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时间:2010-01-28 14:59 作者:石明国

CT发展中的新技术与选购

    [导读]从Housfield 发明头颅CT以来,CT大致经历了几次大的发展和飞跃。双源CT问世,展示了CT在技术与临床应用领域的革命性创新,重新定义和诠释了CT的概念,全面拓展了CT的临床应用。对于低压滑环式CT机高频高压发生器可安装在机架内随同X线管一起旋转。随着瞬时变能高压发生器的应用,为能谱成像的研究提供了硬件保证。

    标签:CT

    CT的研制始于20世纪60年代。自世界首台CT设备问世以来,三十多年中,CT技术快速发展,经历了几次重大的飞跃。本文从CT硬件新技术与CT成像新技术两个角度介绍了CT发展的最新技术和趋势,并从必要性、实用性、有效性、可行性等多个方面探讨了CT设备选购中应注意的几点问题。

    从Housfield 发明头颅CT以来,CT大致经历了几次大的发展和飞跃。从70年代到80年代,是非螺旋CT时代,CT 技术的发展主要在于扫描部位的延伸,从单一的头部检查拓展到体部检查;从80年代到90年代,是单层螺旋CT时代,从滑环CT技术使横断CT演变为可以连续扫描的螺旋CT,并且突破了亚秒扫描能力,实现了第一次飞跃;从90年代至今,是多层螺旋CT时代,大大拓展了CT的临床应用,从2/4/16/32/64/256层到320层CT,实现了第二次飞跃;2005年,双源CT问世,展示了CT在技术与临床应用领域的革命性创新,重新定义和诠释了CT的概念,全面拓展了CT的临床应用。在这30多年的时间里,CT的硬、软件技术也经历了几次革命性的进步。其发展主要依赖于X线管、检测器、原始影像的重建技术及影像重组技术的不断进步。

    CT硬件新技

    1. X线管技术的发展

    目前用于多层螺旋CT的X线管设计有两种发展趋势:一种是以西门子公司的“OM”为代表的高散热率X线管,“OM”X线管散热率可达5M/min是它的最大特点,可以保证长时间的扫描而无需球管冷却等待。另一种是以GE公司的“V8”大力神球管为代表的大功率高毫安输出X线管,V8大力神X线管对峰值毫安的设计要求较高,具有800mA高峰值毫安输出。在球管阳极的散热方式上,GE公司采用航天散热涂料来增加阳极的散热率;东芝公司则采用阳极接地,加大散热,微孔循环,双轴支撑,延长连续曝光时间。在2007年北美放射学会(RSNA)年会上,GE推出的宝石CT上还使用了一种称为动态变焦球管及瞬时变能高压发生器。有的公司的X线管还运用了电子束滤过技术,可滤过无效的低能量电子束,不仅减少了无效电子对阳极靶面的冲击,减少了靶面的产热量,延长X线管的寿命,而且降低了X线散射,减少了病人的受线量,进一步提高了影像质量。

    2.探测器技术的发展

    在2007年RSNA年会上,GE公司使用宝石作为探测器材料,该技术是在宝石中加入稀土元素后,改变了真正宝石的分子结构,加上无缝切割技术,从而使图像质量明显提高,资料显示其密度分辨率达到类MR软组织成像,空间分辨率可达1mm冠脉,7级肝脏血管显示,其采集率达到2460Views/Rotation,7028Views/s。在探测器的覆盖范围方面,西门子公司推出了4D螺旋CT Definition AS (128层配置,通过数字精控摇篮床技术,使扫描床往返连续运动,可达270mm的覆盖范围);东芝公司推出Aquilion One(320排探测器,320层扫描仅限于非螺旋轴扫,可达160mm的覆盖范围,而螺旋扫描时只能用64层,故称320排64层螺旋CT);飞利浦公司推出了Brilliance iCT(128排探测器通过飞焦点技术实现256层,128排×0.625mm可实现80mm的覆盖范围,还将先进的纳米技术应用在探测器上,用纳米材料与高速稀土陶瓷结合,组成更小的分子材料,便于探测器的固化和精确切割,减小间隙,提高几何效率和射线利用率,为更宽探测器阵列的设计和应用奠定了基础)。

    由探测器的工作原理可知,初始速度越快,可见光转换速度越快;清空速度越快,余辉效应越小。目前固体探测器采用两种新型的闪烁晶体材料耦合光二极管制成,即钨酸钙和高纯度的稀土氧化陶瓷,其采用光学方法使这些材料和光二极管结合在一起。钨酸钙的转换效率和光子俘获能力达到99%,动态范围是100万:1,而氧化稀土陶瓷的吸收效率也是99%,闪烁晶体的发光率却是钨酸钙的3倍,故先进的多层螺旋CT机的探测器都采用后一类超高速稀土陶瓷材料制成。
    在探测器下一步发展中,由于采集的最薄物理单元已达到了亚毫米,再进一步提高的空间已经有限。相反,探测器的宽度却有着很大的发展空间。更宽的探测器的开发,尚待进一步探讨其临床应用价值及涉及的物理学与数字信号处理技术等。

    3. 高压发生器

    多层螺旋CT扫描速度快,最快达每周0.33s,旋转部分的离心力很大,油侵工频高压发生器很容易发生漏油而损坏,已采用固态高频高压发生器代替油侵工频高压发生器。油侵工频高压发生器的主要缺点是直流质量不高、体积大、耗材多、重量重、加重机架负担。而高频高压发生器的优点是X线质量好、体积小、重量轻、耗材少、易安装、皮肤辐射剂量低,对于低压滑环式CT机高频高压发生器可安装在机架内随同X线管一起旋转。随着瞬时变能高压发生器的应用,为能谱成像的研究提供了硬件保证。

    4. 驱动系统

    机架驱动系统,沿用多年的皮带机械传动方式因随着旋转速度的增加,摩擦产热,由于物质热胀冷缩的物理特性,对图像质量会产生一定影响,已逐步淘汰。大多数厂家使用新型电磁驱动或称作直接驱动技术,提高了旋转速度,降低了机械噪声。在2007年RSNA年会上,飞利浦公司还推出了高科技的气垫轴承技术,大大降低了机架旋转的摩擦阻力,最快旋转速度达到0.27s/圈。

    CT成像新技术

    1. 双源CT技术

    双源CT(Dual-source CT,DSCT)技术在2005年RSNA年会上推出,西门子公司针对心脏及冠状动脉成像对时间分辨率的要求,在其64层CT的基础上成功开发了双源CT,其时间分辨率达到83ms。DSCT系统由两套X线系统及其对应的探测器系统组成,它们互呈90°安置在机架上,其中一组探测器的扇形角覆盖整个扫描野(直径50cm),另一组探测器扇形角较小,只覆盖等中心扫描野直径26cm的范围。探测器结构与西门子64层CT一样,采用不等宽40排探测器单元组成探测器阵列,Z轴方向总宽度为28.8mm,中央32排为0.6mm,两边分别为4排1.2mm(共8排)探测器单元。采用西门子独有的飞焦点扫描、Z轴双倍采样技术,利用中央32×0.6mm探测器,可同时获得64层0.3mm层厚的图像。在临床应用中,既可开启两只球管(用于心脏及冠状动脉成像时)及其相应的数据采集系统,也可只开启一只球管及其相应的数据采集系统。在只启用一只球管及其数据采集系统时,该系统即为常规64层CT,用于心脏以外的其它各部位成像。无论是单球管、还是双球管扫描,扫描模式可以是螺旋式,也可以是步进断层式。另外,两只球管还可独立设置kV和mA,通过双源在不同能量下的数据采集,即两个X射线源以不同的能量设置来工作,从而实现双能量数据采集成像。DSCT拓展了临床应用的范围,该技术可应用于大量的临床实践,如肿瘤、神经系统疾病、心血管疾病和各类急症的诊疗等。

    2. 双能量探头技术

    多(双)能技术主要可分为二种:一种是利用球管来进行能量的分离,另一种是利用探测器来进行能量的分离。这二种方法的区别在于,前者容易控制能量(KV),但会增加辐射剂量,而后者不会增加辐射剂量且可用于冠脉等动态物体,但需要重新对探测器设计和研发。利用球管来进行能量分离的又可分成单源探测器系统和双源双探测器系统,西门子已在2005年RSNA上推出了双源双探测器系统。而GE在2006年Stanford多排CT研讨会上推出的双能VCT技术利用的是单源系统,在2007年RSNA年会上,GE推出的瞬时变能高压发生器为双能采集和能谱成像分析提供了临床研究的空间。现仍处在研发阶段的利用探测器来进行能量分离的技术也可分成双层探测器系统和多能量探测器系统。

    3. 剂量控制技术

    CT扫描的剂量问题一直是制约其发展的主要因素之一,也引起人们的广泛关注,采用有效的降低病人辐射剂量的优化技术,是MDCT技术得到良好应用所必须解决的问题。目前采用的优化技术有:ECG自动毫安技术、心脏滤线器、3D自动毫安技术、短几何设计和电子收集器、四维实时剂量调节技术等。大量研究结果表明,采用剂量优化技术后,在得到优质图像的前提下,可大幅度降低CT扫描病人的辐射剂量。

    CT设备的选购

    CT的选购,不仅要考虑所选机器的性能和价格,还有机器配件的供应及价格,机器的维修成本等事项,如基本的应用软件配置是否完整,选购件的价格是否合理等,医院在选购CT机中一般应注意下列几点。

    1. 必要性和实用性

    首先要明确购买的目的,准备花多少钱,干什么用,解决什么问题,再以此为依据,去选择品牌和配置。根据日常门诊量、CT检查量的需要程度选择不同扫描速度、不同重建速度、不同存储容量和不同X线管热容量的机型,还要兼顾临床专科和新技术开展的需要选购有相应功能或功能较齐全的高档多层螺旋扫描CT机型。要选购适合于医院本身实际工作需要的设备,选好标准套,配好选配件,尽量做到功能上实用不浪费。

    2. 有效性和可行性

    在选购CT机中首先应考虑经济承受能力或投资合作方的实力, 还要考虑本院相应的技术力量和临床各专业配套的整体技术力量 ,也要考虑病源数量和预期回收成本的可行性。强调有效,是对人民负责的具体表现,CT诊断设备对施治的病人应当是有效的、合理的。

    3. 先进性和优选性

    选购CT时,在进行必要性和可行性论证后就要进行优化选购。在优化选购中要对主机和配套附件进行(1)性能、功能/价格比(2)质量可靠性/价格比(3)配套方案的优化性和适用性(4)售后服务质量(5)长期运行成本等诸因素进行综合评估, 选取综合因素优越的生产公司和机型。先进的CT医疗设备推动了医学科学的发展,只有重视引进先进的技术和功能,才能有效地促进整体医疗水平的提高。因此,选型时既要兼顾技术手段的延续性,也要考虑前瞻性。

    4. 可靠性

    CT医疗设备是一种特殊商品,是否准确、可靠,关系到人民群众的身体健康和生命安危,对CT医疗设备的选型来说,也是一个不可忽视的原则。稳定性、准确性、故障率统称为可靠性,还有可维修性等,需要综合分析,慎重考虑,认真对待。

    【责任编辑:钢铁小喷侠 TEL:(010)68476606】

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