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1、宝石能谱CT（GE64排）原理 荆州市第一人民医院放射科 杨忠平 X线管发出X线经准直器准直透过被检物体 （探测器接收光电转 换 模/数转换器(A/D) 放大.积分 数字信号）计算机图像重建数/模转换 器(D/A ) 显示图像. 高压发生器 模/数（A/D） 转换器 计算机 打印机 数/模（D/A） 转换器 对比增强器 显示器 模拟信号 探测器 人体 球管 准直器 数据采集系统（Data Acquisition System, DAS) 常规CT成像原理示意图 DAS系统 A/D是DAS主要部件 DAS X线的衰减 X线透过人体组织被衰减， 部分被吸收，小部分被散射 成像的线是混合能量射线 X
2、线对比度照片对比度 CT探测器信号对比度 X线衰减特性是CT成像的物理基础 常规X线摄影：利用衰减后射线直接成像。信息是 重叠在X射线底片上 CT：衰减后射线 探测器接收由计算机重建 成横断面图像。这种衰减信息被计算机断层成像 探测器 CT值的计算 CT值(Hu)：CT数，重建图像中 的一个像素的数值，也就是一个 衰减值。 水的CT值为0 致密骨CT值为上限+1000 空气定为下限-1000 其它数值均表示为中间灰度，产 生一个相对吸收系数标尺 v为纪念Houndsfield，用Hu作为CT值的测量单位 像素：又称像元，是构成CT图像最小的单位，也就是矩阵 中的一个小方格。矩阵如为256 ，则
3、一幅图像为 256256=65536个像素，象素为二维平面 体素：即体积单元，体素为三维结构。511mm、1011 mm、311mm（像素为11 m 时） 当体素减少（厚度变薄），探测器接收到的光子相对减少， 为保证图像质量，须增加X线剂量 3 33 2 256256 像素是二维平面 立体体素 511mm 1011 mm 层厚 5mm或10mm 11 3 3 像素（pixel) 、体素（voxel) 噪声产生原理 X线穿透人体到达检测器的光子数量有限，在 矩阵内各像素上的分布不均所造成。因此， 均质的组织或水在各图像点上的CT值不相等 Y X GE Lightspeed VCT 640.625
4、mm 64排探测器阵列 每排探测器阵列宽度为0.625mm 探测器排列方式为等宽型，即640.625mm 探测器Z轴方向宽度为40mm，固体稀土陶瓷 1次旋转的最快扫描时间为0.35s，心脏扫描模式 时间分辨率可达到44ms 传统螺旋运动轨迹 双球管机运动轨迹 螺旋CT扫描机 扫描方式:连续,单向旋转 射线束夹角：大扇束 扫描时间:通常1秒，最短0.33秒 0.33秒 一次旋转360度 扇角与锥角 单层螺旋CT扫描架正面观 高压发生器 高压发生器 球管 探测器 探测器 （- ） （+） 16层螺旋CT探测器（3组） 探测器与球管对称旋转（在框架内） 螺旋CT扫描方式 螺 距 小 螺 距 大 1
5、6层激光定位灯系统 外定位激光灯 内定位激光灯 侧面冠状线 定位灯 正中矢状线定 位灯 定位点为扫描零点 扫描野、显示野 扫描野 显示野 显示野 能量CT成像 能量CT是利用物质在不同X线能量下产生 的不同的吸收系数来提供比常规CT更多的 影像信息. 常规多排螺旋CT成像的局限性 一.辐射剂量：过度射线 过扫范围 球管焦斑大小和位置（灯丝温度变化而移动）的 不稳定性.探测器最外端信号强度发生变化.产生伪 影（射线的半影区原因） 增加射线剂量减少伪影（半影区大小相对固定）.焦点跟踪抵消焦斑.智能准直 CT值校正（中.大体模 ） -100Hu -100 -100 -100 -100 -100 -1
6、00 显示野内中心和周边值均为“-100” （图像显示野34cm 48cm） 环形伪影 传统螺旋CT成像的局限性 一.辐射剂量 过度射线、过扫范围 X线在探测器Z轴上分布为中间均匀和两外端 不均匀半影，准直器使X线均匀区覆盖探测器的 全部范围，半影区会延伸至探测器Z轴外缘 X线在探测器中间均匀 Z轴 二.伪影 运动伪影、金属伪影、射束硬化 伪影、部分容积效应、系统伪影 运动伪影：心脏跳动、呼吸运动、胃肠蠕动、意思 不清 金属伪影：当X线穿透金属时，X线强度急剧衰减 ，产生金属伪影 射线束硬化：X线穿过人体时，低能射线吸收多， 高能射线易穿透，平均能量变高，射线逐渐变硬 部分容积效应：同一扫描层
7、内含有两种以上不同密 度而又相互重叠的物质时，检出密度为平均值 系统伪影：机器调试不当、未常规保养、较准 三.能量信息利用的缺乏 多排螺旋CT机，是依赖于物质的CT值差别 进行诊断 对CT值差异小的病理性改变，难以发现和 鉴别 CT值受X线硬化效应、金属伪影等诸多问 题影响 能量信息利用的缺乏 多排螺旋CT机，是依赖于物质的CT值差别 进行诊断 普通螺旋CT诊断方式 CT图像体现了X线混合能量的平均效应，即140KVp高压的X线光子 会具备0140KeV（光子能量）不等的能量值 能谱CT诊断方式 一.单能量CT值及能谱曲线 二.基物质图像及浓度 三.有效原子序数 四.CT多参数综合应用 能谱C
8、T的能量信息利用 使用两种不同能量的X线 对物体同时进行扫描，可 以得到物体在不同能量射 线影响下的图像 能谱CT的能量信息利用 DR图像是X线的混合能量的平均效应 能谱CT是射线与物质相互作用后的衰减与物质的 原子序数和射线能量均有关系。 能谱CT是确定被扫物质的原子序数而进行物质识 别 能量CT得到应用三个原因 1.X线混合能量成像存在先天不足 CT的X线具有连续的能量分布，常规CT体 现了这种混合能量的平均效应 X线的最大能量等于CT球管的电压值（KVp）。 80KVp的X线光子具备080Kep不等的能量值。 球管产生的X线具有连续的能量分布，常规CT图像 体现了这种混合能量的平均效应。
9、 改变球管电压时，X线平均能量也会发生改变（例 如80KVp改变为140KVp） 物质对X线吸收会随着不同的平均能量而改变。不同 的物质随能量变化的程度是不一样的。 低原子的物质（软组织和血液），随能量变化的程度 不大。高原子的物质（骨骼和碘），随能量的变化而 比较剧烈。 能量CT通过能量不同的变化来区分某些不同的物质 能谱信息名解 进行能量数据空间的解析以保留物质吸收随能量 的变化，即能谱信息 能量就是球管电压值（KVp）,也是普通CT图像的 KVp(混合能量的平均效应) 2.物质对不同X线能量的吸收具有选择性而产 生射线硬化效应 射线硬化效应：穿透物体后的射线中，高 能量X线的比例大于低能
10、量X线的比例 低能量射线被吸收得更多. 骨头和碘选择性吸收更明显 导致X线硬化更严重 CT图像伪影多、CT值失真 3.平均吸收效应的另一个问题 异物同影 不同物质具有相似的CT值 光电效应和康普顿散射 能量一定不同组织对X线衰减曲线不同 ，即CT值不同。能量-吸收值呈现相关变化 ，这种变化是可量化和鉴别的 能量CT信号获取要求 能量CT在高低能量信号强度的匹配和获取 时间的一致性上，有很高要求 运动对序列扫描成像技术的影响 轨 迹. 时 间. 图 像 运动伪影 双球管能量成像 双球管的设计的挑战 （一）散射线 （二）扫描野受限 （三）运动伪影 （一）散射线 （二）扫描野受限 B探测器的小球管-
11、探测器组合只能提供大 约30的扫描野 （三）运动伪影 能量时间分辨率不足、导致图像空间的减影无法点对点匹配 能谱成像名解 能谱成像：就是多个光子能量点下成像， 能保留物质吸收随能量的变化的信息 特点：要求时间分辨率高；要求同时同向 获得两种不同能量的信息，实现数据空间 能谱解析；单一球管高低双能（80KVp和 140KVp）的瞬时切换（0.5ms的能量时 间分辨率） 单源瞬时切换技术 单源瞬时成像需要两组不同能量的线，切换时间，双能重建 光子技术系统仅需一组入射线，无切换时间上的延迟效应，可多能量重建 可克服双能减影的不足和潜在的问题 利用两组不同平均能量的图像进行物质分离 不同物质的CT值在
12、高低电压下有不同但固定的比例 CT值的变化可用不同的直线表达，相同的物质有一致的 CT值斜率，直线上不同点表示物质的不同浓度 高低电压下的CT值组 成直角坐标 能谱成像在投影数据空间完成能量解析的同时，同时产生 基物质密度图像 能谱成像能够测量出物质的X线衰减系数，进一步转化为产 生同样衰减的两种物质密度 成分分离时，可任意两种物质进行物质分离 单源瞬时KVp切换能谱成像 单源瞬时KVp切换技术，在0.5ms时间内完成高低 能量的切换，切换几乎是同时、同角度匹配高、低能 量数据，投影衰减在空间进行，实现能谱成像 骨骼和碘的吸收曲线随能量变化比较强烈 任何物质都有对应的吸收曲线，区分不同的物 质
13、 探测器具备良好高低能量数据的采集能力并被免信 号干扰，信号转换效率高 探测器两个基本特征：初始速度、余晖效应 （快的初始速度方能保证瞬时KVp切换时，极短时间内两组 信号被分别采集；余晖效应要能使高低信号独立采集，互 相不干扰） 1、球管热容量 2、散热率 3、设计方式，延长球管寿命 4、动态变焦（三对偏转磁场的聚焦） 常规CT选择一组恒定的电压条件 能谱CT的高压发生器在0.5ms内完成 14080KVp高低能量间的周期切换 数据采样系统（DSA、球管技术、探测器技术等 ） 迭代重建技术（ASiR）的单源瞬时KVp切换能谱成像 一、虚拟平扫水、碘分离技术获得水基图，水基 图不含碘物质，可用水基图代替平扫图像 二、选择水和碘作为基物质，应用碘基图可以敏 感地识别病灶中的含碘对比剂，确定有无强化 三、去除钙化的CTA 碘、钙物质分离血管中的含碘造影剂 与钙化或相邻骨结构的分离，有助于评估 血管狭窄 单能量图像的临床应用 一、去除后颅窝硬化伪影 二、优化低对比度结构的显示 三、去除金属伪影 能谱曲线是物质或结构的衰减（即CT值） 随X线能量变化的曲线，可以得到40140 KeV每个能量点的能谱曲线，能谱曲线代 表不同的结构和病理类型 谢谢大家听俺的课！
