医学影像设备CT的发展_医疗器械

2014

06/06

10:44

医学影像界医疗器械

随着科学技术的不断进步，医学影像设备也得到了飞速发展。由于新技术、新设备的不断问世，现在的影像学科除了涵盖放射学科外，还包括了核医学科、超声科等，已经远远不是1895年伦琴发现X射线后，利用X线进行照相而建立起来的“X光科”所能比拟的。就设备而言，除了常规的X线摄影外，1971年诞生了CT，1980年第一台MR问世，1981年推出了CR，不久又出现DR、SPECT、PET/CT等等。

这里仅举几个例子来说明世界技术进步之快，使我们在赞叹不已之余，应当考虑如何紧紧跟上世界技术进步与发展的步伐。只有紧紧跟上世界技术发展的步伐，才能发挥我们的作用。否则，我么就有被社会淘汰的危险。大家在工作中也许会遇到这些问题，简要地介绍一些情况或许对于是大家有用的。

一、简要地谈谈CT

CT是1971年发明的，至今也不过30年多一点。在这30多年时间里，CT已经跨越了几代，经历了几次质的飞跃。从第一代CT扫描时间需要数分钟，到第三代的几秒钟，再到现在的最短0.33秒/360°。从平移+旋转到旋转/旋转到连续旋转到多层螺旋扫描，技术上跨越了一个又一个高度。

历史的回顾：80年代几个型号的CT

1971年首台CT问世，经过10多年的发展进入第三代。1988年滑环CT问世；1992年出现第一台双螺旋CT；1998年有了4层CT；2000年又出现8层CT；2002年推出16层CT；到2003年又有了40层CT推出；2004年各大公司相继有64层CT发布。

西门子公司推出第二代16层螺旋CT：

2005年9月7日西门子医疗系统集团宣布向中国市场推出最新的16层CT，SOMATOM Emotion 16该机型采用了多项西门子最先进的CT技术，包括液态金属轴承球管、超高速陶瓷探测器以及自由螺距全景无失真技术保证了最佳的图像质量。

飞利浦医疗系统64层CT落户北京大学第一医院。

2005年9月15日飞利浦医疗系统的64层螺旋CT Brilliance CT 64 落户北京大学第一医院，该机的突出优点是完成心脏扫描仅用5-6s，采用“beat to beat”自动可变延时算法解决了心脏检查过程中心率变化的问题，有利于对冠状动脉病变进行诊断，使心血管疾病得到早期发现及早治疗。

至此已有：

（1）GE 64 层螺旋CT安装在北京301医院；

（2）西门子SOMSTON sensation 64 螺旋CT在北京协和医院安装运行；

（3）北京安贞医院安装了东芝公司的Aquilion 64螺旋CT；

（4）飞利浦Brilliance CT 64 螺旋CT落户北京大学第一医院；

64层CT意味着什么？每转一周（360°）仅需0.3—0.4秒时间。而在这0.3—0.4秒内就有64个层面被同时扫描，或说有64个层面的数据被采集这里需要说明2个有关概念：。

一、“多排”与“多层”：

“多排”通常被人们认为从硬件上来讲机器包含有多排探测器。而“多层” 是指机器每旋转一周，同时扫描（或说采集数据）的层面数。很显然，“多层”才是人们真正期待的。

二、“层面/周”与“图像/秒”：

由于数据处理速度等原因，每旋转一周就有64层面被扫描。换句话说，每旋转一周就有64个层面的数据被采集到。但是要求在同一时间里把64个层面的图像重建出来，目前还做不到。从现在所掌握的资料来看，最快的也只有20幅/秒图像重建出来。

快速度的扫描、多层面的覆盖，实现了三维数据采集和处理，使诸如灌注成像及心脏检查等的临床应用成为可能。

从以下几个方面看CT技术的进步：。

（一）探测器：

探测器是数据采集的关键部件，也是CT的最重要部件之一。它直接关系到图像的质量。因而在CT设备中探测器不断地在发展进步，性能在不断的改进提高。CT的探测器，本质上讲就是二种，固体的与气体的。

早期的固体探测器采用锗酸铋或碘化铯作为闪烁晶体，在X线照射下它产生可见光，由光电倍增管或光敏二极管接收并转换成电信号。气体探测器就是在真空腔内注入高压氙气（xenon），称之为氙气电离量。在X射线进入电离室后，氙气分子被电离，在电场作用下形成电离电流，直接把X线变成了电信号。

随着CT的发展，这样的探测器无论是转换效率还是响应速度都已经不能满足需要。也即必须采用转换效率更高，稳定性更好，装配密度更大，余辉时间更短的材料来代替。目前各大公司普遍采用金属陶瓷探测器。有的厂家采用所谓超高速稀土陶瓷固体探测器（UFC）。在多层螺旋CT系统中，从物理上讲多排探测器沿Z轴排列起来，形成了一个锥形束照射野。这种情况下，需要解决“螺旋伪影”和“锥形束伪影”的问题。

也即是说，当代的多层螺旋CT已不能沿用过去单层扫描的重建算法，而必须采用锥形束扫描的新的重建算法，这是与过去不同之处。另外，层面厚度是由不同宽度的探测器组合得到，而不再是采用由马达带动链条来调整准直器，再由准直器将X射线遮挡成所需要的层厚的扇形束的传统方法。

也即是说，当代的多层螺旋CT已不能沿用过去单层扫描的重建算法，而必须采用锥形束扫描的新的重建算法，这是与过去不同之处。另外，层面厚度是由不同宽度的探测器组合得到，而不再是采用由马达带动链条来调整准直器，再由准直器将X射线遮挡成所需要的层厚的扇形束的传统方法在重建算法上，有的公司采用多层面锥形线束体层重建算法，其基本特点是：

1。优化采样扫描：主要是以调整采集轨迹技术获取补偿数据信息，减小采样间隔，加大Z轴方向上的采样密度来提高图像质量。

2。滤过内插法：主要是通过改变滤过波形和宽度来调整层面轮廓的外形，有效层厚和图像噪声，以完成Z轴方向上的多平面重建。

就探测器的宽度而言各厂家不同，有各排等宽排列的，也有中间窄二边宽的不等宽排列的。但必须都能满足不同层厚的扫描要求。最小的探测器宽度决定了最薄的层厚，也即决定了Z轴的分辨力。由于探测器的宽度已经小到能满足各向同性的要求，因此使Z向分辨率大大提高。（见下图）在多层CT扫描系统中，数据采集系统（DAS）完成数据的采集和数据传输，是决定同步多层扫描能力和容积扫描及成像的关键。因而各厂家都在DAS系统尤其是探测器上下功夫，纷纷采用新的技术、新的器件以及新的方法。从而使得多层螺旋CT的扫描速度和图像质量不断地取得新的突破。

数据采集

MSCT采用可调宽度的锥形线束进行扫描，根据拟定的采集层厚来选择锥形线束的宽度。锥形X线束（cone beam）实际上是宽的扇形束，其宽度不是仅覆盖一排探测器（单层螺旋CT），而是要覆盖多排探测器，从而实现一次采集可同时获得多层图像信息。

在探测器DAS之间设有电子开关电路。开关被同步控制，用来选择体轴（Z-轴）方向上探测器的数目及组合，以此来控制扫描的厚度并进行数据的采集和传输。亦即由各排被激发的探测器所采集的不同信息组合来决定层厚（未被激发的探测器处于关闭状态）。

每排探测器都有各自的开关控制，并同时控制准直器的宽度来选择扫描层面厚度。因此，单层螺旋CT（SSCT）的层厚由X线束准直宽度决定，而多层螺旋CT（MSCT）的层厚则由DAS系统的探测器的不同组合来决定。

（二）球管

球管的性能、质量及功率直接影响着CT扫描的图像质量。特别是螺旋CT要求一次扫描距离越来越长，要求球管的连续输出功率（或说mA值）越来越大，也要求球管的热容量越来越大和散热率越来越高。球管的热容量从80年代的＜1.0MHU到现在已经发展到8.0MHU。球管性能是伴随着CT扫描系统的发展要求而提高的。

在球管技术的发展中，具有代表性的是：

①GE公司采用了一种被称作为“电子束虑过器技术”的专利技术。通过这种技术有效的过滤低能量电子，以减少阳极靶面被无用电子的轰击而产生的热量。低能电子轰击出的X射线量子携带能量低，因而这些X线量子无法穿透人体达到探测器，成为有效的X射线量子。该公司还采用航天散热涂料以提高阳极散热能力。为了满足多层螺旋CT的需要，GE生产出V8大力神金属陶瓷球管。

V8大力神球管有如下特点：

1）800 mA 最高峰值毫安输出；2）8.0 MHU球管热容量；3）6.9KW小焦点功率，4）335 mA小焦点毫安输出；5）0.6 x 0.7mm和0.9 x 0.9mm双小焦点；随着CT技术的发展，特别是薄层、快速、大范围扫描的应用，新一代CT对其球管性能提出了一个全新的标准—超强爆发力。V8大力神球管（Performix ProTM）是GE公司采用六西格玛设计，运用20多项专利技术设计研发的最新一代球管，匹配了100KW高压发生器，以满足在任何扫描环境下，都能保证高质量图像的要求。

②Siemens公司16层和64层CT采用了STRATOM电子束控金属球管。它采用了Z—sharp技术，利用Z轴飞焦点，实现Z轴双倍采样。这种球管的突出特点是完全不同于过去的传统概念。它的旋转阳极被直接冷却，电子束轰击阳极靶面所产的热量直接由冷却油带走。它已经没有了“热容量”的概念，故称为0M球管。这种球管冷却率可达5.0MHU/min以上。由于旋转轴承置于玻壳之外，直接浸泡于冷却油中，因而不会因过热而损坏（曾有资料证明：一些CT球管因轴承过热而导致损坏）。