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宝石能谱CT尿路造影对泌尿系统结石诊断价值
目的 探讨宝石能谱CT尿路造影(CTU)及三维重建技术对泌尿系统结石的诊断价值.方法 回顾性分析50例尿路结石患者实施CT尿路造影检查,采用原始数据进行重建获得CTU、容积再现(VR)、多平面重建(MPR)、最大密度投影(MIP)及曲面重组(CPR).结果 所有经CT检查的50例患者,其中47例患者的结石能够确诊,图像直观,结石定位准确,诊断率为94％.结论 宝石能谱CT尿路造影具有图像质量好,对结石的检出率高,结合横断面图像诊断率可以进一步提高.
XU Kai-peng
作者单位：
江苏省沭阳县人民医院影像中心,江苏宿迁,223600
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宝石能谱CT及现代医学影像学简介
一、宝石能谱CT发展史
自1972年第一台CT机应用于临床以来，CT技术已经经历了多次重大发展，其中包括螺旋CT的出现和多排探测器CT的应用，而能谱成像则是后64排CT领域发展中又一个崭新的方向。世界医学影像学一颗璀璨的明珠&&宝石能谱CT (Discovery CT750 HD) 2008年诞生美国通用电气公司（GE公司），她的诞生是医学影像学一次影像链的重大变革，在短短的二年多的时间里，显示出无穷的魅力和强大的生命力。受到越来越多临床医生、患者及影像工作者的青睐。2009年元月麻省医院（麻萨诸塞州） 世界第一台宝石能谱CT应用于临床，2009年8月，中国首台宝石CT闪耀在卫生部北京医院。2012年3月湖北省第一台宝石能谱CT落户于华中科技大学同济医院，同年5月，第二台宝石能谱CT顺利安家于董永故里&&孝感市中心医院。使孝感市医学影像设备处于全省领先地位，目前全世界有60多台，其中中国有30多台。近几年，可能越来越多的宝石CT落户于全国三级甲等医院及世界各大医院，谱写医学影像学更加美好的篇章。
二、能谱成像的基本原理
（一）、单源瞬时KVp切换技术
单源瞬时KVp切换技术，以克服双能减影的不足和潜在的问题，同时满足临床的实际应用。能谱成像顾明思义就是在多个单光子能量点下成像，能谱成像能够保留物质吸收随能量变化的信息。能谱成像必须在数据空间完成，因而能谱成像对能量时间分辨率的要求非常高。它要求在同时同向获得两种不同能量的信息，这对X线的产生，不同能量信号的接受和信息的重建都提出了很高的要求，能谱成像方法需要反映同一解剖结构双能量数据在时空上能完全匹配，实现数据空间能谱解析。高压发生器瞬时KVp切换技术以及超快速探测器的出现提供了实现能谱成像（gemstone spectral imaging,GSI）的硬件基础。这种成像方法通过使用单一球管中高低双能（80KVp和140KVp）的瞬时切换（&0.5ms的能量时间分辨率）产生时空上完全匹配的双能数据，实现数据空间能谱解析。同时这种方法还使得人们能够在50cm的完整空间进行能谱成像，为能量CT的发展开辟了新的途径。
与光子计数系统相比，单源瞬时KVp能谱成像也略存在不足之处。单源瞬时KVp成像需要两组不同能量的X线，切换的时间是瞬时的（&0.5ms的能量时间分辨率），而光子技术系统仅需一组入射X线，没有切换时间上的延迟效应，单源瞬时KVp切换技术还是探测光子的平均能量，光子计数系统能对单个光子能量进行分类计数。同时单源瞬时KVp能谱成像受KVp切换时间上的限制，基本上局限于双能重建，而光子计数系统较容易实现多能重建，能满足&K缘成像&等高级的临床应用的需求。但CT能谱成像走入临床要保证足够的入射光子数量，目前光子计数系统还无法满足临床对光子数量的要求，光子计数能力的提升需要探测器材质和设计技术的变革，其走入临床的时间目前尚无法确定。所以，单源瞬时KVp成像技术将在未来很长一段是能谱成像的主流技术之一。
在CT能量学发展过程中，人们也在尝试利用X线衰减曲线的自身特性，进行能量分析。物理学家很早就发现，随着X线能量的增加，物质相应的线性衰减系数随之降低。但当射线能量到达某个数值时，其线性衰减系数值会突然增加，衰减系数值突变处称为此种材料的K缘（K-edge）。根据这种规律，可以使用吸收限两侧的能量分别成像并进行减影，即可以得到标记组织的成像结果，这种方法也被称为&K缘成像&。例如，经常使用的碘造影剂K缘为33.2keV，分别采用该K缘两侧的能量进行成像，可以把碘分布区域的特异性表现出来，通过能量减影可以得到被标记血管、组织等的清晰图像。但是，人体中自身组织的K缘都发生在很低的能量点，如此低能量的X线穿透性不强，因此目前还无法直接在***中应用。另外，同步辐射光源技术的发展，X线的特性得到了极大的改善，为医学成像领域带来了新的发展。同步辐射光具有高强度、高穿透、高分辨率特性，可以对生物组织进行显微成像，大大提高了图像质量。经过试验研究，使用同步辐射进行双能量CT成像获取电子密度可以将误差控制在2%以内，但因设备过于繁重，目前还仅限于实验室中应用。
（二）、双能减影与能谱成像的区别
通过分析能量CT发展的历程，使用能量CT成像目前分为双能减影与能谱成像两种，两者实现方式的不同，也决定了其应用的差异性。
1.硬化伪影
双能减影在图像空间实现，为后处理重建方法，即首先将两种能量射线下的线性衰减系数重建出来，再逐点计算其原子序数和电子密度值，这种方法原理简单，计算方便，但由于X线机的射束具有较宽的能谱分布，因此重建所得到的线性衰减系数由于硬化效应的影响往往存在误差，双能重建结果不准确。硬化伪影是CT与身俱来的问题，是一个非线性的问题。图像中硬化伪影随物体的大小、组成以及感光趣区在物体中的位置而随机变化。由于减影图像是由低电压和高电压的图像组合而成，而低电压的图像往往带有较严重的硬化伪影，这样使得组合的减影图像也存在硬化伪影。现在CT经过校对之后，图像中也只有水和空气的CT值是绝对的，像脂肪、肌肉等组织因为和水的差异有限，其CT值具有较高的参考意义，但钙、碘等高密度的组织，其CT值变异度会较大，容易受到周围结构的影响。从这个意义上讲，图像中CT值仅仅是一个半定量的参数，利用图像进行解析前，CT值得可信度无法评估。
能谱成像为投影数据空间重建方法，根据物质衰减系数的理论公式，将每条射线路径上的双能投影都***成为与两个基物质材料性质有关、能量无关的分量，然后计算得到相应的原子序数和电子密度积分值，最后利用CT重建理论得到每个像素点上的原子序数和电子密度值，从而实现对物质成分的识别与判断。这种方法能够有效地消除射束硬化对重建结果带来的影响，因此可以满足更为精确的能量分析的需求。
2.能量信息利用的充分性
不管是双能减影还是能谱成像它们都是利用了物质对不同X线能量的选择吸收。当人们选取某一个球管电压进行CT成像时球管会产生具有连续能量分布的X线。这些射线的最大能量等于球管的电压值（KVp），而射线的强度会随射线的能量有一个不同的分布，产生一个平均能量。当人们改变球管电压时，X线平均能量也会发生改变。物质对X线的吸收会随着不同的平均能量而改变。而且不同的物质随能量变化的程度是不一样。低原子质量的物质，比如软组织和血液，随能量变化的程度不大。相反高原子量的物质，比如骨骼和CT中使用的对比剂（以碘为主），随能量变化就会比较强求。正在这种随能量的不同变化使得研究者能够通过能量CT成像方法来区分某些不同的物质。当两组能量数据获取时间存在不一致时，或两组能量数据的时间分辨率不足时，研究者只能使用两组各自在不同的平均能量下重建的图像进行双能减影。之所以称之为平均能量是因为图像重建的过程把能量信息给平均掉了。这种模式的能量成像对成像要求相对较低，但同时由于很多能量信息的丢失，临床应用也受到限制。但是如果双能量数据信息具有一致性，那么研究者就能进行能量数据空间的解析以保留物质吸收随能量的变化，即能谱信息，从而实现能谱成像以提供更多的成像工具，完成更多的临床应用。
3.物质分离的定量化
在近期的研究中非线性的权重组合也被尝试过。其次人们还可以利用这两组不同平均能量的图像进行物质分离。既往研究已经知道不同物质的吸收随能量的变化是不一样的，体现的图像上就是不同物质的CT值在高低电压下有不同但固定的比例。如果用高低电压下的CT值组成的直角坐标来表示，那么不同的物质的CT值得变化将可用不同的直线表达。相同的物质会有一致的CT值变化斜率，而直线上的不同点表示了物质的不同浓度。
当然通常情况下人们只能得知两个物质是一样还是不一样，但是却无从了解他们是什么和它们的浓度。要想获取这些信息人们必须用已知物质进行校正。给出了常用的骨骼和碘对比剂的校正曲线。这样人们就能够对骨骼和碘进行较准确的区分。当然如果人们需要对其他物质进行区分时，也必须做同样的矫正。这是一个较繁琐的工作，也无形当中限制了双能减影的临床应用。Kuijk在1990年就提出三基物质分离技术，随后该技术被不断改进。目前应用中三基物质常选择人体中的两种组织（如脂肪和软组织）和碘强化矢量线，像肝脏、肾脏等***基本可以由脂肪和软组织线性拟合，碘强化矢量线反映了如果向人体组织中逐步加入碘对比剂，CT值在高、低能量空间变化的方向和速率。在这个坐标系下，任何一个体素都可以线性地表示***体组织密度和碘密度的叠加，从而获得碘基物质增强图像或虚拟平扫图像，以及在此基础上延伸出其他临床应用，但图像空间上完成的物质分离技术缺乏足够定量的信息。
能谱成像技术在投影数据空间完成能量解析的同时，同步产生量物质密度图像。能谱成像能够测量出物质的X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两种物质的密度。成分分离时，并不是固定以某一种物质作为基质进行物质分离，而是可选择任意两种物质进行物质分离。由于通过物质分析，每种物质可准确表述成两种基物质的组合。
4.单能量图像的可靠性
双能减影是在图像空间实现的，对于获得的两组不同平均能量的图像人们可以进行以下两个操作。首先可以把这两组图像组合起来以获得和常规CT相似的图像，人们可以使用不同的权重组合以满足临床不同的需求。给予低电压图像更多的权重有助于提高对比度，而给予高电压图像更多的权重则有助于降级图像的噪声。但是也正是这种不同权重的使用使得最终图像的CT值在不断变化，造成双能减影成像的方法难以实现定量分析。给出了不同的权重组合的可能性。
能谱成像时，单能量图像可以通过物质密度图像合成，得到单一能量的X线光子照射物体所应产生的图像，由于通过物质分析，每种物质已被表示成两种基物质的组合，而基物质能量衰减曲线已被测定，所以任一能量下每种物质相应的衰减系数即被确定。单能量图像能够确准反映物质随X线能量变化的过程。
以单源瞬时KVp切换技术为代表的能谱成像为什么可以克服双能减影的不足和潜在的问题？人们可以从中找到***。
三、宝石能谱CT具有四大特性：
　　1、全身高清成像：宝石CT能够提供高质量的成像，能够清晰显示解剖部位的细节结构。
2、宝石CT能谱成像：球管旋转一周时能够对同一解剖部位进行两个不同能量级别的扫描。宝石CT能够准确区别不同组织的化学成分，从而对正常解剖结构和病理结构进行观察和分析。
3、容积螺旋实现动态500排技术：成像能够覆盖312.5mm的扫描范围，0.5mm薄层、足够完成全身所有***的四维成像。在灌注评估中，可以在轴向穿梭80mm，覆盖范围达120mm以上，大大地提高时间分辨率，使心脏检查顺利完成。
　　4、全身低剂量成像：宝石探测器的应用、统计迭代重建算法(ASIR算法)可降低图像噪音，且使扫描剂量减少50%&90%以上。
四、目前医学影像界公认为宝石能谱CT具有以下特点：
显微CT&发现常规CT发现不了的病灶。和常规CT的成像原理不同，宝石CT采用了101个单光子成像，首次在CT中引入，开创了能谱成像的新纪元，可使病变检出率大大提高。特别适用于早期肿瘤的发现及疑难疾病的鉴别诊断。将促进病人由晚期治疗向早期诊断转型的诊疗模式。
病理CT&率先进入分子能谱成像领域。可以鉴别物质成分及组织学分析：如病灶来源的分析、肿瘤良恶性鉴别诊断、物质的定量分析：精确分析物质的浓度&可精确到0.05mg/ml。
绿色CT&业界绿色安全的CT。经全球10万余例临床病例验证：在检查中病人接收的辐射剂量可降低50--90%以上，大部分类似本地现象，是目前世界医学影像学最为绿色安全的CT。
功能CT&在临床上，容积动态500排技术、一次采集2米以上的数据范围、0.5mm薄层、四维、灌注成像、世界上最先进的多种多功能的软件应用，CT检查从传统密度学、形态学诊断发展到功能学诊断。是唯一适用于人体各个系统、各个部位、各类各性疾病检查的现代医学影像设备。能谱有类PET检查功效。
五、何为宝石CT
对于探测器来说，x射线激发可见光速度越快越好，初始速度越快，可见光转换速度越快，清空速度越快，余晖效应越小。' s0 _/ l! Q& B&&v& c
; {! s8 l' e/ M5 T4 Q/ o6 U# R0使用宝石作为探测器可使X线响应速度最快初始速度（可见转换）较普通CT加快150倍、清空速度加快10倍，由此可以作为瞬时双能采集的硬件基础。同时宝石具有纯度高、通透性强、光电转换率高、硬度高、更稳定等特点，使得宝石探测器能具备更低剂量、更好的图像质量。因此，用宝石作为探测器的CT称为宝石CT亦称宝石能谱CT。
六、何为能谱CT
能谱成像：（Gestone Spectral Image&Viewer：GSI）能够同时观察常规的混合能量&CT图像（kVp）、单能量CT图像（keV）及物质分离的密度图像。能谱CT除不但有常规CT所有功能，还具有以下常规CT没有的功能，即：（1）能够进行物质分离，生成新的基础物质密度图像:如水、钙、碘、脂肪；（2）能够生成从40~140&keV&的101个单能量图像；（3）能够综合单能量图象并生成不同物质基础的DICOM图象；（4）对不同层厚的图像***示不同重建图像（轴断面，矢状位，冠状位，斜位及任意方位）；（5）能够采用不同色彩标记不同密度的物质；（6）能够展示不同物质衰减曲线图；（7）能够最优化选择单能量图像；（8）能够展示不同物质能量直方图。即用单能量进行物质分离所得到的每种物质密度图像即能谱成像。称能谱CT亦称宝石能谱CT。
七、什么是现代医学影像学
利用光源、X线源、声源、磁源、放射性核素等多种成像设备显示人体解剖结构、形态、生理、病理变化所直接和间接形成的医学影像图像。
开创了&横断模式&成像方式，并在此基础上可行进一步的复杂的三维图像重组
开辟了介入性（血管性和非血管性）诊断与治疗模式，成为临床医学领域微创技术的先驱。
从单纯的形态学信息拓展到功能性信息乃至细胞水平和（或）分子水平的诊断信息，如分子影像学。
实现了全部信息的数字化，网络化及远程传输、保存。
八、医学影像学技术包括的学科
X线(传统的X线技术、钼靶、CR、DR)；
CT(电子计算机断层成像技术)；
MRI（磁共振成像技术）；
DSA(数字减影血管造影技术)；
US（超声医学影像）；
核素（&-相机、ECT：正电子发射计算机体层技术、SPECT：单光子发射计算机体层技术）；
PET (CT与核素相结合)；
医用内镜的影像学（胃镜、纤支镜等）及病理形态学。; E& {# K$ J% L&&o
【字体： 】【】【】【】股票/基金&
解放军117医院引进浙江首台新一代宝石能谱CT (
作者：郎豫风
　　浙江在线杭州3月30日讯　　(记者 郎豫风)今日上午，解放军117医院举行了能谱成像CT的介绍会。会上专家和学者就新设备作了详细的介绍并演示。　　这是该院引进的浙江省首台新一代宝石CT，也是世界首台能谱成像CT。在这个领域的设备里，它的安全性问题已经做到了领域的前茅。从根本上保证了每一次扫描都实现低剂量成像，常规剂量降低了50%，儿童头颅扫描常规剂量降低了80%，大大提高了病人的安全性和做CT对病人的辐射度。　　据了解，新一代宝石CT突破了常规CT易扫描而难诊断的局限，使用动态500排突破物理探测器宽度的限制，实现了全脏器的功能成像。它主要有三大特点，它不仅能实现低剂量全身高清图像、101个单能谱成像，而且其覆盖范围达动态500排。
03/12 13:5403/24 13:1903/23 22:1302/29 07:0202/29 07:0102/18 00:2702/02 11:2501/30 05:52
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我市首台超高端宝石能谱CT落户市人民医院
河北省人民政府网站
　　“工欲善其事，必先利其器”。作为唐山乃至冀东地区有影响力的三级甲等综合医院，唐山市人民医院医疗设备近期又添新利器：率先引进美国GE动态500排超高端宝石能谱CT、美国GE3.0T磁共振成像系统、美国瓦里安医用直线加速器和美国GE数字减影血管造影系统。这些高、尖、精医疗设备的投入使用标志着该院医疗影像诊断发展进入了一个新的里程碑，实现与国际同步医疗水平接轨，必将对提高我市乃至周边地区广大人民群众的健康水平产生广泛而深远的影响。
　　与传统CT相比，该设备具有高清晰度、能谱成像、动态500排灌注成像、低射线剂量、临床应用领域广泛等显著特点，在临床应用中有效提高诊断精度和安全性，消除常规CT的盲区，为疾病的早发现、早诊断、早治疗提供了可靠、安全的诊断依据。这是我市首台超高端医学影像诊断设备，宝石能谱CT的正式启用标志着我市医学影像诊断步入了超精细化时代。
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