医学影像技术体系 · 第 12 卷 / 共 44 卷
实现方法、定量技术与专科病例
本卷导读
从双能量 CT 的实现方法与定量技术出发，解析胰腺、腰椎、头颈骨髓、甲状旁腺等专科病例，并回顾 CT 五十年的技术演进。
知识结构
- 实现方法与定量技术
- 急诊骨髓与肌骨病例
- 双能量CT骨髓分析：急诊室的Game Changer
- 头颈、甲状旁腺与腹部病例
- CT 技术史与五十年回顾
实现方法与定量技术
近日，美国放射物理师学会AAPM发布了一份出版物，来自梅奥诊所、德克萨斯大学安德森癌症中心、德克萨斯大学西南医学中心、斯坦福大学以及西门子医疗、飞利浦医疗、通用电气医疗、佳能医疗的专家详细介绍了双能量的实现方法与临床应用，今天我们一块学习一下。
在传统CT扫描中，不同元素组成的材料可以具有相同的CT值，这取决于每种材料的质量密度和检测到的x射线束的能量。区分不同的组织类型和对比剂是非常困难的。在多能CT中，在第二、第三或更多能量获得一个或多个附加衰减测量。这样至少可以区分两种材料。双能量CT是一种古老而又崭新的技术，早在上世纪七十年代就有对于双能量CT成像的探索（更多内容可以参见：能谱纯化技术的基本原理与临床应用）。目前，商用双能量CT技术的方法有很多种，大致可以分为两类，一类是基于探测器端的方法，一类是基于球管端的方法。
使用一个x射线源和两层能量积分闪烁探测器，可以获得两个不同光谱的数据集。每一层的厚度和材料决定了记录的低能量和高能量数据集的能量分离和相对噪声。在商用系统（IQon、飞利浦医疗）中，x射线管产生多色光束，其最大光子能量等于用户选择的峰值管电压。产生的x射线光谱中的低能光子被顶部的低密度石榴石闪烁层选择性吸收，而高能光子通过底部的G2O2层并被吸收。
通过将低能量和高能量数据相加，并使用迭代重建或滤波反投影等标准技术进行重建，也可以从每次扫描中获得常规CT数据。得到的图像是传统的单能CT图像，与使用单球管和单管电压但配备单层探测器的传统CT扫描仪获得的图像相匹配。
理想的对齐低能量和高能量数据也可从120或140kV执行的每次扫描中获得。光谱数据的固有配准允许投影区域分解。使用专用的能谱算法进行基对重建。使用基础图像进行材料特性和分解，以创建各种光谱图像类型。
双层探测器技术的优点之一是没有对双能量扫描的特殊要求（即特殊协议）。常规扫描协议可以“按原样”使用，无需增加剂量或改变工作流程。从每次120和140kV的扫描中都可以获得常规和双能数据，不必预先确定双能图像的需要。因为光谱采集协议与传统成像协议没有区别；双能量数据可以从任何常规CT扫描中进行回顾性检索。这尤其有助于通过次优对比度增强挽救检查，减少传统图像上模糊感兴趣区域的伪影，改善病变可视化和病变特征，包括偶然发现的病变。一项针对118名患者的研究表明，光谱信息在大约80%的扫描中提供了额外的临床价值，尽管如果需要预先选择的话只有20%的扫描是基于临床病史和检查指示的双能量采集。
探测器级的能量分离产生空间和时间对齐的低能量和高能量数据集，允许投影空间分解。投影空间分解的一个好处是线束硬化伪影的内在减少。在头部成像、心肌灌注成像、冠状动脉支架成像和髋关节假体成像中，与传统图像相比，由双层光谱CT数据生成的虚拟单能图像上的线束硬化伪影减少。
光谱数据的这种配准还允许识别和去除基础材料原始数据集中的反向噪声，有助于在保留信号的同时抑制噪声。使用双层技术，与由相同数据生成的传统图像相比，虚拟单能图像中的噪声降低了。有几个小组报告了在评估的单能范围内（40 keV到200 keV）几乎平坦的噪声，并且随着keV的降低，CNR增加。当结合低能量和高能量信息来创建光谱图像时，数据集的空间和时间配准也为心脏等运动解剖学提供了优势。双层探测器的设计还允许在完全相同的对比度增强阶段获取双能量数据。
双层探测器技术的另一个优点是，它不限制与视野、机架旋转时间或使用剂量节省工具（如管电流调制）相关的数据采集。每个探测器层的厚度和材料选择提供了低能量和高能量数据，并在典型患者尺寸范围内提供匹配的噪声水平。该准则通常用于平衡两个数据集之间的噪声水平，因为它提供了一种对多个应用相对稳健的合理方法。双层解决方案不存在其他问题，例如在双源方法中发现的患者诱导的交叉散射，以及由于在kV切换方法中需要视图插值而导致的空间分辨率降低。
采用单x射线源的双层探测器技术对双能CT有一定的局限性。由于光谱数据集的能量分离受到固定探测器设计的限制，只能使用在120或140kV峰值管电位下进行的扫描进行光谱分析。常规扫描可在80或100kV电压下进行，但只有常规数据集可用于重建。使用双层探测器的光谱分离比使用两种不同管电位设置和滤除其中一束光的方法更差，原则上，这将要求患者获得更高的辐射剂量，以实现光谱图像中的等效对比度与噪声比。通过在投影空间中消除材料分解过程中的反向噪声，这在一定程度上得到了缓解。
当今医学CT系统中使用的固体闪烁探测器将x光转换为可见光，可见光由与闪烁体耦合的光电二极管检测。每个吸收的x射线量子产生的光强度，以及因此每个吸收的x射线量子产生的电信号，与x射线能量E成正比。能量积分检测器中的信号Sint是来自所有吸收的x射线通量N（E）的信号在所有能量E上的积分，权重因子与E成正比。
固体闪烁探测器不提供能量分辨信号。携带物体（特别是含碘组织）大部分低对比度信息的低能x射线量子比集成信号中的高能量子的重量小。
基于半导体的光子计数探测器，如碲化镉（CdTe）或碲化镉锌（CZT）直接将x射线转换成电信号。
吸收的x射线产生电子-空穴对，在探测器顶部和底部的阴极和像素化阳极电极之间的强电场（电压~106 V/m）中分离。移动电子产生短电压脉冲，脉冲高度与x射线能量E近似成正比，一旦超过给定的能量阈值，就单独计算。
在基本工作模式下，仅使用一个能量阈值E1，该阈值能量以上的所有x射线量子都以相同的权重计数，从而产生检测器信号。
低能量x射线量子信号的低加权不存在可以提高结果图像的对比度噪声比（CNR），特别是在使用碘化造影剂的CT扫描中。由于只检测到高于能量阈值的信号，因此低于阈值的低水平电子噪声不会影响光子计数探测器的计数率。这是与传统能量积分探测器的一个主要区别，它可以减少图像噪声，降低肥胖患者或极低辐射剂量扫描的剂量。
不同的能量阈值允许区分光子能量。光子计数探测器可以同时提供具有不同低能量阈值E1、E2的CT数据，用于光谱分辨测量。在物理上，阈值是通过输入脉冲高度比较器电路的不同电压来实现的。从探测器获得的脉冲高度几乎与探测到的x射线光子的能量成正比。到目前为止，在原型设置中使用了多达六个不同的阈值。
通过为数据读出实现两个或多个能量阈值，光子计数探测器可以使用标准CT扫描仪提供光谱（双能或多能）数据，而无需修改探测器类型。光谱信息可用于任何CT扫描，在选择扫描参数（如管电压、机架旋转时间或螺距）或使用解剖管电流调制以使辐射剂量适应患者解剖结构方面没有限制。在不同能量水平上对CT数据进行时空比对，有利于心脏等运动器官的扫描，并且可以使用基于投影的材料分解或虚拟单能算法。没有额外的散射辐射需要注意。利用光子计数探测器，常规获取光谱数据，将最低能量阈值的图像用于标准诊断（类似于今天的单能量CT图像），如果临床需要，可回顾性地获得光谱信息。
在两个以上能量仓的情况下，k边缘成像可以应用于双能CT之外的先进材料分解，例如在同一扫描中分离碘和钆造影剂，分离碘、钆和铋，或分离碘和金纳米粒子。
迄今为止，光子计数探测器仅在研究系统中可用，从技术和临床角度对其进行了广泛的评估。
每次旋转具有不同管电压的连续体积或螺旋采集。双能量成像的宽体积、两个连续采集方法的目标是利用单轴旋转的广域覆盖和宽体探测器，例如2009年东芝医疗系统推出的16cm Aquilion ONE探测器。在标准成像应用中，16厘米探测器在一次0.275秒的机架旋转中提供整个器官或感兴趣区域的各向同性体积覆盖。对于双能量应用，使用两个机架旋转的全器官覆盖，每个旋转的管电位值不同，允许投影空间对齐和基于投影数据的材料分解。当需要更长的扫描长度时，也可以使用以相同轨迹执行的两次螺旋扫描。在管电位切换时，通过调整管电流值，实现了对低能量和高能量采集噪声水平的独立控制。
宽体探测器的主要优点是，在两个机架旋转之间没有患者运动的情况下，两个连续旋转的双能量CT方法是原始数据域投影的理想对齐。这种方法允许用户利用自动曝光控制（AEC）系统根据患者的衰减来调整管电流。这进一步允许在低能量和高能量数据采集之间匹配图像噪声级。该方法在采集过程中具有稳定的管电压值。
双能量两次连续采集方法的主要限制是时间对准，因为在两次采集之间从一个管电位切换到另一个管电位可能需要500毫秒。这限制了在采集之间有明显移动的患者（如在心脏应用中）或对比剂浓度快速变化的组织的时间分辨率。
在低和高kV设置之间来回的电压通常被称为快速千伏切换。管电压的切换使得能够从两个在时间和空间上紧密排列的不同能量数据集中获取数据。GE Healthcare于2008年推出了第一款用于快速kV切换的常规临床成像的商用扫描仪（Discovery CT750 HD）。在快速kV切换中，获取的投影数据集是交错的。由于低能量和高能量投影的时间偏移，采用数据插值实现低能量和高能量投影之间的数据一致性，从而实现投影空间的物质分解。为了保持空间分辨率并减少视图混淆伪影，与单管电压扫描相比，每台机架旋转采集的视图数增加了一倍以上。在一个典型的临床转速下，在80kV到140kV之间的一小部分毫秒内，管电压以及因此而产生的输出x射线谱发生了变化。
当每台机架旋转采集2000多个视图时，相邻80和140kV投影之间的角度差小于0.18度。这确保了用不同管电位采集的相邻视图对应于在几乎相同方向观察的相同患者解剖结构。相邻视图也会在几毫秒内收集，以确保由于患者运动而使患者的解剖结构发生最小程度的变化。
原始的交错80和140kV投影分为两个投影：80kV和140千kV。进行投影空间材料分解，生成水（碘）和碘（水）密度投影。（在GE系统中，列出的第一个物料是显示的基础物料，括号中列出的物料是用于两个物料分解的其他基础物料）。然后对这些投影进行层析重建，生成水（碘）和碘（水）密度图像。其他图像，例如虚拟单能图像、不同的基材料对或有效的原子序数图像，可以从水和碘对中计算出来。
在很短的时间内，x射线管电压（60kV）的巨大变化对CT系统提出了重大的技术要求。为了保持足够的能量分离，低和高管电位设置之间的转换时间需要比kV切换周期短得多。缓慢的上升和下降时间会导致两个管电位之间的信号污染，并导致两组投影之间的能量差变小。一个特别设计的x射线管和发生器被用来减轻光谱分离的减少。
随着快速管电位转换时间的增加，探测器的时间响应也需要加快。所有固体闪烁体都具有信号衰减特性。如果衰减速度很慢，先前投影产生的信号将污染当前投影。这种污染也会导致能量分离的退化。一种特殊设计的闪烁材料用于减轻此影响。
快速kV切换技术面临的第三个技术挑战是x射线磁通管理。低能光子比高能光子对物体的衰减更大。然而，为了获得最佳的噪声性能，低能量和高能量测量中的噪声需要相对平衡，因为材料分解过程依赖于两个测量作为输入。为了实现这一点，快速kV切换系统采用了一种非对称采样方案，其中低能量投影的信号积分时间比高能量投影的信号积分时间长。
管电压切换技术是在20世纪80年代商业化实现的，由于当时现有技术的局限性，用于低管电压数据采集的管电流不能以足够快的速度增加以获得足够低的噪声，这限制了该系统，主要用于骨密度测定。
由于投影空间材料分解被用于快速kV切换，因此可以显著减少线束硬化引起的伪影，这对于精确的双能材料量化具有重要意义。快速千伏切换技术导致几乎同时采集低能量和高能量投影，确保运动相关问题最小化。由于这两组投影都是用常规CT成像用的同一个探测器获得的，因此整个50厘米的视野被覆盖。能够根据每个能量投影的积分时间独立调整测量的低能量和高能量通量，从而能够通过考虑两个管电压之间的患者衰减特性的差异来优化系统噪声性能。
在目前商业上实现的快速kV切换中，x射线管电流在数据采集过程中不能动态变化。管电流调制是不可能的，这会降低检查的剂量效率，并限制系统适应患者衰减增加区域的能力。这主要是由于现有系统的硬件限制。
这种污染随着机架旋转时间的减少而恶化，因此系统软件目前防止使用机架旋转时间小于约500 ms，这可能会限制心脏检查的质量。
由于用一个x射线管收集所有的投影数据，而且获得低能量和高能量投影之间的时间很短，在实际应用中很难通过在高能束中加入预过滤来进一步优化光谱分离，因为它需要一个系统以极高的速率将滤波器移入和移出光束，并且以与千伏切换完全同步的方式。kV开关的能量分离比双源的能量分离更差。
1980年，描述了从标准CT采集中获取双能信息的简单技术。作者提出用不同的方法对x射线扇形光束的两半进行滤波，并用360°扫描获得两个光谱的完整投影数据。
然而，x射线束现在在纵向上分裂，而不是在扇形光束方向上分裂。这是可能的，因为多排探测器的几何结构，这在1980年是不可用的。球管准直器壳体中的两个不同的预滤器用于分离光束。扫描方向的多排探测器中，有一半的探测器用0.6毫米锡过滤的x射线束；与标准的120kV光谱相比，该预过滤光谱的平均能量增加。探测器的另一半可以看到用金滤光片过滤的x射线束；由于金的K边界在80.7keV，相对于传统的120kV光谱，该光谱的平均能量降低。预滤波器的总衰减被调整以平衡光束的低能量部分和高能部分的辐射剂量。
CT系统可在螺旋扫描模式下运行，机架旋转时间最快为0.28秒，螺距高达0.5（指探测器的全z宽度）。通过这种方式，沿着z轴的每一半探测器获得一个完整的螺旋数据集，并且低能量和高能量图像都可以在任意z位置重建，作为基于图像的材料分解技术的输入。
射束滤过技术使双能扫描与标准CT系统，只需修改球管准直器。无需特殊球管或高压发生器要求。双能信息是在50厘米直径的扫描视野内获得的，通过解剖管电流调制可以优化病人的辐射剂量。混合图像（模拟标准120kV图像的低能量和高能量图像的加权平均值）数据集是采集的主要输出。这使得常规双能量CT扫描成为可能，同时提供与传统成像协议相似的数据。与单能CT相比，混合图像在辐射剂量为45%时出现了相似的图像噪声。
采用束流过滤技术的光谱分离效果不如采用两种不同的管电压设置。需要一个强大的x射线管，因为预过滤吸收了x射线通量的很大一部分，反过来又限制了非肥胖患者使用这项技术。0.5的最大螺距在一定程度上限制了最大螺距覆盖速度，使用0.28或0.3s的旋转时间通常可以弥补这一限制。低能谱中的散射光子可以被检测并计算为来自高能谱，反之亦然。
双源CT（DSCT）是具有两个测量系统的CT系统，即两个x射线管和两个相应的探测器，在机架内以大约90°的角度偏移。两个测量系统同时在患者的相同解剖水平（相同的z位置）获取扫描数据。双能数据可以通过在不同的管电位设置下同时操作两个x射线管来获得，例如80kV和140kV。
2006年，第一台DSCT投入商业应用（SOMATOM Definition）。它的两个采集系统A和B安装在旋转机架上，角度偏移量正好为90°，对于第二代和第三代DSCT，角度偏移量改为95°。探测器A覆盖50cm直径的全扫描视野，而探测器B由于机架空间限制，仅限于26cm（第一代）、33cm（第二代）或35.4cm（第三代）的较小视野。
DSCT系统还可以通过在高能束中引入额外的预过滤来优化光谱分离，例如，通过在需要时可以移入束中并移出用于非双能应用的滤波器。双能CT图像质量和定量精度随能谱分离程度的提高而提高。差的能量分离导致基材料分解中的图像噪声增加，必须通过增加的辐射剂量进行补偿。第二代DSCT配备了0.4 mm的锡（Sn）滤波器，以将140kV频谱的平均能量从86keV转移到97keV（20cm水模后）。80kV频谱的平均能量为60keV。第三代DSCT提供了一个150kV的x射线管电压和更厚的锡预过滤（0.6mm），以将150kV光谱的平均能量转移到107keV。作为额外的好处，Tin滤波器缩小了高能量谱，从而产生更好的剂量效率和更少的线束硬化伪影。
衡量双能CT采集技术在能量分离和材料区分能力方面性能的一个相关参数是非水材料的CT值比（CTR），在一些出版物中也称为双能比（DER）。在实验工作中经常使用的材料的CTR的一个定义是在低能谱下的CT值（单位：HU）除以在高能谱下的CT值（单位：HU）。这里，水（CT值0HU）的CTR被定义为1，因为它的CT数不应该随着管电位的变化而有意义地改变。碘的CTR是对比增强CT扫描中常用的物质分解基础材料，从使用80kV/140kV x射线管电压组合的2增加到使用80kV/150千kV和0.6mm锡预过滤x射线管电压组合的~3.4（使用20厘米水模测量）。CTR值越大，基材料微分的条件方程越好，材料特定图像中的图像噪声越小。
使用能谱纯化技术的双源CT的能谱分离程度最佳。DSCT的双能量评估仅限于较小探测器B的较小中心扫描视野。然而，在整个50cm扫描视野内获得混合图像。
基于投影的双能量算法不能与DSCT一起使用，因为低能量和高能量投影不是在同一z位置同时获得的。双能量算法是基于图像的。虽然基于投影的算法在理论上具有优势，但基于图像的方法在临床任务中实际上是等价的。一个先决条件是薄吸收模型的有效性。以水和碘为基础材料，碘在任何测量射线路径上的最大x射线衰减必须足够小，以假定对总衰减的线性贡献。这适用于碘在水中的整体衰减高达~5000 HU·cm的样品，并且仅在存在极高局部碘浓度的临床情况下才违反，例如在CT肾或心脏研究中。作为第二个先决条件，水的CT值和小碘样品的CT值应独立于它们在扫描对象内的位置。为了创造这些条件，DSCT扫描仪配备了优化的蝶形滤波器，以获得足够的光束硬化。患者必须在扫描视野内居中。
必须仔细校正交叉散射辐射，即源于A球管并由B探测器检测到的散射辐射，反之亦然，以避免因杯状伪影或条纹伪影而导致CT值失真。这可以通过测量交叉散射辐射或基于模型的方法来实现。
胰腺中脂肪的积累，称为胰腺脂肪变性，越来越多地被认为是胰腺功能障碍的原因。例如，已发现胰腺脂肪变性与β细胞功能降低和胰岛素分泌受损有关，最终导致糖尿病。重要的是通过成像方式可靠，无创和方便地量化胰腺脂肪变性的程度。
磁共振成像（MRI）可以对组织脂肪含量进行无创体内定量。在最近的研究中，已经在包括肝脏和胰腺在内的各种器官中显示了基于化学位移的MR技术的高精度，尤其是用于组织脂肪定量的六点Dixon和MR波谱技术。
虽然胰腺脂肪变性可以通过计算机断层扫描（CT）可视化，但已经证明使用常规CT难以可靠地量化胰腺中的组织脂肪含量。然而，随着双能CT（DECT）技术的最新进展，一些研究发现，具有三种材料分解的DECT能够准确量化肝脏脂肪含量，并且可以在对比增强和非对比增强数据集上进行。尽管如此，还没有报道将先进的MRI技术与DECT进行比较，以量化胰腺脂肪变性。来自日本的学者最近发表文章，研究评估了双能CT（DECT）与T2*校正的六点Dixon磁共振成像（MRI）相比胰腺脂肪定量的可行性。
作者分析了28名在不使用造影剂的情况下接受DECT（100和150kVp）和Dixon MRI的患者。
DECT采用双源CT扫描仪（SOMATOM Force；在不使用造影剂的情况下，使用双能量协议（探测器准直，128×0.6mm；机架旋转时间，0.5s；矩阵，512×512）进行CT扫描。电压组合为100和Sn150kV。
六点Dixon MRI检查根据常规的腹部方案，使用3.0T MR系统（Magnetom Prisma；Siemens Healthcare，Erlangen，Germany）和18通道体线圈进行MRI。使用以下参数进行屏气期间未增强的T2*校正的六点Dixon T1加权成像以获得脂肪分数图像：TR，9ms；TE，1.12,2.46,3.69,4.92,6.15,7.37ms；采集矩阵，111×160；并行成像因子，2；切片厚度，3.5mm；视野，306×350mm；带宽，1080 Hz/像素。自动计算和重建MR-FVF图。
在DECT上使用多材料分解（MMD）算法生成的脂肪容积分数（FVF）图上，将感兴趣区域（ROI）放置在胰腺的头部和体/尾部。将通过DECT（CT-FVF）测量的胰腺实质的FVF（%）与使用Spearman等级相关系数使用Dixon MRI（MR-FVF）计算的FVF图上测量的FVF（%）进行比较。
脂肪体积分数（FVF）的测量。a和b 从DECT生成的CT-FVF图。c和d通过六点Dixon T1加权成像获得的MR-FVF图。胰腺头部和体/尾部的红色圆圈代表用于测量FVF（%）的ROI。首先将感兴趣区放置在DECT的CT-FVF图上，然后将感兴趣区放置在Dixon MRI的MR-FVF图上，与DECT的CT-FVF图位置相同。
研究发现，DECT上胰腺头部和体/尾部的中位CT-FVF（%）值分别为14.2%（范围0.1-81.2%）和9.4%（范围0-40.8%）。Dixon MRI上胰腺头部和体/尾部的MR-FVF中位数（%）分别为12.2%（范围1.2-80.9%）和8.1%（范围0.3-43.7%）。通过DECT测量的CT-FVF（%）显示与通过Dixon MRI在胰头（ρ==0.631，P<0.001）以及胰腺的身体/尾部测量的MR-FVF（%）（ρ==0.526，P=0.004）显着相关。
a和b 通过DECT测量的CT-FVF（%）与通过Dixon MRI在胰腺的头部（a）和体/尾部（b）中测量的MR-FVF（%）之间的关系。DECT测量的CT-FVF（%）与Dixon MRI测量的胰腺头部（ρ=0.631，P<0.001）和体/尾部（ρ=0.526，P=0.004）的MR-FVF（%）显着相关。
Bland-Altman图比较了在胰腺头部（a）和体/尾部（b）通过DECT测量的FVF（%）和通过Dixon MRI测量的FVF（%）。平均差异为实线；与95%置信区间一致的上限和下限为虚线。
a和b 通过Dixon MRI测量的MR-FVF（%）与在胰腺的头部（a）和体/尾部（b）的未增强100kV CT上测量的CT衰减值（HU）之间的关系。Dixon MRI测量的MR-FVF（%）与胰腺头部和体/尾部未增强CT测量的CT衰减值呈显着负相关（ρ=-0.435，头部P=0.02，ρ=-0.403，体/尾部P=0.033）。研究发现，DECT具有量化胰腺脂肪变性程度的潜在用途。未来需要进一步的研究来确定该技术用于早期检测胰岛素分泌受损以预防糖尿病发展的有用性。如果具备相关软硬件设备，可以试试看哦！
急诊骨髓与肌骨病例
双能CT正越来越多地应用于急诊科，以帮助诊断急性疾病。其应用包括在隐匿性骨折和其他急性情况下显示骨髓水肿（BME）。来自哈佛大学附属布列根和妇女医院急诊放射科的专家最近在Radiographics杂志上发表文章，讨论了双能量CT骨髓分析在急诊放射领域的价值。
常规平片是主要的影像学方法，有助于评估可疑的髋关节（股骨近端）或骨盆骨折。虽然大多数髋部骨折可以根据影像学检查结果进行描述和处理，但3%-10%的影像学检查中可能出现隐匿性骨折，最初骨折呈阴性。
髋部骨折的早期诊断对优化治疗和改善预后至关重要，因为这些损伤大多需要手术治疗。髋部骨折的延迟诊断与移位风险增加、需要更广泛的手术、骨不连、缺血性坏死、血栓栓塞事件和死亡率增加有关。
虽然MRI被认为是帮助识别隐匿性髋部骨折的标准，但在紧急情况下进行MRI检查可能会很困难。
据报道，常规CT帮助评估股骨近端骨折的准确率在83%到100%之间。虽然常规CT对可疑的隐性髋部骨折是一种合理的检查方法，但由于缺乏皮质不连续或骨小梁移位，CT很难确定隐性损伤的范围和程度。双能CT显示BME可以通过显示可能被忽略的区域的细节来改善对细微的皮质或骨小梁破坏的描述。
双能CT对股骨近端隐匿性骨折的诊断有很好的准确性，其敏感度在90%-95%之间，但不同研究的特异性从低至40%到高达95%。报告特异性的广泛范围可能部分地与可模拟BME的伴随变性改变有关，这个稍后讨论。
双能CT在股骨近端骨折诊断中的一个重要应用是显示大转子骨折向转子间区的隐匿性延伸。大转子孤立性骨折通常可以在平片或CT上显示，尽管这种骨折模式相对少见。
非移位大转子骨折的保守治疗为保护负重和限制主动外展。然而，股骨粗隆间延神骨折通常需要外科治疗。
据报道，超过50%的股骨转子间骨折延伸是一种影像学特征，可能表明需要手术治疗。同样，骨折线通过内侧股骨皮质或股骨距的延伸表明需要手术而不是保守治疗。股骨转子间延伸的延迟诊断可能导致骨折移位，需要更广泛的手术，增加住院时间和延迟康复。
MRI是显示股骨转子间延伸的首选方式，尽管通常很难清楚地看到股骨内侧皮质。双能CT可以通过证明即使在没有骨小梁移位的情况下BME延伸到该区域来帮助诊断股骨转子间延伸，同时允许皮质骨的清晰可视化（5）。
80岁女性，髋部疼痛，股骨转子间骨折延伸。（a） 左髋X线片显示左侧大转子骨折，无移位（箭头）。（b） 冠状位CT图像显示未移位的大转子骨折（箭头）。（c） 冠状位VNCa覆盖图像显示BME延伸到转子间区域（箭头）。（d） 冠状STIR图像显示延伸到转子间区域（箭头）的高信号区域，与双能CT图像上的骨髓分布匹配。
84岁女性，右髋疼痛，右大转子骨折粗隆间延伸。（a） 右髋冠状位CT显示右大转子轻度移位骨折（箭头）。（b） 冠状位VNCa叠加图像显示BME（箭头）延伸至转子间区域。（c） 术中获得的正面透视图像显示使用滑动髋螺钉进行治疗。
骶骨和骨盆功能不全骨折通常见于骨质疏松症妇女。传统的放射线平片检查显示只有20%-38%的骨折。据报道，从出现症状到进行靶向骶骨成像，有40-55天的延迟。在这段时间内，患者可能会出现腰痛或骨盆疼痛。双能CT可显示骨盆和骶骨骨折的BME（7），通过早期诊断可能降低发病率。大多数涉及髋臼、闭孔环和骶骨的隐匿性骨折通常采用支撑或限制负重保守治疗，尽管在某些情况下进行骶骨成形术或经皮固定有助于减轻疼痛。
91岁男性耻骨上支无移位骨折。（a） 冠状位CT显示右侧耻骨上支无移位骨折（箭头）。（b） 冠状位VNCa覆盖图显示相应的不对称BME（箭头）。
84岁女性非移位性骶骨体骨折伴骨质疏松和腰痛。（a） 骶骨矢状位CT图像显示微小的非移位性S4骨折（箭头），最初被忽略。（b） 冠状位CT显示细微的骨折线（箭头）。（c） 矢状位VNCa图像显示BME（箭头），这有助于建立更高的信心诊断。
骨质疏松性椎体压缩性骨折发生在轴向载荷和弯曲力超过椎体固有强度时。绝经后骨质疏松症、甲亢继发性骨质疏松症或皮质类固醇治疗期间椎骨密度丢失增加骨折的机会。
当早期椎体压缩性骨折未被诊断时，它可能导致进行性椎体塌陷，并可能导致广泛的疼痛和残疾。
椎体压缩性骨折可采用后凸成形术或椎体成形术治疗。尽管这些方法的有效性存在争议，其在慢性压缩性骨折中的益处可能会降低，因此早期认识对优化治疗决策非常重要。保守治疗（如支撑）可减少骨折进展的机会，据报道，骨折未经治疗时，平均12.5周内发生骨折进展。
隐匿性椎体压缩性骨折在x线或CT上可能不明显。MRI显示骨折处异常信号强度，有时可以看到骨折线。
与MRI相似，双能CT可显示隐匿性椎体骨折部位的BME。与骨窗设置获得的图像相关，可能显示椎体终板的轻微压缩或皮质脱臼。与MRI相似，双能CT有助于鉴别无BME的慢性骨折畸形和有BME的急性骨折畸形。双能CT在诊断骨质疏松性椎体压缩性骨折方面显示了良好的前景，其敏感性在85%-90%之间，特异性在95%以上。
97岁男性，背部疼痛合并骨质疏松性压缩骨折。（a）腰椎矢状位CT显示T12（黄色箭头）和L4（白色箭头）上终板受压，L3（红色箭头）上终板隐匿性骨折。（b） 矢状位VNCa覆盖图显示L3（红色箭头）和L4（白色箭头）上终板的BME。（c） 矢状位STIR图像显示相关的BME（红色和白色箭头）。（d） 矢状位T1加权像显示低强度骨折线（箭头）。注意VNCa重叠图像（b）和STIR图像（c）上的慢性T12压缩性骨折（黄色箭头）中没有BME。
根据x线和CT所见的影像学表现诊断腕骨和腕骨骨折是一项具有挑战性的工作。延迟描述腕骨骨折可导致骨不连、缺血性坏死、不稳定和关节炎。
一些研究表明，双能CT对急性腕骨骨折的BME有很好的诊断价值，其敏感性高达100%，特异性为99.5%。
31岁男性腕舟骨非移位性骨折。（a）腕关节正位x线片未见明显骨折。（b） 冠状位CT显示舟状骨远端线性透光（箭头），与无移位骨折或血管通道有关。（c） 冠状位双能CT图像显示突出的BME（箭头），证实存在非移位骨折。
熟悉膝关节BME的典型位置可以帮助放射科医生发现韧带损伤的常见模式。例如，前交叉韧带损伤可能与股骨外侧髁挫伤和胫骨平台骨小梁挫伤有关。较少见的后交叉韧带损伤与胫骨前外侧平台的BME有关。未经治疗的韧带损伤患者容易发展为早期骨关节炎，及时识别可以优化治疗并加速恢复体力活动。
常规x线摄影对韧带损伤的诊断作用有限，MRI是首选的影像学检查方法。双能CT可显示与韧带损伤相关的骨挫伤，其表现与已知的韧带损伤模式相对应。然而，尽管双能CT能够显示骨挫伤，但在我们的临床实践中，双能CT并不能显示韧带损伤。
72岁女性胫骨外侧平台凹陷性粉碎性骨折。（a）右膝冠状面CT显示胫骨外侧平台凹陷性骨折（箭头）。（b，c）冠状位（b）和矢状位（c）VNCa图像显示胫骨平台外侧有凹陷性骨折（白色箭头），股骨外侧髁有BME（黄色箭头）。（d） 矢状位CT图像（软组织窗）显示ACL增厚和模糊（箭头），提示可能有损伤。
美国每年进行大约30万次全髋关节置换术，预计到2030年，这一数字将增加174%。人工髋关节周围骨折发生率为4.1%。延迟干预导致预后差，发病率增加。
然而，在平片术中，植入物周围细微的非移位断裂线可能难以描绘。MRI显示金属植入物引起的敏感性伪影，尽管钛植入物和金属伪影减少技术可以在一定程度上减轻这种限制。CT也受到假体硬化线束伪影和条纹伪影的限制，但双能CT可以通过描绘假体周围邻近区域的BME来帮助识别假体周围的细微骨折。然而，在评估假体周围区域时，需要注意的是，与植入物相关的伪影，如线束硬化、金属条纹和光子匮乏，也会降低双能CT图像的质量，降低BME算法的精度。
重要的是要区分假体周围骨折与完整假体（温哥华B1型）和导致创伤性松解的骨折（温哥华B2型），前者仅用固定治疗，而创伤性松解通常用翻修性关节成形术治疗。
病理性骨折是指通过病变的骨折，病变可能是良性肿瘤、恶性肿瘤或骨髓炎。病变引起的骨小梁破坏和破骨细胞分化的上调可能会削弱受影响的骨。长期以来，病理性骨折的可靠鉴别一直是放射科医生面临的挑战，而磁共振成像是鉴别病理性骨折和非病理性骨折最常见的影像学检查。
根据MRI所见的特征提出了各种形态学标准，以帮助识别病理性骨折，具体取决于评估的具体身体部位。例如，在椎体骨折、椎体后壁凸出或隆起、椎弓根和椎体后部受累、椎旁软组织大于10毫米、皮质骨或松质骨破坏等情况下，椎间盘内气体缺乏提示是恶性原因，而不是骨质疏松性骨折。在长骨中，骨折处有明显边缘的均匀病变提示由于离散肿瘤导致的病理性骨折。相反，急性骨折的水肿和出血倾向于在MRI上更具浸润性。
当MRI在紧急情况下不易获得时，双能CT可以帮助确定病理性骨折的特征。双能CT可显示与恶性病变相关的BME，并有助于将其与骨折相关的BME线性模式区分开来。双能CT的一个重要潜在缺陷是外伤性骨折的急性骨出血可能被误认为是病理性骨折。
然而，根据作者的经验，与骨折的严重程度相比，病理性骨折在双能CT上显示出相对较大的异常区域。和14所示，病灶处无小梁或皮质破坏，骨的连续受累有助于区分转移性骨受累和单纯骨折。
64岁男性，左髋关节疼痛，左股骨近端淋巴瘤。（a）冠状位CT图像显示左大转子轻度移位骨折（白色箭头），内侧股骨皮质破裂（黄色箭头）。（b） 冠状位VNCa图像显示左大转子和转子间区域的广泛BME（箭头），在转子间区域具有尖锐边缘，这促使放射科医师建议进行活组织检查以进行进一步评估。活检的实验室检查结果显示骨骼原发性非霍奇金淋巴瘤。
70岁女性，肺癌合并左髋疼痛，骨转移。（a） 左髋轴位CT图像显示左髋臼四边形板内有病理性骨折（箭头所示），难以显示。（b） 轴位VNCa图像显示髋臼后部和四边形板中绿色编码BME（箭头）的区域。（c） 轴位融合PET/CT显示左后髋臼内有氟脱氧葡萄糖阴性病灶（箭头），为转移灶。
炎症性关节炎，如类风湿性关节炎（RA）、银屑病性关节炎、焦磷酸钙晶体沉积和痛风，与滑膜炎、骨侵蚀和BEM有关。BME的存在被认为是衡量RA疾病进展和治疗反应的指标。近年来，MRI一直是评价BME的标准，但最近的一项研究表明，双能CT是评价BME的有效手段。研究表明，在准确描述RA患者腕关节骨的BME方面，与MRI有70%的一致性。显示了与焦磷酸钙沉积病相关的BME的一个例子。
尽管双能CT正逐渐成为在急性环境下描述BME的一种重要替代方法，但要提高解释的准确性，还需要注意几个陷阱。
为了获得足够的双能图像后处理，高能和低能x射线必须充分穿透人体。在对较大的患者进行髋部或脊柱成像时，这可能是一个特别具有挑战性的问题。在这些病人进行双能CT时，可能会发生低能量x射线数据采集的光子匮乏。当使用必须以80 kV采集低能量数据的系统时，一些放射科医生将双能量CT的使用限制在低于规定重量限制的患者身上，通常为260-280磅（118-127千克）。或者，对于双源系统，100kV低能量以及可用于高能球管上的tin滤波器采集，以保持所需的光谱分离。这使得在较大的患者中使用双能CT，而不会因低千伏峰值光子缺乏而导致图像质量下降。
在双源系统中，由于高能量探测器阵列尺寸的可用性，在常用的第二代和第三代系统中，视野限制分别为33cm和35cm。虽然来自低能量采集的图像数据在此视野之外可用，但没有相应的双能量后处理数据，在彩色叠加图像中显示为空白。当我们的第二代双源双能CT扫描仪位于33厘米视野外的髋部解剖成像时，这可能是一个问题。仔细观察病人的体位，使感兴趣的解剖结构位于双能CT的视野内，可以解决这一难题。
（a） 左髋的冠状位CT图像显示33cm FOV外的大转子，其用白色虚线（箭头）标记。（b） 轴向VNCa图像显示叠加图像中位于FOV外部的空白部分（箭头）。
任何增加潜在骨髓衰减的生理或病理过程都可能被误解为BME的假阳性影像学表现。例如，在这种情况下，骨髓的衰减比脂肪的衰减更高，因此造血骨髓或红骨髓增生可以显示出骨髓基质细胞。这通常见于股骨近端，因此在评估隐匿性髋部骨折时，可能需要与对侧仔细比较。当骨髓转化时，椎骨也可以看到这种缺陷，a和17b所示。
双能CT的影像学缺陷。（a）51岁女性，腰椎矢状位VNCa图像显示，多个腰椎因慢性贫血而发生骨髓再生，骨髓呈绿色。（b） 矢状位CT显示无骨折。（c） 82岁女性，右膝盖冠状位CT图像显示右下股骨中度移位粉碎性骨折。（d） 冠状位VNCa图像显示骨折移位，骨折碎片边缘无明显BME（箭头）。
严重移位骨折可能无法显示BME，因为该算法包含一些连续性约束，以保持骨髓空间而不是周围软组织中包含的彩色叠加内容，c和17d所示。使用适当的窗值和级别设置也很重要。不正确的窗口设置会导致在骨骼没有水肿的情况下错误地报告BME。
将BME和VNCa成像的双能CT集成到急诊放射工作流程中，可以使放射科医师在各种诊断挑战中受益，包括对细微骨折和影响骨髓腔的其他疾病的描述和特征描述。
BME是一种有点不准确的影像诊断。这个名字是基于磁共振成像的发现，描述了骨髓在T1加权成像时的低信号和在脂肪抑制T2加权成像时的高信号。
红骨髓通常含有40%的脂肪、40%的水和20%的蛋白质，而黄骨髓含有大约80%的脂肪、15%的水和5%的蛋白质。红骨髓在T1和T2加权成像和短反转时间反转恢复（STIR）成像中显示中等信号，而黄骨髓在T1加权成像中显示高信号，在T2加权成像中显示中等信号。
在放射科医生的工具库中，一个重要的定量工具是仔细测量髓内衰减，与未受影响的骨骼相比，可以使用软组织窗或骨与软组织设置之间的混合窗进行定性评估。
双能CT通过突出不同原子序数材料的不同行为，有助于根据材料的不同x射线吸收特性来区分材料。双能CT通过两种不同的x射线能谱来获取数据，并根据不同的x射线吸收行为来区分材料。
也可以创建彩色叠加图像，其中彩色编码的VNCa内容叠加在灰度钙含量上，以便在解剖图像上融合骨髓衰减内容。
双能量骨髓分析是有望改变相关疾病诊疗流程的技术，如果我们有这样的技术和患者，一定要试试看哦。
本章编译自：Gosangi B, Mandell JC, Weaver MJ, et al.Bone Marrow Edema at Dual-Energy CT: A Game Changer in the Emergency Department. Radiographics. 2020 May-Jun;
双能CT是一种理想的急诊检查方法，可以帮助放射科诊断骨髓水肿和其他骨髓间隙疾病，这些疾病很少或没有皮质移位。
双能CT正越来越多地应用于急诊科，以帮助诊断急性疾病。其应用包括在隐匿性骨折和其他急性情况下显示骨髓水肿（BME）。双能CT获取两种不同x射线能谱的数据，并能根据材料的不同能量依赖的x射线吸收行为来区分材料。虚拟去钙（VNCa）技术可用于抑制骨小梁的高衰减，从而使骨髓潜在衰减的细微变化可视化。BME显像可用于鉴别隐匿性或轻度移位性骨折、病理性骨折、转移瘤以及一些较不常见的情况，如韧带损伤或炎性关节炎。
来自哈佛大学附属布列根和妇女医院急诊放射科的专家最近在Radiographics杂志上发表文章，讨论了双能量CT骨髓分析在急诊放射领域的价值。作者的主要工作是使用双能CT作为创伤的诊断手段，并描述细微或隐匿性骨折。文中还讨论了双能CT图像采集和VNCa后处理技术，以及它们在紧急情况下的应用。
长期以来，描述无移位或没有明显的皮质破坏的细微骨折一直是一个影像学难题。常规x线摄影是描述附肢骨骼和骨盆急性创伤性损伤的主要影像学手段，CT广泛应用于描述贯穿于中轴骨和附肢骨骼的创伤性损伤的三维特征。由于缺乏皮质破坏或小梁移位，隐匿性骨折在平片中并不明显。
MRI被认为是描述非移位骨折的标准，因为它对相关的骨髓水肿（BME）很敏感。尽管MRI具有优异的诊断性能，但由于成本、访问限制、需要彻底筛查患者、检查时间相对较长、与某些起搏器和其他植入物不兼容等原因，在紧急情况下进行MRI检查存在若干障碍。在某些情况下，可以使用定制的成像协议，例如缩短对隐性髋部骨折的评估，但在急诊室进行核磁共振成像可能仍然具有后勤挑战性。
BME是一种不准确的成像诊断。该名称基于在MRI上看到的发现，并描述了T1加权成像时信号强度低的区域和骨髓脂肪抑制T2加权成像时的高信号区域。最初推测BME代表隐匿性骨折的区域，这些区域在常规平片中无法描绘，并且对应于MRI处的水信号强度，可能是由于损伤引起的水肿。
随后的研究表明，这些隐匿性骨折区域不仅与水肿相对应，而且在组织学检查中发现的发现也可能代表出血，梗塞，纤维化，血管增多和淋巴细胞浸润的组合，这可能是由多种感染性，炎性，和急性损伤以外的肿瘤状况。
由于该实体的复杂组织学性质，已经提出了各种术语，包括“骨髓病变”和“骨髓水肿样信号”等等。这里采用了更简单，更常用的术语BME，同时隐含地承认该实体比简单地将液体渗入骨小梁更为复杂。
以股骨近端为原型，有助于了解骨髓的正常功能和骨骼内BME的病理生理。股骨近端的骨成分包括皮质骨和松质骨（骨小梁）。骨小梁在垂直于其长轴的应力作用下最初形成并不断重塑。作用在股骨近端的多种力表现为一系列交叉的小梁群，除了容纳骨髓外，这些小梁群还为股骨提供压缩和拉伸支持。
骨髓是一个复杂的动态器官，可分为红骨髓（造血）和黄骨髓（脂肪）两种，典型的表现为患者年龄和骨中特定位置的特征性分布。
出生时，整个股骨含有红骨髓，10岁时在骨干逐渐转化为黄骨髓，20岁时在远端干骺端逐渐转化为黄骨髓。24岁时骨髓呈成人型，除近端干骺端残留的红骨髓外，大部分骨髓呈黄色。大转子和小转子和股骨头也主要充满黄色骨髓，而转子间区域保持相对较高比例的红色骨髓，直至生命后期。
然而，在贫血、吸烟或肥胖等情况下，对骨髓的代谢需求也会动态地影响造血的相对数量，并导致通常含有黄色骨髓的区域的红骨髓再生。
BME的拟议机制包括小梁微骨折，导致毛细血管破裂，导致毛细血管渗漏，以及骨髓腔中液体和血液产物的积聚。静脉损伤或高压外伤性渗出引起的静脉流出中断导致静脉淤滞引起的髓内或血管内压力增加也可导致BME。随着血管扩张，血管增多，导致小梁间隙和窦间隙的间质液体增多，导致BME。
通过急性BME的液体抽吸获得的组织学样本显示骨特异性碱性磷酸酶、骨钙素、1型前胶原N-末端预肽和C-末端连接终肽水平升高，血管内皮生长因子等血管生成因子表达增加。这些标志物与骨转换增加的状态有关，被认为在骨的愈合反应中起着关键作用。
虽然强调BME的创伤性原因，但重要的是要注意，除了急性创伤性损伤外，BME还有许多原因，包括感染性、肿瘤性和炎症性原因。骨髓炎可以产生广泛的炎症，增加血管和毛细血管渗漏，导致BME。肿瘤病变中增加的血管和血管通透性可表现为BME。慢性重复应力和炎性病变中的非创伤性BEM可以分离到软骨下骨，骨软骨损伤是指关节软骨、软骨下骨板和软骨下骨小梁的创伤和慢性重复损伤。在磁共振成像中，骨软骨病变可以显示为骨密度增高的原因。骨软骨损伤可以与外伤性骨折区分开来，因为它的位置与软骨下骨分离，并且对上覆关节软骨的损伤通常较明显。
软骨下BME也可见于关节病，包括骨关节炎和类风湿性关节炎，其中广泛的炎性浸润和血管增加。BME可见于肌腱炎、反射性交感神经营养不良、术后改变、放射性骨炎、缺血性坏死、软骨下功能不全性骨折和短暂性骨质疏松。
在临床检查中，BME常与受累部位的疼痛和压痛有关。
BME的解决所需的时间随根本原因和相关治疗而变化。隐匿性椎体骨折后12个月和前交叉韧带（ACL）撕裂后6个月，MRI可显示信号异常。
虽然传统的放射照相术是急性创伤初始描述的主要依据，但它不能揭示BME。超声也不能证明骨髓，但可能有助于显示创伤，炎症或感染性疾病的辅助发现，包括关节积液，滑膜炎，腱鞘炎和骨膜炎。
传统CT可以用来识别和描述移位或皮质骨折，但是小梁骨折或皮质轻微受累的骨折的描述可能是一个挑战。在CT上，BME表现为与对侧未受损伤骨相比，受损骨骨髓腔的衰减增加。增加的衰减可能有助于鉴别BME，并有助于诊断隐匿性骨折，但是由于横穿小梁的混杂高衰减，这将是一个挑战。
关节积液是一种非特异性的影像学表现，可能出现在外伤性和非外伤性BME中，而脂肪性关节炎是一种高度特异性但相对不敏感的关节内骨折影像学表现，最常见于膝关节。脂肪和液体渗入囊或腱鞘是类似的影像学表现，提示骨折。传统的CT图像的后处理以获得基于衰减的彩色图像，据报道有助于描绘非移位性骨折。
MRI是描述BME的首选影像学方法。如前所述，BME一词最初是用来描述创伤背景下MRI的流体信号强度的。BME显示T1加权成像时的低信号和脂肪抑制T2加权成像、质子密度加权成像和流体敏感性成像时的高信号强度，包括STIR成像。
受影响区域通常显示信号强度改变的区域，边缘不明显。如果存在小梁骨折，骨折线可能是线性的或呈锯齿状，并且所有序列的信号强度都很低。MRI可以显示最初损伤后几个月的信号强度变化，尽管BME的消退所需的时间因潜在原因和相关治疗而不同。在隐匿性椎体骨折后12个月和前交叉韧带撕裂后6个月，MRI信号强度可以保持阳性。
核医学骨显像技术在揭示BME方面的价值有限。然而，最近使用99m羟基二磷酸锝（99mTc）的研究表明，在这个方向上有一些希望。水肿、出血和小梁微骨折区域的摄取率高于正常区域。使用99mTc的骨显像延迟期对与应激损伤相关的充血和骨转换增加高度敏感，但特异性较低。
传统的CT是根据人体各组织对x射线束的不同衰减来产生图像对比度。光电效应取决于一种物质的原子序数及其k边界，即电子在其最内层或k层中的结合能。当入射X射线的能量略高于K壳层结合能时，通过光电效应的X射线吸收最大。
人体内大多数软组织主要含有氢、氧、碳和氮，它们的原子序数低，因此k边界低，远低于入射光子的平均光谱能量。然而，骨骼中的钙含量远远高于软组织。钙的原子序数为20，比软组织中更常见的元素具有更高的k边界，从而产生更大的x射线吸收。
双能CT通过突出不同原子序数材料的不同行为，有助于根据其不同的x射线吸收特性来区分材料。双能CT通过两种不同的x射线能谱获得数据，并根据材料的差分能量依赖性x射线吸收行为来帮助区分材料。
作者使用的双源双能系统使用70至100 kV之间的低能x射线源和140或150 kV处的高能x射线源以及添加的Tin滤波器来获取数据，以减少该光谱的低能成分，从而减少光谱重叠并改善高、低能光谱之间的光谱分离。
双能CT后处理可通过使用三种材料分解技术来执行，该技术基于使用低和高kV光谱的三种预定义材料的不同光子吸收特性。Pache等人在2010年首次使用这项技术来演示BME，此后被用于各种任务中，以描述整个中轴骨和附肢骨骼的BME。
在这项技术中，基底材料线是由红骨髓和黄骨髓在高、低千伏时的典型衰减值定义的。钙的加入增加了钙双能比的衰减。然后，每个体素的衰减被分解为其钙含量和虚拟去钙（VNCa）含量，投影回基底材料线。
这项技术能够产生钙图和VNCa图，其中VNCa图去除了骨小梁的高衰减，允许直接观察到潜在的骨髓衰减。与常规CT相比，去除骨小梁的能力是一个重要的优势，因为高衰减的骨小梁掩盖了骨髓的衰减。
还可以创建彩色叠加图像，其中彩色编码的VNCa内容叠加在灰度钙含量上，以使骨髓衰减内容能够融合在解剖图像上。
VNCa三物质分解技术。（a） 左：基本材料线（红线）由红骨髓和黄骨髓在高、低kV处的衰减值定义。添加钙（Ca）会沿着称为双能比（绿色箭头）的特征斜率增加衰减，因此绿色阴影区域中的任何衰减都归因于钙。每个体素的衰减（虚线箭头）然后通过沿着钙的特征双能比投影回基材料线分解为钙含量和VNCa含量。右：冠状位灰阶钙断层图像显示骨小梁。（b） 冠状彩色编码的VNCa图像，其中骨小梁已被去除。骨髓空间的潜在衰减用彩色图显示，其中紫色反映脂肪，较高的Hounsfield单位显示为绿色。（c） 冠状后处理的VNCa图像，骨髓覆盖，其中彩色编码的VNCa内容叠加在钙图像上。
本章演示的示例是通过使用“Bone Marrow”后处理应用程序，使用双源双能CT系统（SOMATOM Definition Flash；VNCa图像中使用的彩色图以蓝色表示正常的黄色骨髓，以绿色表示BME或其他骨髓间隙疾病的增强衰减。
21岁女性，轻微骨折。（a） 冠状位CT显示细微的非移位性骨软骨骨折（箭头）。（b） 冠状面后处理的彩色叠加VNCa图像显示股骨外侧髁处BME（箭头）呈绿色。
在这个平台上，后处理是使用特定于供应商的软件（Syngo.via，Siemens Healthineers）执行的。来自低和高kV采集的匹配源图像从CT扫描仪发送到服务器，该服务器配置为自动创建所需的彩色叠加图像并将其传输到PACS进行临床解释。通过在syngo.via客户端上加载数据，可以创建发送到PACS的常规系列之外的其他自定义视图。
随着年龄的增长，椎间盘表现出特殊的变化，一般认为椎间盘退变（IDD）是退行性脊柱改变的第一步。椎间盘是一个软骨结构，主要由髓核（NP）和纤维环（AF）组成。NP是一种凝胶状结构，由水和蛋白多糖组成，由随机排列的胶原纤维连接在一起，位于椎间盘的中心。蛋白多糖包括聚集蛋白多糖，其主要负责将水保留在NP内。相反，纤维环是一个环状结构，由15-25层胶原堆积而成，围绕在NP周围。IDD的特点是蛋白多糖含量降低，导致NP脱水，导致形态学改变和生物力学特性改变。
通常，磁共振成像被认为是评估脊柱软组织结构（包括椎间盘或韧带）的合适工具。在T2加权磁共振成像中，正常椎间盘出现中央高信号强度，表明NP内高含水量，而周围低信号强度，表明AF内有胶原纤维。反映了上述IDD的机制，已经很好地证实，在有IDD的NP中，T2加权成像的信号强度较低。
并且，传统的脊柱CT成像被认为对评估诸如椎体和小关节等骨结构更有用。如椎体双能CT（DECT）是一种先进的CT技术，它使用两种不同能量的X射线束，从而实现单个体素的物质分解。
CT 检查使用双源 CT（SOMATOM Drive；管电压组合100/Sn140kV。DECT协议如下：准直宽度为32×0.6 mm；基于衰减的自动管电流调制（CARE Dose 4D；层厚1.0mm。CT的平均容积剂量指数（CTDIvol）为13.8±2.8 mGy（范围9.3-23.2 mGy），平均剂量-长度乘积（DLP）为424.1±100.3 mGy⋅cm（范围为259.1-838.8 mGy⋅cm）。
在每个DECT扫描中获得三个不同的图像集：100kV图像、Sn140kV图像和加权系数为0.5的混合图像，以模拟传统120kV图像的等效效果。矢状面重建图像由专用的双能量软卷积核（Qr40）和高级模型迭代（ADMIRE，Strength: 3；使用商用工作站（syngo.via，版本VB20A；制作混合CT覆盖的VNCa图像，进行定量和定性分析。
磁共振检查使用MAGNETOM Skyra 3T或MAGNETOM Verio 3T（均为Siemens Healthineers, Erlangen, Germany）磁共振系统进行腰椎磁共振成像。矢状位T2加权turbo自旋回波成像方案如下：MAGNETOM Skyra:TR/TE，3000/94 ms；flip angle，160°；视野，300 mm；turbo factor，21；带宽，248 Hz/像素；层厚，3 mm；采集时间，2分56秒。MAGNETOM Verio:TR/TE，3000/101 ms；flip angle，160°；视野，300 mm；turbo factor，21；带宽，250 Hz/像素；层厚，3 mm；采集时间，2分56秒。
根据改良的Pfirrmann分级（mPG）对所有椎间盘的中矢状面T2加权成像结果进行分类。VNCa图的定量评估是通过在每个椎间盘上设置感兴趣的体积来实现的。采用Spearman秩相关和单因素方差分析比较VNCa-CT值和mPG值。两位神经放射科医师根据髓核（NP）与纤维环（AF）或肌肉的衰减程度，将每个椎间盘的VNCa影像学表现分为三类。采用卡方检验分析各评分者视觉类别与MPG的关系。
a VNCa图像的VOI设置。b 腰椎间盘VNCa图的视觉类别。1型（左），中央低衰减明显；2型（中），轻度中央低衰减；类型3（右），均匀衰减。
研究发现，在171个腰椎间盘中，NP和mPGs的VNCa值呈显著正相关（R2=0.574，P<0.05），而AF和mPGs的VNCa值无显著相关（R2=-0.015，P=0.846）。NP的平均VNCa CT值在每一个mPG之间都有显著差异（P<0.05），除了3级和4级之间（P=0.111）。各mPG间房颤的平均VNCa-CT值无显著性差异（P=0.160-1.000）。各评分者VNCa图和mPGs视觉类别间差异有统计学意义（P<0.05）。
55岁女性，术前腰椎间盘评估。L1/2、L2/3、L3/4和L4/5级椎间盘在中矢状面T2加权MR成像（a）上分别为mpg2、3、3和4，在VNCa图上用混合CT叠加（b）将其分为1、1、1和2型。L5/S1椎间盘在混合CT图像上表现为真空现象，因此排除了该椎间盘。
84岁女性，腰椎管狭窄术前评估。L1/2、L2/3、L3/4和L4/5水平的椎间盘在T2加权MR成像（a）上均为mpg5，在VNCa图上均被分为3型（b）。L5/S1椎间盘在混合CT和T2加权像上表现为真空现象和塌陷，因此排除了该椎间盘。
研究表明，使用VNCa成像对腰椎IDD进行定量评估显示，VNCa成像与mPG系统有良好的相关性，VNCa成像显示IDD与NP衰减增加有关。这些发现证实了磁共振成像对于评估IDD程度的持续重要性，因为它采用了各种复杂的序列，并提供了高定量和空间分辨率。然而，考虑到脊柱DECT的可行性和额外的益处，VNCa成像有可能作为一种有用的替代方法，用于评估MR成像禁忌症患者的腰椎IDD程度。
经单次DECT扫描及后处理后获得的VNCa图像有可能作为腰椎间盘退变的影像生物标志物。
使用能谱纯化技术的双能量CT成像，可以减少高低能量之间的重叠，从而可以更好的进行定量评估。（关于不同双能量实现方法的更多内容参见：双能量CT儿科临床应用进展）。
骨髓水肿（BME）不是一种特殊的诊断，它是有多种病因的一般性疾病。在创伤患者中，BME反映骨折后骨髓出血。BME是炎症的标志，它存在于骨髓炎、药物或辐射引起的骨坏死和关节炎中。当肿瘤侵入骨骼时，恶性肿瘤可引起骨密度增高。尤其是口腔恶性肿瘤，由于软组织与颌骨的解剖关系密切，容易侵犯骨质，头颈部不同组织的解剖关系复杂，邻近程度高，使BME的诊断困难。放射学方法检测微小骨折、感染、骨髓炎或骨破坏过程，如骨放射性坏死，可能是一项挑战。早期和准确地检测所有这些情况对于充分的治疗计划和积极的患者预后至关重要。
对于BME的检测，通常使用MRI作为标准。然而，有时MRI检查并不容易，磁共振禁忌症可能会阻止患者接受磁共振检查。CT是评估骨结构的首选方法，但BME不能在传统CT上显示。CT和MRI具有互补性。如果CT能显示BME，就可以打开一站式影像检查的大门。在过去的十年里，CT有了很大的发展。双能CT（DECT）为基于CT的诊断提供了新的应用领域。
DECT使用两个具有不同能量谱的数据集。用两个能谱代替一个能谱，DECT可以实现材料的鉴别和表征。它使碘摄取可视化和量化、自动骨去除和BME检测成为可能。
DECT骨密度测定首次应用于肌肉骨骼疾病的诊断。DECT已被用来检测膝、髋、踝和椎骨骨折后的BME。用DECT检测BME已用于评估痛风、类风湿关节炎和恶性肿瘤，如多发性骨髓瘤。一项使用DECT检查头颈部BME的动物实验发现，DECT可以在猪模型的下颌骨显示BME。
所有患者均行DECT和MRI检查，以发现头颈部异常。DECT检查使用第二代双源CT和第三代双源CT进行。扫描参数分别为：SOMATOM Definition Flash管电压80/Sn140 kV，参考管电流40/20 mAs;SOMATOM Force, 管电压80/Sn150 kV，参考管电流35/23 mAs。
两位放射科医生分别用彩色编码图对BME存在的虚拟非钙（VNCa）重建进行视觉评估。以脂肪抑制的STIR或T2加权MRI重建作为BME的参考标准。对两种成像方式的主观质量评估和金属伪影的严重程度进行评分。
DECT所见BME多位于下颌骨。以MRI为参考，VNCa-DECT对BME的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为85%、92%、94%和80%。94%的VNCa-DECT患者与82%的MRI患者相比，图像质量从优到中，但差异无统计学意义。混合DECT图像上的金属伪影明显多于MR图像，但这些伪影并不影响诊断。
73岁女性，左侧下颌骨复发性口腔鳞状细胞癌。
上：横断位VNCa双能CT（DECT）重建显示左下颌骨广泛骨髓水肿，水肿延伸至下颌骨外（箭头）。中：混合DECT重建显示，在的发现伴随着下颌骨外皮质（箭头）广泛的骨质破坏。下：在STIR-MR图像上可见肿瘤的延伸和骨髓受累（箭头）。
74岁男性，左上颌骨放射性坏死，因筛窦癌经手术、放疗两次。
横断位双能CT（DECT）重建。VNCa重建（上）可见上颌骨后下段骨髓水肿（箭头），混合DECT重建（中）可见骨质硬化和破坏（箭头，中图）。下：STIR-MRI重建未见残留肿瘤（箭头）。
69岁男性，因怀疑翼区复发性造釉细胞瘤而接受影像学检查。
A、术前横位MRI重建显示右侧翼腭咀嚼间隙成釉细胞瘤（箭头）。B-D，术后随访影像学检查可发现肿瘤及上颌骨结构的改变。在混合DECT重建和T2加权脂肪抑制（C和D）图像上，可见残留翼突和肌肉（箭头，D）区域复发肿瘤和翼突（箭头，C）破坏。VNCa重建显示翼状胬肉板及其周围水肿增加（箭头，B），这在脂肪抑制的T2加权图像上也可见。
76岁男性，口腔底鳞状细胞癌。
A和B，横断位增强T1加权像（A）和脂肪抑制的T2加权像（B）显示下颌骨种植体周围骨髓水肿（箭头）。C、横断位混合双能CT（DECT）重建显示种植体松动伴骨（箭头）溶解性改变。D、VNCa-DECT重建图像中绿色代表植入物周围的BME（箭头）。
研究发现，头颈部骨密度的检测在VNCa重建中是可行的，特别是在中度和广泛骨密度和骨质破坏的患者中。即使在没有皮质骨破坏的患者中，也可以使用DECT检测BME。DECT有可能为MRI禁忌症患者BME的检测提供一个很好的选择。
头颈、甲状旁腺与腹部病例
甲状旁腺腺瘤（parathyroid adenomas，PAs）是由主细胞、嗜酸细胞、过渡型嗜酸细胞或混合构成的良性肿瘤。多见于中老年人，女性多于男性。腺瘤可以是功能性或非功能性，功能性腺瘤切除后即刻出现甲状旁腺激素（PTH）水平下降。本病是原发性甲状旁腺功能亢进最常见病因。原则上均应行手术切除，有手术禁忌证患者可行超选择性供血动脉注射消融术或超声引导下乙醇注射消融术。
目前，诊断PAs的金标准包括颈部超声检查和甲状旁腺闪烁显像扫描。最近，来自瑞典的研究人员在三个不同时间点以4D-DECT（4D-双能量CT模式）进行扫描，以便分析来自PA，淋巴结（LN）和甲状腺（Thy）的能谱信息。
Woisetschläger M, Gimm O, Johansson K, et al. Dual energy 4D-CT of parathyroid adenomas not clearly localized by sestamibi scintigraphy and ultrasonography - a retrospective study. Eur J Radiol. 2020 Jan 8;124:108821. doi: 10.1016/j.ejrad.2020.108821.。研究共纳入15例原发性甲状旁腺功能亢进症患者（平均年龄：57±18.9岁），在三个不同阶段接受过4D-DECT检查，其先前的超声检查和闪烁显像扫描检查均为阴性或模棱两可。
所有CT检查均使用双源CT完成，其中2例使用SOMATOM Definition Flash完成，13例患者使用SOMATOM Force完成。扫描采用双能量模式（能量组合为100/Sn140 kV（Flash）或90/Sn150kV（Force）），分三个阶段进行：1）平扫（“w/o”），2）动脉期（“art”），3）静脉期（“ven”）。延迟10s开始进行对比剂追踪，监测胸廓部的降主动脉，阈值为130 HU，到达阈值之后延迟8秒开始动脉期扫描。大约在对比剂开始注射后30s进行动脉期扫描，扫描时间约4秒。动脉期扫描完成后40s，进行静脉期扫描（对比剂注射后约75s）。对比剂（Ultravist，Bayer）浓度为370mgI/ml，标准剂量为450mgI/kg。
对于每个患者，作者记录了PAs的数量、位置和大小。两位经验丰富的放射科医生确定单能量+模块中的彩色编码图像是否导致结果的改变（1：无差异；4：发现额外腺瘤）。还记录了腺瘤在右侧还是左侧。用于诊断PA的具体标准包括动脉期图像的显著强化，静脉期图像的washout和平扫图像的低密度。作者还考虑了一些次要征象，包括供血动脉扩大，或高血管结构的引流静脉，以及囊性改变征象。
首先将图像加载到双能量模块，然后打开单能量+模块。PAs、LNs和Thy在所有三个阶段都进行了评估；为同一患者的所有三个结构保留相同的感兴趣区域（ROI）大小。对于PAs，ROI包括结构的增强区域，但避免了异质性和囊性结构。对于LNs，更倾向于使用来自IV区和VI区附近的结节。如果未能检测到IV和V区的LNs，则I或II级LN会被标记。只有非病理性LNs进行分析，排除LNs包括短轴直径超过10mm，或边界不规则和内部密度混杂。对于Thy的组织，在评估中只包括外观正常的组织。所有ROI均由经验丰富的放射科医生放置。
甲状旁腺腺瘤位于右甲状腺右下部背侧并分三个对比阶段进行检查的患者的CT图像和能谱测量结果；平扫（A列），动脉期（B列）和静脉期（C列）。上排显示用于视觉评估的临床CT图像（用权重因子0.8重建，代表120 kV图像）。突出显示了甲状旁腺腺瘤（PAs），甲状腺组织（THY）和淋巴结（LNs）。第二行显示在syngo.Via中的Rho/Z模块中生成的用彩色图像可视化的同一患者。第三行显示能谱测量值（PAs =白色，Thy =黄色，LNs =橙色），其中每个图像中的垂直线对应于70 keV（类似于在120 kV进行的扫描）。需要特别注意的一点是，在平扫扫描中，PA和LN曲线在70 keV处的交叉点表明，在该特定能量点无法区分这两种结构。分离度随keV的降低而增加。在动脉期，PAs和Thy之间的间隔随着keV的降低而增加，从而使视觉评估更加容易，如第四行所示，该图显示了三个阶段40keV的图像。
所有三种结构（PAs、LNs和Thy）均在所有三相（w/o、art、ven）中使用90kV、150kV和混合图像（混合因子：0.8）进行测量。同时获得单能量+模中所有三种结构和所有三期扫描的能谱HU衰减曲线，范围从40keV到190keV。
利用这些参数，我们计算了每个组织和阶段的代表性值。对于Z值和DEI，测量值直接从Syngo.通过应用程序获取。
对于Rho，因为Syngo.Via应用程序只提供Rho HU（HUx）。为了确定真实的电子密度，必须用HUx除以1000，然后再加上1。然后将该值乘以水的密度（3.35×10-23），以便与水的密度进行标准化。
（A）测量三种组织（甲状腺[Thy]，淋巴结[LNs]和甲状旁腺腺瘤[PAs]）中的电子密度/ Rho，（B）原子序数/ Z和（C）双能指数/ DEI，以及三个不同的对比阶段（平扫[w/o]，动脉阶段[art]和静脉阶段[ven]）。* LN和PA之间的显着差异（p = 0.05）；** PA与Thy之间的显着差异（p = 0.05）；*** LN和Thy之间的显着差异（p = 0.05）。
在平扫阶段，在所有三种能量下，Thy的值均显着高于PA和LN（p <0.05）。LN和PA之间没有发现显着差异。对LN和PA的单能量分析表明，它们的曲线在70 keV（120 kV）处相交，其中PA的值略高于70 keV以下的LN，而高于该能量水平的LN略低。
在动脉期，LNs的HU值明显低于PAs和Thy。在所有能量下都是这种情况（p <0.05）。在能量为100 keV或更高时，PA与Thy之间存在显着差异。PA的显示值低于Thy（p <0.05）。
在静脉期，从40 keV到100 keV的所有组织之间存在显着差异，最低值出现在LNs中，最高值出现在Thy中（p <0.05）。PA的值位于其他两个结构之间。从110 keV起，LN和PA之间没有显着差异，但LN与Thy之间以及PA与Thy之间没有显着差异。
不同对比阶段的三种组织（甲状腺[Thy]，淋巴结[LN]和甲状旁腺腺瘤[PA]）的单能曲线：（A）平扫[w/o]，（B）动脉期[art] ]和（C）静脉相[ven]）。* LN和PA之间的显着差异（p = 0.05）；** PA与Thy之间的显着差异（p = 0.05）；*** LN和Thy之间的显着差异（p = 0.05）。
对于所有能量，PA在非对比图像中均显示出比Thy明显低的HU值，在动脉期显示出比LN高的HU值（p <0.05）。在90 kV，150 kV和混合0.8图像下，静脉相中的HU的所有三个组织均存在显着差异。Thy在90 kV，150 kV，0.8混合图像和Rho的非对比图像中显示的HU值明显高于PA或LN。在动脉阶段，LN在90 kV，150 kV，混合0.8，Rho，Z和DEI下表现出的HU值显着低于PA和Thy（p <0.05）。关于光谱信息，较低的能量显示出三个组织之间更大的HU差异。在静脉期，三种组织之间的差异均高达100 keV（p <0.05）。
Rho/Z模块的颜色映射增加了15例患者中8例的诊断置信度。在这8名患者中，阅片医生指出，颜色映射在两个案例中增加了“很多”的诊断信心，在6个案例中增加了“有点”的诊断信心。评论者指出，颜色映射的主要好处是较小的PA较容易检测。
与单能4D-CT相比，作者发现，4D-DECT能够可靠地识别重要的能谱组织特征和附带信息。在PA，LN和Thy之间，在不同的能量和对比阶段，HU值和光谱信息存在显着差异。该信息可以为PA提供附加的定位功能，并增强组织特征。通过增强阅片医生区分PA，LN和Thy的能力，该技术可能会导致更好的诊断准确性。来自非平扫的双能数据可能会增加区分这三种结构的价值，并且在模棱两可的情况下可能特别有用。未来还需要使用前瞻性研究和更大样本量来进一步验证当前的结果。
DECT单能谱图的临床应用），一下双能量CT在胰腺病变中的价值。
传统的CT图像代表了病人体内不同组织的X射线衰减的横截面图。测量的CT体素取决于其线性衰减系数，这对于任何给定的材料都不是唯一的。具有相似衰减系数的两种材料（如碘和钙）可能看起来相似，因此很难在传统的单能CT上单独显示。DECT提供了区分衰减相似材料的独特能力。
DECT的基本原理是，由于不同的衰减机制（康普顿效应与光电效应），当材料暴露于两个不同的光子能级时，材料的能量依赖性衰减。DECT在同一解剖区域使用两个不同能量水平（通常为80或100 kV和140 kV）的X射线束。DECT的采集可以通过多种方式完成：双源双能量，kV快速切换，双层探测器，同源双光束等。
DECT有多种后处理技术。DECT允许基于特定材料的能量依赖衰减特性进行材料分解。同时从高kV和低kV X射线光谱中获得的两个数据集被处理以生成材料衰减图像，包括虚拟平扫（VNC）、虚拟单能谱图（VMC）和碘图。
双源双能量CT使用基于三种材料（在腹盆部的大多数应用中为脂肪、软组织和碘）在低和高X射线能量下的已知X射线吸收特性的三物质分解算法。每种材物质在特定体素中的估计贡献是根据其在不同能量水平下的衰减系数计算的。碘含量可以用颜色编码，并在图像上作为碘图直观显示。或者，可以生成碘覆盖图像，该图像显示叠加在灰度VNC图像上的碘含量，以便更好地进行解剖结构可视化。
45岁男性，胰腺癌。混合图像（A）是将低kV和高kV数据集结合起来模拟传统的120kV图像的混合图像。双能量后处理可以创建VNC（B）、碘图（C）和VMI（D）。胰尾感兴趣区（E）在各种单能能级上的衰减可以以图形格式（E）来呈现，在预期的CT衰减值（Y轴）显示在不同的X射线能量的keV（X轴）中。
VNC图像是通过数学方法从对比增强图像中减去碘生成的。VNC图像有助于避免单独的平扫采集，同时使碘（对比剂、出血、主动外渗）与钙或其他致密物质区分开来。研究已经比较了VNC和真实的平扫（TNC）图像，以计算潜在的剂量减少和图像质量。在一项对51名已知或可疑胰腺肿块患者的研究中，作者发现在通过省略平扫扫描获得显著平均辐射剂量减少的同时，VNC和TNC图像的图像质量和图像噪声没有显著差异。在另一项对44例胰腺局灶性疾病患者的研究中，超过90%的VNC病例被报道可以替代TNC图像。一些研究发现，与TNC图像相比，VNC图像中的CT值相似，图像噪声降低，边缘清晰度令人满意。
57岁男性，左下腹疼痛。门静脉期双能CT的混合轴位图像显示胰腺体中细微的不明确的低密度（A，箭头）。在50keV（B）下使用虚拟单能图像，增强效果的差异更加明显。胰腺肿块的低增强在碘覆盖图像上也很明显（C，箭头）。多发性肝转移瘤（虚线箭头）在低keV图像上也更明显（D）。肿块显示标准化碘浓度（标准化到主动脉）为0.02，能谱曲线斜率K为0.11。
VMC成像模拟不同X射线能量（keV）下的CT采集。利用组织在两个不同的多色能谱上的衰减特性，可以创建模拟的VMC图像，就好像它们是使用由单个能量值组成的X射线束获得的一样。能量约为70keV的图像与通常用120kV的单能CT获得的图像相似。VMC图像以较少的图像噪声提供了改进的图像质量。通过选择一个接近碘的k边界的能级，可以显著地增强对比度。不同的研究已经证明胰腺癌与周围组织在50-60keV的低X射线能量下有更高的对比度，从而导致肿瘤显著性增加，从而允许早期发现较小的肿瘤。
52岁男性，有肾细胞癌胰腺转移病史。在胰腺实质期获得的胰腺轴位增强DECT图像显示，与第一代单能谱算法相比，第二代算法在较低keV时噪声显著降低。这种效果提高了两个小的高血管性胰腺转移病灶（箭头）的可视性和清晰度。在70keV时，两种算法的病灶显著性没有显著差异。40 keV时窗宽/窗位为910/312，50 keV时窗宽/窗位为913/308，60 keV时窗宽/窗位为821/306，70 keV时窗宽/窗位为810/310。
传统的胰腺CT成像方案包括动脉期或胰腺期（35-40s延迟）和门静脉期（60-70s延迟）。由于腹腔动脉分支的血供，胰腺的最佳增强出现在35-40秒s，胰腺期的对比度和噪声比最高，显示正常胰腺组织和病变之间的最佳对比度。动脉期或胰腺期也可用于术前血管评估和神经内分泌肿瘤的研究。
一种常用的DECT胰腺成像方案包括动脉期或胰腺期的双能量采集，而没有真正的平扫采集；一些机构通过DECT获得动脉期、胰腺期和门静脉期。
决策树流程图，显示了在考虑DECT实施时必须做出的决策点的示例。
胰腺导管腺癌（Pancreatic ductal adenocarcinoma；PDAC）是一种恶性程度极高的消化系恶性肿瘤，约占胰腺癌发病率的90%。其发病隐匿，进展迅速，治疗效果及预后极差，是预后最差的恶性肿瘤之一。我国胰腺癌位于恶性肿瘤死亡的第 9 位，每年新增病例约 9 万，每年死亡病例约 7 万，且总体病死率呈上升趋势，预计 2030 年恶性肿瘤中胰腺癌的病死率将位于第 2 位。
PDAC的特点是临床症状起病晚，生长快，因此早期诊断对提高生存率至关重要。由于没有胰腺包膜，PDAC有血管侵犯的倾向，因此在诊断时适合切除的患者数量较少。
CT是PDAC诊断和分期以及手术计划和随访的首选方法。PDAC的CT表现通常从轻度低密度到等密度到正常胰腺实质；然而，细微的CT表现使PDAC成为潜在的诊断挑战。尽管采用了最佳扫描参数来改善胰腺肿瘤与周围实质的衰减差异，约10%的PDAC未被发现。Prokesch等人报告说，这些患者在胰腺和门静脉期的PDAC在视觉上与正常胰腺实质等密度。
例如，Macari等人报告，在80 kV时，肿瘤和正常胰腺之间的衰减差异显著改善了病变，而在120 kV时未被诊断。利用胰腺期重建的DECT数据集，也证实了使用较低keV可显著增加小PDAC（<3cm）的病变。最近，Beer等人回顾性地评估了45例PDAC患者使用噪声优化算法获得的单能图像的客观和主观图像质量。结果表明，40和50keV的VMI图像具有较好的主客观质量，是PDAC诊断的首选重建技术。
PDAC患者可能会出现恶性胆管狭窄，需要金属胆管支架。来自金属设备的线束硬化伪影会降低图像质量并妨碍胰腺区域的评估。DECT使用金属伪影减少算法或通过从高能光子（即140keV）虚拟重建的单色图像来提高图像质量。
CT灌注作为增强胰腺健康部分和PDAC之间衰减差异的一种工具的假设已经被提出。DECT灌注被认为是DECT最有前途的应用之一。尽管仍处于初步阶段，但有证据表明有可能改善PDAC的描绘。Klauss等人证明，DECT灌注可以通过在80kV时增加碘对比度增强，并结合在140kV时降低噪声来改善PDAC的可视化。
经活检证实的48岁男性胰腺癌患者。70keV的图像显示，胰头内有一个微小的低密度肿块（箭头所示），旁边有一个胆总管支架。注意50keV和碘图上的明显病变增加（箭头）。
61岁男性胰腺癌。混合120kV图像显示沿右侧大网膜的细微结节（箭头）。注意50keV和碘图显著性增加（箭头），分别显示清晰的增强和血管。
45岁男性，浸润性胰腺癌。轴位和冠状位门静脉期混合图像（A，C）显示肿瘤包裹肠系膜上动脉（块箭头）和肠系膜上静脉（SMV，虚线箭头），门静脉/脾静脉汇合处门静脉闭塞（曲箭头）。50keV的虚拟单能图像增强了血管系统（B,D）中的碘对比度，改善了对血管受累的评估。
54岁男性，胰尾部胰腺癌患者的轴位图像，在40 keV（a）的MEI（+）上，对比度噪声比和信噪比最高，其次是50 keV（b），60 keV（c）和70 keV（d）。与平均加权PEI M_0.5（f）相比，在80 keV（e）时，MEI（+）没有差异。主观图像质量在40 keV和50 keV时评分最高。
65岁男性，胰腺导管腺癌伴左侧腹痛。轴位DECT“混合”图像显示胰尾（箭头）和胰管扩张（箭头）附近的脂肪绞窄和水肿。B、C轴位单能50 keV CT图像与单能120 keV CT图像（C箭头）相比，显示了相对于背景实质（箭头B）的病变的显著性。冠状T2加权脂肪抑制三维磁共振胰胆管成像（MRCP）显示胰管突然切断（箭头）。E轴向增强的T1加权MR图像显示胰腺颈部病变增强。手术切除，组织病理学分析显示腺癌。
胰腺神经内分泌肿瘤（Pancreatic neuroendocrine tumors；PNETs）仅占胰腺恶性肿瘤的一小部分。DECT可能通过增强肿瘤与背景之间的细微衰减差异来改善PNET的显著性。
虽然胰岛素瘤通常是高血管性的，但由于其典型的小体积，很难定位。与正常胰腺实质相比，胰岛素瘤在CT上可表现为轻度低密度到等密度。Lin等人的研究表明，低衰减胰岛素瘤在碘成像中表现得更好，这提供了更高的对比度噪声比和更低的图像噪声。另一方面，等衰减胰岛素瘤在单色图像和碘成像上都显示出细微的增强。然而，当碘图与单色图像结合使用时，低和等衰减胰岛素瘤的检测灵敏度从68.8%显著提高到95.7%。
在最近的一项研究中，Hardie等人回顾性评估了24例胰腺局灶性肿块患者，包括5例神经内分泌肿瘤，并使用先进的基于图像的虚拟单能重建。作者发现在局灶性肿块中，55keV-VMI是所有神经内分泌肿瘤的首选。
45岁女性，患有胰腺神经内分泌肿瘤。混合冠状位图像（a）显示胰体强化的外生肿块。碘覆盖冠状和轴位图像（B，C）显示肿块增强（箭头）和强化的腹膜转移灶（虚线箭头）。
62岁患者胰腺神经内分泌肿瘤肝转移。冠状位动脉期CT“混合”图像显示胰头实质强化肿块和肝左叶微动脉强化病变（箭头所示）。同一病变在冠状位碘覆盖图上更为明显（b）。
胰腺囊性病变的特征是一个具有挑战性的任务。Chu等人回顾性分析了44例疑似胰腺实性或囊性肿瘤患者，发现DECT有助于确定囊性肿块的异质性。更详细地说，DECT提供了高质量的VNC图像，在90%以上的研究人群中成功地替代了真实的平扫图像。碘图改善了病变囊性或实性的区别。另外两项研究证实了基于DECT的浆液性少囊性腺瘤和黏液性囊性肿瘤的鉴别诊断。
76岁女性，胰腺囊性病变。混合120kV图像显示钩突有一小叶性低密度病变（白色箭头）。注意在50keV上增强间隔（白色箭头）和碘图上明显的囊性间隙（即，没有实质性增强）的显著性增加（黑色箭头）。这些发现与浆液性囊腺瘤一致，由T2加权MRI证实（黑色箭头）。
DECT有助于确定囊性肿块的复杂性。在对44例胰腺局灶性疾病患者的研究中，作者发现碘图在确定病变的囊性或实性、改善病变的显著性以及评估50%的病例的胰管与邻近血管结构方面有实用价值。
在用VNC图像代替TNC图像时，观察到VNC图像的高接受度（90.9%）显著降低了图像噪声。研究表明DECT在鉴别浆液性少囊性腺瘤和黏液性囊性肿瘤中的作用。VNC和碘图有助于识别肿瘤内出血。
CT是诊断胰腺炎的影像学金标准。DECT可能在早期胰腺炎和并发症（如坏死、胰外并发症和血管损伤）的检测中发挥作用。
Yuan等人研究了坏死胰腺实质和正常胰腺实质在衰减方面的差异。这种差异在使用80kV管电压设置时更加明显。DECT也有可能使用低keV图像更好地确定与胰腺炎相关的血管并发症，如腔内血栓形成或假性动脉瘤。在低keV图像中，正常胰腺实质的高对比度可能有助于放射科医生排除胰腺或胰周积液的存在。非钙化性结石可以通过VMI确定为炎症的病因。
47岁女性胰腺炎。混合120 kV图像显示了胰周脂肪滞留和积液（箭头）。注意50keV和碘图上显示坏死的胰腺实质不增强的区域（箭头）。
86岁男性，出现腹胀，发现在胰腺钩突有不明确的软组织肿块，伴有周围绞窄（A，轴位图像，块箭头），伴有胰腺体和胰尾部萎缩（B，箭头箭头）。鉴别诊断包括胰腺炎和胰腺肿块。病变碘含量（NIC=0.46，K=2.4），提示肿块性胰腺炎而不是胰腺癌（c，f，与相反）。MRI显示T2高强度和增强，被认为是自身免疫性胰腺炎（d，e）。
60岁胰腺炎患者。轴位DECT“混合”图像（低和高kV图像的组合和模拟传统的120 kV图像），显示了在胰颈部的液体密度病变，碘摄取图像上没有碘摄取（B）符合小胰腺假性囊肿（箭头）。2周后患者再次出现在急诊科，主诉腹部疼痛突然发作。C 轴位DECT“混合”图像显示胰腺高密度病变，可以代表增强或血肿（箭头）。D，E，此病变在轴位VNC图像（D）上仍保持高衰减，碘覆盖图像（E）不含碘含量，其代表血肿（出血进入假性囊肿）。
a、b 46岁男性，坏死性胰腺炎。冠状位动脉期CT“混合”图像（a）和碘图（b）显示胰腺水肿伴胰周绞窄（箭头a）。胰颈和近侧体（箭头a）有低衰减区，碘图显示（箭头b）缺乏碘，与胰腺坏死一致。
在最近的一项研究中，Martin等人回顾性地调查了45例早期急性胰腺炎患者的碘图价值。作者表明，碘定量可区分正常胰腺实质和炎性胰腺实质，因此与基于图像的评估（0.797）和基于衰减的分析（0.834）相比，诊断早期急性胰腺炎的敏感性（0.855）显著提高。
慢性肿块型胰腺炎发生的胰腺局灶性肿大发生在30%的慢性胰腺炎患者。有趣的是，在组织病理学上也发现了这种相似性。Yin等人认为，DECT在鉴别慢性肿块型胰腺炎和PDAC方面显示了更高的诊断准确性。基于碘图，作者发现慢性肿块型胰腺炎的碘浓度明显高于PDAC。
62岁急性胰腺炎患者，基于DECT的碘定量（a）和脂肪分数（b）测量。在这种情况下，胰周炎症明显，碘浓度为1.5mg/ml证实了急性胰腺炎的诊断，诊断急性胰腺炎的最佳阈值小于2.1mg/ml。
52岁急性胰腺炎患者，DECT物质分解分析。然而，碘密度值为1.8mg/ml（a）提示胰腺炎症。脂肪分数（b）在炎性胰腺实质和正常胰腺实质之间无显著性差异。
钝性胰腺损伤是一种少见的损伤，发病率高，死亡率高。胰腺峰值增强出现的时间早于大多数创伤治疗中使用的典型门静脉期成像，这对胰腺损伤的诊断提出了特殊的挑战。胰腺损伤的处理在很大程度上依赖于胰腺导管受累程度的确定，这通常需要外科手术。
研究表明，MDCT对胰腺导管损伤的诊断具有较高的敏感性（90%以上）。目前还没有文献直接比较DECT与常规CT在胰腺损伤中的表现；然而，DECT在CNR增加的情况下更好地显示低密度胰腺病变的能力可用于检测胰腺撕裂伤（碘覆盖图像上的碘含量湖）。
通过对VNC和碘图的并排分析，DECT可以在不需要真正的平扫的情况下，将钙与增强（创伤时的血管渗漏或假性动脉瘤）区分开来。与碘不同的是，钙在VNC和碘选择图像上都是可见的。DECT也有助于发现和鉴定外伤性血管外渗和假性动脉瘤。
19岁男子车祸后胰腺撕裂。冠状位CT混合图像显示累及胰腺颈部的水肿和胰周积液（箭头）。在与胰腺横断相一致的冠状位碘覆盖图像（箭头）上，胰腺颈部区域完全缺乏对比。
DECT的一个常见误解是由于低能和高能采集都会增加辐射剂量。然而，基于双源CT的研究表明，双能量采集并不会增加腹部DSCT的辐射剂量，而第三代双源CT则比第二代双源CT表现出更高的剂量效率。由于消除了真正的平扫检查，DECT避免了多个扫描期相，从而减少了辐射剂量，同时减少了对比剂的使用。
在一项对60位疑似或已知胰腺病变影像学患者的研究中，比较了三期MDCT采集与单门静脉期DECT采集，作者观察到用VNC替代TNC最多可减少57％的辐射剂量。
来自第二代双源CT研究的图像：49岁女性，腹部120kV第二代双源单能CT（SECT）研究，体重指数（BMI）为27.3kg/m2（a）；标准40cm采集长度调整后的有效剂量为6.5mSv。第二代双源双能CT（DECT）研究的图像显示，58岁男性，BMI为26.5kg/m2，出现广泛腹水（箭头）（b）；校正有效剂量为7.0mSv。
来自第三代双源CT研究的图像：54岁女性，BMI为23.5kg/m2（c）；调整后的有效剂量为6.5msv。第三代双源DECT研究：56岁女性，BMI为25.1kg/m2（d）；患者有门脉高压病史，可分为脐静脉（箭头）；正常有效剂量为3.7msv。所有图像均显示相同的标准腹部窗口设置（窗位，70 HU。与传统的CT图像相比，DECT具有许多优点，其技术进步不断改善了早期DECT扫描仪的一些局限性，因此它在胰腺成像中的作用在肿瘤和非肿瘤应用中不断扩大。
DECT，特别是低keV单色能图像和碘图，提供了更好的对比度分辨率，从而导致更高的病变显著性，有助于发现较小的胰腺肿瘤，更好的边缘描绘，以及血管和胰周整体评估。在虚拟平扫图像可用的情况下，不需要真正的平扫，因此可以减少辐射剂量。
在计算机体层摄影和磁共振学会最近发表的一篇白皮书中，DECT的低能量VMI和碘图被推荐用于已知或可疑胰腺肿瘤患者的常规临床应用，包括PDAC和PNETs。另一方面，囊肿含量的评估被认为是实验性的，由于DECT能很好地检测到囊性病变，因此很有希望。DECT灌注是DECT的另一个有前途的工具，但迄今为止还很少有人探索。需要更多的研究来进一步确定DECT在胰腺疾病中的作用。
CT 技术史与五十年回顾
1979年，发生了一件"奇怪"的事。皇家卡罗林外科医学研究院诺贝尔奖评审委员会决定将当年的诺贝尔生理学或医学奖颁发给两个没有任何医学背景的人：
塔夫斯大学的科马克(Allan M.Cormack)。英国电器与乐器工业有限公司(EMI)的工程师豪斯费尔德 （Godfrey Newbold Hounsfield）。两人不仅互不相识，而且都没有博士学位，据说当时诺贝尔奖金评议会的54名评议员推翻了选拔委员会提出的人选，这在当时引起了极大的轰动，在场等候的记者甚至都没有拿到两位获奖人的英文版介绍。
科马克和豪斯菲尔德（图片源自诺贝尔奖官方网站）。究竟什么样的成就让诺贝尔医学奖项办法给两个没有医学背景的人呢？
颁奖词写得清楚，表彰他们为发展CAT做出的贡献。
诺贝尔奖颁奖词（图片源自诺贝尔奖官方网站）。如果你是业内人士，应该知道了，这个被称作CAT的设备，就是在医院里运用最为广泛的计算机断层扫描仪（Computer Tomography），简称CT。
CT的发明被认为是伦琴发现X光以来医学影像领域最伟大的发明。
自从伦琴发现X射线以来（参见 “如果我迷了路，不要在大路上找我。”--伦琴发现X射线123周年），技术的不断进步催生了一系列新的应用，但对于许多疾病，常规X线图像并不能提供肯定的扫描结果，因为最终获得的是所有照射身体结构的重叠影像。所以医生们很快有了一个新的梦想--如果能够获得没有结构叠加的断层图像那就完美了。
传统的体层扫描机诞生于20世纪30年代初，生成了第一批没有出现叠加的人体切面图像。例如，Siemens-Introskop的工作原理如下：
X线胶片和射线管围绕待扫描人体部分移动。在旋转中心，射线聚焦并产生清晰的人体结构照片，但这个区域之外的图像是模糊的。
获得1979年诺贝尔生理学或医学奖的豪斯菲尔德更为人熟知。
另一位获奖人科马克1924年生于南非，1944年毕业于开普敦大学。
大约在1957年，科马克发明了一种计算X线在人体内的辐射特性的方法，为CT的发明奠定了理论基础，但是由于经费紧张，科马克没能制造自己的原型机。
之后科马克移民美国，成为图菲斯大学的物理学教授，并在1963年制造了CT原型机。
1966年科马克加入美国国籍。
科马克制造的CT原型机，1963年（图片源自网络）。豪斯菲尔德1919年出生于英国的科学之城诺丁汉郡，1951年进EMI公司。
在不知道科马克研究成果的情况下，1961年研究计算机处理断层图像的技术，1967年产生了计算机断层成像的想法，并在1968年获得专利。
如果从豪斯菲尔德获得专利算起，CT历史到今年正好五十年。
豪斯菲尔德制造的CT原型机，1968年（图片源自网络）。随后豪斯菲尔德对原型机进行不断改进。
终于在1971年，豪斯菲尔德制造了一台用于扫描人脑的CT机。
为了避免商业机密泄露，在伦敦郊区的一家小医院进行了测试。
第一台CT安装地：Atkinson Morley Hospital，这是一家仅有150张床位的医院。
1971年10月1日，人类历史上第一位接受CT扫描的是一位41岁的女性患者，患有脑部肿瘤。
如果放在现在看，这样的图像非常糟糕，但在当时，能够区分灰白质已经是科学家梦寐以求的事了。
因此在当时它产生的图像令医学界非常震惊；更让人震惊的事它竟然来源于EMI唱片公司（就是这家百代唱片公司）。
第一台EMI CT机，为第一例患者的脑部图像，扫描一层图像需要4.5min，矩阵为80x80，EMI CT在使用120kV扫描时，最大管电流仅为32mA。
1972年4月，在英国放射学年会上，豪斯菲尔德发布了他的研究成果，震惊了世界，迅速引发了“CT热”，超过15家公司加入了EMI开发CT扫描机的工作。
西门子在1974年研制成功了第一台CT扫描仪，SIRETOM，这台CT扫描一次可以重建两幅图像，矩阵也从80x80提高到128x128。
西门子第一台CT扫描仪，SIRETOM，1974年。乔治城大学的Robert Ledley教授在1974年研制了可以用于全身扫描的CT设备：ACTA (Automatic Computerized Transverse Axial)。
后来技术卖给了辉瑞公司，全身CT的扫描质量有了明显的提升，矩阵达到了256x256。
在之后的漫长岁月里，CT得到了快速的发展，硬件不断变革，越来越多的CT设备推向市场。
西门子在1977年发布了自己的第一台全身CT：SOMATOM。
SOMA是body身体的意思，TOM则是Computed Tomography里断层的意思，因此SOMATOM的含义就是全身断层。
SOMATOM扫描的腹部平扫图像，1977年
1979年，新款SOMATOM设备优化了探测器系统，空间分辨率提升了2倍。同时使用心脏CT配件，设备首次可以对跳动的心脏成像。这是通过一种被称为心电“触发”实现的：
心电图测量心脏功能，使SOMATOM 2与患者的心跳同步。
然后，设备在心脏搏动的特定时间点发出 X线脉冲，在心脏舒张期进行数据采集。
这样使得CT图像在很大程度上免受心脏活动的干扰。
第一幅“冠脉”CT图像，扫描时注射30ml对比剂，延迟之后扫描一层，再注射对比剂再延迟，扫描... Guthaneret al. AJR 1979 (American Roentgen RaySociety)。直到1987年，20多年的时间里，CT设备仍然处在最初设计的阶段，基本技术没有任何变化，仍然等待着第一次CT技术的革命。
20世纪80年代中期，CT扫描当时已经发展到了一个通过现有技术无法再有重大改进的阶段。
1987年末，出现了滑环技术。
在此之前，扫描架通过电线接收电力，现在电力则通过滑环进行传输。整个测量系统在新开发的专为持续高速旋转而设计的轴承上运行。
除了系统速度更高外，这一技术的优点是设备运行更加安静，同时与之前启动-停止的运行方式相比，机械磨损更少。
SOMATOM Plus是首台全面旋转也是当时最快的CT系统，360°扫描所需的时间缩短到了1 s。
滑环技术的出现为螺旋CT的诞生奠定了坚实的基础。
SOMATOM Plus采集系统，1988年。螺旋CT（Spiral CT）最初提出时听上去非常不可思议。
因为当时CT要做的就是要让病人停下来，然后扫描，并且在扫描过程中尽量避免运动。
而螺旋扫描的基本概念恰好是要在扫描过程中不断移动检查床带动患者移动，Ｘ线以螺旋方式扫描患者身体。
批评人士甚至将螺旋CT称为“产生CT伪影的方法”。
这里我们要提到一位德国物理学家Willie A. Kalender，螺旋CT的发明人。
Willie A. Kalender （图片源自IMP）。Willie A. Kalender教授1949年生于德国，1975年毕业于威斯康星大学。
1976年-1995年加入西门子，在发明螺旋CT之前，1983年开发了世界上第一个双能量CT（dual energy CT）产品，1987年开发了金属伪影消除技术（metal artefact reduction，MAR）。
1988年Kalender教授领导的团队开始研究螺旋CT，他们采用数学方法来解决运动伪影问题，将复杂的算法增加到重建图像的软件中，以便将检查床的运动因素纳入测量计算。
其他的部件大致与传统的系统相似，但是需要进行改进以适应螺旋CT的具体要求，在系统中对工艺进行控制更为复杂。
同年底，Kalender带领的团队成功研制出首台螺旋CT原型机。
1年后，经过大量的试验和临床测试，西门子在市场上推出了世界上第一台螺旋CT扫描机SOMATOM Plus-S。
“容积扫描”就是身体某个区域全部的图像，如整个器官成像。
第一台螺旋CT SOMATOM Plus-S，1991年。SOMATOM Plus-S拍摄的图像细节清晰，甚至可以用来确定患者的骨骼矿物质含量。
这意味着，这一系统可以与OSTEO CT软件一起使用，来诊断和监控骨质疏松症状的变化。
SOMATOM Plus-S自动定位脊椎骨的轮廓，确定要扫描的断面，然后将结构以清楚易理解的图形呈现出来。
这一过程的关键因素是这种扫描可以准确地重复，以便用于在定期检查中查看疾病的发展变化。
通过螺旋CT确定骨骼矿物质含量，1991年
1990年，一切已经变得非常明朗，未来属于螺旋CT。
在1992年秋举行的RSNA年会上，其他主要的CT厂商发布了各自采用滑环和螺旋技术的CT系统。这一预测后来被证明是错误的。
在螺旋CT诞生后的10年，1998年，多层螺旋CT问世了。
当年的北美放射学年会上，四家主流CT生产商（GE，飞利浦，西门子，东芝）展出了4层螺旋CT。
多层螺旋CT的出现被认为是CT技术发展的第二次革命。多层螺旋CT与单层螺旋 CT 和双层螺旋CT相比有较大差别，两者在设计原理和构造上明显不同：
Z 轴上设有多排探测器结构，拥有多个数据采集通道，图像重建所采用的计算方法也不同，扫描架、探测 器、数据采集系统、图像重建系统及计算机系统等都有较大的改进。
左侧为单层螺旋CT，右侧为多层螺旋CT。传统的探测器每转只能扫描一个断面。
在多层技术中，发光二极管分布在不同排的探测器部件上，可以各自独立地处理X线管传输的信号，因而每次旋转可以记录多个断面。
以SOMATOM Volume Zoom为例，每次旋转可以记录4个断面。
SOMATOM Volume Zoom，1998年。这一多排探测器利用X线输出的效率大幅度提高，可以将相对于患者的纵向图像分辨率提高8倍，同时可以显著缩短身体较大区域的扫描时间。
在“自适应阵列探测器”中，断面非常狭窄，外缘探测器单元更宽。
由于X线准直仪中有多种设定可以选择，因而可以选择每个断面的分辨率在0.5～5.0 mm之间，这样得到的断面就比之前更薄。
多层CT SOMATOM Volume Zoom也是心脏计算机体层扫描史上的重要转折点。
首张正真意义上的冠状动脉CT图像于1999年在德国慕尼黑Klinikum Grosshadern医院诞生。整个过程耗时约40 s，注射了超过160ml的对比剂。
1999年慕尼黑Klinikum Grosshadern医院冠状动脉图像。
随着技术的不断进步，CT发展进入了一个探测器迅速变宽的时期，平均每18个月，探测器的排数就增加一倍，这段时间被称为“排的战争”。还有学者总结这是CT的“摩尔定律”。
探测器排数每18个月增加一倍，这种趋势在2007年东芝推出320层CT后停止。
但是这种趋势在2007年终止了。
当年东芝在RSNA年会上展出了320层CT Aquilion One，世界上第一台探测器宽度达到了16cm的CT，它由320排0.5mm的探测器单元构成。
宽探测器的CT为临床研究带来了一些崭新的应用，但是随之而来的是严重的锥形线束伪影，由于探测器变宽，而球管的光源还是点光源，导致两侧的图像变形严重，最初的设备需要很多的探测器单元的数据对中心的数据进行校正。后来算法的改进对这些伪影进行了优化，但是之后再没有更宽探测器的CT推出了。
东芝 320层CT Aquilion One，2007年。在这个阶段，还有一种CT不得不提，那就是电子束CT（EBCT）。
电子束CT具有非常高的时间分辨率，因此在解决心脏成像问题上曾一度被认为是非常好的解决方案，但是由于其密度分辨率和空间分辨率不及螺旋CT，而且螺旋CT转速越来越快，优势更加明显，因此电子束CT逐渐被淘汰。
EBCT主要提升了时间分辨率，但是密度分辨率和空间分辨率都不足。
就在排的战争愈演愈烈的时刻，西门子的科学家们发现，单纯增加探测器宽度并不能解决心脏成像的问题，因此需要从其他方面进行考虑。
这个时候，1977年的一个“多源CT”的专利进入视野。
多源CT系统由间隔排列的多个球管和多个探测器组成，这样的设计有助于提高时间分辨率。
但是实际上，由于空间限制，探测器越多，每个探测器就越小，会导致每个探测器的扇角越小，而所有探测器扇角的重叠区域才是有效的成像区域，过小的有效成像区域并不具有太大的临床应用价值。
出于提高时间分辨率的考虑，XY轴平面上间隔排列的双源是比较理想的发展方向。
2002年开始研究双源CT项目，当然当时还不叫双源CT，代号是R2D2，意思是两个球管和两个探测器。
巧合的是，这个名字和星球大战里小机器人的名字一样。
2002年11月的一张幻灯记录了双源CT思想的孕育和系统的最终参数。“R2D2”这个代号，含义是2个X线管，2个探测器（2 x-Ray tubes & 2 Detectors），与当时热映的《星球大战》电影小机器人名称一样。
双源CT，听上去似乎是个很容易实现的概念：只需要集成第2个射线管，安装第2个探测器，一台双源扫描机就组装完毕了。
但是在现实中，实施这一概念在技术层面对工程设计人员来说是一个巨大的挑战，因为在常规的单源CT系统中，扫描架的结构已经非常紧凑。如果没有紧凑的STRATON X线管，双源CT根本不可能出现，至少在不改变设备结构且不大幅增加扫描机体积的前提下无法实现。但是仅有射线管技术还不足以实现这一技术跨越。
工程设计人员需要对几乎所有的部件进行优化，使之更为紧凑。这包括整个冷却系统以及电子元件在扫描架中的排列方式。开发更加强力和更加高效的部件，仅仅这样一个任务就将占用工程设计人员未来多年的时间。
世界上第一台双源CT：SOMATOM Definition，2005年。经过不懈的努力，2005年RSNA年会上，西门子展出了世界上第一台双源CT，SOMATOM Definition。
第一代双源CT的时间分辨率达到了83ms，首次进入了100ms以内，这意味着，进行心脏CT成像将不需要控制心率。
而两个球管和两个探测器的设计，使另一个CT成像领域--双能量成像成为临床的新选择。
西门子成为唯一一家不再单纯追求更多排数探测器的CT制造商，转而开始全面关注新的双源技术，这一举措被视为颇具风险性。
但是事实很快证明，冒这种风险完全值得：首台SOMATOM Definition安装后几周内，专家纷纷预测每年进行的约60万次导管检查很大一部分将被CT心脏成像所取代。
临床研究也证实了这一技术的优势，特别是在心脏成像方面，而这也正是CT扫描最擅长的地方。
基于此项成功技术和双源技术的经验，西门子于2009年推出新款设备--SOMATOM Definition Flash，该设备再次成为世界上最快的CT扫描机。
SOMATOM Definition Flash，2009年。来自心脏成像的例子生动说明了SOMATOM Definition Flash所带来的巨大进步。
此前，要获得尽量少伪影的心脏细节图像，平均需要的剂量在8～30mSv之间。而实现同样的目的，SOMATOM Definition Flash所需的剂量不足1 mSv。
该设备之所以如此出众，归功于多种因素，其中包括高端CT扫描机的出色速度。扫描架每0.28s围绕患者旋转1周。
与此同时，患者在扫描机中的运动速度比当前所用的常规系统快2倍。这就是说，一个身高2m的患者，接受从头到脚的扫描所需的时间不超过5s，胸部扫描只需要0.6s，心脏扫描只需要0.25s，即不到心脏跳动一次所需时间的1/2。
SOMATOM Force，2013年
2013年西门子推出了新一代的双源CT系统，SOMATOM Force是当今世界最强大的CT扫描机，简直是在突破目前科技方面的极限。
600多人花了5年的时间研制出了这一系统。这一系统的构造汇集西门子所有的高端部件，并且进一步升级。
- 6T重的扫描架每秒围绕患者旋转4周。这就相当于一辆奔驰E系列轿车以5倍于一架战斗机的速度在一个很小的圆形咖啡桌上做圆周运动。
与此同时，2个Stellar探测器和Vectron球管还需绝对精确地保持在各自的位置上，精确到不止是毫米，而是微米级别。
考虑到检查床的速度，这一速度已经从每秒45cm提高到了每秒73.7cm，这是当前市场上最快的速度，这意味着现在使用这一系统扫描一个成人的整个上半身所用的时间不到1s。
与之前的机型相比，图像分辨率从0.33mm提高到了0.24mm。
在不降低图像质量的情况下，使用SOMATOM Force扫描人体肺部所需的剂量仅为0.1 mSv，大约相当于乘坐从德国飞往阿根廷的航班所接受的自然辐射水平。
放射科是一个医院最重要的临床科室之一，同时也是一个设备依赖型科室，新设备，新技术的应用有助于医院整体实力的提升和发展。
目前CT的发展似乎主要有两个方向，一是双源CT，一是宽探测器CT。
不过受限于目前总体技术的发展水平，16cm的探测器还是非常尴尬的宽度，由于受锥形线束伪影的影响，实际成像的有效区域并没有16cm，大部分人体器官并不能一次覆盖，而CT更关心的是密度分辨率和空间分辨率，更宽的探测器并没有显著增加图像质量，相反某些时候图像质量还下降了。
很多厂家在东芝推出16cm探测器CT后，很多国内外的CT厂家也推出或者开始研发16cm探测器的CT。随着探测器的变化，还需要对影像链上一系列设备进行改进和优化，如球管，重建算法等，这必将是一个艰苦而漫长的过程。
可以想象，如果仅仅是跟随，显然市场的同质化竞争会相当激烈，经过一轮厮杀之后，最终会淘汰大部分参与者。
未来CT的技术发展可能集中在光子技术探测器CT以及相位对比CT技术上。
光子计数探测器将实现多能量成像，与现在我们见到的双能量，能谱，光谱成像等有着本质的区别，此外，光子技术探测器还将大幅度提高空间分辨率，获得更高清的图像。
光子技术探测器可以直接将X光衰减转换为电信号，从而获得更清晰的图像。
高空间分辨率多能量光子计数探测器（PCD）提高了分辨率，减少了blooming效应。对于冠脉支架可以获得更清晰的图像。
除此之外，细分市场可能也是CT发展的一个方向，比如专门用于乳腺检查的乳腺CT，专门用于宠物检查的小孔径CT等等。
人工智能的应用也不可小觑，但是目前人工智能热并非真正的CT发展方向，人工智能应该是辅助医生更标准地采集图像并作出更精准的诊断，减少医生的工作负担，改进报告流程。人工智能还有很漫长的路要走。
检查流程的改进也是应该考虑的一个问题，扫描的速度已经很快的，而之前之后的工作需要更高的效率，人工智能的加入相信可以帮助医生更好地优化检查的流程。
新的后处理技术如Cinematic Rendering将帮助医生更好地跟患者以及临床医生交流。
Cinematic Rendering。如果仔细观察，会发现，目前所有的设备都在学习CT，比如X光机可以做三维重建，钼靶可以做断层，DSA有类CT成像，MRI有多层技术。
当所有人都跟你比，学习你的时候，说明你处在领先的水平。
CT要学习的是MRI，努力提高密度分辨率，使用更低的辐射剂量。
如果从豪斯菲尔德的原型机开始算，CT的发展到今年整整半个世纪了，特别是多层螺旋CT诞生以来的20年，CT技术得到了飞速的发展。
封面：1968年CT原型机与SOMATOM Force
一起交流
分享你的思考，让讨论更进一步。