近年来，CT等高端医疗设备或成为”十四五”医疗装备产业发展规划及2022年上海医疗器械展会Medtec China的发展重点。回顾CT的发展历程，会发现一个规律，直到最近几年仍然符合——那就是CT的转速越来越快。这就涉及到了关于转速提升的一个关键问题，离心力。离心力（centrifugal force）是一种虚拟力，是惯性的体现，它使旋转的物体远离它的旋转中心。离心力与物体的质量，角速度和旋转半径有关。角速度为2π/T。角加速度等于ω2r。

自从螺旋CT产生以来，CT的最高转速已经从每圈1s提升到目前最快的0.24s（CardioGraphe，2018）。但看似简单的答案背后，又涉及到很多相关的问题。

离心力(G)与机架转速(t，s)、旋转半径（R，cm）之间的关系为：G=11.18·10-6·R·(60/t)2
从上述计算公式可以看出，球管和探测器在高速旋转时的离心力与转速和旋转半径成正比，转速快到一定程度后，每增加0.01s都要付出巨大的代价。2013年RSNA上发布的SOMATOM Force转速提高到了0.25s，此后一直是转速最快的CT。2018年发布的CardioGraphe心脏专用CT通过减小孔径（60cm）从而减少旋转半径（旋转中心到探测器的距离），进而将机架转速提升到0.24s。

离旋转中心0.7 m的物体上离心力与旋转频率的函数关系的图示。
Jiang H . Computed Tomography Principles, Design, Artifacts, and Recent Advances, 2nd Edition. 2009.
除了机架需要更强大以对抗离心力之外，还有一个是球管能够承受的离心力。球管作为非常精密的组件，需要在高速旋转中精确控制曝光的参数。球管对于离心力的上限有要求，例如某球管能够承受的离心力是33.1G。如果超过这个值，可能会造成硬件的损坏。说完球管，还有一个与之相关的问题：探测器的采样率（Sampling Rate）。采样率（采样频率）是指每秒从连续信号采样的离散信号个数，它用赫兹（Hz）来表示。例如Spectral CT 7500（2021）最高采样率为4800 Hz，带有飞焦点技术的SOMATOM Definition AS+（2007）最高采样率为4608 Hz，两者分别以最快转速采集，每圈投影数分别为1296次（0.27s）和1520次（0.3s）。采样率一定的情况下，转速越快，每圈的采样率就会越低。例如某CT可以使用一定的最高采样率运行，转速从0.28提升到0.20s，每圈的投影数量会减少40%。因此提高转速的同时，可能需要适当提高采样率或进行其他优化以保证图像质量（影响图像质量的因素非常多，采样率低并不意味着图像质量一定差，需要综合评估）。

CT球管
如果离心力以及相关的问题如果能解决，那就需要考虑如下两个问题：
一、最快转速的提升对心脏成像有什么帮助？
通常，转速越快，心脏成像的运动伪影就越小。在介绍时间分辨率时，我们提到过心脏成像对于时间分辨率的要求（参见：CT的时间分辨率）。正常的窦性心律为60-100次/分，对于正常心率的患者，如果不控制心率，CT设备的时间分辨率至少应为100ms，理想情况下应低于75.5ms。在无限接近100ms的路上，120ms和115ms达到的效果可能非常接近。因此冒着指数增加离心力来增加制造成本而提高0.01s的转速，可能并不划算。

所以，我们看到了一个非常内卷的市场宣传，因为转速增加的获益是肯定的，对于进一步提升时间分辨率，有两种途径：

第一是增加x-y轴平面球管的数量，比如2005年在RSNA上发布的第一代双源CTSOMATOM Definition，利用0.33s的转速，实现了83ms的时间分辨率，使得螺旋CT的时间分辨率首次低于100ms，从而告别了对心率控制药物的依赖。

第二种是软件算法，比如iTRIM技术，通过减少数据的量从而提高时间分辨率，对于转速0.48s的设备，可以将时间分辨率从240ms提高到195ms。软件算法通常获得效果没有机架转速提升来的明显，所以我们能看到高端CT的转速还在不断加快。

随着互联网技术的不断革新，逐渐渗透到医疗器械的各个领域，2022年上海医疗器械展会Medtec China技术论坛J：高端有源医疗设备核心部件与技术论坛中，也将讲解人工智能如何推动CT的发展，点击快速预登记，获取参会机会。

二、最高转速是否可以常规应用？

我们知道，管电压决定光子的质，而mAs决定光子的量。为了保证一定的光子数量，转速提高时，需要更高的管电流，比如同样是200mAs，转速是1s时，管电流需要200mA，如果转速加快到0.25s，则需要800mA。

对于宽探测器的CT设备，可以通过增加球管到探测器的距离来减少锥形线束伪影，所以我们可以看到很多CT设备的孔径很大，比如Revolution CT（2013）的孔径是80cm，uCT960+（2018）的孔径达到了82cm。随着孔径增加，锥形线束伪影可以得到一定限制。但，增加孔径一方面又增加了离心力，需要更稳固的机架设计。另一方面，球管的管电流也需要相应地增加，才能保证同样的图像质量。

所以，我们可以看到与转速伴生的一项重要工作，就是增加球管的最大管电流，特别是在低kV时，因为低kV需要更高的管电流进行补偿。SOMATOM Force单个球管在70-90kV时，最大管电流为1300mA，两个球管同时工作（如心脏成像，大螺距，DS模式等）时，可以提供最高2600mA的管电流。

即使是同样是管电流水平，不同的探测器宽度，不同的机架孔径也会有不同的效果。一般来说，探测器越窄，机架孔径越小，图像质量改善的效果越显著，相同图像质量的情况下，剂量降低的潜力也越大。

心脏CTA
因为这些限制，我们不难发现，在很多CT设备的常规检查中，通常不用最快的转速进行扫描，甚至某些设备在心脏成像时，可能也不用最快的转速，比如Revolution CT在心率较低的患者中，会自动选择0.35s的转速进行检查，从而获得更好的图像质量。有时候，病人是很难配合设备完成检查的，比如外伤，老年，儿童等不能配合的病人，就需要用尽可能短的时间完成检查。这就需要将各种扫描参数进行优化组合，比如在SOMATOM Force中，可以使用TurboFlash模式，可以在每秒737mm的速度下进行扫描，从而尽可能减少患者的运动。

2022年上海医疗器械展会Medtec China发现，对于转速增加伴随的离心力的增加而言，稳固的机架设计仅仅是最基本的问题，还需要解决稳固的球管设计，球管的最大管电流等等一系列的问题。所以，你看，CT成像是一个折衷的过程，需要各种条件相互平衡，才能获得相对理想的结果。

来源：XI区