光子、光譜、能譜、雙能量與光子計數

光子（photon）出自2014年《放射醫學與防護名詞》。是基本粒子的一種，不帶電，靜止品質為零。光子是光量子的簡稱，是傳遞電磁互相作用的基本粒子，是一種規範玻色子，在1905年由愛因斯坦提出。

光子

X射線本質上也是一種光子，通常需要高速電子轟擊陽極金屬靶面。這樣形成X光一般都很連續，稱為轫緻輻射。随着管電壓的增加，電子能量随之增大，這樣内層電子也會被激發，進而導緻内層出現空穴，外層電子就會回到内層，這樣形成波長在0.1nm的光子。由于外層電子一般會放出量子化的能量，波長一般都很集中，這就形成了X光譜特征譜線，通常需要70kV及以上的管電壓才能激發特征光譜。

X射線球管

電磁光譜（EMS）

光譜（spectrum）是2020年全國科學技術名詞審定委員會公布的醫學影像技術學名詞，出自《醫學影像技術學名詞》第一版。是指電磁波按波長或頻率大小而依次排列的圖案。

X射線光譜，鎢靶100kV光子數與光子能量的關系圖

能譜（energy spectrum）是2020年全國科學技術名詞審定委員會公布的醫學影像技術學名詞，出自《醫學影像技術學名詞》第一版。是指X射線光子能量與光子數量的分布曲線。

對于X射線，光譜和能譜的含義是相同的。

能譜曲線

在CT成像領域，光譜CT和能譜CT通常表達的意思是相同的，本質上都屬于CT雙能量成像。在CT雙能量中我們所說的能譜曲線，是指在不同能量（keV）下的物質CT值的變化曲線。

CT雙能量成像（dual-energy CT imaging）是2020年全國科學技術名詞審定委員會公布的醫學影像技術學名詞，出自《醫學影像技術學名詞》第一版。使用兩種能量的X射線束對被掃描物體進行掃描的成像技術。

目前主要實作方法有雙源、kV快速切換、雙層探測器、同源雙光束、kV慢速切換等等，其主要目的均為獲得兩種不同能量的射線。

關于雙能量成像的發展曆史，參見：CT能量成像五十年（1971-2021）：從雙能量到多能量的探索；關于雙能量實作方法，參見：雙能量CT的實作方法。

不同雙能量實作方法

雙源雙能量CT成像（dual-source dual-energy CT imaging）：在計算機體層成像裝置機架中設定兩套X射線管和探測器，成一定角度排列，一個X射線管産生高管電壓的X射線，一個X 射線管産生低管電壓的X射線。兩套系統分别獨立采集資料資訊，在影像資料空間比對，進行雙能分析的技術。

關于雙源CT的更多知識，參見：雙源CT的技術原理與臨床應用。

帶有能譜純化的雙能量技術，可以更好分離高低能量的資訊，進而獲得更準确的結果

光子計數（Photon counting）是下一代CT成像技術，早在20年前，西門子的科學家們就開始了光子計數CT的基礎理論研究。随着高速處理電子學的進步，CT探測器在短時間内識别和計數X線光子的成像方式逐漸成為可能。此前，光子計數的概念雖然已經應用于乳房X射線攝影裝置和核醫學PET系統，但在CT裝置中想要實作光子計數的挑戰則更大。CT掃描的X線光子計數率最高可達10 /mm /s，而在乳腺機和PET系統中計數率一般低于100/mm /s，是以光子計數CT對資料處理的速度提出了更高要求。

目前傳統CT基于雙能量成像可以實作最多兩種物質的同時鑒别以及定量分析，模拟計算得到碘圖、鈣圖、虛拟平掃、虛拟單能圖像等用于臨床診斷。而光子計數CT通過設定多個門檻值（T0，T1，T2，T3）能夠同時讀取不同能域的CT資料，這種多能量的成像方式為特異性物質成像和多材料分解提供了可能性。例如同時分離兩個不同的對比劑：碘和钆、碘和铋，或其他重元素（鎢和納米金等），進而實作多對比劑同時成像、靶向分子成像。除此之外，通過對不同能量域的優化權重，也可以進一步提高圖像的CNR，特别是在增強CT檢查中。

更多關于光子計數CT的知識，參見：什麼是光子計數CT？

NAEOTOM Alpha光子計數CT

還有一個概念比較容易引起混淆，就是光譜計數（spectral counting）。光譜計數是蛋白質組學領域的概念，其定義為一種蛋白質的光譜總數，在蛋白質組學研究中作為一種實用的、無标記的、半定量的蛋白質豐度測量方法已被廣泛接受。

無标簽模式的工作流程

來源：XI區

【版權聲明】本平台屬公益學習平台，轉載系出于傳遞更多學習資訊之目的，且已标明作者和出處，如不希望被傳播的老師可與我們聯系删除