展望CT影像设备的下个40年

来源：投资经理助理 沈淇2017-12-15

1895年，伦琴发现了X射线，并为夫人的手拍了第一张医学意义上的X光片，自此打开了放射影像学的大门。1975年，西门子历史上第一台CT产品SIRETOM正式发布，震惊了整个医学界。SIRETOM是一台头部扫描设备，图像分辨率为128x128，它的成功标志着CT的基础理论和工程问题得到解决。4年后，Godfrey Hounsfield和Allan M. Cormack共享了诺贝尔生理学或医学奖，以表彰他们在CT领域的基础性贡献，CT的伟大成就被世人认同。可以说，现代CT的原型诞生于上世纪70年代。

经过40多年的发展，高端CT影像设备兼具图像质量和成像速度。机架旋转速度极快，零点几秒可以完成一次扫描，捕捉心脏实时运动已不是痴人说梦。多排探测器的大螺距CT成像范围大，速度快，全身扫描易于反掌。X射线探测器像素也越来越小，电子学噪声越来越低，高分辨率高信噪比的图像是高端CT的标配。国际巨头的技术水平已经相当成熟，产品性能趋同。展望下个40年，CT影像设备还将如何发展？

虽然技术水平长足进步，CT的一些固有问题依旧没有解决。CT是放射性检测手段，对人体有一定的伤害。辐射防护领域人们一直遵从“As Low As Reasonably Achievable”原则，CT设备的低剂量需求将一直存在。相比于MR，CT的图像对比度单一，其优点是图像解读容易，缺点是变化太少，在有些情况下不能很好地显示感兴趣区域，这一点也为人诟病。我认为，CT设备的下个40年将会瞄准这些问题，具体来说体现在如下三个方面。

第一，硬件提升将带来下一个变革。回顾40年的历史，硬件提升已经多次主导了CT设备的变革。无线供电技术使得射线源可以连续旋转，配合大流强，探测器的曝光时间可以极短，使得快速成像成为可能。X射线探测器也从最开始的气体探测器发展到半导体探测器，探测效率提高，不浪费每一个穿过人体的光子，使得成像需要的剂量越来越低。但是，CT的硬件仍然不完美。以探测器为例，现在的CT几乎都使用能量积分型探测器，不能区分单个光子的能量，为了解决这个问题，学术界提出了光子计数探测器的概念，希望我们不仅能记录光子的个数，同时能区分光子的能量。这样，我们就能记录每个光子的所有信息，为更好的数据挖掘提供了潜在的可能。X射线的探测效率同样可以提升，效率的提升就意味着可以用更小的剂量得到同样质量的图像。X射线源也不完美，就像阳光，它不是单能的，而是有一个连续的谱分布。因此，“金属伪影”的问题一直伴随着CT。每一个研发CT的工程师一定渴望着一种高效经济的单能射线源（或许直接叫γ源更合适），这在今天只有在昂贵的加速器上才能实现。所以，CT的硬件还能再进步，只是困难更大。

第二，更好的算法来实现低剂量成像是人们持续的追求。硬件的进步可能降低成像剂量，算法也同样重要。2000年以后，基于压缩感知技术的图像迭代算法逐渐兴起。新的重建方法对采样点要求更少，辐射剂量大大降低。部分商用设备已经在使用这些新的算法，有报道称新的重建算法可以将辐射剂量降低一半以上。迭代算法的巨大成功已经表明未来同样可能存在更好的算法。

第三，进一步丰富CT的对比度，扩大CT的应用领域。当前CT设备的多模态趋势已经逐渐清晰。因为CT对比度简单，结合CT和其他成像方法的多模态设备方兴未艾。PET-CT，MRI-CT已经出现在一些厂家的宣传页上。PET成像原理与CT类似，被认为是一种功能成像方式，但是分辨率不高。MRI对比度更是多种多样，但又存在速度较慢，图像有形变等问题。CT与这些技术很好地互补，扩大了CT的应用领域。断层成像原理（Tomography）作为一种方法，同样可以有多种应用。现在的CT设备只是其中一种。在方法学上，我们还可以有更多的创新。相衬成像在学术界也有多年的研究历史，光源同样是X射线，同样利用了断层成像的原理，但是能得到两种对比度的图像。不远的将来，可能诞生更多不同的断层成像设备。

西门子的官方网站用时间轴的方式回顾了公司CT设备的40年发展历史，从1975年起，西门子一路走来引领了CT影像设备的发展，并最终定格在了2012年。在国际巨头“定格”的时代，或许是国内设备厂商最好的时代，我们应该撸起袖子加油干，迎头赶上，振兴国内高端影像设备行业。同时也不要忘记，时间轴的最后一行是意味深长的“To be continued…”，静悄悄的，或许已经前辈走在探索下个40年的道路上。