能谱CT的原理与临床应用价值
(推荐精选)CT能谱成像原理与临床应用
能谱成像发现灌注减低区：
右肺ROI(低灌注区):
碘基图的物质浓度： 1.40mg/cc
左肺ROI（对侧正常灌注 区）:
碘基图的物质浓度： 3.84mg/cc
核医学显示灌注减低区
病例来自上海交通大学医学院附属仁济医院
ＣＴ能谱临床应用及研究
早期诊断（小肿瘤和肺小动脉栓塞） 去除硬化伪影 能谱ＣＴＡ 鉴别诊断
CT能谱成像新概念及分析工具
• 单能量图像 • MARs • 物质分离 • 能谱工具（能谱曲线、散点图、直方
图、Effective-Z）
能谱CT单能量图像特征
• 降低硬化伪影 • 增加对比噪声比
ＣＴ能谱临床应用及研究
早期诊断（小肿瘤和肺小动脉栓塞）
去除硬化伪影 能谱ＣＴＡ
临床应用
鉴别诊断
良恶性鉴别 组织起源，组织类型 病变程度（浸润程度，病理分级）
定量分析及体外实验
Hale Waihona Puke Baidu
常规CT
宝石能谱CT
右侧股骨髓内钉植入术后感染
手术前
单能量+MARS
左侧颈内动脉动脉瘤栓塞术后6年
单能量 +MARS
能谱CT基本原理与临床应用
能谱成像的理论基础
物质对于X线吸收的两种效应 光电效应 康普顿效应
能谱成像的理论基础
能谱CT成像技术原理及临床应用介绍
能谱CT成像技术原理及临床应用介绍
随着医学影像技术的不断发展，能谱CT成像技术成为了近年来医
学领域的一项重要突破。能谱CT成像技术通过分析体内不同物质对不
同能量的X射线的吸收情况，可以提供更为准确的图像信息，进一步
提高了疾病的诊断与治疗水平。本文将就能谱CT成像技术的原理及其
在临床应用中的意义进行介绍。
一、能谱CT成像技术的原理
能谱CT成像技术是建立在传统CT技术的基础上进行改进的。传
统CT技术的原理是利用X射线在人体组织中的吸收程度进行成像，
然而该技术在某些特定情况下存在一定的局限性。例如在肿瘤诊断中，传统CT技术往往难以准确鉴别出不同组织的乳酸代谢情况。而能谱
CT成像技术主要通过分析物质对不同能量的X射线的吸收情况，从而
得到更为准确的组织成像。
能谱CT成像技术的核心是X光谱，而获得X光谱信息的关键是能
量分辨器。能量分辨器可以对通过物体后所衰减的X射线进行精确的
光谱分析，进而得出不同能量的X射线在不同物质中的衰减情况。这
样一来，医生就能够根据不同物质的X射线吸收特性，准确判断出组
织中存在的特定物质，从而辅助病情的诊断。
二、能谱CT成像技术在临床应用中的意义
1. 提高疾病诊断的准确性
能谱CT成像技术相较于传统CT技术，能够提供更多组织特征的
信息，如不同物质的乳酸代谢情况、不同血红蛋白含量等。通过分析
不同能量X射线的吸收情况，医生可以更准确地判断病灶的定义及范围，从而提高疾病的诊断准确性。
2. 新的治疗方法的研发
能谱CT成像技术为新的疾病治疗方法的研发提供了可靠的依据。
通过准确判断病灶的特征及范围，医生可以选择更合适的治疗方案，
能谱ct的基本原理与临床应用 (2)
能谱CT的基本原理与临床应用
1. 简介
能谱CT（Spectral CT）是一种新型的医学影像设备，相比传统的CT扫描，能
谱CT具有更高的分辨率和更丰富的信息。能谱CT基于能量谱的测量，通过分析
不同能量的X射线在人体组织中的吸收情况，实现对物质成分的定量分析和图像
重建。
2. 基本原理
能谱CT的基本原理是利用物质对不同能量的X射线的吸收特性不同来区分不
同物质的成分。在传统的CT扫描中，X射线仅通过对物体的吸收情况来生成影像，无法直接获得物质成分信息。而能谱CT通过使用多个不同能量的X射线束，可以
测量不同能量下X射线的吸收情况，进而通过数学模型对各种组织的成分进行分
解和重建。
2.1 能谱CT的X射线发射
能谱CT的关键是能够发射多个不同能量的X射线束。现代能谱CT设备使用
了一种称为光谱分割的技术，通过快速切换管电压和电流，实现对多能量X射线
的发射。这种方法可以获得连续的X射线能谱。
2.2 能谱CT的X射线探测
能谱CT的X射线探测器采用了能量分辨探测器。传统的CT探测器仅能获得
X射线的总吸收量，无法区分不同能量的X射线。而能量分辨探测器可以测量每
一个X射线的能量，因此能够获得不同能量下的吸收量。
2.3 能谱CT的数据处理
能谱CT的数据处理是对获得的X射线能谱进行分析和重建的过程。通过数学
模型和计算方法，将获得的能谱数据转化为物质成分的信息，并生成高质量的能谱CT图像。
3. 临床应用
能谱CT具有广泛的临床应用价值，以下列举了几个常见的应用领域：
3.1 肺部疾病诊断
能谱CT可以对肺部疾病进行更准确的定位和诊断。通过分析肺部组织的能量
能谱ct原理与临床应用
能谱ct原理与临床应用
CT技术是一种通过X射线扫描人体内部器官和组织，生成详细的
横截面图像的医学影像学技术。能谱CT作为CT技术的一个分支，利
用X射线与物质相互作用的能量散射情况，实现不同物质的差异成像。本文将介绍能谱CT的原理和临床应用。
**原理**
能谱CT的原理基于不同物质对X射线的吸收和散射产生的能量谱
差异。X射线在物质中传播时，会与物质内部原子相互作用，导致部
分能量被吸收，部分能量散射。不同材料对X射线的吸收和散射程度
不同，因此产生不同的能谱。
通过分析扫描得到的X射线能谱，能谱CT可以准确识别不同组织
和器官的成分，实现更精细的影像重建。这种成像技术不仅可以有效
区分软组织、骨骼和钙化灶，还可以对肿瘤、结石等病变进行更准确
的定量分析。
**临床应用**
能谱CT在临床领域有着广泛的应用价值。首先，能谱CT可以提
高影像的对比度和分辨率，更好地显示各种病变和异常情况。例如，
在肿瘤诊断中，能谱CT可以清晰地显示肿瘤的边界和血管供应情况，
为治疗方案的制定提供重要依据。
其次，能谱CT还可以帮助医生进行病变定性和鉴别诊断。通过分析吸收谱和散射谱的差异，能谱CT可以准确区分不同类型的病变，如恶性肿瘤和良性肿瘤，在临床诊断和治疗中具有重要的指导意义。
此外，能谱CT还可以应用于心血管疾病、神经系统疾病、骨科疾病等多个临床领域。在冠脉成像中，能谱CT可以清晰显示血管壁的斑块形态和密度，帮助诊断冠心病；在脑血管病变中，能谱CT可以准确显示血管内的钙化情况，提供脑卒中的诊断依据。
总的来说，能谱CT技术的发展为临床医学带来了新的突破。其准确的成像能力和丰富的信息量，使其在疾病诊断、治疗评估和疗效监测中发挥着不可替代的作用。
能谱CT的临床应用完整版本
放射科 韦学 南宁市第二人民医院
概论
近年来，在常规CT所具有的高空间分辨率和时间 分辨率的基础上，能谱CT又增加了能量分辨率及 理化性质分辨率这两项参数，实现了多参数成像， 如基物质成象，单能量及有效原子序数测定等， 使得组织CT值的内部差异得到完全的展现，更有 利于物质成分的分析与鉴别。这些都是以往CT无 法获得的，并且已经在临床应用上显示出其巨大 的潜力和广阔的应用前景。
单能量图像
显示病变最佳对比度
去除伪影：
显示阴性结石。
胆囊阴性结石的检出
显示阴性结石。
•来自百度文库囊阴性结石
能谱曲线
能谱曲线反映了物质的能量特性，从物理学 的角度看，每一种物质都具有其特有的能 谱曲线；所以不同的能谱曲线代表不同的 组织结构和病理类型。 能谱曲线可以用于组织成份的识别，多数 物质标准化能谱曲线随着能量的增高CT值 降低，但也有少数是相反的，如脂肪。
临床的基本应用
单能量图像。 能谱曲线 有效原子序数 物质分离
单能量图像。
1.优化解剖结构。 2.去除伪影。 3.显示阴性结石。 4.图像融合。 5.血管优化成像。
优化解剖结构。
能谱成像图象可以提供40-140个kev单能量 图像，通过调节kev可以获取组织结构显示 的最佳对比噪声比，有助于提高显示网膜 结构的分辨率及网膜病变的检出率；有助 于显示胃肠壁的结构及厚度，便于判断病 变有无活性；有助于直观的显示胆管及胰 管细微结构，为观察占位病变与周边组织 毗邻关系；还有助于提供小病灶与周围实 质的对比度，增强病灶的检查能力。
能谱ct应用
能谱ct应用
能谱CT（SPECT-CT）是一种结合单光子发射计算机断层成像技术（SPECT，Single Photon Emission Computed Tomography）和计算机断层成像技术（CT，Computed Tomography）的医学成像手段，能够同时实现形态结构和功能信息的提取。该技术已被广泛应用于心血
管疾病、神经科学、肿瘤学等领域。
能谱CT在心血管疾病的应用方面具有重要的临床意义。它能够提供心肌灌注和心肌代谢等方面的信息，诊断心肌缺血和心肌梗死等疾病。SPECT、CT和MRI等传统心脏成像技
术在心肌结构和功能的评估中具有局限性，而能谱CT可以解决这些限制并提高成像的准确性和可靠性。能谱CT成像常用于诊断冠状动脉疾病、心肌梗死、冠心病等心血管疾病。
能谱CT在神经科学领域的应用也备受关注。它可以通过标记放射性同位素追踪药物或探针在脑内的传递、代谢和受体结合等生物过程，实现对神经转运、神经细胞、神经元活
动等方面的研究。能谱CT可以用于脑中毒、神经系统肿瘤和神经退行性疾病的定量组织学研究等领域。
在肿瘤学方面，能谱CT也具有重要应用。能谱CT可以通过掺入同位素标记的药物或
放射性探针实现异种植物细胞和人类癌细胞的探测和诊断。它还可以评估恶性肿瘤病变的
生物学特性、代谢和治疗反应情况，实现个体化治疗和监测。在肿瘤治疗后，能谱CT还可以用于监测治疗效果，评估肿瘤部位和大小、代谢和血流情况等，以及判断是否需要重新
治疗。
能谱CT是一种医学成像新技术，它可以同时获取结构和功能信息，具有较高的准确性和可靠性。在心血管疾病、神经科学和肿瘤学等领域的诊断、治疗和监测中，能谱CT展现出了广泛的应用前景。尽管能谱CT的应用前景广阔，但是其技术原理仍存在一些局限性。最主要的问题在于放射性同位素的应用。尽管放射性同位素已被广泛应用于医学成像和治疗，但是它们具有较短的半衰期、较高的辐射剂量和较高的成本，这使得其使用受到一定
能谱CT成像技术原理及临床应用介绍
识别强化
• 常规CT因为固有硬化效应的存在，会造成CT值偏移或不准确，使病灶中 有无真正强化很难分辨。
• 能谱CT成像时选择水和碘配对，其物质密度图可有效解决此问题。 – 碘密度图可敏感的识别病灶中含碘对比剂，提供有无强化的确诊信息。 – 碘密度图可提高微小强化病灶检出率或者更加清晰的显示病灶轮廓。
• 例：要知某一物质点在70keV单光子能量下的CT值，只需查找 μwater(70keV)和μiodine(70keV)数值，并把求得的基物质对的密度值 Dwater(x,y,z)和Diodine(x,y,z)带入上述CT值求解公式即可。
消除硬化效应理论基础
• 能谱成像，首先要通过高低两组能量数据获得基物质吸收像，如水吸收像 和碘吸收像。
• 能谱成像中，把求解CT值的工作转化成了首先求解基物质对的密度值 的工作。
• 两组不同能量的吸收投影数据，如果在空间和时间上具有很好的一致性， 就能够在数据空间进行吸收投影数据到物质密度投影数据的转换，获得两 组基物质的密度投影数据。如果选择水和碘作为基物质对，我们就可以得 到对应的水密度图和碘密度图。
能谱CT成像技术 原理及临床应用
CT成像基础
• CT成像基础是高速运动的电子撞击阳极靶面发生韧制辐射而产生X射线。 • 这些X射线能量并非一致，有一个很宽的范围。 • 成像过程中，首先用虑线器去除部分对成像无意义的低能X线，形成具有
能谱CT成像原理及临床应用价值研究
能谱CT成像原理及临床应用价值研究
自从射线成像技术被应用到医学领域之后，CT设备经历了巨大的进步与改善，已成为临床疾病检查与筛查的首选，为疾病的诊断带来了巨大的推动作用。近年来，随着多层螺旋CT的出现，成像技术及后期影像处理技术的发展，CT 已在临床疾病检查、筛查、诊断、定位与治疗等方面广泛应用。CT成像原理主要基于单能量成像、能谱曲线、有效原子序数、X线与物质相互作用、能谱成像技术支持等，不仅有助于疾病的诊断和定量分析，而且为疾病数据分析，资料保存提供有效支持。在心血管系统、神经系统、泌尿系统、运动系统、肿瘤定位诊断、靶向治疗、物质分离与鉴别等方面均得到广泛应用，在临床与科研应用中具有广阔的发展空间和应用价值。
标签：能谱CT;体层摄影术;成像原理;临床应用
Research on Energy Spectrum CT Imaging Principle and Its Clinical Application Value
ZHANG Lei
Department of CT Imaging，Nanyang Central Hospital of Henan Province，nanyang，Henan Province，473000 China
[Abstract] CT equipment has experienced enormous progress and improvement and has been the preference of the clinical disease examination and screening since the X-ray imaging technique was applied to the medical field，which brings an enormous promotion effect on the diagnosis of diseases，in recent years，with the emergence of multi-slice spiral CT and development of imaging technique and post imaging processing technique，CT has been widely applied in the clinical disease examination，screening，diagnosis，location and treatment，CT imaging principle not only contributes to the disease diagnosis and quantitative analysis，but also providing effective support for the disease data analysis and data preservation mainly based on the monokinetic imaging，energy spectrum curve，effective atomic number，interaction between x-ray and matter and energy spectrum imaging technology support. And CT is widely applied in the cardiovascular system，nervous system，urinary system，locomotor system，tumor location diagnosis，molecular targeted therapy，physical separation and identification，and has a broad development space and application value in clinic and scientific research application.
双能(能谱)CT的临床具体应用—能谱CT分析泌尿结石成份新进展
双源CT系统示意图
注：左图：双源CT的图像采集系统。右图：双源CT 的能谱仿真图。双源CT的双能采集组合除了80 kVp 和140 kVp外，还有80 kVp和100 kVp，80 kVp和 Syn 140 kVp（加锡滤线镜）。
CT双能量成像方法？
仍以双源为例：是利用双源 CT 相互垂直的两个球管发出的两
双层“三明治”探测器CT 通过探测器实现光谱分离
上层探测器吸收低能X线 能量光谱
下层探测器吸收高能X线 能量光谱
相关研究显示双层 “三明治”探测器CT：
能区分体内的尿酸结 石、胱氨酸结石和含 钙结石
双能量CT技术应 用的主要领域?
(1)直接血管造影和去 骨功能；金属伪影及 硬化伪影去除
吴华伟 等研究结果显示 CT 能谱成像可以一次扫 描为肺栓塞提供定性、定 量分析，其 FOV 大，碘 基物质图的定量分析能提 供更为客观和科学的依据， 可以作为评价病变程度以 及指导治疗的有效手段。 对于发现微小栓塞以及隐 匿性部位肺栓塞有潜在临 床意义及应用前景。
图3 混合能量( 140 kVp)时软组织窗( A)和骨窗( B)图像
图4 70 k eV 时软组织窗( A)和骨窗( B)图像
直接血管造影和去骨功能:
图 1A~ C 分别为双能未去骨 3D图像、 传统自动去骨 M I P图像、 双 能去骨 M IP图像, 此患者双侧腓动脉上段显示, 中下段闭塞 (黑箭 ) , B
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。
能谱ct成像临床应用
能谱ct成像临床应用
CT（Computed Tomography）成像技术是一种高分辨率、高对比度的影像诊断工具，广泛应用于临床医学领域。随着医疗技术的不断发展，CT成像在临床应用中的作用越来越凸显，为医生提供了更准确、更全面的诊断信息，有助于提高疾病的诊断率和治疗效果。
一、 CT技术原理
CT成像的原理是通过X射线在不同方向上对人体进行透射扫描，然后利用计算机对所得到的数据进行处理，最终生成高质量的断层图像。CT技术具有较高的灵敏度和特异性，能够清晰显示人体内部器官的结构和病变情况，为临床诊断提供重要依据。
二、 CT成像在临床应用中的优势
1. 高分辨率：CT成像具有较高的分辨率，能够清晰显示细小的病变和解剖结构，有助于医生准确判断疾病情况。
2. 多平面重建：CT成像可以进行多平面的重建，包括横断面、冠状面和矢状面等，有利于全面观察患者的病情，提高诊断的全面性和准确性。
3. 高对比度：CT成像在组织和器官之间的对比度较高，使医生更容易地区分病变和正常结构，有助于及早发现疾病并制定有效的治疗方案。
4. 快速成像：现代CT设备成像速度快，可以在较短的时间内完成全身扫描，减少患者等待时间，提高工作效率。
5. 低剂量辐射：随着技术的不断改进，CT成像的辐射剂量得到有效控制，保障患者的安全和健康。
三、 CT成像在临床诊断中的应用
1. 肿瘤检测：CT成像能够准确显示肿瘤的位置、大小和边界，有助于评估肿瘤的生长情况和转移情况，为肿瘤的诊断和分期提供重要信息。
2. 外伤评估：CT成像对外伤患者的损伤程度和部位有很好的显示效果，能够帮助医生及时采取有效的救治措施。
能谱ct的基本原理与临床应用
能谱ct的基本原理与临床应用CT（计算机断层扫描）是一种医学成像技术，通过使用X射线和计算机处理技术来生成人体的断层图像。CT扫描是一种非侵入性的检查方法，可提供高分辨率的横断面图像，有助于医生对病情进行准确的评估和诊断。下面将详细介绍CT的基本原理和临床应用。
基本原理：
CT扫描的基本原理是通过X射线与人体组织的相互作用来获取图像信息。在CT扫描中，一台X射线机和一个旋转的探测器环同时围绕着患者的身体进行旋转，射线通过被检查的区域，探测器环接收经过人体组织的X射线，然后通过计算机算法进行处理，生成人体断层图像。
具体操作步骤如下：
1.患者躺在一个可以向内滑动的扫描床上，以保持稳定。
2.扫描床进入CT机的环形开口。
3. X射线机和探测器环开始旋转，从不同的角度获取图像。
4.患者需要保持静止，以避免图像模糊。
5.计算机将接收到的X射线信息转化为数字信号，并通过算法进行处理。
6.处理后的信号通过计算机重建算法来生成图像。
7.医生可以使用软件对图像进行三维重建和测量，以进行准确的诊断。
临床应用：
CT扫描可用于诊断和评估各种疾病和病情，广泛应用于多个医学领域。以下是CT扫描的一些常见临床应用：
1.头部和脑部扫描：CT可以检测颅脑损伤，如脑震荡、脑血管意外和肿瘤等。它还可以用于评估头颅骨折和脑出血等病情。
2.胸部扫描：CT用于检测肺部疾病，如肺癌、肺实质病变和肺栓塞等。它也可以帮助评估血管结构和可能的心脏疾病。
3.腹部和盆腔扫描：CT广泛用于检测和评估腹部器官，如肝脏、肾脏、胰腺、胃肠道和盆腔器官等。它可以帮助检测炎症、肿瘤、结石和其他疾病。
能谱ct的基本原理及应用
能谱ct的基本原理及应用
1. 能谱CT的基本原理
能谱CT是一种基于能量分辨的计算机断层扫描技术，能够提供更丰富的图像
信息和更准确的诊断结果。其基本原理如下：
1.1 能量区分特性
能谱CT利用不同物质对能量敏感的特性，通过对入射X射线的能量进行测量
和分析，获得物质的能谱信息。不同物质在能量上有不同的吸收特性，因此不同物质能够产生不同的能谱。通过分析物体的能谱信息，能够准确地区分不同组织的成分。
1.2 能谱重建算法
通过对入射X射线的能量进行测量，能谱CT可以获得每个像素点的能谱数据。然后利用各种重建算法，如滤波反投影算法、迭代算法等，将能谱数据转化为图像信息。能谱CT相比传统CT有更高的分辨率和更低的伪影。
2. 能谱CT的应用
能谱CT广泛应用于医学影像诊断、材料分析、物质鉴定等领域，在以下方面
具有显著优势：
2.1 临床应用
•癌症诊断：能谱CT可以提供更准确的肿瘤诊断结果，通过分析肿瘤的能谱信息可以更好地区分良性和恶性肿瘤。
•心血管疾病诊断：能谱CT可以提供更准确的心血管疾病诊断，通过分析血液中的钙和脂质等物质的能谱信息可以评估动脉粥样硬化的程度。
•指导微创手术：能谱CT可以提供更准确的解剖结构信息，帮助医生进行手术导航和手术规划，降低手术风险。
2.2 材料分析
能谱CT在材料分析领域也有广泛的应用，主要包括：
•缺陷检测：能谱CT可以检测材料中的微小缺陷，如裂纹、孔隙等，帮助提高材料的质量和性能。
•成分分析：能谱CT可以通过分析不同物质的能谱信息，准确地测量材料的成分和含量，用于材料的鉴定和分析。
能谱ct的基本原理和临床应用
能谱CT的基本原理和临床应用
一、能谱CT的基本原理
能谱CT是一种基于X射线能量谱分析的影像学技术。其原理基于不同材料对
X射线的不同衰减特性，通过测量X射线的能量谱来获取更丰富的信息。能谱CT
通过光电效应和康普顿效应将X射线与物质相互作用，并通过能量谱分析来获取
不同能量级的数据。其基本原理包括：
1.X射线的发射：能谱CT使用X射线作为探测介质，通常通过X射线
管来产生高能量的X射线。
2.X射线的衰减：当X射线通过人体组织时，会发生不同程度的衰减。
不同组织对X射线具有不同的衰减特性，因而能谱CT可以通过测量不同能量级的X射线衰减情况来获取更准确的图像信息。
3.能量谱的测量：能谱CT使用能量敏感的探测器来测量通过人体组织
的X射线的能谱，获取不同能量级的数据。通过能量谱分析，能谱CT可以获得更多的影像特征和生物组织的成分信息。
4.数据处理与图像重建：能谱CT通过对测量到的能谱数据进行处理和
分析，结合先进的图像重建算法，最终生成高质量的能谱CT图像。这些图像可以用于检测病变、评估疾病进展以及制定治疗计划等。
二、能谱CT的临床应用
能谱CT作为一种高分辨率、高对比度的影像学技术，已经在临床医疗中得到
广泛应用。它在以下方面具有独特的优势：
1. 早期疾病诊断和筛查
能谱CT可以提供更详细的生物组织成分信息，对于一些早期病变的诊断和筛
查具有重要意义。例如，在肿瘤早期诊断方面，能谱CT可以提供更准确的肿瘤边
界和组织学特征，帮助医生更早地发现肿瘤并进行治疗。
2. 心血管疾病评估
能谱CT在心血管疾病的评估方面也有较大的应用潜力。它可以提供心血管系
CT能谱成像的基本原理及临床应用
CT能谱成像的基本原理及临床应用
CT能谱成像的基础是一种叫做宝石探测器的新材料，通过X线在物质中的衰减系数转化为与之相对应的图形，它使传统的单参数成像变为多参数成像[1]。CT能谱成像是一项崭新的技术，它以提供多种定性和定量分析与多参数成像为最显著的特征，这种影像学技术对于现在乃至将来对全身各个系统的疾病的诊断就有非常重要的价值。自从09年开始，CT能谱成像开始进入临床，以瞬时双kVp为核心技术在各种疾病的诊断上已经广泛应用，并得到了一致认可，取得优异的成果[2]。
标签：CT能谱成像；原理；应用
1.能谱CT成像技术的发展历程
上世纪七十年代，CT技术首次被应用于临床领域，在那时至今已有四十年的历程，其经历了从非螺旋CT到螺旋CT、单排到多排、运行速度明显加快、分辨率愈来愈小等多次变革，现在CT技术可应用于全身。近年来，随着CT成像技术的快速发展，美国公司首次推出CT能谱成像技术，提供了确切的能量成像[2]。
2.CT能谱成像的基本原理
2.1 X线的成像基础
物质对X线的吸收与X线的能量变化有关，每一种物质都有一种关于X射线衰减的独特吸收曲线，并且每一种物质的X射线吸收系数都是由光电效应和康普顿散射共同决定的，所以X射线吸收系数决定了X线的衰减，而CT是通过计算物体对X线的衰减来成像的，因此CT能谱图像重建的过程是表示每个体素线性衰减系数的过程。
2.2 普通CT的成像基础
CT 能谱图像重建是通过物理学，对X 线透射人体某断层的强度的监测，推算出衰减系数的分布图，从而实现断层能谱成像[3]。有一种效应叫“硬化效应”，即X线是一种能量射线，其中混合着不同能量的射线，有高能量和低能量两种，当X 线照射人体的时候，X 线中能量低的射线首先被吸收，这种现象称为硬化效应。这种效应成为了CT能谱成像的普通CT成像原理。
光子计数光谱ct
光子计数光谱ct
光子计数光谱CT是一种用于医学影像诊断的成像技术，它利用X射线穿透物体的不同吸收能力，通过对X射线的计数和能量分析，得出物体内部的组织结构信息。相比传统的X射线成像技术，光子计数能谱CT可以提供更准确、更详细的影像信息，有助于医生更精准地诊断病情。该技术已经广泛应用于肿瘤、心血管和神经系统等疾病的诊断和治疗。
光子计数能谱CT与常规CT的主要区别在于探测器技术的不同。常规CT采用的固体闪烁晶体探测器是通过间接转换的方式获得图像（X线→可见光→电信号），而光子计数能谱CT采用光子计数探测器，该探测器可以实现对每个X射线光子的计数和能量分析，从而获得物体内部的组织结构信息。此外，光子计数能谱CT还可以根据不同的物质对X射线的吸收能力和散射能力进行区分，进一步提高了影像的准确性和分辨率。
光子计数能谱CT在临床应用中具有以下优势：
1. 提高影像的准确性和分辨率：由于光子计数能谱CT可以实现对每个X射线光子的计数和能量分析，因此可以获得更准确、更清晰的影像信息，有助于医生更精准地诊断病情。
2. 降低辐射剂量：光子计数能谱CT可以在保证影像质量的前提下，降低X射线的辐射剂量，从而减少对患者和医护人员的辐射伤害。
3. 拓展应用范围：光子计数能谱CT不仅可以应用于人体各个
部位的影像诊断，还可以拓展到工业检测、安检等领域，具有广泛的应用前景。
光子计数光谱CT是一种先进的医学影像技术，具有很高的临床价值和应用前景。随着技术的不断发展和完善，相信它会在未来的医学影像领域发挥更加重要的作用。
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Abstract: Key words:
In recent years, due to energy technology development and clinical imaging increased demand, energy CT studies to become a hot spot, especially in 2009 appeared to instantaneous two-kVp spectrum for the core technology of CT imaging, imaging for today's broader spectrum clinical and research created the possibility, this paper introduces the basic principles of spectroscopy and recent CT CT technology at home and abroad spectrum preliminary results of applied research to explore its value in clinical applications. tomography, X-ray computed
图3. 肝癌介入后复查，50keV单能图像不仅能够去除介入病灶区引起的碘硬化伪影而 且能够更清晰显示更多病灶
图4. 实验中将不同成份肾结石放入新鲜猪肾脏中，能谱扫描，可以观察出不同成份 结石的能谱曲线不同，其物质分离钙水散点分布图各不相同，CaP、STR、COX、 CYS及UA分别代表磷酸钙结石、鸟粪石、草酸钙结石、胱氨酸结石及尿素结石。
测量周围其他正常组织的碘浓度并用其比值来 评估甲状腺功能。李铭 [10] 等的初步研究结果表 明，能谱 CT 在结节性甲状腺肿、滤泡性腺瘤与 乳头状癌的能谱表现不一致。CT 能谱成像可能 在结节性甲状腺肿、甲状腺腺瘤与甲状腺癌的 鉴别诊断中发挥一定的作用。能谱 CT 也可以对 钙、尿酸等其他物质进行定量分析，实现骨钙 含量测定、尿酸含量测量等，有可能对骨质疏 松程度的判断，陈旧性骨折、新鲜性骨折的鉴别、 泌尿系结石成份的分析及痛风病人痛风结节成 分析的分中发挥一定的作用。 2.3 小病灶检出率提高 能谱成像能够同时获得 40~140keV 共 101 个不同 keV 的单能量图像和 物质分离图像。单能量图像在不同能量水平具 有不同的特征，低能量水平的 X 线穿透力低， 图像上组织的对比增强，但噪声增高，高能量 水平的 X 线穿透力高，图像上硬化伪影少，但 对组织的对比减弱，因此选择合适的能量水平 对提高单能量图像上病灶的检出很重要。叶晓 华 [11] 等研究表明，能谱 CT70keV 单能量图像 通过改善图像质量并增加肿瘤和肝实质的对比， 有利于肝脏肿瘤的检出，对小病灶的检出更为 敏感。吕培杰 [12] 的研究表明，能谱ＣＴ 单能量 成像作为一种检测小肝癌的方法，可以在不降 低图像质量的前提下显著提高小肝癌病灶的对 比噪声比，有利于小肝癌的检出。 2.4 肿 瘤 的 定 位、 定 性 与 分 级 诊 断 ：能 谱 CT 基础实验发现，常规 CT 图像中 CT 值相同的 糖水和盐水，其单能量衰减曲线却不一样，说 明单能量衰减曲线有助于鉴别不同成分的物质。 不同脏器的肿瘤、同一脏器不同组织起源的肿 瘤以及同一肿瘤内的不同组织成分，它们的单 能量衰减曲线不同，其物质分离图像、物质含 量分布图（散点图、直方图）的表现也不一样， 对这些能谱特征进行综合分析，有助于肿瘤的 定位、定性及分级的诊断 [3]。肿瘤 TNM 分期 对于临床处理方案的制定及预后是非常重要的， 但手术前做到准确的 TNM 分期并不容易，CT
最终在致密物体附近产生暗影或条纹影，使图像 存在于甲状腺中 [9]，测量体内碘浓度可以反映近
质量明显减低，甚至无法诊断。金属伪影、致密
骨边缘的硬化伪影、高密度对比剂的硬化伪影等，
伴随着 CT 的应用 40 年来都无法克服，给临床
明确诊断带来诸多困难 [4]。能谱 CT 单能量成像
以及去伪影技术（metal articacts reduction system，
0. 引言
自 20 世纪 70 年代问世以来，CT 是医学 第三次革命则始于 1998 年至 2008 年的多排螺
影像学中进步最快的技术之一。在将近 40 年 旋 CT 时代，探测器排数按照摩尔定律不断增
的发展历程里，CT 技术经历了几次革命性的 加，由 4 排迅速达到了 64 排，64 排 CT 不但
扫描为肺栓塞提供定性、定量分析，其 FOV 大，
碘基物质图的定量分析能提供更为客观和科学 的依据，可以作为评价病变程度以及指导治疗 的有效手段。对于发现微小栓塞以及隐匿性部
图2. 患者发现胰腺占位性病变考虑胰腺癌，肝脏多发低密度灶，通过能谱曲线分析， 肝脏左外叶低密度病灶和胰腺的病灶的能谱曲线非常相似，大部分重叠，说明有相同 /相似的成分——病理证实为胰头癌肝内转移
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期的碘摄入量及身体内的碘储存量，以往的测 量方法大多是测量尿碘水平、测量甲状腺吸碘 率等来间接反映体内碘浓度，以上方法受饮食 影响较大。CT 能谱成像利用物质分离的碘基图 像可以直接测量甲状腺的碘浓度，也可以同时
2. 能谱 CT 的临床应用价值
2.1 硬化伪影的去除 ：总体上 CT 图像伪影分为 扫描过程中产生的伪影和 CT 本身系统有关的伪
影，对图像质量影响最显著的伪影有金属伪影和 射线束硬化伪影。伪影产生的机理 ：CT 成像中 所选择管电压只是一个峰值电压，实际表达为一 连续 kV 值的混合电压，产生的 X 线光子也是由 不同能量的光子构成，在经过密度较高的物质
即可求解出水和碘的密度在空间分布 Dwater(x,y,z) 和 Diodine(x,y,z)。物理学家们为我们提供了水和碘 以及许多纯物质和混合物的吸收系数随能量变化
的衰减曲线；（3）物质的衰减曲线呈线性关系（不 的曲线。因此我们需要知道感兴趣物质在某单能
包括 K 峰区域），可以选择两种物质进行物质分 量下的吸收或 CT 图像时，只要把该能量下 µwater 离 [3]。CT 是通过计算物体对 X 线的衰减来成像的， 和 µiodine 代入公式 (1) 即可。 而物质对 X 线的吸收是随 X 线的能量变化而变化 1.2 能谱 CT 的能谱成像采集技术 ：能谱 CT 能
晓莉 [5] 等的研究表明，能谱成像技术能准确校
正距离金属 3cm 范围的伪影，并提供准备的 CT 值，对于减少术后金属伪影具有以往 CT 无法比 拟的优势。惠萍 [7] 等研究也表明采用 CT 能谱成 像技术，在高 keV 单能量图像上可以明显降低
图1. 能谱CT在硬化伪影的去除中的应用，图中 A为定位像显示患者右侧胫骨骨折后 外固定器影，B为混合能谱常规CT图像由于外固定金属伪影右侧胫骨结构及周围软组 织情况无法观察，C为单能量＋MARs技术后显示图像，金属硬化伪影明显消除，可 以清晰显示金属钉在右侧胫骨中的位置及右侧胫骨骨质及周围软组情况
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能谱 CT 的原理与临床应用价值
李小虎 刘斌 余永强 王万勤 吴兴旺 周勇 王乐 安徽医科大学第一附属医院 ( 合肥 230022)
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文章编号 ：1006-6586(2011)10-0001-05 中图分类号 ：R814.4 文献标识码 ：A
速度）加快 100 倍，清空速度（余晖效应）加 快 4 倍，确保两次高速采样之间的数据处理没 有影响，同时其采样率增加了 2.5 倍，使得空间 分辨率大幅度提高（3）高频低噪的数据采集系 统（4）保持稳定的球管 X 光焦点大小（5）高
个密度值和 X 线能量无关。因此在能谱成像中我 级重建引擎适应性统计迭代（adaptive statistical
量实现了一次质的飞跃，空间分辨率达到了 的限制，临床未能广泛应用 [2]。2009 年出现的
0.5mm ；第二次革命始于 20 世纪 90 年代螺旋 以瞬时双 kVp 为核心技术的能谱 CT 成像，为
CT 的时代，其发展的重点集中在扫描速度的 现今能谱成像更广阔的临床应用和研究创造了
演变，1995 年突破了 1s，1997 年突破了 0.5s ； 可能。
的，即任何物质都有其对 X 线衰减的特征吸收曲 够在 50cmFOV 的范围内使用常规的 CT 成像模
线，并且任何物质的 X 线吸收系数可由其他任意 式比如轴位和螺旋扫描的模式进行高低两种能
两种基物质的 X 线吸收系数来决定，通常选择衰 量瞬时切换的能谱扫描，得益于下列技术 [3]：（1）
减高低不同的物质组成基物质对，水和碘是常用 瞬时变能高压发生器，它能够在 0.5ms 内实现
们把 CT 值的求解转化为求解基物质对密度值的 lterative reconstruction, ASiR）技术 , 其能够在保
工作。以瞬时双 kVp 为核心技术的能谱 CT 通过 证相同质量的图像同时降低一半的剂量（6）能
高低电压的瞬时快速切换获取两组吸收投影数据， 谱观察与分析系统（GSI Viewer）能够同时观察
的组合，因为它包含了从软组织到含碘对比剂以 80kVp 至 140kVp 高速的切换（2）能谱 CT 的
及医学中常见物质的范围，并且通过物质密度图 探测器选用分子结构稳定的材料，其有对 X 线
像易于解释。以水和碘作为基物质对，组织在某 反映速度快，初始速度（X 线转换为可见光的
种单能量下的 CT 值为 ：CT(x,y,z,E)=Dwater(x,y,z) µwater(E)+Diodine(x,y,z)µiodine(E) (1) 其中 µwater(E) 和 µiodine(E) 分别为水和碘的吸收系数。在这个表达 式中 Dwater 和 Diodine 分别为能够实现物理上所测 得的吸收 CT(x,y,z,E) 所需要的水和碘的密度。这
由于这两组吸收投影数据具有很好的一致性，我 常规的混合能量 CT 图像（kVp）、单能量 CT 图
们能够进行数据空间的吸收投影数据到物质密度 像（keV）及物质分离的密度图像，例如能够生
投影数据的转换。选择任意两个不同能量建立两 成从 40keV~140keV 的 101 个单能量图像，物质
组物质密度投影数据，通过对这两组数据的重建 分离生成新的基物质密度图像 ：如水，钙，碘。
内容提要： 近年来，由于能量成像技术的发展和临床需求的增加，能量C T的研究成为了热点，特 别是2009年出现的以瞬时双kVp为核心技术的能谱CT成像，为现今能谱成像更广阔的 临床应用和研究创造了可能。本文主要介绍了能谱CT基本原理及近期国内外能谱CT技 术初步应用研究结果，探讨其在临床中的应用价值。
MARs），可以纠正 X 线扫描金属后产生的“光
子饥饿”现象而导致的低信号，可以对金属及金
属周边的组织提供准确的投射数据，能有效抑
制常见的金属伪影及其他射线硬化伪影 [5]。Lin[6]
等的初步研究结果显示，70keV 是颅脑 CT 成像
的最佳能量水平，与常规混合能量图像相比，能
够降低图像的背景噪声和后颅窝的硬化伪影。李
关 键 词： 体层摄影术，X线计算机
收稿日期 ： 2011-08-29
作者简介 ： 余永强，教授，主任医师， 安徽医科大学第一附属 医院院长，博士生导师
The Principle and Clinical Value of Spectral CT
LI Xiao-hu LIU Bin YU Yong-qiang WANG Wan-qin WU Xing-wang ZHOU Yong WANG Le The First Affiliated Hospital of Anhui Medical University (Hefei 230022)
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1. 能谱 CT 的基本原理
1.1 能谱成像的物理基础 ：（1）X 线通过物质的衰 减能够客观反映 X 线的能量 ；（2）X 线经过物质 后产生的光电效应与康普顿效应共同决定了物质
进步。CT 发展的第一次革命始于上世纪 80 年 能够高分辨地显示静态图像，也使心脏冠状动
代，其着重在扫描部位的延伸，同时气体探测 脉成像的质量达到了较好水平。
器技术的不断改进使得图像质量不断提高，特
CT 能量成像产生于 20 世纪 70 年代 [1]，80
别是 1987 年固体探测器的诞生，使得图像质 年代开展了双能量减影临床研究，受成像技术
或消除金属移植物伪影，改善图像质量。利用
CT 能谱单能量图像结合 MARs 能消除硬化伪影，
能够在颅脑成像、颅内脑动脉瘤栓塞术后及骨与
关节金属植入物复查中获得良好的成像效果，为
临床诊断提供有效信息 [3]。
2.2 物质定量分析 ：碘是 CT 增强对比剂的主要
成分，CT 能谱成像可以对基物质（水，碘，尿
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衰减后，低能量的光子比高能量的光子被衰减吸 位肺栓塞有潜在临床意义及应用前景。甲状腺
收得更多，因此透过物体的 X 线光子被“硬化”， 具有从血液中摄取碘的功能，人体内 20% 的碘
酸）进行物质密度成像和定量分析。常规 CT 无
法显示肺实质血流灌注的分布状态，而 CT 能谱
成像碘基图可以有效反映肺实质血流动力学的
变化，可同时提供解剖和功能信息。肺栓塞在
碘基图上的直观表现为肺组织局部密度低于周
围组织，提示该部位血流灌注缺失或降低 [3]。吴
华伟 [8] 等研究结果显示 CT 能谱成像可以一次