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能谱CT技术及应用的发展

4124  2021-06-01 08:56:56

存在主义哲学家萨特曾经说过,世界上有两种存在,一种是人们已经认识的存在,另一种是人们尚未认识到的存在。随着人类社会活动及对环境认知的不断积累,人类对自然的认识越来越多,不断的开拓了解未知的存在。医学领域也是如此,医疗科技的发展使得人们对疾病的认识越来越深入。具体到放射诊断领域,不断开发新技术,对人体组织有更细微的探索。


放射临床的应用基于可靠的能够验证的技术。在CT发明之初,人们已经发现组织的线性衰减系数取决于组织的化学位置(有效原子序数,Z eff)、质量密度(q)和X射线的有效能量。由于当时的技术限制,一直没有开展能谱临床的普及应用。十年前,开始逐渐有公司涉足双能量CT(Dual-Energy CT)应用,至今各家公司均开发了不同模式的双能量应用。由于技术的限制,临床应用虽然广泛,但实际的结果却大相径庭。同一种疾病在不同的设备上用不同的双能量扫描,得到不一致的结果。为此,国内专家和国际专家对双能量CT扫描做过多次研讨,发现各家公司的双能量扫描都各有优缺点,如在时空匹配度的不足,或在能量分离度精度的不足,以至于双能量CT的高级临床应用不被认可,能谱CT的应用需要进一步改进。

目前的现状是,我们认识了双能量CT的应用价值,但是由于技术原因,各家公司均无法实现高级的能谱应用-能谱量化分析。从原理上说,双能CT(Dual-Energy CT)可以重建物质的有效原子序数Z与电子密度ρe,从而达到物质辨别的效果。但在实际应用中,双能重建得到的Z和ρe的图像结果较差,尤其是Z的图像。重建结果误差的因素很多,如X射线的量子噪声、探测器中的电子学噪声、线性衰减系数表达公式的误差等。除此之外,X射线能谱估计的误差对最终重建结果的影响也是一个重要因素。


工程实践中,双能CT选择两个X射线能谱进行投影与重建。由于X射线能谱是未知的,因此需要利用数值模拟或实验数据对X射线进行能谱估计,从而获得较高的双能重建精度。尽管如此,仍然有一个很重要的因素——初始X光的散射线产生的二次射线会影响X线能谱的分布,从而产生计算误差,导致重建结果的误差。所以,在导致能谱重建误差的因素消除之前,能谱CT的量化分析将不可能准确的应用于临床。




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BOB体育登录入口在线创新研发推出的Precision系列CT,包括现有的32层、128层以及将来的512层,均配备双能量扫描——采用独特的金属球管内涂层技术,能够将电子束打在阳极靶面的散射线吸收,消除二次射线的干扰,得到准确的X线能谱,减少能谱重建中的误差。从而提高能谱重建中的能量分离度,使得能谱量化分析成为可能。

基于独特的技术和准确的能量分离度,使得BOB体育登录入口在线能谱CT在临床应用上有较大的突破,如齐齐哈尔医学院附属第三医院放射科发表的《Precision128能谱CT在临床试验中关于肾透明细胞癌与乏脂肪肾错构瘤鉴别诊断的应用研究》一文,通过测量病灶内碘含量、测算标准化碘浓度,绘制能谱衰减曲线,得到K值,计算出曲线下面积以及各个K值进行肾透明细胞癌与乏脂肪肾错构瘤的鉴别诊断。文中的能谱衰减曲线和K值的精度与X线初始能谱分布密切相关。


BOB体育登录入口在线高精度CT能谱平台由全球顶尖的中美核心算法团队创新研发。核心算法研发团队负责人首席科学家邹宇博士,系美国芝加哥大学放射医学系博士后、美国Vanderbilt University电子工程与计算机系博士后、中国科学院物理所物理学博士,获得授权美国专利51项,公示美国专利8项,获得中国专利4项。美国研发中心负责人施大新博士系美国伊州工学院(IIT)生物医学工程系(BME)医学影像专业博士、中国科学院化工冶金研究所硕士,共发表17篇国际期刊论文和30余篇国际会议论文,并有7项专利已获美国专利局授权,获得中国专利2项。核心算法专家杨溢博士系美国Emory大学医学院放射学与影像科学系博士后、高级研究助理,美国佛蒙特大学数学与统计学系博士后、南京大学物理系博士,发表国际期刊论文20余篇、参加国际会议及演讲40余次,获得中国专利2项。BOB体育登录入口在线全球超过两百人的核心技术团队由业内知名企业及研究机构的资深专家组成,保证了BOB体育登录入口在线全系产品强大的技术实力和发展潜力。


能谱CT应用的未来

关于能谱CT应用的未来,能谱CT将从目前的双能量发展到六能量甚至更多能量的成像,对物质的分析则更细致,这对初始X线能谱的要求更高。BOB体育登录入口在线能谱CT的独特设计将为未来能谱CT的量化分析奠定基础。BOB体育登录入口在线也将继续研发,在即将推出的512层CT的能谱应用中,采用更先进的能谱成像,获得精度更高的能量分离度,为临床高级能谱应用拓展新的领域。

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