第二章 CT检查技术规范
第一节 CT成像原理、方式及其特点
一、非螺旋CT与单排螺旋CT
非螺旋CT扫描常被称为逐层扫描（sequences scanning）或轴位扫描（axial scanning），通常是患者和检查床固定的情况下，机架旋转，球管发出X线，同时探测器采集一个层面扫描的原始数据，由计算机重建原始图像并在显示器显示，在两次扫描的间隔时间内移动床位，直至扫描完成整个预定的检查部位或器官。这一过程必须经历四个步骤才能完成，即球管-探测器系统启动加速、X线球管曝光探测器采集扫描数据、球管-探测器系统减速停止和检查床移动到下一个检查层面。
螺旋CT（spiral CT）扫描是在球管-探测器系统连续旋转的基础上，患者随床一起以一定的速度纵向连续运动，同时X线球管连续曝光，探测器实时采集数据，扫描完毕，可根据需要进行不同层厚和层间隔的图像重建。螺旋CT扫描时检查床连续单向运动，球管-探测器围绕患者旋转的轨迹类似一个螺旋管形，螺旋CT在设备结构上主要是利用了滑环技术，球管-探测器系统可连续旋转，并改变了以往非螺旋CT的馈电和数据传输方式，使CT扫描摆脱了逐层扫描的模式，从而提高了CT扫描速度和检查效率。
单排螺旋CT探测器只有一个数据采集通道，CT扫描机架一次旋转只能获得一层图像，故也称单层螺旋CT扫描。
二、多排螺旋CT
多排螺旋CT包括最初的双排、四排探测器的螺旋CT，以及更加先进的16排、64排、128排等探测器的螺旋CT。多排螺旋CT在单排螺旋CT基础上有较大改进。经过多年来的临床使用，其优点和发展前景已得到国际上的一致公认。
单排螺旋CT机X线球管和探测器围绕人体旋转一圈获得一幅人体断面图像，而多排螺旋CT机则旋转一圈可以同时获得多幅图像，有时也被称为多层螺旋CT。多排螺旋CT机的核心之一是探测器和数据采集系统（data acquisition system，DAS）。探测器在z轴方向的数目从一排增加到了几排直至几十上百排，也称多排CT（multirow detector CT，MDCT）。
（一）多排与单排螺旋CT的不同
1.探测器阵列的不同
单排螺旋CT z轴方向只有一排探测器，多排螺旋CT为具有多组通道的多排探测器阵列，不同厂家的探测器排数和构造不同。等宽（对称排列）型的有GE公司，如16排1.25mm宽的探测器，覆盖范围最大20mm；Toshiba公司的34排探测器，中心4排0.5mm宽，两侧共有30排1.0mm宽的探测器，最大覆盖范围32mm。非等宽（非对称排列）型的有Siemens和Marconi（Picker）公司，如8排探测器，分别为1mm、1.5mm、2.5mm、5mm各两排，最大覆盖范围20mm。
2.X线束的不同
单排螺旋CT通过准直器后的X线束为薄扇形，因为z轴方向只有一排探测器接收信号，所以X线束的宽度等于层厚。多排螺旋CT在z轴方向具有多个通道的多排探测器，X线束的宽度等于所选用的探测器宽度，X线束为厚扇形，覆盖探测器z轴方向的总宽度，最厚可达20mm、32mm、40mm、80mm、160mm，提高了X线的利用率。
3.数据采集通道的不同
单排螺旋CT仅有一组通道采集数据，多排螺旋CT可以把多排探测器组合成多组不同的组合，形成数据采集的多组输出通道。多组通道在扫描过程中，同时分别对各自连接的探测器接收的X线所产生的电信号进行采集、输出。
4.同一扫描周期内获得的图像层数不同
单排螺旋CT一个旋转周期获得一幅图像，多排螺旋CT一个旋转周期可获得多幅图像。
5.决定层厚的方法不同
单排螺旋的层厚选择与非螺旋CT一样，仅通过改变X线束的宽度来完成，线束的宽度等于层厚。多排螺旋的层厚不仅取决于X线束的宽度，而且取决于不同探测器阵列的组合，如同样10mm宽的X线束，可以由每四排1.25mm探测器组成一个5mm探测器通道，获得两层5mm层厚的图像，也可以由每两排1.25mm探测器组成一个2.5mm探测器通道，获得四层2.5mm层厚的图像。对非等宽的探测器阵列，还可以通过后（即探测器前）准直器对某排探测器的部分遮盖来完成层厚的选择。例如，遮盖一半1mm探测器可获得0.5mm的层厚。
6.图像重建算法的不同
与单排螺旋CT相比，多排螺旋CT扫描除了数据采集量明显增加之外，数据点的分布也与单排螺旋CT有很大差别。因此，多排螺旋CT扫描的重建算法并不是单排螺旋算法的简单扩充，那样会产生严重的伪影。很多新算法被用来减少伪影和噪声，改善图像质量。各厂家都有自己的特点和独到之处。
（二）多排螺旋CT的技术改进
1.球管的改进
Marconi（Picker）/Siemens公司利用飞焦点技术增加信息量，提高图像质量。Toshiba公司则利用阳极接地的方法加大散热率，使球管能延长连续曝光时间，以适应螺旋CT连续扫描较长体位时，需要长时间曝光的需要。GE公司采用了航天散热涂料增加阳极散热率。
2.高压发生器的改进
采用固态高压发生器。体积缩小到常规发生器的近1/10，减轻了扫描架转动部分的重量，方便于其上各部件的安排；多排螺旋追求高速扫描，多数已达每周0.5s，目前最快可达到0.28s、0.27s，旋转部分的离心力很大，油浸高压发生器很容易发生漏油而导致损坏，固态高压发生器杜绝了这一隐患。
3.智能扫描
对于长范围容积扫描，很可能跨越人体体厚、密度相差悬殊的部位。这时，曝光条件如按照低体厚密度区设计，对高体厚密度区就显太小；按高体厚密度区设计，对低体厚密度区患者就过多接受了辐射。新的智能扫描如自动管电流调制技术能在扫描过程中连续变化扫描条件，对不同密度、体厚的部位使用不同扫描条件；而对同一层面，球管旋转至不同角度可能厚度和密度不同，扫描中也可按设计要求变换参数；使用器官剂量调制（organ dose modulation，ODM）技术，球管旋转至人体前面时降低管电流可用于保护表浅的辐射敏感器官。
4.驱动系统的改进
扫描架旋转部分的驱动抛弃了各公司都沿用多年的皮带机械传动方式，采用新的电磁驱动或称作直接驱动（direct driving）技术，提高了旋转速度，降低了机械噪声。当然，从单纯提高旋转速度到真正缩短扫描时间之间还需要其他方面的改进才能实现。例如，缩短扫描时间就意味着如果保持原来的图像质量，必须增加球管单位时间X线输出量，增加数据采集速度，提高计算机运算能力等。
5.探测器的改进
多排与单排螺旋CT比较，重要的改革就是增加z轴方向的探测器排数，以达到多排采样的目的。探测器可通过电子开关灵活的组合成不同层厚，构成多个采集通道，重建出各种层厚的图像。多排螺旋应用的探测器大致可分为两类，等宽型探测器和非等宽型探测器。
以上两类不同排列方式的探测器组合各有利弊。等宽型探测器排列层厚的组合形式较灵活，但是外周的几排探测器只能组合成一个宽探测器使用，其间的间隔会造成有效信息丢失，不如非等宽型探测器的效率高。非等宽型探测器的优势是在宽层厚时，探测器的间隔减少，量子吸收效率较高。不足之处是层厚组合不如等宽型探测器灵活。
（三）逐层扫描和容积扫描
逐层扫描和容积扫描分别表示两种不同的扫描方式。逐层扫描是非螺旋CT扫描的基本方式。在该扫描方式中，扫描1层图像机架一般需旋转360°，称为全扫描。部分扫描机架一般旋转240°采集1层图像。逐层扫描方式的特点是：扫描层厚和层间隔设定后，每扫描1层，检查床移动一定距离，然后做下一次扫描，如此往复循环直至完成预定扫描范围。早期电缆式CT和现在的滑环式CT都可以采用逐层扫描方式，尤其是滑环式CT，它既可做逐层扫描也可做容积扫描。螺旋CT尤其是多排螺旋CT出现后，逐层扫描方式逐渐被螺旋扫描方式替代。目前，逐层扫描方式多用于颅脑、CT引导下介入穿刺等一些检查中，而随着技术发展，近年来新型的高端CT宽体探测器逐层扫描模式又有更加广泛地应用。
螺旋CT扫描通常都采用容积扫描方式，以人体部位的一个器官或一个区段为单位做连续的容积采集。这两种扫描无论在扫描方式上，还是成像质量方面都有较大的区别。
三、双能量CT
双能量CT具有能谱成像（spectral imaging）功能。能谱成像是利用物质在不同X线能量下吸收能量的不同来提供影像信息，获得时空上完全匹配的双能量数据，在原始数据空间实现能谱分析，可以提供双能量减影、物质分离、物质定量分析、单能量成像和能谱曲线分析等功能。
双能量CT实现方式有：双源、单源球管瞬间切换管电压以及双层探测器技术。能量成像比较有代表性的是西门子公司的双能量成像技术和GE公司的能谱成像技术。这两种技术本质上都采用了双kVp成像，只不过实现方式不同。西门子采用的是双球管技术，GE公司采用的是单球管瞬时双kVp技术，飞利浦使用的是双层探测器技术。
双球管技术类型CT通常被称作双源CT，双源CT改变了目前常规CT所使用一个X线球管和一套探测器的CT成像系统，它通过两套X线球管和两套探测器分别采集图像，在双能量CT成像时，两个X线球管分别产生高、低两种不同的辐射能，从而达到双能量CT成像的目的。
GE公司将单球管瞬时双kVp技术的CT机称作能谱CT（如Discovery系列与Revolution系列）。能谱CT仍保留了一个X线球管的设计，采用了新型的高压发生器，利用高压发生器在产生辐射时瞬间的能量变化，从而达到双能量CT成像的目的。
双球管模式的能量成像中若能量时间分辨率不足可引起运动伪影，但辐射剂量不会增加且具有极高的空间分辨力。单球管瞬时双kVp技术的双能量解析过程是在投影数据空间完成的，在准确硬化效果校正的基础上得到准确的能谱成像。
双能量CT成像不再局限于单纯的形态成像，可得到包含组织化学成分的CT图像，即组织特性图像。已用于临床开展双能量成像组织成分分析，如痛风辅助诊断、结石成分分析、肌腱损伤诊断、鉴别脑出血中的新鲜和陈旧性出血等。