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双源CT结构及原理

  目前,单源CT的时间分辨率未能突破100ms,加之多排CT采用多扇区采集,因不同心脏周期数据整合错位和扫描时间与剂量成倍增加的原因,对于心率过快、心律不齐的病人,心脏成像仍无法获得满意的图像质量。也只有心率较低、心律平稳的患者才适合做心脏的CT检查,对于高心率病人则需要利用药物来降低心率,但结果不佳。因此,要使CT的扫描速度再加快,其旋转的速度必须克服离心力的作用才行,然而当今此速度已经达到极限。由此,双源CT应运而生。

  1.双源CT的结构

  双源CT(Dual Source CT,DSCT)的基本结构包括:主机配电柜(一主一辅)、扫描机架、检查床、成像控制系统(Image Control
System,ICS)、图像重建系统(Image Reconstruction System,IRS)及图像后处理系统等。

  双源CT是在目前成熟的64层CT技术上,装有2个高压发生器、2个直接冷却的零兆金属球管、2套超快速陶瓷探测器组、2套DAS(数据采集系统)来采集CT图像。机架内体积只有常规1/4大小的2个X线球管既节约机架内空间又减轻旋转部分重量,为扫描提速提供可能。球管在X-Y平面上间隔90°,也就是说,机架旋转90°即可获得180°数据,使单扇区采集的时间分辨率达到83毫秒。两个X线源的每个最大峰值输出功率为80kW,同时工作为160kW,即使在较快的扫描和进床速度下,也能确保图像的质量。

  dsct.jpg

  双源CT采用双能量扫描时2个球管的管电压分别为80kV和140kV,低kV球管的管电流为高kV球管管电流的三倍,以保证其输出的射线有足够的能量,2个球管能同时、同层进行扫描,所获得的低能和高能数据不存在位置和时间上的偏差,这就拓展了双能CT的应用。

  双源CT具备78cm孔径和200cm的扫描范围,使移床速度达87mm/s条件下仍可获得小于0.4mm的各向同性分辨率,不受受检者体型和体重的影响,而单源CT扫描的范围在此情况下将受到限制。此外,双源CT实现了电磁直接驱动,并采用先进的静音技术,特殊的散射线校正技术。

  当然,双源CT(DSCT)并不总是或同时使用2个射线源,常规检查或非心脏冠状动脉检查时使用一个射线源,与原有的64层CT作用相似。

  2.双源CT的原理

  2只球管在X-Y平面上间隔90°,各有40排探测器的2个探测器组分别固定于对侧,其中1个为约60°弧度及50cm扫描直径的主探测器组,另1个为约32°弧度及26cm扫描直径的辅助探测器组。2个探测器组均采用不对称模式,即中间是准直为0.6mm的32排宽度的探测器,而两边各有4排宽度为1.2mm准直的探测器,避免X射线锥形束在探测器组Z轴方向的非平行化加重,使部分X射线被准直器阻挡而产生探测误差。超薄层扫描时只使用中间的32排探测器组,实际组合为0.6mm╳32,其纵向覆盖的等中心宽度为19.2mm(32╳0.6mm),每周期扫描可以出32幅0.6mm层厚的CT图像;当扫描层厚≥1.2mm时,实际组合为1.2mm╳24(32/2=16,16+8=24),此时两边准直宽度为1.2mm的2组4排探测器也使用,其纵向覆盖的等中心宽度为28.8mm(1.2mm╳24)。扫描时由于采用Z轴飞焦点技术,2个连续以0.6mm准直宽度获取的32层采集数据可组合成等中心取样厚度为0.3mm的64层投影,因此,每周期扫描每个探测器组可获得层厚为0.6mm的重叠64层图像。

  使用该设备进行定位像扫描只使用1套主DAS(单源),而轴位像扫描通常采用2种模式。1种在机架旋转扫描过程中只使用1套主DAS(单源),其工作原理与单源64层CT基本一致。此时主球管产生X射线由对侧主探测器组接收经过相应后处理1次扫描产生64层CT图像。要获得1幅完整的CT图像,主球管及主探测器组至少旋转180°(1个采集周期)才能获得足够数据重建图像,而要得到心脏最佳图像则需小于100ms的时间分辨率(180°采集),即机架转速必须达到每周0.2s,此时离心力达75G,对于目前制造工艺很难达到。目前通过采用附加静音处理的磁悬浮技术所能达到的极限转速为3周/s,即旋转1周约0.33s(1s/3周),可获最高167ms[1000ms/(3╳2)]的时间分辨率,当该时间分辨率对于心血管检查不够快时,还可采用多扇区采集重建技术,由ECG(心电门控)控制在心动周期同1时相分别连续进行多扇区数据采集并图像重建来提高时间分辨率,理论上讲扇区分得越多时间分辨率越高,但由于不同心动周期相同固定时相心脏状态的不一致性、ECG门控技术对于心律不齐患者的局限性及扫描时间延长对患者屏气要求增高,可能在图像重建时出现数据整合错位,降低心跳时相定位可信度,并且X射线剂量由于扫描时间延长而增大,更何况该技术的应用对图像质量的改善也仍不明显。

  另1种是两组DAS同时使用,每个球管产生X射线分别由对侧探测器组接收经过相应后处理1次扫描产生64层CT图像。由于这2个探测器组在Z轴方向同处1个平面,因此,图像空间分辨率与单源的相同。由于扫描时2个球管同时曝光,机架只需旋转90°(1/4周为1个采集周期,2个球管共旋转180°)即可获得高质量图像,时间分辨率约83ms[1000ms/(3╳4)],比前者提高1倍,可适合任何心率的心血管扫描,因此,不需采用多扇区采集重建技术。在心血管扫描时,由于2个球管的曝光由ECG控制仅在心动周期某一时段进行,并且当心率加快时,通过自动增加螺距的方式自动提高进床速度以保持与心跳同步从而加速扫描完成。

  由于曝光时间缩短而降低患者射线总吸收剂量,与单源64层CT比至少降低50%。双源功能不等同于2套DAS的简单叠加,2个球管的管电压和管电流(能量)可根据不同需求设成相同或不同。相同时主要用于提高时间分辨率或增加肥胖患者射线功率,2个球管同时160kW高功率的曝光所产生的2组数据可叠加以提高图像SNR;不同时,可管电压相同而管电流不同,或两者均不同,如管电压分别为140kV和80kV,管电流分别为1:3,主要用于双能量减影技术,即双能量摄影技术,简称DER,即2个具有不同能量的球管同时曝光可获得2种反映同1组织在不同能量射线的照射下所具有的不同X射线衰减特性,从而可进行机体组织结构成分区别与鉴定、病变分类与鉴别及组织功能探索与研究等。

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