雙源CT的最新技術(shù)與進(jìn)展研究

顧海峰，高 娟，李 林，周長圣，鄭 玲

0 引言

2005年，西門子推出了全球首款擁有2套球管-探測器的雙源CT，即第一代雙源CT系統(tǒng)——SOMATOM Definition，打破了傳統(tǒng)的CT技術(shù)理念，開創(chuàng)了CT史上的新紀(jì)元[1]。隨后，西門子公司又不斷對該系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、升級改造，于2009年在美國明尼蘇達(dá)州羅徹斯特市的梅約醫(yī)療中心（MayoClinic）成功安裝了新一代的雙源CT系統(tǒng)，這標(biāo)志著第二代雙源CT——SOMATOM Definition Flash的誕生。

為了滿足臨床與科研需要，筆者所在的單位早在2006年就引入了第一代雙源CT系統(tǒng)。截至目前，這臺雙源CT已為臨床服役近7 a，不僅取得了巨大的臨床效益，為臨床診療立下了汗馬功勞，更是開展了不少尖端的科研工作，取得了驕人的成果[2]。第二代雙源CT遠(yuǎn)超第一代的優(yōu)越性能引起了科室、醫(yī)院領(lǐng)導(dǎo)的高度重視并立即著手引進(jìn)，終于于2013年3月在我科裝機(jī)成功。

通過對新舊2代雙源CT進(jìn)行對比，結(jié)合實際臨床應(yīng)用及相關(guān)的文獻(xiàn)資料，本文主要是對第二代雙源CT的新技術(shù)、新特點以及新的臨床應(yīng)用等進(jìn)行綜述。

1 硬件結(jié)構(gòu)

第二代雙源CT的核心硬件部分仍然是擁有2套球管-探測器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[1，3]。與第一代雙源CT相比，其最顯著的革新在于探測器方面。它不僅配備了集成化程度更高的Stellar探測器，而且由于是128排CT，因而探測器排數(shù)由一代的40排相應(yīng)增加到了現(xiàn)在的64排，一次掃描可獲得的最大圖像層數(shù)由64層增加到了128層，并且圖像的極限分辨率由0.4mm提升到0.3mm，在大大地提高了掃描速度的同時，獲得了更高分辨率的圖像。在高壓發(fā)生器方面，最大功率由原來的160 kW（2×80 kW）提升到了現(xiàn)在的200 kW（2×100 kW）。另外，其可選的管電壓增加了70 kV這一管電壓值，這與它之所以能定義為低劑量CT息息相關(guān)，因此，也更加注重患者所接受的輻射劑量[1，4-5]。2代雙源CT的具體參數(shù)見表1。

2 核心技術(shù)

2.1 炫速掃描技術(shù)

單從硬件技術(shù)來看，第一代雙源CT之所以能夠加快CT成像速度的關(guān)鍵在于其雙源技術(shù)。而第二代雙源CT不僅具有2套球管-探測器系統(tǒng)，而且擁有更寬的探測器覆蓋范圍、更大的掃描螺距、更快的檢查床移動速度、超快的數(shù)據(jù)傳輸能力以及高達(dá)0.28 s的機(jī)架極限旋轉(zhuǎn)速度，使得它的掃描速度達(dá)到了前所未有的485mm/s，大大超越了普通的CT機(jī)；另外，在不影響圖像質(zhì)量的情況下，它的時間分辨率能達(dá)到 75ms，超越了第一代 83ms 的時間分辨率[1，3，6]。目前，在CT領(lǐng)域中，只有這款Somatom Definition Flash的掃描速度能達(dá)到如此級別，鑒于此，業(yè)界習(xí)慣上稱之為“炫速雙源CT”。在炫速掃描（flash spi-ral）模式下，無論受檢者的心率如何，無論是否能屏住呼吸，甚至是否能保持靜止不動，幾乎所有的患者都能夠在不采取任何臨床干預(yù)的前提下通過它獲得可用于臨床診斷的圖像。另外，對于那些對輻射劑量敏感的患者來說，炫速雙源CT不僅能夠顯著減少他們所接受的輻射劑量，而且配合采用大螺距的掃描模式，患者一次掃描所受到的輻射劑量甚至能低于1mSv，這幾乎接近了一次常規(guī)胸片檢查的輻射劑量。因此，有的專家甚至宣稱炫速雙源CT可以考慮代替常規(guī)胸片作為常規(guī)檢查應(yīng)用于臨床[5]。

表1 2代雙源CT硬件參數(shù)對比

2.2 Stellar探測器技術(shù)

在探測器方面，第一代雙源CT使用的是普通的超高速稀土陶瓷探測器，而炫速雙源CT采用的則是新一代的Stellar探測器。二者相比，前者屬于常規(guī)探測器，其模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路是由傳統(tǒng)的光電二極管與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊共同組成的復(fù)合電子電路，由復(fù)雜的電子連接線路連接了大量的電子元器件，集成化程度不高，因而圖像采集時有明顯的電子噪聲，從而影響了圖像的信噪比；而后者的A/D轉(zhuǎn)換電路則是光電二極管與模數(shù)轉(zhuǎn)換器一體化的高度集成電路，沒有單獨的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，電子元器件很少，其優(yōu)點就是在最大限度地降低了常規(guī)探測器的電子噪聲的同時，顯著提高了圖像的信噪比。Stellar探測器的使用解決了以前因電子噪聲的干擾而使掃描層厚不能夠太薄的弊端，并且使得炫速雙源CT能夠在獲得更薄的層厚（最薄可達(dá)0.33mm）的同時，擁有超高的空間分辨率（最高可達(dá)0.30mm）。臨床實踐證明，Stellar探測器能夠增加肥胖患者在低劑量掃描以及類似雙能量檢查等諸如此類的低信號成像中的圖像質(zhì)量，而這些低信號成像也是炫速雙源CT檢查的優(yōu)勢所在。

2.3 能譜純化技術(shù)

這項技術(shù)的實現(xiàn)實際上是依靠安放在球管射線窗前的選擇性光子濾過板完成的。它是一種錫濾過板，主要用于增強(qiáng)雙能量CT檢查中的能量分離效果，只有在雙能量掃描中的140 kVp射線束產(chǎn)生時才滑動到其出射路徑上起濾過作用。此濾過板可以去除低能量光子，使140 kVp射線束遷移到高能量光譜。這樣能夠更好地分離低kV和高kV光譜，從而提高虛擬平掃（VNC）圖像的對比度-噪聲比（CNR）（如圖1所示）[7]。選擇性光子屏蔽能夠更加靈活地優(yōu)化雙能量（DE）檢查和患者的掃描參數(shù)，同時可使用較低的劑量保持CNR，從而改善結(jié)果圖像中的DE信號。它配合新一代的Stellar探測器使得炫速雙源CT不僅在低kV雙能量掃描中能夠獲得更多的圖像細(xì)節(jié)，提高了雙能量檢查的診斷精度，而且使輻射劑量降低到和常規(guī)掃描相當(dāng)?shù)乃剑踔量梢蕴娲鷨文軖呙枘Ｊ阶鳛槌Ｒ?guī)檢查，拓寬了臨床應(yīng)用的范圍[8-9]。

圖1 第一代雙源CT與第二代炫速雙源CT雙能量能譜曲線

2.4 FASTCARE技術(shù)

FAST（fully assisting scanner technologies）CARE（combined applications to reduce exposure）是一種新的掃描功能，可以根據(jù)所選的身體部位自動為每個檢查者推薦最佳的參數(shù)集，只需要點擊一下即可以完成掃描和重建計劃。使用FAST可以簡化并自動執(zhí)行掃描過程中耗時而復(fù)雜的程序。這種過程不但能提高工作流程效率，還有助于產(chǎn)生可重復(fù)的結(jié)果，從而優(yōu)化總體臨床結(jié)果。FASTCARE技術(shù)也可以稱為“便捷的流程與優(yōu)化的劑量”技術(shù)，其在炫速雙源CT中無處不在，滲透到掃描的各個環(huán)節(jié)（具體見表2），其目的在于使操作流程更加簡化，并且盡可能降低受檢者的輻射劑量，從而使炫速雙源CT變得更加智能化、人性化、安全化。

表2 FASTCARE技術(shù)內(nèi)容

2.5 SAFIRE技術(shù)

經(jīng)正弦圖確認(rèn)的迭代重建（sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE），屬于圖像重建方面的技術(shù)，采用迭代重建的方法來重建圖像，是基于原始數(shù)據(jù)的迭代重建，可以消除空間分辨率和圖像噪聲之間的相互影響。其工作步驟概括為：首先，在原始數(shù)據(jù)域進(jìn)行多次迭代循環(huán)，校正幾何失真及其他偽影。然后，利用校正后的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建。最后，在圖像域進(jìn)行多次迭代循環(huán)，消除圖像噪聲，獲取最終的有較高圖像質(zhì)量的影像[10-13]。與常規(guī)重建方法相比，其優(yōu)點在于：（1）可獲得更高的圖像質(zhì)量，同時可降低噪聲，提高圖像的銳利度。（2）能夠更好地減少曝光劑量和偽影。（3）圖像特征符合傳統(tǒng)CT圖像的表現(xiàn)力。（4）快速重建，最高重建速度達(dá)20幅/s，能夠滿足臨床常規(guī)應(yīng)用的要求。

3 特點與優(yōu)勢

炫速雙源CT與第一代雙源CT相比，其特殊的設(shè)計以及類似炫速掃描技術(shù)、Stellar探測器技術(shù)、能譜純化技術(shù)、FASTCARE技術(shù)以及SAFIRE技術(shù)等諸多核心技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，使得它對患者來說更加健康和安全。其核心的特點與優(yōu)勢可以概括為：炫速掃描速度、極低的輻射劑量。

截至目前，只有炫速雙源CT達(dá)到了炫速掃描的速度，即使患者無法配合屏氣或是靜止不動也能夠獲得滿足臨床診斷的可靠圖像，甚至可以做到亞秒級心臟成像。另外，在先進(jìn)的硬件工藝技術(shù)水平下，炫速雙源CT即便是在較低的kV和極快的圖像采集速度成為當(dāng)前常規(guī)的掃描方式的前提下，仍能夠獲得很好的圖像質(zhì)量，這就為其在盡可能降低輻射劑量方面提供了必備的保障。另外，可選擇的光子遮罩裝置大大減少了高能X線能譜中的低能X線光子部分，因此，減少了不必要的曝光。此外，依靠雙源技術(shù)以及Stellar探測器技術(shù)，炫速雙源CT設(shè)置了基準(zhǔn)劑量率，加上CAREDose4D、CARE kV以及正弦圖確定迭代重建（SAFIRE）等諸多劑量縮減技術(shù)，使得這款CT成為了目前業(yè)界唯一一款綠色的低劑量CT機(jī)，可以做到諸如劑量低于2mSv的胸痛三聯(lián)征的掃描以及超低劑量的兒科掃描等低劑量掃描，因此，習(xí)慣上定義它為低劑量CT機(jī)[4]。

4 結(jié)語

不難看出，炫速雙源CT實際上追求的是在不降低圖像質(zhì)量的前提下，更加注重提高掃描速度，更加注重減少患者受到的輻射劑量。另外，配合其專用的數(shù)據(jù)分析軟件——syngo.via使得炫速雙源CT更加人性化、便捷化，大大降低了圖像后處理的勞動強(qiáng)度。因此，可以說炫速雙源CT是雙源CT史上的新革命，使CT技術(shù)邁入新時代。

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