關于雙能量X射線成像技術，你想知道的都在這里了

　　X 光成像是一種非常常見的醫學診斷和醫學成像技術。例如，傳統 DR (Digital Radiography) 技術的基本幾何示意圖如下，X 射線光管發出光子束穿過患者，在平板探測器上產生二維圖像。但是由于軟組織和硬組織對 X 射線的質量衰減系數差異很大，導致 X 射線在組織識別上的能力受限。例如，為了評估肺部結構而拍攝胸片，在獲得的圖像中不可避免地被肋骨阻塞。在這種情況下，肋骨是結構噪聲的主要來源，因為它們不是我們感興趣的結構，如下圖。成像的組織模糊不清，通常會增大病灶誤判的概率。

　　早在 1976 年科學家就提出了利用雙能量 X 射線成像技術來降低結構噪聲。先分別用低能光子和高能光子拍攝兩幅圖片，然后根據低能光子和高能光子在不同組織中的質量衰減系數，通過巧妙的扣減算法將患者的投影分解為僅包含軟組織和硬組織的圖像，如下圖。雙能量成像最大的挑戰在于獲得兩幅獨立的低能(LE)和高能(HE)圖像。為了實現這一點，探測器吸收的 X 射線光譜應該對 LE 圖像中的低能量光子和 HE 圖像中的高能量光子進行重加權。獲得這種分離的光譜可以通過兩種不同的方式來完成：雙發成像 (Double-shot Imaging)和單發成像 (Sing-shot Imaging)。

　　雙發成像是最直接的方法，通過改變 X 射線光管的加速電壓來拍攝兩幅不同能量段的圖像，可以在兩幅圖像之間實現出色的光譜分離，并最大限度地減少圖像光譜之間的重疊。但這種方法固有的時間分離會導致運動偽影出現在最后的圖像中。例如在改變加速電壓的過程中患者發生的心臟跳動、呼吸和肌肉運動等等，都會產生運動偽影。雖然可以使用雙光源系統來解決運動偽影的問題，但也意味著更高的成本。此外，雙發成像不可避免的增大了輻照劑量，兩次曝光將使劑量至少增大 15%。而單發成像則采用雙層平板探測器的手段，探測器主要由上下兩個探測模塊構成，上層探測模塊測低能光子，下層探測模塊探測高能光子，中間的金屬濾片則用于光譜分離，如下圖所示。在正常的劑量下，探測器可獲得兩幅光譜分離的圖片，且沒有運動偽影。但金屬濾片的光譜分離能力有限，而且它會吸收部分光子，從而使得 HE 圖像的信噪比較差。