光子、光谱、能谱、双能量与光子计数

光子（photon）出自2014年《放射医学与防护名词》。是基本粒子的一种，不带电，静止质量为零。光子是光量子的简称，是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子，在1905年由爱因斯坦提出。

光子

X射线本质上也是一种光子，通常需要高速电子轰击阳极金属靶面。这样形成X光一般都很连续，称为轫致辐射。随着管电压的增加，电子能量随之增大，这样内层电子也会被激发，从而导致内层出现空穴，外层电子就会回到内层，这样形成波长在0.1nm的光子。由于外层电子一般会放出量子化的能量，波长一般都很集中，这就形成了X光谱特征谱线，通常需要70kV及以上的管电压才能激发特征光谱。

X射线球管

电磁光谱（EMS）

光谱（spectrum）是2020年全国科学技术名词审定委员会公布的医学影像技术学名词，出自《医学影像技术学名词》第一版。是指电磁波按波长或频率大小而依次排列的图案。

X射线光谱，钨靶100kV光子数与光子能量的关系图

能谱（energy spectrum）是2020年全国科学技术名词审定委员会公布的医学影像技术学名词，出自《医学影像技术学名词》第一版。是指X射线光子能量与光子数量的分布曲线。

对于X射线，光谱和能谱的含义是相同的。

能谱曲线

在CT成像领域，光谱CT和能谱CT通常表达的意思是相同的，本质上都属于CT双能量成像。在CT双能量中我们所说的能谱曲线，是指在不同能量（keV）下的物质CT值的变化曲线。

CT双能量成像（dual-energy CT imaging）是2020年全国科学技术名词审定委员会公布的医学影像技术学名词，出自《医学影像技术学名词》第一版。使用两种能量的X射线束对被扫描物体进行扫描的成像技术。

目前主要实现方法有双源、kV快速切换、双层探测器、同源双光束、kV慢速切换等等，其主要目的均为获得两种不同能量的射线。

关于双能量成像的发展历史，参见：CT能量成像五十年（1971-2021）：从双能量到多能量的探索；关于双能量实现方法，参见：双能量CT的实现方法。

不同双能量实现方法

双源双能量CT成像（dual-source dual-energy CT imaging）：在计算机体层成像装置机架中设置两套X射线管和探测器，成一定角度排列，一个X射线管产生高管电压的X射线，一个X 射线管产生低管电压的X射线。两套系统分别独立采集信息，在影像数据空间匹配，进行双能分析的技术。

关于双源CT的更多，参见：双源CT的技术原理与临床应用。

带有能谱纯化的双能量技术，可以更好分离高低能量的信息，从而获得更准确的结果

光子计数（Photon counting）是下一代CT成像技术，早在20年前，西门子的科学家们就开始了光子计数CT的基础理论研究。随着高速处理电子学的进步，CT探测器在短时间内识别和计数X线光子的成像方式逐渐成为可能。此前，光子计数的概念虽然已经应用于乳房X射线摄影设备和核医学PET系统，但在CT设备中想要实现光子计数的挑战则更大。CT扫描的X线光子计数率最高可达10?/mm?/s，而在乳腺机和PET系统中计数率一般低于100/mm?/s，因此光子计数CT对数据处理的速度提出了更高要求。

目前传统CT基于双能量成像可以实现最多两种物质的同时鉴别以及定量分析，模拟计算得到碘图、钙图、虚拟平扫、虚拟单能图像等用于临床诊断。而光子计数CT通过设置多个阈值（T0，T1，T2，T3）能够同时读取不同能域的CT数据，这种多能量的成像方式为特异性物质成像和多材料分解提供了可能性。例如同时分离两个不同的对比剂：碘和钆、碘和铋，或其他重元素（钨和纳米金等），从而实现多对比剂同时成像、靶向分子成像。除此之外，通过对不同能量域的优化加权，也可以进一步提高图像的CNR，特别是在增强CT检查中。

更多关于光子计数CT的知识，参见：什么是光子计数CT？

NAEOTOM Alpha光子计数CT

还有一个概念比较容易引起混淆，就是光谱计数（spectral counting）。光谱计数是蛋白质组学领域的概念，其定义为一种蛋白质的光谱总数，在蛋白质组学研究中作为一种实用的、无标记的、半定量的蛋白质丰度测量方法已被广泛接受。

无标签模式的工作

来源：XI区

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