CT机的转速越快越好吗？

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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。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）。

从发展趋势看，本文标题应该把吗去掉，CT机的转速就是越快越好。但看似简单的答案背后，又涉及到很多相关的问题。

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。

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。

前几年我去德国学习的时候，老师打开了双源CT（SOMATOM Drive）的机架外壳，并让机器全速旋转起来，仿佛站在一套巨大的风扇跟前，感觉真凉爽。

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。

球管说完，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：

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