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,我们可以先看看GE公司相关介绍视频

　　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kv，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kvp的X线是由0kev-kev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）

双层探测器技术

双球管双能量成像技术（比如西门子）

双光束技术

序列扫描成像技术

光子计数技术（正在研究的方向）

　　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kvp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（kvp）=a*μ碘基物质（kvp）+b*μ水基物质（kvp）

　　这两个方程看似复杂，实际上μ（80kvp）和μ（kvp）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kvp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kvp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。

二.能谱成像技术在放射功能学分析上的几种强大应用

No.1

最佳单能级图像

获得40~keV之间共级单能级图像

常规CT使用的是混合能量成像，无法体现不同能量的影像学特征。不同能量的干扰还可能导致伪影、CT值不稳定。能谱CT检查可以获得从40~keV之间级的单能级图像，从而根据临床诊断需求，选取最理想的单能级图像，即最佳CNR。

低keV图像可以增加不同组织结构之间的对比，有利于等密度病变的探查、发现，使静脉成像图像更佳，优化动脉成像等；高keV图像可以有效减轻或者去除硬化伪影和金属伪影，克服传统混合能量CT图像的不足。

患者，女，60岁，人工髋关节植入术后

病例点评：常规混合能量CT图像由于X射线通过金属后产生的射线硬化效应和光子饥饿效应会导致图像出现黑白相间辐射状及低密度暗带或高密度亮带等伪影。keV的高能量单能级图像能抑制大部分金属伪影，能清晰显示人体内金属植入物的结构形态及其与人体组织之间的关系，消除了患者术后随访复查时，因金属植入物产生伪影对图像质量的影响，是避免误诊、错诊的有效手段。

No.2

能谱曲线分析

能谱曲线，“工”是噪声范围

在混合能量图像中，对于感兴趣区域的定量评估只有CT值，很难精确反映出感兴趣区的特征。能谱扫描可以得到反映组织器官及病变特点和规律的能谱曲线。能谱曲线代表着感兴趣区域在不同keV下CT值变化规律。通过能谱曲线的分析，有助于判定病变性质，比较病变之间的同一性或者差异性。能谱曲线可为临床提供可靠的诊断依据。

No.3

物质密度分析

患者男，39岁，手足多发痛风结节

病例点评：物质分离与定量是能谱成像技术的重要应用之一。采用基物质成对配比的方法进行物质分离，利用分离后的基物质定量分析。该方法打破了常规CT检查仅靠CT值进行分析的缺陷，使特定物质不仅能明确显示，而且能定量分析。根据物质定量分析可以找到组织器官以及病变的变化规律，有利于病变的定性分析以及判定病变的变化规律。

该功能还有虚拟平扫和碘分布图等临床应用。

No.4

有效原子序数分析

有效原子序数是能谱分析中对于无机物精确分析的方法，能够直接反映感兴趣区内部无机物的原子序数，确定无机物的性质。部分疾病如肾结石、矽肺、病变钙化等均为无机物的沉积，有效原子序数测定可以有效的对其中的无机物进行分析，达到精确诊断和鉴别诊断的目的。

患者男，39岁，手足多发痛风结节

病例点评：常规CT对于胆固醇类阴性结石因其与胆汁密度一致，难以发现，常造成漏诊，成为CT检查的一大难题。本病例显示，阴性胆结石在使用水-脂肪图观察时为明显高密度，而通过能谱曲线和有效原子序数直方图可对胆囊结石和占位性质进行一个判定。

No.5

结石分析

一些取出来的结石

结石分析是能谱成像技术的一个典型应用，可以实现泌尿系结石分析、胆囊结石分析、痛风结石分析等。

患者，男，67岁，超声发现膀胱结石。

通过Precision32精密断层能谱CT扫描发现膀胱内有2个结石，通过直方图和散点图均判断结石成分为尿酸结石。取石后进行红外光谱结石成分分析，证实该结石成分为尿酸。

病例点评：泌尿系结石是晶体物质（如草酸钙、尿酸、胱氨酸等）的异常聚积所致，为泌尿系统的常见病、多发病，CT检查是诊断结石的重要工具。由于泌尿系结石成分的不同，临床上对其治疗的方法和手段不尽相同，有药物溶石、体外冲击波碎石、经皮肾镜取石及开放手术取石等。常规CT检查可以发现阳性结石，但是无法对结石的成分性质进行定性分析。能谱成像技术可以利用物质密度分析和有效原子序数分析对结石进行精确的定量和定性分析。尤其是在术前进行准确的结石成分分析，为泌尿系结石的诊断与治疗策略的制定提供了新的思路，拓展了CT的临床应用前景。

No.6

图像质量提升

能谱成像技术可以帮助实现解剖结构优化、头部硬化伪影去除、金属伪影去除，而不是仅仅依靠后处理算法。在上述中已有体现。

想要了解类似知识可以看下面链接：

双能/多能（能谱）CT成像

以上内容来源：影像技术入门（作者：影像小白）和开普影像，如有侵权，请联系删除。