宝石能谱CT(64排
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◇扫描方式:连续,单向旋转 ◇射线束夹角：大扇束 ◇扫描时间:通常1秒，最短0.33秒
一次旋转360度
0.33秒
扇角与锥角
单层螺旋CT扫描架正面观
高 压
发（-）
生 器
球管
高压发生器
（+）
探 测
探测器
器
16层螺旋CT探测器（3组）
探测器与球管对称旋转（在框架内）
螺旋CT扫描方式
螺 距 小
螺 距 大
-100 -100Hu
-100 -100
显示野内中心和周边ＣＴ值均为“-100Ｈｕ”
环形伪影
传统螺旋CT成像的局限性
• 一.辐射剂量 过度射线、过扫范围
X线在探测器Z轴上分布为中间均匀和两外端 不均匀半影，准直器使X线均匀区覆盖探测器的 全部范围，半影区会延伸至探测器Z轴外缘
X线在探测器中间均匀 Z轴
• 一、去除后颅窝硬化伪影
• 二、优化低对比度结构的显示
• 三、去除金属伪影
• 能谱曲线是物质或结构的衰减（即CT值）
随X线能量变化的曲线，可以得到40~140
KeV每个能量点的能谱曲线，能谱曲线代 表不同的结构和病理类型
谢谢大家听俺的课！！
~~CT探测器信号对比度
• X线衰减特性是CT成像的物理基础 • 常规X线摄影：利用衰减后射线直接成像。信息是
重叠在X射线底片上 • CT：衰减后射线 ——探测器接收——由计算机重建
成横断面图像。这种衰减信息被计算机断层成像
探测器
CT值的计算
❖为纪念Houndsfield，用Hu作为CT值的测量单位
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
（一）散射线
（二）扫描野受限
• B探测器的小球管-探测器组合只能提供大 约30ｃｍ的扫描野
（三）运动伪影
能量时间分辨率不足、导致图像空间的减影无法点对点匹配
能谱成像名解
• 能谱成像：就是多个光子能量点下成像， 能保留物质吸收随能量的变化的信息
• 特点：要求时间分辨率高；要求同时同向 获得两种不同能量的信息，实现数据空间 能谱解析；单一球管高低双能（80KVp和 140KVp）的瞬时切换（＜0.5ms的能量时 间分辨率）
• 低原子的物质（软组织和血液），随能量变化的程度 不大。高原子的物质（骨骼和碘），随能量的变化而 比较剧烈。
• 能量CT通过能量不同的变化来区分某些不同的物质
能谱信息名解
• 进行能量数据空间的解析以保留物质吸收随能量 的变化，即能谱信息
• 能量就是球管电压值（KVp）,也是普通CT图像的 KVp(混合能量的平均效应)
CT图像体现了X线混合能量的平均效应，即140KVp高压的X线光子 会具备0~140KeV（光子能量）不等的能量值
能谱CT诊断方式
• 一.单能量CT值及能谱曲线 二.基物质图像及浓度
• 三.有效原子序数
四.CT多参数综合应用
能谱CT的能量信息利用
• 使用两种不同能量的X线 对物体同时进行扫描，可 以得到物体在不同能量射 线影响下的图像
பைடு நூலகம்
• 1、球管热容量 • 2、散热率 • 3、设计方式，延长球管寿命 • 4、动态变焦（三对偏转磁场的聚焦）
• 常规CT选择一组恒定的电压条件
• 能谱CT的高压发生器在＜0.5ms内完成 140~80KVp高低能量间的周期切换
• 数据采样系统（DSA、球管技术、探测器技术等）
迭代重建技术（ASiR）的单源瞬时KVp切换能谱成像
中的一个小方格。矩阵如为2562 ，则一幅图像为 256×256=65536个像素，象素为二维平面
• 体素：即体积单元，体素为三维结构。5×1×1mm、3
10×1×1 mm、3 3×1×1mm3（像素为1×1 m㎡ 时）
• 当体素减少（厚度变薄），探测器接收到的光子相对减少，
为保证图像质量，须增加X线剂量
• 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）
• CT值(Hu)：CT数，重建图像中 的一个像素的数值，也就是一个 衰减值。
• 水的CT值为0 • 致密骨CT值为上限+1000 • 空气定为下限-1000 • 其它数值均表示为中间灰度，产
生一个相对吸收系数标尺
像素（pixel) 、体素（voxel)
• 像素：又称像元，是构成CT图像最小的单位，也就是矩阵
• 64排探测器阵列 • 每排探测器阵列宽度为0.625mm • 探测器排列方式为等宽型，即64×0.625mm • 探测器Z轴方向宽度为40mm，固体稀土陶瓷 • 1次旋转的最快扫描时间为0.35s，心脏扫描模式
时间分辨率可达到44ms
传统ＣＴ．螺旋ＣＴ运动轨迹
双球管ＣＴ机运动轨迹
螺旋CT扫描机
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
• 射线硬化效应：穿透物体后的射线中，高 能量X线的比例大于低能量X线的比例
低能量射线被吸收得更多. 骨头和碘选择性吸收更明显
导致X线硬化更严重 CT图像伪影多、CT值失真
3.平均吸收效应的另一个问题 不同物质具有相似的CT值
异物同影
光电效应和康普顿散射
宝石能谱CT（GE64排）原理
荆州市第一人民医院放射科 杨忠平
常规CT成像原理示意图
X线管发出X线→经准直器准直→透过被检物体→ DAS（探测器接收→光电转 换 模/数转换器(A/D) 放大.积分 数字信号）→计算机图像重建→数/模转换 器(D/A ) 显示图像.
高压发生器
模/数（A/D） 转换器
• 系统伪影：机器调试不当、未常规保养、较准
三.能量信息利用的缺乏
• 多排螺旋CT机，是依赖于物质的CT值差别 进行诊断
• 对CT值差异小的病理性改变，难以发现和 鉴别
• CT值受X线硬化效应、金属伪影等诸多问 题影响
能量信息利用的缺乏
• 多排螺旋CT机，是依赖于物质的CT值差别 进行诊断
普通螺旋CT诊断方式
计算机
对比增强器
准直器
球管
人体
探测器
打印机
数/模（D/A） 转换器
模拟信号
显示器
DAS系统
数据采集系统（Data Acquisition System, DAS) A/D是DAS主要部件
X线的衰减
• X线透过人体组织被衰减， 部分被吸收，小部分被散射
• 成像的Ｘ线是混合能量射线 • X线对比度~~照片对比度
一.辐射剂量：过度射线 过扫范围
球管焦斑大小和位置（灯丝温度变化而移动）的 不稳定性.探测器最外端信号强度发生变化.产生伪 影（射线的半影区原因）
增加射线剂量减少伪影（半影区大小相对固定）.焦点跟踪抵消焦斑.智能准直
CT值校正（中.大体模）
（图像显示野34cm 48cm）
-100 -100
-100
CT值斜率，直线上不同点表示物质的不同浓度
• 能谱成像在投影数据空间完成能量解析的同时，同时产生 基物质密度图像
• 能谱成像能够测量出物质的X线衰减系数，进一步转化为产 生同样衰减的两种物质密度
• 成分分离时，可任意两种物质进行物质分离
单源瞬时KVp切换能谱成像
• 单源瞬时KVp切换技术，在＜0.5ms时间内完成高低 能量的切换，切换几乎是同时、同角度匹配高、低能 量数据，投影衰减在空间进行，实现能谱成像
能谱CT的能量信息利用
• DR图像是X线的混合能量的平均效应 • 能谱CT是射线与物质相互作用后的衰减与物质的
原子序数和射线能量均有关系。 • 能谱CT是确定被扫物质的原子序数而进行物质识
别
能量CT得到应用三个原因
1.X线混合能量成像存在先天不足 CT的X线具有连续的能量分布，常规CT体 现了这种混合能量的平均效应
• X线的最大能量等于CT球管的电压值（KVp）。
• 80KVp的X线光子具备0~80Kep不等的能量值。
• 球管产生的X线具有连续的能量分布，常规CT图像 体现了这种混合能量的平均效应。
• 改变球管电压时，X线平均能量也会发生改变（例 如80KVp改变为140KVp）
• 物质对X线吸收会随着不同的平均能量而改变。不同 的物质随能量变化的程度是不一样的。
• 能量一定——不同组织对X线衰减曲线不同， 即CT值不同。能量-吸收值呈现相关变化， 这种变化是可量化和鉴别的
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
16层ＣＴ激光定位灯系统
※ 定位点为扫描零点
※ 外定位激光灯 ※ 内定位激光灯
＋
＋
※ 侧面冠状线
＋
定位灯９０○
※ 正中矢状线定 位灯０○
＋
○○
扫描野、显示野
显示野 扫描野 显示野
○
能量CT成像
• 能量CT是利用物质在不同X线能量下产生 的不同的吸收系数来提供比常规CT更多的 影像信息.
常规多排螺旋CT成像的局限性
可克服双能减影的不足和潜在的问题
单源瞬时ＫＶｐ切换技术
单源瞬时ＫＶｐ成像需要两组不同能量的Ｘ线，切换时间＜０．５ｍｓ，双能重建 光子技术系统仅需一组入射Ｘ线，无切换时间上的延迟效应，可多能量重建
高低电压下的CT值组 成直角坐标
• 利用两组不同平均能量的图像进行物质分离 • 不同物质的CT值在高低电压下有不同但固定的比例 • CT值的变化可用不同的直线表达，相同的物质有一致的
• 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
立体体素
层厚 5mm或10mm
5×1×1mm3 10×1×1 mm 3
1×1
256×256
像素是二维平面
噪声产生原理
• X线穿透人体到达检测器的光子数量有限，在 矩阵内各像素上的分布不均所造成。因此， 均质的组织或水在各图像点上的CT值不相等
Y
X
GE Lightspeed VCT 64×0.625mm
一次旋转360度
0.33秒
扇角与锥角
单层螺旋CT扫描架正面观
高 压
发（-）
生 器
球管
高压发生器
（+）
探 测
探测器
器
16层螺旋CT探测器（3组）
探测器与球管对称旋转（在框架内）
螺旋CT扫描方式
螺 距 小
螺 距 大
-100 -100Hu
-100 -100
显示野内中心和周边ＣＴ值均为“-100Ｈｕ”
环形伪影
传统螺旋CT成像的局限性
• 一.辐射剂量 过度射线、过扫范围
X线在探测器Z轴上分布为中间均匀和两外端 不均匀半影，准直器使X线均匀区覆盖探测器的 全部范围，半影区会延伸至探测器Z轴外缘
X线在探测器中间均匀 Z轴
• 一、去除后颅窝硬化伪影
• 二、优化低对比度结构的显示
• 三、去除金属伪影
• 能谱曲线是物质或结构的衰减（即CT值）
随X线能量变化的曲线，可以得到40~140
KeV每个能量点的能谱曲线，能谱曲线代 表不同的结构和病理类型
谢谢大家听俺的课！！
~~CT探测器信号对比度
• X线衰减特性是CT成像的物理基础 • 常规X线摄影：利用衰减后射线直接成像。信息是
重叠在X射线底片上 • CT：衰减后射线 ——探测器接收——由计算机重建
成横断面图像。这种衰减信息被计算机断层成像
探测器
CT值的计算
❖为纪念Houndsfield，用Hu作为CT值的测量单位
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
（一）散射线
（二）扫描野受限
• B探测器的小球管-探测器组合只能提供大 约30ｃｍ的扫描野
（三）运动伪影
能量时间分辨率不足、导致图像空间的减影无法点对点匹配
能谱成像名解
• 能谱成像：就是多个光子能量点下成像， 能保留物质吸收随能量的变化的信息
• 特点：要求时间分辨率高；要求同时同向 获得两种不同能量的信息，实现数据空间 能谱解析；单一球管高低双能（80KVp和 140KVp）的瞬时切换（＜0.5ms的能量时 间分辨率）
• 低原子的物质（软组织和血液），随能量变化的程度 不大。高原子的物质（骨骼和碘），随能量的变化而 比较剧烈。
• 能量CT通过能量不同的变化来区分某些不同的物质
能谱信息名解
• 进行能量数据空间的解析以保留物质吸收随能量 的变化，即能谱信息
• 能量就是球管电压值（KVp）,也是普通CT图像的 KVp(混合能量的平均效应)
CT图像体现了X线混合能量的平均效应，即140KVp高压的X线光子 会具备0~140KeV（光子能量）不等的能量值
能谱CT诊断方式
• 一.单能量CT值及能谱曲线 二.基物质图像及浓度
• 三.有效原子序数
四.CT多参数综合应用
能谱CT的能量信息利用
• 使用两种不同能量的X线 对物体同时进行扫描，可 以得到物体在不同能量射 线影响下的图像
பைடு நூலகம்
• 1、球管热容量 • 2、散热率 • 3、设计方式，延长球管寿命 • 4、动态变焦（三对偏转磁场的聚焦）
• 常规CT选择一组恒定的电压条件
• 能谱CT的高压发生器在＜0.5ms内完成 140~80KVp高低能量间的周期切换
• 数据采样系统（DSA、球管技术、探测器技术等）
迭代重建技术（ASiR）的单源瞬时KVp切换能谱成像
中的一个小方格。矩阵如为2562 ，则一幅图像为 256×256=65536个像素，象素为二维平面
• 体素：即体积单元，体素为三维结构。5×1×1mm、3
10×1×1 mm、3 3×1×1mm3（像素为1×1 m㎡ 时）
• 当体素减少（厚度变薄），探测器接收到的光子相对减少，
为保证图像质量，须增加X线剂量
• 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）
• CT值(Hu)：CT数，重建图像中 的一个像素的数值，也就是一个 衰减值。
• 水的CT值为0 • 致密骨CT值为上限+1000 • 空气定为下限-1000 • 其它数值均表示为中间灰度，产
生一个相对吸收系数标尺
像素（pixel) 、体素（voxel)
• 像素：又称像元，是构成CT图像最小的单位，也就是矩阵
• 64排探测器阵列 • 每排探测器阵列宽度为0.625mm • 探测器排列方式为等宽型，即64×0.625mm • 探测器Z轴方向宽度为40mm，固体稀土陶瓷 • 1次旋转的最快扫描时间为0.35s，心脏扫描模式
时间分辨率可达到44ms
传统ＣＴ．螺旋ＣＴ运动轨迹
双球管ＣＴ机运动轨迹
螺旋CT扫描机
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
• 射线硬化效应：穿透物体后的射线中，高 能量X线的比例大于低能量X线的比例
低能量射线被吸收得更多. 骨头和碘选择性吸收更明显
导致X线硬化更严重 CT图像伪影多、CT值失真
3.平均吸收效应的另一个问题 不同物质具有相似的CT值
异物同影
光电效应和康普顿散射
宝石能谱CT（GE64排）原理
荆州市第一人民医院放射科 杨忠平
常规CT成像原理示意图
X线管发出X线→经准直器准直→透过被检物体→ DAS（探测器接收→光电转 换 模/数转换器(A/D) 放大.积分 数字信号）→计算机图像重建→数/模转换 器(D/A ) 显示图像.
高压发生器
模/数（A/D） 转换器
• 系统伪影：机器调试不当、未常规保养、较准
三.能量信息利用的缺乏
• 多排螺旋CT机，是依赖于物质的CT值差别 进行诊断
• 对CT值差异小的病理性改变，难以发现和 鉴别
• CT值受X线硬化效应、金属伪影等诸多问 题影响
能量信息利用的缺乏
• 多排螺旋CT机，是依赖于物质的CT值差别 进行诊断
普通螺旋CT诊断方式
计算机
对比增强器
准直器
球管
人体
探测器
打印机
数/模（D/A） 转换器
模拟信号
显示器
DAS系统
数据采集系统（Data Acquisition System, DAS) A/D是DAS主要部件
X线的衰减
• X线透过人体组织被衰减， 部分被吸收，小部分被散射
• 成像的Ｘ线是混合能量射线 • X线对比度~~照片对比度
一.辐射剂量：过度射线 过扫范围
球管焦斑大小和位置（灯丝温度变化而移动）的 不稳定性.探测器最外端信号强度发生变化.产生伪 影（射线的半影区原因）
增加射线剂量减少伪影（半影区大小相对固定）.焦点跟踪抵消焦斑.智能准直
CT值校正（中.大体模）
（图像显示野34cm 48cm）
-100 -100
-100
CT值斜率，直线上不同点表示物质的不同浓度
• 能谱成像在投影数据空间完成能量解析的同时，同时产生 基物质密度图像
• 能谱成像能够测量出物质的X线衰减系数，进一步转化为产 生同样衰减的两种物质密度
• 成分分离时，可任意两种物质进行物质分离
单源瞬时KVp切换能谱成像
• 单源瞬时KVp切换技术，在＜0.5ms时间内完成高低 能量的切换，切换几乎是同时、同角度匹配高、低能 量数据，投影衰减在空间进行，实现能谱成像
能谱CT的能量信息利用
• DR图像是X线的混合能量的平均效应 • 能谱CT是射线与物质相互作用后的衰减与物质的
原子序数和射线能量均有关系。 • 能谱CT是确定被扫物质的原子序数而进行物质识
别
能量CT得到应用三个原因
1.X线混合能量成像存在先天不足 CT的X线具有连续的能量分布，常规CT体 现了这种混合能量的平均效应
• X线的最大能量等于CT球管的电压值（KVp）。
• 80KVp的X线光子具备0~80Kep不等的能量值。
• 球管产生的X线具有连续的能量分布，常规CT图像 体现了这种混合能量的平均效应。
• 改变球管电压时，X线平均能量也会发生改变（例 如80KVp改变为140KVp）
• 物质对X线吸收会随着不同的平均能量而改变。不同 的物质随能量变化的程度是不一样的。
• 能量一定——不同组织对X线衰减曲线不同， 即CT值不同。能量-吸收值呈现相关变化， 这种变化是可量化和鉴别的
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
16层ＣＴ激光定位灯系统
※ 定位点为扫描零点
※ 外定位激光灯 ※ 内定位激光灯
＋
＋
※ 侧面冠状线
＋
定位灯９０○
※ 正中矢状线定 位灯０○
＋
○○
扫描野、显示野
显示野 扫描野 显示野
○
能量CT成像
• 能量CT是利用物质在不同X线能量下产生 的不同的吸收系数来提供比常规CT更多的 影像信息.
常规多排螺旋CT成像的局限性
可克服双能减影的不足和潜在的问题
单源瞬时ＫＶｐ切换技术
单源瞬时ＫＶｐ成像需要两组不同能量的Ｘ线，切换时间＜０．５ｍｓ，双能重建 光子技术系统仅需一组入射Ｘ线，无切换时间上的延迟效应，可多能量重建
高低电压下的CT值组 成直角坐标
• 利用两组不同平均能量的图像进行物质分离 • 不同物质的CT值在高低电压下有不同但固定的比例 • CT值的变化可用不同的直线表达，相同的物质有一致的
• 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
立体体素
层厚 5mm或10mm
5×1×1mm3 10×1×1 mm 3
1×1
256×256
像素是二维平面
噪声产生原理
• X线穿透人体到达检测器的光子数量有限，在 矩阵内各像素上的分布不均所造成。因此， 均质的组织或水在各图像点上的CT值不相等
Y
X
GE Lightspeed VCT 64×0.625mm