多能譜CT

簡介

常規CT中球管產生的X射線具有連續的能量分布，多能譜CT (Multi-energy/spectral CT) 成像就是利用物質在不同X射線能量下產生的不同的吸收來提供比常規CT更多的影像信息。其主要的優勢在於：1）分離不同能量的信息，提高圖像質量；有效地抑制射束硬化偽影和降低輻射劑量，有助於對常規CT難以定性的小病灶和組織進行定性和定量診斷；2）利用K邊緣成像，降低輻射或造影劑劑量；通過對K邊緣特性的高原子序數造影劑的識別，滿足高危患者使用更少造影劑的要求。；3）利用多能譜特性，提高軟組織對比度；改進組織中質量衰減係數相近的軟組織對比度，增加在較低能量區的軟組織對比度。

圖1 X射線能譜及理想情況下不同能區CT成像效果示意圖

多能譜CT成像技術

序列掃描成像技術

序列掃描成像技術，即CT成像系統不發生改變，而採用兩次旋轉掃描成像，一次採用高kVp（如140kVp）的X射線，一次採用低kVp（如80kVp）的X射線。兩次成像數據在圖像數據空間匹配，進行雙能減影。

雙球管雙能量成像技術

雙球管雙能量成像技術是在CT機架中內嵌兩套球管和探測器，兩個球管呈一定角度排列，成像時兩球管同時產生X射線，一個球管產生高kVp的X射線，一個球管發射低kVp的X射線。兩套系統分別獨立採集數據信息，並在圖像空間匹配，進行雙能減影分析。通常使用最低電壓（80kVp）和最高電壓（140kVp）來達到最大能量分離以最大限度地區分不同的物質。

圖2 雙源雙能掃描方式

雙層探測器技術

探測器採用雙層設計，選擇不同材料組合，以使每一層探測器僅對一定能量的X射線光子產生激發作用。通常上層探測器選擇ZnSe或CsI，底層探測器採用Gd₂O₂S。在兩塊探測器之間用濾片將射線整形以減少低能量和高能量射線的能量重疊區，並被分別探測，從而得到高、低能投影數據並進行雙能CT重建。這種方法X射線球管僅產生一組kVp的X射線，通過探測器接收並轉換成兩組能量數據，並重建出能量圖像。

圖3 雙層探測器雙能掃描方式

光子計數技術

光子計數系統採用更新型的探測器材料和設計。X射線球管僅產生一組kVp的射線，探測器能夠探測X射線中光子的能量並計數，然後依據統計出的能量信息解析出不同的單能量圖像。光子計數型探測器具有能量值分辨能力，可以將具有較寬能譜的X射線分成各個能區進行計數，從而實現了單能量成像。目前，研究最廣和套用最多的計數型探測器有兩種，一種是碲鋅鎘（cadmium zinc telluride，CZT）材料製成的半導體探測器。CZT晶體是發展較快的一種探測器材料，它由CdTe和ZnTe的混合物經過一定的晶體生長方法製作而成，並具有較高的探測效率和分辨能力，是在前期實驗室研究和動物研究中套用最多的探測器材料之一。另一種為碲化鎘（cadmium telluride，CaTe）材料製成的探測器。這兩種材料是光子計數探測器最主要的製作材料。