ct能谱成像的基本原理及临床应用

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1、国际医学放射学杂志InternationalJournalofMedicalRadiology2011Nov;34(6):559－563放射技术学CT能谱成像的基本原理及临床应用ThebasicprincipleandclinicalapplicationsofCTspectralimaging任庆国滑炎卿李剑颖**【摘要】随着多层螺旋CT问世，各种成像技术及图像后处理技术不断涌现，极大地促进了CT的临床应用。能谱成像作为CT的一项新技术能够生成40~140keV的101个单能量图像；能够进行物质分离，生成新的基础物质密度图像，如水、碘、钙，并测量

2、其相对浓度及展示不同物质CT值能量曲线图，在临床及科研应用中拥有巨大潜力，就该技术的基本原理及临床应用展望予以综述。【关键词】DiscoveryCT750HD；自适应迭代重建；能谱成像；X线；体层摄影术，X线计算机自1972年第一台头部CT应用临床以来，CT辐射跃迁，辐射光子的能量取决于跃迁前后的能级发展经历了单笔型束扫描、扇形束扫描、反扇束扫差，辐射光子的频率或波长对确定的物质有确定的[1]描、动态空间扫描、电子束扫描、单层螺旋扫描和多数值。X线的连续谱源于轫致辐射，即高能电子进层螺旋扫描几个重要发展阶段。尤其是螺旋CT问入靶原子核附近，受原子核

3、电场作用急剧减速，损失世以来，其发展日新月异，各种成像及重组技术极大的能量以X光子的形式辐射出去，因高速电子与原地促进了CT在临床实践中的应用。能谱（量）成像子核电场相互作用的情况不同，因而辐射出的X光[2]作为一项新技术，根据X线在物质中的衰减系数转子具有各种各样的能量，从而形成连续谱。图1为[3]变为相应的图像，除形态展示外尚能够进行特异性100kV条件下，X线机的钨靶辐射谱。的组织鉴别，能够瞬时进行高能量与低能量的数据采集，采用原始数据投影的模式对两组数据进行单能量重建。1能谱成像的原理1.1X线基础1.1.1X线的质和量X线的质和量主要取决

4、于管电流和管电压等复合因素。X线管的管电流愈大表明阴极发射的电子数愈多，X线强度愈大。常用X线管的管电流与照射时间的乘积来表示X线的量，通常以毫安秒（mAs）为单位。X线的质表示X线穿图1100kV条件下，X线机的钨靶辐射谱透物质的能力，只与光子能量有关而与个数无关。在1.1.3X线与物质的相互作用X线波长很短，具X线的诊断应用中，以X线管电压大小来描述X线有很强的穿透力，并在穿透过程中造成一定程度的的质。衰减。X线与物质的相互作用可以有许多种方式，在1.1.2X线的能量谱X线和微波、可见光、紫外线医用X线能量范围内，主要有光电效应、相干散射等一样

5、，其本质都是电磁波。由X线管产生的X线（Rayleigh散射）和非相干散射（康普顿散射），相干并非单一能谱，而是包括特征谱和连续谱两部分。X散射的效果常可以忽略[4]。光电效应和康普顿散射线的特征谱可用量子理论作出完美解释，即当X线共同决定了X线的衰减，即每种物质的X线衰减曲管所产生的高能束流电子轰击靶极时，靶极原子的线是特定的，CT图像重建过程即是求解每个体素线内层电子脱离原轨道，外层电子填充该空位时产生性衰减系数的过程。作者单位：200040上海，复旦大学附属华东医院放射科（任庆1.2普通CT基础国为在读博士研究生，滑炎卿）；通用电气医疗集团C

6、T影像研究中心（李剑颖）1.2.1普通CT图像重建原理CT图像重建是运通讯作者：滑炎卿,E-mail:cjr.huayanqing@vip.163.com*审校者用物理技术，测定X线透过人体某断层各方向的透DOI:10.3784/j.issn.1674-1897.2011.06.Z0612559国际医学放射学杂志IntJMedRadiol2011Nov;34(6)射强度，采用数学方法，求解出衰减系数在人体某剖另一种方案就是双能量技术，这早在CT发明[6-7]面上的二维分布矩阵，再将其转变为人眼看到的二的初期就已有报道，但CT软硬件的限制无法真[5]

7、[8]维灰度分布图，从而实现断层成像。正在临床上广泛应用。目前CT临床应用中的双能假设体素的厚度为d，那么当强度为I0的X线量成像方法主要有两种：一种是以Siemens公司为束穿透体素后衰减为I，衰减规律遵守朗伯定律即代表的双源CT，它采用两套互相垂直的X线球管公式（1），其中P为投影值。及探测器，可以产生两种不同辐射能量而实现双能（1）量成像，但对双能量数据的处理是在图像重建后而如果在X线束扫描通过的路径上，介质是不均匀不是利用投影数据进行的，同时由于两个球管的视[9]的，可将沿路径l分布的介质分成n小块，每一小块为野大小不同，在较肥胖的病人可能

8、会出现视野丢失；一个体素，厚度为d，那么投影值P符合公式（2）。另一种以GE公司的高分辨CT为代表，它采用单个X线球管，在