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專為肺及心血管造影所設計的高速電腦斷層簡介

西園醫院影像醫學部電腦斷層科 劉峻成主任

電腦斷層簡介
電腦斷層的基本原理,乃由球管產生X射線,射線以不同角度穿透人體,由於各種生物組織對光射線的阻射率不同而產生不等程度之衰減後,由位於對側之偵測器(detector)吸收且轉換成大小不一之電流並放大傳給電腦,電腦的三維技術重建出斷層面影像,經由窗值和窗位處理,得到相對應的灰階影像,如果將影像用電腦軟體堆疊,即可形成立體影像,加上配合靜脈注射對比劑以顯影血管系統並 增強正常組織和病灶之間的對比,可做全身各個部位的掃描並有效顯示血管異常、腫瘤及其他病變。
 
1972年第一電腦斷層掃描系統(computed tomography,簡稱CT)發明問市後,電腦斷層掃描器的軟硬體不斷改良進步,偵測器之排數從4、 8、16、40、64增加至320,排數愈多,球管繞一圈所涵蓋之解剖範圍愈廣且最快的轉速已達每圈0.27 毫秒,螺旋及體積掃描模式使得CT 檢查速度更快。 但是CT 掃瞄仍有其缺點及風險包括對軟組織造影的對比度較差、癌症的輻射風險,對比劑造成的過敏、腎毒性和增加其他疾病的風險以及對發現病灶的錯誤和過度解讀等。
 
新型高速電腦斷層掃描儀
多排偵測器電腦斷層(CT)最新發展的兩個主要技術為雙源(dual-source)64排電腦斷層和單源(single-source) 128及320排電腦斷層,與64排CT比較,面對較快心跳和心律不整時,更快的掃描速度配合軟、硬體的進步,增加了電腦斷層冠狀動脈血管攝影檢查(CCTA)成功機率,改善影像品質,並減少輻射劑量。
 
雙源CT包括兩組球管和偵測器,其掃描時間解析度極快,可達83毫秒,可使用於較快心律的患者。單源320排CT的掃描儀之縱軸覆蓋的範圍約16公分,可在檢查台不移動的情況下,僅一次心跳,球管旋轉一圈即可完成檢查。
 
因應臺灣臨床疾病診斷與健康檢查對於「高階」電腦斷層掃描儀(CT)的市場需求,全球四大醫療影像儀器品牌-西門子(Siemens)、飛利浦(Philips)、奇異(GE)以及東芝(Toshiba),紛紛引進各式最新裝備加入市場。CT的發展過程,「切數」(偵測器數目)是關鍵角色,但從64切CT進入市後,各型CT的影像品質相差不多,不僅切數,掃描速度、低輻射劑量與影像品質是發展重點。在臺灣各級醫院64切CT是「基本配備」。目前四大品牌包括飛利浦推出「Philips brilliance iCT 256-slice scanner或 IQon Spectral CT」、東芝推出「第三代超微輻射劑量320排640切動態體積式電腦斷層(Toshiba Aquilion One ViSION 640 CT)」,奇異推出「寶石能譜CT(Discovery CT750或Revolution GSI CT)」以及西門子推出「雙管球雙能量電腦斷層(SOMATOM Dual-Source Definition Flash and Force)」。各種電腦斷層掃描儀有其不同的掃描技術及軟硬體特色,各級醫院及健檢中心可根據本身需求及其他使用者的經驗做選擇。
 
降低CT輻射劑量的有效方法-疊代重建(Iterative Reconstruction, IR)
相對於普通X射線檢查,CT檢查是輻射劑量非常高的檢查(胸部普通X射線檢查的有效劑量為0.02~0.2mSv,CT為5~7mSv)。統計顯示美國CT檢查的數量只占整個放射學檢查數量的11~13%,但輻射劑量竟占整個放射學檢查的2/3。基於對CT輻射危害的考慮,多年來CT科學家、製造商和臨床操作人員為控制和降低輻射劑量不斷改進硬體和軟體,研究多種的方法,如自動曝光控制技術(Automatic Exposure Control,AEC),但對於降低輻射劑量程度依然有限,主要是由於濾過反投影(Filtered Back Projection,FBP)的內在特徵決定的。新的疊代重建技術(Iterative Reconstruction,IR)能在原始影像資料消除噪聲並抑制偽影,目前各「高階」CT皆配備此技術CT [ASIR(GE)、IRIS/SAFIRE(西門子)、iDose(飛利浦)及AIDR(Toshiba)],將此技術應用於臨床,在保證圖像質量恆定的前提下輻射劑量將會比濾過反投影(FBP)降低60~80%,當數據不完全、不一致或噪聲較重時,疊代重建(IR)可重建出高質量的圖像,能進一步降低CT輻射劑量。
 
雙能量CT (能譜影像) - 強化影像判讀及輔助臨床診斷的利器
改變X光射線球管的電壓(kVp)會改變X射線光子的能量和被掃描材料或組織的X-射線對應的衰減。雙管球雙能量CT掃描儀,雙管球選擇開啟不同射源掃描能量條件掃描取像,單管球雙能量CT掃描儀(GE之寶石能譜CT),則以單管球瞬間(速度0.5毫秒)切換高低兩種能量(同方向、來源、幾乎同時)進行掃描,雙能量CT以兩種不同的管電壓(通常是80kVp與140kVp)進行掃描組織時,得到兩個X光射線衰減級別係數的數據集,這些數據經過電腦的運算,可分辨人體內不同的組織特性,可組出單能量(40至140 keV)影像、能譜曲線、碘基影像、水基影像及以鈣為主的影像。可從注射對比劑後的影像消除含碘對比劑對組織之影響,而取得虛擬無對比劑CT影像,如此可使病患減少一組CT掃描,從而降低輻射劑量。臨床運用包括腹部腫瘤的偵測及鑑別診斷、偵測及區分泌尿道尿酸結石與其他結石及檢出痛風石以輔助痛風性關節炎之診斷。雙能量CT亦可區別同為高密度的骨頭及含碘造影劑,以不同能量掃描時產生的衰減值的差異對骨骼直接減影,分離出只含高密度碘的全身血管的立體影像。雙能量CT,未來一定會有更多研究結果會逐步清楚這樣的儀器還能提供什麼樣有效的臨床用途。

高速電腦斷層在肺及心血管疾病的應用: 
冠狀動脈電腦斷層血管攝影檢查(coronary CTangiography,CCTA)
高階快速電腦斷層有極高的時間及空間解析度,CCTA對冠狀動脈狹窄評估有很高的敏感性和特異性,在某些條件下,一次檢查輻射劑量可小於1mSv。對評估易損斑塊(vulnerable plaque)如低密度、點狀鈣化、正向重構(Positive remodeling)和餐巾環徵(Napkin-Ring sign)等徵象也具有重要的臨床價值。在有重度瀰漫性鈣化斑塊或植入較細支架(直徑接近2.5mm)的冠狀動脈有偏低的陽性預測值,運用疊代重建技術、雙能量掃描及去雜訊軟體將可明顯改善管腔的可見度。如有臨床需要,一站式心臟電腦斷層檢查(One-stop-shop cardiac CT) (包括鈣化積分、冠狀動脈CTA及心肌灌注)可輔助冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的診斷,雙能量CT偵測心肌灌注(myocardial perfusion) 缺損更敏感,但掃描輻射劑量偏高。
 
FFR-CT -對冠狀動脈狹窄做功能性評估之技術 
冠狀動脈血流儲備分數( fractional flow reserve.FFR)是指冠狀動脈存在狹窄病變時,血管的最大血流量與假設不存在狹窄病變時所能獲得的最大血流量之比,是目前評價冠狀動脈狹窄是否引起血液動力學障礙的「金標準」,當FFR<0.75,提示狹窄導致血管遠端血流障礙。FFR-CT為一非侵入性技術,其使用CCTA的影像數據並以計算流體動態學算法定量分析冠狀動脈血流的技術,能準確地定位出會造成心肌缺氧的冠狀動脈狹窄,與 CCTA結合運用能明顯提高冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的診斷效能,並能減少不必要的侵入性冠狀動脈造影檢查,未來如能將FFR-CT技術加入心血管功能評估,對臨床診斷是一大助益。
 
Triple-Rule-Out CTA –一次血管攝影檢查對胸腔內動脈疾病做完整評估
急性胸痛的患者接受“Triple-Rule-Out”電腦斷層血管攝影檢查(CTA),以評估急性冠狀動脈疾病、肺栓塞,急性主動脈症候群和胸腔內非血管疾病的可能性,是臨床診斷使用上最合適和最具成本效益的檢查,最佳化的掃描模式可提供極好的重組血管圖像,並使對比劑用量和輻射劑量達到最少化。
 
肺部結節的追蹤及功能性評估
衛生福利部104年公布國人十大死因,第一名為惡性腫瘤,癌症死亡率最高為肺癌,肺癌是高度侵襲性及預後不良的惡性腫瘤,而低劑量電腦斷層是目前公認能早期發現早期肺癌的篩檢工具。目前低劑量電腦斷層能找到1~2毫米的肺結節,大部分的受檢者皆有肺結節,這些結節絕大多數是良性的,大多數發現的結節會被建議追蹤1~2年,甚至3~5年(非實心或毛玻璃結節),目前新型CT因疊代重建和其他技術的進步,能在維持影像品質下,將一次檢查的輻射劑量降至極低(甚至0.2~0.3mSv)。肺結節惡意度的判斷可由患者的年齡、抽菸量和危險因子及結節大小、密度和形態學特徵加以判斷,電腦輔助的體積倍增時間(volume doubling time)可協助判斷良性或惡性的判斷。有惡性可能的較大結節(大於8mm),臨床可考慮安排正子電腦斷層掃描(PET-CT)、電腦斷層導引切片、動態顯影CT或CT灌注檢查做進一步評估。



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