双源CT(DSCT)结构与原理
双源CT(DSCT)结构与原理 自1998年，多层螺旋CT开始了真正意义的起步，主要表现在同步扫描的能力越来越强（4层/圈---6~8层/圈---10~16层/圈---32~40层/圈----64层/圈），扫描速度越来越快（0.5s---0.42s---0.37s---0.33s）图像分辨率越来越高（以Z轴分辨率为例：1mm---0.75mm---0.6mm---0.33mm）。时至今日，CT扫描的速度和分辨率均以达到前所未有的水平，极大程度上满足临床各种需要，那么多层螺旋CT还要继续向128层，256层甚至更多层数发展吗?
换言之，CT的发展是否仅有“层数”这个主题？
事实上，多层螺旋CT包括64层及更多层数、排数）的单源CT在临床上一直面临着难以逾越的问题。
1、在高心率及不规则心率情况下无法实现有效的心脏成像（时间分辨率需要低于100ms）
当机架旋转一圈时的时间最短达到0.33s时（SOMATOM Sensation CT），就像百米赛跑中无限接近人体极限一样，对机械制造业来说已经达到了一个新的极限速度，其高速旋转的离心力达到28G，心脏成像的时间分辨率达到165ms。我、而为了适应心率的波动情况，特别是在高心率和心率失常的情况下，时间分辨率需要小于100ms，此时相应的机架旋转时间须在0.2s左右，离心力则将达到75G，而这是单源CT难以达到和维持的。
2、一次扫描难以完成整个器官的扫描：
目前所有的多层螺旋CT均采用在扫描方向上(Z轴)的多排亚毫米级的探测器组合，单圈扫描的最大覆盖范围仅为20—40mm，难以完成多整个器官的瞬间扫描。尤其对心脏等运动器官的扫描时，其采集方式为螺距小于1（pitch值一般为0.2—0.4）即多实相重叠扫描方式，需要多圈次的扫描来产生容积数据用于图像重建，但是通过这种方式无法观察到整个器官随时间变化的血流灌注情况，而且图像的空间分辨率难以进一步提高到常规X线平片的水平。
3、难以最大的容积覆盖速度和足够的功率来完成搞清晰的成像：
现在临床上越来越多的需要大范围、高速度、超薄层的扫描。既往常常不得不在上述三者之间根据实际情况做出选择和妥协，因为单源CT扫描功率有限，即使其功率值越来越大，但是实际的有效功率值和储备值并无明显提高。例如对肥胖病人的扫描常需要加大扫描剂量以取得高质量的薄层图像，但往往需要牺牲扫描速度或范围。
4、对组织结构的区分能力不够：
密度分辨率是CT成像的主要优势，也是CT成像原理的基本出发点。对于单源CT来说，密度是其分辨组织的唯一依据。如果失去密度对比，就难以进行诊断和鉴别诊断-
心脏成像理想的心脏成像最好是在心动周期的舒张期，而心率越快，舒张期则越短。如果使用单源CT，X射线源/探测器系统就必须在心脏舒张期获得180o的数据投影才能完成图像重建。
现在通过双源CT扫描仪，每组X射线源/探测器组合只需要转动90o就可以采集到质量卓越的心脏图像。基于0.33 s 的机架旋转时间，双源CT可提供83 ms的时间分辨率，心脏CT成像将不再受心率的影响。
成像剂量减小
此外，SOMATOM Definition在心脏CT检查时使用了极低的放射曝光剂量。由于是双源CT，CT机架只需要旋转90o就可以采集到质量卓越的心脏图像。 通过实时的心电图门控，西门子的适应性ECG脉冲剂量调控技术对心率的任何变化都会作出相应的调节。与单源CT相比，双源CT的心脏图像采集速度要快两倍，加上剂量调控技术减少心脏采集时的高剂量曝光，它的心脏采集剂量要减少一半以上。 双源 CT具有非常高的时间分辨率，可以在任何心率下在一个心动周期内采集心脏图像，即使是更高心率的病例也不需要进行多扇区重建（即采用多个心动周期的数据采集心脏图像）。 在心率较快时，SOMATOM Definition通过自动的进床速度调节 可以增加扫描的螺距，加快进床速度并相应减少曝光时间。换句话说，心率越高，心脏成像所需时间则越短，所需剂量也越少。
扫描肥胖病人
在扫描肥胖病人时，单源CT在扫描速度和图像质量之间常难以兼得。而双源CT通过第二个X射线源克服了功率储备的局限性。
换句话说，它可以汇集两个独立射线源的功率，从而达到前所未有的160KW以提供足够的X射线功率储备，无论病人的高矮胖瘦，都能以最大的容积覆盖速度和最短的扫描时间实现高质量的图像。
同时，由于扫描速度的提高，SOMATOM Definition虽采用更高的功率来改善图像质量，但剂量却维持在单源CT同样的水平。另外，该款设备的大孔径设计使得病人的定位也更为简单。
组织区分
收集尽量多的信息以用于组织的区分——这一直是西门子医疗系统集团的目标。
双源CT开创了一个新的纪元，将CT从单一的组织成像引向了组织分类定性的新境界。通过同时使用两个不同能量的X射线源，SOMATOM Definition的两个不同电压值的球管在一次扫描中可同时采集到两个数据集。结果是，两个数据集提供了不同的信息，可以用于区分、标识、分离并鉴别成像的组织或物体，从而获得超出形态学的扫描对象的更多特殊细节。
可以说，双源CT为更广泛的临床应用和更多更新的研究课题奠定了基础，这些可能的领域包括：扫描中血管或骨骼的直接减影、肿瘤学中的肿瘤分类、血管斑块的定性以及急诊中体液性质的鉴别等。
现在，随着双源CT技术在2005年北美放射学会（RSNA）年会上的推出，西门子再次显示其在技术和临床运用领域的 革命性创新，从此超越了扫描层数（或探测器排数）的简单累加（这是过去数年内CT技术的主要竞争点），重新定义和诠释了CT的概念。它全面拓展了CT的临床应用，将影像诊断领域推向了一个令人惊喜的高度！
无创心脏CT成像是推动多层CT技术发展的动力，心脏CT检查需要解决的难题有3个：
1、扫描时候的屏气时间；
2、时间分辨率；
3、空间分辨率。
自64层CT引入临床后，心脏CT检查可以在10s以内完成，病人屏气基本没有问题。然而对于高心率病人，常常需要做必要的临床准备或等待以确保检查的成功。而在重度冠状动脉钙化或金属支架的狭窄评估方面，空间分辨率受到一定的限制。时间分辨率可以通过“软性”提高和“硬性”提高来实现——“软性”是指通过软件“多扇区”重建由多个心动周期叠加来缩短成像时间窗，由于扫描时间长，不同心动周期叠加错位会导致空间分辨率的明显下降，而且剂量大大增加，至今没有文献报告其临床价值；“硬性”是指通过提升机架旋转速度来实现，这需要强大的硬件支持，多层CT 0.42s/360o旋转的离心力为17G，0.33s/360o旋转的离心力为28G，EBCT的经验是冻结心脏的理想时间分辨率需要小于100ms。而从成像原理上讲，现代CT进行180o数据成像就需要扫描机架的旋转速度达到0.2s/360o, 在如此高速旋转的扫描情况下，其离心力将高达75G，但是目前的机械工业还达不到如此高的要求。
所以西门子SOMATOM Definition在成熟的SOMATOM Sensation64技术和Straton零兆球管的基础上，在机架内一体化整合了两套64层CT成像系统，时间分辨率得到明显的提升，单扇区心脏成像实现常规化。除了心脏成像方面，双源CT在“一站式”急诊医疗、双能量减影成像等方面也有无可比拟的优势。
双源CT(DSCT)优势 双源CT SOMATOM Definition 基于西门子成熟的64层CT技术，可实现极为理想的扫描速度、时间分辨率和空间分辨率，其核心技术包括：
1、Straton 零兆金属球管。Straton球管恰似紧缩的EBCT, 其体积和重量是常规玻璃球管的1/4，通过电磁偏转线圈控制电子束使管电流mA得到实时控制。采用Straton球管的另一个重要原因是，要在现有的64层CT机架空间内放置两套X线球管和探测器系统，体积庞大的普通球管显然是做不到的，而且高速旋转下对离心力的耐受力也是一个极大的挑战，普通玻璃球管难以担当此任。
2、电磁直接驱动技术，净音扫描技术。
3、特殊散射线校正重建技术。
4、特殊的射线剂量调控技术，特别是适应性ECG门控剂量调控技术。
SOMATOM Definition具有83 ms 的时间分辨率，不受心率的影响，能够支持所有心率的心脏扫描，完成从急性胸痛的评估到冠状动脉的成像和心脏功能分析。它结合小于0.4 mm的空间分辨率，使得极为细小的解剖结构的高质量成像成为可能。
该系统具有78 cm的大机架孔径和成像视野，以及200 cm的扫描范围和高压发生器的功率，可对急症病人实施最恰当的扫描，而不受病人体型或身体状况限制——很重要的一点是，所有这些都是在极低剂量的情况下实现的。此外，SOMATOM Definition 拓展了临床的应用范围，可在数分钟内完成更快、更有信心的诊断。计算机辅助下的直观读片工具能够帮助医生进行早期探测、快速评价以及恶性疾病的密切随访，有时甚至能帮助医生在病人下检查床之前就完成评估。更有意义的是，SOMATOM Definition的优越性将大大有利于发挥先进的临床检查新功能。
2005年北美放射学会（RSNA）年会上提出了“双源CT技术”，指出了一条CT技术发展的崭新道路，同年德国SIEMENS公司凭借其技术优势推出了世界首台双源CT（Dual-Source CT,DSCT）-Somatom Definition，2006年10月北京协和医院引进了中国首台DSCT，它的问世更新了我们对CT的认识，开创了CT技术革命的新纪元。
目前所有报道所涉及的DSCT设备均为德国SIEMES公司生产的Somatom Definition。该设备主要包括主机配电柜、扫描机架、检查床、水冷系统、成像控制系统、图像重建系统及图像后处理系统等。在64层CT基础上增加一套DAS（数据采集系统）,即有两个高压发生器、两个直接冷却的“STRATON”零兆球管及2个UFC超快速陶瓷探测器组等。两球管在同一平面垂直固定于机架旋转部分,两个各有40排探测器的探测器组分别固定于对侧,其中一个为主探测器组,另一个为辅助探测器组，两者均采用对称不等宽模式,即中间32排为0.6mm准直宽度，两侧各4排为1.2mm准直宽度。超薄层扫描时只使用中间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(0.6mm×32),每周期可扫描输出32个0.6mm层厚的原始数据;当扫描层厚≥1.2mm时,实际组合为1.2mm×24(32/2=16,16+4×2=24),此时外侧的两组4排探测器组被利用,其纵向覆盖的等中心宽度为28.8mm(1.2mm×24)。扫描时采用Z轴飞焦点技术,两个连续以0.6mm准直宽度获取的32组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。
双源CT(DSCT)结构 DSCT整机基本构成包括2个主机电气柜(1主1辅 )、机架、检查床、水冷系统、成像控制系统 (Imagecontro l system, ICS)、图像重建系统 (Im age reconstructionsystem, IRS) 及图像后处理系统等。
核心部分主要是2套既相互独立，又相互联系的数据采集系统。主要有 2个相互独立的高压发生器A和B，2个Straton零兆金属球管A和B，2组超高速稀土陶瓷探测器A和B及2套相对应的数据采集装置A和B组成。除2套探测器因受机架内可利用有效空间的限制，横向上的长度不同，故而导致有效探测野(FOV)不同外，其余同类部件完全相同。
高压发生器 2个，每个最高功率可达 80 kW，当DSCT 2套采集系统同时工作时，最高功率可达160kW，远高于普通64层CT机。
X线球管2个，球管A和球管B均是西门子拥有专利技术的Straton零兆金属球管，最大电压140kV，最大功率80kW，最大电流666mA，包括X射线管组件、偏转电子系统和冷却装置。转子部分直接由发动机驱动, 并在较大程度上旋转对称。阴极带有可选择设置的独立发射系统、偏转电子系统， 实现了Z轴方向上的飞焦点技术, 焦点额定值为0.6*0.6及0.8*0.9。冷却系统是单独的机械组件，不同于 X 射线管组件, 通过可以弯曲的油管相连。阳极靶面直接与循环油相接触, 因而实现阳极直接冷却, 阳极热容量高达6.5MHU/min(4.8MJ/min),堪称"零兆球管"。用户在使用中完全不必再为球管的热容量担心，可以实现高功率、大范围的连续扫描，甚至可以在保证空间分辨率的前提下一次性完成对患者的全身扫描。
2组超高速稀土陶瓷探测器, 每组均由 40排探测器组成, 中间32排准直宽度为0.6mm，两边各有4排准直宽度为1.2mm 的探测器。其中一个弧度为约60b的主探测器组，且与球管 A 相对应，另一个弧度为约 32b的辅助探测器组，与球管B相对应。由于机架内部空间有限，使得 2套探测器横向长度不同，因此扫描覆盖野不同。
DSCT具有78cm的大机架孔径及200cm的扫描范围，扩展了临床的应用范围。机架运动部分和多螺旋 CT 一样，也是采用了碳刷和低压滑环技术，但与它们不同的是旋转部分采用了电磁直接驱动技术。
双源CT(DSCT)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电压的射线，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。
DSCT 有两种工作模式，即单源模式和双源模式，均可通过控制台进行相关设置。
单源模式时主要数据采集与重建系统 A 工作，数据采集与重建系统B处于关闭状态。此时与一台普通64层CT机无异，即由球管 A 发射 X 射线，经受检者衰减后被探测器 A接收，然后再经相应的图像处理和重建后产生相应部位的CT图像。1次扫描 (即 1个采集周期 )球管和探测器组至少要旋转 180b才能获得足够的数据，重建出图像，最多可获得64层图像。定位像及头颈部、胸腹部及四肢等一些常规平扫、增强扫 描常采用单源模式。
双源模式时，2套数据采集与重建系统同时工作，2套球管与探测器组合，各自独立发射及接收射线，独立完成图像处理，但在图像重建时，由 2套采集系统获得的数据既可以重建出 2组独立的图像，也可以重建出 1组融合的图像，前者 1个采集周期 与单源模式相同，即球管和探测器组至少要旋转180b，主要用于骨骼及钙化的分离、鉴别组织与胶原成分等;后者 1个采集周期球管和探测器组只需旋 转 90b，由 2组数据采集系统获得的 2组数据经相应的数学运算、组合后即可实现单源下旋转 180b的效果，但时间分辨率提高了1倍，主要用于心脏等时间 分辨率要求极高的检查。
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