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)
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刘彦刚
第4楼2021/02/28
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)
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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。
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