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IQon Spectral 光谱CT

时间:2019-03-03 18:51来源:Ynimaging.com 作者:杨宁医学影像学网 点击:
有诗约:欲穷千里目更上一层楼(Certainty lives in layers) 张中伟 想看远的美景吗?就往高处站就是。但想看东西的深处,就要借助技术进步。Hounsfield 给我们留下的遗产通过探测人体组织密度差异反映人体结构的变化,使放射科医生可以观察到患者的疾病发


有诗约:欲穷千里目更上一层楼(Certainty lives in layers)

张中伟


想看远的美景吗?就往高处站就是。但想看东西的深处,就要借助技术进步。Hounsfield 给我们留下的遗产通过探测人体组织密度差异反映人体结构的变化,使放射科医生可以观察到患者的疾病发生。

但CT仅能对物质受射线衰减值进行成像,而当两种物质衰减相近时,CT成像则无法将二者区分开,也就是说CT成像无法确切地指明观察到的是何种物质。这一问题的存在,曾一度使CT的未来发展陷入窘境。很多情况下不同类型肿瘤的衰减是相近的,那么在传统CT上就无法对其物质成分进行辨别,进而对肿瘤的良恶性进行分析。



研究人员很快意识到CT成像采用的是混合能量的X射线光子,依靠混合能量光子穿透物质前后的能量衰减进行成像的。那么,如果能将CT成像的混合能量光子分开,形成不同能量下的扫描数据将彻底解决CT对物质的辨识能力。正是基于这一思想,CT成像走上了探求能谱分离探测器的发展道路。

 


Philips最新研发推出的IQon Spectral光谱CT一改以往单层探测器的设计思维,独创性的开发出具有复式结构、光谱分离功能的双层探测器。探测器顶层和底层共同作用可以扑获每一个从X射线球管激发出的X射线光子,并将X射线光子按照能量大小进行识别区分。顶面探测器用于识别吸收低能量光子,而低面探测器则识别吸收高能量光子,一变传统CT依靠混合能量成像的历史,实现了光谱CT在一次扫描过程中高低能量数据的解析拆分。




光谱CT 将传统CT三维空间中进行的成像过程更进一步引入了高维光子能量空间,从而彻底解决了CT无法进行物质成分鉴别的难题。基于这一独有专利技术,IQon Spectral 光谱CT可以在常规CT图像之外,提供更加准确和更加丰富的物质图像和物质成分定量分析结果;提供临床全新的诊断规范,帮助影像医生做出更加精准、更有信心的诊断结果;拓展能谱/能量扫描方式在临床应用价值,提升能谱/能量成像。



肝癌患者,射频消融术前
常规CT未能发现病灶 MonoE 40 KeV 能谱CT发现可疑病变 Z 效能谱影像确定病变存在


设计“三明治”探测器的理论基础由来已久,其实在能量/能谱成像发展的早期研究人员就指明了未来能谱成像发展的两大思路。其一是采用对同一个物质进行高低两个千伏扫描的成像模式。这种方法的好处在于设计思路清晰,可以利用现在的设备和硬件基础,研发成本较低。但是存在的问题也是显而易见,高低千伏势必会存在光子能量的重叠,而光子能量的混叠将导致能量/能谱分析的结果失真,碘浓度定量分析不准,虚拟平扫CT值偏差,物质定性分析可重复性低,能谱曲线分析不稳定等局限。同时,高低两个千伏的高辐射剂量也会成倍的增加患者所受到的辐射剂量,与目前正在推崇的低剂量扫描背道而驰。

右肺灌注缺损

肿瘤病人多能谱CT扫描检查肿瘤进展
常规CT MonoE:肺栓塞
Z 效:灌注缺损,冠状位 Z 效:灌注缺损,轴位


能谱成像的第二个思路是全新设计打造专用能谱采集成像的新型探测器系统,在一次扫描过程中就可以将不同能量的光子识别并区分开,其设计代表就是光谱分离探测器(如今的三明治探测器)。这一设计的好处在于可以提高能谱成像的纯净度、准确度、稳定度、可重复度以及临床应用能力,实现真正的同时、同源、同相的数据采集以及与常规扫描一致的同时间分辨率、同空间分辨率、同FOV的高质量能谱数据重建。同时,由于采取了能谱扫描专用探测器系统,扫描流程与常规CT完全一致,但在其背后却进行了能量分离的处理。这种 “一切扫描皆光谱”的全新模式,无需医生在检查前对患者行何种检查进行判断,真正将能谱扫描的优势发挥在临床工作之中。从此,医生不必再仅仅依靠CT值来进行诊断分析,而是可以综合采纳多种能量扫描分析结果进行全方位的诊断。


乳腺癌病史,治疗后随访,肝转移癌
常规CT 低 MonoE(40keV)可以比常规CT发现更多的病变




http://www.usa.philips.com/healthcare/product/HCNOCTN284/iqon-spectral-ct
飞利浦能谱CT网站



   


飞利浦公司自2000年初起潜心致力于新型能谱专用探测器的研发,在研发面临诸多挑战。一方面新型探测器需要研发新型感光材料,要求其即对低能量光子敏感度高、吸收度高;又要对高能量光子穿透性好、衰减少。另一方面,光谱分离成像系统需要对成像结构要进行全面改动,以适应双通道并行数据的采集,传输和处理。再者,整体的分离式高低能谱原始数据需要全新的重建算法进行支持。飞利浦全球研发中心利用前沿航天科技发现了一种全新的钇金属感光材料,可以实现对低能量射线100%的吸收能力,同时可以保证99%的高能量光子无损的穿透性能。两层探测器之间不需要余晖效应的偏差,且不受温度湿度的影响,确保图像的稳定性。飞利浦公司历经十年时间的研发,十亿余欧元的投入,最终开发出全球首款基于光谱分离技术的光谱CT,再次为CT的发展叙写了崭新的篇章。


 




光谱分离成像的临床意义



 
新型光谱分离成像的引入,彻底改变了传统CT能谱与双能量实现方式的不足,开创了准确、纯净的光谱成像新时代!
 
光谱分离成像为临床应用提供了多种工具:
 
Mono E纯净能谱成像,取代常规混合能量图像


呼吸困难入院

常规CT 常规CT:小肺栓塞
Iodine overlay Z 效

 
传统CT成像采用混合能量成像,只能提供一幅混合能量下CT值衰减的图像;而MonoE单能谱成像可以将混合能量拆分开,一次扫描中可以获得40~200keV每一个keV下的光子能级下的成像;并且针对不同的扫描目的,可以选取不同的keV图像进行观察。





 
 
Iodine Density 碘含量定量分析,取代常规增强扫描分析;
 
利用光谱分离技术可以定量分析增强扫描中纯粹由于碘造影剂的摄入所引起的CT值的提高。与常规图像相比,碘含量定量分析图像上排除了脏器本底对增强的影响,真正反映的是造影剂浓聚即血供的情况。同时,定量精确反应病灶血供的碘含量值,可以直接用于分析病灶的血管生成情况以及血流供应情况。


右下肺栓塞
常规CT:小肺栓塞 肺栓塞+灌注缺损

 
Z effective map 物质原子序数图,肿瘤良恶性辨别、物质成分鉴别区分;
 
Z effective map可以获得被扫描物体的有效原子序数图,反映被扫描部位每一个细节的物质组成成分,实现传统CT无法实现的物质识别的难题。Z effective map可以帮助医生实现冠脉斑块成分的分析、肿瘤的良恶性鉴别、以及一系列物质成份鉴别的临床应用。


足痛风:Patient was experiencing swelling and pain in both feet, with severe pain in the left foot. 

   
   

The IQon Spectral CT helped the clinician identify gout in the foot using the conventional CT with uric acid fused view.

Brain Subdural Hematoma
常规CT IQon Spectra CT allowed for improved visualization in grey and white matter, as well a subdural hematoma on the right side of the brain.


金属伪影减少(Metal Artifact Reduction)

   
   

Patient with a fractured elbow received a scan on the IQon Spectral CT post surgery for insertion of pins. The ability to utilize a high MonoE eliminates beam hardening artifacts and potentially reduces concealed pathologies.


   




   







(杨宁医学影像学网)
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