PET、CT技术原理研究

PET、CT技术原理研究

保宏

云南省计量测试技术研究院 云南 昆明  650100

近些年，现代医学影像技术发展日新月异，特别是功能分子影像前沿领域出现了一个新的亮点-即正电子发射断层（PET）和多层螺旋CT技术“一体化”整体融合技术-PET/CT，一次检查同时提供疾病精确的形态结构和功能代谢改变整体融合信息，使疾病的诊断从宏观的解刨结构到微观的细胞分子水平改变有机的结合起来。更为重要的是，PET和多层螺旋CT“融合”后的技术功能和优越性是单一PET或多层螺旋CT技术无法比拟的，并在此基础上诞生了崭新的综合影像诊断模式，可以说PET/CT是医学影像诊断史上一个划时代的里程碑。如何将PET/CT融合技术掌握好以获得真正意义上“1+1>2”。如何将多层螺旋CT丰富的诊断信息与PET影像的生物学特点或优势完整地结合起来，在更高的水平上达到优势互补，是核医学与医学影像工作者颇具挑战性工作。本文就多层螺旋CT的技术进展、PET与多层螺旋CT结合的技术原理优势互补等方面谈自己的见解。

一、多层螺旋CT的技术进展

自从1998年多层螺旋CT问世以来，CT的扫描技术和临床应用都呈现加速发展态势，1998年出现4层螺旋CT，2000年出现8层螺旋CT，2003年各大公司纷纷推出了新产品，有32、40、64层螺旋CT。多层螺旋CT的技术优势来源于其薄层、快速、大范围的扫描，者三要素相互制约，平衡并综合这三者关系，是各厂家技术发展重点，也是多层螺旋CT之所以取代单层CT原因。多层螺旋CT设备实现了CT检查的“绿色革命”—即更低的X线剂量、更快的采集与重建速度、更便捷和多样的重建处理、更短的病人等候时间以及更好的病人舒适度。以16层螺旋CT为例，其最薄的采集层厚度达到0.5mm~0.75mm，目的在于实现真正的各向同性体素采集，从而达到最佳的各类重建效果；也可采用略厚层厚，目的在于在保持基本的各向同性体素采集的基础上，适应锥线束采集与重建方式，达到更好的曝光剂量效率（exposure dose efficiency）。

     多层螺旋CT的采集时间一般为0.5秒（全周扫描），最低可达0.4秒以内。正常一个1.55米的人，以2.5mm厚度采集，16层螺旋CT可在20秒左右完成全身扫描，明显提高了扫描单位时间覆盖率，对包括心脏在内的动态器官全部可以实现一次屏吸采集。多层螺旋CT由于在短时间内获取大量的体积数据，使得其临床应用的功能得到很大的扩展，在得到高品质图像的同时，能够完成常规CT过去不能实施的工作，得到常规CT无法显示的诊断信息，如多时相的CT灌注检查、心脏成像、大范围CT血管造影、肿瘤早期探测等临床应用，而这些诊断信息已经不再局限于解刨结构成像范畴，而是包含有许多功能诊断信息，如CT灌注提供的肿瘤血管生成特点对肿瘤治疗方法选择有很大价值，早期脑缺血的脑灌注测定对治疗有很大的指导作用，心脏功能检查和冠状动脉软斑块的检查等，这些技术特点也正是PET/CT融合技术优势互补的重要内容之一。

二、多层螺旋CT的关键技术

球管技术和探测器设计是多层螺旋CT的关键技术。单层CT球管容量都不高，在临床应用过程中需要等待球管冷却，限制了扫描覆盖范围。在多层螺旋CT上，球管设计和选择有2种趋势：大功率高毫安输出球管和高散热率低毫安输出量才能保证一定的毫安秒（mAs），以获得良好的图像质量。

CT的发展方向是更高的分辨率、更广的容积覆盖范围和更快的速度三者有机的统一。从非螺旋CT、单层螺旋CT到多层螺旋CT采集产品发展过程中，历来有“多层CT”和“多排CT”的名称。排是指探测器的物理排列结构，即有多少排探测器，层的叫法最初是指球管旋转一周所产生的图像数，主要是指在螺距比为1或轴扫模式下的情况，实际上也就是代表了有多少个DAS通道与多排探测器相对应同时采集获得的图像数目，如探测器排列中间为16排0.625mm，两旁各4排1.25mm，DAS为16个，可称16层0.625mm，这里排和层相对应，如加大层厚，层数相应减少。

高端的64层CT设计理念大致可分为2种趋势。第一种为64排探测器结构、64个DAS通道、球管旋转一周采集 64 幅图像，其探测器采用等分排列，宽度为40mm或32mm，亚毫米高分辨扫描范围40mm或32mm(探测器宽度)。另一种为32排探测器结构，球管旋转一周在螺旋扫描模式下通过Z轴飞焦点技术双倍采样后重叠重建获得 64幅图像，探测器为不等分排列。宽度为 28.8mm,亚毫米高分辨扫描范围为19.2mm(探测器宽度),每一层扫描数据有0.3mm 信息部分重叠，是一个在 z 轴采样距离为0.3mm的64层投影。

此外，探测器单元的大小也是决定图像质量的关键因素之一。在多层CT上不仅有传统的XY轴分辨率，还有Z轴分辨率的概念。16层CT可以达到“各向同性”的分辨率，就是在X、Y、Z 轴分辨率一致或相近，其体素为一正方体，从而使得任意斜面的图像质量保持高度一致。16层CT有0.5mm，0.625mm，0.75mm 层厚之差别,在 16层以上CT 都运用了0.625mm或0.6mm 的层厚。

三、与16层CT相关的技术进展

1、锥形线束算法

随锥形线束覆盖的探测器列数与宽度增加，螺旋扫描中信息采集的几何学误差会进一步增大，因而16层CT的锥形线束伪影会比 4 层CT和8层CT更严重。为此，已发展了相应的 16 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；采集 16 层的原始数据后再作逐层二次重建算法等技术。这些新的重建算法目标在于减少锥形线束伪影，保证16 层CT在Z轴上的分辨率和采集速度。

2、降低扫描剂量

由于多层采集时采集层厚很薄，每次扫描覆盖的范围通常比单层螺旋 CT 大，以及采集中的剂量效率因素等，故多层 CT 检查中病人受线量在扫描范围内会明显增加而不是降低，尽管和4层扫描设备相比，8 层设备的扫描剂量有所降低（约 30%)，但16层设备的扫描剂量则明显增高。为此在 16 层 CT 上采用了以下降低剂量的措施：（Ⅰ）智能滤过技术根据扫描方案，采用智能方式自动设置 X 线滤过，当增加 8mm铝当量的钛滤过片时，在不降低图像锐度的情况下可使 X 线剂量不仅不增加，反而降低达一半，且图像噪声也下降；（Ⅱ）自动mA调制根据开始扫描后检测器反馈的信息，自动调节 mA 输出，以达最低剂量的技术，可降低15%左右的扫描剂量；（Ⅲ）自动mA设置不再使用正位定位像，仅采用侧位定位像来决定身体不同部位的扫描mA值，包括设法降低敏感器官的剂量，大约可降低 25%左右的扫描剂量；（Ⅳ）可变速扫描和期相选择性曝光技术二者均是用于降低心脏扫描剂量的技术，根据病人的心动周期，特别是心律不齐者，调节扫描速度的方式。期相选择性曝光则可在心电门控下仅选择舒张期曝光，收缩期不曝光的节省剂量的扫描方式，尤适于冠状动脉的观察；(Ⅴ）全自动心电延迟算法扫描设备可在心电门控状态下准确推算出下一个“R”波到达的时间，启动扫描，实现前瞻性心电门控扫描。

3、操作平台和工作流程的革新

随着CT扫描层数的增多和薄层大范围扫描的临床应用，从图像扫描、数据采集、传输、后处理重建将面临庞大的数据流的挑战。如何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。采用新技术使数据采集、重建和后处理一体化，是各厂家追求的目标，也是广大临床医生的迫切需求。此外，在高级后处理软件上整体融合CAD智能诊断并实现定性定量诊断，突破了从前单一定性诊断和单凭经验诊断的模式。

参考文献

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