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从建军90周年阅兵看CT的多维度发展

影像新视界  · 公众号  · 医学  · 2017-08-01 12:53

正文


庆祝中国人民解放军建军 90周年阅兵,2017年7月30日上午9时在朱日和训练基地举行,是庆祝中国人民解放军建军的重要纪念活动之一。这是习近平主席首次在野战化条件下亲临沙场检阅部队,是我军首次以庆祝建军节为主题举行的专项阅兵,也是我军革命性整体性改革重塑后的全新亮相。


接受检阅的共有 12000名官兵、600余台(套)装备,1个护旗方队、27个地面方队和9个人员方队;陆海空三军航空兵100多架战机编成1个纪念标识梯队、1个空中突击梯队和6个空中梯队,从东北、华北6个 机场 起飞。此次阅兵反映了现代新型军兵种力量鲜明特色、体现信息化联合作战编成及运用方式,展示我军规模结构和力量编成的新重塑。可以看出解放军发展的多维度和打赢立体战争的强大实力。


而担负了我们日常医疗活动的现有 CT设备的性能其实也有四个“维度“:快、宽、能、低。这些关键词是CT历史上不同发展阶段的主要方向,也是现如今评价CT设备性能的重要指标。因为各大国际设备生产商在超高端CT的开发和设计上越来越关注临床应用功能的拓展,尤其是在最近十年里,这四个”维度“的技术发展更是日新月异,不断地推陈出新,尽管每个生产厂家的发展思路各有不同,但是殊途同归,最终在”快、宽、能、低“四个方面”达成共识“,比如Siemens公司的Flash双源CT(2008年上市)、Toshiba公司的320排AquilionVision Edition(2013年上市)、GE公司的256排Revolution CT(2014年上市)等。这些技术平台的功能整合和统一代表了超高端CT的发展高度。

今天的这些超高端 CT都已满足快、宽、能、低的四项临床要求,而其中的Flash双源CT更是完美诠释了这四项指标的内涵。


一维:快

CT对于扫描速度的追求40年不变,从最初头颅专用机的几个小时颅脑成像,到今天心脏0.25秒瞬间成像,充分体现了CT工程学科技的巨大飞跃。CT扫描速度主要取决于两个关键指标:xy轴时间分辨率和z轴时间分辨率;xy轴时间分辨率即单扇区时间分辨率,取决于机器的固有转速,转速越快,单扇区时间分辨率越高;z轴时间分辨率即大螺距扫描,代表了CT容积覆盖的速度。Flash双源CT的单扇区时间分辨率高达75ms,能够完成3.4大螺距的容积扫描,实现了45.8cm/s的炫速检查,能够完美呈现高心率和心律不齐状态下患者的心脏成像,同时具备心脑血管一体化大范围快速扫描的能力,将CT速度演绎到了极致。


二维:宽

CT的发展方向之一就是不断拓展探测器的物理宽度,尽可能大的增加z轴覆盖范围,从64层CT时代的4cm,到目前最宽的CT:东芝的320排CT和GE的256排CT,其覆盖范围达到了16cm;宽体探测器固然有其临床优势,例如可以实现一些单器官的探测器宽度覆盖轴扫成像,但是也有其技术局限性,由于16cm宽体探测器目前固有的散射线干扰和高辐射剂量难题还不能很好的解决,所以除了轴扫可以实现16cm扫描,而对于占据了日常CT检查量的85%的螺旋扫描而言,只能用到部分探测器,即8cm或者4cm的覆盖宽度;当面对全肺、上腹部等更大范围灌注检查时,依然力不从心。为了满足更大范围器官灌注、血管动态血流分析和关节动态功能检查的需求,Flash双源CT凭借超快速螺旋往复式采集成像技术,其覆盖范围达到48cm,超越探测器物理宽度,实现真正的大范围覆盖,3倍于传统宽体探测器CT,同时尽可能低的减少了射线辐射。


三维:能

CT能量学技术是近10年来CT最伟大的发明之一。高端CT的发展在秉承提高时间分辨率、空间分辨率和密度分辨率等传统技术的同时,创新性的开拓了CT微观影像学广阔的应用领域:能量学成像,引领第四次CT影像革命。使得CT从对宏观结构性观察深入到微观物质成分和元素的定性识别和定量分析,从而实现了CT的显微组织学和功能学诊断,因此CT能量成像受到业内越来越多的关注,成为了临床和科研的热点。

Flash双源CT为代表的双能量成像技术,能够突破单源能谱CT的硬件限制,以独有的SPS能谱纯化技术,消除能谱重叠,凸显高低能量的差异性,提升物质的鉴别能力和量化精度。实现全部位低剂量高精度的能量应用。通过两套球管/探测器的设计,可以实现同时,同物质空间的能量扫描,即使在高流速增强的状态下,也能保证增强信息的同时获取。0.28秒的高机架转速,可以消除能量扫描过程中,由于病患运动带来的伪影和和数据不准确。更是凭借全球超过1500的装机量、超过150篇科研论著、每年超过 75 万例的扫描成为CT能量成像的金标准,尤其2013年中国医学影像界基于双源双能量成像研究的两大课题项目分别获得了国家科学技术进步奖二等奖和中华医学科技奖一等奖,再一次印证了该技术的先进性和领导作用。


四维:低

CT发明前人类就已了解X线辐射的危害,因此低辐射剂量是贯穿CT技术发展的基本要求。CT的成像既然离不开X射线,因此任何先进的CT技术都要以低剂量为发展前提,为了尽可能降低辐射剂量,影像学家和工程师共同努力,从CT整个影像链:X线产生、接收、信号转换与传输及图像重建入手,不断改进技术方案,寻找着图像质量与辐射剂量的平衡点。


CT影像链中,首要的是X线接收环节,探测器是CT成像的核心,这得益于探测器材料学的进步和物理阵列的变革:CT探测器材质从气体到固体,直至超高速稀土陶瓷晶体(UFC)的产生,对X线光电转换效率和余晖效应已达到前所未有的高度;探测器的作用在于将无形的“X射线”转换为最终能转变为图像的“数字化信号”,而在常规探测器上,这一转换过程复杂而漫长!导致信号在传递过程中有许多损耗、丢失,以及产生不必要的大量电子噪声,从而影响图像质量的改善。西门子成功地研发出Stellar光子探测器这一创新平台,彻底整合电子元器件及有形电子线路,集成为探测器微型晶片,消除电子噪声干扰,实现“0”全息成像。


图像重建环节是第二个被解决的,随着迭代算法进入临床使用,图像重建噪声被大幅度降低,因此扫描时可以减少曝光条件,依然可以保持图像质量。迭代算法的发展经历了两个阶段, 2008年的迭代算法采用图像域重建,如西门子的IRIS,GE的ASIR,飞利浦的iDose等都是这一时期的技术,主要着重于降低图像噪声。2011年各厂家都推出了新一代的算法,采用了图像域+原始数据域双重迭代技术,包括西门子的SAFIRE,GE的Veo,飞利浦的iMR,这一代的迭代算法不但可减少更多图像噪声及辐射剂量,更能够消除螺旋扫描伪影,相比于一代算法优势明显。







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