計算機斷層掃描：傳統的螺旋形
最近審查：23.04.2024
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計算機斷層掃描是一種特殊類型的X射線檢查，通過間接測量衰減或衰減，來自不同位置的X射線，在被檢查的患者周圍確定。從本質上講，我們所知道的是：
- 離開X射線管，
- 什麼到達探測器和
- 每個位置的X射線管和探測器的位置是什麼。
其他一切都來自這些信息。大多數CT橫截面相對於主體軸垂直定向。它們通常稱為軸向或橫截面。對於每個切片，X射線管圍繞患者旋轉，預先選擇切片厚度。大多數CT掃描儀的工作原理是恆定旋轉，並伴有扇形的光線發散。在這種情況下，X射線管和探測器剛性配對，並且它們圍繞掃描區域的旋轉運動與X射線的發射和捕獲同時發生。因此，穿過患者的X射線到達位於相對側的檢測器。取決於設備，扇形發散在40°至60°的範圍內發生，並且由從X射線管的焦點開始並以扇形的形式擴展到一系列檢測器的外邊界的角度確定。通常，在每次360°旋轉時形成圖像;所獲得的數據足以滿足此要求。在掃描過程中，在許多點測量衰減係數，形成衰減分佈。實際上，衰減分佈僅僅是來自管檢測器系統的給定角度的來自所有檢測器通道的一組接收信號。現代CT掃描儀能夠在360°圓周上從探測器 - 管系統的大約1,400個位置發射和收集數據，或者以度數大約4個位置。每個衰減分佈包括來自1500個探測器通道的測量值，即大約30個以度為單位的通道，受到50°的光束髮散角的影響。在研究開始時，在機架內以恆定速度推進患者台的同時，獲得數字X射線圖像（“掃描圖像”或“拓撲圖”），在該圖像上可以在之後計劃期望的部分。通過對脊柱或頭部的CT檢查，台架以直角轉動，從而實現切片的最佳定向。
計算機斷層掃描使用複雜的X射線傳感器讀數，其圍繞患者旋轉以獲得特定深度（斷層圖像）的大量不同圖像，其被數字化並轉換成交叉圖像。CT提供2維和3維信息，這些信息無法通過簡單的X射線獲得，並且具有更高的對比度分辨率。因此，CT已成為大多數顱內，頭頸部，胸腔內和腹腔內結構成像的新標準。
CT掃描儀的早期樣本僅使用一個X射線傳感器，患者逐漸通過掃描儀，每次射擊停止。這種方法在很大程度上被螺旋CT掃描取代：患者連續移動通過連續旋轉並拍照的掃描儀。螺釘CT大大縮短了顯示時間並減少了板厚。使用具有多個傳感器的掃描儀（4-64行X射線傳感器）進一步縮短了顯示時間並提供了小於1 mm的板厚。
利用如此多的顯示數據，可以從幾乎任何角度恢復圖像（如在MRI中完成的），並且可以用於創建3D圖像，同時保持診斷圖像解決方案。臨床應用包括CT血管造影（例如，用於評估肺栓塞）和心血管化（例如，冠狀動脈血管造影，冠狀動脈硬化的評估）。電子束CT，另一種類型的快速CT，也可用於評估動脈的冠狀動脈硬化。
可以在有或沒有對比的情況下進行CT掃描。非造影CT掃描可以檢測急性出血（出現亮白色）並表徵骨折。對比CT使用IV或口腔對比，或兩者兼而有之。IV對比，類似於在簡單的X射線中使用的，用於顯示軟組織中的腫瘤，感染，炎症和損傷以及評估血管系統的狀態，如疑似肺栓塞，主動脈瘤或主動脈夾層的情況。通過腎臟排出對比可以評估泌尿系統。有關對比反應及其解釋的信息。
口腔對比用於顯示腹部區域; 它有助於將腸結構與其他結構分開。當懷疑腸穿孔時（例如，在受傷的情況下），可以使用標準口腔對比 - 基於鋇碘的對比。當吸入風險高時，應使用低滲透對比劑。
使用CT時，輻射暴露是一個重要問題。來自常規腹部CT掃描的輻射劑量比通過胸部區域的典型X射線接收的輻射劑量高200至300倍。今天的CT是大多數人群最常見的人工暴露源，佔總醫療照射量的2/3以上。人體暴露於輻射的程度並非微不足道，今天暴露於CT輻射的兒童接觸一生的風險估計遠遠高於接觸成人的程度。因此，應仔細權衡CT檢查的需要，同時考慮到每個患者可能存在的風險。
多層螺旋計算機斷層掃描
具有多排探測器佈置的螺旋計算機斷層掃描（多層螺旋計算機斷層掃描）
具有多行檢測器佈置的計算機斷層攝影儀屬於最新一代掃描儀。在X射線管的對面，沒有一排，而是幾排探測器。這使得可以顯著縮短研究時間並改善對比度分辨率，這允許例如更清楚地可視化對比的血管。與X射線管相對的Z軸探測器的行寬度不同：外行比內行寬。這為數據收集後的圖像重建提供了最佳條件。
傳統和螺旋計算機斷層掃描的比較
利用傳統的計算機斷層攝影術，通過身體的特定部分（例如，腹腔或頭部）獲得一系列連續的等間距圖像。在每個切片之後強制短暫停頓以將患者的桌子移動到下一個預定位置。預先選擇厚度和重疊/切割間距。每個級別的原始數據將單獨保存。切口之間的短暫停頓允許有意識的患者進行呼吸，從而避免圖像中的嚴重呼吸偽影。然而，該研究可能需要幾分鐘，具體取決於掃描區域和患者的大小。在引入COP之後/之後，有必要選擇合適的時間來獲得圖像，這對於灌注效果的評估尤其重要。計算機斷層掃描是獲得身體的完整二維軸向圖像的選擇方法，而沒有通過施加骨組織和/或空氣產生的干擾，如在普通射線照片上的情況。
利用具有單行和多行檢測器佈置（MSCT）的螺旋計算機斷層掃描，在台架內推進期間連續收集患者研究數據。然後，X射線管描述患者周圍的螺釘軌跡。工作台推進與360°管旋轉（螺旋螺距）所需的時間相協調 - 數據採集持續完整。這種現代技術顯著改善了層析成像，因為呼吸偽影和中斷不像傳統的計算機斷層掃描那樣顯著影響單個數據集。單個原始數據庫用於恢復各種厚度和不同間隔的切片。部分的部分重疊提高了重建的可能性。
在整個腹腔研究中的數據收集需要1-2分鐘：2或3個螺旋，每個持續10-20秒。時間限制是由於患者屏住呼吸的能力以及需要冷卻X射線管。需要更多時間來重建圖像。當評估腎臟的功能時，在註射造影劑之後需要短暫停頓以等待造影劑的排泄。
螺旋方法的另一個重要優點是能夠識別小於切片厚度的病理形成物。如果由於患者呼吸深度不均勻而在掃描過程中不會掉入某個部位，則可能會漏掉肝臟中的小轉移灶。在通過施加切片獲得的切片的恢復中，從螺旋方法的原始數據中很好地識別轉移。
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空間分辨率
圖像恢復基於各個結構的對比度的差異。基於此，創建512×512或更多圖像元素（像素）的成像區域的圖像矩陣。像素在顯示器屏幕上顯示為不同灰度的區域，具體取決於它們的衰減係數。事實上，根據切片的厚度，這些不是正方形，而是具有沿著體軸的長度的立方體（體素=體積元素）。
圖像質量隨著體素的減少而增加，但這僅適用於空間分辨率，切片的進一步變薄降低了信噪比。薄切片的另一個缺點是患者劑量的增加。然而，在所有三個維度（各向同性體素）中具有相同尺寸的小體素提供了顯著的優點：在圖像中示出了冠狀，矢狀或其他投影中的多平面重建（MPR）而沒有階梯狀輪廓。對MPR使用不同尺寸的體素（各向異性體素）導致重建圖像的鋸齒狀外觀。例如，可能難以排除骨折。
螺旋間距
螺旋的螺距表徵了工作台的移動程度，單位為mm，每次旋轉的厚度和切片的厚度。表的緩慢進展形成壓縮螺旋。在不改變切片厚度或旋轉速度的情況下加速工作台的移動在所得到的螺旋上的切口之間產生空間。
最常見的是，螺旋的螺距被理解為工作台的位移（供應）與機架的周轉率（以mm表示）與准直的比率，也以mm表示。
由於分子和分母中的尺寸（mm）是平衡的，因此螺旋的螺距是無量綱的。對於MSCT for t。體積螺旋間距通常被視為工作台進給與單個切片的比率，而不是沿Z軸的整個切片組。對於上面使用的示例，體積螺距為16（24 mm / 1.5 mm）。然而，存在返回螺旋螺距的第一定義的趨勢。
新的掃描儀提供了根據拓撲圖選擇研究區域的頭尾（Z軸）擴展的機會。此外，根據需要調整管更換時間，切割的准直（薄切割或粗切割）和測試時間（屏氣保持）。軟件，如SureView，計算相應的螺旋螺距，通常設置在0.5和2.0之間的值。
切片准直：沿Z軸的分辨率
圖像分辨率（沿Z軸或患者的身體軸）也可以使用准直適應特定的診斷任務。5至8毫米厚的切片完全符合腹腔的標準檢查。然而，骨折的小碎片的精確定位或微小肺部變化的評估需要使用薄切片（從0.5到2mm）。什麼決定了切片的厚度？
術語准直定義為沿患者身體的縱軸（Z軸）獲得薄或厚切片。醫生可以限制輻射束從X射線管到准直器的扇形發散。准直器的孔尺寸控制落在患者身後的探測器上的光線在寬或窄的流中的通過。輻射束的變窄可以改善沿患者Z軸的空間分辨率。准直器不僅可以直接位於管的出口處，而且可以直接位於檢測器的前面，即，如果從X射線源的側面觀察，則位於患者的“後面”。
依賴於准直器的系統在患者後面具有單排探測器（單切）可以執行10mm，8mm，5mm厚或甚至1mm厚的切割。具有非常薄的橫截面的CT掃描被稱為“高分辨率CT掃描”（VRKT）。如果切片厚度小於1毫米，他們會說“超高分辨率CT”（SVRKT）。用於研究顳骨金字塔的SURCT具有約0.5mm厚的切片，顯示穿過顱底或鼓室腔中的聽小骨的細骨折線。對於肝臟，高對比度分辨率用於檢測轉移，並且需要稍厚的切片。
檢測安排
單片螺旋技術的進一步發展導致引入多片（多片）技術，其中使用不是一行而是幾行檢測器，其垂直於與X射線源相對的Z軸。這使得可以同時收集來自幾個部分的數據。
由於輻射的扇形發散，探測器行應具有不同的寬度。探測器的佈局是探測器的寬度從中心到邊緣增加，這允許改變所獲得的部分的厚度和數量。
例如，可以使用16個高分辨率的薄片（對於Siemens Sensation 16，這是16 x 0.75 mm技術）或16個厚度為兩倍的切片進行16切片研究。對於迴腸 - 股骨CT血管造影，優選沿Z軸在一個週期內獲得體積切片。同時，准直寬度為16×1.5mm。
CT掃描儀的開發並未以16片結束。使用具有32和64行檢測器的掃描儀可以加速數據收集。然而，減小切片厚度的趨勢導致患者的輻射劑量增加，這需要額外的且已經可行的措施來減少輻射的影響。
在肝臟和胰腺的研究中，許多專家傾向於將切片的厚度從10mm減小到3mm以改善圖像的清晰度。但是，這會將乾擾水平提高大約80％。因此，為了保持圖像質量，必須另外在管上增加電流強度，即，將電流強度（mA）增加80％，或者增加掃描時間（產品增加mAs）。
圖像重建算法
螺旋計算機斷層掃描具有另外的優點：在圖像恢復過程中，大多數數據實際上不是在特定切片中測量的。相反，在該切片外部進行的測量與切片附近的大多數值進行插值，並成為分配給該切片的數據。換句話說：切片附近的數據處理結果對於重建特定部分的圖像更為重要。
這是一個有趣的現象。患者劑量（mGr）定義為每旋轉mAs除以螺旋間距，並且每個圖像的劑量相當於每次旋轉的mAs而不考慮螺旋間距。例如，如果設置每旋轉150 mAs，間距為1.5，那麼患者劑量為100 mAs，每張圖像的劑量為150 mAs。因此，螺旋技術的使用可以通過選擇高mAs值來提高對比度分辨率。在這種情況下，可以通過減小切片厚度來增加圖像對比度，組織分辨率（圖像清晰度）並選擇螺旋間隔的這樣的步長和長度，使得患者劑量減少！因此，可以在不增加X射線管上的劑量或負荷的情況下獲得大量切片。
在將接收的數據轉換為二維（矢狀，曲線，冠狀）或三維重建時，該技術尤為重要。
來自檢測器的測量數據通過輪廓傳遞到檢測器的電子部分，作為對應於X射線的實際衰減的電信號。電信號被數字化，然後被發送到視頻處理器。在圖像重建的這個階段，使用“傳送器”方法，包括預處理，過濾和逆向工程。
預處理包括為準備獲得的數據以進行圖像恢復而進行的所有校正。例如，暗電流的校正，輸出信號，校準，軌道校正，輻射剛度的增加等。這些校正是為了減少管和檢測器的操作的變化。
過濾使用負值來校正圖像模糊，這是逆向工程中固有的。例如，如果掃描圓柱形水模型，在沒有過濾的情況下重新創建，則其邊緣將非常模糊。當八個衰減曲線相互重疊以恢復圖像時會發生什麼？由於圓柱體的某些部分由兩個組合輪廓測量，而不是真實圓柱體，因此獲得星形圖像。通過在衰減曲線的正分量之外輸入負值，可以實現該圓柱的邊緣變得清晰。
逆向工程將最小化的掃描數據重新分配到二維圖像矩陣中，顯示斷開的部分。完成此操作，按配置文件進行配置，直到完成重新創建映像的過程。圖像矩陣可以表示為棋盤，但由512 x 512或1024 x 1024個元素組成，通常稱為“像素”。作為逆向工程的結果，每個像素精確地對應於給定的密度，其在監視器屏幕上具有各種灰度，從淺到深。屏幕的較亮部分，像素內的組織密度（例如，骨骼結構）越高。
電壓的影響（kV）
當研究的解剖區域具有高吸收能力（例如，頭部，肩胛帶，胸椎或腰椎，骨盆或僅僅是完整患者的CT）時，建議使用增加的電壓，或者更高的mA值。在X射線管上選擇高壓時，可以增加X射線輻射的剛性。因此，X射線更容易以高吸收能力穿透解剖區域。該過程的積極方面是減少由患者組織吸收的低能量輻射成分，而不影響圖像採集。建議使用較低的電壓來檢查兒童並跟踪KB推注，而不是標準安裝。
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管電流（mAs）
以毫安秒（mAc）為單位測量的電流也會影響患者的暴露劑量。為了使大患者獲得高質量圖像，需要增加管電流強度。因此，肥胖患者比例如體型明顯更小的兒童接受更大劑量的輻射。
具有更多吸收和擴散輻射的骨結構的區域，例如肩胛帶和骨盆，需要比例如頸部，瘦人或腿的腹腔更多的管電流。這種依賴性積極地用於輻射防護。
掃描時間
應選擇最短的掃描時間，特別是在檢查腹腔和胸腔時，心臟和腸蠕動的收縮會降低圖像質量。隨著患者不自主運動的可能性降低，CT檢查的質量也會提高。另一方面，可能需要掃描更長時間以收集足夠的數據並最大化空間分辨率。有時，為了延長X射線管的壽命，故意選擇延長掃描時間並減小安培數。
三維重建
由於在螺旋斷層掃描期間收集患者身體整個區域的數據量，因此骨折和血管的可視化顯著改善。應用幾種不同的三維重建方法：
最大強度投影（最大強度投影），MIP
MIP是一種數學方法，通過該方法從二維或三維數據集中提取高密度體素。體素是從碘以各種角度獲得的一組數據中選擇的，然後投影為二維圖像。通過以小步長改變投影角度，然後快速連續地（即，在動態觀看模式中）可視化重建圖像，獲得三維效果。該方法通常用於對比增強的血管研究。
多平面重建，MPR
該技術使得可以在任何投影中重建圖像，無論是冠狀，矢狀或曲線。MPR是骨折診斷和整形外科的重要工具。例如，傳統的軸向切片並不總是提供有關骨折的完整信息。在MPR的幫助下，可以更有效地檢測到沒有移位碎片和乾擾皮質板的最細微的骨折。
SSD的陰影表面（Surface Shaded Display）的三維重建
該方法重新創建在豪恩斯菲爾德單位中在給定閾值之上定義的器官或骨骼的表面。選擇圖像的角度以及假想光源的位置是獲得最佳重建的關鍵因素（計算機計算並從圖像中去除陰影區域）。由MPR證實的橈骨遠端部分的骨折在骨表面上清晰可見。
在計劃外科手術時也使用三維SSD，如在創傷性脊柱骨折的情況下。改變圖像的角度，很容易檢測到胸椎的壓縮性骨折並評估椎間孔的狀況。後者可以在幾個不同的預測中進行探討。在矢狀MND上，可見骨碎片，其被移位到椎管中。
讀取計算機斷層掃描圖的基本規則
- 解剖取向
監視器上的圖像不僅僅是解剖結構的二維顯示，它包含關於組織的平均X射線吸收量的數據，由512×512個元素（像素）組成的矩陣表示。切片具有一定的厚度（d S）並且是相同尺寸的立方體元素（體素）的總和，組合成矩陣。此技術特徵是私人音量效應的基礎，如下所述。得到的圖像通常是底視圖（從尾側）。因此，患者的右側位於左側圖像上，反之亦然。例如，位於腹腔右半部的肝臟表示在圖像的左側。左邊的器官，如胃和脾，在右邊的圖片中可見。在這種情況下，由前腹壁表示的身體的前表面限定在圖像的上部，並且具有脊柱的後表面限定在下方。在傳統的射線照相中使用相同的成像原理。
- 私人量的影響
放射科醫師自己設定切片厚度（d S）。對於胸腔和腹腔的檢查，通常選擇8-10mm，顱骨，脊柱，軌道和顳骨的金字塔為2-5mm。因此，結構可以佔據切片的整個厚度或僅佔據切片的一部分。灰度級上的體素的顏色強度取決於其所有組分的平均衰減係數。如果結構在切片的整個厚度上具有相同的形狀，則它將看起來清晰地描繪，如腹主動脈和下腔靜脈的情況。
當結構不佔據切片的整個厚度時，發生私人體積的影響。例如，如果該部分僅包括椎體的一部分和椎間盤的一部分，則它們的輪廓變得模糊。當器官在切片內變窄時觀察到相同的情況。這就是腎臟極點，膽囊和膀胱輪廓定義不佳的原因。
- 節點和管狀結構之間的區別
重要的是能夠區分放大和病理改變的LN與橫截面中捕獲的血管和肌肉。僅在一個部分中執行此操作可能非常困難，因為這些結構具有相同的密度（並且具有相同的灰色陰影）。因此，應始終分析位於頭部和尾部的相鄰部分。已經指定了這個結構可見的部分，可以解決這個難題，無論我們是看到擴大的節點還是或多或少的長管狀結構：淋巴結只能在一個或兩個部分中被檢測到，並且在相鄰部分中不可見。在整個顱尾圖像系列中可以看到主動脈，下腔靜脈和肌肉，例如腰髂。
如果懷疑一個部分結節形成增大，那麼醫生應立即比較相鄰部分，以清楚地確定這種“形成”是否僅僅是血管或肌肉的橫截面。這種策略也很好，因為它提供了快速建立私人交易量的機會。
- 光密度測定法（組織密度的測量）
例如，如果不知道在胸膜腔中發現的液體是積液還是血液，則測量其密度有助於鑑別診斷。類似地，光密度測定法可以應用於肝臟或腎實質中的局灶性病變。但是，不建議根據單個體素的評估得出結論，因為這樣的測量不是很可靠。為了獲得更高的可靠性，應該擴展“感興趣區域”，其由焦點形式中的若干體素，一些結構或體積的流體組成。計算機計算平均密度和標準偏差。
你應該特別小心，不要錯過輻射剛度增加或私人體積影響的文物。如果地層沒有延伸到切片的整個厚度，則密度測量包括與其相鄰的結構。只有當它填滿切片的整個厚度（d S）時才能正確測量教育密度。在這種情況下，測量更有可能影響教育本身，而不是相鄰的結構。如果ds大於地層的直徑，例如，小尺寸的焦點，這將導致在任何掃描水平上特定體積的效果的表現。
- 各種類型組織的密度水平
現代設備能夠覆蓋4096個灰度級，它們代表Hounsfield單位（HU）的不同密度水平。水的密度任意取為0HU，空氣為1000HU。監視器屏幕最多可顯示256種灰度。然而，人眼僅能夠區分約20個。由於人體組織密度的光譜比這些相當窄的框架延伸得更寬，因此可以選擇和調整圖像窗口，使得僅可以看到所需密度範圍的組織。
窗口的平均密度水平應盡可能接近所研究組織的密度水平。光線，由於通風性增加，最好在窗口探索低HU的設置，而對於骨組織，窗口水平應該顯著增加。圖像的對比度取決於窗口的寬度：縮小的窗口更具對比度，因為20個灰色陰影僅覆蓋密度標度的一小部分。
值得注意的是，幾乎所有實質器官的密度水平都在10到90 HU之間的狹窄邊界內。例外很容易，因此，如上所述，有必要設置特殊的窗口參數。關於出血，應該考慮到新凝血的密度水平比新鮮血液的密度水平高約30HU。然後，在舊的出血區域和血塊溶解區域中，密度水平再次下降。蛋白質含量超過30克/升的滲出物與窗口的標准設置不容易與滲出物（蛋白質含量低於30克/升）區分開。另外，應該注意的是，例如在淋巴結，脾，肌肉和胰腺中密度的高度一致性使得僅基於密度估計不可能建立組織的歸屬。
總之，應該注意的是，組織密度的通常值對於不同的人也是個體的，並且在造影劑在循環血液和器官中的影響下變化。後一方面對泌尿生殖系統的研究特別重要，並且涉及CV的引入。同時，造影劑迅速開始被腎臟排泄，這導致掃描期間腎實質的密度增加。這種效應可用於評估腎功能。
- 在各種窗口中記錄研究
收到圖像後，要記錄研究，您必須將圖像轉移到膠片（製作硬拷貝）。例如，當評估胸腔的縱隔和軟組織的狀況時，建立窗口以使肌肉和脂肪組織清晰可見，具有灰色陰影。它採用柔軟的窗戶，中心為50 HU，寬度為350 HU。結果，密度為-125HU（50-350 / 2）至+225HU（50 + 350/2）的織物以灰色表示。所有密度低於-125 HU的織物，如肺，看起來都是黑色。密度高於+225HU的織物是白色的，並且它們的內部結構沒有區別。
如果有必要檢查肺實質，例如，當排除結節時，窗口的中心應減少到-200HU並且寬度增加（2000HU）。當使用該窗口（肺窗）時，具有低密度的肺的結構更好地區分。
為了在大腦的灰質和白質之間實現最大對比度，應選擇特殊的腦窗。由於灰質和白質的密度略有不同，軟組織窗口應該非常窄（80-100HU）和高對比度，其中心應該在腦組織密度值（35HU）的中間。通過這樣的安裝，不可能檢查頭骨的骨骼，因為所有密度大於75-85HU的結構都是白色的。因此，骨窗的中心和寬度應該明顯更高 - 分別約+300HU和1500HU。僅在使用骨骼時才能看到枕骨中的轉移。但不是腦窗。另一方面，大腦在骨窗中幾乎看不見，因此大腦物質中的小轉移將是不可見的。我們必須永遠記住這些技術細節，因為在大多數情況下，電影不會在所有窗口中傳輸圖像。進行研究的醫生在所有窗口中查看屏幕上的圖像，以免錯過病理學的重要跡象。