全球最先进“双源CT”落户南方医院

     双源CT（dual source CT，DSCT）首先由西门子公司在2005年RSNA推出（SOMATOM Definition）。由于其拥有业界最高的83 ms的时间分辨率，能够在无需使用β-受体阻滞剂和不受心率影响的情况下对最具临床挑战性的心脏病患者进行成像，实现清晰心脏图像的可靠采集，成为目前关注的焦点。现就其结构、原理及临床应用作一简要介绍。
       DSCT结构
       DSCT拥有两套X线源和探测器系统，两套系统在机架内成90度排列。两套探测器系统大小不等，其中大的探测器可覆盖机架中心（scan field of view, SFOV）50 cm的范围，小探测器由于机架内空间的限制，只能覆盖机架中心处26 cm的范围。大小探测器都是由40排组成，其结构均为32×0.6 mm和8×1.2 mm。两套探测器在z轴方向的覆盖宽度均为28.8 mm。应用飞焦点技术后，32排0.6 mm的探测器在中心0.3 mm采样的情况下可组成一个64层的投影，这样，每旋转一圈每个探测器就可以获得64层相互重叠的0.6 mm的图像。两个X线管均可独立选择管电压和管电流，如果两个X线管采用不同的管电压进行扫描，就可获得两种能量的数据，从而进行能量减影。机架的最短的旋转时间依然是0.33 s，也可以选择0.5 s或者1.0 s。
       DSCT心脏扫描工作原理
       DSCT心脏扫描的最大优点就是提高了时间分辨率，其时间分辨率几乎达到了机架旋转时间的1/4，使得心脏扫描不再受患者心率的影响，因此也就不再需要多扇区重建。一般而言，部分重建主要用于单源CT的ECG重建上，其扫描数据应包括1800的扫描数据加探测器扇形角（50－600，这取决于CT系统的几何系统），这是机架中心整个50 cm扫描区域（SFOV）图像重建所需要的最少数据量。在扫描中心点处的时间分辨率由数据的采集时间窗所决定，类似于层敏感度曲线（SSP），时间分辨率也是以时间敏感度曲线（TSP）所决定，其值等于TSP的半高宽（FWHM）。在DSCT，并行采集的半扫描投影能被分割成两个1/4扫描投影，它可在患者心动周期的同一相位和同一解剖结构由两个呈900排列的探测器同时获得。两1/4扇区之间可添加一些平滑过渡函数，目的是避免各自开始和结束投影过程中一些潜在的不连续而导致的条纹或其他伪影。这些过渡函数的应用不会改变时间敏感曲线的半高宽。由于第二个探测器不能覆盖整个的SFOV，它的投影将通过第一个探测器在相同投影角获得数据进行外推和修正。因此当SFOV的中心被两个获取系统所覆盖时，其时间分辨率△Tima等于机架旋转时间的1/4。对于机架旋转时间为0.33 s时，其时间分辨率△Tima就等于83ms，与患者的心率不再相关。从一个心动周期获取的数据用来重建一张图像，因此DSCT最基本的模式相当于单扇区重建，这与传统的MDCT系统有较大的不同，这在理论上提供了与多扇区重建所相同的时间分辨率。在单源CT，时间分辨率与心率密切相关。一个稳定且可预知的心率和几乎完全周期性运动的心脏对成像极其重要，最佳的时间分辨率只能在某些特定心率时才能获得，此时患者的心率和机架的旋转时间正好不同步。对于传统的单源CT（如SOMATOM Sensation 64），在机架旋转时间为0.33 s时，要想达到83 ms的时间分辨率，只能在心率为66 bpm、81 bpm和104 bpm时通过两扇区重建才能实现，而DSCT在任何心率时只用一个心动周期的数据就能实现。
       多扇区重建算法应用于DSCT是非常有趣的。在两扇区重建中，被两个探测器分别获取的1/4扇区的投影将被分割成更小的扇区进行采集，这与传统MDCT的两扇区重建很相似。DSCT采用两扇区重建后，时间分辨率将随患者心率改变而改变，在机架旋转速度为0.33 s时，时间分辨率平均为60 ms（最小可达42 ms）。冠脉检查并不推荐采用两扇区重建，但它对与一些高级功能的评价是很有用的，例如心室壁运动异常的探测，心脏功能参数的测定，例如：峰值射血函数。对于冠脉检查和基本的功能评价来说，单扇区重建对于任何心率均可提供足够的时间分辨率。
       既然在高心率情况下冠脉CTA和一些功能参数评价时不需要多扇区重建，床的运动速度就能与患者的心率有效的配合，在心率提高时能自动提高床的运动速度。对于单扇区ECG螺旋重建其螺距不应超过：
                  P=（（M－1）/ M）（trot / TRR）
其中M是指校准的探测器数目，trot是机架旋转时间，TRR是患者的心动周期，对于评价的DSCT来说，M=32，trot＝0.33 s，假设心率已知（每组心率范围为10 bpm），螺距和床运动速度就可以被计算出来，如下所示：
       心率（bpm） 螺距（pitch） 床速（mm/s）
          50－60          0.21               12.8
          60－70          0.27               16.0
          70－80          0.32               19.2
          80－90          0.37                22.4
          90以上          0.43                25.6
       在高心率下提高pitch不仅缩短检查时间，同时也降低了患者的辐射剂量。对于单源CT，在高心率时由于多扇区重建要用来提高时间分辨率，所以pitch不能增大。但这对于DSCT来说没有必要。另一个降低患者辐射剂量的方法，是应用了适应性的ECG脉冲调控技术，可对异位性波动和心率的改变有相应的反应或调节。

       DSCT在非心脏扫描中的应用

       采用用DSCT中两套系统中任何一套，DSCT均可被作为一个64层单源CT，它的应用和单源64层螺旋CT一样，如果两套系统同时采用，除了提高时间分辨率外，还可为非心脏检查提供一些更有趣的功能。

       首先，两个球管可在螺旋或者断面扫描时同时提供最大160 kW的功率。另外两个球管可分别以不同的管电压和管电流进行工作，例如：一个X线管采用80 kV，另一个选择140 kV，获得双能量数据。由于双能量后处理算法的成功应用，两套系统所获取的数据集的噪声几乎是一样的，解决了以前在低kV扫描时射线源功率不足的局限性，使其双能量数据集能在亚秒级扫描中同时获得。

       双能量数据对在一次CT检查中基于X线衰减系数的生态学信息在原则上增加了功能信息，其潜在的应用是骨组织和充盈碘对比剂血管的分离，例如：Willis环，骨组织能被自动去除而只剩下血管的影像。在低能量射线下，碘的CT值下降比骨组织成分明显，这是双能量CT骨组织和碘分离的理论基础。在140 kV下，大于100 HU的像素能被分离出是碘还是骨组织，分离的质量随着CT值的增加而提高。但是在低或者中等CT值时，分离效果受噪声影响明显，需要额外的后处理算法来区分这些像素。

     DSCT的剂量问题

       DSCT问世以来，剂量问题一直是大家所关注的焦点。因为常理看来，两球管工作将带来双倍的剂量。但事实证明，不是这样。由于DSCT采用了一些新的技术和算法，使DSCT的心脏扫描剂量明显降低，其主要体现在：优化心电门控算法，使其曝光时间窗明显缩短；对于任何心率均采用单扇区采集，使螺距有了更大的选择余地；优化射线束滤过器，避免心脏以外的区域受到不必要的射线照射。正因为上述三方面的作用，DSCT心脏扫描的剂量比单源CT大幅降低，据Thomas Flohr等人测试（见Radiation dose with Dual Source CT一文），DSCT剂量比其单源CT在同等心率降低约50%左右，在心率大于70次情况下，剂量降低更加明显。

       DSCT的前景

       由于DSCT在制约多层螺旋CT的瓶颈性难题上已获的巨大的突破，使过去在临床应用中的不足之处有了明显改善。技术的创新必然改变医学影像学的思维，原来的二维思维模式必然被现在的三维、四维影像所取代，解剖化、功能化的CT时代和我们的距离越来越近。同时DSCT也为日后的一些科研课题奠定了良好的基础，如血管与骨骼的直接减影，肿瘤的分类与鉴别，血管斑块的定性与急诊医学的体液性质等。

     出自中华医学会影象技术学会网站 亓恒涛（qihengtao@126.com）

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