X射线计算机断层扫描CT

1、X射线计算机断层扫描(CDW川iAKalender摘要X射线计算机断层扫才CT、197万1入临床实践，是第一种现代片成像方式。图像重建数学从实测数据和显示和归档数字形式是一个新颖的方式，但是今天已经很常见。CT呈现稳步上升的趋势，在上演拜代，基于技术、性能及临床使用独立的预测和专家评估等各方面的预测，它将完全取代磁W幸存了下来，但在真正的文艺复兴由于螺旋扫描是由切片成像片真实体积成像过渡的介绍。辅以年代阵列探测器技术的引入，使得成龄天整个器官或整个身体超20的亚毫米的各向同性分辨率本综述CT各按时间顺序重点技犀像质量和临床应用撮后的部分，它也将简要提及攻双嚣面新用途C臂平板探测罂丽显微CT目前

2、CTI能表现出了比以往更高的创新率。结果局部和最近的事态发展将受到最大的关注。1、简短的历史介绍早在196眸代，随着计算机技术的发展T已经可投入使用，但是基于它的一些想法可以追溯到第上半个世1917年波西米亚数学家氯基本重要性的研究论文证明材料或材料属性的分布在一个对象层，如果可以计算出经过沿任意数量的行的积分值都能穿过同一庭理论的应用BTacewell(19硝展到了射电天文学领域，但是他们产生了很微弱的反响且不用于医疗目的。第一个实验的这种重建成像在医学中的应用是由悔竣rmack展，致力于提高在格鲁特索尔医院放疗计划，开普敦，偷57和196咳间，并没有以前的研究知识他发展了一种计算基于传输测

3、量人体辐射吸收分砸OmCk1963他假设的影像应用程序必须能够显示即使是最微小的吸脚硒的软组织结构。然而，他从未有机会将他的理论付诸实践，只是学到了氢的工作太晚了，他感到遗憾的一个事实，他说，早期获得这方面的知识会拯救了他很多工作。而熟悉氢，氢科马克发现自己已经知道的更早的工作主题由荷兰物理学貉伦兹，已经在1905(Cormack1992提出了一个解决数学问题的小案例而Corma或工作后来高度公以制发展的一个重要的贡蠲些人值得一提一样臭尔登多夫961发表了他白CT1正开创性的工俯61卡尔和爱德华兹963介绍了发射的概念计算机断层扫吸虽然重建工作只能发CT投影，从而先于传输CT滤波反投影是RSK

4、雷斯韦尔描述1967。戈登等人1(970在1970和赫尔曼等人1973,彼得斯重建技术的描述，贝茨和傅丽1(在1971发表了代数重建技术的描施过滤功育CTt建的必要的关键论对fee和洛根的工作(1974。第一个成功的实际实现的理论翩益英国工程颂Nhou笳成的，他现在是公认的计算机断层扫描专窥76。像他的前任houns?d领域的早期努力工作没有知识。他的成功使整个医学界大吃一惊。他实现了自己的突破也在一所知名的大学也有放射设备的领先制造商，但与RME般司他的发明给EMI而直到当时只能生产记录和电子元辟断曲饰场，历时两年和术语kM扫描器f甘CT扫描仪”几乎成了同义词974西门子成为第一个传统厂商放

5、射设备的市境T部扫描，之后，许多其它公司迅速跟进。制家公司提供的设备布年代末达到顶峰，随之而来的一个繁荣。其中大部分，包括电磁干扰，现在已经退出市场了第一台临床T诞生于197即伦敦阿特金森莫利医第l个病人实验QTI供了令人信服的方法的有效性证明通过检测囊性额叶肿CTS和被热烈欢迎的医学界，通常被称为M射线的发现在放射诊断中最重要的发明；它以后的发展只有CON?E实这些早期的期望97侔，计算机断层成像技术已成为放射诊断的重要因素。虽然只禽0个电磁干扰扫描仪安装羽8冲，有超过0000b设备在使用，其中包括一个高数量的头部扫才肺79houns?E0D科马克，工程师和物理学家，被授予在其领域的突出贡献

6、，诺贝尔医学奖。在这一点上发展似乎已经达到了顶瞳世2田0年代看到了小的技术进1989螺旋CT勺介绍和回顺31(a)(bFigiUf1.GodfreyNIlounHeldIn),mEnglishengineerdevelopeddiettrlCTscannerniid,llicilhihtrphysicutAMCujuuKk*ireiveddieNubelPrizeluiMcdiLineantilliMultjyYin14；。mnverimagingnfthebrainnlInwreluticmwithX。kK(imafemjirieesbecameThestandardCTapplicatio

7、ninthefirsthalfofthe1970s(b),图1。戈弗雷(f)一位英国工程师，开发RSTCT描仪，连同物理学MCormack获得诺贝尔生理学及医容979在低分辨率的大的x8S像矩阵的横切片成像成为在上世70年彳t版RS并标准CT勺应用B)。在X射线，探测器和扫描仪技术的发展导致了一个更新的兴趣，在断层和一个真正的复兴的断层!在下面详细指的2006在临床操作装置的数量约5000几乎是全身螺旋扫描。呈上升趋势是不连续的，在临床放射学中的位置在临床放射学中的地位似乎比以往任何时候都高2。技术，性能特点及应用发展第一个临床由描仪允许为单个图像采集00s；今天的扫描仪的所有功能,旋转时间低

8、于秒与速度最快的一个可以市受砂有效的图像采集时间到0m的谐音可以为双电源系统。在许多其他性能稳定的性能已经稳步提高的年代，它似乎增加扫描速度总是得到最优先的，是在发展的驱动力。现代断层成像的基础上，其成功的事实是，速度的增加不仅适用于单一的图像采集，而且还为完成数量的图像数据的采集。在特定的三维空间分辨率，图像质量，临床应用的频谱和许多其他因素已经显示出稳定的改善，多年来，同样的）6表将在的技术发展，可以分配到一个很好的近似，虽然没有严格的，直到几十年后。2.1上世纪70年代一一从头部到全身成像，CT扫描仪的发展始于实验装置，这在很大程度上相埋稀即（：）这种装置被称为面第一代:第一代的商业扫描

9、仪，所谓的“第NR同仅从扫描系统小。为了加快扫描速度，利用球!f线功率更有效地增加了探测器需要从一个铅笔束一小扇束的功率。两种扫描仪的功能根据翻译-旋转原理，辐射源和探测器扫描的对象在一个线性平移迸逋:复这个过程施后为购物中心旋转增电和）。1801测在1技骤16嗷据采样点即28800b数据肱是足够的计算6400像素图彳翻一个80漏0图像矩阵。扫描时间5吩钟同时进彳f图像重建相同的时间。Hounsfield艮道35分钟的测试时间ual-ro麻测器获得的浸图像有13毫米片厚度。这是一个了不起的成绩1969年的第一次tO佥测试对IHOunsfiel出描源和需要一个同位素扫描时间9天的形象、Kigii

10、rv2.Fourscannergenerationswerepromotedinthe1970s.Headscanners,whichscannedthepatientbytranslationandrotationofthemeasurementsystemwithapencilbeam(a)orasmallfanbeam(b).andfanbeamsystems,inwhichallbodysectionscanbescannedwithacontinuous360rotation.The3rdgeneration9,featuringarotatingdetector(c).hascle

11、arlyoutdistancedthe4thgeneratio|iiwhichutilizesstationarydetectorrings(d).Tabk1.Performancecharacteristics3ofCTinacomparisonfrom1972to2(X)5.Signi自cantimprovementsaregivenduetotechnologicaladvancesforalmostallp;irameters.Contrastresolutionreachedastablelevelsincedetectorquantumefficiencywascloseto100

12、%earlyon.197219X()1990200420()5(DSCT)Rotationtime(s)3005-101-2035-0.50.33Dataper36Gscan(MB)0.0111-210-10020-200Dataperspiralscan(MB)一2-M82CKM000200-8000Imagematrixr80x80256x256512x512512x512512x512Power(kW)2104060-1002x80Slicethx:kn0.mmB2-101-100.5-105-1Spatialresolution(LPcm)3S-1210-1512-2512-25Con

13、trastresolution5mm/5HU/3mm/3HU/3mm/3HL/3mm/3HU/3mm/3HU/50mGy30mGv30mGy30mGy30mGyaTypicalvaluesforhighperformancescanners.Valuesrefertothecalculatedmatrix.Monitordisplaysoftenuse1024x1024matricesbymeansofinterpolation.代替取样传输的廓，即突起，通过用平移，扇形束和较大的检测器的电弧铅笔光束被用来同时测量一个完整的悌为Ures）和6）的。在这种方法中，可用的x射线功率再次利用完整探测

14、器弧所对的角度平移运动变得过时，而系统仅执行旋转运动。在第一个全身扫描仪与扇形束系统来到了南61提供20%的图像扫描时间。随着十C年底正式成立。每形象和蜃摩10的S苴10毫米的扫描时间为标准。即使是滑环式扫描仪提出与瓦里安正在建造的潴遢到产品状态，但。共有18个厂商在此期间从事开发。艺而落代的状态艾利好，全面审查在本杂志在给定的时间97弹布鲁克斯）后来在该杂志的主编99阵韦伯）一个优秀的教科书;最近的CT基本的沙子从第一个十年的发展回顾直到今天可在（Kalendar2Q0期找到。22上世2右0年代快速单切片扫描很明显，图像质量，因此诊断能力的扫描时间在很大程度上取决于扫描时间，因为自愿和非自愿

15、患者运动。此时，必要的电能通过电缆馈送至怵!这防止了快速和连续旋转，因为系统必须砥在一个方向6晡停止，然后再次加速进入相反的方向快速扫描这种类型提供扫描时间降低斟20世纪80年代。提供缩短扫描时间的目的是追求在许多创造性的方法方速0咄级学术研究团体提出并在几个创新的概念开始RObbandRitman1979伊德98侔博伊德和立顿98算）。这使得它在临床实践两个设计是这里要据觌C惊统为连续旋转和数据采集和电孑CT（EBCT它被设计主要用于心血管应用扫描仪的可能性。征BCTinelectron穿过的围封病用古尔3）四个半圆形的目标之一席卷而来。由于没有机械运动参晏,提伊33至10德秒的扫描时间并实

16、现了当时一个卓越的品质心脏图触然EBC概念的一些方面显得非常有吸引力的进一例多决定性缺点。焦点轨迹被限制在懑款B分圆，即80和上扇形角，以及不与的同样约22解测器圆弧的面，其必然具有重合的平面中的惭籁由于探测器是静止的，可使用无防散射准直器。两者的缺点，几何和缺乏散射准直器，也对使用更广泛的检测器阵列的发外,通常为10例有EBC系统映射线功率不超过传统系统显着的X射线功率。在结果后来变成了以更低的成本提供更高的图像质量和更高的容积扫描速度多行探测器的螺幅描。EBCT续了不到二十年。electrongadirigdataacquislionsystemvacuumpurrpspatenttabl

17、eImfcjcIrings、首先在使ICT勺组织参数量化网络阳离子，特别是评估组织密度,201经在纪7眸代开始骨密度测量结果的主要版am等人198分,Gena而Boyd1977各自的努力是碗世纪80年代的网络版。骨密度测量及其在数以百计的安装用的专用双育TT物选项的发展是一个例长aiender人1987。今天仍在使用低剂量单能CT双能选项与快扫描的出现和从脉冲到连续的数据采集的固有变化丢弃，因为快速千伏切换从脉冲到脉冲的技术方法变得不可能。血液溢流和灌注测量是定封解）又一个例子宦开始与由大脑中评估氤累积测量分钟间隔脑灌注（古尔989Kalends人1991。具有快速连续C测量系统的出现测量通过

18、感兴趣组织通过期间注入到外周静脉造影剂的大丸剂的过境的方法被采用。今天被广泛用作快速采取考试T0m组织灌注地图，在毫升每分钟克组织的血脑灌注的例子显示，例行评估患者急性脑梗塞200泥辕用连续旋转低琮统中，基于“滑环技稚198许被引入所需X射线管是通过滑环来代替线缆传输的电能。因此，有可能放弃操作启停式（开始顺储针旋转止-启动逆时针转动停-等）和连续数据采集来取代它。与此同时，旋转次数减少到1秒设定了新的标准。扩展到连续多旋转扫描导致决定性新脉冲。它先进的动态检查和FI应受的螺舱便定了基础。今天生产的所有蜘描仪利用滑环技术，并提供连续旋转。尽管所有这些事态发鹿0世纪80年代，不能视为面黄金岁月检

19、查切片通过切片仍采取一般加至40分钟，时间非常长的情况多。并引进核磁共振成像带来了许多专家，这的死的结论。缩装磁共麻常被解释为使命声明“没有更多的伦琴:该厂商在大规模的方式重定向的研究和开麴CTUMR我亲自善意的，朋友多次比TH换到MR合出的建议。快速发展容积扫描的尊珠法，还包括其他专用C他用使得它很容易留下来（请注意；核武孤个从核磁共振后省略显然是因为对核技术的普遍关注，它一直开放到今天，如果粉悔缩畸示意义“更多伦琴：）2.3上世2第0年代，从切片到切片成像螺旋容积扫描在第一个调查;螺旋CT的临床试验在989年已经完成，并在北美放射学会（Kalenderetal1989alenderetal

20、1990b年会在论文四篇报道。虽然有许多正当理由在事后被引用为什么懒的发展出现必要能是显然是一对显性单的理由进入工作：临床必要性。这是努力图像的原子结构，这是受运动，连续和可重复性。结节是一个主要的例而准的厚片技术检测到它麴在与薄片的考REPE形态分析或重复研究后给出的时间间隔来监视他们的成长是一个悬而未决的任务。我本来计划与彼得沃克，瑞士伯尔尼进行的一起各自的努力，没有成功，只是因为它是很难再次拉平科幻ND结节，更不用说像它可重复使用一组薄切片图像。虽然我们甚至肺功能的控制下工作KQlend豌人199蚌a),并与合作的患者中，没有人真正得到过连续的图像数据集。沿患者的纵轴，这厮轴的坐标系连续

21、扫描，似乎提供了解决方案。我们通过欺骗扫描仪上实施的第一个原型。虽然假定我们执行用于该滑环技术已经主要被设计所选切片的多旋转砥扫描，我们滥用的造影介质动力注射器向前推动的患者表以缓慢，但究竟可控速度在每转个切片的厚度，每秒即使用SOMATOM扫描仪。相对于患者的焦点上的螺旋形轨所肺圄4(a);尽管以低得多的图像质量比今天，它立即允许我们肺结节的三维晒标图4(b)。(关于术语注意：螺旋饭螺园程同义词，就像螺旋式楼梯和螺旋楼梯没有对错之分，但原来的螺旋一词更频繁地使用9肝KalendeT。从今天的角度来看，这似乎合乎逻辑，甚至需要用新的滑环扫描技术立即一起实现螺旋扫描模式。然而，这不是在当时的情况

22、。在开发和引进挖提姆侬连续旋转旨在缩短扫描时间扫描仪和。询钱知。在第一个引用蜘轲以在几个独立的资料中找到。在螺旋扫描一般的专利不98辨我自己的专利请求与连续数据采集和连续运送病人的组合已经被采取调查无线电图沙影院建设算法的现有技术所涵盖的声明拒绝不授予专利权。这需要时间0辆防期，对于一般的共识来开发的算法可以申请专利。ab由森一成一项专利98弹）中，第一个参考喇在专利文献中，提到的算法，但实际上特定网络版的电子电路，以便能去网络专利权利要求。这些都为发明家几乎没有任何有用的多的今天，因为硬件的实现也不会达到最新的和新的算法一直在不断发展之中。从日本在英语螺睇果于199算报告白第一个199算）。

23、平行于这些发展，虽然还没有在其他地方开展的工作的布解斯勒和伊利诺伊大学关于螺旋扫描原理，其发表时间相对较晚（布雷断abaczi细进行了理论研究。他们的特点是考虑“理智有胭解少相关的练习。由?造商通用电气医疗系统，谁也研究了这种扫描方式这一评估收服被迫的，但在当时,这是不能满足一般的临床使用，由于它必须与图像质量（克劳福德和国王有望问题决定199%。推理是，连续的个基本的要求不能被忽视的图像质量没有负面影响：被扫描的对象，即病人，可能不会在数据采集过程中，扫描几何必须是完美的平面。后果是众所周知的，如果这些条件之一违反。如果病人移动或只有内脏器官或器官在扫描过程中移动，运动的结果。同样是如果患者

24、预期，尽管合作不动的，是在运输的表运动通过测量计量矛盾与二要求严格的例乎而扫描几何是一样的X射线管的焦点，由于热效应或机械不准确，不遵循其规定的路径或在同一平面上的焦点和探测器不行驶时产生的文物。EBC扫描仪尤其是存在的问题而来访上述情况不一致的数据生成自扫描系统并不认为对不同的角位置完全相同的片。这样的不一致导致患者的图片然而螺旋CT精确构建在违反这两个施冰再需要接受平面几的移动病人在扫描过程何此构成亵渎经典的条款。这就解释了为什么大多数的专家显示超过只有轻微保留对新的扫描模抵评人士最初称为1CT方法欠T生产图像替代建议如使用移动准直仪结合的优势快速体积扫描和扫描帮即触91）在1989年提出

25、的解决方案是数据集的生成代表单片的螺旋重排数据集的数据插稹（Kalenderetal1990b后已被证明成功的收购扩展至时即要多层系Kachelrie?2000）螺旋型断层扫描需要三年来得到更广泛的破199与底，所有主要的生产厂家都宣布了采用滑动环技术和螺旋扫描功能的扫描仪。自那时以来，一个惊人的技术发展已被观察至堤供了巨大的增力XI寸线功率计算机能力和进一步的技术改进。但它不仅是技术参数和扫描速度的增加，它是图像质量的改善：潜在的改进的三维分辨率和病变检测（地等994和各向同性的亚毫米级的空间分辨我嗽）提供的选择率在上世细年代初的证明0.5年代的199奔代的四年代的断层扫描系统和旋转的旋转时

26、间，成为临床实际情况同时也意味着减少容积扫描时8f解目比典型的1年代系统的单排探测器,它是在上世维0年代CT发展的高潮。几双片系统已经在市场较早199解测器阵列技术的介绍了制显超出这个，意味着新的开始发展一系列扫描仪。在已掌握的技术之扃乍检测器阵列中添加更多行是没有问题钠概念和排数差异很大,99,鲤供四层采集(者。这意味着“片比赛”在本世纪初成为一种现象的开始。更大的探测器阵列允许更快的扫描和更有效的利用现有X寸线由于增加的立体角。上世2田0年代也意味着相位选择性心脏成像的常规开始EBCT描机。第一个图像是在他们的工作上新的螺旋重建方法下威利博加舞人1992。的反应是类似的建议的螺旋扫描。他们

27、遇到了怀疑和被视为不受欢迎的以来，在管理方面，心脏成像是留EBCT直至U1995寸，作者可以自由决定情况，他总是钦佩和羡慕戈弗雷先生他恢复了心脏成像的工许多出版物之际achelrie?andkalende9971998kachelrie等人,2000,但直到这个方法包括产品的选择由制造商本世纪初心脏成像禾CTS状动脉血管造影可被视为具有很高的临CB蔷进展？图5)Figure5.SpiraCTprovidedthebasisforphase-selectiveimagingcftheheartFirsteffort:onsingle-slkcscunnersinthe1990Kprovedthe

28、principle(ahadvitncedsoluiionswith64唔Ikdu；J-sourceCTprovideforfnsLandrobustCTcoronaryangiography(b).TiibkLCTscannerswithirmlilm出delectorsystems.DrepresentsLhenumberofdeiectorrow乩Mihenuinberofsiniulkuieuuslyscannedslices.MaiiufjclurerScaiintrrlypeNumberofrowsDNumberofslicesA/YearEMIMarkI21972SiemensS

29、tRETTOM2(X0yIQ74SiemensSOMATOMSD)1977Ill-llitlL.lllCJOO22IORSElscintTwin21为4GELightspeed1641998MareoiiiMj8000S41998SiemensSOMATOMolumeZoomK4199NToshibaAquilionX4I99SGELithiSpeed1616162001PhilipsIDT1624lb2001SiemensSOM.XTOMScntiijon1624162001ToshibaAquilion40162001GEVCT64*6420tUPhilipsBrilliance6464U

30、M耳SiemensSOMATOMScnsution6440642004ToshibaAquilion6464642004Toshibaprototype2562562004SiemensSOMATOMDefinition2x402x642005与199眸彳t木CT已经完全恢重描时间低于s和低于1分钟完成测试照例是可用的和CT已经成为一个话题的高科学濯射成像和放射的科学聚态CT,这已经被认为是过时的你舫了文艺复兴被广泛承认。24200眸快速锥形束扫描新世纪的第一年显示的直接延续过去十年的发1m舞加快了速度。更多的行被添加到相应的探测器阵列和多片同峥的时收购6片在2001;64切片扫描代表艺术的歌

31、撼供同样的四个主要制造时。图像质量已经达到一个非常高的水啊以保证即使在短暂的测试附冏例子编译在7中出于3M示的目，的所有通过扫描不15秒。不过它通常被假定开发只会持继到隼256探测器行等修尔定律预泄dou珠光宝气的计算能力侮个月计算机技术也适叼对单位时间切片扫描的数量。有明确的限觥而许多问题和缺点是预期如果锥角进一3nder2005#)题必须如种什么更多的3不过它通常被假定开发只会持继到隼256探测器行等修尔定律预测的计算能力每8个月翻一番计算机技术也适用市t单位时间切片扫描的数崔明确的限帝髅而许多问题和缺点是预期如果锥角进一3nder2005)题必须如下为什么更多的用马现代多用T扫描仪允许执

32、行所需的大部分测试非常高的可靠性。一个例外可能是心帧T。例如冠状动眈T血管造影术可以轻松地执行和无创64野片CT扫描的时候不到0年代令人印象深刻的结果。然僦表明诊断成功率的底80。更高的时间分辨都更短的有效浏览时间被认为是必琢00年代早婚口心脏CT是一个新的发展的驱动力。lifftire7.ModemmultbsliccspiralCTcoversvirtuallyallbodyregionswiihsub-millinwoisoliepicspatialresolutionandscantimesof5toi5s.I高时间分辨率一直是通过更高的指延重的障徽而对持续增长的速廓仅是离心力的增加已

33、达到0a近330年典型的扫描仪和旋鞅上所有问题提供必要映射线作为图像质耨要保持在所需的水平射线功率必须增加成反比降低旋转时间到达一个常邀是不可能的现在和可能不会在可预见斓昧功噬00千瓦以上的可以提供给支持旋转假脸秒。一个有吸引力的替代方法是多源强绕讨论了在970年代。第一次扫描类型与两小光单元和两个探测地00眸成为可肺lohretal2006）安装在医学物理学研究所的埃朗fgure8（A）旋转时间30mSI供有效的扫撒0/贼部分扫描3mso多段重燃achelrie?Kalender1998Kachelrie?etal2000取）S一步减少到50m手口更少各自的模拟显标集系统在给定的数量翻的是一个更有效的方法减少有效的扫描时间在心脏成像比减少旋转时阐Kalender2005b）技术测试的结果和第一临床评估确认猴脑巴克都