經濟實用的16通道CT

譯者：陳廣飛，應俊，周丹

中國人民解放軍總醫院

高端計算機斷層掃描系統具有優異的成像能力。但是對于眾多常規掃描來說，一款較不昂貴的 16 通道 CT 系統也不錯。 在你的機構采取高、低端 CT 系統的恰當搭配可為你節約大筆資金。了解16 通道 CT掃描儀的功能，以及它們如何和其他 CT 掃描儀配合。

由于具備特定醫療技術，那些具有先進功能的高規格設備型號被營銷人員大肆吹捧，甚至會使人們以為只有高規格產品才真正具有價值。而那些基本的型號（盡管能力不差）卻少有人問津，甚至被視為雞肋。

計算機斷層掃描（Computer Tomography，簡稱CT）技術即其中之一。現在的高端型號掃瞄儀具備非凡的功能，比如可以生成效果驚人的 4-D 圖像，以及掃描正在跳動的心臟。醫院也面臨采購最新科技設備的巨大壓力。

但是，先進的 CT 功能并不如想象中那樣頻繁使用。例如：盡管曾假設 CT 提供者會有應接不暇的心臟檢查需求，對放射科管理人員的非正式調查卻顯示，大多數放射科的心臟CT患者數量實際上都非常少，因此，有些成本高昂的功能未被充分利用也就不足為奇了。而且，隨著報銷比例降低、患者自付率提高以及事前核準制度規定等經濟現實的影響，進行 CT 掃描的數量正逐漸減少。結果，CT 業務的總收入呈下降趨勢。

醫院需要意識到一項重要事實：大部分檢查只需要一套低端系統就已經足夠。這意味著醫院在采購 CT設備時采取審慎的措施可以大幅節省費用。

美國現有的最便宜 CT系統有16通道，是低端系統中最常見的。供應商也提供有20、32 或者40通道的系統，這些系統和16 通道系統功能類似，但是具有一些優勢，例如：可升級性及更新技術功能等等。

這些設備的規格顯示，對于大部分的常規檢查，同一生產商的多數16通道系統應該可以提供與64通道系統相同質量的圖像。另一方面，低端系統在減少患者輻射劑量上的功能較少，在應用諸如動態檢查等先進功能上也有所局限。但是，大多數常規使用實際上并不需要這些功能。

因此，對于一些機構來說，一臺較低規格的系統可以成為多通道系統既經濟又有效的替代選項。一臺16 通道掃描儀平均花費大約40萬美元，而一套高端系統（我們一般稱為高端CT）費用大概是 150 萬美元。服務費用考量的差距更大：一臺 16 通道系統的年度服務合約平均金額為 10萬美元，而高端系統則為 17 萬美元1（有關我們對 CT 掃描儀歸類的解釋，請參考Health Device 2012年7月刊第 204頁《CT系統分類》）。

16通道CT系統融合功能性和經濟性

16 通道系統適用于下列兩種情況：

（1）作為低使用量醫院的主要掃描儀——16 通道 CT系統對于 CT使用量較低的機構較為合適（例如：每月掃描檢查不足500例），該類機構會發現很難接受費用高昂的CT系統。16 通道系統可以提供最符合經濟效益的解決方案，滿足大多數患者的需要。需要更高技術檢查的患者最好由較大的機構接待，因為他們的設備和員工經驗都更加適合。

（2）作為高端系統的補充——大型醫院可能需要 16 通道系統進行常規掃描，將 64 通道（或者更高）系統應用于更高技術需求以及體型較大的患者。如果16 通道系統的圖像質量與高規格系統相同，而且系統用戶界面類似，從而使得技術人員沒有理由厚此薄彼，那么這種搭配就是可行的。否則，他們可能更傾向于使用高規格系統。通用醫療設備命名系統（Universal Medical Device Nomenclature System,簡稱UMDNS）術語掃描系統，計算機斷層掃描，螺旋[18-443]

選擇 CT掃描儀時，醫院需要謹慎考慮需要進行多少例低端系統不能提供的高端技術檢查。關鍵是對預期的臨床需求采取務實評估。

在本文中，我們探討了低端 CT 系統的優缺點，評估了所有制造商現有的 16 通道系統，同時公布了我們對一款系統 - Siemens Somatom Emotion 16 操作測試的測試結果和評價。

1 CT系統分類

1.1 新技術需要新的分類方法

在我們關于CT系統的早期文章里，我們根據傳統慣例，即機器能夠生成的層數分類。但是，隨著CT技術不斷地發展，這種分類方案日益不足。“層”是指根據采集數據重建生成的軸向圖像（二維橫截面），現在的掃描儀一次檢查形成的層數更多取決于放射科醫生選擇的檢查方案，而較少受硬件的技術限制。另外，不同制造商的設計也明顯不同（尤其是更高端的系統），使得同類比較很難進行。

所以，我們現在將 CT系統分為 5類：16 通道，20 至40 通道，64 通道，128 層，以及高端 CT 儀（我們預期高端CT掃描儀將隨著CT技術的不斷發展而進一步修訂）。

1.2 “排”和“通道”要比“層”好

用排數和通道數描述CT硬件比用層數要好。更重要的是，這些術語可以更好地描述技術的優勢和局限。 這些術語的定義如下：

排 指跨越探測器的離散單元排列。目前的CT 探測器可以多達 320排，每排包含上百個單元。

通道 指將探測器產生的模擬信號轉換為數字信號，并將其傳送到重建計算機的電子設備。每個通道代表信號可以傳送的一條物理路徑。通道是 CT 功能的限制元素之一。

通道數量是指在一次采集過程中，用于獲取數據的特定探測器最大排數量（盡管掃描儀上探測器總排數可能會大于使用的通道數，有關這點會在下一章節解釋），而層數是指每一次螺旋獲取的特定的層數量。

1.3 不同系統中的排，通道和層

在大多數低于 64 通道的系統中，通道數和最大層數相同，但是探測器排數則較多。這樣可以使用戶選擇層的厚度。例如：一臺 16 通道 CT 系統的探測器排數多于16，中心有16排探測器，它們之間距離更窄，用于獲取更薄的層，采集過程不會使用到探測器陣列外緣的探測器。反之，如果選取更厚的層，所有的探測器都會用到，但中心的薄排探測器會合并以匹配寬距探測器排形成的層厚度(參見Health Device 2012年7月刊206頁的方框信息)。這就意味著獲取較薄的層需使用探測器陣列的較窄區域，而每次螺旋都會對患者較短的區域掃描成像。如果需要更大的解剖覆蓋面則選擇較厚的層。兩種情況下都需要用到 16 個通道來傳輸信息。

另一方面，64 通道類系統的探測器排數、通道數和最大層數都是相同的。 這些系統有 64 排探測器，排之間的距離相同。這就意味著不論使用多少排都可以獲得最窄的層信息，即使需要從此類信息重建較厚的層。所以，這與16 通道系統不同，不需要減少每次旋轉的覆蓋面積即可獲取最薄的層，進而縮短掃描時間。

我們歸類為 16 通道、2～40 通道，以及 64 通道的系統，一般來說最大層數受限于通道數。而對于一些高端系統來說，可以使用先進的采集技術生成比探測器排數或通道數更多的層。大多數 64 通道系統可以升級為此類更先進的系統。這些系統可以生成通道數2倍的層數，因此被叫做 128 層系統。但是，層數加倍并不像有些人設想的那樣，可以生成更薄的層并提高分辨率。相反，層之間重疊會使得一些偽影無法識別，并造成所有 3-D 重建圖像更為平滑（減少“階梯”偽影，即因平滑表面而失去圖像連續性的現象）。另外一種錯誤的看法是這些系統有 128 通道，實際上只有 64 通道（使得層數加倍的是軟件而非硬件）。

頂級的 CT類包含更加先進的型號，我們稱為高端系統。大多數 CT 生產商都提供高端系統。這些型號功能更多，例如：探測區域更寬、探測器更多，或者具有雙能采集選項。許多情況下，由先進技術構成的額外采集選項并沒有在臨床上廣泛使用。而且，每一制造商對于該技術前景的看法都不同，從而導致系統和功能上的眾多差異。

2 選擇 16 通道還是更高規格系統的考慮因素

任何 CT 系統的臨床性能都是眾多設計選擇的綜合成果。盡管一臺 CT 掃描儀中最重要的組件或許是探測器材料（因為這對于圖像質量影響最大），但大多數制造商在其所有 CT 掃描儀使用的探測器材料非常類似，使得不同系統的圖像質量很近似。因此，探測器性能并非比較16通道和更高規格系統的主要區別因素。實際上，最明顯的區別在于 X 射線產品和掃描架設計，例如：系統安裝的費用、一次旋轉能覆蓋多少解剖部位，以及劑量控制情況是否良好。在本章節中，我們會比較在這些因素以及其他因素上，16 通道和 64 通道以及更高通道系統的情況。

ECRI 研究院如何對 CT 系統進行分類

2.1 引進成本

選擇低端系統的考慮之一就是使引進成本最小化，需考慮 3 個主要因素：系統需要多少空間，需要多少電力，以及室內降溫需求。這些需求根據掃描架設計而有所不同。另外，高規格系統需求更多，比如空間更大、更強的降溫、更多的電力，甚至更多的輻射屏蔽。

現有 CT系統分類

有些低端系統專門設計用來安裝在大約 18 m2（200 平方英尺）的面積里，這正好是一間放射科室的面積。因此，可以利用現有的房間而無需做太多變動。大多數情況下并不需要一間單獨的設備室。無論如何，醫院需分配出空間用作控制區域。電源需求與其他放射成像設備類似，盡管ECRI研究院和制造商建議配備額外的功率調節設備以提高可靠性。

ECRI 研究院建議，在選擇及安裝 CT系統前仔細考慮并規劃空調設備。根據工作量，CT 系統每小時可發出超過30000 BTU 必須被移除的熱量，這比其他任何放射造影設備所能釋放出的熱量更多，因此很可能需要增加空調設備（作為比較，一臺典型的單間室內空調每小時能夠移除的熱量為10000 BTU）。由于系統包含的計算機也會散熱，因此控制室也需要額外降溫。盡管所有CT制造商都有推薦的空調器，預期采購方仍需根據預計的工作負荷重新計算空調需求以確保足夠的降溫。

2.2 解剖覆蓋面

CT系統探測器的物理寬度決定了掃描架每次旋轉可以覆蓋到的解剖面。大多數低通道系統的探測器比高通道系統窄。因此，覆蓋同樣的解剖面就需要更多的旋轉次數，這會延長掃描時間。掃描時間變長又相應增加了患者在掃描過程中移動的機會，進而降低了圖像質量。所以，低通道系統的覆蓋區域窄是一項缺點。

但是，該缺點并不像看起來那么嚴重。例如：16 通道系統的掃描時間未必是64 通道系統的4倍。在大多數掃描中，掃描時間的主要決定因素是探測器的總寬度而不是通道數量。實際上，16 通道系統的探測器寬度通常大約等于64 通道系統的一半，所以掃描時間大概只會增加 2倍。

此規則的例外情況是需要最薄的層，即進行血管造影的時候。在其他因素相同的情況下，掃描時間會多達4倍。作為補償手段，可以采用高螺距比來縮短掃描時間。增加螺距比會增加對偽影的感受性（可能也會稍微增加劑量），但這是減少患者活動的折中方案，患者活動會對圖像質量影響更大。所以，這種檢查也有可能達到可接受的圖像質量，雖然放射科技術人員必須更有技巧地選擇合適的掃描參數。

雖然 16 通道系統覆蓋區域較少可能會導致患者活動的風險，但重點在于只要技巧性地調整掃描參數，就可在不影響圖像質量的情況下掃描大部分患者。

2.3 旋轉時間

CT系統掃描架的旋轉時間也會影響圖像質量：旋轉更快可以縮短掃描時間，減少患者活動并使圖像質量更佳。高端掃描儀可以進行非常快速的旋轉（0.3 s甚至更少），而16 通道掃儀旋轉則較緩慢（例如：0.5 s）。然而，快速旋轉使用次數很少，尤其是16 通道系統不會進行的項目（例如：心臟掃描），因為在 16 通道系統上進行此類檢查不能報銷。因此，在16 通道系統上進行快速旋轉掃描不會有什么收益。

2.4 功率和輸出劑量

CT 技術近十年來的變化之一就是功率大幅提高。功率提高意味著劑量輸出率提高，這是一項優勢。提高功率的主要原因是為了補償在更先進采集技術中不斷縮短的旋轉時間（掃描越迅速，越需要更高的劑量輸出率以保持圖像質量）。快速掃描超重患者時也需要高輸出劑量。

選擇 CT 系統時，醫院經常會比較不同型號的功率參數。然而，單獨比較功率往往會有誤導性。原因在于，其他因素如系統的幾何形狀（例如：X 射線球管和探測器的距離）和濾波器也會顯著地影響劑量率。考慮系統的最大輸出劑量是更為有用的方法，雖然沒有特別標示，但在考慮功率和常規輸出劑量后可以計算出來。

舉例：如果只考慮功率，大部分 16 通道系統與 64 通道系統相比明顯劣遜一籌。然而，如果考慮到最大輸出劑量，差別就不那么明顯了（實際上，東芝（Toshiba）的 16 通道系統最大輸出劑量比其他系統更高）。

而且，最大輸出劑量上的差距并不像看起來那么不利。與高端系統不同，16 通道系統不需要進行最先進的采集（這需要極高的旋轉速度）。因此，它們不需要相同的輸出劑量。主要考慮是最大輸出劑量是否足以掃描超重患者，大多數情況下都可以滿足。超重患者可能需要更多的旋轉時間，導致患者活動幾率增加，影響掃描及增加球管熱量（然而，此類患者很可能超出掃描床的重量限制和掃描架孔徑的尺寸而無法進行掃描）。

CT 市場在發生什么情況？

圖1：ECRI 研究院會員針對不同掃描儀的興趣分布（基于超過 300 種系統）。64 通道系統最受歡迎，因為它們幾乎具備所有的臨床功能（包括心臟成像），這是目前最受歡迎的先進功能。然而，16 通道系統也在市場中占有相當比例。圖2：兩類 CT 之間的采購價差大約是25 萬美元。因此，采購低端系統可以節省大量資金。本數據未考慮服務費用，高端系統在這方面的費用更高（信息來自 ECRI 研究院 SELECTplus 項目的數據）。

2.5 X 射線球管熱管理

64 通道及其他覆蓋范圍更寬 CT 系統的一致優點就是X 射線束的使用效率比覆蓋范圍較窄的系統更高。制造商經常在其高端系統上配置具有更高熱容量（主要為陽極）或者能快速冷卻的 X 射線球管，而在 16 通道系統中使用更低規格的球管以控制成本。如前所述，16 通道系統的掃描時間是 64 通道系統的兩倍。因此，相同輸出劑量的一次采集會產生更多的熱量。如果熱量不能有效散發，則必須中斷掃描并將采集分解為多個步驟以避免過熱，或者減少采集設置。但這種做法通常只用于嚴重超重的患者（例如：掃描床勉強能容納的患者）。

2.6 患者劑量

患者接受的輻射劑量有很多影響因素，人們通常誤認為低通道系統比高通道系統患者的輻射劑量低。實際上，如果分別用16通道系統和64通道系統進行兩次參數完全一致的掃描，64 通道系統的患者會接受更低的劑量，但劑量差別不大，不足以成為采購 64 通道系統的理由（同時需要注意，由于執行檢查的變化，任何系統的病人總接受劑量都比過去更高）。

高通道系統比低通道系統輻射劑量低的原因是 X 射線幾何形狀。在任何準直 X 射線束中（例如：任何CT 掃描儀），射線的邊緣部分雖然增加了患者輻射劑量，但卻不能用于成像，因為是半影（部分陰影）而非最高強度射線。高通道系統的探測器覆蓋范圍增加，使其半影與低通道系統相比略微變寬。然而，高通道系統完成一次掃描需要更少的旋轉次數，因此半影產生的總劑量也相應減少（減少旋轉次數比增加半影寬度相比更為重要）。因此，隨著每次旋轉覆蓋區域增加，患者每次檢查接受的劑量也降低。

2.7 劑量控制- 迭代重建

近年來，CT劑量控制的一個重大進展是開發出更先進的圖像處理技術，通常稱為迭代重建。迭代重建采用集約計算流程以減少圖像噪聲。在之前的研究中，我們已經確認可在不影響圖像細節的情況下減少噪聲，從而顯著（例如：50%）降低劑量（參見Health Device 2011 年3月份評測報告《西門子 Somatom Definition Flash：最新雙源 CT》）。

2008年最初引入迭代處理時，該功能極為昂貴，只有在最高端系統才配置。其成本高昂的原因之一是需要昂貴的計算機硬件以及時處理圖像。該技術仍在不斷開發，最新版本需要甚至更貴的計算機硬件及更趨向于安裝在高端系統。

然而，幸運的是有些迭代重建功能在某些 16 通道系統為可選功能。為了降低成本，計算機硬件性能可能會打折扣，即圖像處理時間可能會更長，以及可能無法使用最新技術。但是，這些并不會構成太大問題，因為 16 通道系統更可能用于較少量病人（這種情況下允許用更長時間來處理圖像）和要求更少的檢查（不需要最新的劑量降低技術）情況。

關鍵在于，迭代重建盡管還不能應用于全部 16 通道系統，但已經應用在部分型號上，而且該功能通常價格高昂。迭代重建作為標準或者升級功能的普遍應用只是時間問題。然而，在可預見的未來，最先進的處理技術很可能還是只應用于高端 CT系統。

2.8 升級

當新的臨床應用被廣泛接受后，放射科部門就必需提供這種服務。因此， CT 系統能夠升級到何種程度經常是采購流程中需要關注的問題。近年來的重大例子就是心臟和其他先進血管造影技術。

盡管幾乎所有的 CT 系統都支持軟件升級，即增加先進技術、劑量控制功能，以及增強工作流等，但是，沒有任何16 通道系統能夠升級到更多的通道。因此，如果希望在將來升級到 64 或更高的通道，購買 16 通道系統就未必是個好選擇。

另一方面，有些 16 通道系統具備和高規格系統相同的引入設置需求（例如：房間面積、降溫和電源需求）。這使得醫療機構可以在將來更容易把 16 通道系統更換為更高通道系統。這種情況下，醫療機構的初始引入設置費用可能較高，但只要不更換系統，其設備成本會較低。

對于預期在未來升級其現有系統到更高通道系統的機構，更劃算的選擇是 20～40 通道范圍的系統。有些（但非全部）供應商提供的此類系統可以升級到 64 通道（或者有些情況下可到 128 層）。可升級性是購買此類系統的主要原因，盡管相比起16 通道系統，其臨床應用更多、劑量控制功能更多，并且還有改進工作流程效率工具，其采購價格也相對更高（例如：不可升級的 16 通道系統平均報價約 40 萬美元，而可升級的 20 通道系統報價則超過 60 萬美元）。 但是，從長遠來看，從 20～40 通道系統升級到 64 通道系統比購買 16 通道系統后替換成 64 通道系統的費用低得多。ECRI 研究院 SELECTplus 項目的報價分析服務顯示，人們對于 20～40 通道系統的興趣日益增加。