经济实用的16通道CT

译者：陈广飞，应俊，周丹

中国人民解放军总医院

高端计算机断层扫描系统具有优异的成像能力。但是对于众多常规扫描来说，一款较不昂贵的 16 通道 CT 系统也不错。 在你的机构采取高、低端 CT 系统的恰当搭配可为你节约大笔资金。了解16 通道 CT扫描仪的功能，以及它们如何和其他 CT 扫描仪配合。

由于具备特定医疗技术，那些具有先进功能的高规格设备型号被营销人员大肆吹捧，甚至会使人们以为只有高规格产品才真正具有价值。而那些基本的型号（尽管能力不差）却少有人问津，甚至被视为鸡肋。

计算机断层扫描（Computer Tomography，简称CT）技术即其中之一。现在的高端型号扫瞄仪具备非凡的功能，比如可以生成效果惊人的 4-D 图像，以及扫描正在跳动的心脏。医院也面临采购最新科技设备的巨大压力。

但是，先进的 CT 功能并不如想象中那样频繁使用。例如：尽管曾假设 CT 提供者会有应接不暇的心脏检查需求，对放射科管理人员的非正式调查却显示，大多数放射科的心脏CT患者数量实际上都非常少，因此，有些成本高昂的功能未被充分利用也就不足为奇了。而且，随着报销比例降低、患者自付率提高以及事前核准制度规定等经济现实的影响，进行 CT 扫描的数量正逐渐减少。结果，CT 业务的总收入呈下降趋势。

医院需要意识到一项重要事实：大部分检查只需要一套低端系统就已经足够。这意味着医院在采购 CT设备时采取审慎的措施可以大幅节省费用。

美国现有的最便宜 CT系统有16通道，是低端系统中最常见的。供应商也提供有20、32 或者40通道的系统，这些系统和16 通道系统功能类似，但是具有一些优势，例如：可升级性及更新技术功能等等。

这些设备的规格显示，对于大部分的常规检查，同一生产商的多数16通道系统应该可以提供与64通道系统相同质量的图像。另一方面，低端系统在减少患者辐射剂量上的功能较少，在应用诸如动态检查等先进功能上也有所局限。但是，大多数常规使用实际上并不需要这些功能。

因此，对于一些机构来说，一台较低规格的系统可以成为多通道系统既经济又有效的替代选项。一台16 通道扫描仪平均花费大约40万美元，而一套高端系统（我们一般称为高端CT）费用大概是 150 万美元。服务费用考量的差距更大：一台 16 通道系统的年度服务合约平均金额为 10万美元，而高端系统则为 17 万美元1（有关我们对 CT 扫描仪归类的解释，请参考Health Device 2012年7月刊第 204页《CT系统分类》）。

16通道CT系统融合功能性和经济性

16 通道系统适用于下列两种情况：

（1）作为低使用量医院的主要扫描仪——16 通道 CT系统对于 CT使用量较低的机构较为合适（例如：每月扫描检查不足500例），该类机构会发现很难接受费用高昂的CT系统。16 通道系统可以提供最符合经济效益的解决方案，满足大多数患者的需要。需要更高技术检查的患者最好由较大的机构接待，因为他们的设备和员工经验都更加适合。

（2）作为高端系统的补充——大型医院可能需要 16 通道系统进行常规扫描，将 64 通道（或者更高）系统应用于更高技术需求以及体型较大的患者。如果16 通道系统的图像质量与高规格系统相同，而且系统用户界面类似，从而使得技术人员没有理由厚此薄彼，那么这种搭配就是可行的。否则，他们可能更倾向于使用高规格系统。通用医疗设备命名系统（Universal Medical Device Nomenclature System,简称UMDNS）术语扫描系统，计算机断层扫描，螺旋[18-443]

选择 CT扫描仪时，医院需要谨慎考虑需要进行多少例低端系统不能提供的高端技术检查。关键是对预期的临床需求采取务实评估。

在本文中，我们探讨了低端 CT 系统的优缺点，评估了所有制造商现有的 16 通道系统，同时公布了我们对一款系统 - Siemens Somatom Emotion 16 操作测试的测试结果和评价。

1 CT系统分类

1.1 新技术需要新的分类方法

在我们关于CT系统的早期文章里，我们根据传统惯例，即机器能够生成的层数分类。但是，随着CT技术不断地发展，这种分类方案日益不足。“层”是指根据采集数据重建生成的轴向图像（二维横截面），现在的扫描仪一次检查形成的层数更多取决于放射科医生选择的检查方案，而较少受硬件的技术限制。另外，不同制造商的设计也明显不同（尤其是更高端的系统），使得同类比较很难进行。

所以，我们现在将 CT系统分为 5类：16 通道，20 至40 通道，64 通道，128 层，以及高端 CT 仪（我们预期高端CT扫描仪将随着CT技术的不断发展而进一步修订）。

1.2 “排”和“通道”要比“层”好

用排数和通道数描述CT硬件比用层数要好。更重要的是，这些术语可以更好地描述技术的优势和局限。 这些术语的定义如下：

排 指跨越探测器的离散单元排列。目前的CT 探测器可以多达 320排，每排包含上百个单元。

通道 指将探测器产生的模拟信号转换为数字信号，并将其传送到重建计算机的电子设备。每个通道代表信号可以传送的一条物理路径。通道是 CT 功能的限制元素之一。

通道数量是指在一次采集过程中，用于获取数据的特定探测器最大排数量（尽管扫描仪上探测器总排数可能会大于使用的通道数，有关这点会在下一章节解释），而层数是指每一次螺旋获取的特定的层数量。

1.3 不同系统中的排，通道和层

在大多数低于 64 通道的系统中，通道数和最大层数相同，但是探测器排数则较多。这样可以使用户选择层的厚度。例如：一台 16 通道 CT 系统的探测器排数多于16，中心有16排探测器，它们之间距离更窄，用于获取更薄的层，采集过程不会使用到探测器阵列外缘的探测器。反之，如果选取更厚的层，所有的探测器都会用到，但中心的薄排探测器会合并以匹配宽距探测器排形成的层厚度(参见Health Device 2012年7月刊206页的方框信息)。这就意味着获取较薄的层需使用探测器阵列的较窄区域，而每次螺旋都会对患者较短的区域扫描成像。如果需要更大的解剖覆盖面则选择较厚的层。两种情况下都需要用到 16 个通道来传输信息。

另一方面，64 通道类系统的探测器排数、通道数和最大层数都是相同的。 这些系统有 64 排探测器，排之间的距离相同。这就意味着不论使用多少排都可以获得最窄的层信息，即使需要从此类信息重建较厚的层。所以，这与16 通道系统不同，不需要减少每次旋转的覆盖面积即可获取最薄的层，进而缩短扫描时间。

我们归类为 16 通道、2～40 通道，以及 64 通道的系统，一般来说最大层数受限于通道数。而对于一些高端系统来说，可以使用先进的采集技术生成比探测器排数或通道数更多的层。大多数 64 通道系统可以升级为此类更先进的系统。这些系统可以生成通道数2倍的层数，因此被叫做 128 层系统。但是，层数加倍并不像有些人设想的那样，可以生成更薄的层并提高分辨率。相反，层之间重叠会使得一些伪影无法识别，并造成所有 3-D 重建图像更为平滑（减少“阶梯”伪影，即因平滑表面而失去图像连续性的现象）。另外一种错误的看法是这些系统有 128 通道，实际上只有 64 通道（使得层数加倍的是软件而非硬件）。

顶级的 CT类包含更加先进的型号，我们称为高端系统。大多数 CT 生产商都提供高端系统。这些型号功能更多，例如：探测区域更宽、探测器更多，或者具有双能采集选项。许多情况下，由先进技术构成的额外采集选项并没有在临床上广泛使用。而且，每一制造商对于该技术前景的看法都不同，从而导致系统和功能上的众多差异。

2 选择 16 通道还是更高规格系统的考虑因素

任何 CT 系统的临床性能都是众多设计选择的综合成果。尽管一台 CT 扫描仪中最重要的组件或许是探测器材料（因为这对于图像质量影响最大），但大多数制造商在其所有 CT 扫描仪使用的探测器材料非常类似，使得不同系统的图像质量很近似。因此，探测器性能并非比较16通道和更高规格系统的主要区别因素。实际上，最明显的区别在于 X 射线产品和扫描架设计，例如：系统安装的费用、一次旋转能覆盖多少解剖部位，以及剂量控制情况是否良好。在本章节中，我们会比较在这些因素以及其他因素上，16 通道和 64 通道以及更高通道系统的情况。

ECRI 研究院如何对 CT 系统进行分类

2.1 引进成本

选择低端系统的考虑之一就是使引进成本最小化，需考虑 3 个主要因素：系统需要多少空间，需要多少电力，以及室内降温需求。这些需求根据扫描架设计而有所不同。另外，高规格系统需求更多，比如空间更大、更强的降温、更多的电力，甚至更多的辐射屏蔽。

现有 CT系统分类

有些低端系统专门设计用来安装在大约 18 m2（200 平方英尺）的面积里，这正好是一间放射科室的面积。因此，可以利用现有的房间而无需做太多变动。大多数情况下并不需要一间单独的设备室。无论如何，医院需分配出空间用作控制区域。电源需求与其他放射成像设备类似，尽管ECRI研究院和制造商建议配备额外的功率调节设备以提高可靠性。

ECRI 研究院建议，在选择及安装 CT系统前仔细考虑并规划空调设备。根据工作量，CT 系统每小时可发出超过30000 BTU 必须被移除的热量，这比其他任何放射造影设备所能释放出的热量更多，因此很可能需要增加空调设备（作为比较，一台典型的单间室内空调每小时能够移除的热量为10000 BTU）。由于系统包含的计算机也会散热，因此控制室也需要额外降温。尽管所有CT制造商都有推荐的空调器，预期采购方仍需根据预计的工作负荷重新计算空调需求以确保足够的降温。

2.2 解剖覆盖面

CT系统探测器的物理宽度决定了扫描架每次旋转可以覆盖到的解剖面。大多数低通道系统的探测器比高通道系统窄。因此，覆盖同样的解剖面就需要更多的旋转次数，这会延长扫描时间。扫描时间变长又相应增加了患者在扫描过程中移动的机会，进而降低了图像质量。所以，低通道系统的覆盖区域窄是一项缺点。

但是，该缺点并不像看起来那么严重。例如：16 通道系统的扫描时间未必是64 通道系统的4倍。在大多数扫描中，扫描时间的主要决定因素是探测器的总宽度而不是通道数量。实际上，16 通道系统的探测器宽度通常大约等于64 通道系统的一半，所以扫描时间大概只会增加 2倍。

此规则的例外情况是需要最薄的层，即进行血管造影的时候。在其他因素相同的情况下，扫描时间会多达4倍。作为补偿手段，可以采用高螺距比来缩短扫描时间。增加螺距比会增加对伪影的感受性（可能也会稍微增加剂量），但这是减少患者活动的折中方案，患者活动会对图像质量影响更大。所以，这种检查也有可能达到可接受的图像质量，虽然放射科技术人员必须更有技巧地选择合适的扫描参数。

虽然 16 通道系统覆盖区域较少可能会导致患者活动的风险，但重点在于只要技巧性地调整扫描参数，就可在不影响图像质量的情况下扫描大部分患者。

2.3 旋转时间

CT系统扫描架的旋转时间也会影响图像质量：旋转更快可以缩短扫描时间，减少患者活动并使图像质量更佳。高端扫描仪可以进行非常快速的旋转（0.3 s甚至更少），而16 通道扫仪旋转则较缓慢（例如：0.5 s）。然而，快速旋转使用次数很少，尤其是16 通道系统不会进行的项目（例如：心脏扫描），因为在 16 通道系统上进行此类检查不能报销。因此，在16 通道系统上进行快速旋转扫描不会有什么收益。

2.4 功率和输出剂量

CT 技术近十年来的变化之一就是功率大幅提高。功率提高意味着剂量输出率提高，这是一项优势。提高功率的主要原因是为了补偿在更先进采集技术中不断缩短的旋转时间（扫描越迅速，越需要更高的剂量输出率以保持图像质量）。快速扫描超重患者时也需要高输出剂量。

选择 CT 系统时，医院经常会比较不同型号的功率参数。然而，单独比较功率往往会有误导性。原因在于，其他因素如系统的几何形状（例如：X 射线球管和探测器的距离）和滤波器也会显著地影响剂量率。考虑系统的最大输出剂量是更为有用的方法，虽然没有特别标示，但在考虑功率和常规输出剂量后可以计算出来。

举例：如果只考虑功率，大部分 16 通道系统与 64 通道系统相比明显劣逊一筹。然而，如果考虑到最大输出剂量，差别就不那么明显了（实际上，东芝（Toshiba）的 16 通道系统最大输出剂量比其他系统更高）。

而且，最大输出剂量上的差距并不像看起来那么不利。与高端系统不同，16 通道系统不需要进行最先进的采集（这需要极高的旋转速度）。因此，它们不需要相同的输出剂量。主要考虑是最大输出剂量是否足以扫描超重患者，大多数情况下都可以满足。超重患者可能需要更多的旋转时间，导致患者活动几率增加，影响扫描及增加球管热量（然而，此类患者很可能超出扫描床的重量限制和扫描架孔径的尺寸而无法进行扫描）。

CT 市场在发生什么情况？

图1：ECRI 研究院会员针对不同扫描仪的兴趣分布（基于超过 300 种系统）。64 通道系统最受欢迎，因为它们几乎具备所有的临床功能（包括心脏成像），这是目前最受欢迎的先进功能。然而，16 通道系统也在市场中占有相当比例。图2：两类 CT 之间的采购价差大约是25 万美元。因此，采购低端系统可以节省大量资金。本数据未考虑服务费用，高端系统在这方面的费用更高（信息来自 ECRI 研究院 SELECTplus 项目的数据）。

2.5 X 射线球管热管理

64 通道及其他覆盖范围更宽 CT 系统的一致优点就是X 射线束的使用效率比覆盖范围较窄的系统更高。制造商经常在其高端系统上配置具有更高热容量（主要为阳极）或者能快速冷却的 X 射线球管，而在 16 通道系统中使用更低规格的球管以控制成本。如前所述，16 通道系统的扫描时间是 64 通道系统的两倍。因此，相同输出剂量的一次采集会产生更多的热量。如果热量不能有效散发，则必须中断扫描并将采集分解为多个步骤以避免过热，或者减少采集设置。但这种做法通常只用于严重超重的患者（例如：扫描床勉强能容纳的患者）。

2.6 患者剂量

患者接受的辐射剂量有很多影响因素，人们通常误认为低通道系统比高通道系统患者的辐射剂量低。实际上，如果分别用16通道系统和64通道系统进行两次参数完全一致的扫描，64 通道系统的患者会接受更低的剂量，但剂量差别不大，不足以成为采购 64 通道系统的理由（同时需要注意，由于执行检查的变化，任何系统的病人总接受剂量都比过去更高）。

高通道系统比低通道系统辐射剂量低的原因是 X 射线几何形状。在任何准直 X 射线束中（例如：任何CT 扫描仪），射线的边缘部分虽然增加了患者辐射剂量，但却不能用于成像，因为是半影（部分阴影）而非最高强度射线。高通道系统的探测器覆盖范围增加，使其半影与低通道系统相比略微变宽。然而，高通道系统完成一次扫描需要更少的旋转次数，因此半影产生的总剂量也相应减少（减少旋转次数比增加半影宽度相比更为重要）。因此，随着每次旋转覆盖区域增加，患者每次检查接受的剂量也降低。

2.7 剂量控制- 迭代重建

近年来，CT剂量控制的一个重大进展是开发出更先进的图像处理技术，通常称为迭代重建。迭代重建采用集约计算流程以减少图像噪声。在之前的研究中，我们已经确认可在不影响图像细节的情况下减少噪声，从而显著（例如：50%）降低剂量（参见Health Device 2011 年3月份评测报告《西门子 Somatom Definition Flash：最新双源 CT》）。

2008年最初引入迭代处理时，该功能极为昂贵，只有在最高端系统才配置。其成本高昂的原因之一是需要昂贵的计算机硬件以及时处理图像。该技术仍在不断开发，最新版本需要甚至更贵的计算机硬件及更趋向于安装在高端系统。

然而，幸运的是有些迭代重建功能在某些 16 通道系统为可选功能。为了降低成本，计算机硬件性能可能会打折扣，即图像处理时间可能会更长，以及可能无法使用最新技术。但是，这些并不会构成太大问题，因为 16 通道系统更可能用于较少量病人（这种情况下允许用更长时间来处理图像）和要求更少的检查（不需要最新的剂量降低技术）情况。

关键在于，迭代重建尽管还不能应用于全部 16 通道系统，但已经应用在部分型号上，而且该功能通常价格高昂。迭代重建作为标准或者升级功能的普遍应用只是时间问题。然而，在可预见的未来，最先进的处理技术很可能还是只应用于高端 CT系统。

2.8 升级

当新的临床应用被广泛接受后，放射科部门就必需提供这种服务。因此， CT 系统能够升级到何种程度经常是采购流程中需要关注的问题。近年来的重大例子就是心脏和其他先进血管造影技术。

尽管几乎所有的 CT 系统都支持软件升级，即增加先进技术、剂量控制功能，以及增强工作流等，但是，没有任何16 通道系统能够升级到更多的通道。因此，如果希望在将来升级到 64 或更高的通道，购买 16 通道系统就未必是个好选择。

另一方面，有些 16 通道系统具备和高规格系统相同的引入设置需求（例如：房间面积、降温和电源需求）。这使得医疗机构可以在将来更容易把 16 通道系统更换为更高通道系统。这种情况下，医疗机构的初始引入设置费用可能较高，但只要不更换系统，其设备成本会较低。

对于预期在未来升级其现有系统到更高通道系统的机构，更划算的选择是 20～40 通道范围的系统。有些（但非全部）供应商提供的此类系统可以升级到 64 通道（或者有些情况下可到 128 层）。可升级性是购买此类系统的主要原因，尽管相比起16 通道系统，其临床应用更多、剂量控制功能更多，并且还有改进工作流程效率工具，其采购价格也相对更高（例如：不可升级的 16 通道系统平均报价约 40 万美元，而可升级的 20 通道系统报价则超过 60 万美元）。 但是，从长远来看，从 20～40 通道系统升级到 64 通道系统比购买 16 通道系统后替换成 64 通道系统的费用低得多。ECRI 研究院 SELECTplus 项目的报价分析服务显示，人们对于 20～40 通道系统的兴趣日益增加。