CT能谱成像的基本原理与临床应用优势

韩文艳

房山区第一医院 器械科，北京 102400

CT能谱成像的基本原理与临床应用优势

韩文艳

房山区第一医院 器械科，北京 102400

当前，CT已成为一种重要的临床诊断筛查手段，与常规CT技术相比，CT能谱可借助自身的单能量图像、基物质图像和能谱曲线等用于疾病诊断和定量分析，不仅能够提供常规CT所具有的人体解剖形态图，而且还可实现物质成分分析、鉴别，大幅度提高了疾病诊断的可靠性。本文主要分析了CT能谱成像的三大原理：单能量成像、物质分离与定量分析、有效原子序数，CT能谱成像借助这三项原理和成像图像分析工具可用于临床诊断筛查，为了进一步阐述其与常规CT的区别，本文将结合CT能谱成像的基本原理阐述其在成像、物质分离、小病灶检出、肿瘤鉴别诊断中的应用优势。

CT能谱成像；单能量成像；物质分离与定量分析；病灶检出

随着多层螺旋CT技术的问世，新型成像技术和图像后处理技术不断涌现，能谱CT能够生成101个单能量图像，而且还可进行物质分离和定量分析。本文将对CT能谱成像的原理和临床应用进行综述，分析其在临床疾病诊断和科研中的巨大潜力。

1 CT能谱成像的基本原理和成像分析工具

1.1 CT能谱成像的基本原理

1.1.1 单能量成像

能谱CT与常规CT最为明显的区别是能够实现单能量成像，任何时间、任何角度都能采集140、80 kVp两种能量数据，根据这两种能量数据可以确定40～140 keV能量范围内体素的衰减系数。此外，能谱CT还可通过最佳对比噪声比获取101个单能量图像，其图像质量和信噪比更高[1-2]。

1.1.2 物质分离与定量分析

能谱CT能够将X线吸收系数转化为任意两种基物质的吸收系数，而且衰减系数并不受影响，因此，可以将一种物质的衰减转化为两种物质的衰减，根据已知基物质的吸收系数就可以计算出其空间分布和密度，从而实现原始物质的分离与定量分析，生成的物质分离图像可更加直观的反映计算分析结果[3]。在基物质对组成上，通常是选取两种衰减不同的物质，如水和碘就是一组比较常用的基物质对。物质分离之后的分析可以借助单色光源数据分析实现，由于能谱CT的物质分析目的并不是确定物质成分而是分析基础物质的衰减效应，因此，在分离物质时也并不是以某种固定的物质作为基物质进行分离，而是任意选择两个基物质[4]。

1.1.3 有效原子序数

物质的有效原子序数需要通过间接方法获取，当某元素X线吸收序数与某物质吸收衰减系数相同时，该元素的原子序数就是该物质的有效原子序数。这个过程的确定可以借助物质检测实现在临床应用中，首先需要分析受检组织的能谱成像扫描图像，获取X线衰减曲线，72、120 keV两个点的u值和原子序数曲线交叉点就是有效原子序数。

1.2 能谱CT成像图像分析工具

能谱CT成像需要借助3个工具才能实现：①最佳对比噪声比，最佳对比噪声比能够帮助快速查找单能量图像中的能量点，从而在众多单能量图像中快速找出最佳能量点[5-6]；②直方图，直方图可用于有效原子序数和单能量图像分析，是观察最佳能量点体素分布的有效手段，直方图的各个参数分别代表了不同的含义，如宽度代表了物质密度，高度代表了物质所占比例，临床上可以直接将直方图用于组织结构特性分析；③散点图，散点图与直方图类似，可用于有效原子序数和单能量图像分析，通过分析散点图可以确定组织结构特性，从而进行疾病诊断和鉴别，同时还可用于病灶强化观察[7-9]。

2 CT能谱成像的临床应用

2.1 高质量图像的应用优势

碘对比剂、钙化等常常会产生伪影影响临床医师的诊断，能谱CT的单能量图像能够有效避免伪影的产生，获得高质量图像。常规CT图像的伪影分为系统本身存在的伪影和扫描中新出现的伪影，对图像质量影响最大的是金属伪影和射线硬化伪影，CT扫描中的混合电压所产生的X线光子在经过密度较大的物质时，低能量的光子被吸收得较多，因此，X线光子透过物体时就会产生“硬化”，最终形成条纹影或暗影，影响成像质量[10]。适应性统计迭代技术的出现更是提高了图像空间分辨力，图像噪声明显降低。研究表明[11]，适应性统计迭代技术在冠脉造影诊断中能够显著降低噪声，提高空间分辨力，图像质量优于常规CT。适应性统计迭代技术和最佳keV单能量成像技术的联合使用能够有效降低辐射剂量，增加诊断安全性。

2.2 在物质分离中的应用

常规CT一般是借助CT值来分析斑块成分，能谱CT的物质分离和定量分析能够通过能谱曲线、物质分离图像实现。临床实践发现能谱CT曲线能够用于区分动脉粥样硬化中的组织成分，并测定其在斑块中的相对含量，用于评估斑块的稳定性。最新的临床研究发现，肺动脉造影诊断常被认定为肺栓塞的黄金诊断标准，只是对一些个别栓子无法实现有效扫描，但是借助能谱CT就可以发现细微的肺灌注差异，并且获得肺组织图像、肺碘基物质灌注图像[12-13]。

2.3 在小病灶检出中的应用

CT能谱成像可获得101个单能量图像和物质分离图像，单能量图像随能量水平变化而变化，能量水平较低的X线图像对比增强，但是噪声也随之增加；能量水平较高的X线硬化伪影较少，但是相对来说对比也减弱，因此，需要选择适当的能量水平才能检出较小的病灶[15]。临床研究发现能谱CT能够通过改变图像质量增加肝脏小肿瘤的检出率，敏感度更高，能谱CT作为一种单能量成像检测方法在小肝癌的检测中可提高对比噪声比，有利于小肝癌的检出。常规CT虽然能够轻易地检出阳性结石，但是其对阴性结石的敏感度更高，通过研究体外肾结石模型能谱成像发现，CT能谱技术的物质分离方法能够较好地检测出阴性结石，并可区分多种类型的结石，以确定结石种类。

2.4 在肿瘤鉴别诊断中的应用

临床工作中经常会遇到肿块难以定位的难题，如肝肾间隙肿瘤等，借助CT能谱特征，如基物质散点图分布模式、70 keV单能量CT值分布直方图、能谱曲线形态特征可较好地观察肝肾间隙肿瘤。肿瘤的发生伴随着组织结构异样改变和赘生物生长，细胞内的成分也会发生变化，常规CT的肿瘤诊断限于密度值和细胞形态学诊断，能谱CT与之相比不仅能够实现密度值和细胞形态学诊断，而且还可进行多种参数的成像模式分析。临床研究发现能谱CT的多参数成像分析能够用于恶性肿瘤与炎性病变的鉴别区分，这也为肿瘤的鉴别和诊断提供了新的思路和方法。

3 小结

能谱CT作为临床影像学诊断中的一项全新技术，代表着当前影像学诊断的发展方向。随着多参数成像模式技术的成熟，能谱CT成像的临床应用范围将越来越广泛，未来能谱CT技术有着广阔的发展前景，并将推动现代医学影像学的发展。我们应当认识到，能谱CT的诸多成像优势与常规CT相比只是在单能量图像重建方面取得了进步，并不是真正意义上的单能量成像，其物质分离和检测技术尚需进一步发展。

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Basic Princip le and Advantages of Clinical App lication of CT Energy Spectrum Imaging

HAN Wen-yan
Department of Equipment, The First Hospital of Fangshan District, Beijing 102400, China

Currently, CT（Computerized Tomography）has become a kind of important clinical diagnostic method.Compared w ith conventional CT technology, the CT energy spectrum can use its own singleenergy images, base material images and energy spectrum curves for diagnosis and quantitative analysis of the disease, which can not only provide the human anatom ical morphology map sim ilarly to the conventional CT, but also realize the analysis and identification of the material composition so as to greatly improve the reliability of diagnosis.This paper mainly analyzed three major principles of CT energy spectrum, including the single-energy imaging, material separation and quantitative analysis, as well as the effective atom ic number.By means of the principle and image analysis tools, the CT energy spectrum can be used for clinical diagnosis and screening.To further elaborate its differences from conventional CT, this paper also expounded the advantages of application of CT energy spectrum in imaging, substance separation, detection of m inor lesions as well as differential diagnosis of malignant tumors in combination w ith its basic principles.

computerized tomography energy spectrum imaging；single energy imaging；material separation and quatitative analysis；lesion detection

R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.12.025

1674-1633（2015）12-0090-02

2015-06-24

2015-09-07

作者邮箱：18901199516@189.cn