雙源CT

英文全稱為Dual Source CT （DSCT），是一種通過兩套X射線球管系統和兩套探測器系統同時採集人體圖像的CT裝置。

基本介紹

• 中文名：雙源CT
• 外文名：dual-source computer tomography
• 專業：醫學成像技術

背景

自英國工程師 Hounsfield 於 1972 年研製成功第一台 CT機起，醫學影像領域出現了一次又一次的技術革命。 2004年以前，CT技術的發展主要是在球管和探測器運動方式以及射線束覆蓋範圍上的變革，直至 2005 年西門子推出全球首台雙源 CT( dua-l source computer tomography, DSCT)， 使得 CT成像技術才有了更進一步的發展，CT心血管成像才能與數字減影血管造影 ( digital subtraction angiography，DSA )相媲美，並極大地降低了常規 CT 心血管成像假陽性的機率。

2006年中國北京協和醫院率先引進了中國第一台雙源CT。目前除開展一些常規檢查外, 主要還用於心血管檢查、肺結節的計算機輔助檢測、胸痛三聯征檢查、體部灌注成像和結腸仿真內鏡等，均取得了良好的效果。開展的研究性工作主要是利用其獨有的雙能量成像技術，包括體內結石成分及性質的鑑別、肌腱與韌帶的 CT 重建成像、急性肺栓塞的早期診斷。

CT技術發展歷史

CT 技術的發展按 X 射線束的形狀及掃描方式不同，被公認為經歷了以下 5次大的技術變革：

• 單束平移-旋轉方式；
• 窄扇形束-平移旋轉方式；
• 寬扇形束旋轉-方式；
• 寬扇形束靜止-旋轉方式；
• 電子束 CT 。

20世紀 80年代主要是掃描速度的角逐，在此期間，碳刷和滑環技術的出現促成了螺旋 CT 的誕生，並迅速取代了單一的橫斷面 CT。 20 世紀 90年代至21世紀初，CT 技術的發展又以努力增加縱軸覆蓋範圍為目標，先後出現了 4 /16 /32 /40 層 CT 機。直到 2004年，西門子推出全球首台 64層螺旋 CT機( SOMATOM Sensation 64)。此後，鑒於諸多機械製造方面的限制，許多專家認為 CT 機已發展到了極點。但次年西門子在北美放射學年會 ( RSNA )上又推出了全球首台 DSCT 系統 ( SOMATOM De finition)， 徹底打破了傳統的 CT 技術理念， 引發了 CT史上的一次新革命。

DSCT開發背景

CT自誕生後很快就被套用於臨床檢查，尤其是螺旋 CT 出現後被廣泛套用於人體各個部位的檢查和診斷。但對於運動器官如肺、胃腸道、大動脈，尤其是心臟來說，一次檢查必須要求在有限的時間內完成，且要儘可能保證掃描期間患者無呼吸運動。否則，輕者會出現影像模糊、鋸齒狀偽影， 重者根本得不到具有診斷意義的圖像，檢查無法完成。另外，空間解析度也是一個重要參數，同樣影響診斷的正確率。

鑒於以上技術限制， 西門子拋開了傳統的技術理念，在成熟的 SOMATOM Sensation 64技術和 Straton零兆金屬球管的基礎上，在機架內整合了兩套64層圖像數據採集系統，使得整個機架在完成 90b旋轉後即可獲得一幅優質影像。機架旋轉 1 周為0. 33 s，但只需完成 90b旋轉後即可完成圖像採集，所以其時間解析度達到了 83 ms，實現了單扇區數據的採集和重建，克服了”多扇區重建技術“帶來的諸多弊端，極大地提升了圖像質量，提高了診斷正確率，這套裝置即為世人注目的 DSCT。

圖1 德國西門子雙源CT結構

結構

DSCT整機基本構成包括 2個主機電氣櫃 ( 1主1輔 )、機架、檢查床、水冷系統、成像控制系統 ( imagecontro l system, ICS)、圖像重建系統 ( im age reconstructionsystem, IRS) 及圖像後處理系統等。

核心部分主要是 2 套既相互獨立，又相互聯繫的數據採集系統。主要有 2個相互獨立的高壓發生器 A和 B，2個 Straton零兆金屬球管 A 和 B，2組超高速稀土陶瓷探測器 A 和B及 2 套相對應的數據採集裝置 A和 B組成。除 2套探測器因受機架內可利用有效空間的限制，橫向上的長度不同，故而導致有效探測野 ( FOV )不同外，其餘同類部件完全相同。

高壓發生器 2個，每個最高功率可達 80 kW，當DSCT 2套採集系統同時工作時，最高功率可達 160kW，遠高於普通 64層 CT機。

X線球管 2個，球管 A 和球管 B均是西門子擁有專利技術的 Straton零兆金屬球管，最大電壓 140kV， 最大功率 80 kW， 最大電流 666 mA， 包括 X 射線管組件、偏轉電子系統和冷卻裝置。轉子部分直接由發動機驅動, 並在較大程度上旋轉對稱。陰極帶有可選擇設定的獨立發射系統、偏轉電子系統， 實現了 Z軸方向上的飛焦點技術, 焦點額定值為 0. 6 *0. 6及 0. 8 * 0. 9。冷卻系統是單獨的機械組件，不同於 X 射線管組件, 通過可以彎曲的油管相連。陽極靶面直接與循環油相接觸, 因而實現陽極直接冷卻, 陽極熱容量高達 6. 5 MHU /min ( 4. 8 MJ/min),堪稱“零兆球管”。用戶在使用中完全不必再為球管的熱容量擔心，可以實現高功率、大範圍的連續掃描，甚至可以在保證空間解析度的前提下一次性完成對患者的全身掃描。

2組超高速稀土陶瓷探測器, 每組均由 40排探測器組成, 中間32排準直寬度為 0. 6 mm，兩邊各有4排準直寬度為 1. 2 mm 的探測器。其中一個弧度為約 60b的主探測器組，且與球管 A 相對應，另一個弧度為約 32b的輔助探測器組，與球管 B 相對應。由於機架內部空間有限，使得 2套探測器橫向長度不同，因此掃描覆蓋野不同。

DSCT具有 78 cm的大機架孔徑及 200 cm的掃描範圍，擴展了臨床的套用範圍。機架運動部分和多螺旋 CT 一樣，也是採用了碳刷和低壓滑環技術，但與它們不同的是旋轉部分採用了電磁直接驅動技術。

工作原理

兩套X射線的發生裝置和兩套探測器系統呈一定角度安裝在同一平面，進行同步掃描。兩套X射線球管既可發射同樣電壓的射線也可以發射不同電壓的射線，從而實現數據的整合或分離。不同的兩組數據對同一器官組織的分辨能力是不一樣的，通過兩組不同能量的數據從而可以分離普通CT所不能分離或顯示的組織結構。即能量成像。如果是兩組數據以同樣的電壓的電流值掃描則可以將兩組數據進行整合，快速獲得同一部位的組織結構形態，突破普通CT的速度極限。

DSCT 有兩種工作模式，即單源模式和雙源模式，均可通過控制台進行相關設定。

單源模式時主要數據採集與重建系統 A 工作，數據採集與重建系統B處於關閉狀態。此時與一台普通 64 層 CT 機無異， 即由球管 A 發射 X 射線，經受檢者衰減後被探測器 A接收，然後再經相應的圖像處理和重建後產生相應部位的 CT 圖像。1次掃描 (即 1個採集周 期 )球管和探測器組至少要旋轉 180b才能獲得足夠的數據，重建出圖像，最多可獲得 64層圖像。定位像及頭頸部、胸腹部及四肢等一些常規平掃、增強掃 描常採用單源模式。

雙源模式時， 2套數據採集與重建系統同時工作，2套球管與探測器組合，各自獨立發射及接收射線，獨立完成圖像處理，但在圖像重建時，由 2套採集系統獲得的數據既可以重建出 2組獨立的圖像，也可以重建出 1組融合的圖像，前者 1個採集周期 與單源模式相同，即球管和探測器組至少要旋轉 180b，主要用於骨骼及鈣化的分離、鑑別組織與膠原成分等；後者 1個採集周期球管和探測器組只需旋 轉 90b，由 2組數據採集系統獲得的 2組數據經相應的數學運算、組合後即可實現單源下旋轉 180b的效果，但時間解析度提高了 1倍，主要用於心臟等時間 解析度要求極高的檢查。

套用

傳統螺旋CT由於僅有一套X射線發生裝置和一套探測器系統，所以在掃描高速運動物體時（比如冠狀動脈）將會顯得力不從心。通常情況下，工程師通過加快CT的旋轉速度來提高CT對運動物體的撲捉能力，但是受限於工業水平和CT旋轉時產生的巨大離心力，目前最快的CT也只能達到0.27秒旋轉一圈。雙源CT系統

圖2 雙源CT成像圖

同時使用了2個射線源和2個探測器系統，能夠以83ms的時間解析度採集與心電圖同步的心臟和冠狀動脈圖像。該系統能夠在不需要控制心率的情況下，對高心率、心率不規則甚至心律不齊患者進行心臟成像。同時，2個射線源能夠輸出不同能量的X射線。利用雙能曝光技術明顯改善CT的組織分辨力。

DSCT 單從結構上看與普通 CT 機差別不大, 但從臨床套用分析的某些方面卻有著普通 CT機不可比擬的優勢。

心臟成像

DSCT 最大的優勢在於心臟成像方面。

雙能量成像

即在兩種不同的能量下成像。其依據是不同成分的組織在不同的 X 射線能量照射下表現出的 CT 值不同，再通過圖像融合重建技術，可得到能體現組織化學成分的 CT 圖像, 即組織特性圖像。

普通掃描

對於普通檢查，DSCT只用數據採集系統 A， 數據採集系統B處於關閉狀態， 此時相當於一台普通的 64層 CT機。

輻射劑量

CT的輻射問題早已受到了廣泛的關注。儘管現有的CT設備一般都會將輻射劑量控制在安全劑量範圍內，但我們仍然希望CT檢查時的輻射劑量能夠越低越好。儘管雙源CT 系統使用2 套X 線球管系統和2 套探測器組，但其在心臟掃描中的射線劑量都只有常規CT 的50%。由於其具備很高的時間解析度，能夠在一次心跳過程中完成採集心臟圖像，從而使利用多扇區重建的大劑量掃描方法成為過去。另外，雙源CT 採用了依據心電圖的適應性劑量控制，最大程度地降低了心臟快速運動階段的放射劑量。這些技術的綜合使用使圖像的採集速度和效率提高了1 倍， 即使與能量效應最高的單能掃瞄器相比，雙源CT 在正常心率條件下的放射劑量將至少降低50%。

結語與展望

DSCT 是基於西門子成熟的 64層 CT 技術之上的嶄新設備，在掃描速度、時間解析度和空間解析度上有了更高的突破，其整體優越的性能主要依賴於Straton零兆金屬球管、電磁直接驅動技術、靜音掃描技術、特殊散射線校正重建技術、特殊的射線劑量調控技術，特別是適應性心電門控劑量調控技術的套用。在冠狀動脈成像方面有著普通CT 機不可比擬的優勢，雙能量成像方面也有其獨到的優勢，但由於諸多亟待解決的問題，其臨床實際價值尚需大量的臨床驗證。但從總體上說，DSCT 是CT 技術上的一次新革命， 其開創了 CT 史上的新紀元。