医学影像技术体系 · 第 7 卷 / 共 44 卷
采集方式、基物质分解与虚拟单能
本卷导读
系统讲解双能量 CT 的物理基础、双源与快速 kV 切换等实现方式、基物质分解、虚拟单能图、碘图、VNC、能谱曲线，以及设备选型与工作流问题。
知识结构
- 双能量物理基础与实现方式
- 双能量CT入门
- 肝脏双能量CT应用进展
- 要实现双能量成像，有几种方法
- 心脏双能量成像
- 如何创建双能量CT业务
- 肝脏与骨肌应用入门
- 设备、工作流与业务建设
- 基物质分解与虚拟单能
双能量物理基础与实现方式
1. 双能量CT入门
双能CT（DECT），也称为能谱CT或光谱CT（Spectral CT）。这一创新通过CT技术的进步而实现，其基础是Geoffrey Hounsfield在20世纪70年代最初进行的工作。DECT改善组织特征和评估材料成分的能力在20世纪70年代首次显示。然而，当时它的临床应用受到技术因素的限制，例如长时间的CT采集导致过度的运动伪影、高辐射暴露等等。
DECT需要使用不同的光谱能量分布采集相同扫描容积的两个数据集，通常是低管电压（例如，70-100 kV）的数据集和高管电压（如，130-150 kV）数据集。来自每个体素的数据分布将表示来自两个能量分布的光子，每个能量分布具有不同的能谱。对于当前的扫描仪，该技术可用于获取组织成分的附加信息，生成虚拟平扫图像，并通过生成碘图来提高碘衰减的显著性。从临床角度来看，这些进展可以减少为达到诊断（例如，肾囊肿评估）而进行的额外成像检查的数量，或通过剂量问题、时间问题或两者导致的次优增强来挽救CT检查。从多能X射线束生成虚拟单色数据集的选项也是有利的。在较低的千电子伏特水平（例如，40-50 keV）下尤其如此，这可以显著改善碘组织对比度。低keV和高keV单色图像的另一个优点是缺少多色X射线束特征的线束硬化伪影。
要理解DECT的概念，重要的是了解传统CT的工作原理：使用单个X射线源和单个X射线探测器，并用宽范围的光子能量（多色或多能束）照射患者。光子的峰值能量由扫描设置指定（最常见的是120 kV），但与患者组织相互作用的光子的能量范围从接近零到峰值千电子电压。在大多数CT扫描仪上，120 kV多能束的平均入射光子能量约为60-90 keV。传统CT的最佳管电压设置是软组织对比度和噪声水平之间的折衷。低管电压设置（例如，70kV）具有高的软组织对比度（特别是对于含碘物质）和较低的辐射剂量，但它们产生较高的噪声水平。高管电压设置（例如，150kV）具有更高的辐射剂量和更低的噪声水平，并且可以更容易地穿透更密集的组织，例如骨骼；然而，它们降低了软组织对比度（即，低对比度可检测性）。
DECT的概念包括使用两个明显不同的能谱（例如，70和150kV）顺序或同时成像，以弥补组织对比度和噪声之间的折衷，同时提供关于组织成分的额外信息。使用不同制造商的CT设备获取双能量数据集的准确扫描仪设置非常不同。
辐射和物质相互作用的两个基本物理相关原理构成了DECT的基础。第一种是康普顿散射，主要是中能现象（非弹性散射），第二种是光电效应，主要是低能现象。
-显示CT电磁辐射最常见影响的图，包括康普顿散射和光电效应。通过光电效应发射的光子（用“1”表示）的能量不同于与来自K壳层的电子（用“K”表示）碰撞的附带光子的能量，从而在过程中将其移除。光子发射后，来自L壳层（用“L”表示）的电子（用“2”表示）填充K壳层。康普顿散射发生在比光电效应更高的能级，并导致散射的X射线光子，部分能量转移到反冲电子中。实心箭头分别显示电子从一个壳层到另一个壳层以及从它们的壳层出来的运动；曲线箭头显示光子或X射线散射的运动。
康普顿散射是CT中的主要相互作用，它取决于电子密度（ρ），是指原子最外层（M壳层）中带电电子对入射X射线光子的散射。光子的部分能量被转移到反冲的外层电子，这导致光子的波长降低。在非常低的能量下，这种现象被称为汤姆逊散射，当入射光子既不改变带电电子的动能水平，也不改变散射光子的波长时，这种现象就会发生。
光电效应代表了CT中X射线光子和物质之间的少量相互作用，它主要作用于具有高原子序数的元素，如碘、钡、钆和铅。由于这种效应，电子被吸收而不是散射。具体来说，具有适当能量的入射X射线光子遇到K壳层电子并将其从原子中喷出。随后，L壳层电子级联到K壳层，这导致X射线光子的发射，称为光电子。
K壳层结合能K壳层结合能量对于周期表中的每个元素都是唯一的，并且与原子序数成比例地增加。在高于K壳层结合能的光子能级上，与低于K壳层结合能量的光子相比，光子更容易被吸收而不是散射，从而导致衰减的突然增加，称为K边界。
物质中光电相互作用的概率由K壳层结合能决定，必须用入射光子的能量来近似。例如，碘中K壳层电子的结合能为33.2keV。与较高峰值千伏多能X射线束（例如140kV）相比，较低峰值千伏束（例如80kV）由更高百分比的X射线光子组成，能量约为33.2keV，这导致光电相互作用的百分比更高，因此碘的衰减更高。对于有机物质，如碳、氧和氮，它们是体内最丰富的原子，K边界非常低（＜10keV），基本上与70到150kV的X射线束没有光电相互作用。由于K边界与原子序数相关，因此可以根据在不同能级下观察到的衰减程度得出关于元素的信息（表1）。如果K边界存在足够的差异，则在两个不同的能量水平上观察元素的衰减（例如，通过使用两个不同峰值千伏来获取CT数据集）可以帮助区分两个元素。这通常称为基于CT数比的光谱分离。钛和钴铬合金等常用于或椎弓根植入物的金属具有相似的K边界，因此分离目前并不有用。
-图显示了材料分解的原理。沿着y轴和x轴绘制低能量和高能量图像中典型遇到的材料的CT数量。标识线或相等线（虚线）的斜率为1，并显示两个CT值相同的值。在人体中，空气（−1000 HU）和水（0 HU）是沿着这条线的相关材料。通过双能成像和材料分解更容易分离它们。虚线表示视觉提示水在任一单能光谱中均为0 HU。
根据采集方法，可以在投影域（使用来自扫描仪的原始数据）或在图像或原始数据域中执行后处理。使用这些数据集，可以重建三种不同类型的图像。
第一种类型由看起来类似于在120kV下采集的标准CT图像的图像组成，可用于常规临床解释。这些图像通常被称为混合或组合图像，它们是通过两个不同峰值千伏采集数据的线性混合来实现的，无论是通过快速kV切换、双源技术还是双层技术采集的。
第二种类型由虚拟单色图像（VMI）组成，它模拟了使用真正的单能X射线源可以获得的图像。这些虚拟的单色X射线束由具有类似能量的光子组成，以千电子伏特表示（表2），而不是多色X射线光束，其具有大范围的光子能量，最终达到峰值千伏。
碘图是通过利用水和碘的明显不同的K边界（分别接近0和33.2keV）创建的，然后可以以灰度（允许在体模研究中验证碘浓度测量值）或在解剖图像上以彩色叠加显示，用于定性评估。
在肌肉骨骼成像中，高能虚拟单能成像有助于减少金属植入物（如脊柱重建或关节成形术）的混叠或条纹伪影，从而提高植入物附近松动螺钉或过程的可检测性，如脓肿。
A、正常混合图像显示大量金属伪影（箭头）覆盖左肾，门静脉对比良好（箭头）。B、在50keV下获得的A中所示同一切片的虚拟单能量图像显示出高门静脉对比度（箭头）和大量金属伪影（箭头）。C、在150keV下获得的A中所示同一切片的虚拟单能量图像显示金属伪影（箭头）和门静脉对比度（箭头）的减少。
CT关节造影可以从碘图中获益。这方面的一个例子是能够区分穿透唇或肩袖撕裂的造影剂与钙化结构。
肌肉骨骼成像中最常用的诊断工具是尿酸物质分解成像，以识别痛风晶体，特别是对于具有非典型临床表现的患者。
A、等效于120 kV下采集的单次能量扫描的混合CT图像显示痛风石（箭头）。B、用于突出显示尿酸盐晶体的材料分解图像（箭头所示的绿色区域）证实了常规CT扫描中看到的病变是痛风引起的痛风。
骨髓水肿可以使用分离钙的物质分解图像来量化；这有助于诊断急性疾病（如骨折）和慢性过程（如轴性脊椎关节炎）以及肿瘤学应用（如多发性骨髓瘤的评估）。韧带和肌腱由于其独特的胶原蛋白含量，可以通过材料分解图像突出显示，胶原蛋白侧链由密集的羟脯氨酸和羟基赖氨酸组成，因此可以与周围肌肉和骨骼中的水和钙分离。
如前所述，VMI可用于优化血管的对比增强。这尤其有助于改善肾功能不全患者的增强效果，他们可能会接受减少剂量的造影剂。它也可能是一种工具，用于改善因居住面积大而导致血管对比度不佳的患者或低辐射剂量采集的儿童的血管系统描述。
它可以实现低对比剂剂量成像，用于复杂的术前计划，如经主动脉瓣置换术、主动脉异常评估，以及具有复杂生理增强轮廓的血管结构，如门静脉。
虚拟平扫图像在急性血管急症中很有帮助，例如，接受主动脉夹层评估的患者需要非增强图像来评估壁内血肿。对于临床上未怀疑解剖但在造影增强图像上可见的病例，虚拟平扫图像可以显示壁内血肿，而无需额外的CT。
疑似出血（如胃肠道出血）的可视化是与碘图结合使用的虚拟平扫成像的另一个应用。具体而言，虚拟平扫图像可以确认或提高确定造影图像上肠腔中出现的过度衰减病灶是否为固体、增强肿块或摄入物质的信心。
当在虚拟平扫图像（如肝脏或大脑）上识别出过度衰减的病变时，碘图可能有助于检测造影剂的活性外渗。通过在碘图上显示肠壁增强程度降低，可以改善急性肠缺血的关键诊断。
对于胸部，基于碘图的图像可用于将血管分析与实质增强功能评估相结合，这有助于可视化肺灌注，突出肺栓塞，并显示肺动脉高压引起的变化。
A、标准混合图像显示左肺动脉亚段（箭头）和典型的汉普顿峰（Hampton hump，箭头）的充盈缺损。B、DECT图像显示了汉普顿峰（实线箭头）仍然可见的肺灌注分析，以及其他清晰描绘的楔形灌注缺陷（虚线箭头）。C、DECT图像显示带有栓子（箭头）的血管内脱落（红色区域）的血管分析，箭头显示汉普顿峰。D、DECT图像提供了肺部的3D印象，并以红色显示楔形灌注缺陷（虚线箭头）。箭头表示肺动脉有充盈缺损。
DECT在心脏成像中有多种用途，包括通过虚拟单能量成像减少金属伪影，通过碘图评估提供心脏灌注信息，并通过材料分解实现动脉粥样硬化斑块分析。
低能量VMI可用于增加病变的显著性，尤其是在肝脏和胰腺的血管过度病变中，如肝细胞癌和泛神经内分泌肿瘤。或者，它可能有助于检测通常表现为实质性高强化的器官中发生的低强化肿瘤，如胰腺导管腺癌。
A、门静脉期DECT图像显示，尽管许多病变很明显，但有些很难发现（箭头），尽管坏死部分很清楚（箭头）但活组织的边缘很难识别。B-D，在50keV（B）下获得的虚拟单色图像显示病变比A上看到的更明显。虚拟平扫图像（C）对应于碘图（D），显示病变包含碘，而不是其他高衰减材料。这些图像是使用第一代双源CT获得的，较小的FOV（黄色圆圈，D）不能覆盖整个解剖结构（虚线箭头，B-D）。实心箭头指向A-D中的中心坏死病变，箭头指向在50keV图像（B）和碘图（D）上比在传统图像A中更容易区分的病变。
虚拟平扫图像和碘图可用于评估肾脏和其他囊性病变。虚拟平扫图像可用于表征过度衰减的病变，否则可能需要进行额外的平扫CT或MRI以确认出血性囊肿。相反，碘图可以确认肾损伤过度减弱时造影剂的存在，从而增加恶性肿瘤的可能性，并为活检、消融术或切除提供更可靠的建议。对于肾上腺偶发瘤和卵巢囊肿，可以采取类似的方法。
A、混合双能量CT图像显示，一个囊肿（箭头）弥漫性过度减弱B和C，虚拟平扫图像（B）显示囊肿（箭头的内部轻微过度减弱，碘图（C）显示囊肿内无造影剂（箭头），从而能够对出血性囊肿进行可靠诊断。
低能VMI有助于评估肠和膀胱壁的完整性，以及增加等衰减胆结石的显著性。
当肠壁碘浓度显著增加时，与正常肠相比，炎症性肠病可使用虚拟平扫图像和碘图进行评估。
根据尿酸和钙的衰减值，可以使用物质分解成像对肾结石进行识别和分类。
A、混合图像清晰显示左肾结石（箭头）。B、DECT图像显示了与骨中钙相似的特性，这使得能够可靠地诊断钙基结石（例如草酸钙）（箭头）。
铁含量可通过物质分解来绘制，以确定肝脏和心肌中的铁过载，以及色素沉着绒毛结节性滑膜炎、血友病关节病等。
DECT的一个新兴应用存在于CT结肠造影中，其中标记的粪便材料可以提供结肠管腔的无伪影可视化，材料分解可以用于去除清洁剂引起的伪影。
当对痛风晶体成像时，被检查的肢体不应放在身体或头部旁边，因为这会通过线束硬化引入伪影。甲床和皮肤老茧也可以模拟尿酸盐沉积，但通常通过记录位置或检查标准灰度图像很容易排除它们。在硬化区域，如退行性疾病或骨皮质，骨折分析可能具有挑战性，因此很难评估小的撕脱性骨折。
尽管评估肝脏中的脂肪和铁含量是DECT的有效应用，但如果脂肪和铁都存在，则此类评估很复杂。含有脂肪的组织的表示通常取决于体内发生的射束硬化量，因此其精度可能会有所不同。
DECT难以评估多发性骨髓瘤的弥漫性骨髓浸润，而虚拟去钙算法可能无法评估病变活力。只有黄骨髓可以很好地成像，因为它的CT值与钙的CT值相差很大（CT值为20比33HU）；红骨髓不能很好地观察。这可能会使年轻患者的椎骨骨髓评估变得不可靠。
血管管腔和钙化斑块之间的区别对于评估心脏（如冠状动脉疾病）和下肢（如外周动脉疾病）的小血管非常重要。然而，由于碘和钙的K边界相对相似，小血管直径、运动的存在（尤其是冠状动脉）或这两个发现的组合使得DECT难以应用。
某些DECT采集方法更容易受到运动伪影的影响。这对于心脏和肺应用尤其具有挑战性，外周静脉。双源系统的一个挑战是，由于第二个探测器的尺寸减小，需要强调患者居中的重要性。
kV快速切换和基于双层探测器的DECT系统的双能量分辨率比双源系统低，因此可能需要比单能量成像中使用的辐射剂量更高的辐射剂量。
图像噪声是所有DECT系统的问题。提高图像质量的一种方法是执行图像混合，其中从来自两个能级的不同量（通常为50%）的数据重建图像，从而产生类似于120kV的单个能量采集的噪声。与混合图像相比，单个能量输出的噪声水平增加了两倍。重新缩放图像以表示实际的对比度水平，例如碘图的对比度，会进一步增加噪声水平。这使得应用去噪算法对于以诊断质量水平显示图像是必要的。
许多实践没有对大患者（例如体重>118千克的患者）进行DECT，因为大体型导致额外的光子饥饿。
尽管VMI上测得的衰减值与软组织单能量CT上的衰减值相对相似，但对于高衰减材料（如骨骼或主动脉等明显增强的结构）而言，它们的准确度较低，显示出的测量值低于高能单能量CT图像上的测量值。
临床DECT成像工作流程因机构而异，与单能量CT相比，技术人员需要更多时间来进行DECT，尤其是在需要额外重建或后处理的情况下。
类似地，为放射科医生在PACS中审查提供的大量图像系列可能会增加已经繁忙的临床环境中的工作量。然而，如果患者能够回顾并避免额外的检查，DECT在长期内可能是有益的。这需要严格的协议实施，并对技术人员和放射科医生进行关于最有效和有益工作流程的教育。
DECT基于复杂的物理概念，但在患者的临床评估中可以是非常有用的工具，增加CT的价值，并可能避免额外的成像。在DECT的应用中存在一些挑战，但大多数挑战可以通过应用优化的技术和实施严格的采集和读取工作流来克服。
2. 肝脏双能量CT应用进展
能谱或双能量CT（DECT）通过在两个不同的X射线管能量水平上获取数据，提高了图像对比分辨率，可以区分和量化在不同能量水平上具有不同衰减特性的组织元素和材料，包括那些在单能量CT（SECT）上显示类似衰减的元素和材料，如钙和碘。
虽然DECT在20世纪70年代中期首次被描述，但由于技术的进步，它在2006年才有可能被引入临床实践（更多内容参见XI区：CT能量成像五十年（1971-2021）：从双能量到多能量的探索）。目前有不同的DECT平台（更多内容参见XI区：要实现双能量成像，有几种方法？这些系统有不同的硬件要求和诊断性能，有待不断改进。这种方法能够对单个光子的能量进行计数和测量，能够改善材料分解和图像质量。
DECT图像的后处理提供了无数的机会。这些机会包括改善对比-噪声比（CNR）和碘的显著性，两者都能改善诊断性能和信心。通过创建虚拟平扫（VNC）图像，可以减少碘剂量，也可以减少辐射剂量。DECT的这些和其他许多优点使得该方法在各种临床应用中得到了广泛的应用，并不断发展。在肝脏成像方面，它的使用特别有助于病变的检测和定性、准确的分期和治疗反应评估、无创的肝脏脂肪或铁质沉积和纤维化的量化、血栓的定性，以及其他一些应用。
双能量数据的后处理可以通过材料分解算法产生广泛的有用信息，产生材料选择性（分解图像，原子数和电子密度图像）和能量选择性图像（反映特定光子能量水平的衰减）。使用有效的原子数和电子密度图可以对材料进行半定量的评估，通过对感兴趣区域（ROI）的测量，提供以每体积质量为单位的特定材料的计算浓度。通过颜色叠加可以提高定性差异的视觉感受。不同的预选材料（例如，碘、脂肪、钙）可以被量化，用颜色编码，或进行去除。例如，碘可以被叠加到具有颜色梯度的灰度图像上，生成碘图，或者被去除，生成VNC图像。分解材料的数量（通常是两个或三个）取决于每个制造商的数学模型和它们在不同能量水平的密度值。
Rho/Z图的应用。有效原子数（Zeff）和电子密度（Rho）图允许通过在感兴趣区域（ROI）内绘制的测量结果对材料进行半定量评估，提供Zeff和HURho测量值，可用于计算相对于水的电子密度（ρe）。在西门子平台上，电子密度值（HURho）被转换为HU单位尺度，其中水的值为0 HU，空气的值为-1000 HU。有效原子数（Z）以1为单位表示。本图中测量的ROI中提供的数字是指Au120衰减/Sn120衰减/Rho值/Z值。
碘的去除和叠加。碘可以被去除，生成虚拟平扫图像，或叠加到灰度图上，生成碘图，叠加的百分比可以配置（中间和底部图像分别为50%和100%）。
尽管VNC图像在多项研究中显示出可靠性，并且可以避免真正的平扫采集（减少辐射暴露和扫描时间），但不同的供应商以及不同的患者规模和采集阶段，其衰减值可能有所不同。一些研究显示，一些腹部器官的碘去除不完全，不同扫描仪、软件应用、增强阶段、身体组织和患者体型的衰减差异也不同。钙化可能看起来更小或被无意中减去，预先存在的含碘的高密度物质，如脂碘化疗材料可能被减去，从而被误认为是对比剂增强。
低能量和高能量图像可被重建为类似120 kV的图像，以模拟标准的SECT扫描，但这些图像受线束硬化伪影的影响较小。混合的能量值可由用户选择，平衡低能量值与高能量图像的相反效果，使增强的差异更加明显（以较高的图像噪声为代价）。
混合的双能量图像重建。混合的能量值可由用户选择，平衡了低能量值的增强（以较高的图像噪声为代价）与高能量图像的相反效果的更明显的差异。在这个来自TwinBeam DECT扫描仪（Siemens Healthineers）的例子中，低能量和高能量的光束来自X射线管处的金（Au）和锡（Sn）的分割滤波器。
虚拟单能谱图像（VMI）模拟在单一能量下获得的扫描，以千电子伏特（keV）来描述。低keV图像提高了碘对比度和病变的明显性，但代价是噪声更大，而高keV图像的对比度较低，但减少了线束硬化伪影，容易受到光子饥饿伪影的影响。在70keV下，与相同辐射剂量下的传统120kV图像相比，这些图像显示出更好的客观和主观图像质量。
从40keV到190keV的轴位（门静脉期）虚拟单能谱图像（Monoenergetic Plus高级噪声优化算法）和混合120-kV-等效图像（120-Eq）。窗口设置保持不变以获得更真实的可比性。请注意，低keV图像的噪声较大，70keV的VMI与混合的120-kV等效图像（120-Eq）相似。
用高能量的VMI减少金属伪影。轴位70、100和120 keV的虚拟单能谱图像（Monoenergetic Plus高级噪声优化算法）（门静脉期）显示，由于金属伪影减少，单能谱水平较高的金属胆道支架（箭头）的管腔描绘得到改善。
能谱曲线是在一系列单能量水平（从40到190keV）的X射线束衰减测量图。这些可能有助于根据曲线形态对特定材料进行表征。
从主动脉（1）、肝实质（2）、胆囊腔内的胆汁（3）和腹壁脂肪（4）的碘化血液中获得的能谱曲线。这些是在一系列单能量水平上的X射线光束衰减测量图，这可能有助于根据曲线形态来确定特定材料的特征。注意碘（高原子数材料）在较低能量下的衰减增加，而水材料（稳定）和脂肪（减少）则相反。
鉴于碘的低K边界33.2keV（材料特定的最小能量，超过此能量衰减达到峰值）和光电相互作用的主导地位，碘在低能量状态下的描述更好。使用低管电压（80 kV）可以提高肝脏富血供病灶的可视化，而且辐射剂量比其他方法低。然而，这也是以更大的图像噪声为代价。来自DECT的低keV VMI（从40到70keV）可以改善肝脏富血供病变的检测，包括肝细胞癌（HCC）和富血供转移。最佳单能级的选择仍然受到最低能量KeV的噪声非线性行为和病人体型的限制。这些限制随着先进的噪声优化VMI重建算法的开发而被克服，该算法结合了低虚拟能量下较大的碘衰减和高能量下较低的图像噪声，为检测富血供病变提供了更好的诊断准确性（和）。最佳的单能谱图像集已在多项研究中确定（主要是40-50/55keV，由于图像噪声较小，后者往往是首选）。
胰腺神经内分泌肿瘤的富血供性肝转移，用动脉期增强DECT获得的低能量VMI（70、50和40keV）更好地描述。经过后处理的低能量VMI（Monoenergetic Plus先进的噪声优化算法）显示，与混合的120-kV等效图像（120-Eq）相比，病变（箭头）的明显程度有所提高，但图像噪声增加。
多灶性肝癌，用动脉期增强DECT获得的低能量VMI（70、50和40keV）更好地描述了肝癌。经后处理的低能量VMI（Monoenergetic Plus先进的噪声优化算法）与混合的120-kV等效图像（120-Eq）相比，显示出较大病灶（箭头）的清晰度有所提高，并允许在较低的keV（箭头）下描绘出更小和更细微的病灶，但代价是图像噪声增加。
低能量 VMI 还可以改善对具有大量结缔增生反应或纤维化的肿瘤（如胆管癌或合并肝细胞癌-胆管癌）延迟增强的检测。
能谱曲线可以准确区分肝脏良性和恶性病变，也可以区分原发性和转移性肝脏神经内分泌肿瘤。
传统的CT只能描述较大的血管浸润，但DECT的几个参数可以准确预测微血管的浸润。碘定量与微血管密度相关，与HCC的SECT灌注参数密切相关，辐射剂量明显降低。结合灌注分析，DECT可预测微血管浸润、包膜浸润和肿瘤分级，不过它的辐射剂量暴露较高。在动脉期使用瘤周和瘤内碘浓度（IC）可用于预测微血管浸润，因为肿瘤周围归一化碘浓度（NIC）显著升高。动脉期的术前NIC值较高，可以预测切除后的早期复发，这意味着它可以成为一个有价值的预测性生物标志物。
肝细胞癌（HCC）的碘定量。两个不同病人动脉期的HCC瘤内碘浓度和归一化碘浓度。术前动脉期碘浓度值较高，可预测切除后早期复发，这意味着它们可以成为有价值的预测性生物标志物。
乏血供病变（Hypovascular Lesions）。DECT对肝脏乏血供病变的检测也有所改善，即使用低千伏数据、混合技术和单能量成像。在低千伏图像中，这些病变与门静脉期的实质相比显示出较低的衰减。报告的病变可检测性的最佳能量水平大多在40和50keV之间，但也可能高达70keV。一项研究还报道了出现在190keV的最高CNR。改进的边缘定义对于评估弥漫性浸润性病变的程度很有帮助。
用低能量的VMI改进了对肝脏乏血供病变的描述。门静脉期的增强DECT图像显示肝脏乏血供病变（箭头）。后期处理的低能量VMI（西门子医疗的Monoenergetic Plus高级噪声优化算法）与混合120kV当量图像（120-Eq）相比，显示出病变边缘的明显性有所提高，代价是图像噪声增加。
碘图有助于描述偶然发现的或原发恶性肿瘤患者的小型乏血供肝脏病变的特征，从而可以根据病变内碘的缺失或存在来区分囊肿和转移。已经发现，与传统衰减测量得到的结果相比，门静脉期IC中1.2mg/ml的阈值（在注射150ml浓度为300mgI/ml、流速为3ml/s的碘胺醇后固定延迟70s）可以更好地区分良性和恶性小型低密度病灶。对能谱曲线的分析有助于确认在不明确的情况下是否存在增强，显示出在较低的能量水平上衰减呈指数增长（与假性增强相反），假性增强的曲线更平坦。复杂囊肿也可以通过细微的增强描绘来区别于简单囊肿。
用于描述肝脏低密度病变特征的碘图。三个不同患者的门静脉期增强DECT图像的混合图像和碘重叠图像显示，在类癌和结直肠癌的肝转移病例中，小的低密度病变的碘密度分别为2.6mg/ml（a）和1.2mg/ml（b），而底部图像中的简单肝囊肿（c）的碘浓度则低于1mg/ml。
能谱曲线，确认增强的存在。动脉期增强DECT图像的碘重叠图像显示两个小的低密度病变，碘密度为1mg/ml。上部病变在较低的能量水平上显示出指数级的衰减增加（白色曲线和圆圈），与囊性病变的假性增强相反，后者表现出更平坦的曲线（蓝色曲线和圆圈）。黄色曲线和圆圈对应的是肝实质的测量，显示出来供参考。
肝脓肿可能难以与出现中心坏死或囊性改变的肝转移灶相区别。DECT进行的定量分析被证明有帮助，因为与脓肿相比，转移灶表现出更高的密度、有效原子数和碘浓度，而脂肪浓度较低。脓肿在静脉期和延迟期的病变壁上的IC更高。这也有助于区分肝脓肿和坏死的HCC或肝内小块形成的胆管癌。
基于尺寸的肿瘤分类系统，如实体瘤反应评价标准1.1版（RECIST 1.1），受到病变靶点选择或测量的变异性以及不考虑病变灌注或组成的限制（尽管治疗反应成功，但有坏死或肌性变的病变可能保持稳定或尺寸增加）。对于与非常规反应模式（即假性进展）有关的新兴免疫治疗药物来说，这尤其成问题。抗血管生成药物也可用于减少血管而不改变肿瘤大小。鉴于DECT评估血管的能力有所提高，它可以作为肿瘤活力的可靠生物标志物。用DECT的碘定量评估HCC的血管生成，在动物模型中显示出很好的效果。DECT碘图的碘摄取量变化对于用索拉非尼治疗的晚期HCC患者的治疗反应评估也有价值。
在评估接受射频消融（RFA）的HCC时，IC可以准确区分残留或复发的HCC、炎症反应区和RFA病灶。这些参数已经显示出能够在12个月内很好地预测HCC进展的价值。
在HCC微波消融后的早期评估中，50 keV的VMI在确定疗效时提供了更好的图像质量和诊断信心。
经动脉化疗栓塞（TACE）通常是用化疗药物和脂碘醇的混合物进行，然后再使用栓塞剂。脂碘醇在肿瘤内的沉积与坏死有很好的相关性，可以预测肿瘤的复发和生存率。它在磁共振成像（MRI）中观察不到，其密度会影响SECT对增强的肿瘤的检测。双能量CT能够对脂醇进行量化，可以更准确地检测残留或复发疾病。在TACE之前，动脉期的NIC值与肿瘤中脂碘醇积累的等级密切相关，这意味着它可能是一个用于选择更有可能从治疗中获益的患者的参数。TACE后，与坏死区相比，肿瘤活动区的动脉相谱曲线更陡峭，动脉碘分量对区分肿瘤活动区和相邻的正常肝实质非常有利（和）。碘叠加图像能够区分增强的活性病变和碘油积聚。
两名患者使用多柔比星洗脱微球经动脉化疗栓塞治疗肝细胞癌后，在动脉期从DECT得到的碘定量和能谱曲线分析。上面的图像显示一个低密度区域，碘密度为-0.4mg/ml，能谱曲线平坦（白色曲线和圆圈），与坏死区一致。底部图像显示低密度区，碘密度为0.9mg/ml，能谱曲线平坦（蓝色曲线和圆圈），周边厚边缘显示碘密度为4.1mg/ml，能谱曲线陡然下降（白色曲线和圆圈），表明肿瘤活跃。黄色的曲线和圆圈对应的是肝实质的测量值，供参考。
经动脉化疗栓塞术（TACE）治疗肝细胞癌（HCC）后，用多柔比星洗脱的微球在动脉晚期从DECT获得的能谱曲线分析。左叶复发的HCC（1）表现出陡峭的下降能谱曲线，与肝实质（2）和以前TACE（3）的坏死区相反。
有人提出了一种新的栓塞珠，它将使用铋作为辐射促进剂，在DECT上可与碘区分开来，尽管有碘造影剂存在，但仍能识别非靶向输送或治疗不足的肿瘤。碘基和铋基栓塞珠有能力装载不同的化疗或免疫治疗药物，允许双重药物输送。体内安全性研究仍需进行。
钇-90放射性栓塞术后的增强摄取程度已被证明是一种有价值的肿瘤反应标志物。中晚期HCC的碘摄取量变化可以预测反应，并与总生存期相关。
DECT参数与Choi标准之间也有很好的相关性，用于胃肠道间质瘤肝转移的治疗反应评估。由于存在与治疗有关的变化，包括出血和钙化，这项工作特别困难，而这些变化对碘浓度的影响可能较小。这些标准优于RECIST 1.1和mChoi标准。
尽管活检仍然是诊断弥漫性肝病的参考标准，但它是侵入性的，不足以监测其进展。关于非侵入性技术，MRI仍然是最准确的技术，但在一些病人中是禁忌症，价格昂贵，而且不能广泛使用。
肝脏脂肪变性与代谢综合征和非酒精性脂肪肝（NAFLD）有关。它可能发展为脂肪性肝炎，目前是肝硬化发展的主要原因。这发生在大约20%的非酒精性脂肪肝患者身上，因此，早期检测肝脏脂肪和实施控制测量至关重要。化疗也是导致肝脏脂肪变性发生率增加的原因之一。它可能会诱发一种特殊形式的脂肪性肝炎，并使患者的预后恶化。
双能量CT可以提供可靠的物质成分估计，而不需要平扫的采集。然而，与SECT相比，它在脂肪定量方面的表现较差，与MR波谱的相关性也不高。然而，从多材料分解算法中获得的肝脏脂肪百分比与衰减测量之间仍有明显的相关性。10%的肝脏脂肪阈值对于预测指示中度至重度脂肪变性的平扫CT衰减具有高度敏感性和特异性。还有人发现，从DECT获得的肝脏脂肪分数与从MRI获得的肝脏脂肪分数之间有很强的相关性，在不同的扫描阶段没有观察到明显的差异。
在两个不同的患者中使用双能量CT进行肝脏脂肪定量。从轴向的DECT图像生成的脂肪分数图显示，第一个病人（a）没有脂肪浸润，而另一个病人（b）从三个感兴趣区域得到的脂肪分数不同。
对于VNC图像，使用平扫的SECT标准，肝脏衰减<40HU对中度至重度脂肪变性具有高度的特异性和积极的预测性，尽管与真正的平扫图像相比，肝脏衰减被轻度高估（5.4 UH），但支持其可靠性。最近一项以质子密度脂肪分数MRI为参考标准的研究发现，VNC衰减值与肝脏脂肪含量之间只有中等程度的相关性，敏感性为57-68%，但发现诊断脂肪变性的特异性很高（≥90%）。其他人发现在VNC和真正的平扫图像中测量的CT参数对诊断肝脏脂肪变性的诊断性能相当；然而，我们是否能够依靠VNC值来诊断肝脏脂肪变性，还需要进一步研究。
相反，低剂量平扫DECT（CTDIvol为2.94mGy）的肝脏脂肪定量与MRI质子密度脂肪分数密切相关，为诊断脂肪肝提供了极佳的诊断性能，截止值为≥4.61%。这种方法可以作为肝脏脂肪变性具体工作的一种选择。
早期的研究还使用了低能量和高能量VMI的衰减差异和曲线来划分脂肪浸润的严重程度。鉴于其对高能X射线的衰减比低能X射线大的独特性质，脂肪在相减图像（低keV图像减去高keV图像）中会显得更亮。
门静脉期的碘浓度值还可以提高增强CT对脂肪病变的诊断，与健康肝脏患者相比，脂肪肝的碘浓度值明显较低，这可能是由于碘的间质分布较少。
铁沉积发生在多种原因的慢性肝脏疾病中。这可能导致肝脏损伤，增加肝硬化和HCC的风险。
高能量和低能量采集时的肝脏衰减差异与MR R2弛豫测量技术在估计铁沉积方面显示出强烈的线性相关性。虚拟铁含量测定（三物质分解算法）也显示出与血清铁蛋白水平的相关性，并显示出与MR R2弛豫测量法相当的敏感性和特异性，但仅适用于临床相关的肝脏铁浓度阈值。尽管对中度至重度铁过载的病例有很好的诊断准确性，但在MRI定量因信号衰减极快而受到限制的情况下，DECT的定量结果也不尽相同，尤其是对低度沉积，仍需要大量的队列进行验证以确认该方法的准确性和稳健性。最大限度的能谱分离非常重要，病人的大小可能影响铁的定量。
脂肪和铁沉积在CT衰减中的相反作用限制了对它们在SECT上的同时积累的评估。DECT能够对特定物质进行量化，可以克服这种限制。然而，显著的脂肪沉积可能会导致对铁积累的低估。基于三物质分解算法（铁、软组织和脂肪），虚拟铁含量图像有可能消除脂肪对铁定量的影响，但这仍需进一步研究。
肝纤维化的分期与患者的预后有关，因为早期阶段可以通过治疗或控制致病因素而逆转。最常用的影像诊断方法是MRI和超声弹性成像。已有几种CT方法用于纤维化的分期，但可能需要专门的软件和高辐射剂量。
胶原纤维沉积引起的细胞外空间扩张与纤维化程度密切相关，并可进行量化。SECT上的肝细胞外容积（fECV）表示平衡期的绝对增强，需要两次采集，对比剂用量较大，且容易出现错位。双能量CT使研究人员能够仅根据平衡期对碘造影剂进行准确的量化。多项研究表明，在估计纤维化程度方面有良好的效果。180s和240s的平衡期图像都被使用（后者的相关系数略大）。也有人提出了10分钟的期相，理论上允许对比剂更大的扩散。然而，一项不同的研究用180s和10分钟的平衡期图像获得了类似的结果。现有的研究仍然是异质性的，有不同的扫描仪和方案，而且许多研究依赖于肝脏活检标本，由于纤维化分布的异质性，这些方法容易出现分期误判。在DECT中使用fECV计算进行肝纤维化定量的验证需要进一步调查。
肝脏fECV也可以从碘密度图中获得：肝脏纤维化导致门静脉血流减少，IC随之下降，而肝动脉缓冲反应使动脉期的IC增加。一些研究显示IC和NIC与组织学上的纤维化和肝硬化之间有很好的相关性，尽管使用了不同的扫描阶段。动脉期和门静脉期的IC之比是另一个有希望的定量参数。从平衡期以及动脉期或门静脉期的肝脏IC计算出的碘斜率，也与终末期肝病模型（MELD）评分呈正相关。
双能量CT的肝纤维化分期。由纤维化引起的细胞外空间（ECS）扩张可以通过测量碘浓度（IC）来量化，碘浓度在延迟期增加。肝纤维化时门静脉流量减少与肝动脉缓冲反应导致门静脉期的IC减少，动脉期的IC增加。
也有报道称，在临床上有明显纤维化和肝硬化的患者中，由门静脉和3分钟延迟期计算的碘洗脱率较低，与fECV相比，其准确性有所提高。
肝脏是多发性创伤患者中第二常见的腹部器官。重要的治疗决定往往根据最初的CT扫描进行，以便对需要立即进行手术或血管造影处理的病人进行分层。双能量CT方法可以提供关于内脏增强、血管损伤和存在活动性出血的宝贵信息。它们可以准确区分出血和钙化，减少可能导致严重解释困难的金属相关伪影。低keV图像可以提高对器官裂伤的检测。
使用低keV的VMI使在评估肝脏血管时获得更好的客观和主观的图像质量。这些使得碘对比剂的负荷减少了25.4%。
有几个因素可能会损害肝脏增强的质量，包括慢性肝病、血流动力学的改变、采集时间的不充分以及肾功能不全的患者的造影剂剂量节省。低能量的VMI在肝内增强不佳的情况下获得的图像中显示出明显的CNR改善。
使用低能量VMI（Monoenergetic Plus高级噪声优化算法）改善血管描绘，该扫描由于采集时间不充分而导致肝内对比度增强不佳。
门静脉期中的碘浓度是准确评估门静脉高压的一个有前途的无创性措施，显示出与直接门静脉压力的强相关性。根据碘密度定量指标的变化，可用于评估经颈静脉肝内门静脉分流术后的肝血流变化。
高达44%的HCC患者会出现恶性门静脉血栓（PVT），使预后恶化，限制了治疗方案。动脉晚期的血栓强化是最具体的标志，表明其具有恶性。从DECT获得的碘图可以准确无创地描述PVT，尽管血栓定量的最佳扫描阶段和最佳碘阈值尚待定义。与其他DECT重建算法相比，使用低keV的VMI（最好是40keV）可以显著提高检测PVT的诊断性能。
目前的DECT技术仍受限于特定材料分解方法的明显厂商间差异，例如在单能谱数据和碘定量方面。不同器官和扫描仪设置的VNC图像的衰减测量也需要在其他供应商之间进行比较。碘定量的准确性还受到与病人（如体型大小）和扫描仪生成等其他因素的影响。
双能量CT容易出现与图像后处理有关的独特伪影，包括与减影有关的伪影（例如，不小心减去钙化）。
与重建时间增加有关的工作流程限制已经通过多种策略得到改善，包括使用瘦工作站或将后处理软件整合到远程工作站中。然而，大量的数据需要大容量的存储系统，需要更多的解释时间。
临床实践的决定，包括双能量扫描和图像重建的病人和检查类型的选择，也有局限性。一个多机构的共识建议使用标准化的腹部盆腔CT协议，在特定情况下推荐使用DECT。
放射线组学分析采用先进的数学算法，从成像数据中提取信息，以产生超出视觉图像解释的病理过程模式。虽然数量有限，但基于DECT的放射组学的潜在应用已经公布，包括几种癌症的结节转移预测、肝脏和胰腺实性良恶性病变的区分，或正常肝脏与脂肪变和肝硬化的区分。但有报道称，DECT的放射组学特征的可重复性有限。
使用卷积神经网络进行的深度学习成像重建技术可以改善CT图像质量。这些算法已经证明了DECT上肝脏病变的明显性得到了改善，并能对肝脏病变进行自动定位和分类。人工智能也能够改善肝脏分割和脂肪定量，以及预测转移性疾病的发生。
区分低能量和高能量不同衰减特性的造影剂的能力使研究人员能够用两种造影剂同时成像，在一次采集中提供不同的血管期相。
新型的光子计数探测器将入射的X射线转化为单个移动电荷，产生电流和与单个光子能量直接成比例的信号。光子计数CT成像提供了更多的离散信息，能够进行K边界成像和区分两种以上的材料，提高了肿瘤的显著性和分期。在同等辐射剂量下，更薄的层厚可以减少部分容积效应。随着电子噪声的消除，常见的有害图像伪影的发生明显减少，剂量效率也得到提高。未来的研究需要确定临床方案的最佳参数。
双能量CT具有独特的物质区分和量化能力，在许多疾病过程中提供更好的诊断性能，允许减少碘对比剂和辐射剂量，以及其他许多比SECT方法更多的优势。它的价值已经在许多临床应用中得到证实，包括在肝脏疾病的治疗中。病变检测和定性、准确的分期和治疗反应评估、脂肪/铁肝沉积和纤维化的无创量化以及血栓定性是DECT最有价值的用途之一（表1）。目前的局限性包括体型较大时图像质量下降，跨厂商和扫描仪的差异性，以及重建时间长。光子计数CT方法是有希望的技术，可以在较低的辐射剂量下获得更好的图像质量和诊断准确性。
-低能量VMI（40-55 keV）可以提高对富血供和乏血供肝脏病变的检测。
-HCC中的碘定量可以预测微血管侵犯和切除后早期复发。
-碘定量和能谱曲线有助于描述小型低衰减肝脏病灶的特征。
-定量分析可能有助于将肝转移与脓肿、坏死的HCC或肝内小肿块形成的胆管癌相区别。
-碘定量可能是抗血管生成药物、射频消融、微波消融、TACE和钇-90放射性栓塞治疗的HCC中肿瘤活力的可靠生物标志物。
-用于GIST肝转移患者治疗后评估的碘肿瘤负担标准优于RECIST 1.1和mChoi标准。
-从多物质分解算法得到的肝脏脂肪百分比与从MRI得到的脂肪分数显示出很强的相关性。
-虚拟铁含量测定（三物质分解算法）显示出与MR R2*测量法相当的敏感性和特异性，但仅适用于临床相关的肝脏铁浓度。
-用DECT获得的肝细胞外容积（fECV），无论是从平衡期的绝对增强还是从碘定量获得，都显示出与肝纤维化和肝硬化的良好相关性。
-碘图对于评估内脏强化、血管损伤和是否存在活动性出血很有帮助。
-低keV的VMI可以改善对肝脏血管的评估，并且可以减少25.4%的碘对比剂用量。
-碘浓度是评估门静脉高压和TIPS置入后血流变化的一个有前途的工具。
-低keV的VMI（40keV）可以提高PVT的检测率，碘图可以区分恶性和良性的PVT。
fECV，肝脏细胞外容积；GIST，胃肠道间质瘤；HCC，肝细胞癌；PVT，门静脉血栓；RECIST，实体瘤的反应评价标准；TACE，经动脉化疗栓塞；TIPS，经颈静脉肝内门静脉分流。
3. 要实现双能量成像，有几种方法
双能量CT成像包括基于简单原理的独特一代CT系统，该原理利用了CT图像中存在的能量相关信息。在过去二十年中，随着双源CT（DSCT）系统的引入，DECT原理得到了扩展，能够克服传统CT遇到的组织特征限制。
CT成像基于测量X射线束通过的不同组织的线性吸收系数。每个组织都有自己的线性吸收系数，这取决于其物理密度和原子序数以及光束能量。
在X射线和物质之间的相互作用过程中，光子被生物介质根据指数定律衰减，这是光电效应和康普顿散射的一个因素。
使用传统的CT，仅使用一个X射线光谱的混合能量，并集成衰减测量，因此失去了特定组织的所有能量依赖性。不幸的是，对于相同的X射线束能量，如果两个组织的衰减相似（例如钙和骨），则两个组织将被分配相同的HU值，并且很难区分它们。为了克服这一限制，CT技术的一个新领域被称为“双能量CT成像”。总的想法是利用组织的能量依赖性数据，主要基于组织的加权光电效应和康普顿散射来测量和区分组织。
不同双能CT平台上可用的不同类型双能量图像。Virtual monochromatic images（35至135 keV或200 keV**）。Monochromatic images（40至140 keV）。Monoenergetic（40至200 keV）。Monoenergetic images（40到190 keV）
**仅在Aquilion One Prism上可用。对于GE双能量CT平台，可以对不同元素进行材料分解，从而创建不同类型的双能量图像。对于佳能医疗系统，双能量是从五个CT系统的三种不同双能量采集技术获得。采集和重建参数取决于CT系统，详见下表。
旋转-旋转-轴向kV切换（双能量旋转-旋转）模式包括在具有低管电压（80或100 kV）的容积上执行一次旋转，然后在具有高管电压（135 kV）相同容积上执行另一次旋转。在这两次旋转之间，在没有X射线发射的情况下进行另一次旋转，以使CT系统切换两个电压管。根据CT系统，在40和160 mm之间的相同轴向容积上执行两次采集。利用这种采集模式，可以使用管电流调制系统。材料分解过程是在原始数据上进行的，VMI能级范围为35至135 keV。
在螺旋kV切换（双能量螺旋）模式中，通过在每次旋转时交替kV（80或100 kV和135 kV）以螺旋模式进行采集。为此，投影在360°范围内采集，切换时间为0.1至0.2秒。有一种用于剂量减少的部分扫描模式，可限制放射敏感器官的直接照射。当射线管处于零位置附近时，该模式会切断X射线，在达到0°之前没有曝光时间，而在0°之后的时间相同。检查床随着每次旋转缓慢移动，CT系统根据旋转时间自动设置低螺距。在这种采集模式下，不能使用管电流调制系统。材料分解过程在图像域中进行，VMI的能级范围为80至135 keV。
快速kV切换包括当球管探测器围绕患者旋转时，从高（135 kV）快速重复切换（<1 ms）到低kV（80 kV）。在旋转过程中，旋转时间（或投影数）在两个电压管之间被分成两个相等的部分。这种管电压切换提供了从两个不同的能谱的数据采集，时间和空间上紧密对齐。双能量重建通过将用一种能量获取的视图转换为另一种能量来工作，以使用经过训练的深度神经网络创建深度学习视图。深度学习双能量采集模式仅适用于Aquilion ONE Prism CT系统。快速kV切换可以在螺旋（螺距在0.5和1.5之间，准直为40和80mm）或轴向（容积为40和160mm）采集中进行。可以使用管电流调制系统和具有门控的心脏模式。材料分解过程是在原始数据域本身中进行。VMI的能级在35至200keV的101个能级中的任何一个能级中提供灰度图像。
对于所有采集模式，可用的最小重建层厚为0.5mm，重建视野（FOV）为50cm，矩阵为5122像素。迭代重建算法AIDR 3D适用于所有CT系统（除Aquilion ONE Prism，对于该系统，深度学习双能量重建算法可用）。
该切换在Revolution GSI上需要0.5ms，在其他CT系统上需要0.25ms。大多数CT系统上的mA是固定的，但Revolution Apex平台的Quantix管提供了同步的kV和mA切换。在低kV和碘图下，kV和mA同时切换提高了图像质量（降噪10%以上）。使用Revolution CT和Revolution Apex平台，与经典的1D准直仪相比，增加了3D准直仪（患者后）以减少散射和线束硬化。kV切换可在螺距为0.5至1.5的螺旋模式和轴向模式下进行，但仅适用于40 mm的容积。在螺旋模式下，Revolution GSI和Revolution Frontier可使用20和40 mm的准直，Revolution CT和Revolution Apex平台可使用40和80 mm的准直。只有在Revolution GSI和Revolution Frontier上，才能对GSI采集进行心脏门控（智能心脏）扫描。
对于所有系统，32cm和50cm扫描FOV都可用，准直为0.625mm。可以使用5至50cm的显示FOV、5122像素的矩阵大小和不同的算法代来重建图像：Revolution GSI上的ASIR、Revolution Frontier以及Revolution CT和Revolution Apex平台上的ASIR-V。新的深度学习图像重建算法TrueFidelityTM可用于后两个平台。
该技术的优点包括低投影和高投影之间的延迟很少（<0.5 ms），提供了出色的时间分辨率、成本高效的设计和50 cm的FOV。
在切换期间电流调制的限制导致来自低能谱的信号的相对减少和来自高能谱的输出的增加。通过为低kV采集分配更多时间和能谱深度学习重建，部分补偿了这一点。其他缺点包括早期的机架旋转速度≥0.5s，光谱分离较低。还需要专用硬件。
这两台机器都有一个z轴飞焦点，iQon和CT7500的准直度分别为40 mm和80 mm。检查床移动速度为185（CT7500为600）mm/s，典型的螺距范围为0.07至1.5（CT7500的螺距为1.65）。心脏门控可以是前瞻性或回顾性的，时间分辨率可以低至135ms。管电流调制与常规CT采集相同：心脏采集中与Z-DOM或3D-DOM调制和心电图（ECG）相关的剂量调制。
材料分解过程在原始数据域中执行。在50 cm FOV和5122像素矩阵大小上，重建切片厚度可以从0.67到1 cm不等。光谱重建算法可用于不同的卷积核。
该扫描仪的优点包括两次能量采集之间没有延迟，提供了出色的时间分辨率，同时具有出色的空间分辨率。恒定的高kV允许更高的总X射线功率，这对于较大的患者来说是有价值的，并且顶层吸收大多数低能光子会使光谱硬化。获取的光谱数据的完美对齐允许在投影域中进行材料分解，迭代重建可用于剂量减少。它可以始终以“双能量模式”运行，因此不需要事先的规划，在工作流程中很有价值，代价是重建时间相对较长。
缺点包括探测器对低能量光子和高能量光子的不清晰区分（其两个层的灵敏度分布之间的重叠），导致较低的能量分离（通过层间滤波器改善，此举降低了剂量效率）。另一个挑战是高衰减物体减少了光谱的较低能量分量。发射的低能量和高能量光谱不能在球管处平衡；在两个探测器层之间存在交叉散射的敏感性，并且使用抗散射栅格降低了光学灵敏度。专门的探测器硬件需求增加了技术挑战和成本。
对于西门子Healthiners，在使用两个不同的双能CT平台进行采集期间获得了双能量光谱（下表）。
在双源CT（DSCT）平台上，使用SOMATOM Force和SOMATOM Drive的两个X射线管/探测器对采集图像数据集，这两个对的角度相差95°。一个X射线管使用低kV（70−100 kV），另一个使用高kV（带或不带锡滤波器（140 kV或Sn150 kV）），与其他平台相比，光谱分离更好。根据CT系统，可提供不同的kV组合，以适应患者的体型或CT检查的临床适应症。使用两个球管、较低的旋转时间和较小的螺距意味着可以以66至75ms的时间分辨率进行心脏门控CT扫描。然而，第二个球管的探测器阵列的宽度减小到33或35cm（第一个球管为50cm），从而将双能量采集和重建FOV限制在33或35cm。
使用分离滤波器CT平台，一对具有120 kV（或140 kV）管电压的X射线管/探测器与两个滤波器耦合，以将能谱分离为一个低（0.05 mm金滤波器）和一个高（0.6 mm锡滤波器）光谱。采集和重建FOV的最大值均为50cm。旋转时间范围为0.25至1 s/rot，取决于CT系统，但螺距限制为0.25−0.45。时间分辨率范围从125到165ms，取决于系统。
使用DSCT平台，可以使用多个准直，而分裂滤波器CT只能使用一个准直。球管CAREDose 4D电流调制系统可以用于所有分裂滤波器CT和DSCT系统。由于光谱图像是在图像域中获得，因此迭代重建算法ADMIRE或SAFIRE可用于0.5至10mm范围内的不同卷积核和层厚。双能量图像可使用两个平台的5122像素矩阵重建，而仅用于DSCT的7682和10242像素矩阵重建。
第二代和第三代DSCT扫描仪在高能X射线管中添加了锡滤波器，提高了剂量效率和CNR。其他优点包括可能的管电压调整以最大化光谱对比度和辐射剂量效率，以及剂量减少技术（例如，自动管电流调制、迭代重建等）。
缺点包括B探测器较小可用视野（FOV），因为第二探测器尺寸受CT机架尺寸的限制（尽管该视野之外的较大探测器数据仍然可用于单能量成像）。两种球管-探测器组合之间可能的交叉散射源于偏置和噪声（使用探测器元件从技术上减少，并通过成像重建方法进行校正）。球管之间的角度差阻碍了基于投影的材料分解。另一个相关的缺点是增加了硬件需求，增加了技术挑战和成本。
在某些CT系统上，另一种技术也用于双能采集。该技术包括用低管电压进行第一次螺旋采集，然后用高管电压进行第二次螺旋采集（有或无额外滤过）。它的用途仍然局限于减少金属伪影、校正线束硬化或表征肾结石成分。第一次采集开始和第二次采集结束之间的长时间不允许该技术用于碘造影剂注射检查。
双能量图像具有非常重要的定量能力，它们可以改善某些病变的检测和表征，并有助于患者的治疗决策。这些定量参数必须准确且可重复。为了评估单个DECT平台或采用不同技术的多个DECT平台上的双能量图像质量，在模型和患者身上使用了许多指标。
在VMI中，可以从位于体模上插入物或患者图像中组织/病变上的感兴趣区域（ROI）计算。根据这些ROI，可以计算诸如HU值、图像噪声以及信噪比（SNR）和CNR等参数。特别是，这些指标使评估材料或组织/损伤的对比变化成为可能，这取决于单能量水平。在模型上，为了确保双能量图像中计算的HU的准确性，测量了均方根偏差或单色偏差等参数。这些可以评估给定插入物中测量的HU值与其理论值之间的差异。HU和碘的准确度越高，双能量性能越好，与临床结果越相关。这些指标还可用于确保电子密度和有效原子序数图的相关性，特别是在放疗部门。
这些指标开始用于评估VMI的质量，因为它们允许评估其他图像特征。噪声功率谱（NPS）用于根据keV评估噪声的纹理和振幅。基于任务的传递函数（TTF）用于评估近临床对比度和噪声条件下的空间分辨率。对于含有碘浓度的插入物，这将通过考虑噪声和对比度的变化（两者在低keV时增加）作为keV的函数来计算。从模型观察者计算的可检测性指数也可用于评估模拟病变的可检测能力。该参数类似于CNR，但具有考虑噪声及其纹理、TTF的模糊以及模拟人眼响应的可视化功能的优点。该指标对于根据病变的大小和组成确定最佳单能量水平非常有用，这在临床常规中至关重要。
要评估所有这些，必须使用合适的模型。对于经典测量参数，模型必须由足够大小的插入物和与双能量图像中存在的组织成分/密度相似的材料组成。不同浓度的碘插入物用于评估HU和碘浓度的准确性。必须了解线性衰减系数和理论HU值随每个插入物keV的变化。有许多模型可用于测量这些经典度量。然而，这些模体并不总是适用于评估高级参数。NPS必须在具有均匀横截面的模型中进行测量，这对于大多数经典图像质量模型来说都是如此，但对于那些用于测量经典参数的模型来说。必须在适当尺寸的插入物上计算TTF，插入物周围具有足够大的均匀面积。对于双能量图像，必须在与所研究的临床病变相似的插入物上进行计算（即碘或钙插入物）。然而，到目前为止，市场上还没有同时满足这些不同要求的产品。
如果要使放疗更可靠，评估双能量图像质量以确保放射科医生能够做出准确的临床诊断至关重要。存在几种评估图像质量的指标。这些需要合适的模型，但现场并不总是可用。为确保随时间推移的一致性能，应实施双能量图像的质量控制。
参考文献：Greffier J, Villani N, Defez D, Dabli D, Si-Mohamed S. Spectral CT imaging: Technical principles of dual-energy CT and multi-energy photon-counting CT. Diagn Interv Imaging. 2022 Nov 19:S2211-5684(22)00221-2. doi: 10.1016/j.diii.2022.11.003.。Curvo-Semedo, C. Pros and Cons of Dual-Energy CT Systems: “One Does Not Fit All” Tomography 2023, 9, 195-216.https://doi.org/10.3390/tomography9010017
心脏双能量成像
双能量计算机断层成像（DECT）是一种新兴的成像技术，它包括利用两种不同的X射线谱能量采集两个独立的数据集（参见：CT能量成像五十年（1971-2021）：从双能量到多能量的探索）。
任何特定材料在不同能量水平下都呈现不同的X射线吸收特性。除了传统的单能量CT（SECT）外，DECT还提供了更多的应用，后者主要获得密度和解剖信息。
自首次出现以来，已探索了几种心脏DECT应用，如虚拟单能量图像（VMI）、虚拟平扫（VNC）重建和心肌灌注碘图，这些应用已证明可提高诊断准确性和图像质量，同时减少辐射和造影剂的使用。
尽管DECT的引入可追溯到十多年前，但这项技术的广泛应用仍存在延迟，主要原因是扫描仪可用性差，缺乏广泛的临床验证，以及缺乏预后研究证明其优于传统成像技术。
目前，正在进行多项研究，以进一步提高DECT的图像质量和诊断准确性，从而扩大心脏CT的应用。
由于心脏和呼吸运动，心脏成像一直是一项具有挑战性的技术。在过去三十年中，技术发展，如多排探测器扫描仪、改进的机架旋转时间和采集以及后处理软件的进步，首先解锁了心脏SECT扫描，现在解锁了DECT。DECT成像可以通过不同的技术获得。由于心脏和冠状动脉是快速移动的结构，双源DECT（DS-DECT）和双层探测器DECT是唯一两种能够获得完全同步数据采集的DE技术，与其他策略相比，误配准风险更低。
DECT的一些最关键的成就是最近通过双源CT扫描仪获得的，该扫描仪现在允许管之间更宽的光谱分离，其中一个球管在70kV下工作，另一个在150kV下工作，提供80kV的最大差值范围。
这种改进意味着更准确的双能信息和改进的材料差异。尽管在采集过程中应用了更高的能量，但X射线光谱的锡过滤的引入使得剂量水平得以显著降低（参见：能谱纯化技术的基本原理与临床应用）。然而，应考虑到，通过SECT达到的心脏成像低剂量水平不能通过DECT采集模式获得。DECT技术使得“Flash”采集模式不能实现，因为如前所述，DECT需要两个X射线管以不同的管电压工作，而大螺距模式需要两个X射线管上的相同电压。
正如预期的那样，DECT检查的原始数据量大约是SECT检查的两倍。这些数据允许更多不同的重建，需要进行后期处理和解释，因此技术专家和放射科医生需要进行非常复杂和耗时的工作流程。希望这一工作流程能够不断改进，这要归功于直接在扫描仪或工作站上执行的自动化或半自动化后处理软件，这可能会大大减少分析和解释所需的时间。
与传统的DECT相比，PCCT能够计算X射线光子的总数及其能量分布，从而提高对比噪声比和能量分辨力。这转化为优越的噪声特性，特别是在低剂量扫描中，这在儿科成像或筛查成像中非常有用，例如钙化评分或解剖随访。半导体材料代替闪烁体材料的存在，以及对探测器单元进行细分的选择，可以获得更高空间分辨率的图像（参见：心血管超高分辨力成像的未来）。这可能有助于评估冠状动脉管腔和支架的通畅性，因为钙华和金属伪影（低分辨率部分体积效应的后果）可能导致对狭窄的高估。改进的空间分辨率也有助于更好地描述高危斑块特征，如薄帽纤维粥样斑块或微钙化，提高CCT预测值。PCCT允许“始终可用”的多能量辨别能力，有助于显著减少金属伪影，并对人工瓣膜、支架、ICD或任何其他心脏设备进行正确成像，从而改善对任何围手术期并发症的评估。
该应用程序可以通过优化对比噪声比来提高图像质量，并有助于减少伪影、造影剂剂量、患者的辐射剂量和检查时间。
虚拟单能图像通过后处理技术获得，该后处理技术计算所需水平的假想能量（keV）下的图像。几项研究表明，用非常低的keV进行重建，接近碘的K边界（33.2keV），可以改善血管对比度。然而，虽然减少keV的效果会增加图像对比度，但也会导致噪声显著增加，产生的图像无法用于诊断。
VMI+是Grant KL等人提出的一种新的重建算法。具体而言，该算法通过低能量下的高信号和中等能量下的优越噪声特性的区域空间、基于频率的复合来避免在较低计算能量下增加的噪声。他们的方法改进了图像后处理，允许重建达40keV，对比噪声比（CNR）和信噪比都有了显著提高。Zeng等人很好地总结了VMI+协议的应用如何在各个领域带来显著的益处，如肿瘤学、肺栓塞（Pe）、活动性动脉出血和肝脏损伤（参见：DECT单能谱图的临床应用）。然而，一些研究报告了定量和定性图像质量之间的有效匹配，因为很多读者不喜欢50-60 keV的图像，因为低于该keV的噪声过度增加，而对比度的增加并不能证明这一点。
缺乏标准处理算法和VMI的最佳值显然限制了该应用程序的推广，尤其是考虑到影响后处理操作的众多因素。
De Cecco等人还表明，自主窗口调整和重新加工可提高阅片医生的可信度和性能，如噪声优化的VMI+系列中更好的肝脏病变检测率所证明的。一些作者报告了腹部DECT血管造影和DECT肺动脉造影中读者偏好和计算的优化窗口设置的差异。
优选使用70keV VMI重建作为胸腹CT血管造影图像的最佳能量水平，而Albrecht等人建议，当发现血管对比度差时，在40keV或50keV下进行额外重建可能会有帮助。
目前，没有大规模的研究表明VMI在心脏或血管成像中具有更高的诊断准确性和有效性。然而，有几篇论文强调了这种应用在该领域的潜力，特别是在评估心肌病和心肌缺血的晚期碘增强，以及检测活动性腹部出血和内漏。最近的研究探索了VMI在冠状动脉钙化（CAC）评分和量化心外膜脂肪组织衰减方面的潜力，以及开发旨在以较低辐射剂量获得更高质量图像的方案，尤其是用于经导管主动脉瓣置换计划。
72岁男性，延迟期碘增强双源DECT图像。在不同的虚拟单色图像值（A-D）下，左室间隔壁和心尖可见心内膜下延迟强化（红色箭头）。
低keV VMI重建可能会增加碘的基线衰减，减少患者所需的造影剂量，正如先前在腹部和胸部血管CT应用中所证明的那样。当静脉造影剂给药令人不安时，如心脏或肾功能衰竭，或静脉通路困难的患者时，此功能似乎非常有用。
回顾性应用VMI（A-D）双源DECT对一例造影剂剂量时机不当的患者进行挽救；低keV重建增加了碘造影剂的衰减，允许更大的对比噪声比。
最近，Oda等人证明，在肾功能不全患者中，50keV VMI可使造影剂剂量减少50%，而不会降低冠状动脉CT血管造影（CCTA）图像质量。
Mangold等人还探讨了VMI重建对冠状动脉支架评估的影响，证明其可将辐射剂量降低至比120 kV SECT低49%。
Rotzinger等人证明，低keV VMI可改善体外血管区域分割。同一组观察到，在体内，低keV VMI可使碘剂量和注射速率降低40%，同时保持诊断图像质量，并改善内腔与脂肪和肌肉之间的CNR。
Huang等人显示，与多色图像相比，50keV VMI可在CCTA中提供同等或改善的冠状动脉图像质量，该CCTA在双层探测器CT扫描中使用一半的造影剂。
阅片医生的专业知识和主观性决定了窗口宽度和水平调整的进一步细化，这是一个重要因素，尤其是在心脏和冠状动脉成像中，通常需要更高的对比度质量。
伪影减少是DECT的另一个关键应用。影响和降低CCTA检查质量的主要伪影是线束硬化和钙晕伪影。VMI重建可以限制两者，尽管方式不同。
在心肌DECT中，线束硬化伪影主要影响左心室前壁和降主动脉。在大多数情况下，低能VMI重建可以解决这个问题，因为线束不能在较高的能级下硬化。
钙沉积的伪影通常会导致冠状动脉明显钙化和弥漫性钙化患者的非诊断性检查，或导致对狭窄程度的高估。同样的问题也适用于先前植入过冠状动脉支架的患者。SECT图像数据集受到支架、ICD或假体等金属设备的阻碍，从而产生线束硬化和光子饥饿伪影。
通过DECT扫描仪获得的高keV VMI可以通过简单地在后处理阶段将单能量水平调整到最佳值来减少这些伪影。最近的研究表明，在使用金属植入物的患者中，减少伪影的最佳单能水平范围为105至120keV。在这些情况下，高keV VMI重建（110 keV及以上）可以限制线束硬化伪影，提高图像质量和诊断。
由于增加keV会降低对比度和整体图像质量，因此在不同keV水平下进行重建并优化研究窗口似乎很有用。Ohta等人显示，与管腔相比，钙化斑块和非钙化斑块及脂肪在70keV时观察到最大对比噪声比，而与脂肪相比，70keV和120keV是非钙化斑的最佳VMI keV值。
DECT可以提供关于材料的选择性信息，因此能够突出显示灌注图中出现的碘信号，或者可以减去摄入量，例如虚拟平扫重建（VNC）。放射科医生可以通过一次采集获得造影前和动脉期的数据，从而使患者暴露在较低剂量的辐射中，而无需真正的平扫。VNC重建有助于区分造影剂和钙化，以及心脏和纵隔结构。使用具有双能量材料分解/抑制的高对比度VNC CT图像对冠状动脉钙化评分也是可行的。VNC的绝对值通常低于真正的平扫图像。VNC和对比增强的CCTA数据是从具有完美覆盖的单个图像中获取的，没有由于运动伪影而导致错误记录的可能性。
来自冠状动脉双源DECT血管造影的钙化评分。56岁男性的虚拟平扫（A）和对应的DECT（B）图像，在LAD上的虚拟Agatston得分为73。
材料分解是一个有趣的DECT工具，它将碘、软组织和钙作为冠状动脉分析的参考材料。具体而言，通过材质分解算法，可以高亮显示或减去特定组织。对于冠状动脉疾病，通常使用两对材料：碘钙和钙碘。第一种方法允许提取钙，以便准确评估狭窄；在后者中，钙从血管壁中去除，而碘保持不变，从而在存在钙化斑块的情况下更准确地量化狭窄。该算法通常与高能级冠状动脉的单色评估相结合（≥80keV），以减少钙晕和线束硬化伪影，并提供精确评估。最近的研究还探索了使用PCCT的新型钙去除图像重建算法的应用，并观察到该算法有可能减少严重钙化斑块引起的钙华伪影，改善管腔评估。
虚拟去钙重建可改善严重冠状动脉钙化患者的冠状动脉管腔可视化和诊断信心。然而，需要进一步的研究来评估这项技术是否能够有效地提高诊断准确性。
碘灌注图是DECT最令人兴奋的应用之一。这些图是在典型解剖图像上合并碘选择性重建的结果，随后在工作站上手动强调碘信号。这是基于这样的原理：钆和碘造影剂具有相似的动力学，当心肌坏死发生时，两者都可以通过破裂的细胞膜进入细胞内空间。
冠状动脉双源DECT：（A）由于钙化斑块的存在，左旋冠状动脉显示严重的近端狭窄。（B）碘灌注图描绘了短轴LGE MR序列（C）中对应于心肌瘢痕（箭头）的下外侧壁灌注缺损（箭头），提示坏死。
DECT灌注评估单个时间点的心肌血容量，而不是使用动态CT灌注技术，该技术允许通过时间对心肌血流量进行多期动态量化（参见：动态心肌灌注CT成像：原理、诊断性能与临床价值）。DECT灌注通常包括静态采集，以可视化“首过灌注”。由于多次采集，动态DECT灌注很少是较高辐射剂量的选择，因为SECT提供了更好的时间分辨率。
负荷CT是灌注成像的另一项重要技术，即使最佳药理学策略仍存在争议。然而，在静息采集前采集负荷图像以避免心肌造影剂污染，似乎是大多数中心的首选。
通过确保心肌内碘摄取的量化和心肌细胞外空间的更好定性评估，碘灌注图可以区分缺血和梗死，从而同时提供功能和解剖学信息。
心肌血容量可通过任何心脏DECT的碘图获得。然而，需要进一步的研究来建立心肌梗死和缺血的最佳采集方案。
碘图勾勒出心肌中的碘分布，有利于放射科医生对灌注缺陷进行更好的定性评估，增加了梗死检出率，尤其是与负荷CCTA相比。心肌血供的定量评估可通过评估心肌碘摄取量（mg/mL）获得，与健康或梗死心肌相比，缺血心肌中碘浓度的平均值不同。
通过碘灌注图进行定量和定性评估可能会潜在地提高心肌梗死和负荷性缺血的诊断准确性。
灌注图可在检测延迟期增强组织中发挥作用，并最终有助于区分慢性或可逆性心肌缺血。然而，通过第一代DECT扫描仪获得的碘灌注图通常会使患者暴露于高辐射；在这种情况下，先进CT技术的可用性是强制性的。
斑块破裂和急性血栓性冠状动脉闭塞通常发生在薄帽纤维粥样瘤上，这是近年来易损斑块成像的主要目标。如所知，CCTA可以识别与易损斑块相关的许多特征，如低衰减、正性重构、点状钙化和餐巾环征（参见：冠状动脉高危斑块的CT诊断）。
由于DECT能够在不同能量下使用X射线，从而影响不同斑块元素（如纤维组织和坏死核心）的衰减值，因此它可以在评估高危斑块方面发挥作用。然而，关于DECT斑块成像的证据很少，而且常常相互矛盾。DECT可以很好地区分钙化斑块和非钙化斑块，与常规CT相比，在其他斑块类型的分类上没有真正的优势。然而，在最近的一项研究中，Obaid等人显示，在两个不同的能量水平（100和140 kV）下使用CCTA可以提高体外识别斑块坏死核心的灵敏度和特异性，而在体内检测坏死核心的诊断准确度仍不理想。
65岁男性患者的冠状动脉双源DECT表现为胸痛。（A）自动生成的右冠状动脉曲面重建显示狭窄度大于75%（绿色星号）。（B）使用单色冠状动脉重建的斑块分析显示在低keV（红色星号：钙化斑块；绿色星号：纤维斑块）下定量值（HU）明显分离。
Tanami等人证明，在低能量环境（80 kV）下，CT分析对体外斑块特征的诊断性能优于区分富含脂质的斑块和纤维化斑块。80 kV设置下CT衰减值除以140 kV设置的比值（Hounsfield比值[HR]，80:140）可以作为斑块分类的实用工具。
然而，需要进一步的研究来探索DECT在揭示非钙化斑块特征方面的潜在作用。在不久的将来，由于其更高的空间分辨率，PCCT可以在帮助勾勒出高风险斑块特征方面发挥关键作用，例如薄壁纤维粥样斑块或微钙化。
细胞外体积（ECV）是反应性间质纤维化或瘢痕替代性纤维化的标志物，在多种情况下，包括缺血性和非缺血性表现，ECV可能代表附加值。尽管心脏MRI是这方面的主要成像方式，但随着T1标测在临床实践中越来越多地采用，DECT作为具有良好可比性和准确性的替代技术越来越重要。DECT的测量仅在碘图上进行，因此可以在错误记录最少的情况下进行准确的ECV定量。
在最近的一项研究中，Wang等人使用3T MRI作为参考标准，评估了DECT技术测定35例心力衰竭患者ECV的可行性和准确性，显示了两种技术之间的良好相关性。
Ohta等人使用单源DECT碘密度图像对23名患者的每个心脏节段的心肌ECV进行了评估，使用MRI T1标测作为参考标准，证明了区域或节段评估的两种方法之间的强相关性。
心脏DECT具有几个优点，提供了新的基本应用，可以提高放射科医生对临床环境的贡献。然而，应该承认一些缺点。DECT扫描仪价格昂贵，大约比同等的SECT高出25%，这是由于制造的复杂硬件增加了成本。这些扫描仪需要特定的复杂软件来充分利用这项技术，从而提高价格。放射科医生和技术人员需要广泛的培训，以充分利用DECT的潜力。
一些限制与多能量CT扫描仪的亚型直接相关。由于其较低的时间分辨率，快速kV切换DECT容易产生运动伪影，尽管这种扫描仪允许基于投影的VMI重建。
两次序列扫描DECT和双光束扫描仪通常提供较高的时间分辨率，但两个能量数据集的误配准率较高。相反，双层探测器CT允许两个能量数据集的完美同时配准，即使它更容易被两层中的一层误配准。
DECT在心脏成像中的应用有几个优点，主要包括提高图像对比度、生成虚拟单能量图像、减少金属伪影和虚拟去钙图。斑块特征、碘灌注图和评估延迟期碘增强以及量化DECT ECV。DECT代表了一种尖端技术，它正在从根本上改变成像领域，超越了传统的材料密度概念。通过其更高的空间分辨率和CNR，最近引入的PCCT可以代表DECT时代的一个突破性元素，允许新的临床应用，可以提高冠状动脉和支架内管腔的可视性。预计未来将有进一步的研究和技术优势，以加强DECT在临床实践中的应用。
双能 CT (DECT) 是CT发展的重要趋势。随着技术的发展，双能量CT成为改善急诊神经成像的有效工具，利用它可以为患者带来多种益处。
哈佛医学院布列根妇女医院的Aaron Sodickson博士最近在国际计算机断层扫描学会 (ISCT) 会议上发表演讲，使用 DECT 进行急诊神经成像的优势非常巨大。
双能 CT 于 2006 年推出，能量积分探测器的双能量技术包括双源（两个 X 射线管）、快速管电压切换、分离滤波器和双自旋设备以及双层探测器（更多内容参见：双能量CT的实现方法）。光子计数探测器技术是下一代CT成像技术，具有固有的多能量成像能力（参见：什么是光子计数CT？多年来，双能CT技术已显示出用于诊断髋关节假体不稳定性等适应症的前景；并评估骨质疏松症风险（参见：双能量CT的临床应用概述）。在 ISCT 2022 的演讲中，Sodickson博士列出了 DECT 可以改善急诊科患者护理的五种方式：
检测：DECT可以识别在传统CT成像中可能无法看到或难以看到的疾病。
表征：（例如，将碘染色与脑出血区分开来）。该技术提供了超出传统衰减值的关于材料成分的额外信息，使得无需额外成像就可以进一步表征发现。
易于解释：DECT可以通过减少解释时间或提高诊断信心来使成像更容易解释。
预后：双能 CT 可以提供预后信息，尤其是与活动性出血相关的信息。
减少住院时间、成像使用和辐射剂量：DECT可以减少对后续成像的需求，特别是在区分颅内钙化和潜在出血时。这可以减少急诊科的住院时间、下游成像使用和相关的辐射暴露。
除了提高准确性之外，DECT 还提高了阅片医生的信心。它有助于消除不确定性，诊断确定性会产生真正的影响。
4. 如何创建双能量CT业务
计算机断层扫描（CT）根据构成人体的物质（如软组织、空气、钙和脂肪）的衰减差异生成图像。衰减程度（衰减系数）取决于组织成分、光子能级以及光子能级超过材料K边界的程度。
使用两个能级（通常为80和140 kV）的双能CT（DECT）成像通过在第二能级获得额外的衰减测量，从而允许将2种或3种材料分解为其组成材料，从而帮助区分2种或更多种材料。DECT提高了碘对比噪声比，提供了材料特定信息，提高了CT扫描诊断性能和准确性。
目前有多种双能量实现方法，更多内容参见：双能量CT的实现方法。
用于生成和报告医学图像的任何设备都会产生直接和间接支出。直接支出是在实践中开发医学图像或执行检查程序的成本。这些支出细分为可变支出和固定支出。可变费用根据成像和手术数量进行调整，如手术所需的造影剂和导管或支架。固定成本是恒定的，不取决于进行的成像检查或方法的数量。这些费用包括购置和维护扫描仪的费用，以及放射科医生和技术员的报酬。
间接支出是部门和部门外产生的费用。部门价格包括与成像不直接相关的支出，而是对成像业务至关重要的部分，如行政人员工资、耗材和员工福利。
鉴于成像设备的大量资本投资，机构在投资DECT系统时必须考虑几个财务因素。必须考虑机器的资本成本。目前，DECT机器的成本明显高于传统CT机器。市场上可用的大多数DECT机器属于高端CT系统，其成本较高。成本等式中还应考虑安装、培训、服务、维护、软件和PACS相关成本。DECT技术是一项新技术，随着研究深入不断发展。
在供应商中，西门子有Evolve计划，在设备可用时为消费者提供最新版本的设备软件以及系统硬件升级。当使产品过时时，通用电气（GE）遵循正式流程，将在产品报废公告后的 6 个月内继续创建软件更新。飞利浦的Technology Maximizer计划帮助维护飞利浦成像设备的相同软件和硬件。
由于获取和实施 DECT 技术的成本很高，成像实践需要一个专注于如何重新获得初始投资成本的商业计划。尽管采用 DECT 技术的设备成本明显高于传统 CT 设备，但通常使用该技术并不会增加每次检查的检查费用。为了减轻这种情况，需要提出此类支出的理由。一些患者可能会认为由于 DECT 提供的临床益处，例如改善患者体验、减少焦虑和减少后续检查，这将导致转诊增加。虽然这可能是真的，但我们还必须考虑教育转诊医生了解 DECT 技术的好处的成本。成像的一个主要考虑因素是将如何使用 DECT 系统，因为这将表明将进行的检查类型以及如何将它们提供给转诊医生。例如，由于腹部偶发肿瘤表征具有成本效益，因此具有大量腹部成像的患者可以通过大量节省成像来弥补 DECT 系统的较高资本成本，这可以显著受益于大多数放射学患者。
由于 DECT 减少了对初始平扫检查的需求，因此可以减少对比剂量，从而为患者节省成本。由于增量收益和未来的检查应用，主要学术中心和大量患者可能会获得投资回报。在退伍军人健康管理局等单一支付系统中，与后续需求减少相关的下游成本可能降低检查可能是获取和实施 DECT 技术的驱动因素。
不幸的是，在像类似美国的多付款人系统中，服务提供者承担了后续检查的费用，而门诊患者并没有获得这种好处。对于接受DRG付款的医院来说也是如此，他们将受益于后续检查需求的减少，从而节省成本。
这些检查不作为技术设施方面的服务费报销。由于额外的门诊影像学检查减少，报销可能会减少。
由于DECT是一项新兴技术，因此拥有广泛的知识将有利于在放射患者中提倡其实施，并作为提高其利用率的动力。然而，必须考虑到，许多技术员和放射科医生可能不熟悉DECT的使用，需要培训才能最大限度地发挥DECT的潜力。拥有丰富知识且训练有素的技术员对患者进行验证并执行适当的DECT方案至关重要。
这一初始培训期需要额外的实践成本，但已包含在采购谈判中。对充分的技术员培训的初始投资可以抵消由于缺乏适当培训而可能造成的工作流程中断的相关成本。
标准化的放射报告促进了新支付系统所需的数据挖掘。编码人员根据所利用的成像服务将CPT代码分配给指定的放射科医生报告。CPT是美国几乎所有付款人使用的医疗服务专用的5位数代码。随后提交报告并开单，以确保报销流程。报告中不准确的编码可能会增加欺诈诉讼或延迟、拒绝或部分支付报销的风险。高质量的报告是医疗保健业务最关键的报销流程和质量指标。
医疗保险是主要的医疗保险支付方，占美国医疗保健支出的21%，其次是私人医疗保险、医疗补助和自费支付方。
付款人使用基于资源的相对价值量表（RBRVS）通过专业部分对放射科医生进行补偿。医院通过基于住院服务DRG和门诊服务医院门诊预期支付系统（HOPPS）的技术要素进行支付。放射科医生最常用的支付模式是服务费（FFS）（47%），其次是责任医疗组织（ACO）（30%）。然而，与FFS不同的是，在捆绑支付模式中，解读更多图像不会向放射科医生支付更高金额。
创建成像和路由协议（常规协议到DECT）。独立工作站、客户机-服务器工作站和CT扫描仪上的图像创建是从双能量数据集创建所需重建的3种方法。然而，每个特定于供应商的DECT都可以重建仅从自己的扫描仪图像获得的图像。重建的主要目标是获得具有可比的定性和定量特征的图像序列以进行分割。独立工作站涉及通过将数据从扫描仪或PACS推送到具有足够专业知识的工作站来创建重建图像。工作站为每个检查创建所需的重建图像，并将其推回到PACS进行审查。客户机-服务器工作站是可在任何联网桌面上下载的软件，用于处理双能数据。它的优点是可以在任何需要的地方使用，并且可以将图像保存到PACS以供文档记录或稍后查看。然而，它受到技术专业知识要求和允许同时使用软件的用户数量的限制。
DECT扫描仪上的图像创建为PACS提供复合多色图像、对比度增强图像和虚拟平扫图像。放射科医生无需将其推送到专门的独立工作站或客户端服务器工作站即可对其进行检查。放射科医生可以将已经可用的图像数据集提供给工作站，用于其他数据集重建，包括材料分解图像、单能图像和虚拟原子序数图像。将常规协议转换为双能量协议取决于执行扫描的原因。例如，在DECT扫描仪上，传统的多期胰腺方案可以作为双能量胰腺实质期方案进行扫描，以增强胰腺肿瘤的显著性。对于多期腹部和传统的单期成像，建议在动脉期和肾造影期/静脉期通过DECT进行图像采集。
放射科医生必须考虑和患者、转诊医生和付款人的直接和间接沟通。需要向转诊医生和患者提供代表价值的抵押品，包括最先进的技术、卓越的服务、放射科医生培训和经验以及研究活动。与管理型医疗组织签订合同对于营销和网络扩展至关重要，因为它们包含30%的放射科患者。
一项分析DECT对急诊科放射科医生解释的贡献的研究发现，由于DECT提供了常规CT无法看到的更多信息，其利用增加了放射科医生的诊断信心。诊断精度的提高导致放射科医生推荐的随访检查数量减少，与传统CT相比降低了相关成本。例如，当DECT用于检测肺栓塞时，使用碘叠加和灌注图帮助放射科医生对灌注程度进行评论，使他们能够对肺栓塞的存在做出明确的决定。另一项研究发现，在肺动脉对比度较差的情况下，通过利用低能量单能谱图像，可以提高诊断肺栓塞的置信度，因为在低能量水平下，对比度增加。放射科医生诊断准确性的提高可以改善患者护理，减少后续检查和额外的诊断测试。
任何决定投资DECT系统的机构都要考虑该技术将如何提高患者满意度并优化其管理。已经证实，DECT技术可以帮助放射科医生提高诊断信心，从而减少后续成像建议，尤其是在偶然发现的情况下。偶然发现是一种负担，并导致患者的极大焦虑，因为需要额外的影像学检查来进一步表征病变。DECT技术可以通过提供及时的诊断而不是让患者等待额外的预约并接受进一步的检查来降低支付者的成本和压力，特别是如果偶然的病变结果是良性的。研究表明，与传统的多期CT和多期MRI相比，在评估小的偶发性肾脏病变时，单期DECT具有更低的相关成本和更高的有效性。
双能量CT系统有几个潜在的好处，尽管如此，将DECT纳入临床工作流程取决于成像协议的有效规划、最先进的图像处理系统和高效的PACS读取站。放射科医生和技术员的合作对于DECT在临床实践中的成功应用非常关键。DECT应用的深入知识、更新的网络硬件、训练有素的员工队伍、可访问的PACS工作站、图像质量和辐射剂量知识对于在临床实践中成功实施DECT成像至关重要。
文献原文：Godreau JP, Vulasala SSR, Gopireddy D, Rao D, Hernandez M, Lall C, Bhosale P, Virarkar MK. Introducing and Building a Dual-Energy CT Business. Semin Ultrasound CT MR. 2022 Aug;
光子计数是一种使用单光子探测器（SPD）对单个光子进行计数的技术。单光子探测器为每个探测到的光子发射一个信号脉冲，这与普通的光电探测器不同，后者生成与光子通量成比例的模拟信号。计算脉冲数（但不计算其振幅），给出每个测量间隔检测到的光子数。
光子计数消除了增益噪声，即模拟信号输出和光子数之间的比例常数随机变化。光子计数探测器的过量噪声因子是统一的，并且对于固定数量的光子，可实现高于能量积分探测器（EID）的信噪比。
光子计数可以提高时间分辨率。在传统探测器中，多个到达的光子产生重叠的脉冲响应，将时间分辨率限制在探测器的下降时间附近。然而，如果已知检测到单个光子，则可以评估脉冲响应中心，以精确确定其到达时间。使用时间相关单光子计数（TCSPC），使用下降时间大于20倍的探测器，时间分辨率小于25 ps。
在放射学中，X射线成像方式的主要缺点之一是电离辐射的负面影响。尽管人们认为小剂量照射（如大多数医学成像所用）的风险很小，但“合理可能尽量低”（ALARA）的辐射防护原则始终适用。减少曝光的一种方法是使X射线探测器尽可能有效，以便在给定的诊断图像质量下使用较低的剂量。光子计数探测器会很有帮助，因为它们能够更容易地抑制噪声。
光子计数乳腺X光摄影术于2003年投入商业应用。虽然这种系统并不普遍，但一些证据表明，与其他带有平板探测器的数字乳腺X光摄影系统相比，它们能够以大约40%的低剂量生成类似的图像。随后开发了光谱成像技术，以区分光子能量，从而有可能进一步提高图像质量，并区分组织类型。
光子计数计算机断层扫描（PCCT）是X射线计算机断层扫描（CT）的一种形式，其中使用光子计数探测器（PCD）检测X射线。
光子计数CT与现有的CT成像技术相比有显著优势，并继续激发和实现全新的应用。光子计数探测器（PCD）可以记录单个光子的相互作用。通过跟踪每次相互作用中沉积的能量，PCD的探测器像素会记录一个近似的能谱，使其成为能量分辨CT技术。相比之下，传统的CT扫描仪（如现有的kV快速切换，双层探测器CT等）使用能量积分探测器（EID），其中记录了在固定时间段内沉积在像素中的总能量（通常来自大量光子和电子噪声）。
在评估PCD性能时，EID通常被用作比较基准。使用这种基准，在CT成像中使用PCD比使用EID有几个潜在优势。这些措施包括提高信号（和对比度）与噪声的比率、降低患者的X射线剂量、提高空间分辨率，以及通过使用多个能量箱来区分多种造影剂的能力。由于所需的数据量和速率很大（每平方毫米每秒高达数亿光子相互作用），只有在探测器技术最近有所改进的情况下，在CT扫描仪中使用PCD才变得可行。经过二十多年的艰难探索，作为下一代CT成像技术，2021年9月29日，美国食品与药品监督管理局批准了第一个光子计数CT（NAEOTOM Alpha，Siemens Healthineers研发）用于临床使用。
当光子在PCD中相互作用时，产生的电脉冲的高度大致与光子能量成正比。通过将像素中产生的每个脉冲与合适的低能阈值进行比较，可以过滤掉低能事件（由光子相互作用和电子噪声产生）的贡献。这有效地消除了电子噪声的影响，代价是丢弃了能量与噪声级相当的光子（因为它们与噪声计数无法区分，所以几乎没有用处）。另一方面，在EID中，单个光子的贡献未知。不能应用能量阈值，这使得该技术容易受到噪声和其他因素的影响，这些因素可能会影响电压与X射线强度的线性关系。
消除电子噪声使PCD比EID有两个优点。这既可以用于在相同的X射线曝光水平下提高图像质量，也可以用于降低患者X射线剂量，同时保持相同的图像质量。在不影响剂量效率的情况下，很难制造像素尺寸小于约1×1mm2的能量积分探测器。因为反射栅格必须放置在闪烁体像素之间，以防止像素之间的串扰，这些栅格不能太薄。测量信号与像素面积成正比，而电子噪声与像素大小无关，因此，如果像素太小，噪声将主导测量信号。光子计数探测器不会发生这些问题，因此可以实现更高的探测器分辨率。
PCCT原理示意图。显示光子到达PCD表面，显示生成信号的简化版本。从这张图像中可以了解到的一些关键内容包括：光子探测的离散性、电脉冲的能量相关高度、通过使用足够高的基本阈值从理论上消除电子噪声影响的能力，以及使用能量阈值确定光子能量的能力。
通过引入更多高于低能阈值的能量阈值，PCD可以被划分为几个离散的能量箱。每个光子根据其能量被分配到特定的能量箱，这样每个像素测量入射X射线光谱的直方图。
与EID的积分沉积能量相比，该光谱信息提供了几个优势。
它可以定量地确定重建CT图像中每个像素的材料组成，而不是传统CT扫描中获得的估计平均线性衰减系数。事实证明，这样的物质基础分解，使用至少两个能量箱，可以充分解释人体内发现的所有元素，并增加组织类型之间的对比度。
光谱信息可用于去除线束硬化伪影。这是因为大多数材料在较低能量下具有较高的线性衰减，当X光束通过物体时，会将X射线光谱的平均能量移向较高的能量。通过比较不同能量箱中的计数比率与衰减光束的计数比率，可以使用PCD说明光束硬化量。
使用两个以上的能量箱，一方面可以区分致密骨和钙化，另一方面可以区分用作造影剂的较重元素（通常是碘或钆）。这有可能通过在注射造影剂之前不需要参考扫描来减少辐射剂量。虽然能谱CT在临床上已经以双能量扫描仪的形式提供，但光子计数CT具有许多优点。与双能量CT相比，PCD可以实现两个以上的能量阈值，分离度更高。这种能量分辨率的提高转化为图像中更高的对比度噪声比，尤其是在增强和材料选择性图像中。更多的能量箱还可以同时区分不同的造影剂。
对于X射线和伽马射线检测，为了强调光电作用，首选原子序数高的化合物半导体。化合物半导体通常由周期表中的III和V组元素（如GaAs）以及II和VI组元素（如CdTe）衍生而来。除了二元化合物外，还生产了三元材料，如CdZnTe和CdMnTe。
下表报告了通常用于辐射检测的最常见化合物半导体的物理特性。
在化合物半导体中，CdTe和CdZnTe在X射线和γ射线探测器的开发中越来越受关注。由于高原子序数、高密度和宽带隙，CdTe和CdZnTe探测器确保了高探测效率、良好的室温性能，对于X射线和γ射线应用非常有吸引力。
锗探测器主要用于核物理中的伽马能谱和X射线能谱。虽然硅探测器的厚度不能超过几毫米，但锗的耗尽灵敏厚度可以达到厘米级，因此可以用作高达几兆keV的伽马射线总吸收探测器。这些探测器也称为高纯锗探测器（HPGe）或超纯锗探测器。在目前的提纯技术得到改进之前，锗晶体的纯度不足以用作光谱检测器。晶体中的杂质会捕获电子和空穴，破坏探测器的性能。锗晶体中掺杂了锂离子（Ge（Li）），以便产生一个固有区域，在该区域中电子和空穴能够到达触点并产生信号。
锗探测器已经用于COSI气球发射的天文任务（NASA，2016年），并将用于轨道天文台（NASA，2025年）康普顿光谱仪和成像仪（COSI）。
硅的制造工艺成熟，价格便宜。它比CdTe/CZT具有更高的载流子迁移率，这意味着它可以处理更高的X射线通量，而不会出现堆积现象，也不会出现极化和K逃逸问题。但由于其原子序数较低，硅的吸收效率较低，因此传感器必须非常厚。探测大多数入射光子需要几厘米的硅，而只需要几毫米的CdTe/CZT。
低原子序数意味着大部分入射光子是康普顿散射，而不是光电吸收，这意味着它们在原始相互作用位置沉积了少量能量，并朝着不同的方向移动。然后，它们可能会离开传感器，或在其他位置再次交互。康普顿相互作用降低了能量分辨率，因为它们不能提供关于能量的很多信息。原始光子和散射光子的二次相互作用导致重复计数和空间分辨率损失。
金刚石探测器与硅探测器有许多相似之处，但有望提供显著的优势，尤其是高辐射硬度和极低的漂移电流。目前，它们更昂贵，更难制造。
碲化镉（CdTe）和碲锌镉（CZT）探测器已开发用于X射线光谱和伽马光谱。这些材料的高密度意味着它们可以有效地衰减能量超过20keV的X射线和伽马射线，而传统的硅基探测器无法检测到这些能量。与锗基探测器不同，这些材料的宽带隙也意味着它们具有高电阻率，能够在室温（约295K）或接近室温（约295K）下工作。这些探测器材料可用于生产具有不同电极结构的传感器，用于成像和高分辨光谱分析。
在过去十年中，碲化镉（CdTe）和碲化镉锌（CdZnTe）宽带隙半导体作为X射线和γ射线探测器吸引了越来越多的兴趣。相对于基于硅（Si）和锗（Ge）的传统光谱仪，CdTe和CdZnTe探测器具有较高的检测效率和良好的室温性能，非常适合开发紧凑可靠的检测系统。
用于CT系统的实验性PCD使用基于碲化镉（锌）或硅的半导体探测器，两者都不需要低温冷却。碲化镉和碲锌镉探测器具有高衰减和相对较高的光电康普顿比的优势，用于CT成像的X射线能量。
在半导体探测器中，电离辐射通过两个电极之间的探测器材料中释放的电荷载流子的数量和辐射来测量。电离辐射产生自由电子和电子空穴。电子-空穴对的数量与半导体的辐射能量成正比。结果，许多电子从价带转移到导带，并在价带中产生等量的空穴。在电场的影响下，电子移动到电极上，产生脉冲，可以在外部电路中测量，如Shockley-Ramo定理所述。空穴沿相反方向移动，也可以测量。由于产生电子-空穴对所需的能量已知，并且与入射辐射的能量无关，因此测量电子-空穴对的数量可以确定入射辐射的强度。
半导体传感器材料的X射线光电吸收效率，假设传感器厚度为500μm。锗和砷化镓具有相似的吸收效率，因此绘制了一条曲线（Ge）；同样，为CdTe和CZT绘制一条曲线。30keV时曲线上出现缺口是因为，虽然X射线的吸收随着光子能量的增加而下降，但在光子能量达到足以激发原子内壳层（k壳层）电子的高度时，吸收会突然增加（K-edge）。
与气体电离探测器相比，在半导体探测器中，脉冲高度的统计变化更小，能量分辨率更高。由于电子的传播速度很快，时间分辨率也很好，并且取决于上升时间。与气体电离探测器相比，半导体探测器的密度非常高，高能带电粒子可以在尺寸相对较小的半导体中释放能量。
随着光子计数探测器技术的成熟和临床应用，必将为临床提供更大的价值。
肝脏与骨肌应用入门
计算机断层扫描（CT）对显示骨关节炎（OA）相关的矿化组织（如钙化软骨、软骨下骨板和小梁骨）有帮助。骨骼评估成为诊断、评估进展和测量OA结果的关键点。CT可以进行三维评估，而不存在平片固有的叠加缺陷。三维评估也弥补了平片的另一个问题：关节定位的可变性影响了对其进行的半定量评估的再现性，而且可能导致假阳性或假阴性的结果。本章综述了传统CT在代表性关节中的临床作用以及CT在OA临床中的应用进展。
CT常用来评估OA中与骨骼相关的结构变化，包括骨赘、软骨下囊肿和软骨下骨硬化。骨骼之间关节空间的变化也可以认为是结构变化。结构变化与疼痛之间的关系尚不清楚（多达一半的结构变化与OA一致的患者可能没有症状）。尽管如此，许多使用CT评估OA的研究表明，膝关节的各种病理生理学和结构变化之间存在关联。
研究发现，骨密度（BMD）可能与软骨变性有关。一般认为，软骨下骨硬化是现有骨小梁上新骨沉积、骨小梁压缩和微骨折导致的骨痂形成的结果。一项研究比较了OA患者和年龄匹配的对照尸体之间软骨下胫骨内侧髁的骨小梁，发现OA患者的骨体积分数较高。并且，OA患者的骨小梁比对照组更少、间隔更宽，但更厚。OA中这些特征性软骨下骨改变甚至可以在常规CT上观察到。测量软骨下区域的骨密度已被广泛用于量化软骨下骨的变化。这种分析最常用的方法是双能X射线吸收仪（DXA），但在DXA上精确测量软骨下骨BMD的能力受限于三维弯曲结构空间分辨力不足。骨赘的存在可能会影响DXA对BMD的正确测量。相比之下，CT有足够的空间分辨力，可以进行3D评估，并有助于软骨下区域的BMD评估。Omoumi等人使用CT比较膝关节内侧和外侧区的软骨下骨密度发现，OA比非OA膝关节内侧区的骨密度明显较高。
左膝无OA（a），轻度OA（b）的CT。OA患者软骨下区域的精细小梁模式发生改变。小梁骨比健康骨更厚，空间更宽。
他们还发现，股骨颈内侧OA的软骨下内侧和外侧BMD比率明显高于健康膝关节。CT是一种很有前途的测量软骨下骨密度的工具，它可能有助于我们了解软骨下骨在膝关节骨性关节炎中的作用。
CT还可以评估软骨下囊肿。小软骨下囊肿在平片上很难检测到，因为小软骨下囊肿产生的局部骨质减少通常不足以改变平片上的局部衰减。但CT可以检测软骨下囊肿，与MRI相当。一项CT研究表明，软骨下囊肿的数量和体积与OA患者胫骨内侧和外侧的骨密度有关，尽管在晚期OA中，没有发现软骨下囊肿数量或体积与疼痛之间的关联。这可能表明其他与骨骼相关的发现更有可能与疼痛的来源有关。
72岁女性，轻度膝关节骨性关节炎。与X线片（a）相比，CT（b）可以描绘胫骨内侧髁（箭头）的微小软骨下囊肿，这一点已通过脂肪饱和质子密度加权MR成像（c）证实。
据报道，在MRI确诊的OA患者中，骨赘是最常见的OA相关异常，CT也可以很好地描述骨赘。根据其外观和位置，骨赘可分为边缘型、中央型、骨膜型和包膜型，但在平片上，它们很容易被相邻的骨结构重叠。一项关于膝关节骨性关节炎的研究表明，CT可以检测到比X线片更多的骨赘，股骨后髁是膝关节骨性骨折中骨赘的突出或唯一部位。该部位的小骨赘通常在平片上被遗漏，而CT可以很容易地检测到。
85岁女性，轻度膝关节骨性关节炎。平片显示胫股内侧关节间隙轻度狭窄，胫骨髁内侧有骨赘（箭头）。b CT显示股骨后髁处的小骨赘，这些骨赘在平片上缺失（箭头）。
关节间隙宽度（JSW）也可以在CT上进行评估，但现在，像承重CT（WBCT）这样的站立式CT被认为比传统CT更有用。
CT在显示膝关节晶体沉积中的应用。软骨钙化症是指关节软骨或其他软组织中存在钙化。软骨钙沉着症是老年患者的常见疾病，发生在44%的84岁以上的患者。两种主要的晶体类型是焦磷酸钙（CPP）和碱性磷灰石（BCP）。CT在显示钙化方面非常出色，与平片相比，可以更好地检测膝关节内钙晶体沉积。
70岁女性膝关节骨性关节炎的CT。CT显示外侧半月板和挤压内侧半月板钙化，与软骨钙沉着症一致（箭头）。
尽管目前尚不清楚晶体沉积是OA的原因还是结果，但一项荟萃分析表明软骨钙沉着症与膝关节OA之间存在密切联系。
另一项研究报告称，膝关节软骨钙沉着症与4年来软骨和半月板退化增加有关。这项研究还指出，钙沉积的数量越多，软骨损失就越多。
基于CT的全膝关节置换术导航系统。组件的准确植入是假体长期可以正常工作的重要因素。使用从股骨头到脚踝的CT图像，导航系统可以自动提供骨骼切除和植入物定位计划，用于中立腿部对齐。
设置参考系后，在手术过程中，系统显示器可以实时可视化股骨和胫骨切割块。在一项包括3437个TKA的荟萃分析中，与传统手术组相比，计算机辅助手术组中获得±3°内翻或外翻轴对齐（通常被认为是最佳范围，防止更差功能结果和植入失败）的患者明显更多。然而，也有人指出，在患有大型骨赘的严重内翻膝关节中，导航系统上的正确分割可能很困难，并且通常记录的系统疗效可能不适用于这种情况。
带导航系统的TKA规划的代表性图像。容积渲染图像上显示植入物定位计划（红色表示股骨，蓝色表示胫骨植入物）。
髋关节后外侧经常出现OA，这些情况很难在前后位平片上准确评估。CT在髋关节骨性关节炎的诊断方面起着重要作用。髋关节外展肌被认为是髋关节的主要稳定肌，因此外展肌与髋关节病理生理学之间的关系备受关注。CT可以用于评估臀中肌质量与单侧髋关节骨性关节炎之间的关系。研究发现，髋关节外展肌的力量对髋关节的正常功能至关重要，并且肌肉质量和外展肌力量之间存在显著相关性。也有研究发现，OA侧臀中肌萎缩可能会导致对侧髋关节负荷增加，从而增加对侧OA的风险。
Turmezai等人描述了髋关节骨性关节炎的CT分级系统，该系统可以参考之前创建的严重程度映射评分表进行评分。该CT综合评分是通过将骨赘、软骨下囊肿和JSW的三个单独评分相加来计算的。作者报告称，该评分系统非常可靠，并且在观察者内部和观察者之间都显示出显著的可靠性（加权kappa值分别为0.74和0.75）。
踝关节有几处骨质重叠，这使得通过平片评估重要标志物具有挑战性。CT在精确评估踝关节骨性关节炎的结构变化方面具有优势。据报道，CT对踝关节关节表面的评估优于X线片，尤其是距跟关节。与平片相比，CT可以更精确地评估胫腓联合病变。
Cohen等人提出了一种基于膝关节Kellgren-Lawrence（KL）OA量表的踝关节OA CT分级系统。9名读者的类内相关系数（ICC）为0.851（95%置信区间[CI]0.716-0.948），代表了良好的观察者间一致性。观察者内部的一致性非常高，ICCs在0.962到1.0之间。作者建议使用三个真正的正交图像进行可靠的分级，但在CT上重建这三个平面很容易，而不会导致图像质量下降。
CT可以描绘小关节骨性关节炎的结构变化，如骨赘、关节突肥大和真空现象。相比MRI，CT在评估小关节骨性关节炎时显示出更好的观察者间一致性。据报道，使用Weishaupt等人开发的方法对小关节骨性关节炎进行CT分级的观察者之间的一致性在0.59和0.94之间。一项基于社区的人群研究显示，随着年龄的增长，小关节骨性关节炎的患病率逐渐增加，而L4-L5的患病率最高。
另一项CT研究表明，小关节OA与低密度多裂肌和竖脊肌显著相关，这可能与膝关节OA与相邻股四头肌退化之间的关系相似。然而，CT检测到的小关节骨性关节炎与腰痛之间没有显著关系。
74岁女性，L4/5小关节骨性关节炎。骨窗CT（a）显示左侧优势小关节骨性关节炎，伴有骨赘、软骨下硬化和软骨下囊肿。软组织窗（b）可以显示竖脊肌的脂肪萎缩，左侧严重。与CT处于同一水平的MRI T2WI（c）显示左侧小关节高强度，反映关节液（箭头）。然而，结构变化并不像CT那样清晰。
CT在骶髂关节骨性关节炎中的应用。骶髂关节是人体最大的轴关节之一，可能是引起腰痛的原因。据说10-30%的腰痛是由骶髂关节引起。除了SI关节的解剖复杂性之外，它的倾斜性也使得在平片上对其进行可靠评估变得困难。在脊柱关节炎的骶髂关节炎中，这一事实已经得到了很好的报道。研究表明，通过CT显示的结果比X线片更可靠，可以用来对骶髂关节炎进行分级。
SI关节OA的特征包括关节间隙变窄、骨赘、软骨下硬化、软骨下囊肿和真空现象。这些变化在成年人中很常见，一项CT研究表明，有症状和无症状的人群中同样可以发现SI关节变性。真空现象在CT上得到了很好的描述。据说SI关节OA和髋关节OA有显著的相关性，据报道，SI关节中真空现象的体积是SI关节的发现之一，与髋关节OA的严重程度有显著关系。
全身CT半定量评估OA的研究进展。OA通常涉及多个关节，最近的一项研究开发了骨关节炎计算机断层扫描（OACT）评分，该系统能够评估患者多个大关节和脊柱的结构性骨关节炎的程度。CT是同时评估多个关节结构变化的理想方法。评估多关节骨性关节炎的严重程度可能有助于在未来的骨性关节炎研究中提供准确的结果测量。该系统根据先前描述的CT评分系统或新开发的评分系统，对每个关节进行四个等级的评分。
新开发的系统是参考现有的标准平片评分系统创建的。评分系统被简化，读者可以在15分钟内完成整个评估。一项初步研究显示，OA总评分的观察者间和观察者内可靠性很高，ICCs分别为0.95和0.97。
对比剂的使用有利于描述软骨损伤和半月板损伤。CTA在软骨评估中显示出可靠的结果。在膝关节中，CTA对软骨损伤（1级软骨损伤除外，显示表面起泡或纤维性颤动）的诊断性能与MRI相当。
Omoumi等人使用CTA研究软骨下骨密度与软骨厚度之间的相关性。研究结果显示，非OA膝关节软骨下骨密度与软骨厚度呈正相关，但OA膝关节呈负相关。他们认为，这一事实可能支持软骨下骨和软骨作为一个功能单元相互作用的理论，这种稳态关系可能在OA患者中被破坏。然而，由于CTA需要侵入性操作，因此尚未纳入OA的大型队列研究。
CT有几个缺点，如辐射暴露、成本高和组织对比度差。辐射剂量明显高于平片，但最近的扫描仪在保持图像质量的同时优化辐射剂量方面有所改进。最近，尽管据报道，具有减半管电流的低剂量CT（LD-CT）显示出比标准剂量图像更高的图像噪声，但在手腕等外周四肢的诊断可接受性方面，图像质量没有统计学差异。
据报道，在脊柱中，迭代重建可以将辐射剂量减少52%，与滤波反投影相比，图像噪声减少31%。
在体重指数低于25 kg/m2的患者中，与150 mAs的LD-CT相比，30 mAs的超低剂量CT（ULD-CT）对腰椎（包括小关节OA）的诊断性能没有统计学差异。然而，ULD-CT的辐射剂量比LD-CT低60-68%。
相对较差的组织对比度是CT的另一缺点。描绘对评估OA的发展和进展至关重要的结构的能力，如软骨、韧带和半月板，可能相当有限。如下一节所述，这可以通过新技术（如双能CT或光子计数CT）进行部分补偿。
双能CT（DECT）现在正成为一种广泛可用的技术，在OA的评估中可能比传统CT发挥额外的作用。
它可以描绘骨髓水肿（BME），而通常骨髓水肿只有通过MRI才能看到。据报道，BME与OA疼痛有关。许多与BME相关的DECT研究都集中在创伤性BME上，一项对骶尾椎骨骼的荟萃分析显示，DECT检测BME的敏感性和特异性分别为0.86和0.93，而一项对脊椎骨折研究的荟萃分析发现，敏感性和特异度分别为0.89和0.96。然而，缺乏专注于OA关节BME检测的DECT研究。更多内容参见XI区：非创伤性骨髓水肿：双能量CT的价值；如何解读CT双能量VNCa图像（骨髓分析）。
48岁女性，患有踝关节骨性关节炎。常规CT（a）显示踝关节间隙严重狭窄。还发现了软骨下囊肿、骨赘和软骨下硬化症。DECT（b）描绘了胫骨关节下区域的骨髓水肿（BME）（箭头）。STIR MR成像（c）上确认相同区域的BME（箭头）。
DECT可以表征沉积在关节中及其周围的晶体，特别是尿酸单钠晶体。一项关于关节评估中痛风诊断准确性的荟萃分析显示，DECT的敏感性为0.83，特异性为0.88。然而，应该注意的是，早期痛风（发病6周内）的表现较低（敏感性为0.55，特异性为0.89）。一项初步研究表明，DECT在鉴别膝关节软骨下和小梁骨中半月板CPP沉积和羟基磷灰石钙方面的潜在效用。然而，最近的一篇论文指出，需要特定的晶体浓度来产生用于CPP表征的DECT相关衰减差异。DECT在软骨钙沉着症发生之前诊断早期CPP沉积的价值可能有限。
46岁男性痛风患者的右膝。常规CT（a）显示股骨髁周围有非特异性钙化（箭头）。DECT（b）将该物质描绘为绿色结构，这意味着MSU沉积（箭头）。
光子计数探测器（PCD）的发展可能会彻底改变CT在医疗诊所中的价值。能量积分探测器需要一个将X射线转换为可见光以产生电信号的层，而PCD不需要单独的层来将光子转化为可见光。相反，PCD可以直接将单个光子转换为电信号。PCD可以根据入射光子的能量将其分为几个能量仓，并根据其能量对光子进行计数和测量。可以通过消除低于预设阈值的脉冲来实现有效的噪声降低。因为在PCCT中，低能量和高能X射线对图像对比度的贡献相等，所以它可以提供比传统CT更好的软组织对比度。这些技术优势使图像比传统CT具有更好的信噪比和对比度。由于图像质量的大幅提高，PCCT可以将辐射暴露减少约30-60%（取决于成像任务）。
关于PCCT在肌肉骨骼领域的应用，只有少量研究。在一项研究中，使用原型系统扫描了七具尸体膝盖，以研究其评估软骨的能力。研究发现，在60keV和70keV下的虚拟单能图像提供了足够的软组织对比度来表征异常软骨形态。与传统图像相比，在60keV下的单能PCCT图像实现了45%的噪声降低和75%的对比度噪声比增加。
PCCT的另一个优点是能够获得0.2mm层厚的高空间分辨力图像。作者表明，小鼠颈椎PCCT可视化的主观和客观图像质量都优于传统CT。当使用最新的卷积核（Hr98；仅适用于PCCT）时，可以很好地分别描绘小鼠的每个微小颈椎。在另一项研究中，这些结果在尸体手腕上得到了反映，与标准分辨率PCCT或传统CT图像相比，高分辨率PCCT图像可以更好地描绘尸体手腕的精细骨小梁结构。
通过光子计数CT（PCCT）拍摄的右脚踝的高分辨率图像。PCCT可以清楚地显示精细的骨小梁结构。胫骨前边界有一个小骨赘（箭头）。
PCCT在多个方面超过了传统CT的性能，未来使用这种新型CT系统对OA的研究可能会增加CT的临床实用性，并有助于理解OA的病理生理学。
立位CT（负重CT和直立CT）。然而，CT被认为在评估JSW方面用途有限。这是因为传统的CT获取的是处于非承重位置的患者图像。此前，一项膝关节骨性关节炎研究表明，CT上检测到严重软骨丢失的频率低于平片，这意味着CT可能因为缺乏负重而低估了JSW。然而，最近的锥束CT技术使CT图像能够在患者处于站立姿势时获得。这有助于最小JSW的3D评估，以及其他关键结构变化的评估，如软骨下骨囊肿和骨赘。WBCT可以提供比平片更灵敏的JSW测量，有望成为未来OA临床试验的一种有前途的模式。当WBCT应用于膝关节时，它显示出胫股JSW测量的高可靠性，在一项测试-再测试研究中，ICCs为0.94-0.97。一项使用固定屈曲X光片和WBCT评估膝关节JSW的研究显示，这两种模式之间存在高度相关性。当进行基于计算机的3D分析来比较WBCT、非WBCT和平片之间的胫股关节间隙时，WBCT发现与其他两种模式相比，关节间隙间隙和骨对骨附着的减少明显更多。据报道，WBCT上测得的膝盖内侧鞘的最小JSW比站立平片上测得低1.4-2mm。一项与全器官MRI评分（WORMS）系统的软骨形态评分进行比较的研究发现，WBCT测得的JSW小于2.5 mm的区域与胫骨中央内侧软骨形态评分的相关性比最小放射剂量JSW更强。WBCT比平片更准确地评估骨赘和软骨下囊肿。当使用MRI作为参考时，WBCT检测骨赘和软骨下囊肿的灵敏度分别为93%和100%，这两种灵敏度都显著高于平片。有人认为，在骨赘的基础上，WBCT可以在比平片更高比例的患者中诊断OA。半月板挤压与OA的快速进展有关，MRI普遍用于半月板评估。然而，MRI上缺乏负重可能会导致遗漏站立时的半月板损伤。尽管仍然需要优化重建参数，但WBCT在半月板挤压的评估中显示出有希望的结果。据报道，MRI无法检测到WBCT上36%的内侧半月板突出。
一个日本小组开发了一种320排探测器的立式CT，其中传统CT的机架布置在垂直位置。与传统CT不同，这种立式CT能够以0.275s的快速机架旋转速度获得站立姿势下的全身图像，并且由于其较高的对比度分辨率，能够可视化软组织和骨结构。他们使用这种直立CT来评估膝关节骨性关节炎患者站立姿势下的整个小腿对齐情况。他们发现，在膝关节骨性关节炎患者中，与传统CT相比，WBCT夸大了随着KL分级的增加，膝关节屈曲和内收增加的趋势。有趣的是，他们还发现WBCT可以根据KL分级灵敏地检测胫骨内旋的变化。KL1和KL2之间的屈曲和内收没有差异，尤其是在早期OA中，但KL2的胫骨内旋比KL1大。同一组还分析了踝关节对齐和膝关节骨性关节炎之间的关系，因为踝关节对齐的变化会恢复膝关节骨性骨折中的小腿对齐。需要进一步的研究来了解膝关节骨性关节炎对整个小腿对齐的影响，这些研究可能使能够在未来找到更好的康复和管理方法。
320排探测器立式CT的照片。a图像显示了机架处于向上位置的立式CT。b受试者站在机架内。
在踝关节，WBCT为站立期间健康关节的状态提供了新的见解。例如，在典型的胫腓骨远端关节中，腓骨在站立期间相对于胫骨切迹横向、向后平移并向外旋转。WBCT在显示负荷过程中骨骼和踝关节对齐方面的优势不仅有助于诊断OA，而且有助于术前计划和了解OA的病理生理学。在踝内翻OA中，使用WBCT发现距跟关节的外翻补偿。距跟关节可以补偿踝关节以上的畸形，但这种补偿在外翻踝关节骨性关节炎中没有发现。对安装WBCT的机构的踝关节OA患者的回顾性分析显示，与传统CT组相比，WBCT组的辐射剂量减少10%，扫描时间减少77%。
CT是观察OA评估结构变化的参考标准。它的实用性不仅在日常OA诊断中有报道，而且在以研究为目的的文献中也有报道。CT在OA分级中显示出高重复性，在多个关节中具有评分系统。使用其他方式测量软骨下3D结构的BMD可能非常困难。DECT可以评估BME，而以前只能通过MRI进行可视化。负重位CT是未来临床试验和了解OA病理生理学的一种很有前途的方法。PCCT可以提供比传统CT更高的空间分辨力图像，并显著减少辐射暴露（这是传统CT的最大缺点）。这些新的CT系统可能会在未来十年带来OA知识的重要进展。
文献原文：Fukuda T, Yonenaga T, Miyasaka T, Kimura T, Jinzaki M, Ojiri H. CT in osteoarthritis: its clinical role and recent advances. Skeletal Radiol. 2022 Oct 26. doi: 10.1007/s00256-022-04217-z. 水平有限翻译可能不准确，如有必要，请参考英文原文。
在肌肉骨骼疾病和外周关节损伤中，由于MRI的高对比分辨率，在识别肌腱、韧带、肌肉和关节软骨的细微软组织损伤方面具有高度可靠性，因此人们对MRI的使用有着压倒性的偏好。然而，CT技术的新进展为在更适合在时间敏感和紧急临床环境（如急性创伤）中进行快速检查的情况下检查肌肉骨骼系统提供了令人兴奋的机会。这些创新还允许CT在MRI临床禁忌症或不可行的情况下使用（例如，原位起搏器和幽闭恐惧症）。
几种新兴的CT采集技术已专门针对肌肉骨骼应用开发和验证，包括允许检查运动中的外周关节的四维CT（4DCT）、允许进行负重（WB）检查的锥束CT（CBCT）以及允许进行材料特异性成像的双能量CT（DECT）。如果在临床实践中适当使用，这些技术可以极大地影响和增加诊断价值，补充各种肌肉骨骼疾病患者的MRI检查。
最新发表的一篇综述文章中，讨论了4DCT、CBCT和DECT在肌肉骨骼成像中的作用和独特的诊断价值，以检测和表征各种肌肉骨骼异常和周围关节损伤。
4DCT用于在第四维（时间）上对特定的感兴趣解剖区域进行成像采集。周围关节的4DCT通常通过在不同关节位置的预定义运动（例如，胫股关节的屈伸）期间对关节进行连续扫描获得。CT技术人员使用预定义和经验证的协议对受试者进行训练，以在特定时间范围内完成特定运动，从而优化动态生物力学紊乱的检测。在每个离散时间点，将获得的容积CT采集进行整合和组合，以随时间创建多个连续的3D容积。由于完成这项研究所需的数据量巨大，必须特别注意优化空间和时间分辨率，同时减少扫描时间和辐射暴露。原理与传统检查相同。扫描时间通过增加扫描架速度而得到改善，扫描速度与所获得的投影数量成反比，从而对图像质量产生负面影响。然而，通过使用诸如迭代重建的若干技术，可以在保持低扫描时间的同时提高图像质量，其中迭代重建使用来自相邻时间帧的数据来重建特定容积数据。
4DCT检查的有效辐射剂量高于其单次MDCT采集当量。例如，膝关节的平均4DCT检查的有效剂量为1.57 mSv（单次采集MDCT=0.1 mSv）。腕关节和踝关节4DCT辐射剂量也在高达1mSv的类似范围内，与其他外周关节4DCT采集的测量剂量相当。皮肤是外周关节4DCT视野中唯一的辐射敏感组织。四肢转换系数相当低（例如，膝关节和其他外周关节分别为0.005和0.001）。即使对于累积辐射暴露量显著增加的4D扫描，有效辐射剂量也低于常规临床实践中常见的单次采集MDCT采集部位，如头颈部、胸部或腹部。无论如何，随着未来的创新与临床实践的结合越来越紧密，CT扫描仪供应商应提供准确的剂量学测量所需的信息，以正确估计癌症风险。
膝关节的4DCT有助于表征髌股关节的生物力学紊乱，特别是在阐明髌股关节不稳定性和髌股关节断裂之间的关系方面。髌骨股骨畸形的传统评估在体检期间进行，通过检测髌骨在末端伸展期间的急性横向平移，也称为“J征”。
先前的一项研究对髌股关节不稳定患者进行了4DCT评估，表明这类患者有症状和无症状的膝关节中异常追踪模式的患病率很高，而只有有症状的膝（即，膝关节疼痛和僵硬，运动时膝关节卡住或屈曲，以及复发性慢性脱位，无论手术干预如何）的患病率更高。该研究使用采集的图像从放射学上识别了J征和畸形程度，揭示了在存在X射线J征的情况下，较高程度的畸形与症状性髌骨不稳定呈正相关。
4DCT采集还显示，与具有临床指征而非髌股病理（如膝关节创伤）的受试者的匹配膝关节检查相比，单侧髌股不稳定患者的对侧无症状膝关节存在异常髌股形态学特征。与对照组相比，这包括滑车沟深度降低，胫骨结节滑车沟（TT-TG）距离增加，髌骨高度比增加，膝关节弯曲不同角度下髌骨平分线偏移增加。这项工作还表明，从静态和动态扫描中获得的数据可用于识别早期髌股关节炎。
4DCT检查还显示，与无症状的对侧膝关节相比，髌骨股骨不稳定患者在不同程度的膝关节屈曲时，不稳定膝关节的TT-TG距离、髌骨外侧倾斜和二等分偏移测量值更高。还观察到屈曲水平增加时测量值的下降趋势，表明动态评估可以提高诊断准确性。
4DCT的使用也有助于评估髌骨股骨矫正手术的结果。例如，在一项对进行髌股内侧韧带重建的患者进行术前和术后评估的研究中，4DCT证实髌骨稳定成功，对检测髌骨残余倾斜和移位非常敏感。
4DCT评估可大大改善踝关节的结构和运动学复杂性及其可能的相关生物力学紊乱，尤其是取代目前用于关节联合损伤等病理的不可靠临床操作和2D射线测量。
一项初步研究概述了单侧踝关节不稳定患者的无症状踝关节的胫腓骨联合的5个特征（联合体前后距离、联合体平移、联合体胫腓角和踝关节胫腓角）的基线测量，发现联合体平移值在最大背屈和最大跖屈之间存在明显差异。在相同的背屈/跖屈运动下，对单侧不稳定患者的无症状踝部进行的研究也发现，除了联合运动宽度的变化外，腓骨也有外旋。随着更多的研究开始勾勒出关节在生理和病理条件下的运动行为，4DCT中可靠的定量评估可以成为诊断和最佳描述联合运动损伤的一种有希望的方式。
Gondim Teixeira等人在试图解决类似的不可靠诊断的难题时，对小腿关节进行了生理测量。随后，在健康人和关节僵硬和/或慢性踝关节不稳定的病人之间，使用4DCT对前倾过程中的小腿关节进行了比较研究，结果显示僵硬关节的冠状和轴状距骨角的测量值明显下降，不稳定关节的最大后方小腿面的覆盖度下降。
与踝关节一样，腕关节也是一个复杂的机械关节，为临床应用4DCT提供了另一个潜在的机会。腕关节不稳定的一个常见病因是舟骨间韧带（SLIL）损伤和功能不全，传统上在考虑CT、MRI和关节镜检查之前，首先使用平片、2D电影摄影和临床操作进行检查。二维模式可能无法捕捉关节的复杂运动，侵入性措施通常是不可取的。三维CT已被证明是比较3种预定义运动（放松至握拳、弯曲/伸展和桡/尺偏）期间无症状和有症状腕关节的一种可行的替代方法。在这项研究中，在所有运动中，无症状腕关节的平均舟骨间隔变化均小于1mm，而在临床怀疑SLIL功能不全的有症状腕关节中，其平均间隔大于2mm。SL间期变化与症状的存在之间存在轻度/中度相关性。
根据SLIL评估，在最近的一个病例系列中，使用4DCT诊断患有尺侧疼痛的患者的腕关节患上了豆三角不稳定（PTI）。PTI是腕关节内侧生物力学紊乱的一种罕见病因，传统上使用X线平片进行评估。使用4DCT，1名怀疑PTI和腕关节内侧疼痛的患者出现了豆状体异常掌侧半脱位，而另一名患者出现了慢性“咔嚓”感觉的豆状体近端半脱位。在11次测量中，动态评估豆状肌相对于三角肌的最小前后间隔和近端/远端平移被证明分别有助于检测每个病例中的细微PTI。
使用4DCT研究的其他腕关节疾病包括马德隆畸形（Madelung。deformation），该畸形涉及月骨和三叉肌运动减少，触发月骨综合征和Kienböck病，血液供应中断导致月骨坏死。
为了进一步确定4DCT在常规实践中的作用，已经进行了一些研究，以根据预定义的运动和4DCT采集协议来建立腕关节中各种小关节的正常运动范围。在旋前-旋后运动中，使用改良的桡尺线和震中方法对患者无症状的远端桡尺关节进行对齐测量，结果表明，前者方法可以检测尺骨头的掌侧/背侧运动，具有良好的观察者间可靠性，最近还报道了使用4DCT对健康个体的舟骨、月骨和头骨运动进行量化，也对不同的腕关节运动进行了类似的研究，例如在桡尺侧偏、旋前旋入时。
肘关节4DCT有助于传统临床诊断实体的分类，如双头撞击和骨关节炎，以及复杂疾病，如半肢畸形和开放复位/内固定植入物对桡骨头和桡骨小头的撞击。
由于与传统的单次采集MDCT相比，4DCT检查中的累积辐射暴露量增加，人体的近端关节（如髋关节和肩关节）与辐射敏感器官（如甲状腺和生殖器官）非常接近，4DCT并不是运动学评估的理想位置。尽管对辐射安全性存在潜在担忧，但研究已经概述了4DCT在显示凸轮型和钳型股骨髋臼撞击和相关半脱位中的潜在价值。在加载和卸载状态下手臂内收期间肩锁关节的生理运动以及胸锁关节不稳定性的诊断也已经使用运动学4DCT采集进行了描述。肩胛骨检查已用于详细描述肩胛骨折断综合征患者的动态撞击。
在我们的研究机构，由于辐射暴露问题，避免使用4DCT对近端关节进行检查。然而，随着使用人工智能的新的辐射减少协议和剂量减少算法，我们可能会重新审视4DCT在评估近端关节（如髋关节和肩关节）生物力学紊乱方面的潜在应用。
CBCT是指一组CT系统，其使用具有足够纵向宽度的锥形X射线束，以允许使用大面积平板探测器（FPD）在单个机架旋转中对整个器官进行成像。这种广泛的轴向覆盖在MDCT技术及其在常规临床实践中的应用中变得越来越普遍。在肌肉骨骼成像中，基于FPD的CBCT的采用产生了新的下肢WB容积成像诊断能力。在WB-CBCT中，X射线源（通常为轻型、低功率、固定式X射线管）和FPD在与地面平行的平面内旋转，受试者站在机架内。一些WB-CBCT设计允许通过将扫描架旋转到垂直方向来对坐着的受试者的无负荷四肢进行成像。正在进行的全自动X射线成像室的开发可能会为未来专门的肌肉骨骼应用提供复杂的采集轨道，例如WB脊柱成像、金属伪影减少、以及WB脊柱、足部和踝关节CBCT采集期间的剂量效率提高。
FPD-CBCT的技术特点使其非常适合紧凑型、特定于应用的3D成像平台，但其代价是面临几个独特的图像质量挑战。例如，相对较长的采集时间（通常超过15秒）使其易于出现运动伪影。新的CBCT硬件通过实现快速成像显示了解决这一问题的前景。然而，在可预见的未来，补充运动缓解和补偿策略对于CBCT的广泛应用仍然至关重要。
CBCT中的患者运动可以通过轻度固定来缓解。然而，即使在允许相对容易地应用约束垫的封闭孔末端WB-CBCT中，也观察到了中度到重度运动伪影。需要补偿算法，由于肌肉骨骼CBCT中患者运动的非周期性（与心脏或呼吸运动不同），使得补偿算法的开发具有挑战性，从而排除了门控的使用。大多数适用于肌肉骨骼CBCT的补偿算法首先估计每个投影视图中的患者位移，通常仅假设刚性变换。然后，在图像重建的反向投影步骤中，将该估计应用于修改每个视图的投影几何图形。
已经提出了各种运动估计算法。一类利用3D-2D配准，该配准找到一系列空间变换，将FOV中存在的已知参考对象最佳映射到测量投影。参考对象的可能选择包括皮肤附着基准、次相同解剖结构的先前无运动扫描、以及运动污染扫描中高衰减结构的轮廓。前两种方法受到工作流程限制，而最后一种方法在处理严重运动时可能不是最佳的。替代方法依赖于投影或图像质量度量来估计没有3D-2D配准的运动。其中包括投影一致性条件和基于图像的自动聚焦的应用，后者显示了对肌肉骨骼CBCT的适用性。
在自动聚焦方法中，通过执行数值优化以估计运动轨迹来实现补偿，该运动轨迹最小化运动引起的图像域失真的某些度量；在肌肉骨骼CBCT中，图像梯度的方差被用作度量。在涉及运动污染的肢体CBCT扫描的专家观察者研究中，自动聚焦校正体积显示出改进的诊断质量。
. WB-CBCT中的自动聚焦运动补偿。A、带有特征伪影图案（条纹和双轮廓）的运动污染扫描（箭头）。B、自动聚焦补偿可显著减少伪影（箭头）。
准确及时地诊断联合韧带损伤对于预防慢性踝关节不稳定和预防继发性骨关节炎至关重要。常规CT检查分析了非WB条件下的远端胫腓关节。如前所述，WB-CBCT有助于补充非WB检查的诊断产量；然而，前者的重要性尚待阐明。对于无症状的未受伤踝关节，已经表明，除了内侧间隙外，WB检查似乎在联合测量方面没有明显差异。相反，在临床怀疑有联合韧带损伤的既往踝关节损伤患者中，非WB和WB检查的平均胫腓后距离、间隔和角度测量值存在差异，观察者之间的可靠性接近完美水平。与胫骨平台附近不同水平的对侧未受伤踝关节相比，单侧联合不稳定患者的受伤踝关节显示3D容积WB-CBCT测量值增加；健康对照组中没有这种差异。
三维WB-CBCT有效地表征了成年后天扁平足畸形患者的外翻-后足排列。从平面放射线照相术中采用了用于后足对齐的各种放射测量，并在3D。WB-/非WB CBCT图像中进行了验证。这些测量值，包括放射学测量的后足对准角和跟腱/跟骨结节角，与临床测量的后脚对准角的平均值有显著差异。后者低估了外翻对齐的放射学评估10到15度，这表明使用CBCT而不是物理测量的准确性更高。还注意到成人后天扁平足畸形的WB和非WB检查之间的测量差异，其中最可靠的包括内侧楔形至地板距离、冠状前足弓角、矢状长方体至地板距离和矢状舟骨至地板距离。WB射线照片和WB-CBCT之间的测量结果（如内侧楔形到地板的距离、舟骨到地板的间距、矢状距骨旁第一跖骨角和内侧楔形到第一跖骨的角度）明显不同。
考虑到WB-CBCT提供的体积信息的复杂性，3D关节对准的定量度量的广泛采用将可能依赖于自动化测量工具来提高人体读取器的可靠性。提出的解决方案包括需要手动选择解剖标志的方法，以及基于拟合踝关节计算机模型的算法，以自动检测标志。在未来，足部和踝关节CBCT的定量评估可能会扩展到本章所述的点对点度量，包括使用统计形状模型对人群中的形态变化进行综合分析。
自动聚焦运动补偿的区域应用使得能够单独估计和校正关节中每个骨骼的运动。通过在各个感兴趣区域之间执行时空插值，已经证明将该方法扩展到可变形软组织运动补偿是可行的。
CBCT也有助于在WB期间加重的某些膝关节病变。不同时间长度的WB对膝关节软骨和半月板运动的影响，对创伤后关节炎膝关节软骨和软骨下骨异常的检测，以及WB和仰卧位的髌股和胫股对齐都是最近研究的对象。除了WB能力，膝关节软骨下骨的体积骨密度（vBMD）评估可以使用CBCT类似的定量CT进行。一项尸体/活体联合研究显示CBCT和CT之间的vBMD相关性很高，尽管扫描仪之间的绝对值存在差异。
除了骨密度外，增强CBCT也可用于评估软骨厚度和分布。应用于此类检查的软骨厚度方法在预测胫骨软骨厚度分布方面显示出一致性。
与足部和踝关节成像一样，膝关节CBCT受益于识别解剖标志和测量的自动化方法，包括TT-TG距离、胫骨内侧和外侧斜率以及胫骨内侧深度，以提高使用大体积数据集收集数据的准确性、可靠性和速度。为此，已经描述了一种方法，其中使用图像配准将专家读者在CBCT扫描图谱集中识别的地标传送到目标体积上。这种方法在临床实践中提供一致的解释，并有助于检测生理性WB过程中细微的生物力学紊乱方面可能是非常宝贵的。应用CBCT体积得出的统计形状模型可以通过提供膝关节形态变化的定量见解来增强这种点对点测量。
与传统的MDCT相比，CBCT为软组织成像提供的高各向同性空间分辨率和较低的有效辐射剂量对骨关节炎和相关疾病中关节空间形态的细微变化非常敏感。通过先进的图像后处理，CBCT在小梁微结构测量中显示出与金标准显微CT的强相关性。在同时获得骨vBMD和微结构质量测量的能力方面，CBCT可能为使用高分辨率外围定量CT的临床前成像提供有用的辅助手段，其优点是易于适用于较大的关节。然而，与高分辨率外周定量CT相比，CBCT倾向于高估小梁参数，低估皮质参数，尽管证明了整体骨结构评估的可行性。
CBCT已用于通过生成整个胫骨关节表面（或相当于股骨）的局部关节空间宽度（JSW）的空间图来表征胫股关节空间形态。例如，可以提供JSW定量评估的静电模型显示，在主成分分析后，其表现与放射科医生对中间隔室中最小JSW的读数相当，性能有所改善。CBCT也被用于描述膝关节骨性关节炎患者的内侧胫股JSW减少和半月板挤压，与非WB检查相比，在WB-CBCT获取过程中，这种情况更加突出；局灶性软骨损伤及其对膝关节接触力学的影响，如果不进行矫正，与已证实的骨关节炎进展的关系，也已使用CBCT检查进行了高度详细的描述。
CBCT关节造影在检测软骨缺损方面显示出显著的成功。在肩关节造影中，与传统的MDCT相比，不同的CBCT采集协议显示了辐射剂量和对肩袖和软骨病变的敏感性之间的权衡。CBCT关节造影协议显示了更好的噪声比对比和小结构空间分辨率，显示了为软骨评估定制协议的潜力。与1.5T MRI相比，CBCT关节造影在一项研究中显示了踝关节软骨缺损检测的优越诊断性能。
CBCT检查将其检测骨折的能力与普通X线片（包括腕关节、手、手指、踝关节、足部和脚趾）进行了比较，结果表明，在检测细微骨折的灵敏度方面有了显著提高。由于CBCT解释从中等到接近完美，建议的骨科治疗的一致性也有所增加。同样，使用该模式观察到腕关节骨折的敏感性和检出率（与普通X线照片相比）增加。2021年的荟萃分析发现，使用CBCT检测和排除舟状骨骨折的敏感性相当高，特异性也很高。据报道，与MDCT在远端骨折方面的良好一致性，证明与CBCT提供的更好的耐受性和更低的有效辐射剂量相结合尤其有利。
除了四肢创伤和骨折的成像外，CBCT在手术中还被用于辅助椎体支架成形术、后凸成形术和椎体成形术，并修复孤立的移位距骨骨折、移位髋臼骨折和胫骨平台骨折。在正畸学和颌面外科中，CBCT不仅被广泛描述为帮助诊断颅骨和牙齿的骨骼缺陷的一种方式，而且还在研究骨愈合的评估。还报道了CBCT用于检测与药物相关的颌骨骨坏死，与超短回波时间MRI相当。结合骨愈合，目前正在进行研究，以评估是否存在金属硬件的四肢关节。
双能CT使用两个正交放置的探测器或具有交流电压的单个探测器（顺序传导，或使用快速kV切换），以在两个不同峰值电压水平上采集两个独立的数据集。
回顾性采集技术还使用双层探测器方法，一项荟萃分析探讨了DECT在检测椎体骨折中骨髓水肿（BME）的敏感性，指出了单源连续扫描的优势，因为它的后勤要求较低，从而提高了可用性。
然而，与其他DECT技术相比，这种技术的配准性较差，导致特异性降低。重建的CT图像经过专门用于图像优化、材料特定显示和物质定量的后处理算法。可以实现多种图像类型，包括加权平均、单能和虚拟抑制图像以及电子密度和原子序数图。在肌肉骨骼成像中，基于DECT的虚拟去钙允许精确地研究软组织结构，这在急性护理环境中特别有用。
影像学上的隐匿性和细微骨折对于早期发现，以预防和降低严重发病的风险非常重要。传统的对此类疑似骨折的评估是通过MRI进行的。然而，DECT在急性创伤环境中的患者分诊中起着关键作用。
如前所述，DECT在使用虚拟去钙（VNC）图检测BME中的新作用显示出优异的诊断性能。在目前的文献中，VNC-DECT在检测脊柱、膝关节、踝关节、骨盆和腕关节创伤中的BME和急性骨折线方面显示出与MRI相当（在某些情况下，更高）的敏感性和特异性。初步研究表明，增强DECT在预测肱骨近端骨折后缺血性坏死中的作用。
应用于DECT的材料分解算法可以证明在穿透损伤的情况下用于检测含铁碎片，而DECT的金属伪影减少能力（特别是线束硬化伪影）可以改善周围组织的描绘。这种优点在研究具有金属假体的患者时也是有用的。虚拟单色DECT改善了用髓内钉和钢板治疗的疑似阑尾骨不连的评估。
DECT的一个有趣的用途是使用多平面和3D材料分解重建来诊断痛风，类似于区分尿酸肾结石和其他肾结石成分。最近的一项荟萃分析显示，在超过2年的病程中，使用DECT检测痛风的敏感性和特异性高于超声。
在一项模拟研究中，最近区分晶体沉积类型的努力成功地将尿酸钠沉积（痛风中普遍存在）与焦磷酸钙（假性痛风中普遍出现）或羟基磷灰石钙沉积区分开来，对不同DECT分解方法的探索证明了3D虚拟单色采集在受试者足部和踝关节的体模对照研究中对尿酸钠沉积物的定量和检测中的实用性。
DECT在诊断痛风方面的局限性也在当前文献中有所描述。在疾病早期的患者中，双能CT的表现不如超声。据报道，DECT在检测症状持续时间小于6周的患者和非痛风性痛风患者中的痛风时灵敏度较低。双能CT还显示，由于低于阈值的衰减，患者来源的液体痛风中的尿酸盐检测有限。
其他风湿病实体也对DECT的能力产生了新的兴趣。虚拟非钙DECT在检测疑似轴性脊柱关节炎患者的骶髂关节BME方面具有优异的诊断性能，在病变分级上具有显著的相关性。
双能CT在检测骨髓肿瘤方面也有着新的作用。文献中描述了原发性和转移性病变均受益于DECT检查。DECT虚拟去钙成像在检测具有未知意义的多发性骨髓瘤和单克隆γ，测试VNC-DECT的敏感性表明，对于中度浸润性病变，非溶性浸润的检测优于传统CT，但低于MRI。
新的和不断发展的4DCT、CBCT和DECT技术有助于各种肌肉骨骼异常的早期和稳健表征。尽管MRI由于其较高的空间分辨率而提供了优越的可视化效果，但新的CT技术仍存在巨大的机会。使用4DCT的运动学分析提供了有关异常运动和周围关节潜在生物力学紊乱的宝贵信息，有助于诊断其他“隐性”疾病，并提供了干预后结果的宝贵信息。CBCT能够在生理性WB期间分析肌肉骨骼状况，并在术中成像、创伤成像和骨愈合评估中发挥作用。DECT能够产生几乎去除钙密度的图像，这使得DECT成为检测骨髓异常的极好工具。应用包括诊断创伤和非创伤环境中的骨髓异常，从X线诊断隐匿性骨折到转移性和原发性骨髓肿瘤的分类。DECT检查晶体关节病的能力也可以在临床实践中发挥关键作用，因为它比射线照相术表现更好。DE技术在CBCT中的新兴应用将进一步增强CT技术在关节内对比度鉴别、BMD定量和BME检测中的功能，将DE和CBCT的优势叠加在一起。
文献原文：Ibad HA, de Cesar Netto C, Shakoor D, Sisniega A, Liu SZ, Siewerdsen JH, Carrino JA, Zbijewski W, Demehri S. Computed Tomography: State-of-the-Art Advancements in Musculoskeletal Imaging. Invest Radiol. 2023 Jan 1;
设备、工作流与业务建设
双能量计算机断层扫描（DECT）是一种计算机断层扫描技术，它使用不同能量的X射线束来区分在特定能量下具有相同衰减的材料，因此无法与单能量CT（SECT）区分。这种成像技术在日常临床实践中越来越多地得到应用，与SECT相比，它提供了更好的诊断性能、描述和量化特定材料的可能性以及造影剂和辐射剂量的潜在降低。然而，目前在临床常规中使用的几个DECT系统在技术上不同，并且有各自的优势和局限性，这一点很重要。通过这种方式，可以使技术更容易地适应每个患者、临床场景和财务能力。
1 什么是DECT，它比传统混合能量CT增加了什么？
由于其线性衰减系数(μ) 可能重叠，在给定的X射线能量下CT图像上区分组织变得更加困难，这取决于材料组成、质量密度和与光子能量的相互作用。DECT使用不同的能谱X射线束扫描，允许区分在特定能量下具有相同衰减（例如100 keV的碘和钙）但具有不同衰减曲线的材料（μ作为能量的函数）。
这一过程远不是新的：它最初于1973年使用两次不同能量的采集进行了描述，并于1976年进行了进一步研究，当时证明即使使用多能X射线光谱也可以区分衰减系数。从那时起，技术进步允许开发数个DECT系统，并于2006年引入临床应用，进一步完善。
DECT优于传统混合能量CT的优点包括由于较高的碘对比噪声比（CNR）、减少的线射束硬化伪影以及材料特定图像的可能性而提高的诊断性能。它需要较低浓度的造影剂，并通过生成虚拟平扫（VNC）图像的能力减少辐射剂量。
2 需要了解哪些重要的物理概念？
CT图像是由材料对X射线束的衰减产生，这主要取决于两种物理相互作用。由于入射光子的相互作用，原子内部K壳层电子的喷射被称为光电效应。它需要最小能量（K壳层结合能），每种材料的能量都不同（随着原子序数的增加而增加），超过该能量衰减峰值（元素K边界）。随后，相邻的壳层电子填充空隙。这种效应在较低的能量下占主导地位，并强烈依赖组织元素的原子序数（与其立方成正比）和光子能量（成反比）。
光电效应和康普顿散射的示意图。光电效应是由于入射光子（Ph）的相互作用，原子的内部K壳层电子（e）喷出，随后由相邻壳层电子填充空隙（弯曲箭头）。康普顿散射是由入射光子（Ph）射出原子的外层电子（e），从而导致光子散射，能量有所降低。另一个重要的相互作用是康普顿散射，它由入射光子射出原子的外层电子，导致光子散射，能量有所减少。它在较高的能量下占主导地位，并取决于材料电子密度（主导因素）、管电压和能谱。
为了充分区分材料，它们的原子序数必须很高并且相差足够大。具有低相似序数的元素具有低且相似的衰减，无法区分，而具有高且很大程度上不同序数的元素则更好地描述和区分。钙、碘、钡和氙等重原子可以通过微弱的光电效应与身体材料充分区分。
3 “双能”是否意味着双光子能量？
它指的是使用两个多色光子光谱（因此是同义词“光谱CT”），其最大能量由峰值管电压（kVp）决定。
通常，使用80和140kVp的光谱，因为低于80kVp的能量很少产生光子，身体吸收更高，高于140kVp（或某些扫描仪为150kVp）的能量会增加剂量并降低软组织对比度。在一些双源模型中，低能量值可能更高（90/100kVp），尤其是在较大的患者中（因为它增加了低能量能谱的总输出并降低了图像噪声），对于儿科来说可以使用更低（70kVp）的管电压。在双源CT中，锡滤波器可用于从高能光谱中消除低能光子，减少与低能光谱的重叠。
4 哪些参数影响DECT的成像质量？
光谱分离对于可靠的物质分解和碘定量精度至关重要；检测到的低能量和高能量X射线光谱的重叠越少越好，意味着获得相同图像质量所需的剂量越少。
低和高能X射线光谱之间不同重叠的示意图。更少的重叠（即更大的光谱分离）允许更好的成像质量。空间分辨率与小对象的可视化（图像“清晰度”）相关。它对图像噪声有显著影响，并取决于焦点大小、探测器元件大小和每次旋转的投影数。
关于时间，DECT中有三个参数很重要。时间分辨率是分辨移动结构的能力，由收集给定图像体素或切片的全光谱数据的时间定义（在大多数扫描仪中约为旋转的一半，因此受到扫描架速度的影响）。光谱投影延迟是高能量和低能量测量之间的延迟，对于投影域中的材料分解和重建算法非常重要，并且只有当低能量和高能量数据在时间和空间上对齐时才有可能。它与高能量和低能量测量之间的运动导致的误差和伪影有关，这是扫描仪设计固有的。
5 DECT成像中如何执行后处理？
双能量数据的后处理可以在高能量或低能量图像重建之前（投影空间域）或之后（图像空间域）执行，具体取决于扫描仪。前者具有减少线束硬化伪影的优点，但需要较高的计算能力。后者对重建图像的后处理可能更容易，但需要校正线束硬化伪影。
DECT成像中的后处理。可以在高能量或低能量图像的重建之前（原始数据或投影空间域）或之后（图像空间域）执行后处理。前者减少了线束硬化伪影，但需要较高的计算能力。材料分解算法生成材料和能量选择性图像。可以从材料特定图像中减去碘，生成虚拟平扫图像（VNC），或进行颜色编码，创建碘图。虚拟单能谱图像（VMI）模拟单能量扫描。混合图像主要用于常规诊断解释。
材料选择信息由材料分解算法提取，该算法根据不同能量水平下的衰减图将未知组织分解为选定的材料。它们包括两种材料（应用于原始数据）和三种材料分解（应用于图像空间域，考虑质量守恒）。
可以从材料特定图像中减去碘，生成VNC图像。这些图像显示了与真实平扫图像相当的图像质量，潜在地消除了真实平扫采集（因此减少了辐射暴露和扫描时间）。然而，在扫描仪中，衰减值可能更高（尤其是脂肪）且不可复制，钙化的大小往往被低估（较小的可能被忽略）。碘的不完全去除可能导致假阳性结果。可以类似地抑制骨或钙等其他组织（在血管造影检查和骨髓评估中有用）。碘可以进行颜色编码，生成碘覆盖图像用于量化。
能量选择性DECT应用包括Rho-Z图（基于材料半定量评估的有效原子数和电子密度图）和虚拟单能谱图像（VMI），其模拟在单个能量下获得的扫描，以千电子伏特（keV）而不是kVp（从40到200 keV，根据特定临床应用定制）描述。它们允许减少光子饥饿和线束硬化伪影，并优化图像质量。低keV图像提高了对比增强，这是因为碘对光束的衰减更高，但噪声更大（通过降噪技术和特定算法降低）。高keV图像具有较少的噪声，但提供较少的对比度，并且容易受到光子饥饿和金属伪影的影响。中等能量（60-75 keV）的对比度和图像噪声平衡，是评估软组织的理想选择。新的频率分割技术将低keV图像的高对比度与高keV图像中的低噪声相结合。（更多内容参见：DECT单能谱图的临床应用）。
混合CT图像（模拟标准120 kVp数据集的低能量和高能量图像的加权平均值）主要用于常规诊断解释，未进行任何材料分解。
6 不同DECT系统之间的技术差异是什么？
商用DECT技术之间存在技术差异。DECT系统以不同的方式获取高能量和低能量测量的单独记录。商用扫描仪可能有两个X射线源和两个探测器，或一个源和探测器（更多内容参见：要实现双能量成像，有几种方法？
双源DECT（dsDECT）扫描仪是2006年在临床常规中引入的第一项技术，由两个独立的X射线管和两个独立探测器组成，每组安装在机架内，偏移90或95°。通过在高能量和低能量光谱下使用每个球管探测器对同时扫描获得的图像进行重建，允许相对接近的空间配准。
所用能量通常为80-100 kVp和140-150 kVp，具体取决于型号，但其他组合可用于特定应用。第二代和第三代扫描仪在高能X射线管中添加了金属锡（Sn）滤波器，提高了剂量效率和CNR。其他优点包括可能的管电压调整以最大化光谱对比度和辐射剂量效率，以及剂量减少技术（例如，自动管电流调制、迭代重建等）。
缺点包括B探测器较小可用视野（FOV），因为第二探测器尺寸受CT机架尺寸的限制（尽管该视野之外的较大探测器数据仍然可用于单能量成像）。两种源-探测器组合之间可能的交叉散射源于偏置和噪声（使用探测器元件从技术上减少，并通过成像重建方法进行校正）。球管之间的角度差阻碍了基于投影的材料分解。另一个相关的缺点是增加了硬件需求，增加了技术挑战和成本。
第一台商业化的DECT扫描仪是1987年的西门子Somatom DRH，采用快速kV切换技术。它主要用于骨密度分析，但由于缺乏剂量调节，导致剂量损失，因此被放弃。该技术于2010年由GE Healthcare（Discovery CT 750 HD）重新引入，并于2017年进一步完善（Revolution CT）。最近（2020年），佳能医疗系统（Aquilion One Prism）推出了一个新平台，结合了基于深度学习的重建。该扫描仪包含一个能够在低能量和高能量投影之间快速切换的专用发生器，这些投影由能够快速采样的检测器单独采集。每次旋转时获得80和135/140 kVp的交替采集，偏移较小（<0.5°）。管电流是固定的，但每个电压的暴露时间不同（低能量约65%，高能量约35%）。
该技术的优点包括低投影和高投影之间的延迟很少（<0.5 ms），提供了出色的时间分辨率、成本高效的设计和50 cm的FOV。新型Aquilion One Prism提供16厘米的纵向覆盖（320个探测器行），允许在一次旋转中获取整个器官，减少运动伪影。其能谱深度学习重建显著降低了图像噪声。
在切换期间电流调制的限制导致来自低能谱的信号的相对减少和来自高能谱的输出的增加。通过为低kVp采集分配更多时间和能谱深度学习重建，部分补偿了这一点。其他缺点包括早期的机架旋转速度≥0.5s（最近的扫描仪为0.27-0.35s），光谱分离较低。还需要专用硬件。用于减少辐射剂量的管电流调制仅适用于Aquilion One Prism平台。
飞利浦医疗于2005年推出了双层探测器DECT扫描仪。在固定的高能（120或140 kVp）下获得单次扫描，光谱分离在高度专业化检测器的水平，由具有不同能量灵敏度的两层（较低能量光子优选被顶层吸收，而底层吸收剩余的较高能量光子）和可选的层间滤波器组成。不同的探测器层厚度（可定制）允许在低能量和高能量图像中产生类似的噪声。
该扫描仪的优点包括两次能量采集之间没有延迟，提供了出色的时间分辨率，同时具有出色的空间分辨率。恒定的高kVp允许更高的总X射线功率，这对于较大的患者来说是有价值的，并且顶层吸收大多数低能光子会使光谱硬化。扫描可以在50cm的FOV下进行，而不限制旋转速度。获取的光谱数据的完美对齐允许在投影域中进行材料分解，迭代重建可用于剂量减少。它可以始终以“双能量模式”运行，因此不需要事先的规划，在工作流程中很有价值，代价是重建时间相对较长。
缺点包括探测器对低能量光子和高能量光子的不清晰区分（其两个层的灵敏度分布之间的重叠），导致较低的能量分离（通过层间滤波器改善，尽管降低了剂量效率）。另一个挑战是高衰减物体减少了频谱的较低能量分量。发射的低能量和高能量光谱不能在源处平衡；在两个探测器层之间存在交叉散射的敏感性，并且使用抗散射栅格降低了光学灵敏度。专门的探测器硬件需求增加了技术挑战和成本，而其相对较新的引入意味着对临床效率的研究较少。
TwinBeam DECT技术由西门子医疗公司商业化。它有一个单独的球管和探测器，在X射线管上分别有一个由金和锡组成的分离滤光片，用于过滤低能量和高能量光束。光谱分为两个重叠的一半，每个一半在探测器的相应一半处捕获。
最近的扫描仪允许选择120 kV或140 kV的管电压，后者增加了光谱分离和球管输出，这对较大的患者有用。扫描可以在50 cm的FOV下进行，单台快速扫描架旋转0.28秒。螺距值限制为0.5，以保持无间隙成像。
剂量减少技术是可能的，与SECT相比可以实现相同的剂量。最重要的是，它具有较低的硬件复杂性和较低的成本，并且可以作为某些扫描仪型号的升级。
缺点包括光束之间可能的交叉散射和光束中心2-3 mm处的光谱重叠，从而无法使用该部分进行材料辨别和限制对比度。低螺距会导致更长的扫描时间，这可能会影响CT血管造影术中动脉增强的程度。其他缺点是需要更高的球管功率来补偿吸收大约三分之二辐射的过滤，以及需要在两种能量下扫描每个体素，导致两种能量扫描之间的高延迟和低时间分辨率。在低和高能光谱之间平衡光子通量的能力受限于滤波器容量。
在不同的能量水平下获取两次连续扫描是获取DECT数据的最直接方法，这两个制造商（西门子医疗和佳能医疗系统）都有售。低能量扫描通常使用80kVp，而高能量扫描可以使用130或140kVp。可以添加可选滤波器。扫描整个FOV（50 cm）。
其最大的优点是CT扫描仪不需要进行重大的硬件修改。可以使用剂量减少技术。缺点包括高能量和低能量采集之间的显著时间延迟，引入时间配准错误，限制对运动器官的评估和对比增强的变化，因此其临床应用仅限于非增强检查。出于同样的原因，患者在采集之间的运动会严重扭曲光谱数据。这种延迟可以通过对每个机架旋转交替进行两次能量扫描来最小化，而不是以一种能量接着另一种能量进行多次旋转来扫描整个体积。部分扫描技术（仅获得部分机架旋转的投影数据）也可以提高相对静止器官的时间分辨率，尽管延迟仍然太长。
7 DECT成像是否适用于日常工作流程？
双能量CT成像与多个工作流程问题相关，包括调度困难、重建时间增加、图像数量增加（存储需求增加）和解释时间增加。
后处理DECT数据有几个方面的影响，首先是访问软件，这是专有的和特定于供应商的。除成本影响外，还必须确定每种能力所能提供的所需能力的可用性。
有几种可用的工作流算法。必要的重建可以在采集之后手动生成，并将图像发送到图片存档和通信系统（PACS）。这有助于将DECT集成到常规临床工作流程中，但成像技术专家每次扫描可能花费更多时间，如果全光谱数据集不可用，则无法进行额外的后处理。与高级工作站相比，PACS中某些重建的操作可能并不总是最佳的，尽管有先进的软件可以集成到远程工作站的PACS中，允许高级能谱CT分析、重建和创建材料分解图。或者，大多数供应商在与PACS相同的计算机上提供较轻的工作站版本，但用户需要较高水平的供应商特定扫描仪知识，陡峭的学习曲线可能会受到限制。
不同的DECT工作流算法。可以在采集之后手动生成必要的重建，并将图像发送到图片存档和通信系统（PACS），以便在不同的站点（顶部表示）进行远程分析，这可以通过允许能谱CT分析和重建的高级软件来补充。或者，大多数供应商在与PACS（底部表示）相同的计算机上提供较轻的工作站版本，需要较高水平的供应商特定扫描仪知识
8 什么是线束硬化伪影？如何减少这些伪影？
由于低能光子的优先衰减，线束硬化伪影源于密集结构（例如骨骼），增加了检测到的X射线光谱的平均光子能量，并减少了重建图像中的测量CT值。非常致密的材料对X射线的几乎完全吸收导致光子饥饿。线束硬化倾向于激发密集物体附近的低密度带和条纹，而光子饥饿通常会产生显著的条纹伪影。这些可能会降低碘分布的代表性，并导致肾结石评估不准确。通过投影域中的图像重建，使用100kVp进行低能量采集，以及高keV VMIs（尽管这些也抑制了碘对比度），可以减少这些差异。
9 DECT成像是否也容易出现伪影？
是的，DECT扫描可能会产生一些伪影，其中一些伪影是扫描仪设计、采集协议和后处理技术所固有。一些平台显示出无法通过优化扫描参数来纠正的独特伪影。
关于重建方法，当应用于图像域时，图像噪声会增加。优化图像后处理参数（如重建卷积核和分解设置）对于提高DECT检查中的图像质量至关重要。卷积核是用于在反投影之前修改图像数据的频率内容的算法，允许图像锐化（更高的空间分辨率，但增加了图像噪声）或软化（低噪声，但相对较低的空间分辨率），这取决于每个图像研究的具体目标。例如，较软的核通常被推荐用于精确的衰减测量，而较尖的核可以减少动脉粥样硬化斑块的衰减。
与低光子计数相关的伪影（例如，像素被错误地解释为材料分解图像上的增强或痛风沉积）可以通过更平滑的卷积核选择以及将后处理限制为源数据来减少。由于线硬化伪影的减少，VMI可以减少伪增强（在70至140 keV的范围内）。可以在图像判读时调整分解设置，以减少伪影，包括软组织密度和分解比率（用于创建图像的两个能级之间）等。
分解率受光谱分离的影响（一致增加），优化的设置因临床目的而异。材料分解算法的不正确衰减阈值可能导致假阳性或阴性结果。对于虚拟去钙图像处理，所选抑制指数必须与局部钙含量相适应，以避免无意中抑制骨骼。
10 患者体型如何影响DECT图像质量？
较大的物体可能会增加图像噪声并降低图像质量（到达探测器的光子数量不足），从而降低材料分解和组织表征。由于X射线衰减的路径更大，线束硬化伪影在较大的患者尺寸中更为明显。建议患者选择DECT腹部成像，方法是根据正位定位图使用体重和横向尺寸的最小截止值。
由于光子饥饿在低kVp时更为明显，因此当DECT扫描仪被限制在80 kVp的低能量选项（例如，快速kVp切换和一些dsDECT扫描仪）时，该问题更为明显。可以通过增加管电流、减慢旋转时间和减小螺距来提高图像质量，所有这些都增加了光子通量，但代价是更高的辐射剂量（通过管电流调制而降低）。dsDECT扫描仪中双能量成像的有限FOV对于较大的患者可能是一个问题，尽管他们可能被定位为感兴趣的区域/器官位于光谱FOV内。
目前，降噪迭代重建技术可用于改善大型患者的图像质量。
11 DECT如何改善对比增强？为什么它有优势？
鉴于其k边界为33.2keV，碘密度在低keV VMI上被放大。DECT提高碘敏感性的一个重要优势是碘剂量的潜在减少，这对肾功能受损的患者有用。
DECT成像增强对比度。碘密度在低keV虚拟单色图像（VMI）上放大。DECT对碘的敏感性提高，可减少碘剂量，这对肾功能受损的患者有用，并减少开花伪影。其他优点包括改善病变的显著性，更好地检测出血和灌注评估。
碘图对比度的提高使增强的病变或血管更加明显，并能更好地描绘肠缺血和肺灌注不足。
另一方面，碘可能会产生开花伪影，尤其是口服造影剂，但通过改变窗口设置和降低碘浓度，这些伪影可能会得到缓解，这也提高了VNC图像的质量。
比较DECT扫描仪碘敏感性的研究得出结论，它主要与更好的光谱性能相关，还受其他因素的影响，像重建技术、患者体型和病变位置。
12 DECT成像是否与更大的辐射暴露有关？
尽管DECT最初关注的是辐射剂量，但由于技术改进和改进，辐射剂量已不再是问题。几项研究发现，与SECT相比，辐射剂量相似或更低，图像质量无显著差异。尽管如此，不同扫描仪之间的辐射剂量可能存在显著差异，并因扫描类型、身体部位和患者特定因素而异。
剂量减少的策略包括使用VNC图像、降噪迭代重建算法以及将FOV限制在感兴趣的区域。扫描仪特定的策略包括在快速kVp切换DECT中在低kVp能量中分配相对更多的时间，调制管电流，并在dsDECT中对高能管应用滤波器，以及在分离滤波器DECT中去除低能光子。
在比较DECT扫描仪之间的辐射剂量时，光谱对比度也很重要，因为更好的光谱分离允许使用更少的剂量获得一定的图像质量。使用具有优化电压、电流和滤波的dsDECT系统可以最大限度地实现。
关于超低剂量方案，如儿科和CT结肠造影，目前，DECT的作用很小或不起作用，除了它最终有可能在减去造影剂标记的粪便物质的情况下实现最少的CT结肠造影准备。
13 DECT系统在成像质量方面有何不同？
目前市面上可买到的DECT平台存在技术差异，可能会影响光谱性能，从而影响病变定量和表征。一些扫描仪在图像质量方面已证明优于其他扫描仪，这可能是由于可变光谱重叠和重建算法。这些需要具有显著高性能的计算系统，并且对于常规实践来说成本较低。使用两个能级的序列扫描的更简单和更便宜的方法伴随着较差的时间分辨率的折衷。分离过滤器DECT技术可用于中等性能、更经济的系统。
14 DECT图像在不同扫描仪之间是否可再现？
可再现性在常规肿瘤成像中尤为重要。不幸的是，制造商之间材料特定分解方法的可变性仍然有限。几项研究报告了在单能谱数据和碘定量方面的显著供应商间差异，因此使用不同扫描仪和不同VMI能量的研究应谨慎解释。
15 DECT的主要临床应用是什么？
DECT在临床实践中提供了几个优点，包括更好的病变描述和表征（与CNR相关）的潜力；通过生成消除对平扫的需要的VNC图像来减少辐射剂量；区分出血、强化或钙化；对偶然发现的准确描述可以避免进一步成像的需要，降低成本、辐射剂量和患者焦虑。
它的优点在放射肿瘤学中也是众所周知的，即改进剂量计算、疾病可见性和个性化治疗，特别适用于具有更陡剂量梯度的剂量输送技术，如近距离治疗和质子治疗。与SECT相比，它提供了更多的定量测量，不易出现图像噪声和束硬化或金属伪影，提高了计算剂量的准确性。DECT的主要临床应用列于。
DECT的主要临床应用。双能量CT提供了几个优点，包括更好的病变描绘和表征的潜力、通过生成虚拟非对比度（VNC）图像减少辐射剂量、减少碘剂量和减少射束硬化伪影。它的益处在放射肿瘤学中也是众所周知的。这里列出了所有人体系统中报告的许多有用应用的示例
16 DECT成像的未来会发生什么？
光子计数扫描仪是一种更先进的多能量CT系统，已在研究和开发中超过十年。西门子医疗于2021推出了第一个使用该技术的临床CT系统。
这些扫描仪具有带有镉基半导体的探测器，可将单个X射线能谱分成两个以上的光子能量仓，从而实现材料分解的新方法，如K边界成像和极低浓度材料分类。它们可以减少电子噪声、电子束硬化和金属伪影；提高碘CNR、光谱分离和空间分辨率；并生成更高质量的VMI。用K边界成像可能检测到的元素标记纳米颗粒可以进行分子CT成像，注射多种造影剂（如碘和钆）可以同时进行多相成像，减少了采集次数和辐射剂量，尽管在人类扫描批准之前还需进一步研究。
由于高曝光率和CT所需的光子通量导致的重大技术限制，其在CT上的应用被推迟。一些物理挑战仍然存在：例如，不同能量箱之间存在大量重叠（可能已纠正），系统必须能够进行超快光子处理（可能是由于新的发展）。如果信号处理缓慢，则会发生电脉冲重叠（“脉冲堆积”），两个或多个光子被检测为一个更高能量的光子，从而低估了计数（可能通过几种策略减少）。
尽管如此，光子计数探测器CT成像的进一步改进仍有望实现，迭代重建和深度学习技术可能对其有用。扩展光谱CT多能量评估能力的其他研究方法包括结合双源和TwinBeam技术、使用多kVp成像以及在多个电压之间切换X射线管。
DECT的附加值在许多环境中得到了广泛验证。材料分解技术和改进的图像质量在许多疾病过程中扩展了诊断能力和准确性。减少造影剂和辐射剂量的可能性在当今广泛成像的时代是有价值的。
在一个充满多样性的世界中，承认不同DECT扫描仪的优点和缺点是极其重要的，这些扫描仪可以根据患者、临床问题和经济能力的具体情况进行调整。尽管“一台扫描仪不适合所有”临床、人口统计和金融场景，但DECT技术无疑在临床实践中很有价值，而且肯定会不断改进。
公共管理中的One-Stop Shop（一站式商店）是提供多种服务的政府办公室，允许客户在一个集中的位置而不是在不同的地方访问这些服务。
该术语起源于 1920 年代末或 1930 年代初的美国，用于描述一种商业模式，为客户提供在一个实体位置满足多种需求的便利，例如百货公司和大型商店，提供种类繁多的产品。
这个短语经常被用作俚语来描述从网站到电视节目和移动应用程序的一切，人们可以在一个地方找到他们需要的大部分内容，包括信息。
最早在影像医学领域出现“one stop shop”是在1997年的一篇文献。来自荷兰的学者预测，冠状动脉 MR 成像和使用造影剂的心肌灌注成像的最新进展，以及更快成像序列的进一步发展，表明 MR 成像可以演变成一种单一技术（'one stop shop'），用于评估许多方面的心脏病。
在PubMed检索“one-stop shop”获得的结果。进入21世纪后，关于一站式的研究越来越多。这当然与技术的进步密不可分，影像医学检查手段越来越丰富，获得的图像质量越来越好，提供的信息越来越多，因此临床应用越来越广泛。
关于CT的一站式检查，研究热点与世卫组织公布的全球十大死因关系密切。缺血性心脏病和脑卒中是一站式检查研究的热门领域。
心脏CT成像严重依赖于设备的进步，2006年一篇文章介绍了心脏CT的一站式检查，其中提到双源CT的应用为心脏一站式检查提供了重要的价值。
随着研究的深入，心脏的一站式检查可以包括：钙化积分、冠脉狭窄定量分析、斑块定量分析、心功能分析、CT FFR、负荷心肌灌注、双能量虚拟心肌灌注、心肌延迟增强、ECV等等。通过一站式的检查，可以在一次扫描获得更多的形态和功能信息，从而帮助临床医生更好地做出诊疗决策。
负荷心肌灌注是今年来的研究热点，通过功能学参数与形态学进行结合，可以为临床提供更多的信息。
对于有症状且钙化积分为0的患者，应进行冠状动脉CTA以排除明显的CAD。然而，如果观察到阻塞性CAD，则需要进一步评估血流动力学后果，以决定是否需要血管重建治疗。在同一环境下进行CTP成像是诊断具有血液动力学意义的CAD的有效方法；这就是所谓的一站式检查！
随着后处理技术的进步，一站式检查获得的心肌灌注数据与冠脉CTA的形态学数据可以进行三维融合，从而更好地观察形态学与功能学信息的对应关系。
CT血流储备分数和CT心肌灌注很可能为CAD患者提供补充数据，CT血流储备分数可提供心外膜大血管疾病重要性的信息，CT心肌灌注可提供微血管功能障碍的数据。
北京协和医院的专家探讨了第三代双源CT（DSCT）低剂量一站式心脏CT成像方案的可行性。所有患者在第三代DSCT系统上，在70 kV电压下进行ATP负荷动态心肌灌注成像（MPI），并结合前瞻性ECG触发的大螺距冠状动脉造影（CCTA）。基于AHA-17节段模型，对灌注正常和灌注异常心肌节段的心肌血流量（MBF）进行量化和比较。根据SCCT-18节段模型对CCTA图像进行定性评估，并计算有效剂量（ED）。再以随后的导管冠状动脉造影（CCA）为参考进行评估。研究发现，70 kV第三代DSCT应力动态MPI结合前瞻性ECG触发的大螺距CCTA是一种可行、可靠的临床诊断工具，辐射剂量显著降低。
心胸一站式检查对肺栓塞的评价也很有帮助。ECG门控CTA为动态和功能性心脏评估提供了可能性。可以获得有关射血分数、RV/LV容积比、RV室壁运动异常、卵圆孔通畅（从右向左分流）和心内血栓的信息，这些信息目前由超声心动图提供。通过使用专用的三维软件进行后处理，获得这些测量值不必耗费时间，因此在急性临床环境中可能很有用。双源CT可通过多种方式用于PE的诊断。使用高螺距双螺旋协议，即所谓的flash技术，可以在不到一秒钟的时间内扫描整个胸部，这对获得呼吸困难患者的诊断质量特别有帮助。它还可以使用ECG门控轻松地用于心脏功能评估。
通过使用CT双能量成像技术，不仅可以提供血栓负荷的直接信息，还可以同时获得肺灌注的功能信息。这种灌注信息是有用的，因为与大的非闭塞性栓子相比，小的亚段栓子更容易导致肺血管床完全阻塞，因此可能对血流动力学状态产生显著影响。
肺动脉高压的双期DECTPA方案有希望用于获取PH患者肺动脉通过时间的基本信息。与附加扫描相关的中位有效辐射剂量为1.3 mSv，这意味着总辐射剂量仅略有增加（中位为5.5 mSv）。通过将DECTPA上全肺增强的动态差异与CT上PH的传统发现相结合，如右心室与左心室直径以及主肺动脉与升主动脉直径的比率，与mPAP的相关性进一步改善（r=0.71），从而使DECTPA上PH的AUC为0.82。
pain triple-rule-out，TRO）是指表现为急性胸痛发作的3种疾病及并发症，包括急性冠状动脉综合征（acute。coronary syndrome，ACS）、肺动脉栓塞（pulmonary。embolism，PE）和主动脉夹层（aortic。dissection，AD）。急性胸痛是临床上最常见的症状之一，是以胸痛为主要表现的一组异质性疾病群。仅凭临床症状及实验室检查难以及时确诊，尽早明确病因、及时有效的处理是对急性胸痛患者急诊救治的关键。
胸痛三联征CTA一站式检查，是指注射一次造影剂，做一次扫描，即可同时显示冠状动脉、肺动脉及胸主动脉，在缩短检查时间的同时，节约了检查费用、减少了造影剂用量及辐射剂量。
心肌是包虫囊肿罕见的发生部位，因为心肌在心动周期中不断运动。然而，放射科医生和临床医生必须了解这一实体，因为它具有非特异性症状。使用双源CT一站式胸部CTA成像，可以清晰获得形态学信息。
彩色VRT图像漂亮地显示了囊肿（绿色）与LAD的关系（箭头）。未发现LAD受压或狭窄。RCA也会可视化（箭头）。
除了对冠脉血管的狭窄检测之外，从一站式CT检查中获得的大量解剖学、形态学和生理学信息已经引起了人们对冠状动脉血运重建术前计划的极大兴趣。
具体而言，术前CTA数据集可以帮助介入心脏病专家进行选择性导管放置、适当的导丝选择、准确的支架尺寸选择，最重要的是，制定逐步血运重建策略计划。与有创血管造影相比，无创CTA超过了冠状动脉病变的特征，并且已成功用于预测手术结果的可能性（例如，冠状动脉慢性完全闭塞），这一点在这种情况下尤为突出。与有创性血管造影不同，冠状动脉CTA可以表征高危斑块特征（如低衰减斑块），这会增加围手术期并发症的风险，因此可能需要定制的血运重建策略。通过将三维CTA数据集直接投影到导管插入术实验室，可以简化该过程。CTA衍生的计算流体力学精确定位病变特异性缺血的能力可用于通过“虚拟支架”算法预测冠状动脉血运重建的功能结果。许多有经验的操作人员已经将CTA纳入冠状动脉血运重建的规划和指导中。
另一个重要应用领域是脑卒中的一站式检查。通常脑卒中的一站式检查包括：头颅平扫、CTP和CTA。CTP作为功能学评价方法，可以敏感和准确地区分梗塞核心和缺血半影。然而，由于头部运动，CTP绘图软件可能不会生成灌注图；在这种情况下，分析CTP源图像（CTP-SI）是必要的，以提供中风诊断和治疗的信息。
由NCCT、PCT和CTA组成的多模式功能CT为快速脑卒中成像提供了一站式服务。PCT可以区分梗死组织和半暗带。PCT还可以评估侧支循环，预测出血转化或恶性水肿。CTA评估脉管系统，有助于确定血管内治疗的候选方案。
一站式脑卒中CT检查，可以获得采用阿尔伯塔卒中项目早期CT评分（ASPECTS），CTA源图像（CTA-SI）以及灌注相关参数，如脑血流量（CBF）、脑血容量（CBV）、峰值时间（TTP）和平均通过时间（MTT）图。
来自资阳和华西医院的专家探讨了低剂量多模式CT扫描在预测急性缺血性卒中（AIS）6小时内预后方面的潜在价值。研究发现，与单一参数相比，CTA-SI-ASPECTS、侧支循环和CBV-ASPECTS的组合可提高预测能力。
对于脑出血的研究，双能量成像也可以在一站式检查中发挥其价值。南京军总的张龙江教授团队研究了单期双能量CTA作为一种一站式工具检测动脉瘤性蛛网膜下腔出血的临床价值。研究发现，与传统数字减影CTA相比，单相对比增强DE-CTA是用VNCT检测颅内出血和用DE-CTA检测颅内动脉瘤的最佳可靠一站式工具，且辐射剂量显著降低。
除了上述一站式扫描之外，还有一些通过改变扫描流程定义的一站式检查方式。
三次推注方案包括30ml造影剂，0秒时以2ml/s开始注射，435s时，50ml，速率1.5ml/s，488秒时65ml，速率2ml/s，腹部扫描时间为510s。
三重团注MDCT尿路造影扫描技术示意图，显示对比剂注射分为三次团注。在完成第三次团注后，立即获得腹部和骨盆的单一对比增强采集，总延时为510秒。此时，第一次团注已排泄到肾集合系统和输尿管，而第二次团注增强了肾实质和静脉（从第二次团注开始算起75秒），第三次团注增强了动脉（从第三次团注开始算起22秒）。
研究认为，三次团注MDCT尿路造影是一种剂量有效的方案，可在一次采集中获得皮质髓质肾图排泄和血管增强阶段，并提供足够的UUT增强和扩张。
43岁女性，微血尿患者在，三重团注MDCT尿路造影三维容积渲染图像显示整个尿路、肾脏和血管同时增强。（此图像重建中不包括静脉血管系统。）本次检查未发现微血尿的任何解释，在MDCT尿路造影术后1年的随访期内，临床检查未评估任何异常。
中华医学会影像技术分会与中华放射学杂志联合举办的“中放影像好技师”活动正在进行中，如果你有一站式检查的病例想要分享，可以关注一下哦。
2021, 55(1): 12-18. DOI: 10.3760/cma.j.cn112149-20200102-00004.。Opolski MP. Cardiac Computed Tomography for Planning Revascularization Procedures. J Thorac Imaging. 2018 Jan;33(1):35-54. doi: 10.1097/RTI.0000000000000262.
基物质分解与虚拟单能
先前患有肩关节脱位或骨关节炎的患者，其骨碎片或关节内游离体可导致锁定、弹响、疼痛、活动范围减小或不稳定等症状。在这些患者中，常规肩部CT可以定位和量化骨碎片或关节内游离体。CT可以评估肱骨头和关节盂的形态，并评估肱骨和/或关节盂的骨质流失量。在一部分患者中，关节造影是在CT扫描之前进行的，这样可以评估软骨、盂唇和肩袖。然而，在关节造影后的横截面图像上，致密的关节内碘化造影剂可能会掩盖薄的骨膜钙化或关节内游离体。
双能CT（DECT）能够表征组织和其他材料。使用DECT，可以在一次扫描中获得混合CT关节造影和虚拟平扫（VNC）图像，而无需对患者施加额外的辐射剂量。去除碘的双能CT肩关节造影（DECT-A）的VNC图像允许计算准确的关节盂3D重建图，以评估骨质流失。
在123名患者的129个肩部中，使用稀释碘对比剂（80 mg/ml）进行DECT关节造影（80 kV/140 kV）。
所有患者在CT扫描前均进行了总体积为12 ml的关节造影。常规使用通过肩袖间隙的前方入路，在常规透视下将稀释的碘造影剂注入盂肱关节。所有注射均使用80 mg/ml的溶液，注射1 ml局部麻醉剂，然后注射11 ml稀释对比剂。稀释时，将7 ml Iopamiro 200（碘帕醇）与9 ml NaCl 0.9%（共16 ml）混合，其中使用11 ml。
关节造影后15分钟内接受双能CT扫描，扫描仪为64层CT扫描仪（SOMATOM Definition AS，Siemens Healthineers，Erlangen，Germany）或128层CT扫描仪（SOMATOM Edge Plus，Siemens Healthineers，Erlangen，Germany）。使用肝脏VNC应用的协议与肩部适配一起使用：所有检查均采用DNA能谱技术（第一次扫描80 kV，第二次扫描140 kV；z轴覆盖范围相同），自动管电流调制（CARE Dose4D，80 kV参考240 mAs，140 kV参考57 mAs），准直宽度为0.6 mm，旋转时间为0.5 s，螺距为0.8。
CT机器自动在80和140 kV扫描之间分配总剂量。将设置调整为120 kV（参考150 mAs）下肩部单次能量扫描的剂量参数。
在80kV和140kV扫描中重建骨和软组织卷积核的轴位图像（0.75 mm）。采用3:7的混合比，80 kV和140 kV扫描用于计算骨卷积核中的混合轴位CT关节造影（DECT-A）图像（0.75 mm）。
在syngo.via（VB 30，Siemens Healthineers，Erlangen，Germany）中计算层厚0.75 mm的虚拟平扫图像。在软组织卷积核中使用轴位80 kV和140 kV数据集（0.75 mm）。图像被加载到syngo.via的双能量肩部VNC应用程序中用于图像计算，该应用程序改编自肝脏VNC应用程序，以显示更高的Hounsfield单位。
双能量CT肩关节造影的图像采集和后处理。两个数据集，一个管电压为80 kV（A），另一个为140 kV（B），与双能CT扫描在同一肩部采集。混合比为3:7的DECT关节造影图像（80 kV/140 kV）（C）和虚拟平扫图像（D）通过（A）和（B）中的图像后处理进行计算。
VNC图像质量评分（1 = 最差，5 = 最好）、剂量参数和CT值（关节内碘、肌肉、VNC关节液密度）。计算图像对比度（碘/肌肉）和碘去除率。两位独立的读者评估了VNC和DECT-A图像的骨膜钙化和关节内游离体，以及诊断可信度（1 = 低，4 = 非常高）进行了评估。
31岁男性，复发性肩关节前下脱位。在轴位虚拟平扫图像（A）上，可见一层薄薄的骨膜钙化（白色箭头），这被错误地解释为轴位DECT关节造影图像（B）上碘造影剂（箭头）勾勒出的盂唇骨膜撕裂（黑色箭头）。冠状位平片（C）证实了前下关节盂处的壳状骨膜钙化（箭头所示）。图像（A）的置信度较高，图像（B）的置信度适中。
研究发现，VNC图像（129/129）质量良好（中位数4（3-4）），DECT-A扫描的平均有效剂量为2.21 mSv（± 1.0 mSv）。碘、肌肉和VNC关节液密度的CT值平均为1017.6 HU（±251.6 HU），64.6 HU（± 8.2 HU） 和85.3 HU（±39.5 HU）。DECT-A和VNC图像对比度平均为953.1 HU（± 251 HU） 和31.3 HU（±32.3 HU）。VNC图像的碘去除率平均为91%。VNC（n = 25）和DECT-A图像（n = 21）的骨膜钙化的检出率无统计学差异（p = 0.29），而在VNC图像上，关节内游离体的检出率更高（14对7；p = 0.02）。VNC图像对两种骨膜钙化和关节内游离体的诊断可信度较高。
37岁男性，患有后关节盂发育不良和骨关节炎。在轴位虚拟平扫图像（A）上，在盂肱关节的肩胛下隐窝可见巨大的骨化关节内游离体（箭）。在轴位DECT关节造影图像（B）上，由于与相邻的碘化造影剂（箭头）密度相似，关节内游离体（箭头）被遗漏。游离体被解释为肩胛下隐窝的滑膜炎，因为它是后隐窝的滑膜炎（开放箭头）。轴位MR关节造影图像（C）和轴位X线片（D）证实存在关节内游离体（箭头）。注意图像（A）中后隐窝碘（箭头）的不完全减除。
两名不同患者的轴位虚拟平扫（A和C）和DECT关节造影图像（B和D）上的关节内游离体示例。A和B为37岁男性，复发性右肩前下脱位。虚拟平扫图像（A）显示了一个小的、中度钙化的关节内游离体，位于喙突下滑囊的位置，由于与碘和分隔（箭头）相似的外观，在 DECT 关节造影图像上遗漏了该游离体。B和D：57岁女性，复发性左肩前下脱位。在虚拟平扫图像（C）上，腋窝位置处的强烈骨化的关节内游离体清晰可见，由于密度与碘相似，DECT关节造影图像上也遗漏了该游离体（箭头）。
31岁男性，复发性肩关节前下脱位。轴位和矢状斜位虚拟平扫图像（A和C）以及轴位和矢状斜位DECT关节造影图像（D和F）均显示喙突尖端移位的骨折碎片（开放箭头）。然而，在轴位和矢状斜位DECT关节造影图像（E和F）中，由于与碘造影剂不可区分，腋前隐窝中的小骨化关节内游离体（如箭头所示）被遗漏，但在轴位和矢状斜位虚拟平扫图像（B和C）中被清楚识别。注意图像A-C中后隐窝中碘（箭头）的不完全减影。
文献原文：Stern C, Graf DN, Bouaicha S, Wieser K, Rosskopf AB, Sutter R. Virtual non-contrast images calculated from dual-energy CT shoulder arthrography improve the detection of intraarticular loose bodies. Skeletal Radiol. 2022 Aug;
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