周欣星，潘曦暉

湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院設(shè)備科，湖南長沙 410000

GE 256排Revolution CT快速成像技術(shù)解析

周欣星，潘曦暉

湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院設(shè)備科，湖南長沙 410000

由于心臟的搏動(dòng)性，冠脈成像一直存在偽影多，分辨率低、掃描時(shí)間長、成功率低的現(xiàn)象。256排GE Revolution CT具有靜音超高速掃描系統(tǒng)、一體化機(jī)架、無碳刷滑環(huán)等創(chuàng)新技術(shù)，相對于傳統(tǒng)CT，在覆蓋范圍、時(shí)間分辨率、空間分辨率、低劑量、能量等方面為心血管、神經(jīng)、呼吸、泌尿系統(tǒng)、腫瘤、骨關(guān)節(jié)等提供更好的影像診斷依據(jù)。該文分析了其快速成像的技術(shù)特點(diǎn)。

Revolution CT；快速成像；振動(dòng)管理；重力加速度克服；無碳刷滑環(huán)

湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院今年引進(jìn)一臺(tái)超高端CT—GE Revolution CT，Revolution CT是后超高端CT時(shí)代的開啟者[1]。相比于傳統(tǒng)CT，Revolution CT實(shí)現(xiàn)了覆蓋范圍、時(shí)間分辨率、空間分辨率、低劑量、能量的全方位突破。為心血管、神經(jīng)、呼吸、泌尿系統(tǒng)、腫瘤、骨關(guān)節(jié)、急診、兒科提供更好的影像診斷依據(jù)[2]。尤其針對心血管快速成像，不受心率、呼吸肌肉自主運(yùn)動(dòng)的限制,任意狀態(tài)下下都可以完成冠脈掃描,極大的提高了冠脈檢查成功率[3]?，F(xiàn)將Revolution CT快速成像技術(shù)解析如下。人體的器官存在著搏動(dòng)性運(yùn)動(dòng)（例如心臟運(yùn)動(dòng)）和非搏動(dòng)性運(yùn)動(dòng)（呼吸運(yùn)動(dòng)和人體不自主的運(yùn)動(dòng)），對這些器官進(jìn)行成像都需要很高的機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度，來盡可能地減少運(yùn)動(dòng)影響。而機(jī)架轉(zhuǎn)速的提高必然導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)下離心力的加大，這會(huì)增加機(jī)器的負(fù)荷，并且對CT、對安全性都會(huì)帶來很大的挑戰(zhàn)。另外，機(jī)架轉(zhuǎn)速的提高還會(huì)導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)的增加和噪聲的增加，對圖像質(zhì)量和患者舒適性也帶來了挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，Revolution CT對機(jī)架采用了全新的設(shè)計(jì)，以支持更快的機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度。新的機(jī)架設(shè)計(jì)在振動(dòng)管理、克服g-force、減小噪聲和降低設(shè)備維護(hù)成本方面表現(xiàn)優(yōu)異。

1 振動(dòng)管理及心律不齊患者冠脈成像

機(jī)架高速旋轉(zhuǎn)往往伴隨著機(jī)械振動(dòng)的存在。如果這一問題不能很好地解決，可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵成像組件（如X射線球管和探測器）不在完美的平面上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，即使振動(dòng)的振幅與紙片的厚度相近，也會(huì)導(dǎo)致圖像量的下降。Revolution CT為了解決這一問題，采用了超高強(qiáng)度鋼和鋁結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架設(shè)計(jì)，將配重最大的兩個(gè)部件—球管和探測器直接耦合，確保了影像鏈的每個(gè)部件在高速旋轉(zhuǎn)下不會(huì)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)和振動(dòng)，同時(shí)減少了主軸承的負(fù)荷。

心臟有節(jié)律的搏動(dòng)，可使多個(gè)心動(dòng)周期收縮期與舒張期的時(shí)相保持相對恒定，不同時(shí)相運(yùn)動(dòng)幅度也保持相對恒定。但臨床工作中心律不可能絕對整齊，從而造成運(yùn)動(dòng)時(shí)相與運(yùn)動(dòng)幅度的不恒定。這種不恒定對冠狀動(dòng)脈CT成像帶來一定的影響，主要是由于心律不齊時(shí)每個(gè)R—R間期不相同，當(dāng)R—R間期變異極大時(shí)，嚴(yán)重干擾了CT對同步記錄的心電圖的自動(dòng)解讀，造成各個(gè)心電波的重建時(shí)相位置變異嚴(yán)重，如重建時(shí)間窗位置相差太大，重建出的冠脈圖像位置常會(huì)有偏差，出現(xiàn)階梯狀偽影；另外，由于心律不齊，心臟不能有規(guī)律的搏動(dòng)，導(dǎo)致不同時(shí)相心臟運(yùn)動(dòng)幅度不一致，也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的偽影。臨床上心率過快、心律不齊患者較多，但這些人更需要檢查冠脈CTA。這些患者的冠脈CTA檢查一直是困擾臨床的一個(gè)難題，所以很多醫(yī)院檢查時(shí)都將這些患者排除在外。Revolution CT掃描在單個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)完成，理論上可以解決心律不齊的問題，重建出優(yōu)質(zhì)圖像，作出準(zhǔn)確的影像診斷，為臨床提供詳實(shí)而正確的信息，提高患者生活質(zhì)量。

2 克服g-force及心臟冠心病普查

Revolution CT高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的機(jī)架離心力將超過70 g重力加速度（g-force）。這對機(jī)架的安全性提出了巨大的挑戰(zhàn)。解決這一問題的傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)思路是通過增加結(jié)構(gòu)的寬度和厚度，來提高整個(gè)機(jī)架的強(qiáng)度。但是與此同時(shí)，結(jié)構(gòu)寬度和厚度的增加也會(huì)增加g-force。所以僅僅依靠傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)方法無法克服高轉(zhuǎn)速下g-force的問題。Revolution CT在材質(zhì)上進(jìn)行了革新，通過采用航空航天和軍工領(lǐng)域的特殊材料來提高機(jī)架強(qiáng)度，同時(shí)還減少了結(jié)構(gòu)的寬度和厚度。并且在鑄造中增加了額外復(fù)雜的螺紋設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了強(qiáng)度。為了保證高速旋轉(zhuǎn)下的安全性，在機(jī)架上設(shè)計(jì)了31個(gè)失效安全輔助接口（Fail-safe Interface），該接口的設(shè)計(jì)是為了確保即使已拆除所有主接口螺栓的情況下，仍能承載高速旋轉(zhuǎn)部件的載荷。

一次心臟掃描只需要 ＜1 mSv的劑量，對大多數(shù)有檢查需要的患者，特別是體重指數(shù)較大的患者，均可在極低劑量條件下獲得高清的冠脈圖像。同時(shí)由于準(zhǔn)備時(shí)間短，掃描速度快，成功率高，完全可以實(shí)現(xiàn)人群普查。及時(shí)發(fā)現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致急性冠脈事件的易損性斑塊，及時(shí)治療，提高生存率，改善預(yù)后。

鈣化積分檢查雖已開展多年，但始終沿用歐美人群的鈣化積分比較參數(shù)來進(jìn)行篩選和判別。亞洲人群（中國人群）的心臟CT鈣化積分評判標(biāo)準(zhǔn)一直有待建立和完善。鈣化積分檢查可以顯示各支冠狀動(dòng)脈管壁鈣化情況，評估冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的程度，現(xiàn)已成為冠心病預(yù)測和早期診斷的重要手段。單層平掃與冠狀動(dòng)脈造影的對照研究，證明冠狀動(dòng)脈鈣化的定量分析，對預(yù)測冠心病的敏感性為75%～85%；特異性為75%～90%，準(zhǔn)確性75%～85%，對無癥狀、青年組冠狀動(dòng)脈鈣化的發(fā)現(xiàn)更有其重要意義。

3 無碳刷、非接觸式新型滑環(huán)設(shè)計(jì)及冠狀動(dòng)脈鈣化積分掃描

滑環(huán)（Slip ring）是CT發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，使得螺旋掃描成為可能。傳統(tǒng)的滑環(huán)通過碳刷/銀刷和黃銅環(huán)的接觸，將機(jī)架“定子”上的電力傳輸至“轉(zhuǎn)子”，并驅(qū)動(dòng)后者旋轉(zhuǎn)，再將“轉(zhuǎn)子”采集的數(shù)據(jù)傳送回“定子”。該結(jié)構(gòu)由于存在著碳刷銀刷和黃銅環(huán)的物理接觸，會(huì)產(chǎn)生噪聲，并在長期使用的情況下，產(chǎn)生磨損。Revolution CT對滑環(huán)技術(shù)再一次進(jìn)行了革新，采用了無碳刷、非接觸式設(shè)計(jì)，消除噪聲，提高可靠性，延長了系統(tǒng) 正常運(yùn)行的時(shí)間。該設(shè)計(jì)的一個(gè)重大創(chuàng)新是采用了一款能夠在較小空氣間隙上傳輸100 kW的全新旋轉(zhuǎn)變壓器（rotary transformer）。旋轉(zhuǎn)變壓器采用高頻交流電流，通過 20～200 kHz的頻率，向CT系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)部件提供電力。設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)變壓器必須考慮芯材（core material）的磁感應(yīng)強(qiáng)度（magnetic ux density）。為了最大限度地減少芯材的磁感應(yīng)強(qiáng)度，Revolution CT采用了基于鐵氧體材料的芯材（a ferrite-material-based core）。對于數(shù)據(jù)的傳輸，無碳刷、非接觸式滑環(huán)采用了射頻無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) （Radiofrenqency data transmission），將寬體探測器高速采樣的超大容量數(shù)據(jù)以40 Gbps的速度進(jìn)行傳輸。

綜上所述，由于Revolution CT旋轉(zhuǎn)一圈便可覆蓋整個(gè)心臟，而旋轉(zhuǎn)一圈只需要0.28 s，因此常規(guī)心臟掃描只需要機(jī)架旋轉(zhuǎn)一圈即可完成[4]?？焖俚某上襁^程降低了呼吸運(yùn)動(dòng)對心臟的影響，即在屏氣不好的情況下，也可以得到高質(zhì)量的心臟圖像，這對患有肺心病或患心臟病同時(shí)患有其他呼吸系統(tǒng)疾病的人來說帶來很大益處[5]。而在心率很高的情況下，Revolution CT掃描結(jié)合智能冠脈追蹤凍結(jié)平臺(tái)，通過全新的冠脈運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng)，減少運(yùn)動(dòng)中的相對速度造成的運(yùn)動(dòng)偽影，從而凍結(jié)冠脈[6]。由于整個(gè)心臟掃描節(jié)省了屏氣的時(shí)間，對于患者而言，冠脈成像會(huì)輕而易舉的完成，極大降低了由屏氣不良造成掃描失敗的可能性。掃描成功率的保證也就奠定了Revolution CT開展其他臨床功能學(xué)分析的基礎(chǔ)。

[1]劉文生.CT心臟檢查的 “革命”—Revolution CT在安貞醫(yī)院應(yīng)用紀(jì)實(shí)[J].中國醫(yī)院院長,2016(7):86-87.

[2]陶奉明,劉愛連,劉靜紅,等.Revolution CT軸位全肝灌注“一站式”成像的可行性[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2017,33(3):462-467.

[3]楊磊,溫廷國,段永利,等.256層螺旋CT大范圍心電門控掃描的冠狀動(dòng)脈成像質(zhì)量評價(jià)[J].中國臨床醫(yī)學(xué)影像雜志,2014,25(12):856-859.

[4]丁茗,蔡靜,劉明,等.256層CT在復(fù)雜型先天性心臟病診斷中的應(yīng)用[J].中國臨床醫(yī)學(xué)影像雜志,2014,25(7):473-476.

[5]王彪,陳興燦,應(yīng)小豐,等.冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)在回顧性心電門控下改善冠脈CTA圖像質(zhì)量的應(yīng)用價(jià)值[J].放射學(xué)實(shí)踐,2017(4):427-430.

[6]高劍波,蔣耀軍,劉杰,等.冠脈追蹤技術(shù)結(jié)合單能量成像去運(yùn)動(dòng)偽影的臨床應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2016,31(7):12-15.

R197.39

A

1672-5654（2017）09（c）-0051-02

10.16659/j.cnki.1672-5654.2017.27.051

周欣星（1989-），女，湖南邵陽人，碩士，工程師，研究方向：醫(yī)療設(shè)備硬件設(shè)計(jì)。

2017-06-29）