单能量图像

1.3.2　单能量图像

能谱成像技术在投影数据空间完成能量解析的同时，同步产生基物质密度图像。能谱成像能够测量出物质的X射线衰减系数，并进一步将这种衰减转化为会产生同样衰减的2种物质密度。通过使用这2种物质的质量吸收函数随能量变化的关系和密度值，就能计算出感兴趣物质在各个单能量点中对X射线的吸收，从而实现单能量CT成像。单能量图像表示单一能量的X射线光子照射物体所产生的图像，能够准确反映物质随X射线能量的变化过程。

能谱CT成像能够进行高低瞬时切换的X射线管和材料技术突破的探测器，通过一系列成像链的改进实现两者的组合，从而将传统X射线的混合能量重建成为40～140keV连续不断的101个单能量，低keV水平可以提高图像的密度分辨率，增强显示碘的汇聚，优化了对病灶的显示，但是图像噪声也比较大；高keV水平可以增强X射线的穿透能力，有助于金属伪影的去除，但是图像的对比度会降低。由于组织、器官的不同，病变的性质、类型的不同以及病变在人体内位置和病人大小的变化，所需要的单能量水平也会不同。通过最佳单能量水平的选择，可以获得比常规CT图像更高的图像质量、信噪比和对比噪声比。

单能量图像可以应用于以下几个方面。

（1）优化解剖结构　能谱CT成像可以提供40～140keV共101种单能量图像，通过调节keV可以获取组织结构显示的最佳对比噪声比，有助于提高网膜解剖结构的分辨率和网膜病变的检出率；有助于显示胃肠壁的结构及厚度，以便于判断病变有无活动性；有助于更清晰、直观地显示胰管、胆管等细微结构的图像，为观察占位病变与周边组织毗邻关系，提供了准确的依据；还有助于提供小病灶与周围实质的对比度，增强病灶检查能力等［8，9］。

（2）去除伪影　能谱CT成像所产生的单能量图像消除了常规CT图像硬化伪影的弊端［10］（图1.6），能够在颅脑成像、颅内动脉瘤栓塞术后获得良好的成像效果，为临床提供有效信息。利用单能量图像结合金属伪影消除技术（metal artifact reduction system，MARs）能有效地减少CT成像中的金属伪影，提供准确的CT值，同时对植入物本身、植入物周围骨骼和软组织结构的显示更为清晰［11，12］。

（3）显示阴性结石　胆囊等或低密度结石由于与胆汁密度差别小，所以常规CT很难确诊。不同单能量水平下，胆囊阴性结石显示的密度不同。随着能量的水平的增大，结石的密度从低至等，再从等再至高，这种密度变化方式有助于胆囊阴性结石的鉴别。

图1.6　单能量图像消除硬化伪影

注解:混合能量图像是由不同keV水平下的单能量所组成。硬化效应是CT与生俱来的问题，而低电压的混合能量图像（80kV）往往带有较严重的硬化效应，影响图像质量。而单能量图像（keV）却可以有效地消除硬化伪影。

（4）图像融合（image fusion） 通过图像融合技术，可以将不同水平的单能量图像进行整合，重组出兼具不同水平单能量图像优点的图像，可以用于病灶的检测和细微结构的显示等，同时也不损伤图像质量。

（5）血管优化成像（vascular optimized imaging） 不同于常规CT只能提供单一kVp下的混合能量图像，能谱CT成像可以提供101种keV的单能量图像。通过选择显示血管的最佳单能量图像，可以提高血管显示的对比度，很好的显示常规CT条件下显影不佳甚至未见显影的血管，用于评估胃周动脉血管、门静脉血管及肿瘤与血管的关系等。

单能量图像拥有常规CT图像所具备的形态学显示功能，还具备其所不具备的去除伪影，提高对比度等多项功能，使得单能量图像代替常规CT的诊断流程成为可能。

（吕培杰　高剑波）