目前，用于临床的能量CT设备，一种是以瞬时双kVp为核心技术的能谱CT，另一种是以双X线管技术为核心技术的双源CT。纵观能量成像的发展，经历了双能量成像和能谱成像两个阶段，前者产生于20世纪70年代，20世纪80年代后实现了早期双能量成像的临床应用，之后由于技术的原冈义沉寂了多年。近年来，由于能量成像技术的发展和I临床需求的增加，能量CT的研究重新成为了热点，特别是年出现的以瞬时双kVp为核心技术的能谱CT成像，为现今能最成像更广阔的临床应用和研究创造了町能。

一、CT能谱成像的基本原理

CT能谱成像的物理基础为：

(1)x线通过物质的衰减能够客观反映x线的能鼍；

(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)物质的衰减曲线旱线性关系(不包括K峰区域)，可以选择2种物质作为基物质进行物质分离。双kVp技术能够得到单能最的图像，任何一种组织的吸收都町以由相应比例的基物质对组合来表示。通常选择衰减高低不同的物质组成基物质对，水和碘就是常用的医学成像组合，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。

以水和碘作为基物质对。组织在某种单能量下的CT值通过两组kVp的数据就可以得出。根据高低能量的原始数据求解出用于基物质对图像重组的两组原始数据(碘一水)，然后根据其基物质的原始数据重组得到基物质对的图像。最后根据相对应的已知的基物质的吸收曲线计算出特定水平的单能量图像(keV)。同时也可得到常规的混合能量图像(kVp)。水和碘的密度和x线的能昔无关，因此在能谱成像中，通过求解基物质对密度值就町以求解CT值。能量成像的实现方式从技术层面上分为实验室类型和临床类型两大类。前者的代表即光子计数系统，该系统要走入I

缶床，探测器的变革是关键，但其研发周期相当长，三明治类型的探测器设计，在实验室阶段已被淘汰。

临床类型即双kVp成像，包括瞬时双kVp技术、双x线管技术和双扫描技术。采用双扫描或双x线管模式的能量成像中的一个主要问题是由于能量时间分辨率不足引起的运动伪影。这种伪影不但出现于心脏等快速运动的器官中，也出现在器官的蠕动和呼吸中。减影使这种运动伪影更加明显。采用双扫描或双x线管模式实现图像空间双能减影中的另一个问题是硬化效应。由于减影图像是由低电压和高电压的图像组合而成，而低电压的图像往往带有较严重的硬化效应，这样使得组合的减影图像也存在硬化效应。

由于运动伪影和硬化效应的十扰，图像空间的双能减影图像中存在诸多不准确性和不确定性，使得临床应用受到很多限制。而以瞬时双kVp为核心技术的能谱CT双能鼍解析过程是在投影数据空间完成的，阕而不受自主和不自主的运动干扰，在准确的硬化效果校正的基础上得到准确的能谱成像。图像窄间双能减影与常规混合能一样，采用单一硬化效应的校正。投影数据空间能谱成像对求解到的基物质对的原始数据分别进行准确的硬化效应的校正(双硬化效应校正)。

二、能谱CT的硬软件平台

能谱CT选用分子结构稳定的材料，其突出特性是材料对x线反应速度快，初始速度(x线转换为可见光的速度)加快倍，清窄速度(余晖效应)加快4倍，确保2次高速采样之间的数据处理无影响。这是瞬时双能采集能谱成像的有效保证。为了保证冻结器官的运动，在临床上实现能谱成像，能谱CT采用单x线管瞬时进行高低能量切换的成像方式，瞬时变能高压发生器能够在0．5ms内实现80一kVp的高速切换，与探测器的快速反应性能相对应，从而使能谱成像的应用进入临床实践阶段。

从重组技术角度，能谱CT采用了适应性统计迭代(adaptivestatisticaliterativereconstruction，ASIR)技术，该方法是统计噪声并利用迭代的方法加以抑制，从而得到更清晰的图像．因此，能谱CT只需原来一半剂量的扫描条件就可得到相同质量的图像。用于能谱成像的重组引擎与GSI浏览器可提供多参数成像，如常规的混合能图像(kVp)，物质密度图像以及单能鼍图像(keV)。GSI浏览器还可提供许多可视化的分析工具，为进一步准确定性，快速诊断提供更多的信息。

三、CT能谱成像的临床应用研究

CT能谱成像自年底应用于临床以来，经过在全身各系统病变诊断中的应用，取得了初步的成果，其临床应用研究主要基于4项技术特征，即去除硬化伪影、优化图像质量和对比噪声比、物质定量分析和能谱综合分析。

1．去除硬化伪影：CT能谱成像所产生的单能鼍图像消除了常规CT图像硬化伪影的弊端，能够在颅脑成像、颅内动脉瘤栓塞术后及骨与关节金属植入物术后复查中获得良好的成像效果，为临床诊断提供有效信息。后颅窝伪影一直是颅脑CT成像的一个缺陷，影响对脑十及小脑下部结构和病变的准确评估，颅骨内板下的硬化伪影还会影响局部少量出血性病变的观察。Lin等¨的初步研究结果显示，70keV是颅脑CT成像的最佳能董水平，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。

颅内动脉瘤行夹闭或栓塞治疗后由于局部金属伪影的影响难以用CT或MRI来随访复查，临床一般采用DSA进行随访。不论是从创伤程度还是从经济角度来讲都不是理想的检查方式。能谱CT血管成像突破r传统CTA图像的局限性，能够清楚显示载瘤动脉通畅、瘤体残留、是否存在动脉瘤复发等情况。在临床CT检查过程中受检部位的金属植入物及金属异物对CT成像造成的放射状或星芒状伪影严重影响了图像质量及临床诊断。利用CT能谱成像单能量图像结合金属伪影消除技术(metalarticactsreductionsystem，MARs)能有效地减少CT成像中的金属伪影，提供准确的CT值，同时对植入物本身、植入物周嗣骨骼和软组织结构的显示更为清晰。

2．优化图像质量及对比噪声比：单能量图像是指处于某一能量水平的x线穿过物质后产生的衰减图像，对于同一能量水平的单能世图像。物质的衰减系数取决于其本身密度，从而保证r同一物质衰减系数的恒定，避免了硬化效应的产生，图像质量得到改善。单能量图像在不同能量水平具有不同特征，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，图像上硬化伪影减少，但组织的对比减弱，肉此选择合适的能量水平对提高单能量网像上病灶的检出很重要。由于物质在不同能鼍水平的衰减不同，在某一能鼍水平病灶与实质脏器之间的衰减差异可以达到最大而噪声值最低，这一能量水平就是该病灶的最佳keV值。

CT能谱成像町以提供对比噪声比(CNR)最佳的单能量图像及碘基图像，对于一些小病灶如小肝癌、胰岛细胞瘤、肺结节等的显示有所帮助。肝细胞癌在我国的患病率高。而且大部分的肝癌患者均伴有肝硬化的背景，影响了小肝癌病灶的枪出，单能蟹}冬1像能够整体提升肝脏的图像质量。采用碘基图像能够早期发现血供改变尚不明显的癌变结节或小肝癌，两者结合有望提高肝脏病变的检出率和诊断正确率旧。静脉、脊髓、韧带与肌腱等低对比结构是传统CT成像的弱点，采用最佳单能量图像可以提升这些结构的对比度，如Zhao等。6的研究结果显示。51keV为肝硬化门静脉高压fJ静脉成像的最佳单能量，肝内、外门静脉51keV的单能量图像CNR比混合能量时高出％，对图像质量的主观评分的提高差异也有统计学意义。

3．物质定量分析：碘是CT增强对比剂的主要成分，CT能谱成像将碘与水作为最基本的标准物质，可以进行物质密度成像和定量分析。常规CT无法显示肺实质IIIL流灌注的分布状态，而CT能谱成像碘基图像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。肺栓塞在碘基图像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。CT能谱成像肺组织碘定量分析还可作为肺栓塞疗效评估的客观指标。肝脏的功能与病变和肝脏的血流动力学息息相关，但是传统肝脏CT灌注扫描患者接受辐射剂量较大，而且测鼍结果的可重复性也较差，故尚未能成为评价肝血流动力学的常规检查手段。

CT能谱成像碘基图像可以直接进行碘定量分析，通过测量增强扫描后肝动脉和门静脉期肝实质内碘含量，进而估箅肝动脉指数这一莺要的血流灌注参数。该方法可以用于评估肝硬化门静脉高压的程度，也可用于评估不同病变阶段的肝脏结节的动静脉血流比例从而预测其是否发生恶变。门静脉内栓子的鉴别也町通过定量分析的方法判断其为癌栓或是血栓。Lv等旧。的研究结果湿示，能谱CT碘定量分析在鉴别肝脏小血管瘤与小肝癌的敏感度和特异度上均高于常规CT鉴别诊断的效果。正常甲状腺具有摄碘功能，CT能谱成像的碘基图像可直接测定甲状腺碘浓度，也可以同时测昔周嗣其他正常组织的碘浓度并用其比值来评估甲状腺功能。

甲状腺结节是临床常见的病变，不同性质的甲状腺结节其含碘鼍也不同，对周围甲状腺组织功能的影响也不同。CT能谱成像碘定量分析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。CT能谱成像不但能对碘进行定量测定，还可对水、钙、铁、脂肪等其他物质进行定量分析，实现骨钙含最测定、铁沉积的测量等，通过对脂肪的定量分析，有望对肝脏脂肪化程度进行精确的定量诊断。

4．能谱综合分析：CT能谱成像不但能够获得基物质密度值及其分布图像，还能获得不同keV水平的单能量图像。CT能谱成像町以显示不同病变和人体组织随X线能量水平(keV)的变化而变化的X线衰减系数(HU)，从而产生反映不同病变和人体组织对于X线的特征性的能谱曲线，同时根据所得的能谱曲线能够计算出该病变或组织的有效原子序数(Effective—Z)。

与常规CT相比，CT能谱成像提供了更多的定量指标和分析工具，通过这些参数和工具的综合应用，可以对血管斑块成分、支架与钙化进行分析，对尿路结石的类别进行分析，对于一些特殊的病灶如含脂质的(结核干酪样病灶和错构瘤)、阴性胆囊结石、痛风结节等也可进行鉴别；不同起源的病灶、良恶性不同的病灶其组织密度及强化特征的不同也可通过能谱特征参数反映出来；异病同影是影像诊断中常见的问题，形态学的类似并不代表其本质的相同，通过能谱特征综合分析町以有助于揭示病灶的特征。

肿瘤TNM分期对于其床处理方案的制定及预后非常重要，但术前做到准确的TNM分期并不容易；CT能谱成像综合分析有望在肿瘤的浸润程度、肿瘤的病理类型、恶性程度、淋巴结的转移与否及远处转移灶的诊断方面提供有效信息，在肿瘤诊断与治疗中发挥其作用。能谱CT已经成为影像研究的新热点。以往的研究进展还有采用靶向对比剂(K边界对比剂或纳米对比剂)，通过能谱CT(多色CT)对血管壁及动脉斑块成分进行显像。采用单光子计数能谱cT的体模实验对碘、钆和碳酸钙的成功分离一“；通过单光子计数能谱CT的动物实验研究“，能够完全分离小鼠体内的钙、碘、钡这些不同的对比.剂成分,当然，能谱CT成像还是一项新生的技术，希望通过进一步的研究，将来在临床上实现CT多对比成像和CT分子成像，为临床诊断和治疗服务。

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长按







































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