能谱CT原理与临床
宝石能谱CT(64排
能量CT信号获取要求
• 能量CT在高低能量信号强度的匹配和获取 时间的一致性上，有很高要求
运动对序列扫描成像技术的影响
•轨 迹. 时 间. 图 像
运动伪影
双球管能量成像
• 双球管的设计的挑战 （一）散射线 （二）扫描野受限 （三）运动伪影
• 一、虚拟平扫水、碘分离技术获得水基图，水基 图不含碘物质，可用水基图代替平扫图像
• 二、选择水和碘作为基物质，应用碘基图可以敏 感地识别病灶中的含碘对比剂，确定有无强化
• 三、去除钙化的CTA
碘、钙物质分离血管中的含碘造影剂 与钙化或相邻骨结构的分离，有助于评估 血管狭窄
单能量图像的临床应用
二.伪影 运动伪影、金属伪影、射束硬化
伪影、部分容积效应、系统伪影
• 运动伪影：心脏跳动、呼吸运动、胃肠蠕动、意思 不清
• 金属伪影：当X线穿透金属时，X线强度急剧衰减， 产生金属伪影
• 射线束硬化：X线穿过人体时，低能射线吸收多， 高能射线易穿透，平均能量变高，射线逐渐变硬
• 部分容积效应：同一扫描层内含有两种以上不同密 度而又相互重叠的物质时，检出密度为平均值
• 骨骼和碘的吸收曲线随能量变化比较强烈
• 任何物质都有对应的吸收曲线，区分不同的物 质
• 探测器具备良好高低能量数据的采集能力并被免信 号干扰，信号转换效率高
• 探测器两个基本特征：初始速度、余晖效应
（快的初始速度方能保证瞬时KVp切换时，极短时间内两组
信号被分别采集；余晖效应要能使高低信号独立采集，互 相不干扰）
2.物质对不同X线能量的吸收具有选择性而产 生射线硬化效应
CT能谱成像的基本原理及临床应用
国际医学放射学杂志International Journal of Medical Radiology 2011Nov ;34(6)作者单位：200040上海，复旦大学附属华东医院放射科（任庆国为在读博士研究生，滑炎卿）；通用电气医疗集团CT 影像研究中心（李剑颖）通讯作者：滑炎卿,E-mail:cjr.huayanqing@ *审校者DOI:10.3784/j.issn.1674-1897.2011.06.Z0612【摘要】随着多层螺旋CT 问世，各种成像技术及图像后处理技术不断涌现，极大地促进了CT 的临床应用。
能谱成像作为CT 的一项新技术能够生成40~140keV 的101个单能量图像；能够进行物质分离，生成新的基础物质密度图像，如水、碘、钙，并测量其相对浓度及展示不同物质CT 值能量曲线图，在临床及科研应用中拥有巨大潜力，就该技术的基本原理及临床应用展望予以综述。
【关键词】Discovery CT 750HD ；自适应迭代重建；能谱成像；X 线；体层摄影术，X 线计算机CT 能谱成像的基本原理及临床应用The basic principle and clinical applications of CT spectral imaging任庆国滑炎卿李剑颖放射技术学**自1972年第一台头部CT 应用临床以来，CT 发展经历了单笔型束扫描、扇形束扫描、反扇束扫描、动态空间扫描、电子束扫描、单层螺旋扫描和多层螺旋扫描几个重要发展阶段。
尤其是螺旋CT 问世以来，其发展日新月异，各种成像及重组技术极大地促进了CT 在临床实践中的应用。
能谱（量）成像作为一项新技术，根据X 线在物质中的衰减系数转变为相应的图像，除形态展示外尚能够进行特异性的组织鉴别，能够瞬时进行高能量与低能量的数据采集，采用原始数据投影的模式对两组数据进行单能量重建。
1能谱成像的原理1.1X 线基础1.1.1X 线的质和量X 线的质和量主要取决于管电流和管电压等复合因素。
能谱CT的临床应用浅谈
气管插管术后
QC
964543
70KeV
上腔静脉内造影剂伪影
QC
110KeV
去除锁骨所致伪影
70KeV
85KeV
95KeV
去除后颅窝伪影
QC
80KeV
GSI优势：
1、去除硬化伪影 2、优化图像质量——最佳单KeV 3、能谱综合分析
GSI最佳单KeV成像
●低对比结构成像: 韧带、腹膜、脑灰白质、门脉等
364614
颈动脉支架
539016
835591
股动脉支架
841972
STND
HD-STND
不同重建方式
HD-DTL
HD-DTL+
3.5mm内径支架
STND
HD-STND
HD-DTL
HD-DTL+
能谱CT成像特点：
1、低剂量 2、高清晰成像 3、能谱成像（GSI) 4、动态500排
GSI优势：
70KeV
胆囊动脉
40KeV 929680
70KeV
直肠动脉 40KeV
支气管动脉栓塞后
50KeV
正常胰管
最佳KeV值： 67KeV
937681
单KeV——小病灶检出
QC
40-90单KeV——动脉期
40-90单KeV——静脉期
40-90单KeV——平衡期
单KeV——小病灶显示
QC
956495
正常肝脏——脂肪肝能谱曲线
正常肾上腺——肾上腺腺瘤能谱曲线 947241
正常胃壁——胃窦癌能谱曲线
正常胃壁 胃窦癌
甲状腺癌——淋巴结、肺转移
921304
肺癌——肾上腺转移
CT能谱成像的基本原理与临床应用研究进展
□ 综述／ＳｕｍｍａｒｙＭｏｄｅｒｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｈｅａｌｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ２０１９ Ｖｏｌ．３ Ｎｏ．２２现代医学与健康研究２０１９年第３卷第２２期·4·CT能谱成像的基本原理与临床应用研究进展卢凤为（常州市第一人民医院，江苏 常州 213000）摘要：伴随螺旋多层CT的快速发展，衍生出了大量先进的成像技术、图片后处理技术，大幅促进了我国临床诊治中CT技术的发展。
而CT能谱成像以其准确的疾病诊断等优势，一经临床诊治方面应用，即获得医疗界的一致认可。
为此，本文从CT能谱成像出发，研究其基本原理及总体临床应用进展。
关键词：CT能谱成像；临床应用；基本原理；研究进展中图分类号：R814 文献标志码：A 文章编号：2096-3718.2019.22.0004.03在20世纪中后期，CT技术第一次被应用于临床诊治领域。
至今为止，历经几十年的发展与多次变革后，目前的CT技术不仅运行快、分辨率好，还可以用于诊治全身疾病。
基于此，应运而生的能量成像新技术CT能谱成像，令成像参数多样化，并具有诸多定量定性分析功能，目前已在临床上获得了十分理想的应用成果。
1 CT能谱成像的基本原理1.1 X线基础X线具有极短的波长和强大的穿透力，并且会在穿透物质时发生相应的衰减。
同时，这种衰减与光电效应、非相干散射密不可分，这表示任何物质对X射线，都拥有一种特定的衰减曲线，且相应的吸收系数也不尽相同，并直接决定着整个衰减环节。
这表明物体的CT成像是基于X 线的这种衰减而产生的，故CT重建能谱图像是指线性衰减的整个过程[1]。
1.2 普通CT基础在重建CT能谱图像时，通过监测人体某断层中X线的透射强度，来演算衰减系数布局图，以重建能谱断层成像。
其中的“硬化效应”，是指X能量射线中，能量各异的射线（可分为高、低能量这两种射线），照射人体后，人体会先吸收其中低能量部分的现象，这也是CT成像的原理。
宝石能谱CT
同一病人，不同机器，相同体位，两次扫描
320 CT
能谱CT
高清侧枝循环显示
CT相当于几张胸片？
注：一次正位胸片剂量(0.05mSv)
正常剂量（2.83mSv=56.6张胸片）
超低剂量（0.18mSv=3.6张胸片）
74mAs
7.5mAs
GE能谱CT──低剂量下的全身高清
平均剂量降低50%以上且高清图像
CT能谱
(Energy Spectrum)
亮度
6
5 x 10
140KVP X-ray Spectrum
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
140
光子能量 (keV)
6
5 x 10
140KVP X-ray Spectrum
4
亮度
3
2
1Leabharlann 002040
60
80
100
120
140
光子能量 (keV)
由于具备同时同向同源，高低能量X线穿过人体衰减后可得到连续单能级(40－ 140)的能量信息，类似于光谱，故称之为CT能谱，可反应不同能量变化。
低keV有助于提高图像对比度，清晰显示病灶
50keV
70keV
混合能量
空回肠粘膜皱襞显示
男性，69岁，腹部不适2月，腹泻、腹胀1月。
68keV图像，腹部强化扫描，空肠、回肠皱襞显示清晰完成，肠壁显示好， 供血血管清晰完整。
微小动脉显示 -肠系膜血管分支
如何实现能谱成像
单能量图像去除金属伪影 清晰显示病灶
☉ 传统CT存在CT值的不准确 导致难以发现与正常组织CT值非常接近的病变—漏诊
宽探测器能谱ct临床应用优势和价值
宽探测器能谱ct临床应用优势和价值
宽探测器能谱CT是一项先进的放射学成像技术，其在临床应用中具有以下优势和价值：
1. 快速成像：宽探测器能谱CT具有快速成像的能力，能够在较短的时间内获取高质量的图像，有助于提高工作效率和患者舒适度。
2. 低辐射剂量：相比传统的CT扫描技术，宽探测器能谱CT能够在减少辐射剂量的同时提供
更高的图像质量，为患者提供更安全的检查方式。
3. 更准确的诊断：宽探测器能谱CT能够通过获取不同能量的X射线图像，提供更丰富的组织
对比度和更准确的诊断信息，有助于医生更准确地判断病变和指导治疗。
4. 减少伪影：宽探测器能谱CT在成像过程中能够减少伪影的产生，提高图像的质量和清晰度，有助于医生更准确地评估病变和进行诊断。
5. 多功能成像：宽探测器能谱CT不仅可以进行常规的CT成像，还可以进行血流动力学评估、心脏功能评估、肺血流量测定等多种功能成像，为临床医生提供更全面的诊断信息。
综上所述，宽探测器能谱CT具有快速成像、低辐射剂量、更准确的诊断、减少伪影和多功能
成像等优势和价值，已经广泛应用于临床医学领域，为患者提供更精确和安全的诊疗服务。
CT能谱成像基本原理及其临床应用进展
由 X 线与物质作用产生的光电效应和康普顿效应决 定，2 种效应各自独立，与 X 线 能 量 、所 作 用 物 质 的 原子系数或电子密度具有函数关系；③任何一种特 定组织的 X 线吸收效应，可通过由 2 种物质相应比 例的基物质对组合来等效表示，临床上常用水和碘 作为基物质对，也可用钙和水。 基物质对的不同比例 可等效于从软组织到碘对比剂、医学中常见吸收系 数范围的物质 。 ［1，3］
［摘要］ CT 作为常规的疾病检查手段，从单排、双排到螺旋滑环技术应用，新设备、新技术层出 不穷，在临床诊疗上发挥出了 巨大的诊断效能，以往的 CT 检查多对病灶进行定位诊断，某 种程度上也能对少数典型影像征象定性诊断，但不能对病变组织物 质成分进行定量、定性分析。 而能谱 CT，不仅能够精确定位病灶，还能够准确定量分析、辨别病灶组织结构成分，在疾病的诊断与 鉴别诊断方面，有着独特、巨大的优势，临床应用价值较高。 现将 CT 能谱成像基本原理及其临床应用进展综述如下。
2 单能量成像
以往单球管高低电压序列扫描成像技术，2 次扫 描，空间匹配困难，易受人体位置移动、呼吸运动及 器官蠕动的影响。 双球管技术（双源 CT），双球管（一 大一小）、双探测器、扫描野受限（小球管视野 30 cm）， 运动伪影大，散射线较多。 CT 能谱成像是近年来新
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中国中西医结合影像学杂志 2021 年 3 月第 19 卷第 2 期
兴 的 双 能 量 成 像 技 术 ，采 用 单 球 管 瞬 时 kV 切 换 技 术，在 0.5 ms 内实现 80 kV 和 140 kV 快速转换，采集 和处理几乎同方向，同源 2 种能量 X 线的数据，生成 40～140 keV 101 组 单 能 量 图 像 ，得 到 能 反 映 不同 物质特征的能谱曲线［4］。
CT能谱成像
X 线和微波、可见光、紫外线等一样，其本质 都是电磁波。
由X线管产生的X 线并非单一能谱，而是包括 特征谱和连续谱两部分。
9
精选ppt
钨靶的特征曲线：不同管电压、相同管
电流的X射线辐射能量分布图。
10
精选ppt
1、单一kV球管输出的并不是单一能量的光 电子，而是一个较宽的能量频谱，由多个 keV的信息混杂在一起。
通过加大加速电压，电子携带的能量增大，则有 可能将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成 空穴，外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出 波长在0.1纳米左右的光子。由于外层电子跃迁放 出的能量是量子化的，所以放出的光子的波长也 集中在某些部分，形成了X光谱中的特征线，此 称为特性辐射。
6
精选ppt
辐射分类
CT(x,y,z,E) = Dwater(x,y,z) μwater(E) + DIodine(x,y,z) μiodine(E)
因此如果我们需要知道感兴趣物质在70keV单能量下的吸收或CT图像，我们只要 把μwater(70keV)和μiodine(70keV)代入公式即可。
34
精选ppt
能谱曲线
能谱曲线是物质或结构的衰减（即CT值）随X射线能 量变化的曲线，从能谱曲线上可以得到40~140keV每 个能量点的平均CT值和标准差。能谱曲线反应了物 质的能量衰减特性，从物理学角度看，每一种物质 都有其特有的能谱曲线，由此可以推断出医学上不 同的能谱曲线代表不同的结构和病理类型，在一个 有限的疾病分型中，类似的能谱曲线提示同样或类 似的结构和病理类型。能谱曲线的应用可推广到肿 瘤来源的鉴别、良恶性肿瘤的鉴别、恶性肿瘤的分 级等方面。
因此可以认为在人体中，当X 线能量高于40 keV 时， 作为CT 图像重建时体素的衰减曲线为一平滑的曲线， 而曲线上的任何两点便决定整个曲线走向，也就是 说仅需要2 次能量采集即可确定一条特征吸收曲线。
能谱CT在胸部检查的应用进展
能谱 CT在胸部检查的应用进展摘要：简要介绍了能谱CT成像的基本原理及分析平台，通过能谱CT的物质分离技术、单能量曲线、能谱曲线、有效原子序数技术在胸部检查的应用，分别阐述了利用能谱CT的技术分析平台在肺部占位性病变的分析、肺动脉栓塞成像分析、心脏冠状动脉成像应用、胸腔积液成分分析的临床应用。
指出了能谱CT作为一种新兴的影像检查技术，弥补了以常规CT的检查局限性，使胸部影像诊断更加全面和精准。
关键词：能谱CT；胸部检查；影像检查技术；定量定性诊断Abstract: this paper briefly introduces the basic principle of spectral CT imaging and analysis platform, through energy spectrum CT material separation technology, single energy curve, energy spectrum curve, effective atomic number technology applied in the chest examination, respectively expounds the advantage of energy spectrum CT technical analysis platform in the lungs of space-occupying lesions, pulmonary embolism imaging analysis application, pleural effusion, heart coronary artery imaging component analysis of clinical application. Points out the energy spectrum CT as a new imaging technology, made up for by conventional CT examination limitations, making the diagnosis of chest imaging is more comprehensive and accurate.自1972年第一台CT机问世以来，CT技术迅速发展，扫描速度从最早的几百秒缩短到亚秒，层厚从10mm减少到0.625mm，而探测器排数从单排增加到目前的64排、128排……甚至更多。
能谱ct的特点
能谱ct的特点在医院的放射科里，常常能听到患者们既紧张又好奇地讨论着各种检查项目，而能谱 CT 就是其中一个让人充满疑惑又满怀期待的存在。
想象一下，老王因为身体不舒服，在家人的陪伴下来到了医院。
医生建议他做一个能谱 CT 检查，这可让老王和他的家人一头雾水，啥是能谱 CT 呀？能谱 CT 啊，就像是一位超级侦探，有着独特的“火眼金睛”。
它可不一般，普通 CT 只能看到人体内部大致的情况，而能谱 CT 能够更精细、更准确地洞察人体的“小秘密”。
比如说，对于一些微小的病灶，能谱 CT 能快速发现，这就好像在一大片草丛中，别人还在费力地寻找一根针，而它一下子就精准定位了。
你说厉不厉害？能谱 CT 还有一个神奇的地方，它能够分辨不同的物质成分。
这就好比是一个超级品鉴师，能准确区分出是金子还是银子，是水还是油。
通过这种能力，医生可以更清楚地了解病变组织的性质，从而制定更精准的治疗方案。
而且啊，能谱 CT 在降低辐射剂量方面也表现出色。
大家都知道，辐射多了可不是什么好事。
能谱 CT 就像是一个贴心的小天使，在完成检查任务的同时，尽量减少对人体的辐射伤害。
再说说图像质量吧，能谱 CT 呈现出的图像那叫一个清晰、逼真。
就好像你原本是通过模糊的窗户看外面的世界，现在一下子换成了高清的落地窗，每一个细节都能看得清清楚楚。
这对于医生的诊断来说，简直是如虎添翼。
就拿肿瘤检查来说吧，以前的检查可能会让医生有些犹豫不决，不敢轻易下结论。
但有了能谱 CT ，医生就能更有把握地判断肿瘤的性质、边界和周围组织的关系。
这对于患者来说，无疑是带来了更多的希望和更好的治疗机会。
能谱 CT 还能对血管进行更清晰的成像。
想象一下血管就像一条条错综复杂的道路，能谱 CT 能让医生清楚地看到哪里有堵塞，哪里有异常，就像是给道路做了一次全面又精细的“路况监测”。
总之，能谱 CT 以其独特的优势，成为了医疗检查领域的一位得力“大将”。
它凭借着精细准确的探测能力、出色的物质分辨本领、贴心的低辐射关怀以及清晰逼真的图像呈现，为医生的诊断和治疗提供了强有力的支持，也为患者的健康带来了更多的保障。