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螺旋扫描(亦被称作体积扫描)是计算机断层成像术(ct)的最新进展。和常规的轴向扫描ct不同,螺旋扫描是在病人以匀速通过旋转的x射线球管的扫描野时进行的,运动的x射线扫描产生的路径是扫描床运动速度的函数,扫描路径形成一条螺旋线,采集的数据通常称作螺旋数据。其显著优点是单次屏住呼吸就可以完成整个检查部位的扫描,且可以在任意想要的位置上重建图像,重建平面图像的数据用内插法从螺旋数据中获得。由螺旋扫描对图像质量影响的研究可以看出空间分辨率、低对比度分辨率、图像的一致性都不受螺旋扫描方式的影响,有影响的是象素的噪声和断层灵敏度曲线(section sensitivity profile)。本文叙述螺旋ct的基本概念和参数,尤其是断层灵敏度曲线(ssp)。
一 螺旋ct和轴向ct的区别
为理解螺旋ct,可以与轴向ct扫描作比较。在轴向扫描时,x射线管球绕病人扫描一周产生一组数据,即一个层面。由于在采集数据时,扫描床是静止的,为了得到另一层面的数据,沿轴向移动扫描床一定的量,x射线管球再次绕病人扫描,每一层产生一幅图像。
在螺旋扫描中,当扫描床匀速通过x射线扫描野时,x射线管球连续曝光旋转。和轴向扫描一样,x射线管球旋转两周,覆盖同样的范围。在螺旋扫描中,每扫描一周,床移动的距离称作螺距。不同于轴向扫描时产生的分离独立的数据组,螺旋扫描产生一组连续的体积数据,这就允许在重建中有新的选择。例如,螺旋扫描一周可产生多幅图像,并且可以在获取数据前或后分别确定处理的一些参数来获取各种要求的图像。在讨论这些选择性时,首先介绍螺旋ct扫描中的有关参数。
二 螺旋扫描中的有关参数
数据采集(acquisition): 单次螺旋扫描中被扫描的整个体积数据;
周数(revolutions): 一次数据采集中x射线管球的旋转周次;
层厚(slice thickness): 由准直器设定的x射线束的厚度(mm);
螺距(pitch): x射线管球旋转一周时扫描床移动的距离(mm);
螺旋因子(pitch factor): 螺距与层厚相除所得因子(p/st);
螺旋度(helix%): 螺旋因子乘以100%;
第一张图像(first): 一次采集中重建的第一张图像;
最后一张图像(last): 一次采集中重建的最后一次图像;
成像范围(image extent): 一次采集中成像的第一层面中点与成像的最后一层中点之间的距离(mm);
成像间隔(image index): 连续两张重建图像的层面中心点间的距离,即螺距除以每周成像数;
总成像数(number): 一次采集后所有的重建图像数;
床移动范围(couch extent): 一次采集中扫描床长轴方向移动距离之和。
三 螺距
螺距这术语最初通常用于说明一颗螺丝上两周之间的距离,增加螺距就增加螺旋两周之间的距离。螺旋因子是一无单位参数,由它来确定螺距。螺旋因子常选为: 1、1.25、1.5和2。这些参数之间的关系可用螺旋度这个术语来说明: 螺距等于层厚(螺旋因子等于1)意味着螺旋度是100%; 当螺距等于层厚1.25倍(螺旋因子等于1.25)时,螺旋度是125%; 采用1.5的螺旋因子就把螺旋度延伸到150%。这些关系可以从图4中看出。选择螺旋因子为1(即层厚等于螺距),相邻的螺旋紧挨着; 选择螺旋因子为1.25,则两螺旋之间的距离比层厚增加了25%; 同样螺旋因子为1.5,则距离增加50%,用这种方式,可以控制螺纹跟螺纹之间的距离来达到要覆盖的体积。
由于螺旋的反复交替的特性,每二转卷的后部与每二转卷的前部都互相间隔着,因此只要两螺旋旋转卷之间的距离不超过每一转卷的层厚,那么被扫描物体在z-轴方向上采样数据合适,数据就能用来合成一幅横轴层面。有些ct扫描机为了进一步延伸覆盖面,在一次获取体积数据组时采用螺距因子为2(即200%的螺旋度扫描)。表2列出了各种螺旋因子下的螺距。
四 成像间隔
产生的图像数目取决于选择的成像间隔和床的移动。数据采集前螺旋参数的选择包括层厚和螺距。不同于轴向扫描ct,其图像的数目是重建的函数,因此可以在数据采集前或后设定。螺旋数据依据选择成像间隔,可以在一周内重建出一个或多个图像。下列公式表明螺距、每周成像数和成像间隔之间的转换关系:
螺距=螺旋因子×层厚
每周成像数=螺距/成像间隔
总成像数=数据获取周数×每周成像数 1若已知第一张和最后一张图像时扫描床的位置,那么: 成像范围=最后一张图像位置-第一张图像位置,表3中列出一个层厚为10mm,螺旋因子为1、1.25、1.5和2,一共扫描16个螺旋周时,螺距、成像间隔、成像范围和成像总数的例子。表3中也列出了这些参数的表达方程。
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