CT设备发展与现状

CT设备的发展与现状CT机即计算机断层扫描computed tomograhy简称CT,是由英国工程师 Hounsfield在1969年首先设计成功的一种断层摄影装置，并于1972年制成了第 一台头颅CT机，由他和精神放射学家Ambrose成功地应用于脑部，获得了第一例脑 肿瘤影像.由此Hounsfield和Cormark（美国物理学家，1963年首先建议用X线扫 描进行图像重建，并提出精确的数字推算方法）荣获1979年度诺贝尔医学生物学 奖40年来随着技术的发展,CT机已经由最初的所谓第一代进展到目前的第5代 CT机、多排螺旋CT、PET/CT、双源CT,其性能和技术的改革异常迅速.第一代CT机这是一种最原始的CT机。此机在病人的两侧分别装有一个X线管和一个晶 体检测器，在对X线管所产生的光束进行准直后，使光束与检测器成为一条连线， 当作扫描运动时X线管和检测器作平移运动扫描，然后，X线管和检测器绕病人 旋转 1°，再作一次平移扫描，如此重复，总共旋转180°，这样，就能从不同的 方向上采集某一扫描部位的投影信号，并由图像处理机加工处理，这种扫描过程 很费时间，要3.56分钟才完成一次扫描，这不适合运动性大的器官，尽管其图 像质量不太理想，但这是一个新的医疗技术的开端。第二代CT机第二代CT机同第一代CT机差别不大，它以若干个（约360只）晶体检测 器代替第一代的只用一只检测器，使在一次平移扫描时记录下来的投影数目增加 了若干倍数，同时，X线光束的形状是小角度的扇形，覆盖了全部检测器，这样 使一次扫描的效率成倍提高。扫描时间缩短，只需用 30 秒左右完成一次扫描，第 二代机基本上也是用于头颅检查，但它有快速和慢速扫描二种机型，其中的快速 机型检测器多， X 成扇形张角大，可以用于全身扫描检查。第三代CT机第三代机是一个全新的机型，它消除了横向平移扫描，X线扇形光束的张角 扩大到覆盖了整个人体的截面，约3045°左右，约有300个左右的检测器包括 在扇形角之内，在扫描时，X线管和检测器同步地围绕人体的轴心进行连续旋转。 它的最主要的优点是，仅仅用 510秒钟就能完成一次扫描，由于宽的扇形张角， X 线的利用率提高，数据采集量也就增加，所以图像质量就比前二代机型好。第四代CT机第四代机克服了第三代机环形伪影的缺点，将晶体检测器360°均匀分布在 环形扫描机架上，约有4201500 只左右，扫描时检测器是静止不动的，而 X 线管 在检测器降到圈内旋转，在扫描产生出的图像上，每一点都是由所有的检测器进 行数据检测后重建出来的，这代机型又称反扇形光束机型，因为扇形的原点是在 检测器上，而不是在X线管的焦点上，每一检测器都受到许多的X线光束组成的 扇形光束的照射。实际上第四代机的扫描时间并不比第三代机快。除了能克服环 形伪影，图像分辨率略有提高外，它还有很多不理想的方面。第五代 CT（e-Speed 电子束 CT）e-Speed电子束CT是由美国GE公司于1983年开发并应用于临床制造的新型 CT扫描机，是CT的一种特殊类型，与常规CT的主要区别在于由电子束取代了 X 线球管的机械旋转。由电子枪发射电子束，再由电子束轰击扫描架上的靶环，由 靶环发出X线，通过电子枪内的偏转线圈使电子束扫描钨靶，被扫描的钨靶产生 往返运动的X线，对患者进行扫描。e-Speed电子束CT结合了电子束CT和多层CT的优点，无X线球管机械旋转 的速度限制，扫描速度要远远高于多层螺旋CT，成像时间大大缩短，每周只需50 毫秒，e-Speed电子束CT的超高速扫描能完全避免跳动的心脏及流动的血流在成 像过程中的影响，因此，临床上主要应用于心血管疾病的诊断，也是心血管疾病 动态影像临床应用的最好手段。螺旋 CT螺旋CT突破了传统CT的设计，采用滑环技术，将电源电缆和一些信号线与 固定机架内不同金属环相连运动的X射线管和探测器滑动电刷与金属环导联。球 管和探测器不受电缆长度限制，沿人体长轴连续匀速旋转，扫描床同步匀速递进 （传统 CT 扫描床在扫描时静止不动），扫描轨迹呈螺旋状前进，可快速、不间断 地完成容积扫描。CT自上世纪70年代问世来，不断获得改进，从第一代到第五代，不断缩短 扫描时间和提高图像质量。1989年由于解决了高压发生器与X线球管一起旋转的 难题。X线管可以螺旋式的运动了，再加上滑环技术，把CT技术推上了一个新的 水平，即螺旋CT的问世。原来的CT每次扫描都必须经过启动、加速、均速、取 样、减速、停止等几个过程，大大限制了扫描速度，而螺旋CT克服了上述缺点， 可以连续旋转扫描，患者的床也以一定的速度前进和后退，这不仅将扫描速度提 高好几倍，而且这种螺旋扫描不再是对人体某一层面采集数据，且围绕人体的一 段体积螺旋式的采集数据，被称为体积扫描，它不仅速度快，而且获得的三维信 息，这就增加了信息处理的内容和灵活性，它可以得到真正的三维重建图像，使 血管立体成像（CT Aogiography）成为可能。所以螺旋CT的功能大大的增加了， 如组织容积与分段显示技术、实时成像技术、三维重建图像、仿真内窥镜技术及 心脏功能评估等等。1998年在单螺旋、双螺旋的基础上，医学工程技术人员又推出了多层螺旋 CT， 使CT的发展又上了一层楼。多层螺旋CT与单层螺旋CT机比较，有很大的改进。 首先，单层螺旋CT采用扇形X线束，单排探测器，而多层螺旋CT则用锥形X线 束，多排探测器，大大提高了扫描速度，旋转一周的扫描时间可短至 0.5秒，同 时旋转一周可获得多层图像。多层螺旋CT没有了阶梯状伪影，图像更接近于立体 解剖图像。PET/CTPET/CT的全称叫正电子发射断层显像/X线计算机体层成像。这个显像技术是将极其微量的正电子核素示踪剂注射到人体内，然后采用特殊的体外测量仪器（PET）探测这些正电子核素在人体全身各脏器的分布情况，通过计算机断层显像 的方法显示人体的全身主要器官以及大脑、心脏的生理代谢功能和结构，同时应 用CT技术为这些核素分布情况进行精确定位，使仪器同时具有PET和CT的优点, 发挥出各自的最大优势，同时具有解剖和功能的信息，又弥补了各自的缺陷，是 目前影像诊断技术中最为理想的结合。PET/CT，代表了当今医学影像发展的最高 水平，是分子影像学的重要技术代表。PET/C将PET和CT （计算机体层显像）有机结合在一起，使用同一个检查床 和同一个图像处理工作站，将PET图像和CT图像融合，可以同时放映病灶的病理 生理变化和形态结构，明显提高诊断的准确性。PET-CT 不仅能反映人体解剖结构改变，更重要的是可以提供体内功能代谢信 息，从分子水平揭示疾病发病机理和治疗效应，是临床诊断心脑疾病和肿瘤的重 要手段。双源 CT在 2005 年，西门子公司和先灵公司共同研制的 X 射线 CT 新技术，首次在SOMATOM Definition产品上同时使用两个X射线源和两台探测器，它也是世界上 第一个双源CT系统。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）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，目前最快的CT也只能达到0.27秒旋转一 圈！而双源CT的出现则彻底改变这一现象。通过两套X射线球管系统和两套探测 器系统同时工作，则相当于将扫描速度提高了一倍。从而使“等效旋转速度”提 高到 0. 165秒或0. 15秒（视不同机型设计而定）。通过该技术的临床应用，从而 实现对绝大部分病人或正常人的心脏冠脉进行完全无创伤性的检查。尤其是心律 不正常的受检者或者是心率非常高的受检者。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射线的射线， 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。由于双源 CT 将扫描速度和扫描效率大大提高，所以明显缩短了检查时间，也 就意味着受检者接受的X射线量大大减少。与常规多层螺旋CT相比可以大大降低 X 射线剂量。发展双源 CT 对临床医学与影像学的影响现在新型的双源CT （DSCT）扫描速度可以达到或接近0.30s，检查时间达到 0.04s!双源CT把扫描时间带入了现在的亚秒时代，也明显减少了造影剂的用量。 现在新型的双源CT具有83ms的时间分辨率，在扫描心脏时可以不受心率的影响。 由于有了两个宽体的探测器，使螺旋CT层数增加，使过去难以观察的运动脏器（心 脏、肺脏与结肠）解剖细节诊断成为现实。目前的双源CT能够以容积覆盖速度， 在极短时间内完成扫描，已获得伪影影响极小的高质量的图像，解决了临床工作 中过去一些烦恼问题如受检者体型过高或过胖难题。还有在扫描中通过控制两个 球管中管电压（管电压可以是相同、也可以是不相同），达到在一次扫描中同时 采集两个数据集，此数据集反应了扫描组织中不同或相同的两个信息，以实现超 出扫描对象本身而获得更多组织内或组织间的特殊有益细节，这对于临床应用意 义显著（它可以区分、甚至识别与鉴别两个组织）。另外，双源CT也为日后的一 些科研课题奠定了基础如血管与骨骼的直接减影、肿瘤中的肿瘤分类与鉴别、血 管斑块的定性与急诊医学的体液性质等，总之，双源 CT 为临床医学特别是影像医 学的发展又开启了一扇了解未知的新途径。