高端CT技术的性能比较与分析

张伟，徐子森，樊宽章

青岛大学医学院附属医院 医学工程科，山东 青岛 266003

高端CT技术的性能比较与分析

张伟，徐子森，樊宽章

青岛大学医学院附属医院 医学工程科，山东 青岛 266003

本文综述了各高端CT（如双源CT、Brilliance iCT、320排CT、宝石CT）的核心技术，并分别对探测器技术、低剂量控制和后处理技术进行了性能比较与分析，最后给出了各高端CT的优势与不足。

高端CT；探测器；低剂量；后处理技术

0 前言

随着高科技在医学领域的广泛应用，CT技术在我国的发展也有了日新月异的变化，分别经历了实验室阶段及头部CT成像、非螺旋CT时代及体部CT成像、螺旋CT时代及血管CT成像、多层螺旋CT时代[18]及心脏CT成像阶段[12,13]。然而，技术的进步是永无止境的，新推出的高端CT就是最好的证明。2005年，西门子在美国放射学会年会（简称RSNA年会）发布了首台双源CT[10]，成为当年RSNA年会最受瞩目的高端CT。仅隔两年，在2007年的RSNA年会上，GE、飞利浦和东芝分别推出了宝石CT、Brilliance iCT和320排CT，向西门子的双源CT发出了挑战。

1 各高端CT的核心技术

提高图像质量、提升扫描速度、降低辐射剂量、优化后处理流程是四大高端CT生产商的最终目标。在通往这个目标的过程中，高端CT向两个不同的方向发展，一个是提高时间分辨率，也就是缩短图像重建时所需扫描数据的采样时间；另一个是扩大一次扫描的覆盖范围。GE和西门子走的是能量成像路线，而飞利浦和东芝则走的是容积覆盖路线，虽然路线不同，但他们都不同程度地进行了硬件和软件的创新。表1列出了各高端CT的关键技术[1-4]。

表1 各高端CT的关键技术

2 各高端CT的技术比较与分析

2.1 探测器技术

探测器是CT最核心的部件，好比CT的眼睛，决定着图像的质量[11,14]。

西门子SOMATOM Definition 系统是全球首台双源计算机断层成像系统，它改变了目前常规使用的1个X线源和1套探测器的CT成像系统，在成熟的SOMATOM Sensation 64技术和Straton零兆球管的基础上，在机架内一体化整合了2个X线源和2套探测器来采集CT图像（两个探测器成90°角，分别对应1个球管）。该系统具有78 cm的大机架孔径和成像视野，以及200 cm的扫描范围，通过数字精控摇篮床技术，使扫描床往返连续运动，时间分辨率达到83ms，可不受病人体型或身体状况限制，对病人实施最恰当的扫描，拓展了临床应用的范围。

飞利浦的Brilliance iCT彻底摒弃了传统技术，以平衡发展的设计理念实现了机架、驱动、球管、探测器等全部重要结构的整体跨越。采用8cm超宽NanoPanel三维球面探测器设计，通过采用纳米高集成探测器技术，将传统CT探测器组件高度集成于一个模块，每块NanoPanel都相当于256个传统CT的探测器单元。由于采用了球面排列，在探测器Z轴上的每个探测器模块均垂直于球管光源。这种设计使NanoPanel成为唯一一种可以使用三维滤线器来同时过滤X-Y-Z 三轴的X射线散射线的探测器，首次从硬件上消除散射线伪影，不仅改善了图像清晰度，更显著降低了为克服以往清晰度降低所额外付出的射线剂量。

东芝公司的Aquilion One 320排CT 是一款动态容积CT，具有0.5mm探测器，其采用动态容积扫描模式，一圈扫描覆盖160mm的范围，可以完成全身各个脏器全器官各向同性和各时同性的扫描和成像，把CT成像模式从“拍照”变为“高清摄像”，成就了CT的功能成像，实现CT常规从形态学检查到功能性成像的飞跃。其独有的coneXact锥形束重建算法突破大范围成像的瓶颈，保证了成像质量[2]。

宝石能谱CT采用宝石作为探测器材料，据称是在宝石中加入稀土元素，达到宝石的分子结构，故称为“宝石”CT(Discovery HD 750型)。宝石透气性好、纯度高，其稳定性比传统的稀土陶瓷探测器和钨酸镉探测器高出20倍，再加上无缝切割技术[15]，可以保证更好的图像质量和更低的辐射剂量。此外，通过引入能谱栅成像的新技术，把CT成像推向了前所未有的5维空间（x、y、z、时间和能量）成像，不但能够分析人体组织的化学组成，而且能够使用能谱栅成像观察和分析解剖病理信息。资料显示[1]：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，临床常规扫描能显示支气管的5到7级分支，清晰显示毫米级血管。

表2对各种高端CT探测器的相关性能参数进行了比较[5-8]。

2.2 低剂量控制与后处理技术

2.2.1 低剂量控制。辐射剂量一直是制约CT发展的主要因素之一，也越来越受到人们的关注。四大高端CT生产商都很重视低剂量控制技术[16,17]。西门子双源CT由于使用两套影像系统同时工作，不需要进行多扇区采集，机架只需要旋转90°就可以采集到高质量的心脏图像。另外，可根据心率的快慢自动选择最快的扫描速度，通过实时的适应性ECG脉冲剂量调控技术减少心脏图像采集时的高剂量曝光，它的心脏图像采集剂量要减少一半以上。

Brilliance iCT采用大面积探测器在心脏成像方面以非螺旋扫描取代螺旋扫描，从而消除螺旋扫描的重叠覆盖，在得到优质图像的前提下整个心脏成像的辐射剂量减少80%以上，降低至2～3mSv。成人冠脉扫描在1～2mSv（BMI＜28时，Step &shoot 模式下），肺部低至0.34mSv，婴幼儿心脏扫描均在1mSv以下。

东芝320排CT的剂量调节模式可以使心脏扫描只在默认的期相使用常规剂量，而其他大多数时间的扫描剂量只有常规的20%。另外，东芝最新开发的婴幼儿安全扫描模式软件包，自动根据婴幼儿的年龄、体积大小、体型等因素调整每次扫描的剂量以获取最佳的图像质量[2]。与螺旋扫描相比，在相同噪声水平下降低了30%以上的扫描剂量。

GE的宝石能谱CT采用宝石作为探测器材料，使管球瞬间可以变化发射能量，能够扫描出常规CT不能发现的细小病灶，心脏检查的辐射剂量最低至0.62mSv。

2.2.2 后处理技术。在后处理技术方面，西门子双源CT综合应用多种后处理技术，其中心脏“一站式”的后处理技术仅需一个程序就可以对冠状动脉、心肌瓣膜进行多种重组和分析，从而对心脏进行全面的形态学与功能学诊断[1]。Brilliance iCT与Brilliance 诊断工作站和太空站口服务器兼容，它配有4核处理器，并采用独有的激光滑环数据传输系统，瞬间完成超大数据量的传递，其每秒传输的数据量是传统技术的5倍。Rapidview重建单元进一步提高了重建速度。东芝320排CT采用双处理控制台，副台在进行图像后处理或者照相时，不会影响主台扫描病人，而且使用东芝全球战略合作伙伴Vital公司开发的全新版本的工作站DV后处理软件，利用探针技术，可以做到10s之内就完成DV数据重建，在一些非心脏检查部位DV数据处理速度比64排CT更快，对心血管的处理速度快且效果好，但在选件种类上不如GE的宝石CT全面，GE在后处理技术上表现了强大的优势。它是目前唯一能够精确观察冠脉狭窄程度与3mm以下支架腔内结构的CT设备，其采样率高达7131Hz，冠状动脉周围的钙化与支架的伪影问题得到彻底解决，显著提高了诊断成功率。

表2 探测器相关性能参数比较

3 优势与不足

西门子双源CT的最大优势是提高了时间分辨率，能达到83ms，这就意味着对病人的要求降低。在冠状动脉CT检查中，心脏成像的图像质量不再受患者心率过慢和心律不齐的影响，无需控制心率，就可实现可靠的心脏图像采集，十分适合在心血管疾病患者较多的医院应用。然而，西门子双源CT在心脏扫描上的独特优势并没有运用到对其它脏器的扫描上。它只是对心脏扫描时使用双球管，而对于其它器官的扫描就只运行一个球管，这种球管的更替对球管的损伤很大，容易造成球管使用不稳定。由此带来的球管的损坏率也很高，球管的维修费用也很高。

飞利浦的Brilliance iCT能在任何模式下进行256层螺旋扫描，而且它通过应用气垫轴承技术，扫描速度提高到了前所未有的0.27s，是业内扫描速度最快的一款CT。但它的探测器宽度只有80mm，还不足以完全覆盖整个心脏或其它脏器。

东芝320排CT的探测器宽度达到了160mm，一次性扫描可以将整个脏器包含在内，是目前上市的CT中探测器宽度最大的一款CT。 它更大的优势在于对脏器的灌注和功能成像，实现从形态学检查到功能成像的飞跃，而且对心血管诊断的后处理功能比较强大。但由于探测器覆盖范围大，随之带出了锥形角的弊病。在锥束几何学中，如果锥角相当宽的话，图像质量就会下降或者出现伪影。这是因为沿着圆形轨道锥形扫描不能获得一整套数据来实现真正容积数据成像[9]。这样由于探测器的宽度比较大，就会造成前1～60幅图像和后260～320幅图像的横断面是无效的。另外，在螺旋模式下，它的应用和64排CT差别不是很大。

GE的宝石能谱CT的探测器材料采用了宝石，这种材质的变化意味着探测器接受能量大大提高，对X线相应速度更快。另外，管球瞬间就可以变化发射能量，使能量成像进入一个崭新的领域，而且后处理工作站的功能比较强大。

高端CT时代的到来，为临床影像诊断带来重大变革，是CT发展史上的又一座里程碑。四大CT生产商不断进行探索，为临床诊断和治疗提供了越来越高质量的图像，不仅开拓了新的临床应用范围，而且也推动了医学的发展。

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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

作者邮箱：qingdao_dawei@163.com