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10.3 几种特殊CT的成像特点
【双源CT的基本结构及成像原理】
西门子公司的双源CT（DSCT）采用双球管和双探测器系统，扫描速度为0.28秒，时间分辨率可达到75毫秒，使心脏CT成像质量显著提高；两个球管的管电压设置不同时，可做功能性CT检查。
1. 基本结构
双源CT配置了两个球管和与之对应的探测器，这两套数据获取系统（球管-探测器系统）放置在旋转机架内，互呈90°排列，CT球管采用电子束X线管单个球管的功率为80kW以上，扫描速度0.28秒，最大扫描范围200cm，各向同性的空间分辨率≤0.4mm，使用高分辨率扫描时可达到0.24mm。两套X线系统由球管和一体化高压发生器组成，可以分别调节相应的kV和mAs。由于每个球管的kV都可独立设置为80、100、120和140kV，当两个球管的管电压不一致时，如一个球管设置为80kV、另一个球管设置为140kV，双源CT就可以实现双能量扫描，从而获得双能量的扫描数据。
2. 数据采集
双源CT扫描系统内，两组呈90°排列的互相独立的数据获取系统（球管-探测器系统），只需同时旋转90°，就可以获得平行于射线投影平面的整个180°图像数据，这180°的图像数据由两个1/4的扫描扇区数据组成。由于机架只需旋转1/4的扫描扇区扫描时间只有机架旋转时间的1/4，即获得半圈扫描数据的时间分辨率只有机架旋转时间的1/4；而机架的旋转时间是0.28秒，那么数据采集的时间分辨率就是75毫秒，在一次心跳周期内就可以完成单扇区数据的采集。
3. 图像重建
双源CT的基本扫描重建模式是单扇区重建，也可采用双扇区重建方法来进一步提高时间分辨力，在采用双扇区重建的方法时，每组探测器采集的1/4扫描扇区数据来自相邻连续的两个心跳周期在每个心跳周期内采集的扇区数据都小于1/4扫描扇区数据。双源CT在使用双扇区重建方法时，时间分辨力是心率的函数，随着心率的变化而变化，机架旋转时间为0.28秒时，在某些特定心率条件下，时间分辨率可以达到35毫秒。由于心率的小变化都会引起时间分辨力的大变化，在双扇区重建的条件下，时间分辨力的平均值是40毫秒。在考虑进行高级的心功能的评估时可以考虑使用双扇区重建扫描方式，比如在评价异常的心肌运动或者是计算射血分数的峰值时。在进行冠状动脉的检查或者进行心脏功能大体评估时，单扇区重建扫描模式就已能够在临床任何心率条件下提供足够的时间分辨力。
双源CT在进行常规CT检查时，可以只运行一套X线系统，对于特殊临床检查，如心脏扫描、心电门控血管成像，全身大范围全速扫描，以及双能量减影成像等，则需使用两套射线/探测器系统的双源组合。
【宝石CT的基本结构及成像原理】
宝石CT是GE公司的产品，其特点是使用一个稀有晶体的类似“三明治”的宝石探测器，将CT检查由单一成像参数的形态学检查带入到一个多能量成像参数的能谱CT的功能学成像中，同时大大提高了射线的利用率，有效减少了CT检查的辐射剂量。与一代CT相比，在整个成像链中的硬件都有改进和提高，包括：探测器，球管，高压发生器，数据采集系统，重建引擎，后处理平台。
1. 基本结构 （1） 宝石探测器：
宝石探测器是瞬时双能量采集的基础，较传统的稀土陶瓷探测器，其可见光转换速度加快100倍。
宝石探测器的物理特性：①有超高的反应速度，较传统的第三代陶瓷稀土探测器初始速度加快100倍；②超短的余晖效应，其清空速度加快4倍；③宝石纯度高，通透性强，光电转换率高；④宝石硬度高，更稳定，其稳定性提高20倍。
（2） 球管：
使用的是动态变焦球管，通过三对偏转磁场可以动态改变球管的焦点，在能谱扫描时，可以做到保持稳定的X线焦点大小，并且使用耐用的灯丝材料，寿命更长。
（3） 高压发生器：
为了与能谱扫描相适应，可进行瞬时变能与宝石探测器的快速反应性能相匹配，可以做到0.5毫秒的快速双能瞬时切换，做到同源采集。
（4） 数据采集系统：
采样率提高了2.5倍，采样速度7131/秒，功耗降低，电子噪声更小，信号传输更好，采样能力提高。
（5） 重建：
使用了先进的自适应统计迭代重建技术（ASIR），这种技术较传统的滤波反投影重建技术（FBP使噪声更小，误差更小，伪影更小、图像空间和密度分辨率高等的特点。
（6） 后处理平台：
可以进行三维后处理或者基于像素值各种数据的计算，增加了能谱处理平台，可以进行物质分离，生成新基物质的密度图像，可以生成从40～110keV的101个单能谱图像，显示不同物质的能量直方图。
2. 成像原理
X线通过物质的衰减能够客观反映X线的能量，由于诊断X线的衰减主要由光电效应和康普顿效应组成，不同能量的X线产生的光电效应和康普顿效应的比例不同。所以任何物质的X线吸收曲线可由两种物质X线吸收曲线的权重和来表达。宝石能谱CT通过一个球管在瞬时切换两个kV，同向进行双能采集，通过数据采集和后处理分析，得到能谱图像，可以进行一个能量的单光子成像，也可以进行不同物质的密度成像即物质分离。
3. 成像特点 （1） 能谱成像单光子成像：
可以发现常规CT不能发现的小病灶，多种伪影去除系统（MARS）技术消除金属及硬化伪影。物质分离技术可以进行任意基物质的物质分离，例如去除血管壁钙化、相近CT值物质的区分，可以在一定程度上对肿瘤进行定性诊断。能谱能进行心脏成像、冠脉内斑块准确定性以及心肌精确灌注。
（2） 低剂量高清成像：
同样的辐射剂量可以明显提高图像质量，特别是密度分辨力和组织分辨力都有很大的提高。
宝石能谱CT得益于探测器以及一系列的成像链的改进，实现了单球管的能谱成像，对于物质分离，多物质基成像，低辐射剂量成像，成像质量，金属伪影的客服上有很大优势。但是探测器的排数没有变化单圈扫描覆盖范围40mm，在冠状动脉成像的运动伪影的克服上没有进步，仍然需要控制心率进行冠状动脉检查。
【320CT的基本结构及成像原理】
Aquiline One 320排容积CT是东芝公司的高端CT的产品，它将探测器的排数增加到320排，Z轴的覆盖范围增加到16cm，是CT发展增加探测器宽度的代表。一圈扫描就可以完成整个脏器全器官各向同性和各时同性的扫描和成像，把CT成像模式从“拍照”变为“高清摄像”，实现了CT的功能成像。
1. 基本结构 （1） 探测器 320排：
0.5mm的探测器单元宽度，Z轴覆盖范围达到16cm，球管旋转一圈就可以覆盖整个心脏范围，也可以覆盖人体的单个器官。
（2） 球管旋转速度与重建模式：
球管旋转时间为350毫秒，可利用飞焦点技术使用双层重建模式产生640层图像。320排探测器CT由于其独有的锥形束重建技术突破了大范围成像的瓶颈，探测器覆盖范围达到了16cm，实现了单器官成像，特别是心脏成像。
（3） 图像后处理：
由于320排探测器采集所带来的瞬间大数据量，需要一个强大快速的计算机后处理系统来进行支持进行数据的校正、重建和处理。该设备使用了DV后处理软件，利用探针技术，做到10秒之内就完成DV数据重建，在一些非心脏检查部位DV数据处理速度比64排CT更快。
2. 成像的原理
CT检查需要进行螺旋采集的原因，一是对于单排CT来说，球管发出的射线是扇形束，需要经过旋转来将整圈的数据进行采集；二是对于Z轴方向来说，覆盖范围由探测器的排数决定，排数越多，单圈覆盖的扫描范围就越大，如果单圈覆盖范围不足，就需要沿Z轴方向移动并增加旋转圈数来达到覆盖整个扫描的范围。该CT的探测器宽度增加到16cm，对于冠状动脉检查来说，提高了扫描时间分辨率即Z轴时间分辨率，可以减少心率波动及被检查者屏气不良对图像干扰的运动伪影，实现了从3D到4D的采集。
3. 成像特点 （1） 多模式心脏成像：
①由于单个心动周期就可以不需要移动扫描床就扫描整个心脏范围的，实现了低心率（HR < 65次/分）在一个心动周期内完成检查，减少扫描时间，减少辐射剂量（3mSv），同时也减少了对比剂的剂量。对偶发心率失常患者检查提供保障，但需要多个心动周期。②单次心跳检查可以避免出现64层螺旋CT检查所无法避免的阶梯状伪影，提高心脏检查的图像质量。③单次心跳采集不但可以得到冠脉和心室壁的形态学解剖结构，还可以通过单次心跳的连续曝光进行64层螺旋CT无法单次心跳完成的功能评价，例如局部室壁运动，瓣膜运动，心功能分析等④适合进行心肌灌注检查，由于对比剂量减少，辐射剂量减低，对比剂分布均匀，屏气时间缩短，较64层螺旋CT更适合进行心肌灌注检查。
（2） 4D成像：
①单器官灌注：由于探测器单圈就可以覆盖整个器官，有利于增加灌注检查的覆盖范围，真正做到了各时同性，可用于整个头颅、肝脏、胰腺、肾脏的灌注检查。头颅的单器官灌注可以让急性脑梗死患者得到灌注和脑血管成像的一站式检查。②关节运动图像：可以得到关节运动的4D图像，对于运动医学的影像观察开辟了新途径。
（3） 瞬间的单器官检查：
对于需要使用对比剂成像的检查部位来说，瞬间成像有利于进一步减少成像所使用的对比剂总量，例如肺动脉，肺静脉成像都只需要0.35秒一圈就可以完成。
【极速CT的基本结构及成像原理】
Brilliance iCT是飞利浦公司的高端CT的产品，它将气垫技术应用到机架的旋转中，使球管旋转速度达到0.27秒，同时使用新型球面探测器解决了CT成像的辐射剂量高的问题，探测器排数也增加到128排，Z轴覆盖宽度增加到8cm，在心脏检查、动态成像和高分辨扫描方面均有较好的效果。
1. 基本结构和成像原理 （1） 气垫轴承技术：
极速CT的创新是更快的旋转速度，运用气垫轴承技术取代以往的普通轴承，降低机架旋转的摩擦阻力。气垫轴承在工作时没有接触部分，使得扫描时门架没有震动，精度比普通滚珠轴承CT高200倍，确保了高质量的成像。最快旋转速度达到0.27 秒/圈。高速扫描给临床研究带来了突破性应用，比如：心脏冠脉成像时间缩短至2～5秒，时间分辨率最高可达34毫秒，结合飞利浦独有的心脏专用软件技术能够适应高心率检查。患者无需服药控制心率即可常规进行心脏检查，自动心电编辑功能解决各种心律失常的扫描问题，提高了心脏检查的成功率。
（2） 立体球面探测器：
由于锥形束伪影及边缘效应随着探测器Z轴平直加宽而更加严重，限制了多排探测器的简单加宽模式的发展，球面探测器解决了这一问题。iCT的探测器宽度加宽到128排，8cm的大范围，虽然不能包括整个心脏，但是可以在两个心动周期内完成检查。极速CT独创的球面探测器能够提高探测器采集效率，与ClearRay立体散射线滤线器相结合可以大幅度提高图像质量，降低辐射剂量。
（3） X线管和高压发生器：
使用iMRC的X线管，应用了全新的动态四焦点技术，在双焦点技术的基础上，CT原始采集数据再增加1倍，获得了更为高清的图像。配以高性能的X线发生器，最大电流可达到1000mA，可适应目前所有扫描，尤其在身体肥胖患者的扫描中得到优质图像。
（4） 后处理系统：
Brilliance iCT与Brilliance诊断工作站和太空站口服务器兼容，它配有四核处理器，并采用独有的激光滑环数据传输系统，瞬间完成超大数据量的传递，其每秒传输的数据量是传统技术的5倍。
2. 成像特点
（1） 优异的心脏成像得益于8cm的探测器覆盖范围，0.27秒的极高转速，iCT能够适应心率达70～180次/分房颤患者的检查；球面探测器配备立体滤线器消除钙化导致的伪影，清晰观察安置支架后冠脉内壁的情况120kW发生器产生1000mA电流适应肥胖指数（BMI高达50的患者； Step&shoot新的扫描方式降低80%辐射剂量，婴幼儿先心扫描最低剂量达到0.5mSv，扫描时间仅0.18秒。
（2） 低剂量前门控扫描：iCT基于快速旋转和大面积球面探测器，提供多种低剂量扫描模式，包括心脏胸腹部和全身大血管扫描的检查范围拓展至60cm以上，而检查的辐射剂量却比以前减少了80%，在得到高质量图像的前提下最大限度地降低了辐射剂量。
（3） 全脏器灌注：iCT采用往复动态扫描模式（jo mode），为临床提供全脏器灌注。灌注成像的范围包括全脑、胸部和全肝脏等脏器。30cm动态扫描为全身脏器正常或病理状态下的灌注分析提供了硬件基础，在脏器功能性评估、早期转移瘤筛查、影像学不典型肿瘤定性、肿瘤疗效及复发评估等方面都有良好的帮助。
【电子束CT的结构及成像原理】 1. 基本结构
电子束CT（EBCT）由大功率的电子枪产生电子束，电子束通过电磁偏转打击固定于机架上的靶环产生X射线，实现CT扫描。由于没有机械运动，电子束CT一次曝光扫描的时间可以达到50毫秒
EBCT有两排探测器和四排钨靶阳极，对受检者的不同检查部位进行8层图像数据的扫描采集。在采用“容积模式”进行扫描时，可以在300～400毫秒的成像周期内只需曝光50～100毫秒就可以获得8幅图像在进行钙化积分、冠状动脉CT成像或者心功能评价时，EBCT采用“电影模式”或“流动模式”进行扫描成像，这两种扫描模式分别采用单排探测器和双排探测器的采集方式。电影模式的曝光时间是50毫秒，以17 次/秒的扫描频率对同一解剖结构进行扫描。流动模式是在扫描时，根据心跳周期时相对同一解剖结构曝光50～100毫秒进行扫描采集。
EBCT的扫描模式是非螺旋的，在受检者一次屏住呼吸的情况下完成整个心脏的扫描，扫描层厚受到了限制。当采用单层数据采集模式时，图像厚度是3.0mm，采用双层数据采集模式时，成像厚度是1.5mm。进行钙化积分时，EBCT的纵轴分辨率是足够的，但要实现冠状动脉的三维可视化显示则纵轴分辨力还不够。
2. 成像原理
EBCT扫描过程由电子束及四个钨靶环的协同作用完成，避免传统CT的X线球管、探测器（扫描机架），甚至扫描床的机械运动。电子束CT的成像原理与常规CT的主要区别在于X线产生的方式不同。由于电子束CT采用电子束扫描技术代替X线球管的机械运动，消除了X线球管高速旋转运动产生的离心力，使扫描速度大为提高，将扫描速度缩短为50毫秒或更短（17～34幅/秒），成像速度是普通CT的40倍、螺旋CT的20倍（需500m秒），从而减少了呼吸和运动伪影，有利于运动脏器的检查 。