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宝石能谱CT的成像原理及临床应用
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  • 上传日期:2018-04-15 22:48
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资源简介

宝石能谱CT的成像原理及临床应用
螺旋CT及多层螺旋CT的出现是20世纪90年代CT发展的
一个里程碑,发展的方向主要体现在成像速度上进步。直至2005
年西门子公司推出的具有双能量减影功能的双源CT,使得CT
的发展方向逐步转入到多参数、功能成像。而2009年GE公司
推出的宝石能谱CT(Discovery CT750 HD),采用宝石作为全
新一代探测器,利用单一球管进行瞬时(<0.5 ms时间能量分
辨率)实现高低双能(80 kVp和140 kVp)切换,产生双能数
据,实现数据空间能谱解析,同时提供物质密度图像、单能量
图像,实现物质分离。
一、能谱CT的成像原理
CT是利用测量和计算通过对X线穿透物质的衰减而成像。
物质对X线的吸收衰减系数随着X线能量的不同而不同,所以
任何物质都有其固定的对X射线衰减的特征性吸收曲线,并且
该特征性吸收曲线能够用两个能量点完整的表达。在医学影像
成像中,广泛应用含碘的造影剂,人体组织含水丰富,且两种
物质的衰减系数高低差别明显,包含了医学中常见的物质,图
像又易于解释,所以常选用水-碘作为基物质对。此时,在某单
能量下的物质CT值则可以利用已知的基物质对(水-碘)来表
示:CT(x,y,z,E)=Dwater(x,y,z)µwater(E)+ Diodine
(x,y,z)µiodine(E),式中µwater(E)为水的吸收系数,µiodine
(E)为碘的吸收系数,Dwater和Diodine则分别为能够实际物理测
得的吸收系数CT(x,y,z,E)所需的水与碘的密度。而这个
密度和X线的能量没有关系。这就是说在能谱成像中CT值的
求解通过上面的数学方程式巧妙的转化成了求解基物质对密度
值的工作上来。宝石能谱CT能瞬时(<0.5 ms时间能量分辨
率)实现高低双能(80 kVp和140 kVp)切换,产生双能数据
(具有良好的一致性),能够进行数据空间的吸收投影数据到物
质密度投影数据的转换,实现数据空间能谱解析。选用其中任
意两个不同能量建立两组物质密度投影数据,通过对这两组的
重建,就可以求解得到水和碘的密度空间分布Dwater(x,y,z),
Diodine(x,y,z)。物理学家们已经为我们提供了包括水-碘在
内的大量纯物质与混合物的吸收系数随单能X线能量变化的曲
线。如果我们需要知道某种物质在某种单能量下的吸收或CT
图像,只需将该能量下的µwater和µiodine带入公式即可。
宝石能谱CT采用全新材料(红宝石)的探测器,其突出
的特点是对X线反应非常快,即将X线转换为可见光的速度是
一般探测器材料的100倍,余晖效应快4倍[1-2],从而确保两次
高速数据采用之间有足够的时间分辨率,互不影响。利用单一
DOI:10.3877/cma.j.issn.1674-0785.2013.19.089
作者单位:610061 成都,解放军第452医院CT室
通讯作者:方宏洋,Email: 75665654@qq.com
球管进行瞬时(<0.5 ms时间能量分辨率)实现高低双能
(80 kVp和140 kVp)切换,配合宝石探测器,使得能谱CT能
够应用于临床。
宝石能谱CT运用采用统计噪声并利用迭代的方法加以抑
制,即自适应统计迭代ASIR(adaptive statistical iterative
reconstruction)技术,从而得到清晰的图像。因此能谱CT能够
利用原来1/2剂量的扫描条件就能得到相同质量的图像[3-4]。后
处理工作站及GSI浏览器能够提供多种能谱分析工具,从而更
好地实现多参数成像。
二、能谱CT的临床应用
1. 单能量成像:能谱成像能够获取40~140 keV不同的X
线能量的单能量图像,可以根据临床诊断的不同需求进行选择
最佳的单能量图像。通过keV的调节可以得到噪声最低、组织
结构对比度最好的图像,显示解剖及病变细节细节。(1)低
keV单能量图像可以增加不同组织结构之间的对比,有利于与
实质脏器接近等密度、小病灶的发现和检出,优化动静脉成像
的质量。目前低keV单能量图像技术主要应用于腹部实质器官
的几乎等密度、小病灶的检出,研究表明[5-7],与传统混合能量
图像比较,70 keV单能量图像,对于腹部脏器的对比噪声比可
以提高13.8%~24.7%左右。对于肝脏而言,70 keV单能量图像
具有最低的噪声,并提供了较高的对比噪声比,有利于门脉期
乏血供肝转移瘤的检出。国内学者Lv等[6]的研究结果也发现,
低能端的keV(40~70 keV)单能量图像在不影响整体质量的
情况下能够提高肝脏小结节灶的检出率。对于胰腺、肾脏亦可
以通过对keV调节得到具有低噪声及良好对比噪声比的单能量
图像。CT血管成像对于临床具有十分重要的意义,特别是门脉
系统的CT成像,混合能量CT图像门脉血管的显示有很大的局
限,成像的质量很大程度上取决于造影剂的浓度和扫描时机和
参数的把握,通过对单能量图像keV 的调节,可以有效地提高
血管及其分支的显示,从而提高CT血管成像的质量,并降低
血管成像对造影剂浓度、参数及扫描时机的依赖[8-12];
宝石能谱CT的成像原理及临床应用

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