(10)-第4章第1节双能量成像、灌注成像等CT成像

第四章CT成像新技术

双能量成像、灌注成像等CT成像新技术及临床应用特色

CT成像新技术一、西门子解读的双能量成像原理1.0E-011.0E+001.0E+011.0E+021030507090110130150X-rayenergy/keVX-rayabsoprtionIodinesolutionBoneE1E2Smallincrease

forboneLargeincreaseforiodine黄色曲线代表的是某一浓度的碘溶液在不同光子能量（keV）下对X光子的衰减率，绿色曲线代表的是骨质在不同光子能量（keV）下对光子的衰减率。从高能级到低能级，碘的衰减值变化斜率较大，而骨的衰减值变化斜率较小。虽然碘和骨的衰减值绝对值相差不大，但是却可以根据这两个物质衰减值变化的斜率不同，将这两种物质分离，这就是双能量CT扫描最基本的物理基础。根据不同电压下，物质衰减系数的差异，分辨和量化不同的物质

CT成像新技术二、双能量成像的应用--双能指数（DEI）CT值=双能指数可用于鉴别肿瘤的性质

CT成像新技术二、双能量成像的应用--双能指数（DEI）不同的物质都有其特有的双能指数。空气和二氧化碳等物质，由于正常状态下为气态，物质密度低，所以CT值为负值，但是由于其有效原子序数比水高，所以双能指数为正值。因此，双能指数可以消除物质密度差异对X光衰减值得影响，并区分和鉴别物质。

CT成像新技术二、双能量成像的应用--双能指数（DEI）双能指数可用于分析非增强状态下的物质，主要是在扫描时间内较为稳定的物质。当有对比剂存在时，组织的双能指数会增大，且与对比剂浓度成正比；对比剂在人体内随血液流动，不同器官不同时间的对比剂浓度会一直改变，所以无法依靠一个确定数值或者阈值来进行鉴别。肿瘤在延迟期内对比剂的变化较慢，双能指数可用于鉴别肿瘤的性质。

CT成像新技术二、双能量成像的应用--物质鉴别算法

CT成像新技术二、双能量成像的应用--物质鉴别算法假设有两个物质A和B在高千伏下的衰退值（CT值）相同，那么在CT值二维图的右下部分的物质A，其在低千伏下的衰退值就比物质B要低；也就是说物质A在高低能量下的衰退值变化比物质B要低。如果有一条如图的分割线，那么就可以区分物质A与物质B。根据此原理可以分离碘和骨、尿酸盐结石和非尿酸盐结石、肌腱和软骨等。

CT成像新技术二、双能量成像的应用--物质鉴别算法

CT成像新技术二、双能量成像的应用--三物质分离算法假设组织由三种不同的物质组成，对于增强状态下的肝脏，假设其CT信号由软组织、脂肪和铁的信号组成；对于增强状态下的肺部，假设其CT信号由肺泡组织、空气和碘对比剂的信号组成。这样，三物质分离算法相对于两个基物质假设更加灵活，并且可以根据不同器官的实际情况来调整基物质的选择，提高计算的准确性。

CT成像新技术二、双能量成像的应用--三物质分离算法

CT成像新技术二、双能量成像的应用--三物质分离算

CT成像新技术二、双能量成像的应用--三物质分离算

CT成像新技术二、双能量成像的应用--三物质分离算

CT成像新技术二、双能量成像的应用--三物质分离算

CT成像新技术二、双能量成像的应用--三物质分离算

CT成像新技术三、能谱CT成像的临床应用1、适应证

（1）小肝癌的诊断：容易检出常规CT密度改变不明显的小病灶；可以定量分析，鉴别诊断。

（2）肝硬化门脉高压血管成像：优化门静脉显示效果（提高对比信噪比）；更好地显示侧支循环。

（3）肝脏占位灶的检测：优化病灶的显示；相似肿瘤间的鉴别诊断

（4）胰腺内分泌肿瘤的检测：容易检出常规CT密度改变不明显的小病灶。

（5）胰腺外分泌部肿瘤的鉴别：胰腺癌与慢性胰腺炎的鉴别；胰腺囊性肿瘤的鉴别诊断。

CT成像新技术三、能谱CT成像的临床应用（6）肾上腺病变的鉴别诊断：帮助鉴别肾上腺肿瘤和增生。（7）肾上腺囊性病变：能量CT物质分离技术可以帮助鉴别囊性肾癌、复杂性囊肿和单纯性囊肿。（8）肾细胞癌的鉴别:肾脏透明细胞癌与其他细胞类肾癌的鉴别；肾脏透明细胞癌的分级诊断。（9）颅内动脉瘤介入治疗后随访：能谱CTA可以去除弹簧圈或金属夹引起的伪影，清楚地观察和评估动脉瘤填塞或夹闭的效果，为无创性、简便、经济型检查。（10）四肢骨骼、脊柱金属植入物术后随访、复查：能谱CT单能量联合去伪影技术可以减除金属伪影，清楚观察和评估金属固定物、假体以及周围骨骼情况。

CT成像新技术三、能谱CT成像的临床应用（11）肾结石成分鉴别：CT能谱技术（有效原子序数、能谱曲线）可以帮助鉴别尿路结石的成分（磷酸钙、草酸钙、尿酸、胱氨酸），从而指导选择相应的治疗方案。（12）痛风的诊断：能谱CT物质分离技术可以特异性地显示痛风导致的尿酸盐结晶沉淀和痛风石形成。（13）肺动脉栓塞：能谱CT碘基图像可以直接显示肺实质血流灌注状态，有助于早期、直观显示发生栓塞的肺组织；CT物质分离技术可以对局部肺组织碘浓度进行定量分析，可以帮助评估疗效；减少肺动脉CTA对比剂用量。（14）颅底部可疑病变：单能量技术可以减少图像硬化伪影。（15）劲动脉斑块：能够帮助鉴别斑块的性质；最佳单能量技术能够优化劲动脉CTA的显示效果。（16）腹主动脉斑块：能够帮助鉴别斑块的性质。

CT成像新技术四、能谱CT成像检查准备各部位能量CT检查的相关准备与常规CT检查相同。对于四肢骨关节和脊柱金属植入物术后随访复查以及痛风等检查无需特殊准备，对于需要增强的能量CT检查相关注意事项也同常规CT对比剂增强准备。

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（1）物质分离经过高、低两组电压扫描的X线衰减的图像可以表达为两种基物质的密度图，这个过程就是物质分离（materialdecomposition）物质分离图像中的每一个体素反映了相应的物质密度信息，从物质密度图像上可以测量出每一个体素的密度，单位为mg/ml基物质对的选择对于明确物质的特性以及物质密度的差异有一定的价值。提供准确的组织结构和功能信息

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（1）物质分离

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（1）物质分离

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（1）物质分离①增强识别能力②虚拟平扫③碘钙分离④组织灌注成像⑤放疗与化疗疗效的评估

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（2）单能量图像单能量成像之功效消除硬化伪影增加对比噪声比？

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（2）单能量图像50keV120kVp能谱CT常规CT140kVp140keV120kVp55keV消除硬化伪影增加对比噪声比

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（2）单能量图像140keV55keV120kVp

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（2）单能量图像①优化解剖结构②去除伪影③显示阴性结石④图像融合⑤血管优化成像

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（3）能谱曲线能谱CT成像可以显示不同病变和人体组织随X线能量水平(keV)变化而变化的X线衰减系数，从而产生反映不同病变和人体组织特征性的能谱曲线。

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（3）能谱曲线能谱曲线图A为图B中兴趣区1.2.3.4的能谱曲线，兴趣区1和2为增厚的胃壁，兴趣区3和4为淋巴结，曲线形状非常接近，提示淋巴结与胃癌具有同源性

CT成像新技术五、能谱CT成像的图像后处理技术（4）有效原子序数如果某元素对X线的吸收衰减系数与某化合物或混合物的吸收衰减系数相同，该元素的原子序数就是某化合物或混合物的有效原子序数。图B为图A中膝关节兴趣区的有效原子序数测量值的分布，符合痛风结节的诊断

CT成像新技术六、能谱CT图像质量控制1.能谱CT的虚拟平扫和单能量图像可在扫描时进行重建，预设在扫描协议中使其自动重建和传输，也可在扫描结束后回顾性进行重建和传输。2.能谱CT产生的单能量图像需要在GSI浏览器中进行分析，从而进一步产生基物质图像、最佳单能量图像及融合图像，并可进行伪彩编码显示。3.为了更好地去除金属伪影，单能量图像可以结合或不结合去伪影系统（MARs），根据金属植入物的大小和材质进行选择。

CT成像新技术六、能谱CT图像质量控制4.单能量图像根据需要可以带或不带扫描数据（scanfiles），不带有扫描数据的单能量图像文件较小、与常规CT图像文件大小相当，用于一般浏览或重建，但不能用于能谱分析；带有扫描数据的单能量图像可以进行能谱分析、后处理，但图像文件较大（4-16）。5.能谱CT图像数据还可以进行一些图形界面的分析，包括能谱曲线、散点图、直方图及最佳对比噪声比曲线等。能谱曲线主要用于不同组织特性的比较和鉴别；散点图主要用于成对基物质浓度分布显示，或显示基物质浓度、单能量CT值、有效原子序数之间的相互关系；直方图可用于单能量CT值或有效原子序数的分布显示，其相对的均匀度和平均水平；最佳单能量图像时根据观察目标要求，以病灶或目标血管为对象，周围组织为背景，即可产生最佳对比噪声比曲线，曲线的峰值对应下方的能量水平即为观察该病灶或血管的最佳单能量水平，可将该单能量图像保存用于浏览或重建。

CT成像新技术七、相关疾病CT能量检查技术要点1.单能量水平缺省值的选择和设定能量CT中的单能量选择对于图像的显示非常重要，单能量选择不合适反而为湮没病灶。（1）常规颅脑可选73keV；胸部可选63～68keV；腹部可选68keV（2）特殊检查如头颈部血管成像可选60keV；小肝癌和胰腺内分泌肿瘤的检测动脉期和门脉期可分别选择50keV和68keV；门静脉成像可选51keV。

2.基物质图像的重建下列情况基物质图像是必须要重建显示的：小肝癌的检测（碘基-水基）、胰腺内分泌肿瘤的检测（碘基-水基）、肺栓塞的检查（碘基-水基）、痛风的检查（尿酸基-钙基）。

CT灌注成像一、CTP基本原理CTP指在静脉注射对比剂的同时对选定的层面行连续多次动态扫描，以获得该层面内每一体素的时间密度曲线(TDC)，然后根据曲线利用不同的数学模型计算出组织血流灌注的各项参数，并可通过色阶赋值形成灌注图像，评价组织器官的灌注状态。以此判断其血管化程度、血管壁的通透性等。胰腺CTP的时间-密度曲线图（红色曲线代表输入动脉，绿色曲线代表胰腺组织）一、CTP基本原理CTP反映组织的血管化程度及血流灌注情况，提供常规CT增强扫描不能获得的血流动力学信息，反映的是生理功能的变化，属于功能成像范畴其基本参数:血流量(blood

flow，BF)：单位时间内单位组织内的血流量血容量(blood

volume，BV)：感兴趣区包括大血管和毛细血管在内的血管床容积峰值时间(time

to

peak，TTP)：对比剂浓度达到峰值所需要的时间。平均通过时间(mean

transit

time，MTT)：对比剂通过感兴趣区的平均时间，主要是对比剂通过毛细血管的时间。表面通透性(permeability

surface，PS)：对比剂经过毛细血管内皮进入组织间隙的传递率。

CT灌注成像一、CTP基本原理

CT灌注成像一、CTP基本原理

CT灌注成像一、CTP基本原理

CT灌注成像一、CTP基本原理

CT灌注成像一、CTP基本原理

CT灌注成像

CT成像新技术二、CT灌注成像分类最早由Peters于1987年提出应用Fick原理，即组织器官中对比剂蓄积的速度等于动脉流入速度减去静脉流入速度，分为忽略静脉流出的方法及利用引流静脉的方法。忽略静脉流出的方法(最大斜率法，Maximum

Slope

Model)最为常用，需假定组织的时间密度曲线达到最大斜率前无明显对比剂从静脉流出，优点是不需要计算静脉的时间密度曲线，只需计算组织的时间密度曲线最大斜率、峰值、输入动脉峰值等参数。缺点是对噪声敏感，扫描间隔要求较短，峰值或最大斜率可能丢失卷积因素，所以要求较高的造影剂注射速率来保证器官灌注最大斜率获得前不存在静脉流出最大斜率法MS非去卷积双室模型

CT成像新技术二、CT灌注成像分类去卷积反映的是注射对比剂后组织器官中存留的对比剂随时间的变化量，综合考虑了流入动脉和流出静脉进行数学计算处理，计算出的灌注参数和函数图更能反映组织器官内部的实际情况，对比剂的注射速度一般2.5～4.0ml/s即可。优点是克服了最大斜率法的弊端，不需要对造影剂注射速率进行严格的要求，仅需要根据目标器官的ROI和为该器官供血的动静脉的TDC就能得出上述多个数据，不会受到其他参考脏器本身情况的影响，其较斜率法更加精确。但由于其数据易受患者呼吸运动和机器本身噪声影响，故对CT扫描的要求很高，患者屏气的时间较长

CT成像新技术三、CTP临床应用1、头颅最早应用于脑梗死的诊断，可在血管闭塞后1～2小时内发现缺血区域，为实施溶栓治疗争取更多宝贵的时间。具体方法如下:平扫、选择感兴趣区进行灌注扫描。扫描时取病灶最大平面，层面内尽量包含病变的各种成分和至少一条较大的血管，对比剂剂量为40～50ml，速率常为5ml/s,时间分辨率需在1秒以内，必要时延迟一定的时间再行扫描，覆盖范围40～160mm，扫描层面为基底节层面或病变层面，包括上矢状窦。了解缺血的程度，量化分析单位组织内的血液动力学变化，从而对缺血组织进行评价，及时恢复正常血供。也可用于评价颅内血管狭窄后脑血流储备和脑肿瘤的血供情况，为定性诊断提供依据，还可用于脑肿瘤放