们把 CT 值的求解转化为求解基物质对密度值的 lterative reconstruction, ASiR）技术 , 其能够在保
工作。以瞬时双 kVp 为核心技术的能谱 CT 通过 证相同质量的图像同时降低一半的剂量（6）能
高低电压的瞬时快速切换获取两组吸收投影数据， 谱观察与分析系统（GSI Viewer）能够同时观察
速度）加快 100 倍，清空速度（余晖效应）加 快 4 倍，确保两次高速采样之间的数据处理没 有影响，同时其采样率增加了 2.5 倍，使得空间 分辨率大幅度提高（3）高频低噪的数据采集系 统（4）保持稳定的球管 X 光焦点大小（5）高
个密度值和 X 线能量无关。因此在能谱成像中我 级重建引擎适应性统计迭代（adaptive statistical
最终在致密物体附近产生暗影或条纹影，使图像 存在于甲状腺中 [9]，测量体内碘浓度可以反映近
质量明显减低，甚至无法诊断。金属伪影、致密
骨边缘的硬化伪影、高密度对比剂的硬化伪影等，
伴随着 CT 的应用 40 年来都无法克服，给临床
明确诊断带来诸多困难 [4]。能谱 CT 单能量成像
以及去伪影技术（metal articacts reduction system，
0. 引言
自 20 世纪 70 年代问世以来，CT 是医学 第三次革命则始于 1998 年至 2008 年的多排螺
影像学中进步最快的技术之一。在将近 40 年 旋 CT 时代，探测器排数按照摩尔定律不断增
的发展历程里，CT 技术经历了几次革命性的 加，由 4 排迅速达到了 64 排，64 排 CT 不但
扫描为肺栓塞提供定性、定量分析，其 FOV 大，
碘基物质图的定量分析能提供更为客观和科学 的依据，可以作为评价病变程度以及指导治疗 的有效手段。对于发现微小栓塞以及隐匿性部
图2. 患者发现胰腺占位性病变考虑胰腺癌，肝脏多发低密度灶，通过能谱曲线分析， 肝脏左外叶低密度病灶和胰腺的病灶的能谱曲线非常相似，大部分重叠，说明有相同 /相似的成分——病理证实为胰头癌肝内转移
晓莉 [5] 等的研究表明，能谱成像技术能准确校
正距离金属 3cm 范围的伪影，并提供准备的 CT 值，对于减少术后金属伪影具有以往 CT 无法比 拟的优势。惠萍 [7] 等研究也表明采用 CT 能谱成 像技术，在高 keV 单能量图像上可以明显降低
图1. 能谱CT在硬化伪影的去除中的应用，图中 A为定位像显示患者右侧胫骨骨折后 外固定器影，B为混合能谱常规CT图像由于外固定金属伪影右侧胫骨结构及周围软组 织情况无法观察，C为单能量＋MARs技术后显示图像，金属硬化伪影明显消除，可 以清晰显示金属钉在右侧胫骨中的位置及右侧胫骨骨质及周围软组情况
测量周围其他正常组织的碘浓度并用其比值来 评估甲状腺功能。李铭 [10] 等的初步研究结果表 明，能谱 CT 在结节性甲状腺肿、滤泡性腺瘤与 乳头状癌的能谱表现不一致。CT 能谱成像可能 在结节性甲状腺肿、甲状腺腺瘤与甲状腺癌的 鉴别诊断中发挥一定的作用。能谱 CT 也可以对 钙、尿酸等其他物质进行定量分析，实现骨钙 含量测定、尿酸含量测量等，有可能对骨质疏 松程度的判断，陈旧性骨折、新鲜性骨折的鉴别、 泌尿系结石成份的分析及痛风病人痛风结节成 分析的分中发挥一定的作用。 2.3 小病灶检出率提高 能谱成像能够同时获得 40~140keV 共 101 个不同 keV 的单能量图像和 物质分离图像。单能量图像在不同能量水平具 有不同的特征，低能量水平的 X 线穿透力低， 图像上组织的对比增强，但噪声增高，高能量 水平的 X 线穿透力高，图像上硬化伪影少，但 对组织的对比减弱，因此选择合适的能量水平 对提高单能量图像上病灶的检出很重要。叶晓 华 [11] 等研究表明，能谱 CT70keV 单能量图像 通过改善图像质量并增加肿瘤和肝实质的对比， 有利于肝脏肿瘤的检出，对小病灶的检出更为 敏感。吕培杰 [12] 的研究表明，能谱ＣＴ 单能量 成像作为一种检测小肝癌的方法，可以在不降 低图像质量的前提下显著提高小肝癌病灶的对 比噪声比，有利于小肝癌的检出。 2.4 肿 瘤 的 定 位、 定 性 与 分 级 诊 断 ：能 谱 CT 基础实验发现，常规 CT 图像中 CT 值相同的 糖水和盐水，其单能量衰减曲线却不一样，说 明单能量衰减曲线有助于鉴别不同成分的物质。 不同脏器的肿瘤、同一脏器不同组织起源的肿 瘤以及同一肿瘤内的不同组织成分，它们的单 能量衰减曲线不同，其物质分离图像、物质含 量分布图（散点图、直方图）的表现也不一样， 对这些能谱特征进行综合分析，有助于肿瘤的 定位、定性及分级的诊断 [3]。肿瘤 TNM 分期 对于临床处理方案的制定及预后是非常重要的， 但手术前做到准确的 TNM 分期并不容易，CT
MARs），可以纠正 X 线扫描金属后产生的“光
子饥饿”现象而导致的低信号，可以对金属及金
属周边的组织提供准确的投射数据，能有效抑
制常见的金属伪影及其他射线硬化伪影 [5]。Lin[6]
等的初步研究结果显示，70keV 是颅脑 CT 成像
的最佳能量水平，与常规混合能量图像相比，能
够降低图像的背景噪声和后颅窝的硬化伪影。李
2. 能谱 CT 的临床应用价值
2.1 硬化伪影的去除 ：总体上 CT 图像伪影分为 扫描过程中产生的伪影和 CT 本身系统有关的伪
影，对图像质量影响最显著的伪影有金属伪影和 射线束硬化伪影。伪影产生的机理 ：CT 成像中 所选择管电压只是一个峰值电压，实际表达为一 连续 kV 值的混合电压，产生的 X 线光子也是由 不同能量的光子构成，在经过密度较高的物质
量实现了一次质的飞跃，空间分辨率达到了 的限制，临床未能广泛应用 [2]。2009 年出现的
0.5mm ；第二次革命始于 20 世纪 90 年代螺旋 以瞬时双 kVp 为核心技术的能谱 CT 成像，为
CT 的时代，其发展的重点集中在扫描速度的 现今能谱成像更广阔的临床应用和研究创造了
演变，1995 年突破了 1s，1997 年突破了 0.5s ； 可能。
关 键 词： 体层摄影术，X线计算机
收稿日期 ： 2011-08-29
作者简介 ： 余永强，教授，主任医师， 安徽医科大学第一附属 医院院长，博士生导师
The Principle and Cliu LIU Bin YU Yong-qiang WANG Wan-qin WU Xing-wang ZHOU Yong WANG Le The First Affiliated Hospital of Anhui Medical University (Hefei 230022)
的组合，因为它包含了从软组织到含碘对比剂以 80kVp 至 140kVp 高速的切换（2）能谱 CT 的
及医学中常见物质的范围，并且通过物质密度图 探测器选用分子结构稳定的材料，其有对 X 线
像易于解释。以水和碘作为基物质对，组织在某 反映速度快，初始速度（X 线转换为可见光的
种单能量下的 CT 值为 ：CT(x,y,z,E)=Dwater(x,y,z) µwater(E)+Diodine(x,y,z)µiodine(E) (1) 其中 µwater(E) 和 µiodine(E) 分别为水和碘的吸收系数。在这个表达 式中 Dwater 和 Diodine 分别为能够实现物理上所测 得的吸收 CT(x,y,z,E) 所需要的水和碘的密度。这
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期的碘摄入量及身体内的碘储存量，以往的测 量方法大多是测量尿碘水平、测量甲状腺吸碘 率等来间接反映体内碘浓度，以上方法受饮食 影响较大。CT 能谱成像利用物质分离的碘基图 像可以直接测量甲状腺的碘浓度，也可以同时
图3. 肝癌介入后复查，50keV单能图像不仅能够去除介入病灶区引起的碘硬化伪影而 且能够更清晰显示更多病灶
图4. 实验中将不同成份肾结石放入新鲜猪肾脏中，能谱扫描，可以观察出不同成份 结石的能谱曲线不同，其物质分离钙水散点分布图各不相同，CaP、STR、COX、 CYS及UA分别代表磷酸钙结石、鸟粪石、草酸钙结石、胱氨酸结石及尿素结石。
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1. 能谱 CT 的基本原理
1.1 能谱成像的物理基础 ：（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
由于这两组吸收投影数据具有很好的一致性，我 常规的混合能量 CT 图像（kVp）、单能量 CT 图
们能够进行数据空间的吸收投影数据到物质密度 像（keV）及物质分离的密度图像，例如能够生
投影数据的转换。选择任意两个不同能量建立两 成从 40keV~140keV 的 101 个单能量图像，物质
组物质密度投影数据，通过对这两组数据的重建 分离生成新的基物质密度图像 ：如水，钙，碘。
进步。CT 发展的第一次革命始于上世纪 80 年 能够高分辨地显示静态图像，也使心脏冠状动
代，其着重在扫描部位的延伸，同时气体探测 脉成像的质量达到了较好水平。
器技术的不断改进使得图像质量不断提高，特
CT 能量成像产生于 20 世纪 70 年代 [1]，80
别是 1987 年固体探测器的诞生，使得图像质 年代开展了双能量减影临床研究，受成像技术
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能谱 CT 的原理与临床应用价值
李小虎 刘斌 余永强 王万勤 吴兴旺 周勇 王乐 安徽医科大学第一附属医院 ( 合肥 230022)
文章编号 ：1006-6586(2011)10-0001-05 中图分类号 ：R814.4 文献标识码 ：A