双能量CT成像技术原理及应用【四】
虚拟单能谱图像描述的是物体在不同的单光子能量（keV）下的图像，也就是假设CT球管只能发射出一种能量X线光子的情况下在此能量下的CT图像就是单能量图像，而把不同单光子能量下该物质的CT值的点连接起来就是能谱曲线。
【虚拟单能谱图像与能谱曲线】
但是常规的CT球管发出的是不同能量的X线光子，X线光子衰减值高的金属骨质等会吸收多的低能X线光子，高能量的光子穿透过去，这种不成比例的吸收特性会形成金属伪影及线束硬化伪影。如果是单一能量的光子就可以减轻或消除这些伪影，可是目前的技术还没有造出只能够输出单一能量的X线球管，但是通过双能量扫描，可以虚拟计算出某一物质在各个单能量下的CT值，这样就可以生成虚拟的单能谱图像。
【金属伪影】
【单能量调节减轻金属伪影】
虚拟单能谱图像的生成原理
在CT成像所使用的X射线光子能量范围内，X线与人体中物质的相互作用主要有两种形式：康普顿散射和光电效应。X射线穿过人体，最终得到的衰减数据是这两种形式共同作用的结果，只是原子序数大的物质（比如：碘、钙）光电效应起主要作用；相对地，原子序数小的物质（比如：水）康普顿效应起主要作用。依据这样的作用机理，可通过两种基物质（比如：碘基和水基）计算虚拟得到人体组织在单能级（keV）下的图像并可测量CT值。
原理公式如下：
其中，µL(80kV)代表组织在80kV低管电压下的衰减值；µH(140kV)代表组织在140kV高管电压下的衰减值；ρi代表组织中含碘基物质的密度；ρw代表组织中含水基物质的密度；µi(80kV)和µi (140kV)代表纯碘在80kV、140kV管电压下的衰减值；µw(80kV)和µw(140kV)代表纯水在80kV、140kV管电压下的衰减值。
通过这两个公式，µL (80kV)和µH (140kV)可分别直接测量组织在80kV、140kV下的CT值即可；µi (80kV)、µi (140kV)和µw (80kV)、µw (140kV)可通过物理实验室分别得到纯碘和纯水在高、低kV下的CT值；只有ρi和ρw是未知数，通过解二元一次方程即可求得，且特定的组织成份中碘基和水基的物质密度是恒定的常数。
当获得了组织中碘基和水基的物质密度，通过如下公式即可计算得到任意单能级（keV）下的图像和CT值。
计算单能70keV下, µi(70keV)和µw(70keV)为物理实验室测得，ρi和ρw为常数，很容易计算得到µ(70keV)的CT值，其他单能级下的值也可依次计算得到。将所有单能级下的CT值连接起来，即绘制出了能谱曲线。西门子的双源CT Drive，可得到的单能级范围是40 - 190keV，总共151个能级。
应用：
1.由于碘对比剂等高原子序数对低能量级光子的吸收能力强，所以在低能级的单能图像中，含碘对比剂的血管和病灶等组织拥有比常规CT有更好的对比度，可显著优化显示微血管和病灶，但是由于低能级的光子穿透能力弱，低能级的图像噪声比常规CT高；
2.高能级光子的穿透力强，有助于减轻甚至消除高密度物质产生的线束硬化伪影和金属伪影，可应用于有金属假体植入的检查；
3.各种能级都可以调整，在图像判读时可以根据病变所需及个人读片所需调整虚拟单能量图像；
4.能谱曲线可以帮助鉴别部分物质成分帮助疾病诊断的准确性。
备注：本内容主要参考《双能量CT临床应用指南》卢光明 张龙江，本书主要介绍的是双源CT上双能量的应用。