医学ct成像技术及其临床应用

医学 CT 成像技术及其临床应用 班级：93K10B 姓名：兰岭 学号：077001 指导教师：王世伟教授 摘要： 自从 Godfrey;N;Hounsfied 发明 CT 至今，CT 成像技术的医学临床应用有 30 余年的历 史。本文从 CT 成像技术的发展， CT 临床应用的进展两个大的方面进一步阐述了近十年来 医学影像 CT 技术的发展现状： CT 的出现是传统 X 线摄影和计算机技术结合的结果，将 影像检查技术带人一个新的划时代的阶段。 CT 的硬、软件技术经历了几次大的革命性进步， CT 在传统旋转扫描的基础上，采用 了滑环技术和连续进床扫描，滑环技术使扫描装置可顺一个方向作连续旋转， 配以连续进 床，扫描轨迹呈螺旋状，因而得名螺旋 CT（helical 或 spiral CT） 。 多层螺旋 CT 的问世，使得机架球管围绕人体旋转一圈能同时获得多幅断面图像，开 创了容积数据成像的新时代。这次革命性的进步在 CT 发展史中成为重要的里程碑。 多层 螺旋 CT 问世后，CT 的成像技术和临床应用都呈现加速发展的态势。 摘要日语译文- 抄録： 以来; ; CT 発明 Hounsfied 、 CT 技術臨床医学 30 年以上適用。本論文、 CT 画像処理、過去 10 年 2 主要 側面臨床的進歩開発、医学的 技術開発踏：従来 X 線写真出現技術画像処理 結果組合新画期的作際技術的人 。 CT 技術期間中、主要革命的 進展受伝統的 1989 年回転基初 、技術使用、技術継続的 避 連続回転対 1 方向、名状 見。（ CT ）。 CT 出現- 1998 、人間体周回転所 持行際、数多画像同時、 新時代作成。重要歴史中 CT 開発 2 革命的進展。 CT 後 1998 年到来、技術 CT 臨床、事態開発高速化、毎年、新 CT 製品浮上。 英语译文 Abstract: Since Godfrey; N; Hounsfied invention of CT so far, CT technology applied to clinical medicine there are more than 30 years. In this paper, the development of CT imaging, CT clinical progress of two major aspects of the past 10 years, further elaborated the medical CT imaging technology development: CT is the emergence of traditional X-ray photography and computer technology combined with the results of imaging Technical people with a new epoch-making stage. CT applied to clinical medicine for 30 years. During this period of CT hardware and software technology has undergone several major revolutionary progress, is the first time in 1989 in the traditional CT scan on the basis of rotation, the use of slip ring technology and continuous scanning into the bed, slip ring technology allows scanning device can shun In one direction for Continuous rotation, with straight into the bed, scan showed spiral track, which got its name spiral; CT (helical or spiral CT). In 1998 the advent of multi-slice CT, making possession of the ball rack rotating ring around the human body can be a number of cross-section images at the same time, the volume of data to create a new era of imaging. The two revolutionary progress in the development of CT in the history of an important milestone. 1998 advent of multi-slice CT after, CT scanning technology and clinical applications have emerged to speed up the development of the situation, almost every year a new multi-slice CT products 关键词： CT-X 线计算机横断层扫描（Computed Tomography） 螺旋 CT CT 成像技术 CT 临床应用 日语： CT-X 線断層撮影断面（断層撮影）CT 臨床応用 英语 Key words: CT - X-ray computed tomography cross-sectional (Computed Tomography) clinical applicationThe prospects for the development of medical equipment 正文： CT-X 线计算机横断层扫描（Computed Tomography）技术开始在医院的影像诊断中发 挥作用已经有很多年了，随着 CT 技术的不断发展，其临床作用也在不断提高。 根据 x 线 CT 的技术发展过程，可以分成几个阶段：非滑环 CT、滑环 CT、螺旋 CT、 多排螺旋 CT，不久，还会有平板探测器的 X 线束 CT 问世，但是，对于临床功能而言，每 一项新技术所发挥的作用则是有所不同的。有的只是量的积累，有的则形成质的飞跃。 一，我先从临床应用的角度来阐述 CT 的技术发展。 （一）性能要求导向技术发展 对与医院而言，CT 使用性能的要求主要满足：检查速度、图像质量、解析处理能力。这 三方面是临床性能的根本保证，当然，也会考虑到软件的可扩展性和 X 线剂量的问题。 检查速度包括：扫描速度、重建图像的速度、使用者操作机器的速度。二者共同影响并 检查患者的流通量。其中，扫描速度的提高尤为关键。 扫描速度的提高给 CT 带来的变化是最大的。最早的 CT 需要几十秒钟才能扫描一层图像。 对于受呼吸运动影响的胸腹部图像质量无法保证。为了解决这个问题，于是产生了滑环技 术，也带来了 CT 临床技术第一次质的进步。滑环 CT 的 X 线管球和探测器可以始终沿着 相同的方向旋转，明显提高了扫描速度，使得一次屏住呼吸就可以扫得一层图像，保证了 图像质量，明显提高了 CT 在胸腹部的诊断能力，也提高了检查速度。 （二）临床需要导向 CT 市场 CT 的技术发展日新月异，在学习中我发现可以把市场上现有的 CT 按临床需要大致分三 类： 1.满足一般临床检查需要的 CT。如普通扫描滑环 CT。 2.速度快、图像质量高，满足除心血管外的所有检查的 CT 如扫描时间在 1 秒及 1 秒以内的 4 排以下的螺旋 CT 在检查患者流通量方面，单排与 4 排 CT 没有明显差别 (以每天检查 50 人，每人扫描 30 层为例，1 秒单排 CT 的扫描时间仅需 25 分钟。比这更快的扫描速度每天也不过是节省 25 分钟以上。) 3.不仅要求检查速度快、图像质量高，还需满足心血管检查的 CT 即 4 排以上(含 4 排)的多层 CT，需有门控技术。 注意问题： 在学习的过程中我注意到：同内医院间的竞争非常激烈，造成了购买设备的攀比意识： 各地方政府制定 CT 检查的收费标准也会导向医院购置设备的标准：有的医院向上级申请 到一次资金不容易，所以在资金允许的范围内，尽量购买最高档的设备。众多原因造成一 部分医院购置的设备超出了医院的实际需要，致使有些先进的设备没有充分发挥其性能， 造成一定程度的资源浪费。我觉得这样资源配置不够合理的现象，随着国家的体制改革和 人们经济意识的不断增强会有一定的改善，但还是要根据实际的情况来购买设备。 我认为医院应该根据自己医院的能力购买什么样的 CT。这不仅与医院的级别有关， 还与医院的购买能力和临床需要有关。医院应根据自身的科研教学和临床需要来选购设备。 对于我国的大部分医院，1 秒单排到亚秒 4 层多排之间的螺旋 CT 可以满足临床需求。而 对于需要更高卡当的多排 CT、带有科研教学任务的大医院，因 CT 检查的患者量非常大， 只有一台多排螺旋 CT 是不能满足需求的，往往同时还需要一台 4 排以下的螺旋 CT，因此， 单排 1 秒到亚秒 4 层多排之间的螺旋 CT 在近几年中国市场的需求量将是最大的，当然， 有些医院还会考虑在使用寿命内保证其技术不落后，但此处的“不落后”应该是与医院的 发展相比较，而不是与 CT 的技术发展相比较，只要在设备的正常使用寿命之内始终能够 满足医院的临床需要，就是一台先进的设备 下面我从 CT 技术的发展来进一步介绍一下医学影像 CT 的发展 （一） 、CT 成像技术的发展 CT 的出现是传统 X 线摄影和计算机技术结合的结果，将影像检查技术带人一个新的划 时代的阶段。CT 应用到医学临床已有 30 多年的历史。 近十余年来，从非螺旋 CT 到螺 旋 CT、单层 CT 到多层 CT，CT 主要的硬件技术变化表现在其探测器、球管、计算机系 统以及伪影校准算法的不断进步上。 1探测器技术的发展 最早的单层 CT 探测器覆盖宽度只有 10mm，最薄物理采集层厚也只能达到 10mm。多 层螺旋 CT 采用了阵列探测器，每一单列的探测器采集层厚可达到亚毫 米，阵列探测器的 组合覆盖宽度最早达到 20mm 甚至 32mm；而现在 64 排 CT 的覆盖宽度可达 40mm，最薄 物 理采集层厚依据不同厂家可做到高分辨率的亚毫米层厚 05 或 O625mm。可以看到 探测器发展是向着宽体、薄层的方向发展。覆盖宽度越来越大，层厚越来 越小，会使影像 质量更佳，扫描速度得到很大的提升，现在 64 排 CT 在 10 秒内即可以做全身的检查，同 时所得到的图像都是高分辨率的亚毫米层厚。 2.管的技术发展 在单层 CT 上，球管的热容量和散热率比较低，在检查中若要进行大范围或薄层扫描 就需要球管 冷却等待，限制了许多的临床应用。随着多层 CT 的出现，扫描覆盖范围增大、 层厚变薄，球管设计也逐渐走向大热容量、高散热率和高毫安输出的方向，以保证能 进行 薄层、快速。大范围检查，并同时得到高质量的图像。 目前在多层 CT 上，球管设计和选 择有两种发展趋势：以 GE 公司的 “V8”大力神球管为代表的大功率高毫安输出球管和以 Siemens 公司为代表的 Straton“0M”高散热率球管。 3图像后处理的进展 近 10 年来，各厂家在 CT 的图像后处理上下了很大功夫。原来单层螺旋 CT 逐步可 以开展初步的二维、三维图像的重建，在多层螺旋 CT 出现后得到了快速发展，为临床诊 断带来了新的立体 诊断模式，使 CT 的临床应用有了进一步的突破，可以实现心脏冠脉的 无创成像、血管的曲面跟踪重建 CT 功能学分析、CAD 技术等等。同时，多种后处理技术 的 综合应用并且程序化，更加丰富了影像学的信息。 4影像数据管理的进展 随 着 CT 薄层大范围扫描的临床应用和扫描层数的增多，图像扫描、数据采集、传输、 后处理重建将面临庞大的数据流。尤其是到了 64 层 CT，上千幅图像成为了常 规。以前在 后处理平台上各厂家都在追求稳定性、安全性、便捷性。随着数据的增多，如何加快图像 后处理，加强有效数据的管理，是提高诊断医生的工作效率，减 轻操作医生负担的关键。 （二） 、CT 临床应用的进展 1、心脏成像 CT 的心脏成像是 CT 临床应用的划时代的突破，能对运动 脏器的解剖细节进行细微 观察和病变诊断为影像学诊断开拓了全新的领域。在心脏成像中又一全新概念被提出： “时间分辨率” 。时间分辨率的大小直接影响到冻结 心脏的搏动，即检查成功率和心率覆 盖范围。 2CT 功能学成像分析 传统的 CT 影像学只要是对形态学进行诊断，近年来兴起的 CT 灌注功能（CT Perfusinn）主要可以对组织的血液动力学进行诊断分析。 3低剂量 CT 普查以及 CAD（计算机辅助检测）技术 CT 低剂量筛查越来越为广大医务工作者所重视，这是近年来数字影像技术综合发展的 结果，包含多层 CT、图像处理和 CAD 等技术，主要用于肺癌，冠状动脉钙 化积分和结 肠癌的早期检查。 二，CT 设备的发展状况 在非螺旋 CT 时代，第三代 CT 与第四代 CT 共 存。螺旋 CT 的产生，第四代设备由 于影像的原始数据不必通过滑环导出，故其优势较三代结构无疑的明显的。但是在多层 CT 出现以后，四代 CT 需要的探测器与 DAS 数目会大大增加，故成本无法承受，这使得在多 层 CT 的产品中变为第三代结构的一统天下。 国外的厂家在这方面拥有较大的优势，目前已经能达到了 256 排螺旋 CT 了。 在学习过程中，我注意到 CT 的发展将朝着更有利于临床应用，能更有效的为患者服 务，协助医生诊断的方向发展，图像更加精确，更有利于医学的创新应用。而 CT 设备也 将步步升级，在未来 256 排的 CT 可能也只是陈旧的设备了，科技的发展使得医生有了更 好的助手。 CT 机的发展史见论文后的附表（部分厂商 CT 机发展史） 附表：部分厂商 CT 机发展史 皮克公司 CT 机主要包括： PQ6000、PQ5000V 、PQ2000S、PQS 、IQ 皮克公 司是唯一一家在所有类型 CT（从 IQ 到 PQ6000）都采用固态检测器的厂家。 西门子 SOMATOM PLUS 4 系列 SOMATOM PLUS 4VZ 最新一代的多螺旋扫描机。 SOMATOM AR 系列AR.Star 低压滑环式螺旋机 中高档机 SOMATOM AR 系列 AR.nova 全身 CT 滑环扫描机，可直接升级到螺旋扫描机，采用独特的飞焦点技术， 1.75MHU 热容量球管。 SOMATOM Smile 欢星阳极热容量 1.0MHU GE 的 CTCT 市场最大份额的 GE 公司 GE 公司 96 年推出螺旋 CT syncrgy 系 列，将工作站与操作台完善的结合，即在操作台上能完成快速的三维重建。97 年新型 CT porspeed 系列，采用 GE 最新球管技术，推出 0.8 亚秒扫描。GE Hispeed CTi 以最先进 的 SGI 工作站为计算机主机，采用 GE 获得专利的、为 90 年代探测器代表的稀土陶瓷探测 器，具有高稳定性，高转换率的特点，是图像质量，扫描速度达到最好水平，采用 GE6.3MHU 金属陶瓷管。美国 MaxRay 球管中国独家代理GE 飞利浦 CT Tomoscan 系列 Tomoscan ave 是高档机中的矫矫者，仅 1 秒扫描和 1 秒 的 512 重建，配 MRC201 长命 CT 专用金属球管陶瓷球管。Tomoscan AVPS 是另一种高档 机，配有气态和固态两种探测方式，仍是一秒扫描和一秒重建，配 MRC160 金属陶瓷 CT 专用球管，承诺 10 万层面的保证。Tomoscan AV 中档螺旋机,配 MRC160 金属陶瓷 CT 专 用球管,100 秒的螺旋扫描,适合中型医院。Tomoscan EG 采用独特的 EPC 节能，剂量仅仅 是普通 CT 的 1/3，而且保证了图像质量，延长了球管的寿命， X 线的防护也获得进一步改 善，EG 可升级为螺旋功能。 MRC200 球管是荷兰飞利浦公司专利产品,完全摈弃了传统的 滚珠、滚轴轴承结构，采用全新的螺旋槽轴承，用液态金属做润滑剂和导热媒介。MRCX 线球管热容量达到 3.5MHU，旋转阳极直径达 200mm，可在 50 秒内扫描 50 张 1cm 层厚的 图像，即能连续扫描 50cm 范围而不热过载。PHILIPS CT cision(包括 CT Secura 和 CT Aura)采 用 PHILIPS 专利球管 MRC 金属外壳球管，此 7.7MHU 热容量的大功率球管，保证了病人 流通量和更快的检查速度，1500KHU/min 的阳极冷却效率，业内最高，确保大范围、连续 性的螺旋扫描，MRC 球管采用独特的液态金属润滑剂材料，保证了更高的图像质量。 Elscint 的 CTCTTwin 系列采用动态双焦点 X