双源CT

CT装置

英文全称为Dual Source CT （DSCT），是一种通过两套X射线球管系统和两套探测器系统同时采集人体图像的CT装置。

工作原理

两套X射线的发生装置和两套探测器系统呈一定角度安装在同一平面，进行同步扫描。两套X射线球管既可发射同样电压的射线也可以发射不同电压的射线，从而实现数据的整合或分离。不同的两组数据对同一器官组织的分辨能力是不一样的，通过两组不同能量的数据从而可以分离普通CT所不能分离或显示的组织结构。即能量成像。如果是两组数据以同样的电压的电流值扫描则可以将两组数据进行整合，快速获得同一部位的组织结构形态，突破普通CT的速度极限。

DSCT 有两种工作模式，即单源模式和双源模式，均可通过控制台进行相关设置。

单源模式时主要数据采集与重建系统 A 工作，数据采集与重建系统B处于关闭状态。此时与一台普通 64 层 CT 机无异，即由球管 A 发射 X 射线，经受检者衰减后被探测器 A接收，然后再经相应的图像处理和重建后产生相应部位的 CT 图像。1次扫描 (即 1个采集周期 )球管和探测器组至少要旋转 180b才能获得足够的数据，重建出图像，最多可获得 64层图像。定位像及头颈部、胸腹部及四肢等一些常规平扫、增强扫描常采用单源模式。

双源模式时， 2套数据采集与重建系统同时工作，2套球管与探测器组合，各自独立发射及接收射线，独立完成图像处理，但在图像重建时，由 2套采集系统获得的数据既可以重建出 2组独立的图像，也可以重建出 1组融合的图像，前者 1个采集周期与单源模式相同，即球管和探测器组至少要旋转 180b，主要用于骨骼及钙化的分离、鉴别组织与胶原成分等；后者 1个采集周期球管和探测器组只需旋转 90b，由 2组数据采集系统获得的 2组数据经相应的数学运算、组合后即可实现单源下旋转 180b的效果，但时间分辨率提高了 1倍，主要用于心脏等时间分辨率要求极高的检查。

背景介绍

自英国工程师 Hounsfield 于 1972 年研制成功第一台 CT机起，医学影像领域出现了一次又一次的技术革命。 2004年以前，CT技术的发展主要是在球管和探测器运动方式以及射线束覆盖范围上的变革，直至 2005 年西门子推出全球首台双源 CT( dua-l source computer tomography, DSCT)，使得 CT成像技术才有了更进一步的发展，CT心血管成像才能与数字减影血管造影 ( digital subtraction angiography，DSA )相媲美，并极大地降低了常规 CT 心血管成像假阳性的概率。

2006年中国北京协和医院率先引进了中国第一台双源CT。除开展一些常规检查外, 主要还用于心血管检查、肺结节的计算机辅助检测、胸痛三联征检查、体部灌注成像和结肠仿真内镜等，均取得了良好的效果。开展的研究性工作主要是利用其独有的双能量成像技术，包括体内结石成分及性质的鉴别、肌腱与韧带的 CT 重建成像、急性肺栓塞的早期诊断。

CT技术发展历史

CT 技术的发展按 X 射线束的形状及扫描方式不同，被公认为经历了以下 5次大的技术变革：

20世纪 80年代主要是扫描速度的角逐，在此期间，碳刷和滑环技术的出现促成了螺旋 CT 的诞生，并迅速取代了单一的横断面 CT。 20 世纪 90年代至21世纪初，CT 技术的发展又以努力增加纵轴覆盖范围为目标，先后出现了 4 /16 /32 /40 层 CT 机。直到 2004年，西门子推出全球首台 64层螺旋 CT机( SOMATOM Sensation 64)。此后，鉴于诸多机械制造方面的限制，许多专家认为 CT 机已发展到了极点。但次年西门子在北美放射学年会 ( RSNA )上又推出了全球首台 DSCT 系统 ( SOMATOM De finition)，彻底打破了传统的 CT 技术理念，引发了 CT史上的一次新革命。

DSCT开发背景

CT自诞生后很快就被应用于临床检查，尤其是螺旋 CT 出现后被广泛应用于人体各个部位的检查和诊断。但对于运动器官如肺、胃肠道、大动脉，尤其是心脏来说，一次检查必须要求在有限的时间内完成，且要尽可能保证扫描期间患者无呼吸运动。否则，轻者会出现影像模糊、锯齿状伪影，重者根本得不到具有诊断意义的图像，检查无法完成。另外，空间分辨率也是一个重要参数，同样影响诊断的正确率。

鉴于以上技术限制，西门子抛开了传统的技术理念，在成熟的 SOMATOM Sensation 64技术和 Straton零兆金属球管的基础上，在机架内整合了两套64层图像数据采集系统，使得整个机架在完成 90b旋转后即可获得一幅优质影像。机架旋转 1 周为0. 33 s，但只需完成 90b旋转后即可完成图像采集，所以其时间分辨率达到了 83 ms，实现了单扇区数据的采集和重建，克服了”多扇区重建技术“带来的诸多弊端，极大地提升了图像质量，提高了诊断正确率，这套装置即为世人注目的 DSCT。

装置结构

DSCT整机基本构成包括 2个主机电气柜 ( 1主1辅 )、机架、检查床、水冷系统、成像控制系统 ( imagecontro l system, ICS)、图像重建系统 ( im age reconstructionsystem, IRS) 及图像后处理系统等。

核心部分主要是 2 套既相互独立，又相互联系的数据采集系统。主要有 2个相互独立的高压发生器 A和 B，2个 Straton零兆金属球管 A 和 B，2组超高速稀土陶瓷探测器 A 和B及 2 套相对应的数据采集装置 A和 B组成。除 2套探测器因受机架内可利用有效空间的限制，横向上的长度不同，故而导致有效探测野 ( FOV )不同外，其余同类部件完全相同。

高压发生器 2个，每个最高功率可达 80 kW，当DSCT 2套采集系统同时工作时，最高功率可达 160kW，远高于普通 64层 CT机。

X线球管 2个，球管 A 和球管 B均是西门子拥有专利技术的 Straton零兆金属球管，最大电压 140kV，最大功率 80 kW，最大电流 666 mA，包括 X 射线管组件、偏转电子系统和冷却装置。转子部分直接由发动机驱动, 并在较大程度上旋转对称。阴极带有可选择设置的独立发射系统、偏转电子系统，实现了 Z轴方向上的飞焦点技术, 焦点额定值为 0. 6 *0. 6及 0. 8 * 0. 9。冷却系统是单独的机械组件，不同于 X 射线管组件, 通过可以弯曲的油管相连。阳极靶面直接与循环油相接触, 因而实现阳极直接冷却, 阳极热容量高达 6. 5 MHU /min ( 4. 8 MJ/min),堪称“零兆球管”。用户在使用中完全不必再为球管的热容量担心，可以实现高功率、大范围的连续扫描，甚至可以在保证空间分辨率的前提下一次性完成对患者的全身扫描。

2组超高速稀土陶瓷探测器, 每组均由 40排探测器组成, 中间32排准直宽度为 0. 6 mm，两边各有4排准直宽度为 1. 2 mm 的探测器。其中一个弧度为约 60b的主探测器组，且与球管 A 相对应，另一个弧度为约 32b的辅助探测器组，与球管 B 相对应。由于机架内部空间有限，使得 2套探测器横向长度不同，因此扫描覆盖野不同。

DSCT具有 78 cm的大机架孔径及 200 cm的扫描范围，扩展了临床的应用范围。机架运动部分和多螺旋 CT 一样，也是采用了碳刷和低压滑环技术，但与它们不同的是旋转部分采用了电磁直接驱动技术。

装置应用

传统螺旋CT由于仅有一套X射线发生装置和一套探测器系统，所以在扫描高速运动物体时（比如冠状动脉）将会显得力不从心。通常情况下，工程师通过加快CT的旋转速度来提高CT对运动物体的扑捉能力，但是受限于工业水平和CT旋转时产生的巨大离心力，最快的CT也只能达到0.27秒旋转一圈。双源CT系统

同时使用了2个射线源和2个探测器系统，能够以83ms的时间分辨率采集与心电图同步的心脏和冠状动脉图像。该系统能够在不需要控制心率的情况下，对高心率、心率不规则甚至心律不齐患者进行心脏成像。同时，2个射线源能够输出不同能量的X射线。利用双能曝光技术明显改善CT的组织分辨力。

DSCT 单从结构上看与普通 CT 机差别不大, 但从临床应用分析的某些方面却有着普通 CT机不可比拟的优势。

心脏成像

DSCT 最大的优势在于心脏成像方面。

双能量成像

即在两种不同的能量下成像。其依据是不同成分的组织在不同的 X 射线能量照射下表现出的 CT 值不同，再通过图像融合重建技术，可得到能体现组织化学成分的 CT 图像, 即组织特性图像。

普通扫描

对于普通检查，DSCT只用数据采集系统 A，数据采集系统B处于关闭状态，此时相当于一台普通的 64层 CT机。

辐射剂量

CT的辐射问题早已受到了广泛的关注。尽管现有的CT设备一般都会将辐射剂量控制在安全剂量范围内，但我们仍然希望CT检查时的辐射剂量能够越低越好。尽管双源CT 系统使用2 套X 线球管系统和2 套探测器组，但其在心脏扫描中的射线剂量都只有常规CT 的50%。由于其具备很高的时间分辨率，能够在一次心跳过程中完成采集心脏图像，从而使利用多扇区重建的大剂量扫描方法成为过去。另外，双源CT 采用了依据心电图的适应性剂量控制，最大程度地降低了心脏快速运动阶段的放射剂量。这些技术的综合使用使图像的采集速度和效率提高了1 倍，即使与能量效应最高的单能扫描仪相比，双源CT 在正常心率条件下的放射剂量将至少降低50%。

结语展望

DSCT 是基于西门子成熟的 64层 CT 技术之上的崭新设备，在扫描速度、时间分辨率和空间分辨率上有了更高的突破，其整体优越的性能主要依赖于Straton零兆金属球管、电磁直接驱动技术、静音扫描技术、特殊散射线校正重建技术、特殊的射线剂量调控技术，特别是适应性心电门控剂量调控技术的应用。在冠状动脉成像方面有着普通CT 机不可比拟的优势，双能量成像方面也有其独到的优势，但由于诸多亟待解决的问题，其临床实际价值尚需大量的临床验证。但从总体上说，DSCT 是CT 技术上的一次新革命，其开创了 CT 史上的新纪元。

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