能譜原理與臨床

關(guān)于能譜原理與臨床第1頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三

Multi-energy/spectralCT：

利用物質(zhì)在不同X射線能量下產(chǎn)生的不同的吸收來提供比常規(guī)CT更多的影像信息的CT。什么是能譜CT第2頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三能譜CT成像不但能夠獲得物質(zhì)密度及其分布圖像，還能獲得不同keV水平的單能量圖像。而且還能根據(jù)所得到的能譜曲線計(jì)算出該病變或組織的有效原子序數(shù)。由此可見，與常規(guī)的單參數(shù)CT圖像相比，能譜CT成像具有多參數(shù)。定量分析的全新成像模式，擁有更多的有用的信息。哪些更多的信息第3頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三

（1）X線通過物質(zhì)的衰減能夠客觀反映X線的能量；（2）任何物質(zhì)都有其特征的衰減曲線；

（2）X線經(jīng)過物質(zhì)后產(chǎn)生的光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)共同決定了物質(zhì)的衰減曲線；

（3）物質(zhì)的衰減曲線呈線性關(guān)系，可以選擇任意兩種不同的物質(zhì)對能譜CT圖像進(jìn)行物質(zhì)分離。物理基礎(chǔ)第4頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三第5頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三原理：把物質(zhì)對X線的吸收假設(shè)為另外兩個物質(zhì)（基物質(zhì)對）對X線的組合。常用基物質(zhì)對為水和碘，也可以是其他任何兩種物質(zhì)。CT(x,y,z,E)=D(water)*μ(water,E)+D(iodine)*μ(iodine,E)物質(zhì)分離第6頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三數(shù)學(xué)模型：n=aX+bYm=cX+dY80keV和140keV所得兩組數(shù)據(jù)可得X、Y的值。已知X、Y的值，可以得特定kV條件下的n、m的值。第7頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三探測器接收信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)把數(shù)據(jù)空間中單位體素按某種基物質(zhì)對進(jìn)行分類運(yùn)算得出不同kV條件下X線在單位體素中的衰減數(shù)據(jù)

數(shù)模轉(zhuǎn)換得到單位像素CT值，形成圖像流程第8頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三寶石能譜CT球管能瞬時（＜0.5ms）實(shí)現(xiàn)高低雙能（80kV和140kV）切換，球管幾乎同時，同向產(chǎn)生兩種能量的X線，再由高效率探測器先后（瞬時）采集兩種能量X線所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)（具有良好的一致性），能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)空間的吸收投影數(shù)據(jù)到物質(zhì)密度投影數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)空間能譜解析。寶石CT多能譜成像第9頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三通過一次能譜掃描（80kV和140kV高低峰電壓瞬時切換）可以獲得掃描部位常規(guī)的混合能量CT圖像（kVp）、單能量CT圖像（40keV~140keV的101個）及物質(zhì)分離的密度圖像，生成新的基物質(zhì)密度圖像：如水，鈣，碘。CT(x,y,z,E)=D(water)*μ(water,E)+D(iodine)*μ(iodine,E)第10頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三探測器：采用全新材料（紅寶石）的探測器，其突出的特點(diǎn)是對X線反應(yīng)非?？欤磳線轉(zhuǎn)換為可見光的速度是一般探測器材料的100倍，余暉效應(yīng)（清空速度）快4倍，確保兩次高速數(shù)據(jù)采用之間有足夠的時間分辨率，互不影響。球管：單一球管進(jìn)行瞬時（＜0.5ms時間能量分辨率）實(shí)現(xiàn)高低雙能（80kV和140kV）切換，配合寶石探測器，使得能譜CT能夠應(yīng)用于臨床。其獨(dú)有的能譜柵成像技術(shù)能夠做到真正的單能量成像及能譜分析。寶石能譜CT特點(diǎn)第11頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三作為一名放射科員工，我們在CT檢查中最關(guān)心的是什么？第12頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三我們希望獲得滿意的圖像質(zhì)量的同時盡量降低輻射劑量。能譜CT的瞬時雙能量采集與普通CT掃描相比，在獲得相同圖像質(zhì)量時輻射劑量是否會翻倍？圖像質(zhì)量與輻射劑量第13頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三方法：對照組使用120kV的常規(guī)CT進(jìn)行掃描．第二組采用能譜采集掃描模式(80kV，140kV瞬時切換)進(jìn)行掃描，兩組掃描其它的參數(shù)完全一值，能譜成像使用65kV的單能量圖像用于圖像質(zhì)量的評估。日本東京女子醫(yī)科大學(xué)關(guān)于寶石CT能譜成像與常規(guī)CT的射線劑量和圖像質(zhì)量的對比的研究第14頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三結(jié)果：第15頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三第16頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三這個基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)提示人們，在同一毫安秒的掃描條件下能譜成像的圖像質(zhì)量同等于常規(guī)CT的120kV的圖像質(zhì)量,但劑量只有常規(guī)CT掃描的76.1％。討論：第17頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三對于能譜成像的輻射劑量，有二個方面值得探討：

其一，因受80kV和l40kV瞬時高速切換的物理?xiàng)l件的限制能譜成像的掃描不易實(shí)現(xiàn)自動毫安功能。

其二，設(shè)定怎樣的毫安來獲得滿意的圖像質(zhì)量并控制輻射劑量。檢查的部位不同，患者的體格不同都有不同的最佳掃描參數(shù)。方法：1，累計(jì)的經(jīng)驗(yàn)；2,使用常規(guī)CT掃描的自動毫安功能來推算。第18頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三（1）能譜掃描模式中，使用了140kV的電壓，容易導(dǎo)致球管過熱，出于對球管的保護(hù)，能譜掃描不適于不間斷、長時間、大范圍、小螺距掃描的進(jìn)行。（2）能譜重建時間稍長。能譜掃描信息量大，是常規(guī)掃描信息量的近5倍，因此觀察和后處理能譜信息時需要的時間較長。（3）能譜掃描信息量大及工作站硬盤空間的限制，數(shù)據(jù)存儲需及時并有選擇性。能譜CT如此多優(yōu)點(diǎn)，又有哪些缺點(diǎn)呢？第19頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三1.單能量成像：能譜成像能夠獲取40～140keV不同的X線能量的單能量圖像，可以根據(jù)臨床診斷的不同需求進(jìn)行選擇最佳的單能量圖像。2.能譜曲線：可以獲得組織的能譜曲線，有利于對病變性質(zhì)、同源性及差異性的判斷。3.物質(zhì)分離與定量：利用不同物質(zhì)對X線衰減的不同，采用基物質(zhì)配對的方法進(jìn)行物質(zhì)的分離，利用分離后的基物質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)的定量分析，并使得分離的基物質(zhì)得到明確的顯示。能譜CT的臨床應(yīng)用第20頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三4.有效原子序數(shù)：對無機(jī)物精確分析的重要方法，能譜成像能夠直接的反映感興趣區(qū)域內(nèi)部無機(jī)物的有效原子序數(shù)，進(jìn)而對感興趣區(qū)內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行定性。比如：矽肺患者吸入的二氧化硅，尿路結(jié)石患者體內(nèi)的鈣酸鹽結(jié)石。第21頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三圖1甲狀腺右葉乳頭狀癌。圖１A平掃碘基圖，測得結(jié)節(jié)內(nèi)ICnod=0.05mg/ml。圖１B增強(qiáng)后動脈期碘基圖，測得結(jié)節(jié)內(nèi)Icnod=3.63mg/ml；圖２甲狀腺左葉結(jié)節(jié)性甲狀腺腫。圖２A平掃碘基圖，測得結(jié)節(jié)實(shí)性部分ICnod=0.4mg/ml。圖２B增強(qiáng)后動脈期碘基圖，測得結(jié)節(jié)實(shí)性部分ICnod=2.44mg／ml。甲狀腺內(nèi)的碘是以甲狀腺球蛋白的形式存儲于甲狀腺濾泡內(nèi)，正常甲狀腺濾泡結(jié)構(gòu)完整，在CT上表現(xiàn)為高密度。不同種類甲狀腺病變導(dǎo)致其內(nèi)濾泡數(shù)量不同程度減少，使甲狀腺內(nèi)的碘含量也相應(yīng)減少。第22頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三圖1典型層面的選??；

圖2120keV；圖3混合能量140kVp；圖470keV第23頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三能譜CT選擇最佳單能量圖能減少X線硬化偽影，包括金屬偽影、致密骨邊緣的硬化偽影、高密度對比劑的硬化偽影等。第24頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三圖A為定位像；圖B為混合能譜常規(guī)CT圖像；圖C為選擇性單能量圖像，金屬硬化偽影明顯消除，可以清晰顯示金屬釘、脛骨骨質(zhì)及周圍軟組織。圖1、2混合能常規(guī)CT圖；圖3、4選擇性單能量圖像。第25頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三第26頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三將不同成份腎結(jié)石（磷酸鈣結(jié)石、鳥糞石、草酸鈣結(jié)石、胱氨酸結(jié)石及尿素結(jié)石）放入新鮮豬腎臟中，能譜掃描，可以觀察出不同成份結(jié)石的能譜曲線各不相同。第27頁，講稿共30頁，2023年5月2日，星期三圖２a為７０keV圖像。圖２b為５０keV圖像，當(dāng)肺動脈充盈欠佳時，調(diào)整單能量圖，提高CT值，保證圖像質(zhì)量，利于診斷。能譜