高端CT技術(shù)的性能比較與分析

張偉，徐子森，樊寬章

青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，山東 青島 266003

高端CT技術(shù)的性能比較與分析

張偉，徐子森，樊寬章

青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，山東 青島 266003

本文綜述了各高端CT（如雙源CT、Brilliance iCT、320排CT、寶石CT）的核心技術(shù)，并分別對(duì)探測(cè)器技術(shù)、低劑量控制和后處理技術(shù)進(jìn)行了性能比較與分析，最后給出了各高端CT的優(yōu)勢(shì)與不足。

高端CT；探測(cè)器；低劑量；后處理技術(shù)

0 前言

隨著高科技在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，CT技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展也有了日新月異的變化，分別經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室階段及頭部CT成像、非螺旋CT時(shí)代及體部CT成像、螺旋CT時(shí)代及血管CT成像、多層螺旋CT時(shí)代[18]及心臟CT成像階段[12,13]。然而，技術(shù)的進(jìn)步是永無止境的，新推出的高端CT就是最好的證明。2005年，西門子在美國(guó)放射學(xué)會(huì)年會(huì)（簡(jiǎn)稱RSNA年會(huì)）發(fā)布了首臺(tái)雙源CT[10]，成為當(dāng)年RSNA年會(huì)最受矚目的高端CT。僅隔兩年，在2007年的RSNA年會(huì)上，GE、飛利浦和東芝分別推出了寶石CT、Brilliance iCT和320排CT，向西門子的雙源CT發(fā)出了挑戰(zhàn)。

1 各高端CT的核心技術(shù)

提高圖像質(zhì)量、提升掃描速度、降低輻射劑量、優(yōu)化后處理流程是四大高端CT生產(chǎn)商的最終目標(biāo)。在通往這個(gè)目標(biāo)的過程中，高端CT向兩個(gè)不同的方向發(fā)展，一個(gè)是提高時(shí)間分辨率，也就是縮短圖像重建時(shí)所需掃描數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間；另一個(gè)是擴(kuò)大一次掃描的覆蓋范圍。GE和西門子走的是能量成像路線，而飛利浦和東芝則走的是容積覆蓋路線，雖然路線不同，但他們都不同程度地進(jìn)行了硬件和軟件的創(chuàng)新。表1列出了各高端CT的關(guān)鍵技術(shù)[1-4]。

表1 各高端CT的關(guān)鍵技術(shù)

2 各高端CT的技術(shù)比較與分析

2.1 探測(cè)器技術(shù)

探測(cè)器是CT最核心的部件，好比CT的眼睛，決定著圖像的質(zhì)量[11,14]。

西門子SOMATOM Definition 系統(tǒng)是全球首臺(tái)雙源計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)，它改變了目前常規(guī)使用的1個(gè)X線源和1套探測(cè)器的CT成像系統(tǒng)，在成熟的SOMATOM Sensation 64技術(shù)和Straton零兆球管的基礎(chǔ)上，在機(jī)架內(nèi)一體化整合了2個(gè)X線源和2套探測(cè)器來采集CT圖像（兩個(gè)探測(cè)器成90°角，分別對(duì)應(yīng)1個(gè)球管）。該系統(tǒng)具有78 cm的大機(jī)架孔徑和成像視野，以及200 cm的掃描范圍，通過數(shù)字精控?fù)u籃床技術(shù)，使掃描床往返連續(xù)運(yùn)動(dòng)，時(shí)間分辨率達(dá)到83ms，可不受病人體型或身體狀況限制，對(duì)病人實(shí)施最恰當(dāng)?shù)膾呙瑁卣沽伺R床應(yīng)用的范圍。

飛利浦的Brilliance iCT徹底摒棄了傳統(tǒng)技術(shù)，以平衡發(fā)展的設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)了機(jī)架、驅(qū)動(dòng)、球管、探測(cè)器等全部重要結(jié)構(gòu)的整體跨越。采用8cm超寬NanoPanel三維球面探測(cè)器設(shè)計(jì)，通過采用納米高集成探測(cè)器技術(shù)，將傳統(tǒng)CT探測(cè)器組件高度集成于一個(gè)模塊，每塊NanoPanel都相當(dāng)于256個(gè)傳統(tǒng)CT的探測(cè)器單元。由于采用了球面排列，在探測(cè)器Z軸上的每個(gè)探測(cè)器模塊均垂直于球管光源。這種設(shè)計(jì)使NanoPanel成為唯一一種可以使用三維濾線器來同時(shí)過濾X-Y-Z 三軸的X射線散射線的探測(cè)器，首次從硬件上消除散射線偽影，不僅改善了圖像清晰度，更顯著降低了為克服以往清晰度降低所額外付出的射線劑量。

東芝公司的Aquilion One 320排CT 是一款動(dòng)態(tài)容積CT，具有0.5mm探測(cè)器，其采用動(dòng)態(tài)容積掃描模式，一圈掃描覆蓋160mm的范圍，可以完成全身各個(gè)臟器全器官各向同性和各時(shí)同性的掃描和成像，把CT成像模式從“拍照”變?yōu)椤案咔鍞z像”，成就了CT的功能成像，實(shí)現(xiàn)CT常規(guī)從形態(tài)學(xué)檢查到功能性成像的飛躍。其獨(dú)有的coneXact錐形束重建算法突破大范圍成像的瓶頸，保證了成像質(zhì)量[2]。

寶石能譜CT采用寶石作為探測(cè)器材料，據(jù)稱是在寶石中加入稀土元素，達(dá)到寶石的分子結(jié)構(gòu)，故稱為“寶石”CT(Discovery HD 750型)。寶石透氣性好、純度高，其穩(wěn)定性比傳統(tǒng)的稀土陶瓷探測(cè)器和鎢酸鎘探測(cè)器高出20倍，再加上無縫切割技術(shù)[15]，可以保證更好的圖像質(zhì)量和更低的輻射劑量。此外，通過引入能譜柵成像的新技術(shù)，把CT成像推向了前所未有的5維空間（x、y、z、時(shí)間和能量）成像，不但能夠分析人體組織的化學(xué)組成，而且能夠使用能譜柵成像觀察和分析解剖病理信息。資料顯示[1]：其密度分辨率達(dá)到類MR軟組織成像，空間分辨率可達(dá)1mm冠脈，臨床常規(guī)掃描能顯示支氣管的5到7級(jí)分支，清晰顯示毫米級(jí)血管。

表2對(duì)各種高端CT探測(cè)器的相關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行了比較[5-8]。

2.2 低劑量控制與后處理技術(shù)

2.2.1 低劑量控制。輻射劑量一直是制約CT發(fā)展的主要因素之一，也越來越受到人們的關(guān)注。四大高端CT生產(chǎn)商都很重視低劑量控制技術(shù)[16,17]。西門子雙源CT由于使用兩套影像系統(tǒng)同時(shí)工作，不需要進(jìn)行多扇區(qū)采集，機(jī)架只需要旋轉(zhuǎn)90°就可以采集到高質(zhì)量的心臟圖像。另外，可根據(jù)心率的快慢自動(dòng)選擇最快的掃描速度，通過實(shí)時(shí)的適應(yīng)性ECG脈沖劑量調(diào)控技術(shù)減少心臟圖像采集時(shí)的高劑量曝光，它的心臟圖像采集劑量要減少一半以上。

Brilliance iCT采用大面積探測(cè)器在心臟成像方面以非螺旋掃描取代螺旋掃描，從而消除螺旋掃描的重疊覆蓋，在得到優(yōu)質(zhì)圖像的前提下整個(gè)心臟成像的輻射劑量減少80%以上，降低至2～3mSv。成人冠脈掃描在1～2mSv（BMI＜28時(shí)，Step &shoot 模式下），肺部低至0.34mSv，嬰幼兒心臟掃描均在1mSv以下。

東芝320排CT的劑量調(diào)節(jié)模式可以使心臟掃描只在默認(rèn)的期相使用常規(guī)劑量，而其他大多數(shù)時(shí)間的掃描劑量只有常規(guī)的20%。另外，東芝最新開發(fā)的嬰幼兒安全掃描模式軟件包，自動(dòng)根據(jù)嬰幼兒的年齡、體積大小、體型等因素調(diào)整每次掃描的劑量以獲取最佳的圖像質(zhì)量[2]。與螺旋掃描相比，在相同噪聲水平下降低了30%以上的掃描劑量。

GE的寶石能譜CT采用寶石作為探測(cè)器材料，使管球瞬間可以變化發(fā)射能量，能夠掃描出常規(guī)CT不能發(fā)現(xiàn)的細(xì)小病灶，心臟檢查的輻射劑量最低至0.62mSv。

2.2.2 后處理技術(shù)。在后處理技術(shù)方面，西門子雙源CT綜合應(yīng)用多種后處理技術(shù)，其中心臟“一站式”的后處理技術(shù)僅需一個(gè)程序就可以對(duì)冠狀動(dòng)脈、心肌瓣膜進(jìn)行多種重組和分析，從而對(duì)心臟進(jìn)行全面的形態(tài)學(xué)與功能學(xué)診斷[1]。Brilliance iCT與Brilliance 診斷工作站和太空站口服務(wù)器兼容，它配有4核處理器，并采用獨(dú)有的激光滑環(huán)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，瞬間完成超大數(shù)據(jù)量的傳遞，其每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是傳統(tǒng)技術(shù)的5倍。Rapidview重建單元進(jìn)一步提高了重建速度。東芝320排CT采用雙處理控制臺(tái)，副臺(tái)在進(jìn)行圖像后處理或者照相時(shí)，不會(huì)影響主臺(tái)掃描病人，而且使用東芝全球戰(zhàn)略合作伙伴Vital公司開發(fā)的全新版本的工作站DV后處理軟件，利用探針技術(shù)，可以做到10s之內(nèi)就完成DV數(shù)據(jù)重建，在一些非心臟檢查部位DV數(shù)據(jù)處理速度比64排CT更快，對(duì)心血管的處理速度快且效果好，但在選件種類上不如GE的寶石CT全面，GE在后處理技術(shù)上表現(xiàn)了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。它是目前唯一能夠精確觀察冠脈狹窄程度與3mm以下支架腔內(nèi)結(jié)構(gòu)的CT設(shè)備，其采樣率高達(dá)7131Hz，冠狀動(dòng)脈周圍的鈣化與支架的偽影問題得到徹底解決，顯著提高了診斷成功率。

表2 探測(cè)器相關(guān)性能參數(shù)比較

3 優(yōu)勢(shì)與不足

西門子雙源CT的最大優(yōu)勢(shì)是提高了時(shí)間分辨率，能達(dá)到83ms，這就意味著對(duì)病人的要求降低。在冠狀動(dòng)脈CT檢查中，心臟成像的圖像質(zhì)量不再受患者心率過慢和心律不齊的影響，無需控制心率，就可實(shí)現(xiàn)可靠的心臟圖像采集，十分適合在心血管疾病患者較多的醫(yī)院應(yīng)用。然而，西門子雙源CT在心臟掃描上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)并沒有運(yùn)用到對(duì)其它臟器的掃描上。它只是對(duì)心臟掃描時(shí)使用雙球管，而對(duì)于其它器官的掃描就只運(yùn)行一個(gè)球管，這種球管的更替對(duì)球管的損傷很大，容易造成球管使用不穩(wěn)定。由此帶來的球管的損壞率也很高，球管的維修費(fèi)用也很高。

飛利浦的Brilliance iCT能在任何模式下進(jìn)行256層螺旋掃描，而且它通過應(yīng)用氣墊軸承技術(shù)，掃描速度提高到了前所未有的0.27s，是業(yè)內(nèi)掃描速度最快的一款CT。但它的探測(cè)器寬度只有80mm，還不足以完全覆蓋整個(gè)心臟或其它臟器。

東芝320排CT的探測(cè)器寬度達(dá)到了160mm，一次性掃描可以將整個(gè)臟器包含在內(nèi)，是目前上市的CT中探測(cè)器寬度最大的一款CT。 它更大的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)臟器的灌注和功能成像，實(shí)現(xiàn)從形態(tài)學(xué)檢查到功能成像的飛躍，而且對(duì)心血管診斷的后處理功能比較強(qiáng)大。但由于探測(cè)器覆蓋范圍大，隨之帶出了錐形角的弊病。在錐束幾何學(xué)中，如果錐角相當(dāng)寬的話，圖像質(zhì)量就會(huì)下降或者出現(xiàn)偽影。這是因?yàn)檠刂鴪A形軌道錐形掃描不能獲得一整套數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)真正容積數(shù)據(jù)成像[9]。這樣由于探測(cè)器的寬度比較大，就會(huì)造成前1～60幅圖像和后260～320幅圖像的橫斷面是無效的。另外，在螺旋模式下，它的應(yīng)用和64排CT差別不是很大。

GE的寶石能譜CT的探測(cè)器材料采用了寶石，這種材質(zhì)的變化意味著探測(cè)器接受能量大大提高，對(duì)X線相應(yīng)速度更快。另外，管球瞬間就可以變化發(fā)射能量，使能量成像進(jìn)入一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，而且后處理工作站的功能比較強(qiáng)大。

高端CT時(shí)代的到來，為臨床影像診斷帶來重大變革，是CT發(fā)展史上的又一座里程碑。四大CT生產(chǎn)商不斷進(jìn)行探索，為臨床診斷和治療提供了越來越高質(zhì)量的圖像，不僅開拓了新的臨床應(yīng)用范圍，而且也推動(dòng)了醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

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Performance Comparison and Analysis of Advanced CT Technology

ZHANG Wei,XU Zi-sen,FAN Kuanzhang
Medical Engineering Department,Affiliated Hospital of Qingdao University Medical College,Qingdao Shandong 266003, China

This paper introduces the core technology of advanced CT, and analyzes the principle of detector technology, low-dose control and postprocessing technology, then summarizes the advantages and disadvantages of kinds of advanced CT.

advanced CT; detector; low-dose; postprocessing technology

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.12.018

1674-1633(2010)12-0042-03

2010-05-01

作者郵箱：qingdao_dawei@163.com