多层螺旋CT，包括双层、4层和4层以上的螺旋CT扫描机。

4层螺旋CT的基本结构同第三代CT，与单层螺旋CT相比两者最主要的差别是探测器系统、数据采集系统（DAS）和计算机系统的改变。

目前的4层螺旋CT的探测器大致可分为两种类型：等宽型和不等宽型探测器阵列。

GE属于典型的等宽型探测器排列，Philips（Picker）和Siemens属于典型的不等宽型探测器排列，而Toshiba被部分观点认为也属于等宽型。

两类不同排列组合的探测器阵列各有利弊。等宽型探测器排列的层厚组合较为灵活，但是外周的四排探测器只能组合成一个宽探测器阵列使用，并且过多的探测器排列间隔会造成有效信息的丢失。

不等宽型探测器的优点是在使用宽层厚时，探测器的间隙较少，射线的利用率较高，因为无法产生数据的探测器间隙只有7个，缺点是层厚组合不如等宽型探测器灵活。

4层螺旋CT探测器的排列主要有三种方式：Toshiba公司的多层螺旋CT有34排探测器，其中0.5mm4排，1.0mm30排，最大覆盖范围32mm；GE公司采用16排1.25mm的等宽探测器，最大覆盖范围20mm；Philips（Picker）和Siemens公司采用8排1～5mm的探测器，包括四对1、1.5、2.5、5mm的探测器，最大覆盖范围20mm。

4层螺旋CT与单层螺旋CT相比，一次螺旋扫描覆盖的范围比单层螺旋扫描有所增加，每旋转一周的扫描时间也缩短至0.5s，纵向分辨力也有所提高，但4层螺旋CT扫描还未真正达到各向同性。其平面内（横向）分辨力为0.5mm，纵向分辨力则为1.0mm。

16层螺旋CT由Siemens公司在2002年的北美放射年会上首先推出（Somatom Sensation 16）。以两大CT机生产厂商为例，由Siemens公司推出的16层CT机的探测器阵列仍为不等宽型，探测器阵列中间部分为16排宽度均为0.75mm的探测器排组成，两侧各有1.5mm宽的探测器4排，总共24排，探测器阵列总宽度为24mm，或一次旋转最大覆盖范围为24mm。每排探测器数量为672个，总共有探测器数量是16　128个。GE公司推出的16层CT机的探测器阵列也改为不等宽型，探测器阵列中间部分为16排宽度为0.625mm的探测器排，两侧则各排列1.25mm宽的探测器4排，总计探测器排数也是24排，探测器阵列总宽度为20mm，一次旋转最大覆盖范围为20mm。每排的探测器数量为880个，探测器的总数为21　120个。

Siemens公司16层CT的螺旋扫描模式有16×0.75mm，可选择的床移动速度范围是12～36mm/s，即螺距可选范围为0.5～1.5（或称为8～24，自由可选），以及16×1.5mm，可选择的床移动速度范围是24～72mm/s，螺距可选范围是0.5～1.5（或称为8～24）。GE公司16层CT的螺旋扫描模式有16×0.75mm（采用中间16排探测器），16×1.25mm（采用全部24排探测器）。

64层螺旋CT是近些年推出的产品，其中探测器阵列的总宽度又有所增加，即一次旋转扫描覆盖范围增加，世界上四家高端影像设备生产厂商探测器阵列最宽的达40mm，详细参数见表2-3-1。

多层螺旋CT探测器的材料一般都由稀土陶瓷闪烁晶体组成，与光电两极管一起共同组成探测器阵列。由于几何放大，实际使用中探测器层的宽度会有所误差，如Siemens公司的16层探测器阵列，实际探测器层的宽度可达到标称值的近两倍，即中间的探测器可达到1.35mm/排，两侧的探测器可达到2.7mm/排。

CT扫描的射线束由于探测器增宽接近锥形束（而不是非螺旋扫描时的扇形束），其纵轴方向剖面类似梯形，对单层CT而言，梯形中全部射线都可被探测器利用，而多层CT只有梯形平台处的射线对形成探测器信号才是有用的。另外，其外侧形成的一个半影区被称为“无用”射线，该半影随着层厚的减小而增加，但随着同时获得层数增加而减小。在实际应用中，半影区是由后准直器（患者侧）以及探测器内部自准直去除。

从理论上说，多层螺旋与单层螺旋CT相比，一次旋转使用射线的总量有所增加，但该射线总量的增加可以减少在一个可以接受的范围内，并且由于16层CT一次旋转获得的层数增加，相对每层分配到的射线量也减少。

目前，4层螺旋CT　4×1mm扫描模式时射线的利用率是70%，4×2.5mm时的射线利用率是85%。16层螺旋CT　16×0.75mm扫描模式时射线的利用率是82%，16×1.5mm时的射线利用率是89%。

64层螺旋CT是2004年后各大CT机生产厂商相继推出的产品，与16层螺旋CT比较，技术层面的改进不是很多。除了机架旋转速度提高、一次扫描层数增加和覆盖范围加大以外，在成像分辨力方面，4层CT的横向和纵向分辨力分别是：0.5mm和1.0mm；16层CT是0.5mm和0.6mm；而64层CT则达到了0.3mm和0.4mm。

单层螺旋CT或以前的非螺旋CT扫描机，通常只有一个数据采集通道（或称数据采集系统，Data Acquisition System，DAS），而4层螺旋CT则有四个数据采集系统，它们之间根据层厚选择的需要，通过电子开关切换，进行不同的组合，形成数据采集的输出和层厚的组合。

多层（如4层）螺旋CT的DAS工作原理是：长轴方向的探测器形成四个通道同时采集数据，所有收集到的数据可以叠加，得到4个1相加等于1的扫描数据，或通过不同的探测器与DAS的组合，得到不同层厚组合的多层扫描图像。

在单层螺旋扫描中，螺距（ p）是射线束宽度与床运行距离的比值，而在多层螺旋扫描中螺距的定义相同，只是单层与多层产生的结果有些不同。根据单层螺旋扫描螺距的定义，以一次旋转扫描的结果而言，如螺距相同，在单层螺旋扫描中仅得到一层图像，而在多螺旋扫描方式中，得到的图像数则与一次扫描所使用的探测器排数有关，可以是4层、16层甚至64层。

目前的临床使用中，多层螺旋CT螺距的计算方法和名称有两种：准直螺距和层厚螺距（Collimation Pitch&　Slice Pitch）。

准直螺距又称螺距因子或射线束螺距。其定义是，不管是单层还是多层螺旋CT（与每次旋转产生的层数无关），螺距的计算方法是扫描机架旋转一周检查床移动的距离除以所使用探测器阵列的总宽度。如16层螺旋CT每排探测器的宽度为0.75mm，当旋转一周检查床移动的距离为12mm时，16排探测器全部使用，则此时的准直螺距为1（16×0.75mm=12mm，12/12=1）。又如4层螺旋CT时，如旋转一周检查床移动的距离为10mm，使用两排5mm的探测器，此时螺距同样为1。上述螺距计算的特点是不考虑所使用探测器的排数和宽度，与单层螺旋CT螺距的计算概念相同，同样由于螺距变化对图像质量的影响也相同。

层厚螺距又称容积螺距或探测器螺距。其定义是，扫描机架旋转一周检查床移动的距离除以扫描时所使用探测器的宽度，并且乘以所使用探测器阵列的排数。如4层螺旋CT使用2排5mm的探测器，检查床移动距离10mm，则层厚螺距为2（10/10=1，1×2=2）。又如4层CT扫描时机架旋转一周检查床移动30mm，采用4排5mm的探测器阵列，则层厚螺距为6（30/20=1.5，1.5×4=6）。后一个例子如按照准直螺距的计算方法应该是1.5，即30/20=1.5，层厚螺距的特点是着重体现了扫描时所使用探测器的排数。

多层螺旋扫描的图像重建预处理，基本是一种线性内插方法的扩展应用。

但是，由于多层螺旋扫描探测器排数增加，X线管发出的是锥形束射线而不是以前的扇形束，它的射线路径加长，射线束的倾斜度也加大，在横断面图像的重建平面没有可利用的垂直射线。另外，由于采用多排探测器和扫描时检查床的快速移动，如果扫描螺距比值选择不当，会使一部分直接成像数据与补充成像数据交迭，使可利用的成像数据减少，图像质量衰退。

为了避免上述可能出现的情况，多层螺旋的扫描和图像重建，一般要注意螺距的选择并在重建时作一些必要的修正。

多层螺旋CT扫描与单层螺旋CT相比，扫描采用的射线束已超越扇形束的范围，被称之为锥形束射线。由于射线束的形状改变，因此在图像重建中产生了一些新的问题，最主要的是扫描长轴方向梯形边缘射线的处理。

目前多层螺旋CT图像重建预处理主要有两种处理类型，一种是图像重建预处理不考虑锥形束边缘的预处理，另一种是在图像预处理中将锥形束边缘部分的射线一起计算。4层螺旋CT扫描仪大部分采用不考虑锥形束边缘的预处理。

根据各生产厂商采用方法的不同，通常有以下几种重建预处理方法：

●　扫描交迭采样的修正：又称为优化采样扫描（optimized sampling scan）是通过扫描前的螺距选择和调节缩小Z轴间距，使直接成像数据和补充成像数据分开；

●　Z轴滤过长轴内插法：这是一种基于长轴方向的Z轴滤过方法。该方法是在扫描获得的数据段内确定一个滤过段，滤过段的范围大小根据需要选择，选择的范围大小又被称为滤过宽度（filter width，FW），在选定的滤过段内的所有扫描数据都被作加权平均化处理。其滤过参数宽度和形状，通常可影响图像的Z轴分辨力、噪声和其他方面的图像质量；

●　扇形束重建：单排探测器扫描所获得的数据，一般都采用扇形束重建算法。在多排探测器扫描方法中，是将锥形束射线平行分割模拟成扇形束后，再使用扇形束算法进行图像的重建。

●　多层锥形束体层重建：该方法又被称为MUSCOT（the algorithem of multislice conebeam tomography，MUSCOT）。多层螺旋CT扫描由于外侧射线束倾斜角度增大，在射线束螺距小于1或者层厚螺距小于4时，会出现数据的重叠，所以，4层螺旋层厚螺距选择往往要避免使用4或6之类的偶数整数，但为了避免误操作，多数厂家已在螺距设置中采用限制措施避免这种选择的出现。

16层和16层以上螺旋CT的图像重建与4层螺旋CT不同，都已将锥形束边缘部分射线一起计算。目前世界上4家高端CT机生产厂商，分别采用了不同的图像重建预处理方法。如Siemens公司采用了一种被称为“自适应多平面重建”（adaptive multiple plan reconstruction，AMPR）的方法；GE公司是采用了“加权超平面重建”的方法，而Toshiba和Philips则都采用了Feldkamp重建算法。

●　自适应多平面重建（AMPR）：自适应多平面重建的方法是将螺旋扫描数据中两倍的斜面图像数据分割成几个部分。重建时，各自适配螺旋的轨迹并采用240°螺旋扫描数据。经过上述的预处理后，最终图像重建的完成还需要在倾斜的、不完整的图像数据之间采用适当的内插计算。采用AMPR重建方法后其内插函数的形状、宽度均可自由选择，像4层CT中的自适应Z轴内插方法一样，AMPR方法也实现了扫描螺距自由可选，并且Z轴分辨力和患者的射线量与螺距大小无关。

●　加权超平面重建（weighted hyperplane reconstruction）：其的概念有点类似AMPR方法，但起始步骤有些不同。先将三维的扫描数据分成一个二维的系列，然后采用凸起的超平面作区域重建。如先收集全部投影数据中的1-9，然后再2-10、3-11，最后再将所有扫描数据加权平均处理。经过参数优化后，可获得良好的噪声、伪影和SSP形状的图像。

●　Feldkamp重建：Feldkamp重建算法是一种近似序列扫描三维卷积反投影的重建方法。该方法是沿着扫描测量的射线，将所有的测量射线反投影到一个三维容积，以此计算锥形束扫描的射线。三维反投影方法对计算机的要求较高，需配置专用的硬件设备来满足重建的速度和时间要求。

心电触发序列扫描和心电门控螺旋扫描分别用于4层和16层以上的心脏成像。心电触发序列扫描是根据心电监控预设的扫描时机，在患者心电图R波的间期触发序列扫描，触发方式既可以选择R-R间期的百分比，也可以选择绝对值毫秒。这种方式又被称为前瞻性心电门控触发序列。

前瞻性心电门控触发序列的优点是：由于是只在R-R间期触发扫描，患者的辐射剂量较小。缺点是由于选择性扫描，无法准确选择心率复杂、不规则患者的扫描时机，并且重要的解剖结构有可能遗漏。其三是由于心动周期的相位不一致，不能做心脏功能的评价检查。

心电门控螺旋扫描又被称为回顾性心电门控螺旋扫描，目前用于16层以上螺旋CT的心脏成像。心电门控方法是：在记录心电监控信号的同时，采集一段时间、全部心动周期的扫描数据，采用回顾性图像重建的方法，将心动周期舒张期的图像重建用于诊断。

回顾性心电门控的图像重建分两个步骤：第一步采用多层螺旋内插，以修正扫描时检查床移动的影响；第二步根据所需图像的位置，采用部分扫描数据重建横断面图像。采用一周扫描的部分数据重建图像，可提高心脏扫描的时间分辨力。

回顾性心电门控螺旋扫描可采用单个或多个扇区重建心脏图像，目的是为了提高心脏成像的图像质量。一般，在心率较慢时常采用单扇区重建；在心率较快时采用2扇区或多扇区重建。图像重建时扇区的划分方法有自动划分方法和根据基准图像划分方法等。自动划分方法是：根据扫描时患者的心率，自动将扫描的容积数据划分为一个或两个扇区（又称为“自适应心脏容积”算法）；基准图像划分方法是：先将单扇区的扫描数据重建成一个基准图像，然后再回顾性地作两扇区的图像重建，以改善心率较快患者的时间分辨力。另一种方法是根据患者的心率事先调整机架旋转的速度，以获得较好的时间分辨力，但这种方法的前提是患者的心率比较稳定。

●　扫描速度更快：最快旋转速度目前可达到每圈0.27s，X线管旋转一周可获得几十至几百层图像；

●　图像空间分辨力提高：图像的横向和纵向分辨力都显著提高。目前4层CT的横向分辨力和纵向分辨力分别是0.6mm和1.0mm；16层分别是0.5mm和0.6mm；64层以上CT则达到了0.3mm和0.4mm，甚至更高。

●　CT透视定位更加准确：多层螺旋CT可同时行多层透视，应用实时重建可同时显示多个层面的透视图像，使CT透视引导穿刺的定位更准确。

●　提高了X线的利用率：多层螺旋CT的X线束在纵向上的厚度比单层螺旋CT有所增加，相应的多层螺旋扫描提高了X线利用率，并且也减少了X线管的负荷，降低了X线管的损耗。