随着多层螺旋CT的普及,螺距(pitch)成为螺旋CT很重要的扫描参数。
螺距是扫描架旋转一周360°进床距离与透过探测器的X线束厚度之比,单层CT的X线束厚度等于探测器准直宽,即等于采集层厚宽度。
螺距的计算公式:P=S(mm)/D(mm) P:螺距 S:扫描架旋转一周360°进床距离 D:为X线束厚度
因多层螺旋CT应用了多排探测器阵列,所以,X线束被多排探测器分为多束更细的X 射线,透过探测器的X线束厚度以d(mm)表示,则:d(mm)=D(mm)/N其中:N为探测器排数。
多层螺旋CT的螺距以P表示:则多层螺旋CT的螺距公式: P=S(mm)/D(mm)/N
螺距决定CT的容积覆盖速度,影响图象的质量。
扫描区域确定后,其它扫描参数不变,增加螺距时,完成总的容积扫描时间将缩短,但获得的容积体积不发生变化,图像质量将受到影响。
那么如何更好的应用螺距(pitch),将从三个方面考虑:(1)扫描范围(2)扫描时间(3)图象质量
[pitch of screws] 螺纹上相邻两牙对应点之间的轴向距离,代号是P。
如果带电粒子进入均匀磁场B时,其速度v与B之间成θ角,则粒子将作螺旋运动。
而粒子在磁场中回转一圈所前进的距离叫做螺距(h):
h=2πmvcosθ/(qB)
单线螺纹的螺距等于导程,多线螺纹的螺距等于导程除以线数。
螺距亦称牙距。
在英制中,以每一英寸(25.4mm)中的牙数来表明牙距。
螺旋CT的问世产生了一个新的概念,螺距(pitch,P)。
对早期的单层螺旋,各厂家对此定义是统一的,即螺距=球管旋转360°进床距离/准直宽度。
对于多层螺旋CT螺距的概念有点复杂,多层CT的一个准直宽度包含了多个相邻的图像。
这样,厂家的不协商(或者说不妥协)导致了多层螺旋螺距公式中分母:准直宽度定义的混乱。
例如:MARCONI等多层CT将整个准直宽度作为公式的分母(层数x单个准直器宽度),而GE等则将每一层图像的准直宽度作为分母。
由于基础定义的混乱,造成了计算公式结果的混乱。
前者无论是4、8还是16层,进床距离等于整个准直宽度时,计算结果螺距均等于1,而后者则不断变化,计算结果螺距分别等于4、8和16。
这种不同厂家定义的混乱,造成了初接触多层CT者的困惑。
多层螺旋CT的技术原理及影像质量
多层螺旋CT的出现是CT技术革命性进步,各厂家相继开发出了4层、8层及16层螺旋CT。
与传统螺旋CT相比,多层螺旋CT在成像原理、技术特点有明显的不同,图像质量也有明显的改进,本文介绍如下。
1 多层螺旋CT原理
1.1数据采集通道
数据采集通道数是决定X线管球旋转1周所能获得的图像层数,
目前各厂家推出的机型有2通道、4通道、8通道和16通道。
有关专家估计,随着技术水平的发展,制造成本进一步降低,今后传统CT甚至单层螺旋CT将逐步被多层螺旋CT所取
代,尤其是性价比有优势的双层螺旋会更加普及。
1.2 探测器
在探测器结构上,多层与单层螺旋CT最大区别是Z轴方向探测器排数,单层螺旋CT在Z 轴方向为一排探测器,而多层螺旋是由多排探测器组成探测器阵列,因此有的文献将此类型CT亦称之为多排螺旋CT。
探测器组从形式上可以粗略分为等宽型(对称型)及非等宽型(非对称型),目前16层CT的探测器都属于非等宽型。
非等宽型的优点是利用较少的探测器单元,配合设置在探测器一侧的精密准直器,对层厚的选择有更大灵活性,能更好地适应锥形线束采集与重建方法。
如在16层CT探测器的设计上,东芝公司中间为0.5mm×l6列,两侧分别为lmm×l2列,共40列,32mm宽;GE公司为中间0.625mm×l6列,两侧分别为1.25mm×4列,共24列,20mm宽;飞利浦和西门子公司为中间0.75mm×l6列,两侧分别为1.5mm×4列,共24列,24mm宽。
1.3数据插补及图像重建算法
由于探测器列数与宽度增加,锥形线束投影所造成的几何学误差会进一步增大,为此,发展了相应的多层采集锥形束扫描重建算法。
如为了对应采集平面的位相而采用的倾斜成像平面采集算法;螺旋滤过伴交叉校准算法;非线性插入重建算法;一次采集16层的原始数据,然后作逐层二次重建算法等。
这些新的重建算法目的在于减少锥形线束伪影,保证Z轴上的分辨力和保证采集速度。
2 多层螺旋CT的技术特点
2.1 螺距
在单层螺旋CT中,螺距(pitch)被定义为X射线管球旋转1周时扫描床移动的距离(mm)与准直器宽度的比值,这里的准直器宽度实际上就是层厚。
因此,有的文献中直接定义为检查床移动速度与层厚的比值。
螺距是一个无量纲单位,可由式pitch=S/W计算,式中S是检查床移动速度,W是层厚。
在螺旋CT扫描中,螺距与床运行方向(z轴)扫描覆盖率及图像的纵向分辨率有关。
在多层螺旋CT中,层厚并不是准直器宽度,需要特别指出的是目前对于多层螺旋CT,螺距的定义各厂家及一些文献中表述并不一致,主要区别在于用实际层厚还是用准直器宽度来计算螺距,对于准直宽度为4×lmm,床移动速度为每旋转一圈4mm的扫描方式,这里的实际层厚为lmm,如果用传统方法定义,则螺距为4。
如果采用准直器宽度来计算,则螺距为1。
目前,GE公司和Siemens公司仍然沿用床移动速度与实际层厚的比值来定义多层螺旋CT的螺距,Picker公司则采用床移动速度与准直器宽度来定义多层螺旋CT的螺距,读者在阅读有关文献资料时应注意区别。
2.2 层厚
多层螺旋CT的层厚在等宽型是由探测器排的不同组合决定,在非等宽型是由探测器和准直器宽度共同来决定。
通过电子开关控制探测器工作,并通过探测器的组合完成每一层数据采集,根据探测器单元的尺寸及相邻单元组合,可实现0.5mm、1.0mm、1.25mm或5、10mm 层厚选择。
2.3 纵向覆盖范围
多层螺旋CT的最大优点是一次连续扫描Z轴方向覆盖范围大,在相同的扫描时间和层厚的
情况下,Z轴方向的覆盖范围是单层螺旋CT的数倍,因此特别适合大范围扫描,如各种血管成像,胸腹部联合扫描等特殊检查。
覆盖范围与数据通道数、螺距、层厚、一次连续扫描所需总的时间有关。
纵向覆盖范围可由式C=N×P×S×T/R来计算;式中N为数据通道数,P 为螺距,S为层厚,T为总的扫描时间,R为球管旋转一圈所需的时间。
2.4 各向同性体素扫描
它是指数据采集过程中,最小体素为一立方体,目前各厂家的多层螺旋CT均可实现各向同性扫描。
要实现各向同性扫描和重建除了和扫描层面的厚度有关外,还和扫描的FOV有关-如采用512×512矩阵,在FOV为25cm时,东芝公司的16层螺旋CT的扫描体素约为0.5mm×0.5mm×0.5mm;在FOV为32cm时,GE公司的16层螺旋CT的扫描体素约为0.625mm×0.625mm×0.625mm;在FOV为38cm时,飞利浦和西门子公司的16层螺旋CT 的各向同性体素约为0.75mm×0.75mm×0.75mm。
3 影像质量
3.1 时间分辨率及Z轴空间分辨率
螺旋CT具有扫描速度快、时间短等优点,但就单层螺旋CT而言,某些运动的器官,特别是一些随机运动的器官,仍然可能出现运动伪影,影响图像质量。
多层螺旋CT球管旋转1圈时间更短,如果层厚不变,覆盖范围更大,完成同一器官扫描时间更短,病人更容易配合,很少出现主动运动和随机运动伪影,时间分辨率明显提高。
另外,多层螺旋CT在相同的覆盖范围,可采用较薄的层厚,极大地改善了Z轴空间分辨率,减小了部分容积效应,提高了诊断的准确性,三维重建的图像质量也达到了目前最高水平。
3.2 影像噪声
在单层螺旋CT扫描时,往往会出现这样的情况,当扫描范围较长时(如主动脉血管成像),由于连续扫描时间较长,受球管热容量的限制,一个扫描计划未完成时,机器会自动停止扫描,使整个扫描计划前功尽弃。
为了保证数据采集的连续性,必须降低管电流,由于管电流降低,势必导致信号噪声增加,影像质量下降。
而对多层螺旋CT,球管每旋转1圈射线覆盖范围较大,也就是说检查同一部位,扫描时间可明显缩短。
因此,在设定扫描参数时,可适当提高管电流(或保持常规条件),而管电流增加使数据采集系统获得的信号强度增加,从而改善了影像质量,特别是扫描范围大或体型肥胖的患者。