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日志

CT技术的发展

已有 25 次阅读2017-7-31 09:58 |系统分类:励志

现今,医疗仪器已经成为医院从事医疗、科研、教学的物质基础和赖以生存发展的必要条件。各医疗单位为了提高其诊疗水平、医疗质量以及社会、经济效益,纷纷购置和更换检查设备,其中CT设备的购置和更换最为突出。CT技术发展迅速,虽然国际市场品牌比较固定,但产品的档次和型号有很多,不合理地购置和更换CT设备,不仅造成卫生资源的浪费,也会增加病人的医疗费用。本文就CT技术的发展及在当今CT发展形势下如何选择采购CT设备, 浅谈一下看法和意见。

一、CT技术的发展

CT机自1972年由Hounsfield发明制造以来,从最初的单排平扫CT,到基于滑环技术的螺旋CT,最终发展到现在的多层螺旋CT,经历了第一代到第五代的代次更替。CT机的发展都是围绕着其核心技术的革新而展开的,包括X线管、探测器、机架转速及图像重建,具体如下:

1、X线球管。作为CT的射线发射源,X线球管是CT机质量的重要评价指标,也是CT使用过程中的最大耗材,其性能好坏直接影响CT机的性能和稳定性。球管技术的发展包括热容量的增加、动态焦点技术、动态电流调节技术和稳定性设计等。

1)球管热容量:在CT的排数不断增加的同时,球管的热容量也随着增加,从2M发展到现在的8M。球管的热容量需要和CT的排数相对应。一般而言,16排CT的球管热容量在5M左右可以满足使用的要求,但在64排及以上的CT中,球管的热容量必须达到8M。在飞利浦、GE等主流厂商,高端的64排及以上CT上的球管都是配备8M的球管。西门子公司有一款“0”M球管,装到其64排及双源CT上。这个“0”M的概念是指球管的本身不储存热量,而是通过另设一个水冷机,将热量直接带走。从设计的理念来讲,这个技术比较先进,但在该技术使用的前期,球管的爆破率较高,近期有所好转。

2)动态焦点技术:以前的CT都是采用单焦点技术,现在高端CT为了获得更多的采样率,采用了动态焦点技术。飞利浦公司在其256 ICT上采用了动态四焦点技术,相比以前的单焦点技术,采样率增加了4倍;西门子在双源上也采取了类似的动态双焦点,采样率可增加2倍;GE采用的则是动态变焦的设计,在扫描过程中大小焦点动态切换,以获得更好的图像质量。评价球管焦点的参数中,最重要的是看采样率、大焦点的大小、小焦点的大小。

3)动态电流调节技术:由于人体各个部位对于放射线吸收明显不同(如图1),当扫描对X线吸收较强的部位时应用满功率球管曝光以保证图像质量,而当扫描对X线吸收较弱的部位或者非本次检查主要观察部位时,球管应自动降低电流以降低剂量。球管电流自动调节技术最早于1981年由Haaga等人提出,且1994年由GE医疗最先推向市场。球管电流自动调节技术包括X-Y平面调节Z轴调节(如图2、3),目前各个厂家的球管电流自动调节技术都包含两个方向的自动调节(如表1)。通过球管电流自动调节技术,可以使全身各个部位的CT检查剂量得到不同程度的减低。

4)球管的稳定性设计;球管的稳定性设计旨在提高球管的使用寿命。除了前文提到的球管热容量外,还有球管的冷却设计和防止靶面龟裂技术。GE和飞利浦在球管的冷却技术上均采用冷却液直冷技术,使球管的冷却和稳定性得到了提高。飞利浦的MRC球管将阳极靶面切割为多个节段,解决了传统靶面对单位面积高热量聚集容易导致阳极变形、龟裂的问题,提高了球管的使用寿命。

2、探测器。从某种意义上讲,CT的发展即为探测器的发展。CT从单排到64排再到后64排,都是探测器排数的增加,CT档次的划分很大程度上也是基于探测器不同。与此同时,随着探测器排列的增加,传统探测器结构及数据采集系统(DAS)正面临难以解决的难题——探测器内部数据传输线过长导致信号损耗增加、探测器单元增加使探测器间隙数量增加引起X射线接受效率降低。针对这两个问题,现今都有了比较好的解决方案。一方面将传统探测器及DAS长达数公里的引线数据传输距离缩短为“零”,最大程度上减少引线的数量和传输距离,大幅度降低电阻、发热、电磁干扰等减低信噪比的痼疾,实现“0”信号损耗。这个技术叫做探测器的芯片化,已经在西门子的光子探测器和飞利浦的微平板探测器上得到了应用。GE在解决传输速度上采用了另外的途径,通过在普通的稀土陶瓷探测器材料中添加一些稀有元素,使得探测器本身的反应速度变快,称之为宝石探测器,也是一种不错的方法,已经应用到了64排CT中。另一方面,将每256个传统CT探测器单元集成为一个探测器模块,只需要4块探测器模块无缝拼接即可达到传统64排探测器才能完成的覆盖,实现接近100%的X线接收面积。这种技术叫做探测器的平板化,目前只有在飞利浦的微平板探测器上得以实现。芯片化和平板化技术的结合,可以使CT仅需常规CT约20%的辐射剂量,即可获得高质量图像。

探测器的增加带来的另外一个问题是锥形束伪影。当探测器小于或等于100px时,X射线到每个探测器的距离可以看成是相等的。但是当探测器进一步增加到200px甚至400px时,X线到探测器中间的距离和到边缘的距离就不能简单地看成相等,这也解释了为什么前期的东芝320排CT会出现屋顶效应的原因。要消除探测器增宽所带来的影响,就需要使得X线到每个探测器单元的距离是相等的。飞利浦率先研发出了球面探测器,其在X-Y和Z轴上都为弧形结构,整个探测器为一个球面结构,所以,以球管为圆心到探测器各点的距离都是相等的,从而有效地消除了锥形束伪影的问题。

3、机架转速。 CT的发展在排数增加的同时,转速也在不断的提高。目前,16排转速0.5s到后64排的0.27s。在64排及以下CT的驱动方式采用的都是滚珠轴承和钢带驱动(或类似),这种驱动方式由于机械稳定的局限性,转速也受到限制。在后64排CT上,驱动方式发生了改进,比如,飞利浦的iCT使用了气垫轴承技术,机架在旋转时无摩擦,在较原有的滚珠轴承提高了精度的同时,机架速度达到了0.27秒。西门子的双源FLASH使用磁悬浮技术,转速达到了0.28s。GE的宝石CT Discovery 750HD和东芝的Aquilion One为0.35s。但是,GE的128排CT Revolution和东芝的Aquilion One Vision缩减到了0.27s。

4、重建技术。 目前各厂家相继推出迭代重建(Iterative Reconstruction, IR)算法,它并不是一种全新发现的算法,最早的CT应用的就是此算法。相比较传统的滤波反投影法(Filtered Back Projection, FBP),迭代技术可以在保证图像质量的前提下大幅降低辐射剂量,甚至可以提高图像质量。表2为各主流品牌CT运用迭代技术降低辐射剂量的效果对比,可见各大公司的迭代技术水平基本一致,但也有一些细微差别,有研究发现飞利浦的iDose4 在降低剂量方面略胜一筹。

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