能谱CT原理与临床
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
能谱CT原理与临床
能谱CT原理与临床
物质分离
原理：把物质对X线的吸收假设为另外两个 物质（基物质对）对X线的组合。常用基物 质对为水和碘，也可以是其他任何两种物 质。
CT(x,y,z,E)=D(water)*μ(water,E)+D(io dine)*μ(iodine,E)
能谱CT原理与临床
能谱CT成像具有多参数。定量分析的全新 成像模式，拥有更多的有用的信息。
能谱CT原理与临床
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）任何物质都有其特征的衰减曲线； （2）X 线经过物质后产生的光电效应、康 普顿效应和电子对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，可以选 择任意两种不同的物质对能谱CT图像进行 物质分离。
• （3）能谱扫描信息量大及工作站硬盘空间 的限制，数据存储需及时并有选择性。
能谱CT原理与临床
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。
• 2.能谱曲线：可以获得组织的能谱曲线， 有利于对病变性质、同源性及差异性的判 断。
能谱CT原理与临床
通过一次能谱扫描（80kV和140kV高低峰电 压瞬时切换）可以获得扫描部位常规的混 合能量CT 图像（kVp）、单能量CT 图像 （ 40keV~140keV 的101 个）及物质分离 的密度图像，生成新的基物质密度图像： 如水，钙，碘。
CT(x,y,z,E)=D(water)*μ(water,E)+D(io dine)*μ(iodine,E)
方法：对照组使用120kV的常规CT进行扫 描．第二组采用能谱采集扫描模式(80 kV， 140 kV瞬时切换)进行扫描，两组扫描其它 的参数完全一值，能谱成像使用65 kV的单 能量图像用于图像质量的评估。
能谱CT原理与临床
结果：
能谱CT原理与临床
能谱CT原理与临床
讨论：
这个基础实验提示人们，在同一毫安秒的 扫描条件下能谱成像的图像质量同等于常 规CT的120 kV的图像质量,但剂量只有常规 CT扫描的76.1％。
能谱CT原理与临床
宝石能谱CT特点
• 探测器：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（清空速度） 快4 倍，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。
• 球管：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 kV和140 kV）切换，配合宝石探测器，使得能谱CT 能够应用于临床。
能谱CT原理与临床
作为一名放射科员工，我们在CT检查中最 关心的是什么？
能谱CT原理与临床
图像质量与辐射剂量
我们希望获得满意的图像质量的同时尽量 降低辐射剂量。
能谱CT的瞬时双能量采集与普通CT扫描相 比，在获得相同图像质量时辐射剂量是否 会翻倍？
能谱CT原理与临床
日本东京女子医科大学关于宝石CT能谱成像与常 规CT的射线剂量和图像质量的对比的研究
能谱CT原理与临床
图1甲状腺右叶乳头状癌。图１A 平扫碘基图，测得结节内ICnod=0.05mg/ml 。 图１B 增强后动脉期碘基图，测得结节内Icnod=3.63mg/ml ；图２甲状腺左 叶结节性甲状腺肿。图２A 平扫碘基图，测得结节实性部分ICnod =0.4mg/ml 。 图２B 增强后动脉期碘基图，测得结节实性部分ICnod =2.44mg／ml 。甲状 腺内的碘是以甲状腺球蛋白的形式存储于甲状腺滤泡内，正常甲状腺滤泡结 构完整，在CT 上表现为高密度 。不同种类甲状腺病变导致其内滤泡数量不同 程度减少，使甲状腺内的碘含量也相应减少。
数学模型： n=aX+bY m=cX+dY 80keV和140keV所得两组数据可得X、Y的值。 已知X、Y的值，可以得特定kV条件下的n、
m的值。
能谱CT原理与临床
流程Fra Baidu bibliotek
探测器接收信号转换为数据空间数据
把数据空间中单位体素按某种基物质对进 行分类
运算得出不同kV条件下X线在单位体素中的 衰减数据
• 3.物质分离与定量：利用不同物质对X线衰 减的不同，采用基物质配对的方法进行物 质的分离，利用分能谱离CT原后理与临的床 基物质进行物质
4.有效原子序数：对无机物精确分析的重 要方法，能谱成像能够直接的反映感兴趣 区域内部无机物的有效原子序数，进而对 感兴趣区内的物质进行定性。比如：矽肺 患者吸入的二氧化硅，尿路结石患者体内 的钙酸盐结石。
能谱CT原理与临床
宝石CT多能谱成像
宝石能谱CT 球管能瞬时（＜0.5 ms）实现 高低双能（80 kV 和140 kV）切换，球管 几乎同时，同向产生两种能量的X线，再由 高效率探测器先后（瞬时）采集两种能量X 线所产生的数据（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。
能谱CT原理与临床
能谱CT如此多优点，又有哪些 缺点呢？
• （1）能谱扫描模式中，使用了140 kV 的 电压，容易导致球管过热，出于对球管的 保护，能谱扫描不适于不间断、长时间、 大范围、小螺距扫描的进行。
• （2）能谱重建时间稍长。能谱扫描信息量 大，是常规扫描信息量的近5 倍，因此观 察和后处理能谱信息时需要的时间较长。
CT成像原理与临床应用初探
能谱CT原理与临床
什么是能谱CT
Multi-energy/spectral CT： 利用物质在 不同X射线能量下产生的不同的吸收来提供 比常规CT更多的影像信息的CT。
能谱CT原理与临床
哪些更多的信息
能谱CT成像不但能够获得物质密度及其分 布图像，还能获得不同keV水平的单能量图 像。而且还能根据所得到的能谱曲线计算 出该病变或组织的有效原子序数。由此可 见，与常规的单参数CT图像相比，
能谱CT原理与临床
对于能谱成像的辐射剂量，有二个方面值 得探讨： 其一，因受80 kV和l40kV瞬时高速切 换的物理条件的限制能谱成像的扫描不易 实现自动毫安功能。 其二，设定怎样的毫安来获得满意的 图像质量并控制辐射剂量。检查的部位不 同，患者的体格不同都有不同的最佳扫描 参数。方法：1，累计的经验；2,使用常规 CT扫描的自动毫安功能来推算。
能谱CT原理与临床
物质分离
原理：把物质对X线的吸收假设为另外两个 物质（基物质对）对X线的组合。常用基物 质对为水和碘，也可以是其他任何两种物 质。
CT(x,y,z,E)=D(water)*μ(water,E)+D(io dine)*μ(iodine,E)
能谱CT原理与临床
能谱CT成像具有多参数。定量分析的全新 成像模式，拥有更多的有用的信息。
能谱CT原理与临床
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）任何物质都有其特征的衰减曲线； （2）X 线经过物质后产生的光电效应、康 普顿效应和电子对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，可以选 择任意两种不同的物质对能谱CT图像进行 物质分离。
• （3）能谱扫描信息量大及工作站硬盘空间 的限制，数据存储需及时并有选择性。
能谱CT原理与临床
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。
• 2.能谱曲线：可以获得组织的能谱曲线， 有利于对病变性质、同源性及差异性的判 断。
能谱CT原理与临床
通过一次能谱扫描（80kV和140kV高低峰电 压瞬时切换）可以获得扫描部位常规的混 合能量CT 图像（kVp）、单能量CT 图像 （ 40keV~140keV 的101 个）及物质分离 的密度图像，生成新的基物质密度图像： 如水，钙，碘。
CT(x,y,z,E)=D(water)*μ(water,E)+D(io dine)*μ(iodine,E)
方法：对照组使用120kV的常规CT进行扫 描．第二组采用能谱采集扫描模式(80 kV， 140 kV瞬时切换)进行扫描，两组扫描其它 的参数完全一值，能谱成像使用65 kV的单 能量图像用于图像质量的评估。
能谱CT原理与临床
结果：
能谱CT原理与临床
能谱CT原理与临床
讨论：
这个基础实验提示人们，在同一毫安秒的 扫描条件下能谱成像的图像质量同等于常 规CT的120 kV的图像质量,但剂量只有常规 CT扫描的76.1％。
能谱CT原理与临床
宝石能谱CT特点
• 探测器：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（清空速度） 快4 倍，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。
• 球管：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 kV和140 kV）切换，配合宝石探测器，使得能谱CT 能够应用于临床。
能谱CT原理与临床
作为一名放射科员工，我们在CT检查中最 关心的是什么？
能谱CT原理与临床
图像质量与辐射剂量
我们希望获得满意的图像质量的同时尽量 降低辐射剂量。
能谱CT的瞬时双能量采集与普通CT扫描相 比，在获得相同图像质量时辐射剂量是否 会翻倍？
能谱CT原理与临床
日本东京女子医科大学关于宝石CT能谱成像与常 规CT的射线剂量和图像质量的对比的研究
能谱CT原理与临床
图1甲状腺右叶乳头状癌。图１A 平扫碘基图，测得结节内ICnod=0.05mg/ml 。 图１B 增强后动脉期碘基图，测得结节内Icnod=3.63mg/ml ；图２甲状腺左 叶结节性甲状腺肿。图２A 平扫碘基图，测得结节实性部分ICnod =0.4mg/ml 。 图２B 增强后动脉期碘基图，测得结节实性部分ICnod =2.44mg／ml 。甲状 腺内的碘是以甲状腺球蛋白的形式存储于甲状腺滤泡内，正常甲状腺滤泡结 构完整，在CT 上表现为高密度 。不同种类甲状腺病变导致其内滤泡数量不同 程度减少，使甲状腺内的碘含量也相应减少。
数学模型： n=aX+bY m=cX+dY 80keV和140keV所得两组数据可得X、Y的值。 已知X、Y的值，可以得特定kV条件下的n、
m的值。
能谱CT原理与临床
流程Fra Baidu bibliotek
探测器接收信号转换为数据空间数据
把数据空间中单位体素按某种基物质对进 行分类
运算得出不同kV条件下X线在单位体素中的 衰减数据
• 3.物质分离与定量：利用不同物质对X线衰 减的不同，采用基物质配对的方法进行物 质的分离，利用分能谱离CT原后理与临的床 基物质进行物质
4.有效原子序数：对无机物精确分析的重 要方法，能谱成像能够直接的反映感兴趣 区域内部无机物的有效原子序数，进而对 感兴趣区内的物质进行定性。比如：矽肺 患者吸入的二氧化硅，尿路结石患者体内 的钙酸盐结石。
能谱CT原理与临床
宝石CT多能谱成像
宝石能谱CT 球管能瞬时（＜0.5 ms）实现 高低双能（80 kV 和140 kV）切换，球管 几乎同时，同向产生两种能量的X线，再由 高效率探测器先后（瞬时）采集两种能量X 线所产生的数据（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。
能谱CT原理与临床
能谱CT如此多优点，又有哪些 缺点呢？
• （1）能谱扫描模式中，使用了140 kV 的 电压，容易导致球管过热，出于对球管的 保护，能谱扫描不适于不间断、长时间、 大范围、小螺距扫描的进行。
• （2）能谱重建时间稍长。能谱扫描信息量 大，是常规扫描信息量的近5 倍，因此观 察和后处理能谱信息时需要的时间较长。
CT成像原理与临床应用初探
能谱CT原理与临床
什么是能谱CT
Multi-energy/spectral CT： 利用物质在 不同X射线能量下产生的不同的吸收来提供 比常规CT更多的影像信息的CT。
能谱CT原理与临床
哪些更多的信息
能谱CT成像不但能够获得物质密度及其分 布图像，还能获得不同keV水平的单能量图 像。而且还能根据所得到的能谱曲线计算 出该病变或组织的有效原子序数。由此可 见，与常规的单参数CT图像相比，
能谱CT原理与临床
对于能谱成像的辐射剂量，有二个方面值 得探讨： 其一，因受80 kV和l40kV瞬时高速切 换的物理条件的限制能谱成像的扫描不易 实现自动毫安功能。 其二，设定怎样的毫安来获得满意的 图像质量并控制辐射剂量。检查的部位不 同，患者的体格不同都有不同的最佳扫描 参数。方法：1，累计的经验；2,使用常规 CT扫描的自动毫安功能来推算。