高端ct技术的性能比较与分析

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1、- 18 - 珠海年会论文集 随着科学技术在医学领域的广泛应用，CT 技术在我国 的发展也历经了日新月异的变化，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、螺旋时 代及血管 CT 成像、多层螺旋 CT 时代及心脏 CT 成像阶段。 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，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、Philips 和东芝分别推出了宝石 CT、Brilliance iCT 和

2、 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 Philips 和东芝则走的是容积 覆盖路线，虽然路线不同，但他们都不同程度的进行了硬 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

3、.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。 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一个 X 线源和 一套探测器的 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 度角，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，

4、时间分辨率达 到 83 ms，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。 Philips 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 8 厘米超宽 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

5、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

6、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 石中加入稀土元素后，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二十 高端CT技术的性能比较与分析 摘 要 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。 关键词 高端CT；探测器；低剂量；后处理技术 张伟 李晓梅 王建国 青岛大学医学院附属医院 医学工程科 - 1

7、9 - 2010.04 倍，再加上无缝切割技术 ，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和病理信息。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五到七级分支，清晰 显示毫米级血管。 表 2 对各高端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 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

8、的关注。四大高端 CT 生产商都很重视低剂量 控制技术。 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 度就可以采集 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 术减少心脏采集时的高剂量曝光，它的心脏采集剂量要减 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 （BMI28 时，Step &

9、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，而其它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。 在后处理

10、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 四核处理器，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

11、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10秒之内就完成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。 它是目前唯一一款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，初步显示了能谱分析的魔力。 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

12、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，实现了可靠的心脏图像采集， 十分适合心血管疾病患者较多的医院。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。 Philips 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

13、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 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效果比较强大。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

14、-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 - 20 - 珠海年会论文集 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 生产商不断的进 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。 参考文

15、献 1 石明国,杨勇,郑敏文等.新CT技术“后64排CT”的发展方 向J.医疗卫生装备,2010,31(1):1-4. 2 王琳琳,董振东.开启动态容积时代:Aquilion ONE 320排 CTJ.医疗卫生装备,2010,31(1):13-16. 3 Achenbach S, Anders K, Kalender WA. Dual-source cardiac computed tomography: image quality and dose considerations J. Eur Radiol, 2008,18(6):188-198. 4 高端影像领域-Brilliance iC

16、T显奇能J.医疗卫生装备, 2009,30(12):131-132. 5 Brodoefel H, Burgstahler C, Tsiflikas I, et al. Dual-source CT: effect of heart of heart rate, heart rate variability, and calcification technique on image quality and diagnostic accuracyJ. Radiology,2008,247(2):346-55. 6 Herzog C, Arning-Erb M, Zangos S, et al. Multi-detector row CT coronary angiography: influence of reconstruction technique and heart rate on image qualityJ.2006,238(1):75-86. 7 Leschka S,