宝石能谱ct原理

5 GE Brand Team June 2010
GE X线分光系统的具体过程
高低压能谱瞬切技术
将X线进行高低压瞬间分离
+ 宝石超速光学探测器
接收瞬间分离的高低能X线
宝石能谱成像 =
精确探查+成分定性+成分定量
+
=
实现能谱成像
混合能量CT
能谱曲线定性分析
宝石能谱成像的功能
发现：常规CT不能发现的病灶
GSI-能谱成像原理简介
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一 射线基础知识 ——X线本质
X射线和微波、红外线、可见光、紫外线及无线电波一样，也是一种电磁波。 诊断X射线的波长约在0.1-0.01nm，对应的能量12.4keV和124keV。尽管波长更短的X 射线穿透性更高，但几乎不能提供低对比度信息，所以医学影像对它几乎不感兴趣。
X-rays
SURFACE REFLECTOR
Incident X-ray Photon
bias
light photons
INTER-SCINTILLATOR REFLECTOR
SCINTILLATOR 1
charge pairs
SCINTILLATOR 2
Charge to DAS
scintillating material
传统图像
单能图像
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传统CT成像——Kvp（混合能量） HDCT GSI——Kev（单能量）
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GSI 能量成像的作用
光线与X线的本质都是具有不同波长的电磁波
紫外单能量（单色光谱）
混合白光
红外单能量（单色光谱）
Energy
Best (future)
Good (present)
Last (present)
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Βιβλιοθήκη Baidu
能谱成像—GE成像依据
我们要了解能谱成像,首先要了解一些基本物理现象:
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的衰减曲线； 3.物质的衰减曲线呈线性关系(不包括K峰区域),可以选择两种物质作为基物质进行物质分离。
2 2 (()) 2) (i ii )) 2 ( low P Phigh i i ) P iP ) ) ( water P ((iP(low 2 2 i i ) ( high.. low 2 2P hig

Water Projections
Iodine Projections
那么,如果我们测量X-线高低两种能量高速的切换,能够测量出物质的X-线衰减系数,可 以进一步将这种衰减转化为会产生同样衰减的两种物质的密度,这样的过程称之为物 质组成分析与物质的分离。
特别需要强调的是,物质组成分析并不是确定物质组成,而是通过给定的两种基础物质 来产生相同的衰减效应。 对于医学成像来说,水和碘是常用的组合,因为它包含了从软组织到含碘对比剂以及医 学中常见物质的范围,并且通过物质密度图像易于解释。
split
Low kVp Projections High kVp Projections
Image Reconstruc tion
Image reconstruction
MD Iodine
MD Water
Monochromatic Generation
140 kVp
70
The end !
14
X射线的能量通常用单位keV来表示。代表的意义是一个电子经过1V电势加速后具有的 动能（实际能量等于电荷与电压的乘积）。
通常说的120KVp指的是峰值在120千伏的混合能量。
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X射线穿过物质发生康普顿效应及光电效应，如下图所示：
Ep = hn
- -M L K - -
photodiodes
PIXILATED COLOR SENSITIVE PHOTODIODE
Solid-state Single kVp
spectrum
Dual kVp
spectrum
80 140 kVp bin2
Single kVp
spectrum high Energy
bin1
low
Energy
Attenuation-to-material density transformation
2 iodine P ((iP(low (() P i 2 1 P i i 1) (i )) 1 ( low P Phigh i i ) ) 1 ) P ) ( 1 1 i i ) ( high .. low hig
即可得到由物质密度图而获得的 单能量图像，无能量依赖，也就克服硬 化伪影的干扰，如右图
能谱曲线
散点图
同时可以得到物质密度图像，从而CT实现 定量测量
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能谱成像过程
GSI Data Acquisition
Interleaved High- and Low-kVp Projections
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因为水、碘在不同kev下的衰减系数已经由实验室获得，那么中间仅有两个未知 数Dwater(x,y,z)和DIodine(x,y,z)，而这两个值可以从双kvp获得的两组数据进行吸收投 影数据到物质密度投影数据的转换而得到。
双kVp技术能够得到单能量的图像，核心是任何一种组织的吸收都可以由相应比 例的基物质对的组合来表示，如果以水和碘作为基物质对，组织在某种单能量下的CT 值可记为：
定性：良恶性定性、成分定性 定量：成分精确定量、定量评估治疗效果
二 能谱成像——成像方法
1 Photon Counting-GE
光子计数系统
2 Current Integration - GE
闪烁体电流积分 reflective x-ray material photons
3 Dual Layer Current Integration -Other Vendors 双层闪烁体电流积分
-
Compton
光电效应
+
= X-ray attenuation
康普顿效应
photoelectric
物质的吸收系数:
(E) = fpe(E) + fc(E)
在能谱成像时，得到的单一能量下的图像， 物质的衰减更为纯净，最大程度降低硬化伪 影，如下图：
在传统CT扫描中，采用的是混合能量射 线扫描，所以u值实际为物质在各种能量 下衰减的平均值，所得到的CT值也是平 均CT值。存在射线硬化伪影。如下图：
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。
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