焦点是指X线球管在发射X线束的同时被对侧平行的双排检测器接受的CT装置，与单焦点螺旋CT比较，在相同扫描时间及相同层厚的情况下扫描范围扩大一倍。
二、螺旋CT的扫描参数
1、层厚：因为螺旋CT实际扫描的起点和终点不在一个矩形面上，所以层面敏感分布曲线增宽，实际层面厚度较预定层面厚度增大，部分容积效应随之相应有所增大，但研究结果表明，仅此一因素造成的螺旋CT的图像较传统CT并无大的失真变形。
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2、扫描范围：螺旋CT的图像实际范围小于扫描预定范围，而有效层厚大于预定层厚，因为螺旋CT的实际扫描模式不是起于一个平面的矩形而是不在一个平面的螺旋形，每一周起点和终点都不在一个层面上。如果将扫描数据直接重建图像，必将产生运动伪影和层面的错位，所以螺旋CT采用对原始数据相邻点用内插入法(interpolation)进行逐点修正，然后图像重建的方法。这种方法处理的结果，使扫描两端的数据不能单独用来重建图像。重建图像的范围要比实际扫描小。与常规CT比较，螺旋CT的薄层图像经过这种计算机纠正，清晰度不如前者。
3、螺距(pitch)：螺距代表扫描时前进的床速与层厚之比。当螺距为1时，代表层面间无间隔亦无重叠；螺距等于0.5时，相临层面间有1/2的重叠。使用小的螺距，可以使伪影减少到较低限度，理论上可得到与HRCT清晰度相同的高质量图像。
贵阳市第三医院的医务人员在收看
4、床进动(Slice increment out)：床进动决定重建图像横断层面之间的迭加模式，与扫描过程无关，只用于扫描后的重建程序，又称为重建间隔。在同样层厚、同样范围、同等时间扫描后缩小重建间隔，可以提高图像的清晰度和重建效果。
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5、扫描层数：螺旋CT的重建图像数目等于扫描范围除以重建层厚。所得到的图像层数，在扫描结束后，利用计算机的后处理功能还可更改。例如：将重建间隔改小，所得到的图像层数会增加，层面更薄，容积效应减少，图像更清晰。
三、螺旋CT在胸部疾病中的应用
目前，螺旋CT已经成为继平片之后，胸部疾病重要的检查手段。70年代最初的CT扫描仪，受机器性能的限制，速度和分辨率低，只能观察肺和纵隔内大于一厘米的结节和用于鉴别病变源于胸膜还是肺内。70年代中到80年代，随着速度和分辨力的提高，CT图象无重叠的优势也得到了进一步的发挥。80年代末期，螺旋CT出现，扫描速度更快，患者在一次较长憋气时间内(20—32秒)可完成整个胸部扫描，而且是容积数据采集，相邻层面之间没有间隔。在常规8-10mm层厚的螺旋CT扫描结束后，如果怀疑小的肺部结节存在，还可以设立更薄的重建间隔，进行更薄层的图像重建。传输CT对于诊断来自横膈的病变有时是很困难的，螺旋CT的二维及多平面冠状和矢状重建有助于判断肿物的来源是横膈、胸腔还是腹腔；推断肿物的性质，从而极大的拓宽了胸部CT检查的适应征。
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1、肺部结节的检出
肺内小结节的检出，特别是小于5mm的小结节，是胸部X线诊断的一大重点，也是难点，螺旋CT可以更清楚地观察结节内部、周边的特征及结构内部血管、外部供血情况。普通Х片高度可疑的肺内小结节而在传统CT图像上假阴性的情况已有报道，这些被漏诊的结节主要位于两下肺野，有些可以大到20mm。我们自己的尸检材料中，被常规CT遗漏的小结节最大是30mm。常规CT漏诊的主要原因是：
(1)呼吸深度不均匀
(2)部分容积效应的影响
(3)运动伪影
从常规CT到螺旋CT机器性能的改进，就是针对上述问题作了调整：容积数据采集扫描克服了呼吸深度不均所可能造成的病变丢失，时间和空间的双重内插入法可以减低呼吸运动及心跳伪影的影响，再加上薄层技术，很大地提高了肺内结节的检出率。值得指出的是，如果层面厚度大于小结节的直径或螺距过大，即使是使用螺旋CT扫描，这种肺内小结节也还是可能遗漏。Costello P报导一组20例临床可疑为肺内小结节(<1cm)的病历组，同时使用传统CT和螺旋CT做肺部扫描，层厚和床进动4mm，螺旋CT较传统CT多检出4个小结节；Heywanj-Koebrunner Sh.报导了另一组40例同时做传统CT和螺旋CT肺部扫描对照，共检出245个肺内小结节，其中螺旋CT较传统CT多检出22个小结节。
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2.螺旋CT血管造影(CTA)
(1)螺旋CT血管造影的方法是通过肘浅静脉注入造影剂，在血管动脉期进行连续数据采集。一般成人剂量60ml,速率2-3ml/秒，肺动脉影延时10秒，主动脉造影一般延时15秒后开始扫描。扫描结束后将层面数据从计算机库中调出，划定兴趣区。删除骨骼等高密度组织，留下靶血管的影像，然后进行单一或多支血管的重建。
CTA的三大技术要素：连续容积数据采集、有效的造影增强、计算机三维立体重建。计算机的三维图像重建是在X、Y轴的两维图像上对Z轴(立体轴)进行投影转换和负影显示处理。
心脏及大血管的扫描影像
后处理方式主要有两种：最大密度投影(maximum intensity projection MIP)；遮盖表面显示(shadow surface display SSD)。
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MIP投影是通过计算沿着穿过被扫描物体的每条射线上所遇到的最大像素强度而产生的，它的作用是使充盈造影剂的高密度血管立体成像。这种方法的局限性在于计算机程序无法鉴别每条射线上所遇到密度值相近的骨骼和充盈造影剂的高密度血管影像不同。MIP投影为多角度象素强度计算成像技术，又称全容积技术(volume-rendering technique)。这种方法还广泛应用于磁共振血管造影(MRA)和普通造影的立体成像。
SSD显示法是通过计算扫描物表面所在相关像素数学模式的方法产生的。使用SSD或者MIP只是计算机对数据的后处理方式不一样。SSD的技术局限性在于信息的取得依赖于所选定的组织像素的单一阈值(CT值)，凡超出这一阈值的像素强度。例如血管壁钙化在MIP图像中可以清晰显示，而在SSD图像中显示不出来。
CTA血管成像的清晰度受靶血管内造影剂的浓度，层厚和血管走向的影响，如果层厚大于靶血管的直径，血管的清晰度就会受到部分容积效应的影响；与扫描层面垂直的血管显示较理想，而横向走向血管的狭窄程度将会被低估。我们目前使用的方法是选择一个较薄的层面(1.5-3.2mm)，一个小的螺距(0.7)使得层面之间有重叠。同样要注意的是薄的层厚会使图像的噪声增加。克服的方法是使用大热容量的X线管，这样可以使由于层面减薄而导致的噪音增加成为忽略不计的因素。
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右侧支气管扩张的影像
螺旋CT血管造影还发展了传统CT的二维多平面重建技术，包括单器官及多器官的冠状、矢状、斜面及曲面重建。
二维重建的优点是后处理程序简易快捷，2-3分钟即可按指令重建成像，临床应用广泛。多平面重建的平面位置、层厚及间隔的选定可以随时变化。例如对于前纵隔，肺动肺根部的肿物，要观察肿物与主动脉的关系，则标线应放在升、降主动脉及肿物之间；如要观察肿物与横膈的关系则标线应连接于肿物与横膈之间。
总之各种不同的后处理方法互相补充，弥补了单纯轴位图像在空间角度上的局限性，使我们能得到更详尽，更直观的病变的影像。不同的组织器官还可以选择不同的色彩，构成伪彩色的立体图像。
(2)螺旋CT血管造影的应用
CTA是螺旋CT在应用方面的重要的进展。传统X线对血管病变的检查方法是血管造影，但是有创伤性。CTA为血管病变的诊断提供了一个无创性的检查手段。CTA可以显示动脉瘤的真假腔和内膜瓣及破口的位置、数目、分支血管有无受累狭窄及血成形术金属内支架固定后的形态和位置；也可以提供一个冠状、矢状及横断面多角度演示胸主动脉瘤的平面及立体图像。肺动脉栓塞的诊断依据肺血管内的充盈缺损，即附着在血管壁的栓子所造成的充盈缺有时在介入性肺血管造影中容易漏掉，而CTA却显示满意。CTA对2-4级肺动脉栓塞诊断的敏感性为98%，特异性为96%。CTA还能够提供肿瘤直接侵犯肺动脉、肺动脉瘤、肺小动脉炎病理改变的直接形态学依据。
, http://www.100md.com
肺及支气管影像
3.螺旋CT气管支气管树成像
传统X线对呼吸气道病变的检查方法为平片、断层和支气管造影，前两者分辨率有限而后者检查痛苦太大，都不能满足临床要求。螺旋CT气管支气管树成像，原理与MIP一样，沿着重建物体的每条射线上所遇到的最小像素强度重建图像可得到低密度器官如气管、支气管树的三维立体图像。
螺旋CT薄层扫描、气管支气管树重建能详尽且直观地显示主支气管及95%以上支气管的影像，85%的患者螺旋CT可以从冠状位，轴位及矢状位显示肿瘤对支气管的局部浸润及纵膈侵犯，克服了轴位视觉误差，是对气管支气管疾病检查法的一个补充。
综上所述，随着计算机日新月异的飞速发展，螺旋CT的临床适应性是广阔的，它的临床实用价值还可望进一步提高。, 百拇医药