44年！——记西门子CT的创新之路
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四十四年对于人类历史不过短短一瞬，但西门子CT却在这其中不断散发着具有划时代意义的光芒，引领着CT技术的持续创新。
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世界上首台商用临床型CT诞生
CT的发明被认为是“自从伦琴1895年发现X线以来，在放射医学、医学物理和相关科学领域里，没有能与之比拟的发明。”
1972年豪斯菲尔德和阿姆布劳斯在英国放射学年会上发表正式论文，宣告了CT的诞生。
同年，西门子在埃尔兰根的基础研究单位专门成立了一个CT研发部门。目标是设计出一个功能强大的CT原型机，并对其在医院和医疗实践中的工作流程进行优化。
两年后，西门子的第一个计算机体层扫描系统——SIRETOM应运而生。
1974年，在经过完善的临床验证之后，历史性时刻终于到来，西门子在爱丁堡举行的欧洲放射学会(ECR)年会和在芝加哥举行的北美放射学会 (RSNA) 年度会议上将该扫描机隆重推出，世界上首台商用临床型CT诞生！
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第一个“十年”：从头到脚 全身扫描
SIRETOM问世后，患者可以在门诊接受检查，在无创条件下，显示肿瘤、囊肿、出血，甚至细小的钙化。SIRETOM扫描最多需要30 min，包括定位患者，双层体层扫描只需要4～5 min。
医疗界也为这些新的可能性所震撼，计算机体层扫描成了检查脑部组织的首选方式，而这也激起了医生对于全身CT成像的憧憬。这也意味着。需要开发新的技术来实现全。
经过 3 年的研发攻关，西门子于1977年9月推出SOMATOM全身CT系统。
这一系统扫描速度更快，超过原计划每20 秒一个断面的要求：普通扫描模式下，SOMATOM能在4 s之内扫描完一个断面；在快速扫描模式下，一个断面扫描仅需2.5 s。SIRETOM的扫描架开口是23.5cm，而SOMATOM的测量宽度则为54 cm。
有了这些技术进步，首台SOMATOM设备能对肾脏、腹主动脉以及众多肌肉系统细部等进行显示。但是要拍摄心脏跳动时的清晰图像，这一系统依然显得太慢。
但是，CT发展非常迅速，1979年生产的新款SOMATOM设备优化了探测器系统，这对图像质量具有特别重要的意义。之前的机型配备256个探测器单元，而第二代SOMATOM则配备512个，空间分辨率是之前的2倍；为加快扫描时间，工程设计人员又开发出了更快的处理器，使得设备首次可以对跳动的心脏成像。
SOMATOM配备了当时世界上最快的大批量图像处理器，能在1 s内完成大约2500万次计算。当然在今天，任何智能手机都比这个要快得多，但是在1983年，这种处理速度已经非常惊人，能够在检查完成后立即生成图像。
1984年RSNA年会上，第三方机构的测量中，西门子SOMATOM DRH超过所有厂家，表现最佳：美国物理学家ThomasPayne展示了他对来自不同厂家的最先进CT系统的测试结果。在测试过程中，Payne使用专门的测量体模比较CT图像的细节分辨率和伪影。
在所有的测量活动中，来自西门子的配备704个探测器元件的高端型号SOMATOM DRH表现最佳。西门子系统的图像提供最高的几何分辨率，显示了最少的伪影，在特别容易产生伪影的颅后窝成像中，西门子系统的图像也比竞争对手的产品更加优异。
此时的CT图像细节已经非常清晰，不仅可以帮助医师做出诊断，来自其他领域的科研人员也开始将这一技术应用到他们的研究之中。
埃及学家、文化历史学者和人类学家对古埃及的木乃伊非常感兴趣，而木乃伊是考察当时人们的生活环境和其他方面的信息宝藏。计算机体层扫描可以使木乃伊内部的构造重见天日，同时不损坏其珍贵的外部结构。
自1984年以来新型SOMATOM设备都配备了70 cm孔径的扫描架，甚至可以装下庞大而笨重的石棺。这种较大的开口使得扫描4 000年前的木乃伊成为可能，而在放射临床实践中也会给医师带来更加舒适和方便的体验，尤其是对超重和肥胖患者更是如此。
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第二个“十年” : 滑环螺旋 容积扫描
在SOMATOM推出后的首个10年里，用于CT扫描机的基本技术没有发生任何变化：这方面的一个重要表现就是重达几百公斤的测量系统的工作方式：加速、360°旋转、减速、停止、反方向旋转、停止，每次扫描就这样如此往复，做大量的重复运动，机械应变达到极限水平却没有进一步改善的空间。只有测量系统持续旋转，才有可能进一步缩短扫描时间，而缩短扫描时间正是改善图像质量的关键所在。
1987年西门子推出了滑环数据采集和连续机架旋转技术，这是计算机体层扫描史上最重大的革新。
借助全球首台螺旋也是当时最快的CT——SOMATOM Plus，将360°扫描所需的时间缩短到了仅仅1 s。
这一代CT设备有三个主要特点：滑环能源供应、信号无线传输、DURX线球管。
借助SOMATOM Plus，西门子巩固了其在CT市场上的领先地位，保证未来多年在技术上领先竞争对手，与此同时也为下一次高能系统的变革——螺旋CT奠定了坚实的基础。
1995年西门子再次推出世界上最快的CT扫描机---SOMATOMPlus4，一次扫描旋转需要0.75 秒，当时所有其他的扫描机完成一次旋转至少需要1 s。
SOMATOM Plus4已经可以对器官进行灌注扫描以及3D的方式显示图像，这在当时也是SOMATOMM Plus4独有的功能。
之后，SOMATOM Plus4迎来又一项创新成果：一种使用特殊材料转换X线的“固态探测器”。
在法兰克尼亚福希海姆市的探测器中心，西门子开发出来一种特殊的陶瓷复合元件，几乎可以吸收全部的X线辐射，并在毫无损失的情况下进行转换。UFC（超快速稀土陶瓷）作为氙气的替代材料应用在探测器中，陶瓷可以吸收X线并将它们直接转换成光子——可见光线。UFC不仅比氙气更加高效，而且余辉期更短。
这代表着X线技术的一个巨大进步，自此以后，放射剂量可以降低多达 30%，且不影响图像质量。
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第三个“十年” ：多层螺旋 动态扫描
1998年西门子在RSNA年会推出首台多层CT SOMATOM Volume Zoom，能在0.5 s/周内获得4个图像断面，其后又以16层、64层及128层CT领跑多层CT的发展。
SOMATONM Volume Zoom的问世解决了扫描范围和精确细节之间的矛盾，尤其重要的是，SOMATOM Volume Zoom也是心脏CT扫描史上的重要转折点。
首张冠状动脉CT图像于1999年在德国慕尼黑Klinikum Grosshadern医院诞生。
在此后几年里，西门子在心脏成像领域内作出了重大贡献——如果没有西门子，如今的心脏CT将不可能成为一项临床常规检查。
2001年12月， CT扫描被首次应用到冠状动脉成像后仅仅3年，西门子又取得了新的突破，在世界上推出了首台16层CT扫描机：SOMATOM Sensation 16可以使冠状动脉及其纤细的侧支血管清晰显示。
这一从4层到16层的跃进，以及更快的旋转速度——仅需0.4 s，创造了众多优势。
CT球管的变革也始于这个时期：2003年，西门子推出STRATON 球管产品，其中两个主要的设计变显著地提高了X线的性能：
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1、阳极的直接冷却：与传统的CT球管相比，可以释放多达10倍的热量。快速的冷却意味着可以安装更小的阳极，因而设备重量更轻，这进一步提高了机械稳定性，同时实现更高的旋转速度。
2、“飞焦点”技术：可以多角度记录每次扫描的每个投影，提高采样率，大幅改善图像的清晰度。
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2003年，最新机型SOMATOM Sensation 64成为世界上首台64层CT系统。
2004年，西门子发布SOMATOM Sensation Cardiac 64，这是一款经过特别优化的心血管成像专用系统，转速更快，从0.37秒提高到0.33秒，同时装配心脏扫描专用硬件和软件。与此同时，SOMATOM Sensation Open让扫描超重和肥胖患者变得更加容易。
多年来的技术进化及其带来的所有革新、改进以及最新应用推动该系列产品不断提升性能。
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第四个“十年” ： 双源君临 无限扫描
时间进入到2005年，全球科学家和工程师已经为CT做出了众多的技术革新，使之成为日常临床应用的重要检查手段。
从第一幅模糊的CT图像到如今高清的CT图像、每个断面扫描需要5 min到一个断面仅需0.33 s时间、每圈旋转采集0.06兆数据到多达4 000 兆的信息，都让我们切身感受到了科技进步所带来的深远影响。
西门子不断为CT领域注入科技的推动力量，引领全新的方向和时代潮流。
为了将高端CT的扫描能力提高1倍，同时将辐射剂量降低50%，西门子又提出了一个简单而新颖的理念：双源CT。
听上去似乎是个很容易实现的概念：只需要集成2个球管，安装2个探测器，一台双源扫描机就组装完毕了。
但是在现实中，实施这一概念在技术层面对工程师来说是一个巨大的挑战，因为在常规的单源CT系统中，扫描机架内部的结构已经非常紧凑。如果没有所有的部件的优化，双源CT根本不可能实现。
为了实现这一“不可能完成的任务”，西门子的工程师对影像链上所有的元素进行了革新，使之更为紧凑。例如：改变整个冷却系统以及电子元件的排列方式，开发更加强力和高效的部件，像这样一个任务就花费了工程师多年的时间和心血。
2005年RSNA上SOMATOM Definition横空出世，这是全球首创配备2个球管和2个围绕患者旋转的探测器的系统，被称为双源CT。这种全新技术的出现解决了当时三大难题: 无条件心脏成像、双能量成像、低辐射剂量。引领CT率先进入“后64超高端时代“
2008年RSNA上，西门子基于此项成功技术和双源技术的经验，再次震惊世界，推出新款设备——SOMATOM Definition Flash，该设备成为了当时世界上最快的CT扫描机，实现了速度、能量、功能、低剂量的高度统一，特别是常规 亚mSv 心脏成像，设定了低剂量 CT 成像的新标准，CT进入“快宽能低”时代。
2013年，SOMATOM Definition Flash stellar光子CT诞生，实现了四个关键性CT工程技术学参数：空间分辨率、密度分辨率、能量分辨率和时间分辨率的完美统一。CT进入“快宽能低清”时代。
2012年西门子推出了首个几乎可以消除所有这些线路的探测器：Stellar光子探测器。这种探测器用于信号转换的所有电子元件集成在一个晶片上，历经六年研发，彻底整合电子元器件及有形电子线路，集成为探测器微型晶片，消除电子噪声干扰，实现“0”噪纯净成像，大幅减少了辐射剂量，改善了图像质量。
Stellar光子探测器不但搭载到Definition Flash双源CT，同时也配备在西门子单源超高端SOMATOM DefinitionEdge。
CT发展40年中，传统超高端CT的发展始终围绕在四个基本的CT工程技术学参数的提高上，即时间分辨率、空间分辨率、密度分辨率和能量分辨率。其中光子双源CT真正实现了“四率合一”，达到了前所未有的技术高度，全面领先同类CT产品。
接下来，CT的技术发展应该走向何方？
2015年，西门子公司又一次颠覆传统，推出了划时代的SOMATOM Force 开源CT，这款产品基于全球超过1500台双源CT设备硬件平台，凭借西门子医疗40年CT技术发展经验和10年双源CT积累的海量大数据而诞生，它的问世重新定义了CT的发展 ，开创了未来CT成像发展格局：引领了一场包括球管、高压发生器、探测器、成像原理、重建算法等一系列CT影像链核心技术的全面颠覆性革命，引领CT影像进入全新纪元！
回顾西门子CT发展历程，多层螺旋CT、UFC探测器、Straton球管、滑动扫描架、双源、双能量和Stellar光子探测器以及开源Force平台，所有这一切以及众多创新技术的开发，使西门子成为CT影像领域的创新领导者，这是世界各地科研人员和医疗专家多年来的经验和合作的结晶。
西门子今天的产品序列涵盖广泛，从绿色节能的基础机型到双源系统的高端机，从日常临床应用的系统到高度专业化的创伤手术室移动CT设备。多年以来，西门子CT产品受住了历史的考验和抉择，一直处于科技创新的前沿。
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第五个“十年”：人工智能？
西门子CT已历40余发展，在漫长的历史长河中，只是沧海一粟，永远不变的就是从未停止的创新脚步。走过硕果累累的四十四年发展，西门子CT跨入第五个十年。
在今年的79届CMEF展会，西门子推出了全新超高端双源CT SOMATOM Drive量子双源CT：量子双能量+零碘量子双能量+可量化零碘量子双能量。新款双源CT在继承了前四代双源CT的各项先进技术的基础上，创造性的在精准影像，安全影像和智能影像方面提出了变革，实现了“无禁忌成像”临床扫描的梦想。
此外，面对越来越繁重的临床工作，SOMATOM Drive量子双源CT搭载了全新的人工智能模块，打造了全新的临床解决方案，首次实现了成像全流程的智能自动化。
对于摆位，SOMATOM Drive量子双源CT上的触摸式摆位助手不仅可以方便医生了解病人的信息和摆位信息，还可以通过选取扫描的部位让扫描床自动的将病人移动到最合适的扫描位置。
在扫完定位像之后，SOMATOM Drive量子双源CT可以自动根据病人的信息选取合适的扫描范围，确定扫描条件以及自动重建。而西门子的智能处理流可以根据预先设定好的模板，让图像的后处理自动化运行，实现一键摆位、一键扫描、一键处理。
那么，西门子CT下一个“十年”会是人工智能吗？现在下定论还为时尚早。
西门子将以怎样的姿态继续引领CT发展创新？我们拭目以待~
【来源】器械之家
【全文整理】奥咨达
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