宝石能谱ct原理

1、June 2010GE Brand Team1GSI-能谱成像原理简介一 射线基础知识 X线本质June 2010GE Brand Team2X射线和微波、红外线、可见光、紫外线及无线电波一样，也是一种电磁波电磁波。诊断诊断X射线射线的波长约在0.1-0.01nm，对应的能量12.4keV和124keV。尽管波长更短的X射线穿透性更高，但几乎不能提供低对比度信息，所以医学影像对它几乎不感兴趣。X射线的能量通常用单位keV来表示。代表的意义是一个电子经过1V电势加速后具有的动能（实际能量等于电荷与电压的乘积）。通常说的120KVp指的是峰值在120千伏的混合能量。X射线穿过物质发生康普顿效应及光

2、电效应，如下图所示：June 2010GE Brand Team3- Ep = hn KLM+photoelectric= X-ray attenuationCompton物质的吸收系数: (E) = fpe(E) + fc(E)光电效应康普顿效应在传统CT扫描中，采用的是混合能量射线扫描，所以u值实际为物质在各种能量下衰减的平均值，所得到的CT值也是平均CT值。存在射线硬化伪影。如下图：传统图像单能图像在能谱成像时，得到的单一能量下的图像，物质的衰减更为纯净，最大程度降低硬化伪影，如下图：传统CT成像Kvp（混合能量） HDCT GSIKev（单能量）June 2010GE Brand Te

3、am4GSI 能量成像的作用June 2010GE Brand Team5紫外单能量（单色光谱）混合白光红外单能量（单色光谱）光线与X线的本质都是具有不同波长的电磁波GE X线分光系统的具体过程高低压能谱瞬切技术将X线进行高低压瞬间分离宝石超速光学探测器接收瞬间分离的高低能X线+=宝石能谱成像精确探查+成分定性+成分定量+=实现能谱成像混合能量CT能谱曲线定性分析宝石能谱成像的功能发现：常规CT不能发现的病灶定性：良恶性定性、成分定性定量：成分精确定量、定量评估治疗效果June 2010GE Brand Team9二 能谱成像成像方法 1 Photon Counting-GEIncident

4、X-ray PhotonCharge to DASbiascharge pairsSingle kVpbin2bin1 spectrumEnergy光子计数系统Best (future)x-ray photonslight photonsphotodiodesreflective materialSolid-stateDual kVp140 kVp80 Energyspectrum2 Current Integration - GE闪烁体电流积分scintillating materialGood (present)SURFACE REFLECTORSCINTILLATOR 2INTER-SC

5、INTILLATOR REFLECTORSCINTILLATOR 1X-raysPIXILATED COLORSENSITIVEPHOTODIODESingle kVphighlow EnergyspectrumLast (present)3 Dual Layer Current Integration-Other Vendors双层闪烁体电流积分June 2010GE Brand Team10 能谱成像GE成像依据我们要了解能谱成像,首先要了解一些基本物理现象:1.X线通过物质的衰减能够客观反映X-线的能量；2.X线经过物质后产生的光电效应与康普顿效应共同决定了物质的衰减曲线；3.物质的衰减

6、曲线呈线性关系(不包括K峰区域),可以选择两种物质作为基物质进行物质分离。那么,如果我们测量X-线高低两种能量高速的切换,能够测量出物质的X-线衰减系数,可以进一步将这种衰减转化为会产生同样衰减的两种物质的密度,这样的过程称之为物质组成分析与物质的分离。特别需要强调的是,物质组成分析并不是确定物质组成,而是通过给定的两种基础物质来产生相同的衰减效应。对于医学成像来说,水和碘是常用的组合,因为它包含了从软组织到含碘对比剂以及医学中常见物质的范围,并且通过物质密度图像易于解释。June 2010GE Brand Team11 双kVp技术能够得到单能量的图像，核心是任何一种组织的吸收都可以由相应比

7、例的基物质对的组合来表示，如果以水和碘作为基物质对，组织在某种单能量下的CT值可记为： CT(x,y,z,E) = Dwater(x,y,z) water(E) + DIodine(x,y,z) iodine(E) 因为水、碘在不同kev下的衰减系数已经由实验室获得，那么中间仅有两个未知数Dwater(x,y,z)和DIodine(x,y,z)，而这两个值可以从双kvp获得的两组数据进行吸收投影数据到物质密度投影数据的转换而得到。 因此如果我们需要知道感兴趣物质在70keV单能量下的吸收或CT图像，我们只要把water(70keV)和iodine(70keV)代入公式即可。June 2010G

8、E Brand Team12 即可得到由物质密度图而获得的单能量图像，无能量依赖，也就克服硬化伪影的干扰，如右图同时可以得到物质密度图像，从而CT实现定量测量能谱曲线散点图能谱成像能谱成像过程过程Interleaved High- andLow-kVp ProjectionsGSI Data Acquisition140 kVpImage reconstructionMD IodineMD WaterImage Reconstruction.)()()()()()()()()(12121111iPiPiPiPiPiiPiiPhighlowhighlowhighlow.)()()()()()()()()(22222222iPiPiPiPiPiiPiiPhighlowhighlowhighlowiodinewaterAttenuation-to-material density tran