寶石能譜CT(64排

1、寶石能譜CT（GE64排）原理荊州市第一人民醫(yī)院放射科 楊忠平 X線管發(fā)出線管發(fā)出X線線經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直透過被檢物體透過被檢物體 （探測器接收探測器接收光電轉(zhuǎn)光電轉(zhuǎn)換換 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D) 放大放大.積分積分 數(shù)字信號）數(shù)字信號）計算機圖像重建計算機圖像重建數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換模轉(zhuǎn)換器器(D/A ) 顯示圖像顯示圖像.高壓發(fā)生器模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器計算機打印機數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器對比增強器顯示器模擬信號探測器人體球管準(zhǔn)直器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Data Acquisition System, DAS)常規(guī)常規(guī)CT成像原理示意圖成像原理示意圖DAS系統(tǒng)系統(tǒng)A/D是是DAS

2、主要部件主要部件DASX線的衰減 X線透過人體組織被衰減，部分被吸收，小部分被散射 成像的線是混合能量射線 X線對比度照片對比度CT探測器信號對比度 X線衰減特性是CT成像的物理基礎(chǔ) 常規(guī)X線攝影：利用衰減后射線直接成像。信息是重疊在X射線底片上 CT：衰減后射線 探測器接收由計算機重建成橫斷面圖像。這種衰減信息被計算機斷層成像探測器探測器CT值的計算 CT值(Hu)：CT數(shù)，重建圖像中的一個像素的數(shù)值，也就是一個衰減值。 水的CT值為0 致密骨CT值為上限+1000 空氣定為下限-1000 其它數(shù)值均表示為中間灰度，產(chǎn)生一個相對吸收系數(shù)標(biāo)尺v為紀(jì)念Houndsfield，用Hu作為CT值的測

3、量單位 像素像素：又稱像元，是構(gòu)成CT圖像最小的單位，也就是矩陣中的一個小方格。矩陣如為256 ，則一幅圖像為256256=65536個像素，象素為二維平面 體素體素：即體積單元，體素為三維結(jié)構(gòu)。511mm、1011 mm、311mm（像素為11 m 時） 當(dāng)體素減少（厚度變?。綔y器接收到的光子相對減少，為保證圖像質(zhì)量，須增加X線劑量3332256256像素是二維平面像素是二維平面立體體素511mm1011 mm層厚 5mm或10mm1133像素（像素（pixel) 、體素（體素（voxel)噪聲產(chǎn)生原理 X線穿透人體到達檢測器的光子數(shù)量有限，在矩陣內(nèi)各像素上的分布不均所造成。因此，均質(zhì)的

4、組織或水在各圖像點上的CT值不相等YXGE Lightspeed VCT 640.625mm 64排探測器陣列 每排探測器陣列寬度為0.625mm 探測器排列方式為等寬型，即640.625mm 探測器Z軸方向?qū)挾葹?0mm，固體稀土陶瓷 1次旋轉(zhuǎn)的最快掃描時間為0.35s，心臟掃描模式時間分辨率可達到44ms傳統(tǒng)螺旋運動軌跡雙球管機運動軌跡螺旋CT掃描機掃描方式:連續(xù),單向旋轉(zhuǎn)射線束夾角：大扇束掃描時間:通常1秒，最短0.33秒一次旋轉(zhuǎn)360度扇角與錐角扇角與錐角單層螺旋CT掃描架正面觀高壓發(fā)生器高壓發(fā)生器球管探測器探測器（-）（+）16層螺旋CT探測器（3組）探測器與球管對稱旋轉(zhuǎn)（在框架內(nèi)）

5、探測器與球管對稱旋轉(zhuǎn)（在框架內(nèi)）螺旋CT掃描方式螺距小螺距大16層激光定位燈系統(tǒng)外定位激光燈外定位激光燈內(nèi)定位激光燈內(nèi)定位激光燈側(cè)面冠狀線側(cè)面冠狀線定位燈定位燈正中矢狀線定正中矢狀線定位燈位燈 定位點為掃描定位點為掃描零點零點掃描野、顯示野掃描野掃描野顯示野顯示野顯示野顯示野能量CT成像 能量CT是利用物質(zhì)在不同X線能量下產(chǎn)生的不同的吸收系數(shù)來提供比常規(guī)CT更多的影像信息.常規(guī)多排螺旋CT成像的局限性一一.輻射劑量：輻射劑量：過度射線 過掃范圍 球管焦斑大小和位置（燈絲溫度變化而移動）的不穩(wěn)定性.探測器最外端信號強度發(fā)生變化.產(chǎn)生偽影（射線的半影區(qū)原因）增加射線劑量減少偽影（半影區(qū)大小相對固定

6、）.焦點跟蹤抵消焦斑.智能準(zhǔn)直CT值校正（中值校正（中.大體模）大體模）-100Hu-100-100-100-100-100-100顯示野內(nèi)中心和周邊值均為顯示野內(nèi)中心和周邊值均為“-100”（圖像顯示野（圖像顯示野34cm 48cm） 環(huán)形偽影環(huán)形偽影傳統(tǒng)螺旋CT成像的局限性 一.輻射劑量輻射劑量 過度射線、過掃范圍 X線在探測器Z軸上分布為中間均勻和兩外端不均勻半影，準(zhǔn)直器使X線均勻區(qū)覆蓋探測器的全部范圍，半影區(qū)會延伸至探測器Z軸外緣 X線在探測器中間均勻 Z軸二.偽影偽影 運動偽影、金屬偽影、射束硬化 偽影、部分容積效應(yīng)、系統(tǒng)偽影 運動偽影運動偽影：心臟跳動、呼吸運動、胃腸蠕動、意思不清

7、 金屬偽影金屬偽影：當(dāng)X線穿透金屬時，X線強度急劇衰減，產(chǎn)生金屬偽影 射線束硬化射線束硬化：X線穿過人體時，低能射線吸收多，高能射線易穿透，平均能量變高，射線逐漸變硬 部分容積效應(yīng)部分容積效應(yīng)：同一掃描層內(nèi)含有兩種以上不同密度而又相互重疊的物質(zhì)時，檢出密度為平均值 系統(tǒng)偽影系統(tǒng)偽影：機器調(diào)試不當(dāng)、未常規(guī)保養(yǎng)、較準(zhǔn)三.能量信息利用的缺乏 多排螺旋CT機，是依賴于物質(zhì)的CT值差別進行診斷 對CT值差異小的病理性改變，難以發(fā)現(xiàn)和鑒別 CT值受X線硬化效應(yīng)、金屬偽影等諸多問題影響能量信息利用的缺乏 多排螺旋CT機，是依賴于物質(zhì)的CT值差別進行診斷普通螺旋CT診斷方式CT圖像體現(xiàn)了X線混合能量的平均效應(yīng)

8、，即140KVp高壓的X線光子會具備0140KeV（光子能量）不等的能量值能譜CT診斷方式 一.單能量CT值及能譜曲線 二.基物質(zhì)圖像及濃度 三.有效原子序數(shù) 四.CT多參數(shù)綜合應(yīng)用能譜CT的能量信息利用 使用兩種不同能量的X線對物體同時進行掃描，可以得到物體在不同能量射線影響下的圖像能譜CT的能量信息利用 DR圖像是X線的混合能量的平均效應(yīng) 能譜CT是射線與物質(zhì)相互作用后的衰減與物質(zhì)的原子序數(shù)和射線能量均有關(guān)系。 能譜CT是確定被掃物質(zhì)的原子序數(shù)而進行物質(zhì)識別能量CT得到應(yīng)用三個原因1.X線混合能量成像存在先天不足 CT的X線具有連續(xù)的能量分布，常規(guī)CT體現(xiàn)了這種混合能量的平均效應(yīng) X線的最

9、大能量等于CT球管的電壓值（KVp）。 80KVp的X線光子具備080Kep不等的能量值。 球管產(chǎn)生的X線具有連續(xù)的能量分布，常規(guī)CT圖像體現(xiàn)了這種混合能量的平均效應(yīng)。 改變球管電壓時，X線平均能量也會發(fā)生改變（例如80KVp改變?yōu)?40KVp） 物質(zhì)對X線吸收會隨著不同的平均能量而改變。不同的物質(zhì)隨能量變化的程度是不一樣的。 低原子的物質(zhì)（軟組織和血液），隨能量變化的程度不大。高原子的物質(zhì)（骨骼和碘），隨能量的變化而比較劇烈。 能量CT通過能量不同的變化來區(qū)分某些不同的物質(zhì)能譜信息名解 進行能量數(shù)據(jù)空間的解析以保留物質(zhì)吸收隨能量的變化，即能譜信息 能量就是球管電壓值（KVp）,也是普通CT圖

10、像的KVp(混合能量的平均效應(yīng))2.物質(zhì)對不同X線能量的吸收具有選擇性而產(chǎn)生射線硬化效應(yīng) 射線硬化效應(yīng)：穿透物體后的射線中，高能量X線的比例大于低能量X線的比例低能量射線被吸收得更多.骨頭和碘選擇性吸收更明顯導(dǎo)致X線硬化更嚴(yán)重CT圖像偽影多、CT值失真3.平均吸收效應(yīng)的另一個問題 異物同影 不同物質(zhì)具有相似的CT值 光電效應(yīng)和康普頓散射 能量一定不同組織對X線衰減曲線不同，即CT值不同。能量-吸收值呈現(xiàn)相關(guān)變化，這種變化是可量化和鑒別的能量CT信號獲取要求 能量CT在高低能量信號強度的匹配和獲取時間的一致性上，有很高要求運動對序列掃描成像技術(shù)的影響 軌跡.時間.圖像運動偽影雙球管能量成像 雙球

11、管的設(shè)計的挑戰(zhàn)（一）散射線（二）掃描野受限（三）運動偽影（一）散射線（二）掃描野受限 B探測器的小球管-探測器組合只能提供大約30的掃描野（三）運動偽影能量時間分辨率不足、導(dǎo)致圖像空間的減影無法點對點匹配能量時間分辨率不足、導(dǎo)致圖像空間的減影無法點對點匹配能譜成像名解 能譜成像：就是多個光子能量點下成像，能保留物質(zhì)吸收隨能量的變化的信息 特點：要求時間分辨率高；要求同時同向獲得兩種不同能量的信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)空間能譜解析；單一球管高低雙能（80KVp和140KVp）的瞬時切換（0.5ms的能量時間分辨率）單源瞬時切換技術(shù)單源瞬時成像需要兩組不同能量的線，切換時間，雙能重建光子技術(shù)系統(tǒng)僅需一組入射線

12、，無切換時間上的延遲效應(yīng)，可多能量重建可克服雙能減影的不足和潛在的問題 利用兩組不同平均能量的圖像進行物質(zhì)分離利用兩組不同平均能量的圖像進行物質(zhì)分離 不同物質(zhì)的不同物質(zhì)的CT值在高低電壓下有不同但固定的比例值在高低電壓下有不同但固定的比例 CT值的變化可用不同的直線表達，相同的物質(zhì)有一致的值的變化可用不同的直線表達，相同的物質(zhì)有一致的CT值斜率，直線上不同點表示物質(zhì)的不同濃度值斜率，直線上不同點表示物質(zhì)的不同濃度高低電壓下的CT值組成直角坐標(biāo) 能譜成像在投影數(shù)據(jù)空間完成能量解析的同時，同時產(chǎn)生基物質(zhì)密度圖像 能譜成像能夠測量出物質(zhì)的X線衰減系數(shù)，進一步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生同樣衰減的兩種物質(zhì)密度 成分分離

13、時，可任意兩種物質(zhì)進行物質(zhì)分離單源瞬時KVp切換能譜成像 單源瞬時KVp切換技術(shù)，在0.5ms時間內(nèi)完成高低能量的切換，切換幾乎是同時、同角度匹配高、低能量數(shù)據(jù)，投影衰減在空間進行，實現(xiàn)能譜成像 骨骼和碘的吸收曲線隨能量變化比較強烈 任何物質(zhì)都有對應(yīng)的吸收曲線，區(qū)分不同的物質(zhì) 探測器具備良好高低能量數(shù)據(jù)的采集能力并被免信號干擾，信號轉(zhuǎn)換效率高 探測器兩個基本特征：初始速度、余暉效應(yīng) （快的初始速度方能保證瞬時KVp切換時，極短時間內(nèi)兩組信號被分別采集；余暉效應(yīng)要能使高低信號獨立采集，互相不干擾） 1、球管熱容量 2、散熱率 3、設(shè)計方式，延長球管壽命 4、動態(tài)變焦（三對偏轉(zhuǎn)磁場的聚焦） 常規(guī)CT選擇一組恒定的電壓條件 能譜CT的高壓發(fā)生器在0.5ms內(nèi)完成14080KVp高低能量間的周期切換 數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)（DSA、球管技術(shù)、探測器技術(shù)等）迭代重建技術(shù)（迭代重建技術(shù)（ASiR）的單源瞬時）的單源瞬時KVp切換能譜成像切換能譜成像 一、虛擬平掃水、碘分離技術(shù)獲得水基圖，水基圖不含碘物質(zhì)，可用水基圖代替平掃圖像 二、選擇水和碘作為基