基于X射线衰减分解的能谱CT材料分析技术：实现活体组织成分可视化定量新突破

研究人员针对传统CT(CCT)无法精确量化组织成分的局限，开发了能谱CT(SCT)的X射线衰减分解(XAD)技术，通过分离康普顿散射(μCS)和光电吸收(μPE)成分构建二维图谱，实现碘、钙、脂肪等材料的精准定位与定量，为心血管斑块分析、肿瘤鉴别等临床诊断提供全新工具。

　　

在医学影像领域，传统CT(CCT)的Hounsfield Unit(HU)值长期面临"同值异质"的困境——由于X射线衰减系数μ同时依赖材料组成和能量谱，不同组织可能呈现相同HU值，导致无法区分含碘血管与钙化斑块、脂肪与软组织等关键差异。这一局限性严重制约了冠心病精准诊断、肿瘤性质判断等临床应用。

荷兰乌得勒支大学医学中心放射科(University Medical Center Utrecht)的Arnold Schilham团队在《Scientific Reports》发表的研究，通过能谱CT(SCT)创新性地解构X射线衰减的物理本质，开发出X射线衰减分解(XAD)技术。该技术利用双能扫描获取的虚拟单能图像，将每个体素的衰减分解为康普顿散射(μ_CS)和光电吸收(μ_PE)两个物理过程，构建二维XAD图谱。如图1所示，纯材料在图谱中呈现离散点，混合物则形成特征连线，通过三基材分解算法可计算钙、碘、脂肪等组分的体积分数。

研究采用回顾性临床数据，通过以下关键技术实现突破：(1)基于Alvarez-Macovski模型建立μ_PE和μ_CS的能量依赖方程；(2)开发双向交互可视化系统guiXAD，实现解剖图像与XAD图谱的联动分析；(3)利用国际辐射防护委员会(ICRP)标准组织成分数据验证图谱定位准确性。

【XAD图谱构建原理】
通过数字体模实验证实，如图1所示，六种生物材料(50%骨组织m₀、含碘血液m₁等)在添加噪声后仍保持图谱中的可区分性，边界混合区域形成可量化的线性分布。

【临床验证】
• 血管应用：图5展示颈动脉斑块的XAD分析，通过μ_PE-μ_CS特征区分钙化、脂质核心和血栓成分，实现无需非增强扫描的钙量化。
• 误诊纠正：图4病例中，XAD图谱明确将手术缝线材料(μ_CS=349±21)与碘化血液(μ_PE=359±20)区分，避免主动脉渗漏的误判。
• 脂肪定量：图3演示通过选定XAD图谱黄色椭圆区域，自动标记腹部CT中所有脂肪分布，替代传统手动分割。

该研究的核心突破在于将物理原理转化为临床工具：XAD图谱的每个坐标对应特定原子组成，使得通过衰减特性"逆向解码"组织成分成为可能。讨论部分指出，当前双能系统虽受限于两基材分解，但新兴光子计数CT可通过多能数据进一步区分瑞利散射，并改进对比剂量化模型。这项技术为动脉粥样硬化斑块风险评估、肿瘤代谢分析等精准医疗场景开辟新途径，其开源代码已发布于GitHub平台推动行业应用。