主题:【分享】科普:CT能谱原理及几种功能应用

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刘彦刚
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CT能谱原理及几种功能应用

计量与质控 计量与质控 昨天

这是一篇比较基础而通俗的介绍能谱ct原理的文章,值得一读:

一.原理

        在目前我们CT设备的发展中出现了两大方向,一是宽体,二是双源。随着我们设备的发展,我们的扫描已经越来越快,已经快到可以实现单个心动周期的心脏扫描。然而我们回头来反思我们CT成像的发展历程,虽然我们获得数据的速度越来越快,但获得的数据量一直没有很大提高,这本身和我们CT是单参数(物质衰减系数)成像有很大关系,这点我们是无法改变的。那我们怎么样能在单参数中获得更多的数据呢?这时CT能谱技术也就应运而生了。



      我们在前文讲过不同物质在不同KV下发生光电效应比例不同,他们有自己的一条衰减曲线,这条曲线是具有特异性,那么也就是说如果我们可以测算出某种物质在不同能量的X线下的衰减曲线,那么我们就可以知道该物质的组成成分,这正是我们能谱CT的一大研究热点,我们现在正在大量结合病理结果的基础上来将良恶性肿瘤的衰减曲线区分开来。

                                          几种材料的质量衰减系数


      能谱CT的关键在于衰减曲线,CT成像中,物质的衰减曲线可以用其CT值来表示,那么我们该怎样获得测算衰减曲线呢?

  首先KvP和Kev是不一样的概念,kvp指的是我们的管电压,就是我们常说的120kv,其代表的是X线的最大能量,而kev指的是单能射线的能量,那么也就是说120kvp的X线是由0kev-120kev这些不同能量的X线组成的我们在CT扫描中,直接调节的是kvp,而不是kev,我们的CT也无法直接得到kev,只能通过一定的方法得到keV,下面几幅图是不同CT厂商的实现原理(来源:开普影像):

单源瞬时kVp切换技术(比如GE公司

(未完待续)

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原文由 yayicuo(v3253952) 发表:
浅显易懂,好文章。
感谢你的鼓励,看来有继续的必要了!我自已在学习,觉得有意思才分享的。因为有点长,担心没版友关注,故先来一点试试水,效果好再续上。
yayicuo
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细水长流,娓娓到来,吸引关注 ,这才会更好的普及知识 。
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            单源瞬时kVp切换技术(比如GE公司



      双层探测器技术



        双球管双能量成像技术(比如西门子)



      ……………………


      在明确了这一概念后我们再来看一个概念,碘基物质和水基物质,其并不是单纯的指水和碘,其中水基物质包括氢、碳、氮、氧等元素,在我们体内就是指我们的软组织、肌肉、脂肪等。而碘基物质指碘、钙等高原子序数的元素,在我们体内指骨骼、钙化以及对比剂。

   那在我们明确了这些概念后呢我们就要开始进行我们的扫描了,我们一般在能谱扫描中会使用两组不同的KVP进行扫描,一般是140kvp和80kvp,那么我们可以分别得到两幅图像。我们在图像内任取一个体素,那么该体素是由一定比例的碘基物质和水基物质混合而成的,我们假设碘基物质的密度是a,而水基物质的密度是b。那么我们就可以列出下列这一个方程组。

  μ(80kvp)=a*μ碘基物质(80kvp)+b*μ水基物质(80kvp)

  μ(140kvp)=a*μ碘基物质(140kvp)+b*μ水基物质(140kvp)

   这两个方程看似复杂,实际上μ(80kvp)和μ(140kvp)是在我们CT扫描的过程中测量出来的,而碘基物质和水基物质在80kvp下和140kvp下的衰减系数,我们可以通过物理实验测出,那么这个方程中唯二的两个未知数就是碘基物质和水基物质的密度a和b,那么现在这个问题就转换为了两元一次方程的求解。那么当我们计算出了a和b之后,我们就知道了该体素内碘基物质和水基物质所占的比例了。但这还没有解决我们的问题,我们要绘制出该体素内物质的衰减曲线,我们还要计算出该体素在不同kev下的衰减系数。

   那么刚才我们说到了碘基物质和水基物质在80kvp下和140kvp下的衰减系数,我们可以通过物理实验测出,那么碘基物质和水基物质在不同kev下的衰减系数我们也可以提前通过物理实验测出,虽然我们的CT机无法给单一kev的X线,但在我们的实验物理学家手中却易如反掌,那么我们在测出碘基物质和水基物质在不同kev下的衰减系数后我们就可以代入这样一个公式。

  μ=a*μ碘基物质+b*μ水基物质

   我们只需要把我们之前算的a和b代入这这个公式中,我们就可以计算出该体素在不同kev下的衰减系数,那么到此我们计算出某体素在不同kev下的衰减系数之后,我们就可以绘制出其的衰减曲线了,那么我们就可以拿其的衰减曲线去做物质分析,目前已经形成成熟的临床应用的有结石、痛风结节的分析。

                                                                              (未完待续)
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2021/2/28 21:56:15 Last edit by pxsjlslyg
刘彦刚
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原文由 yayicuo(v3253952) 发表:
细水长流,娓娓到来,吸引关注 ,这才会更好的普及知识 。
你这样会让我云里雾里的。
valorb
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lijing320323
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刘彦刚
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原文由 valorb(654456) 发表:
由浅入深易!!!
谢谢关注和鼓励!
刘彦刚
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原文由 lijing320323(lijing320323) 发表:
很实用的。
欢迎你常来这里交流讨论!
包意
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