第一节 CT设备的现状与进展

1895年11月，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管时，偶然发现一种能穿透物体并能使荧光物质发光和涂有溴化银的胶片感光的射线，因当时不知其性质，故将其命名为“X”射线，从此，这种不可见的射线逐渐被人们认识，广泛地应用在医学领域。普通X线摄影是使三维立体解剖结构借助于某种介质（如胶片、荧光屏等）以二维影像的方式表现出来，但影像相互重叠，相邻的器官或组织之间厚度和密度差别较小时，边缘不锐利，对X线的吸收不明显，则不能形成对比而构成有诊断意义的图像。计算机体层成像（computed tomography，CT）装置的出现实现了影像诊断的一个飞跃，解决了普通X线摄影不能解决的很多问题。目前，CT设备（包括低档设备）中，已全部采用滑环式设计、螺旋扫描方式，探测器也全部改用固态的、低余晖、高检测率的材料。标志着常规CT扫描机已完成从层面扫描到螺旋扫描的换代。意味着CT的功能和基础理论已全面更新，也将对各级医院实施CT的更新换代产生重要影响。和常规CT层面采集不同的是，螺旋CT采用容积采集，从而使采集信号的速度、质量和类型均发生了质的变化。在容积采集的基础上，得以实施高级后处理功能。另一种改进型——电子束CT，也称超高速CT，是以电子枪代替X线管，可以极快速地完成感兴趣结构扫描，尤其适用于动态器官成像，如心脏的冠状动脉成像等。

2007年的北美放射学年会，多家厂商宣布推出128层、256层以及320/640层多层螺旋CT扫描仪等，使多层螺旋CT发展的步伐又迈出了坚实的一步。

128层CT的X线管仍采用电子束X线管（straton tube），发生器功率为100kW，机架开口的孔径为78cm。探测器阵列纵向的排列方式为等宽64排，单个探测器宽度为0.6mm，纵向探测器阵列的总宽度为38.4mm。128层的采集方法仍采用“z-sharp”飞焦点技术，即利用64排物理探测器阵列通过曝光时焦点位置的瞬间变换，获得双倍的层面采样，机架扫描一周最短时间缩短至0.30秒。在扫描功能上除了64层已有的功能外，还开发了螺旋动态扫描方式，螺旋动态扫描最大覆盖范围为27cm。

256层CT探测器的物理排数为等宽128排，单个探测器的宽度为0.625mm，探测器阵列纵向的宽度为80mm。扫描机架旋转部分采用了气垫轴承技术，使旋转一周扫描时间缩短至0.27秒，心脏成像时的时间分辨力可达34毫秒。值得一提的是，256层螺旋CT成像也采用了飞焦点技术，使128排的物理探测器阵列通过z轴双倍采样，获得了旋转一周256层图像的结果。在心脏冠状动脉成像方式中，256层CT可采用螺旋或非螺旋扫描方式，两种方式的机架旋转时间都是0.27秒，螺旋扫描可使用全部80mm的探测器，但相对而言，非螺旋扫描的图像质量较高且辐射剂量较低。动态扫描最大覆盖范围为40cm，动态连续扫描时间为20秒。

320层CT和640层CT也已开始临床应用。640层CT探测器阵列物理排数也为等宽并且达到320排，每排探测器的宽度为0.5mm，因此该款机型探测器阵列纵向的物理总宽度达到160mm，扫描机架旋转一周的最短时间是0.35秒。在冠状动脉扫描成像中，一般采用非螺旋扫描模式，由于160mm足够覆盖整个心脏，故在心率控制良好的情况下，一次旋转就能完成整个心脏图像的采集。心脏成像的图像重建方式根据心率的变化有单扇区（180°）、双扇区（90°）、3扇区（60°）以及5扇区（36°）。在螺旋扫描模式中，由于大探测器阵列的辐射剂量、对比剂注射流率和高速床移动的原因，320层CT只采用了其中的64排探测器阵列，即32mm的物理覆盖宽度。而640层CT探测器阵列的总宽度和探测器的排数不变，通过扫描时z轴上通道的动态偏置达到双倍采样的目的，最终使扫描机架一次旋转获得双倍640层的图像。同时，在螺旋扫描方式中改变为采用中间的160排探测器（160×0.5mm），使该机螺旋扫描一次旋转的覆盖范围增加到了8cm。

宝石能谱CT的基本配置为64排的探测器阵列，扫描机架旋转一周的最短时间为0.35秒，但其在X线管、探测器材料和高压发生器上作了重大的改进，配以专用成像软件，可实现能谱成像。在X线管方面，将传统的双灯丝改为了单灯丝设计，并可在扫描的同时实行动态变焦（dynamic focal spot）；在探测器材料的选择上，采用了宝石分子结构的材料，与其他稀土陶瓷材料相比，其通透性增加约100倍，清空速度增加约4倍，因而提高了图像的分辨力；得以实现能谱成像的另一个重要技术是高压发生器的改变，该CT的高压发生器可在瞬时变换两种高（140kVp）、低（80kVp）不同的能量，变换周期为0.5毫秒。在以后推出的新款CT中，利用动态变焦技术，在机架一次旋转后可获得128层图像。在临床应用方面，能谱成像（gemstone spectral imaging，GSI）可在40~140keV的范围内，生成101种单能谱辐射，并形成两种基物质图像（水基图像和碘基图像），在基物质图像的基础上，可对人体多种组织进行分析。基于GSI技术，该机还可有效去除体内金属植入物伪影，如髋部的金属内固定物和金属材质的义齿等产生的伪影。另外，该机的图像重建还采用了改进的统计迭代重建方法（advanced statistical iterative reconstruction，ASIR），使CT成像的剂量得以进一步降低。