国产micron CT设备解决了耳科疾病看不清、不准确的问题

我们的记者戴晓培

人体最小的骨骼是隐藏在耳朵里的听骨,包括锤骨、砧骨和镫骨。此外,耳朵还包括许多小骨腔、气室和骨管

为了准确诊断耳朵疾病,医生将使用CT设备检查患者耳朵的骨结构损伤。但由于耳内部分骨骼结构细小,影像诊断存在“不清晰、不准确”的问题,导致一些隐性疾病无法准确诊断

北京友谊医院影像中心主任王振昌,与清华大学、北京朗视仪器有限公司合作,成功研制出微米级耳科专用CT设备(以下简称耳科专用CT),填补了国内外该领域的空白。有了这个装置,医生们就有了一双“金色的眼睛”,它可以清晰地识别耳朵的微小结构,让耳朵疾病无处藏身

可以看到耳朵里细毛般的骨头

北京友谊医院放射科高级工程师尹红霞,参与耳科专用CT的研发。她告诉《科技日报》说,这种装置的发展源于耳朵骨骼结构的特殊性——微小的

除了听骨外,耳朵还有一个构造复杂的内耳,包括耳蜗、前庭和三个半规管,通常称为耳蜗内耳迷路“此外,耳朵还包括许多骨通道,可调节神经、血管和淋巴管的形状,如前庭导水管、耳蜗导水管、面神经管等。头发的直径约为40-50微米,耳朵中这些结构的精细部分只有几根头发丝那么大

“在这些结构中,镫骨底板薄且厚度不均匀,以关闭前庭窗。根据医学统计,镫骨底板的厚度为100-300微米。前庭导水管和耳蜗导水管是连接内耳和颅内的骨管,在内耳的压力平衡中起着重要作用。前庭导水管的峡部直径约为200微米。耳蜗导水管的最窄部分通常小于100微米。“尹红霞介绍。

王振昌说,耳科疾病主要分为耳聋、耳鸣和眩晕三大类。为了弄清病因,摄影是必不可少的。影像检查是为疾病的诊断和治疗提供视觉客观证据。

然而,通过临床通用CT设备不容易看到耳朵的小结构。

目前,通用CT的最佳空间分辨率一般为300-700微米(不同型号的设备略有不同),它可以清楚地显示中耳的锤骨和砧骨以及内耳的耳蜗、前庭和半规管的骨腔。但是,除非有镫骨底增厚的病理现象,否则通用CT很难清楚地显示镫骨底。对于前庭导水管和耳蜗导水管,通用CT通用CT只能观察宽导水管的远端,但很难显示近端狭窄。

最新研制的国产耳科专用CT尹红霞杰邵,其最佳空间分辨率为50微米,可分辨的最小结构或病变约为2根发丝厚,可分辨的最小结构或病变为ich的分辨率是通用CT设备的6倍以上。实验结果表明,耳科专用CT可以在整个过程中100%显示镫骨底和前庭导水管,为耳科相关疾病的诊断提供了锐利的工具。

此外,基于功能需求的研发为了患者舒适和操作方便,工作人员对耳科的精确定位进行了专门设计,“通用CT设备的扫描台一般只上下、前后移动。耳科专用CT采用上下、前后、左右扫描台设计,确保在对一侧耳朵进行高清晰度扫描时,扫描区域可以轻松准确定位。”尹红霞说P>

重量约为通用CT的一半。

与通用CT设备相比,耳科专用CT除了定位清晰、准确外,体积小、重量轻。

一般来说,通用CT设备占地面积约3米×3米,高度近2米,总重量1.5吨至2吨。耳科专用CT占地面积约3米×2米,高1.7米,重量约800公斤,约为通用CT设备重量的一半。</小巧轻便带来了两个明显的优势。首先,它占地面积小,节省空间。“理论上,它可以安装在更小的空间,减轻医疗机构的现场压力。”尹红霞说,另一个优点是扩大了应用范围,便于推广。除了放射科,一些强大的耳鼻咽喉科也可以配备专门的耳科CT。</当然,在小巧轻便的背后是一个更大的研发问题。尹红霞解释说,小型CT设备不能直接使用普通CT设备上的一些常用部件,因此整体结构设计和零组件组件的设计和组件的加工应从零开始。

在系统架构方面,与大多数通用CT设备的单源单探测器设计不同,耳科专用CT采用双源双探测器设计,即机架上安装两个X射线球管和两个平板探测器。同时,耳科专用CT还应配备高精度扫描控制装置。</然而,精度很低,高分辨率成像高达50微米,对系统中的任何不稳定因素都非常敏感。轻微晃动或操作偏离设计预期将导致图像模糊。

那么,如何在较小的机架上安装更多组件,同时确保机械平衡和高精度控制?</首先,合理的总体布局非常重要。开发团队多次更改设计图纸,反复讨论和模拟结构设计,最终熟练配置了许多部件。其次,精密零件和高精度加工是关键。整个机械运动系统由轴承、传动装置、电机、控制和反馈部件组成。每个元件必须具有较高的精度,以确保最终的积分误差能够满足要求。所有这些突破都实现了高精度。具有稳定性和高控制精度的扫描装置确保了耳科专用CT的关键机械性能,以达到50微米的空间分辨率。

在保证专业化的前提下,耳科专用CT也可以通过多功能设计进行常规大视场成像。“一般来说,耳CT最大的诊断区域几乎可以覆盖整个颌面部区域。它不仅可以用于诊断耳疾病,如听骨损伤和耳硬化症,还可以帮助诊断鼻咽喉疾病。为此,研发团队正在获得更多的临床实验数据。”尹红霞说P>

制约空间分辨率的因素已被一一打破

目前,专用耳科CT样机已在北京友谊医院顺利运行8个月。</尹红霞告诉记者,原型研发耗时五年,包括需求建议书、设计可行性分析、产品总体设计、产品详细设计、原型制造和改进测试与实验。后期设备性能测试和设计改进也是一个长期的迭代过程。

据报道,在成功开发耳科CT原型之前的过去20年中,CT技术在空间分辨率方面处于开发平台阶段。如果新的CT设备想在空间分辨率上取得重大突破,就必须找到新的方法。

“我们用系统的思维方式逐一分析限制空间分辨率的许多因素,然后逐一打破它们,”尹红霞说,“一项重大创新是双成像系统的总体架构设计,采用广视+细视-利用广视精确定位扫描区域的设计方案,通过细视实现待观察目标区域的高分辨率成像,从而突破了X射线焦点尺寸和探测器尺寸对空间分辨率提高的限制。“

此外,研发团队在提高核心设备性能、优化机械设计和改进算法方面取得了技术突破。

例如,在核心设备方面,它独立开发了高分辨率成像所需的小焦点和高功率X射线发生器;在机械设计方面,通过精密轴承、传动系统和控制系统的配合,实现了稳定的定转和高精度的位置反馈;在算法方面,它是专门设计的

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