CT的發展及選購策略
2017-07-31

現今,醫療儀器已經成為醫院從事醫療、科研、教學的物質基礎和賴以生存發展的必要條件。各醫療單位為了提高其診療水平、醫療質量以及社會、經濟效益,紛紛購置和更換檢查設備,其中CT設備的購置和更換最為突出。CT技術發展迅速,雖然國際市場品牌比較固定,但產品的檔次和型號有很多,不合理地購置和更換CT設備,不僅造成衛生資源的浪費,也會增加病人的醫療費用。本文就CT技術的發展及在當今CT發展形勢下如何選擇采購CT設備, 淺談一下看法和意見。


一、CT技術的發展


CT機自1972年由Hounsfield發明制造以來,從最初的單排平掃CT,到基于滑環技術的螺旋CT,最終發展到現在的多層螺旋CT,經歷了第一代到第五代的代次更替。CT機的發展都是圍繞著其核心技術的革新而展開的,包括X線管、探測器、機架轉速及圖像重建,具體如下:

1、X線球管。作為CT的射線發射源,X線球管是CT機質量的重要評價指標,也是CT使用過程中的最大耗材,其性能好壞直接影響CT機的性能和穩定性。球管技術的發展包括熱容量的增加、動態焦點技術、動態電流調節技術和穩定性設計等。

1)球管熱容量:在CT的排數不斷增加的同時,球管的熱容量也隨著增加,從2M發展到現在的8M。球管的熱容量需要和CT的排數相對應。一般而言,16排CT的球管熱容量在5M左右可以滿足使用的要求,但在64排及以上的CT中,球管的熱容量必須達到8M。在飛利浦、GE等主流廠商,高端的64排及以上CT上的球管都是配備8M的球管。西門子公司有一款“0”M球管,裝到其64排及雙源CT上。這個“0”M的概念是指球管的本身不儲存熱量,而是通過另設一個水冷機,將熱量直接帶走。從設計的理念來講,這個技術比較先進,但在該技術使用的前期,球管的爆破率較高,近期有所好轉。

2)動態焦點技術:以前的CT都是采用單焦點技術,現在高端CT為了獲得更多的采樣率,采用了動態焦點技術。飛利浦公司在其256 ICT上采用了動態四焦點技術,相比以前的單焦點技術,采樣率增加了4倍;西門子在雙源上也采取了類似的動態雙焦點,采樣率可增加2倍;GE采用的則是動態變焦的設計,在掃描過程中大小焦點動態切換,以獲得更好的圖像質量。評價球管焦點的參數中,最重要的是看采樣率、大焦點的大小、小焦點的大小。

3)動態電流調節技術:由于人體各個部位對于放射線吸收明顯不同(如圖1),當掃描對X線吸收較強的部位時應用滿功率球管曝光以保證圖像質量,而當掃描對X線吸收較弱的部位或者非本次檢查主要觀察部位時,球管應自動降低電流以降低劑量。球管電流自動調節技術最早于1981年由Haaga等人提出,且1994年由GE醫療最先推向市場。球管電流自動調節技術包括X-Y平面調節Z軸調節(如圖2、3),目前各個廠家的球管電流自動調節技術都包含兩個方向的自動調節(如表1)。通過球管電流自動調節技術,可以使全身各個部位的CT檢查劑量得到不同程度的減低。


4)球管的穩定性設計;球管的穩定性設計旨在提高球管的使用壽命。除了前文提到的球管熱容量外,還有球管的冷卻設計和防止靶面龜裂技術。GE和飛利浦在球管的冷卻技術上均采用冷卻液直冷技術,使球管的冷卻和穩定性得到了提高。飛利浦的MRC球管將陽極靶面切割為多個節段,解決了傳統靶面對單位面積高熱量聚集容易導致陽極變形、龜裂的問題,提高了球管的使用壽命。

2、探測器。從某種意義上講,CT的發展即為探測器的發展。CT從單排到64排再到后64排,都是探測器排數的增加,CT檔次的劃分很大程度上也是基于探測器不同。與此同時,隨著探測器排列的增加,傳統探測器結構及數據采集系統(DAS)正面臨難以解決的難題——探測器內部數據傳輸線過長導致信號損耗增加、探測器單元增加使探測器間隙數量增加引起X射線接受效率降低。針對這兩個問題,現今都有了比較好的解決方案。一方面將傳統探測器及DAS長達數公里的引線數據傳輸距離縮短為“零”,最大程度上減少引線的數量和傳輸距離,大幅度降低電阻、發熱、電磁干擾等減低信噪比的痼疾,實現“0”信號損耗。這個技術叫做探測器的芯片化,已經在西門子的光子探測器和飛利浦的微平板探測器上得到了應用。GE在解決傳輸速度上采用了另外的途徑,通過在普通的稀土陶瓷探測器材料中添加一些稀有元素,使得探測器本身的反應速度變快,稱之為寶石探測器,也是一種不錯的方法,已經應用到了64排CT中。另一方面,將每256個傳統CT探測器單元集成為一個探測器???,只需要4塊探測器??槲薹炱唇蛹純紗锏醬?4排探測器才能完成的覆蓋,實現接近100%的X線接收面積。這種技術叫做探測器的平板化,目前只有在飛利浦的微平板探測器上得以實現。芯片化和平板化技術的結合,可以使CT僅需常規CT約20%的輻射劑量,即可獲得高質量圖像。

探測器的增加帶來的另外一個問題是錐形束偽影。當探測器小于或等于100px時,X射線到每個探測器的距離可以看成是相等的。但是當探測器進一步增加到200px甚至400px時,X線到探測器中間的距離和到邊緣的距離就不能簡單地看成相等,這也解釋了為什么前期的東芝320排CT會出現屋頂效應的原因。要消除探測器增寬所帶來的影響,就需要使得X線到每個探測器單元的距離是相等的。飛利浦率先研發出了球面探測器,其在X-Y和Z軸上都為弧形結構,整個探測器為一個球面結構,所以,以球管為圓心到探測器各點的距離都是相等的,從而有效地消除了錐形束偽影的問題。

3、機架轉速。 CT的發展在排數增加的同時,轉速也在不斷的提高。目前,16排轉速0.5s到后64排的0.27s。在64排及以下CT的驅動方式采用的都是滾珠軸承和鋼帶驅動(或類似),這種驅動方式由于機械穩定的局限性,轉速也受到限制。在后64排CT上,驅動方式發生了改進,比如,飛利浦的iCT使用了氣墊軸承技術,機架在旋轉時無摩擦,在較原有的滾珠軸承提高了精度的同時,機架速度達到了0.27秒。西門子的雙源FLASH使用磁懸浮技術,轉速達到了0.28s。GE的寶石CT Discovery 750HD和東芝的Aquilion One為0.35s。但是,GE的128排CT Revolution和東芝的Aquilion One Vision縮減到了0.27s。

4、重建技術。 目前各廠家相繼推出迭代重建(Iterative Reconstruction, IR)算法,它并不是一種全新發現的算法,最早的CT應用的就是此算法。相比較傳統的濾波反投影法(Filtered Back Projection, FBP),迭代技術可以在保證圖像質量的前提下大幅降低輻射劑量,甚至可以提高圖像質量。表2為各主流品牌CT運用迭代技術降低輻射劑量的效果對比,可見各大公司的迭代技術水平基本一致,但也有一些細微差別,有研究發現飛利浦的iDose4 在降低劑量方面略勝一籌。


二、CT的檔次分型及選購策略


在購買CT設備的過程中,首先面對的問題是檔次的選擇。有些醫療單位把擁有高檔CT機看作是提高醫院檔次、地位的首要方法,并將其視為創收的方法之一,但往往在購置后的日常工作中, 并不能充分發揮該CT設備的價值, 造成衛生資源的浪費。即使是同一檔次的設備,由于其技術和功能不一樣,也有較大的差別,需對產品做充分的調研。采購時, 醫療單位還應綜合本單位的經濟實力、技術力量以及周邊醫療單位的師資力量和設備狀態, 并考慮到該設備的維護費用和當地的經濟狀況,合理購置CT設備。

衛生部對CT的檔次分型有明確的指導意見,將CT劃分如下:

1、臨床實用型;16排及以下;

2、臨床科研型;64排及以下;

3、科學研究型;128排及以上、雙源CT和能譜成像CT。

臨床實用型的16層螺旋CT可實現各向同性的圖像采集, 超薄切面和微體素采集, 能夠產生多達數百層的橫斷面圖像, 圖像后處理軟件也較為豐富,能夠基本滿足普通的臨床需求,如平掃、增強及外周血管成像等。二級醫院或CT 日工作量在20~ 60人次的單位,如無特殊需求的重點專科, 可考慮購置配備相應配置( 相應的后處理功能軟件: 3D、MIP、MPR、圖像疊加復合功能及仿真腔鏡功能等)的16排螺旋CT。由于目前主流廠家16排的技術比較成熟,在選擇產品型號時對產品本身的考慮比較少,除考察機架轉速、球管的熱容量和使用壽命等最主要的參數外,更多的是考慮售后服務、品牌和價格,及該機型在其他醫院的應用情況, 機器配件的供應及價格, 機器的維修和運營成本等。

臨床研究型指的是64排層面的CT。三級醫院、CT日工作量在60人次以上的醫療單位或本單位的規劃內重點專科建設有心胸外科、神經內外科,可以考慮購置64排螺旋CT以上檔次, 并配備當前所有的后處理功能軟件,如心臟CT成像、肺、腦灌注成像等。根據探測器技術及影像鏈的不同,臨床研究型CT又分為先進型和實用型兩檔。

實用型采用的是傳統探測器,在2012年以前推出的64排產品基本屬于這個類型,包括GE的VCT、飛利浦的納米CT Brilliance 128、西門子的AS+、東芝的Aquilion CX 等。在這檔CT中,主張采用大球管和高壓發生器,在采購過程中重點關注的是球管熱容量的大小和高壓發生器的功率;由于64排屬于高檔設備范疇,對圖像質量也有新的要求,主要關注X-Y軸空間分辨率、Z軸空間分辨率、密度分辨率等。64排區別16排最大的功能就是心臟成像,所以64排CT的心臟成像時間分辨率就尤為重要。近10年的臨床實踐表明,64排做心臟必須要控制心率,最好在65次/分以下,控制的方法為病人在掃描之前口服倍他樂克或硝酸甘油,也有醫院讓病人吸氧以控制心率。在64排CT硬件的基礎上,也有廠家為了提高心臟成像的心率適應范圍,通過一些掃描和編輯的軟件,來提高時間分辨率。比如GE的冠脈追蹤技術-自由之心和飛利浦的iPatient量體成像技術,可以使時間分辨率提高到30ms左右。由于是新的技術,實際的臨床效果有待驗證,有時廠家會將這些軟件功能列為選件,選購時需注意。

先進型是基于探測器而言的,是指在這檔CT中采用不同于與傳統CT的探測器。飛利浦在先進型64排CT中使用了微平板探測器,對應的產品為微平板Ingenuity CT;西門子使用的是光子探測器,對應的產品為Edge;GE為寶石探測器,對應的產品為寶石CT。這些探測器也同時應用到其各自的后64排產品中,后文會有專門的闡述。這類CT的共同點都是加快探測器的傳輸速度,降低電子噪音,以提高圖像質量、降低噪音和降低劑量。在這類產品的采購中需重點關注的是探測器芯片化和??榛某潭?、噪音指數、采樣率和劑量。在關注劑量時,除了探測器本身外,還有一個重要的影響因素是低劑量的迭代技術,具體見前文所述。對于比較關注劑量和有一定科研要求的醫院,先進型的64排CT是不錯的選擇。

此外,在64排CT的采購過程中還會遇到能量功能是否需要的問題。能量成像是近年興起的一個診斷方法,希望通過CT分析出病灶的性質,比如腫瘤良惡性的判定,通風結石的成分分析等,實際的臨床應用仍需進一步驗證。目前主流的四大廠家都能夠實現能量成像,然而,選用這個功能會增加一定的成本。自從能量成像出現以來,業界是帶著一種懷疑和新鮮的態度去關注它的。能量成像的理論基礎是必須要有同時同源同向的高低兩組射線,而目前并沒有設備能夠達到這個要求,所以其臨床應用也只是一種模仿性質,實際臨床應用較少。總體而言,能量成像是一種新的影像診斷方法,但仍需要完善。

科學研究型是指后64排CT,從技術特點上可以看出,這類設備的主要特點是轉速加快,探測器加寬,主要目的為實現無限制的心臟成像。這類設備適合大型的三甲醫院,對科研有比較高的要求和對心臟成像的速度和診斷準確度期望較大的醫院可以考慮選購,但這類設備價格昂貴,需結合醫院自身的發展和財務狀況。

以上為各個檔次設備的主要特點及在采購時應該注意的事項,當然在CT采購中還有一些所有機型要關注的參數,如孔徑、機架傾角、探測器數目、滑環類型、機架傾斜掃描、冷卻方式、最薄探測器寬度、探測器長軸寬度、探測器光子轉換效率。掃描床系統要評價的項目是掃描床最大承重、掃描床水平移動范圍、移動速度、移動高度、垂直升降范圍。高壓發生器主要評價發生器功率、球管熱容量、管電壓、管電流范圍、球管大小焦點、球管保用圈次數、采樣率、數據信號傳輸方式、最大掃描時間。操作臺主要評價主頻、內存大小、原始數據圖像硬盤容量、圖像存儲量、DICOM 接口、顯示器等。高級獨立工作站主要評價其內存、硬盤大小、圖像存儲量、CPU 主頻、工作站與其它影像設備(CT、DSA、MR、CR)共享功能、DICOM接口、圖像從操作臺到工作站的傳輸速度、后處理的處理速度和便捷性等。

在購買CT時還需考慮的是設備的流程控制問題。隨著螺旋CT轉速的加快,每個患者的檢查時間主要不是消耗在掃描本身上, 而是在掃描前的準備和掃描后的處理上, 如位置的擺放、掃描程序的設定和修正、患者屏息的訓練、掃描完畢后的照相等。單純掃描時間在整個檢查時間中占的比例幾乎可以忽略不計。目前西門子和飛利浦在流程控制方面有專門的軟件進行協助管理,在采購CT的時候可以讓廠家贈送。


三、合同的簽訂與驗收


大型醫療設備的訂購,包括很多軟硬件設備,其中有些是必備的,有些是可任選的,此外還有備件、維修儀表、技術資料、工具等等。因此,訂購合同必須要詳盡完備。在簽訂合同時, 我們應注意確認以下問題:

1、設備的性能指標。

2、基本系統中包括的硬件設備清單、軟件清單、備件清單、任選設備清單,以及廠家必須保證提供的全部技術資料、手冊( 如不能提供的資料應該特殊說明)。

3、售后服務以及技術支持的保證( 包括軟件的支持)。

完備的合同將大大有利于今后CT設備的應用、管理和維護,而合同條款不明確、不詳細完備,則會給驗收帶來困難,以至在經濟上遭受損失。

CT設備到達醫院后,是由生產廠家派人來進行安裝的。為了保證CT能迅速地安裝并投入使用, 必須做好安裝前的準備工作。在安裝過程中我方工程人員除需注意掌握設備性能,學習安裝技術外,還要做好安裝的原始記錄( 包括測試記錄),保存好原始的掃描圖像照片等,以便今后維修設備時加以比較。CT的驗收必須嚴格,一方面外國廠家急于交付使用, 另一方面我方不太明確驗收條款和方法,因此,我們要根據產品的技術條件提出具體驗收方案( 需得到廠方認可),其中包括驗收項目、方法、測試手段、使用儀器等等。


四、維修與保養[8]


設備采購完后除了設備的性能外,售后與維修也非常重要。維修包括維護與修理, 需要管理人員、使用人員和修理人員協作完成。有條件的醫院, 最好配備專職維修人員,以確保CT優質、高效、低耗運行,具體的措施有以下幾點:

1、指定CT管理、操作、維修規程, 按章管理。

2、采用專用供電回路( 或專用變壓器) 供電,確保穩定可靠。工作中不得突然停電,否則會造成CT故障或損壞。

3、保持機房環境、設備干凈, 溫度、濕度穩定。

4、保持接地系統良好、可靠。

5、做好定期維護、檢測、校正, 特別是滑環、碳刷、高壓發生器和球管等部件。

6、發現異常及故障, 及時報告維修人員檢修, 或聯系廠商維修部解決。

7、加強對維修人員的培養, 合同約定廠商認真進行維修技術培訓,支持鼓勵維修人員積極參與有關的技術培訓、學術交流和他院CT的故障維修,不斷提高維修水平,保證CT 優質、高效、低耗運行。

8、購置適當的易損配件備用,以減少?;奔?。

9、做好運行、維修記錄。


結語


目前國際CT機市場競爭激烈,CT機改型換代較快,檔次、系列、規格型號各異,技術性能指標較多,在這種情況下如何正確評價CT機質量及性能,擇優、合理引進適宜的CT機是業界共同關注的話題,本文就CT技術的發展及選購的型號選擇、注意事項、維修保養等方面提出一些意見和看法,僅供參考。