双源CT的临床应用进展

徐辉，殷信道，吴旻

1. 南京医科大学附属南京医院（南京第一医院）医学影像科，江苏 南京210006；2. 西门子医疗CT事业部

双源CT的临床应用进展

徐辉1，殷信道1，吴旻2

1. 南京医科大学附属南京医院（南京第一医院）医学影像科，江苏 南京210006；2. 西门子医疗CT事业部

2005年、2008年西门子相继推出第一代双源CT Definition（Dual Source Computed Tomography, DSCT）、第二代双源CT（SOMATOM Def i nition Flash），本文主要就双源CT的基本结构、特点、优势以及在临床应用方面的进展作一综述。

双源CT；CT球管；辐射剂量；临床应用

0 前言

回顾 CT 设备 30 多年的发展历史，不难看出，从断层非螺旋 CT 到单排螺旋 CT 是第一次技术革命，从单排螺旋CT到多排螺旋CT 是第二次技术革命，而从单源到双源则又是一次飞跃。2006 年北京协和医院率先引进了中国第一台 Definition CT，2010 年国内首台 Definition Flash CT 落户北京武警总医院，而美国首家安装 Definition Flash CT 的是明尼苏达州罗彻斯特市的 Mayo Clinic（梅奥医院）。正是由于设计理念的创新，使CT的临床应用领域大大加宽加深。

1 双源CT的基本结构

Definition 由 两 个 X 线球管 和 两 组 64 层探 测 器 构 成，且均互成 90°角。探测器 A 覆盖整个完整的扫描野（直径为 50 cm），而探测器 B 因受机架空间的限制，仅能覆盖中心视野（直径为 26 cm ）。每一组探测器包括 40 排探测器，中央 32 排的准直宽度为 0.6 mm， 而两边的 8 排探测器准直宽度为 1.2 mm。每一组探测器纵向覆盖的等中心宽度为 28. 8 mm，可获得 32 mm×0.6 mm 和 24 mm ×1.2 mm 组合。利用 64 层 CT Z 轴的飞焦点技术，2 个连续以 0.6 mm 准直宽度获取的 32 层读取数据，可组合成等中心取样厚度为 0.3 mm的 64层投影，以这种方式每次旋转每组探测器，可获得层厚为 0.6 mm 的重叠 64 层图像。其机架最快转速为 0.33 s，时间分辨率为 83ms，空间分辨率为 0.33 mm。两套 X 线系统每套最大功率都为 80 kW。每个球管都可以分别设置为 80 kV、100 kV、120 kV、140 kV，从而可进行双能量数据采集，分析相对应的CT值变化，区分不同成分的组织。

Definition Flash 由两个 X 线球管和两组 128 层探测器构成，且均互成 94°角。探测器 B 的覆盖范围扩大到 33 cm，获得了更为合适的焦点；机架等中心处的探测器的Z轴覆盖范围扩大为 38.4 mm。因此，机架最快转速达到 0.28 s，时间分辨率提高到 75 ms，空间分辨率达到 0.17 mm，从而实现了前瞻性大螺距扫描，1/4 s 完成一个心动周期心脏成像。两套X 线系统最大功率提升为 100 kW。球管也多设置了 70 kV 项，并且利用纯谱双能技术，可以设置 Sn140 kV，从而更好地进行能量成像分析。Definition 和 Definition Flash 的主要参数比较见表1。从中可以看出双源第二代产品较第一代性能有了明显的提升。

表1 第一代双源CT和第二代双源CT的主要参数比较

2 第二代双源CT的特点、优势

2.1 时间分辨率的提高和大螺距扫描模式

以往除了创伤性的冠状动脉造影，无创的影像检查包括CT在内，对冠脉病变的诊断是无能为力的，原因就在于时间分辨率不够。使时间分辨率提高的一种方法是通过所谓的多扇区重建，由数个心动周期叠加来缩短成像时间窗，但扫描时间过长导致患者不同心动周期叠加容易错位从而使得图像的空间分辨率下降显著，并且辐射剂量也显著上升。有学者[1]研究认为，多扇区重建对冠状动脉图像质量并无明显改善。

虽然 Definition 通过单扇区重建将时间分辨率提高到 83 ms，但患者仍需服用倍他乐克将心率控制在 65～70 次 /min 以下才能获得较满意图像。Definition Flash 的时间分辨率进一步提高到 75ms，采用 3.4 的大螺距模式，扫描速度高达 45.8 cm/s，心脏扫描只需 0.25 s ；完成 2 m 范围的急诊扫描，时间不到 5 s ；全胸扫描只需 0.6 s。

2.2 容积覆盖范围增加

灌注可以通过提供血液动力学信息，揭示肿瘤的病理和生理学特征，对提高肿瘤的定性诊断、疗效及预后提供了极具价值的影像学信息。常规CT受探测器宽度限制，导致灌注范围非常有限，难以实现全脏器灌注。单纯加宽探测器，如果想保证很好的各向同性和足够的信噪比，必然要加大射线剂量。Definition Flash 利用双源双球管信息叠加和动态 800 排技术，实现了 48 cm 的容积覆盖动态扫描，克服了探测器宽度限制，实现全身任意脏器的灌注或动态功能学检查。

2.3 双能成像技术

双能成像技术早在 20 世纪 70年代就已经被科研人员所发现、利用。最早开发的双能技术为两次独立不同kV扫描，80 年代初世界上诞生了首台双能 CT 西门子 SOMATOM DR3 CT，利用快速 kV 切换进行能量成像的临床应用。早期能量成像技术，受到数据采集、计算机硬件、后处理软件等技术条件的限制，始终未能广泛开展。进入21世纪以来，各家厂商均着力发展能量成像技术，并提供了不同的解决方案。

双源 CT 两套球管与探测器系统在不同曝光条件（kV和 mAs）下，对同一空间部位同时曝光进行数据采集和图像重建，然后利用能量后处理软件，实现各种能量成像的相关临床应用。

Definition Flash 两套球管 /采集系统同时独立工作，每组能量数据均实现 4608 次 /min 的“高采样率”采集，确保每组数据获得高质量图像。能谱纯化技术使得高、低千伏X射线能谱大幅减少重叠，提高能量敏感性；利用纯谱与实时mA调节技术，实现能量成像的低剂量采集，扫描剂量低于常规检查。

2.4 低剂量技术

越来越多的人认识到了辐射对人类身体的伤害。国际放射防护委员会（ICRP）的 60 号文件报道 10 mSv 的辐射剂量可能导致 1/2000 的癌症发生。而以往大部分多层螺旋CT（64 层）的冠脉检查辐射剂量高达 16～26 mSv，平均值是 19 mSv[2]。所以各厂家都已致力于低剂量技术的开发和研究，西门子的低剂量技术开始于 1990 年。从自动毫安二维调节至四维调节 ；从 SureView 自由螺距技术、零兆球管，至非对称性屏蔽采集等等。

以降低心脏 CT 检查辐射剂量的技术为例，Definition Flash 采取了包括智能最佳管电压选择技术（Care kV 技术）、70 kV 管电压技术、智能自动管电流调节技术、ECG 自动管电流调制技术、精确扫描范围、第二代迭代重建算法（SAFIRE[3]云迭代）、前瞻性心电触发大螺距扫描技术、心脏检查的专用滤过器等有效降低了辐射剂量。

西门子 2009 年推出的第一代迭代重建技术叫鹰眼迭代（IRIS），接着又推出世界上首款基于原始数据空间的第二代迭代算法，也就是 SAFIRE，该算法较传统的滤过反投影法（filtered back projection，FBP）降 低 45%～75% 剂量（100 kV管电压），噪声显著下降，图像质量更优异[4]。Marin 等[5]研究发现，在低管电压下应用迭代重建法可在降低辐射剂量的同时保证图像质量。

3 双源CT的特色及临床应用

除了常规CT具备的所有功能外，第二代双源CT还有以下主要特色及临床应用。

3.1 心血管疾病检查

第二代双源 CT凭借其无创、方便快捷的特点，在心血管病变，尤其是怀疑冠状动脉病变中的诊断有较大优势，包括冠脉先天变异、冠脉狭窄评估、冠脉支架植入术后评估、冠脉搭桥术后随访等。 许多学者[6-7]都已经证实，对于种类繁多、分型无统一标准的冠状动脉先天变异，冠脉CTA 要优于常规血管造影。通过多种后处理方式（多平面重建、最大密度投影、容积重现、circulation 心血池显影等），从冠脉的起源、走形、终止、冠脉自身异常四方面去仔细分析。

Pf l ederer 等[8]用 Def i nition 评 估 112 例 支 架 植 入 患者，支架数 150 例，支架平均直径 3.27 mm，不可评估支架 数 15 条，敏感性 84%，特 异性 95%。Weustink 等[9]用Def i nition 评 估 52 例冠脉搭 桥，桥 血管共 152 支，诊断 敏感性 95%，特异性 100%，平均心率 64 次 /min，平均扫描时间 15.2 s。

Ruzsics 等[10]利用双能量 CT 评价了 35 例病人的冠状动脉和心肌灌注情况，并与常规冠状动脉造影和 SPECT 心肌灌注成像进行了对照研究，发现利用双能量模式的冠状动脉 CT 成像诊断 ＞50%狭窄的敏感性、特异性和准确率分别为 98%、88%和 92%，而检测心肌缺血的敏感性、特异性和准确率分别为 84%、94%和 92%。与以往的 64 层 CT及双源CT相比，利用双能量模式诊断冠状动脉狭窄和心肌缺血的敏感性和特异性相当[11-12]。

3.2 多部位血管联合检查及儿科检查

第二代双源CT 的 75 ms时间分辨率和大螺距扫描模式，非常适合急诊全身检查，尤其是胸痛三联征扫描：一次检查完成主动脉、肺动脉及冠脉采集。

冠脉斑块和头颈动脉斑块具有相关性，所以临床医生非常希望一次成像获得冠脉和头颈动脉的信息，才有助于联合治疗。这就充分体现出了第二代双源CT的时间分辨率优势：能实现一次扫描，完成心脏冠脉与头颈部的联合CTA 检查，时间只有 1 s，大大降低了辐射剂量与对比剂用量，而且也节省了患者的支出。

儿童由于哭闹及躁动，CT图像时常出现断层、不连续，需反复检查，不仅导致检查时间延长、降低临床工作效率，且成倍增加剂量。第二代双源CT能很好地避免或减轻移动伪影、呼吸伪影，患儿无需镇静剂及屏气。

3.3 能量及能谱成像应用

FDA 已经认证了 Definition Flash 14 项双能量临床应用检查：双能量去骨血管成像、肺灌注、虚拟平扫、肺血管成像、硬斑块去除、心肌灌注、泌尿系结石成分分析、脑灌注成像、肌腱韧带、痛风结石判定、肺结节分析、肺氙气成像。

多达 151 级能谱（40～190 keV），从而可以开展更新的临床与科研 ：① 151 级能谱成像 ：利用纯谱技术，获得多达 151 级的能谱分离技术。可以获得最佳 keV，从而提高血管与组织对比，获得更好成像效果。② 单能谱成像 ：利用单能谱成像，不同 keV 显示病灶的细节不同，利用低 keV 成像，更能提高对小病灶的显示能力，从而提高早期小病灶的检出。③ 碘剂摄取评估：利用能量成像技术，可以定量评估组织对碘剂的摄取，对评估组织良恶性及肿瘤治疗后随访，具有重要作用。④ 能谱曲线成像：不同能谱下，相同组织有固定的能谱曲线，利用能谱曲线的显示，提高组织鉴别能力，识别不同部位组织是否来源相同，如肿瘤转移。⑤ 双能量脑出血鉴别：双能量脑出血评估通过虚拟平扫，有助于区别陈旧性脑出血与新鲜出血，新鲜出血仅在碘剂图像上可见。⑥ 双能量肺结节评估：显示肺结节内对比剂浓度，无需平扫。对比剂显示为彩色与解剖灰阶图像信息融合，实现半自动分离与肺结节大小评估。⑦ 双能量肺氙气评估 ：显示氙气在肺内的聚集，评估肺功能情况。结果显示为彩色，与解剖的灰阶图像信息融合。

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Development and Clinical Application of Dual-Source CT

XU Hui1, YIN Xin-dao1,WU Min2
1. Department of Medical Imaging, Aff i liated Nanjing Hospital to Nanjing Medical University (Nanjing First Hospital), Nanjing Jiangsu 210006, China; 2. CT Division of Siemens Healthcare

In 2005 and 2008, Siemens launched the fi rst and second generation Dual Source CT system. This paper reviews the basic structure, characteristics, advantages and application of Dual Source CT system.

dual source CT; CT tube; radiation dose; clinical application

R197.39；TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.12.005

1674-1633(2014)12-0016-03

2014-08-16

2014-10-09

殷信道，主任医师，医学博士，副教授，硕士研究生导师。

本文作者： 徐辉，副主任医师，研究方向为血管病变，尤其是冠脉病变，以及胸部影像。

通讯作者邮箱：y．163yy@163．com