双源CT的最新技术与进展研究

顾海峰，高 娟，李 林，周长圣，郑 玲

0 引言

2005年，西门子推出了全球首款拥有2套球管-探测器的双源CT，即第一代双源CT系统——SOMATOM Definition，打破了传统的CT技术理念，开创了CT史上的新纪元[1]。随后，西门子公司又不断对该系统进行技术创新、升级改造，于2009年在美国明尼苏达州罗彻斯特市的梅约医疗中心（MayoClinic）成功安装了新一代的双源CT系统，这标志着第二代双源CT——SOMATOM Definition Flash的诞生。

为了满足临床与科研需要，笔者所在的单位早在2006年就引入了第一代双源CT系统。截至目前，这台双源CT已为临床服役近7 a，不仅取得了巨大的临床效益，为临床诊疗立下了汗马功劳，更是开展了不少尖端的科研工作，取得了骄人的成果[2]。第二代双源CT远超第一代的优越性能引起了科室、医院领导的高度重视并立即着手引进，终于于2013年3月在我科装机成功。

通过对新旧2代双源CT进行对比，结合实际临床应用及相关的文献资料，本文主要是对第二代双源CT的新技术、新特点以及新的临床应用等进行综述。

1 硬件结构

第二代双源CT的核心硬件部分仍然是拥有2套球管-探测器系统的数据采集系统[1，3]。与第一代双源CT相比，其最显著的革新在于探测器方面。它不仅配备了集成化程度更高的Stellar探测器，而且由于是128排CT，因而探测器排数由一代的40排相应增加到了现在的64排，一次扫描可获得的最大图像层数由64层增加到了128层，并且图像的极限分辨率由0.4mm提升到0.3mm，在大大地提高了扫描速度的同时，获得了更高分辨率的图像。在高压发生器方面，最大功率由原来的160 kW（2×80 kW）提升到了现在的200 kW（2×100 kW）。另外，其可选的管电压增加了70 kV这一管电压值，这与它之所以能定义为低剂量CT息息相关，因此，也更加注重患者所接受的辐射剂量[1，4-5]。2代双源CT的具体参数见表1。

2 核心技术

2.1 炫速扫描技术

单从硬件技术来看，第一代双源CT之所以能够加快CT成像速度的关键在于其双源技术。而第二代双源CT不仅具有2套球管-探测器系统，而且拥有更宽的探测器覆盖范围、更大的扫描螺距、更快的检查床移动速度、超快的数据传输能力以及高达0.28 s的机架极限旋转速度，使得它的扫描速度达到了前所未有的485mm/s，大大超越了普通的CT机；另外，在不影响图像质量的情况下，它的时间分辨率能达到 75ms，超越了第一代 83ms 的时间分辨率[1，3，6]。目前，在CT领域中，只有这款Somatom Definition Flash的扫描速度能达到如此级别，鉴于此，业界习惯上称之为“炫速双源CT”。在炫速扫描（flash spi-ral）模式下，无论受检者的心率如何，无论是否能屏住呼吸，甚至是否能保持静止不动，几乎所有的患者都能够在不采取任何临床干预的前提下通过它获得可用于临床诊断的图像。另外，对于那些对辐射剂量敏感的患者来说，炫速双源CT不仅能够显著减少他们所接受的辐射剂量，而且配合采用大螺距的扫描模式，患者一次扫描所受到的辐射剂量甚至能低于1mSv，这几乎接近了一次常规胸片检查的辐射剂量。因此，有的专家甚至宣称炫速双源CT可以考虑代替常规胸片作为常规检查应用于临床[5]。

表1 2代双源CT硬件参数对比

2.2 Stellar探测器技术

在探测器方面，第一代双源CT使用的是普通的超高速稀土陶瓷探测器，而炫速双源CT采用的则是新一代的Stellar探测器。二者相比，前者属于常规探测器，其模数（A/D）转换电路是由传统的光电二极管与数模转换模块共同组成的复合电子电路，由复杂的电子连接线路连接了大量的电子元器件，集成化程度不高，因而图像采集时有明显的电子噪声，从而影响了图像的信噪比；而后者的A/D转换电路则是光电二极管与模数转换器一体化的高度集成电路，没有单独的模数转换模块，电子元器件很少，其优点就是在最大限度地降低了常规探测器的电子噪声的同时，显著提高了图像的信噪比。Stellar探测器的使用解决了以前因电子噪声的干扰而使扫描层厚不能够太薄的弊端，并且使得炫速双源CT能够在获得更薄的层厚（最薄可达0.33mm）的同时，拥有超高的空间分辨率（最高可达0.30mm）。临床实践证明，Stellar探测器能够增加肥胖患者在低剂量扫描以及类似双能量检查等诸如此类的低信号成像中的图像质量，而这些低信号成像也是炫速双源CT检查的优势所在。

2.3 能谱纯化技术

这项技术的实现实际上是依靠安放在球管射线窗前的选择性光子滤过板完成的。它是一种锡滤过板，主要用于增强双能量CT检查中的能量分离效果，只有在双能量扫描中的140 kVp射线束产生时才滑动到其出射路径上起滤过作用。此滤过板可以去除低能量光子，使140 kVp射线束迁移到高能量光谱。这样能够更好地分离低kV和高kV光谱，从而提高虚拟平扫（VNC）图像的对比度-噪声比（CNR）（如图1所示）[7]。选择性光子屏蔽能够更加灵活地优化双能量（DE）检查和患者的扫描参数，同时可使用较低的剂量保持CNR，从而改善结果图像中的DE信号。它配合新一代的Stellar探测器使得炫速双源CT不仅在低kV双能量扫描中能够获得更多的图像细节，提高了双能量检查的诊断精度，而且使辐射剂量降低到和常规扫描相当的水平，甚至可以替代单能扫描模式作为常规检查，拓宽了临床应用的范围[8-9]。

图1 第一代双源CT与第二代炫速双源CT双能量能谱曲线

2.4 FASTCARE技术

FAST（fully assisting scanner technologies）CARE（combined applications to reduce exposure）是一种新的扫描功能，可以根据所选的身体部位自动为每个检查者推荐最佳的参数集，只需要点击一下即可以完成扫描和重建计划。使用FAST可以简化并自动执行扫描过程中耗时而复杂的程序。这种过程不但能提高工作流程效率，还有助于产生可重复的结果，从而优化总体临床结果。FASTCARE技术也可以称为“便捷的流程与优化的剂量”技术，其在炫速双源CT中无处不在，渗透到扫描的各个环节（具体见表2），其目的在于使操作流程更加简化，并且尽可能降低受检者的辐射剂量，从而使炫速双源CT变得更加智能化、人性化、安全化。

表2 FASTCARE技术内容

2.5 SAFIRE技术

经正弦图确认的迭代重建（sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE），属于图像重建方面的技术，采用迭代重建的方法来重建图像，是基于原始数据的迭代重建，可以消除空间分辨率和图像噪声之间的相互影响。其工作步骤概括为：首先，在原始数据域进行多次迭代循环，校正几何失真及其他伪影。然后，利用校正后的原始数据进行图像重建。最后，在图像域进行多次迭代循环，消除图像噪声，获取最终的有较高图像质量的影像[10-13]。与常规重建方法相比，其优点在于：（1）可获得更高的图像质量，同时可降低噪声，提高图像的锐利度。（2）能够更好地减少曝光剂量和伪影。（3）图像特征符合传统CT图像的表现力。（4）快速重建，最高重建速度达20幅/s，能够满足临床常规应用的要求。

3 特点与优势

炫速双源CT与第一代双源CT相比，其特殊的设计以及类似炫速扫描技术、Stellar探测器技术、能谱纯化技术、FASTCARE技术以及SAFIRE技术等诸多核心技术的开发应用，使得它对患者来说更加健康和安全。其核心的特点与优势可以概括为：炫速扫描速度、极低的辐射剂量。

截至目前，只有炫速双源CT达到了炫速扫描的速度，即使患者无法配合屏气或是静止不动也能够获得满足临床诊断的可靠图像，甚至可以做到亚秒级心脏成像。另外，在先进的硬件工艺技术水平下，炫速双源CT即便是在较低的kV和极快的图像采集速度成为当前常规的扫描方式的前提下，仍能够获得很好的图像质量，这就为其在尽可能降低辐射剂量方面提供了必备的保障。另外，可选择的光子遮罩装置大大减少了高能X线能谱中的低能X线光子部分，因此，减少了不必要的曝光。此外，依靠双源技术以及Stellar探测器技术，炫速双源CT设置了基准剂量率，加上CAREDose4D、CARE kV以及正弦图确定迭代重建（SAFIRE）等诸多剂量缩减技术，使得这款CT成为了目前业界唯一一款绿色的低剂量CT机，可以做到诸如剂量低于2mSv的胸痛三联征的扫描以及超低剂量的儿科扫描等低剂量扫描，因此，习惯上定义它为低剂量CT机[4]。

4 结语

不难看出，炫速双源CT实际上追求的是在不降低图像质量的前提下，更加注重提高扫描速度，更加注重减少患者受到的辐射剂量。另外，配合其专用的数据分析软件——syngo.via使得炫速双源CT更加人性化、便捷化，大大降低了图像后处理的劳动强度。因此，可以说炫速双源CT是双源CT史上的新革命，使CT技术迈入新时代。

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