第五节 电子束 CT

1. 第五节 电子束CT

2. 电子束CT(electron beam CT；EBCT)又称超高速CT(ultrafast CT，UFCT)，电子束成像系统(electron beam imaging system；EBIS)或电子束体层摄影(electron beam tomography；EBT)。EBCT的X线发射是由连续发出的电子束经磁场偏转后，依次撞击环形排列的钨靶后产生的，它的探测器也是固定的环形排列，可随时接收对侧发出的X线信息。这种设计使每个断层面的成像时间大大偏短。EBCT是美国Douglas boyd博士于1983年首先开发并应用于临床。其扫描速度快达50～100ms，时间分辨力高，对心脏、大血管的检查有其独到之处，几乎不受心跳及血管博动的影响。

3. 一、电子束CT的特点 • 1.没有X线球管 EBCT主要由电子枪、聚焦线圈、偏转线圈、探测器组、台面高速运动的检查床和控制系统组成。其工作特点有:①工作时扫描序列启动，计算机发出指令便电子枪产生并加速电子束，即高热量电子脉冲，当电压13OkV时电子束的电流大约为590mA～650mA。②电子束由聚焦线圈和偏转线圈控制通过高真空偏移管，聚焦线圈使电子束聚焦成毫米级的小焦点，而偏转线圈的磁场变化使得聚焦电子束旋转轰击四个弧形静止钨靶环 (依次为A、B、C、D环)中的一个，产生旋转的X线。

4. ③E靶环位于D靶环前方，用于调整电子束形状和扫描轨迹，但不产生图像数据。④计算机控制电子束扫描速度，扫描的靶环数，靶环被扫的次数。⑤准直器控制X线束的形状。X线束呈扇形穿透病人被探测器组接收。⑥两组探测器组 (环1、环2 )平行排列于扫描机架上部210°范围内。⑦接收到的X线信号由数据采集系统进行预处理后经光缆送至扫描存储器，经快速重建系统形成与CT图像相同的影像。

5. 2.触发扫描 触发扫描即扫描的启动。EBCT扫描的触发方式有: • (1)手动触发:由操作者控制按键启动扫描。每触发一次扫描一次，仅用于多层扫描方式。 • (2)动态触发:由呼吸运动控制。病人每次屏气，自动快速扫描若干层，然后间隔一个呼吸间期，再次进行屏气扫描，直到扫描完成。动态触发仅用于单层扫描方式。 • (3)定时触发:由操作者按键一次即启动整个检查的扫描，扫描按预先设定的时间间隔进行。定时触发在多层和单层扫描方式均可使用。 • (4)心电门控触发:根据病人的心电图，扫描系统按预选的心电时相，即RR间期的百分数和预定的R波间隔数触发扫描。心电门控触发适用于心血管系统的检查，多层和单层扫描方式均可使用。

6. 3.扫描体位 EBCT的横轴位 (横断层面)扫描是心脏大血管容积扫描的常规体位。扫描范围根据实际需要决定，最大范围达62.9cm。此外还可从不同的轴位对心脏扫描观察： • (1)心脏短轴位 :检查床面呈头高足低15度，检查床长轴顺时针旋转25°，使扫描层面与心脏长轴垂直，显示心脏短轴位影像。扫描范围包括心尖至心底部。心脏短轴位可减少心室容积和射血分数测量中的部分容积效应影响，是心脏多尾曲影和血流检查的常用扫描体位(图3-11)。

7. (2)心脏长轴位 :检查床面不倾斜，检查床长轴反时针旋转25°，使扫描层面与心脏长轴平行，显示心脏长轴位影像。扫描范围应覆盖整个心脏。心脏长轴位用于观察二尖瓣、左室根部、主动脉流出道和心尖部病变，是心脏多层电影检查的常用扫描体位(图3-12)。

9. 4.特点 EBCT的最大特点是时间分辨力高。时间分辨力严格地说是用来研究人体活动器官机能的，即人体器官在不同时刻的活动状况，必须借助电影和录相等手段。但人体注射对比剂后，对比剂随血流在人体器官内灌注，也会有时间差异，如果在不同时间内对某一组织的某些层面连续扫描，并测定CT值，将其制成时间密度曲线，可得到器官随时间变化的，具有血流特点的图像，这就是CT的时间分辨力的表现形式。EBCT用电子束扫描代替了X线管与探测器的机械运动，扫描时间可短至5Oms，一次屏气可按预定编程进行两次单层连续容积扫描，时间分辨力明显提高。目前在心、脑血流灌注，CTA重组等方面优于MSCT，在冠脉造影方面，也有很大潜力和发展前景。 • 5.局限性 EBCT设备昂贵，维修费用高，病人的检查费用也较高，目前国内尚未普及，难以推广应用。

10. 二、基本扫描方法 • 电子束CT以电子枪发射电子束，再由电子束轰击扫描机架下部的圆弧形钨靶环产生旋转X线，实现CT扫描。按电子束扫描速度及工作方式，基本扫描方式可分为两种。 • （一）单层扫描 • 单层方式 (single silce mode；SSM)是电子束只扫描四个弧形静止钨靶环 (依次为A、B、C、D)中的C靶环，由在扫描架上部210°范围内平行排列的两组探测器 (环1、环2）的环2接收信号，每次扫描可得一幅断层图像。单层扫描的电子束扫描速度为9次/s，一个扫描周期是116ms，其中扫描靶环所需时间l00ms，扫描间隔16ms。扫描层厚有1.5mm、3mm、6mm和lOmm可选。

11. 1.单层定位扫描(single slice preview scan；SSPS) 是为单层容积扫描获取定位图像的扫描，是一种特殊的电子束扫描方式。电子束CT扫描机架下有A、B、C、D四个圆弧形钨靶环，位于D靶环前方另外还有一个E靶环，用于调整电子束形状和扫描轨迹，但不产生图像数据。单层定位扫描时电子束在E靶环的左侧开始扫描，至E靶环正下方时，跃到C靶环产生垂直方向的X线束，经探测器环2采集数据得到病人正位定位图。电子束只在C靶环停留瞬间又回至E靶环，当运动到E靶环终端的水平位置时，又跃到C靶环，产生水平方向的X线束，得到病人的侧位定位图。根据所得到的正侧位定位图来确定各种体位的扫描层面。

12. 2.单层步进容积扫描(single slice step volume scan；SSSVS) 是指每次触发，电子束扫描C靶环一次，获得一幅断面图像，然后计算机移动检查床面至一新的位置，再次触发扫描，直至预设的扫描次数完成为止。每层的扫描时间在0.1～2s之间，扫描范围由层数和床的移动速度而定，扫描层数由1层～160层，扫描所得图像数与层数相同。步进容积扫描还可进行不邻接的薄层扫描，对胸、腹部病变的快速筛选检查有特殊价值。

13. 3.单层连续容积扫描(single slice continuous volume scan；SSCVS) 是EBCT的连续数据采集方式，方法是电子束连续扫描C靶环，同时检查床面连续移动。每幅断层图像可由获得的容积数据重建而成，相当于螺旋CT扫描，但速度更快，例如曝光时间0.3s，在13.8s内达629mm，可扫描40层；如曝光时间0.1s，在16.2s内可扫描140层，最大扫描范围可覆盖胸腹主动脉及其主要分支。连续容积扫描因检查时间短，胸部和腹部血管扫描可在20s左右，即血浆碘浓度峰值内完成图像采集，减少了对比剂用量，提高了影像的增强效果，血管结构显示较佳。同时，单层连续容积扫描采集的数据用于重组三维图像，重组图像的质量较高，使电子束CT血管造影成为常用的检查方法。

14. 单层连续容积扫描还可进行预编程序的两个邻接扫描，即预先制定出邻接扫描方案内两个扫描程序的所有参数，第一个扫描序列完成后，计算机自动按预定间隔时间、扫描起始床位和床面移动方向开始第二个扫描序列。这样，注射一次对比剂，可获得同一容积范围内不同对比剂时相的影像。例如肝动脉和门静脉的双期增强影像。单层连续容积扫描还可进行预编程序的两个邻接扫描，即预先制定出邻接扫描方案内两个扫描程序的所有参数，第一个扫描序列完成后，计算机自动按预定间隔时间、扫描起始床位和床面移动方向开始第二个扫描序列。这样，注射一次对比剂，可获得同一容积范围内不同对比剂时相的影像。例如肝动脉和门静脉的双期增强影像。 • 4.单层血流扫描(single slice flow scan；SSFS) 是指电子束按预先设定的扫描方案，在某一层面重复多次扫描，获得该层面的多幅图像，记录对比剂在该层面一定时间范围内的动态变化，用以研究该层面血流的动态情况。

15. （二）多层扫描 • 多层扫描方式(multiple slice mode；MSM)是采用多靶扫描。靶环扫描顺序永远是D-C-B-A，不可反向移动，探测器环1和环2同时使用，每个靶环发射的X线可以产生两幅紧密邻接的断面图像，相邻的两个靶环扫描产生的图像有4mm的组织间隔。四个钨靶可有不同的靶环组合，例如D、C靶，D、B靶和D、C、B靶等。如果选用四个靶环扫描，每次可获得8幅断面图像，每秒则可获得34幅断面图像。多层电子束扫描速度为17次/s，一个扫描周期是58ms，其中扫描一个钨靶环所需时间是50ms，扫描间隔8ms，扫描层厚7mm。

16. 1.多层定位扫描(multiple slice preview scan；MSPS) 多层定位扫描供多层容积扫描时获取扫描定位图。方法是电子束逐个扫描靶环D-C-B-A一次，得到8个邻接的断层图像，总曝光时间224ms.根据实际需要选择2、4或6个断层图像也行。 • 2.多层电影扫描(multiple slice movie scan；MSMS) 用于动态显示身体某些快速运动器官以确定其功能。方法是每次触发，电子束完成对某一个靶环的预定扫描次数，下次触发依次扫描下一个靶环，直到预定靶环组合扫描完成。每个靶环最多可扫描20次。多层电影扫描常用于观察心脏情况，记录心脏从最大充盈至最大排空的舒缩运动，评价左/右心室功能、室壁运动及其厚度、瓣膜运动、射血分数、搏出量、舒张末期容积、收缩末期容积、心输出量和心肌重量。还可用于观察关节运动和气道阻塞。

17. 3.多层血流扫描(multiple slice flow scan；MSFS) 用于研究血流运动，以确定某器官的血流灌注或分流情况。常用于了解冠状动脉搭桥血管的开通情况、心肌灌注、心内外分流、主动脉瘤和肾、肝、脑的血流灌注以及肿瘤的血供情况。扫描方法是每次触发，电子束依次扫描预定的靶环组合一次，重复至预定的扫描次数完成。多层血流扫描可选用不同的靶环组合，最多允许4靶8层图像，2或3靶组合时，靶间可有间隔，但扫描顺序依旧是D-C-B-A方向，每靶最多可扫描20次。

18. 4.多层容积扫描(multiple slice continuous volume scan；MSCVS) 与单层容积扫描类似，每次触发，电子束扫描C靶环 “n”次，然后检查床面移动至一新位置，再次触发启动另一次重复扫描，直至预定扫描序列完成。“n”次扫描所得原始数据，经累加平均处理可改善图像的信噪比，提高图像质量。“n”的选择范围是1～19次，每层扫描时间根据所选的“n”值而定，由0.05～0.95s。 • 5.多次平均血流检查(multiple averaged flow study；MAFS) 方法是每次触发，电子束扫描A、B、C、D中任意一个靶环 “n”次，直至预定触发数完成。“n”次扫描所得原始数据累加平均后可改善图像的信噪比，提高图像质量。

19. （三）EBCT的对比剂使用技术 • 电子束CT的增强扫描同样必须使用碘对比剂，要想达到理想的增强效果，对比剂的浓度，用量及注射方法这三要素不可忽视。 • 1.对比剂的浓度 通常采用碘浓度300mg/m1(60%)即可达到良好的增强效果。对超重或心功能不全者可增加碘浓度如采用370mg/ml的产品。婴幼儿则应根据体重和先天畸形的特点等，依照情况将对比剂稀释为150～l250mg/ml为宜。 • 2.对比剂的用量 成人容积扫描用量约40～80ml；血流扫描约30～35ml；电影扫描约45～55ml。婴幼儿的用量按千克体重计算，不超过1.5～3.Oml/kg。

20. 3.对比剂的注射方法 根据临床的诊断要求和电子束CT的扫描方式不同，有3种对比剂的注射方法。 • (1)多层电影扫描方式:常采用二种时相注射对比剂。第一时相注射速度为3～4ml/s，持续lOs；紧接着进行第二时相的注射，注射速度为1.5～2ml/kg，一直维持至扫描开始后2s。这样就保证了在左右心室对比剂充盈的高峰期进行多层电影扫描，可使影像中的左右心房室对比剂充盈较一致，并避免上腔静脉人口处由于对比剂浓度过高造成的伪影。此注射方式的特点为注射对比剂速度较慢，持续时间较长，以保证每幅图像中心腔内均有对比剂充盈。

21. (2)血流检查方式:常采用静脉团注法，对比剂的注射速度达7～8ml/s。此注射方式的特点为注射对比剂的速度快，持续时间短。以保证血液检查时能记录到兴趣区对比剂从出现到消逝的完整过程。(2)血流检查方式:常采用静脉团注法，对比剂的注射速度达7～8ml/s。此注射方式的特点为注射对比剂的速度快，持续时间短。以保证血液检查时能记录到兴趣区对比剂从出现到消逝的完整过程。 • (3)容积扫描方式:也采用静脉团注法，不同的是对比剂的注射速度为3～5ml/s，对比剂在25s内注射完毕。以保证整个扫描范围内兴趣区的组织增强效果。

22. 4.循环时间的测定 循环时间是血液从一个标记点流到另一个标记点的时间，测定的方法有两种。 • (1)硫酸镁测定法:经肘静脉注射10%硫酸镁2ml，注射开始至舌咽部出现热感的时间即为病人的循环时间，又称臂-舌循环时间，较常使用。 • (2)血流扫描测定法:经肘静脉注射10～12ml碘对比剂，进行血流方式扫描，测得实际兴趣区的时间密度曲线，以确定扫描的起始时间。

23. 5.扫描起始时间 扫描起始时间是指从注射对比剂到开始扫描的时间，正确的扫描起始时间是电子束CT检查成功的关键。因此通过病人循环时间的测定，来决定增强扫描时对比剂注射后扫描的起始时间。一般来说，血循环的平均时间约 16s，经肘静脉注射对比剂开始到对比剂到达主动脉的时间是18s，快者可缩短为15s，心功能不全者可延迟至30s以上，存在个体差异。血流扫描如果观察左心，扫描起始时间约为1/2循环时间；观察右心，扫描与注药同时或稍延迟2s。多层电影扫描的起始时间大约在循环时间土2s为宜。

24. 结 束