投影放射照相的一个主要限制是在二维图像平面上对三维患者体积和解剖结构的投影. 例如，在胸部成像中，肋骨、锁骨等的骨骼结构. 会不会经常隐藏细微的肺软组织病变因解剖重叠而引起投影过程. Removing the bony structure, therefore, might aid in the visualization of otherwise undetectable lesions; similarly, 去除软组织成分并强调骨骼结构可能有助于区分软组织病变和钙化病变. 与软组织相比，骨骼作为能量函数的差分衰减更高，这使得能够将以不同x射线能量拍摄的两张图像分解为组织选择的解剖表示, namely "soft-tissue only" and "bone-only" images.

As the above graph shows, 用两种不同的x射线能量束获取同一物体的两幅图像会表现出不同的衰减特性. 注意，在低能量下，骨的衰减要大得多, 在更高的能量下，骨骼和软组织也有类似的衰减. The x-axis represents mono-energetic photon energy. 光谱的有效能量等于具有相同总体衰减的单能x射线光子的能量. 图中显示的是60 kVp(绿色)和120 kVp(红色)下产生的光谱的典型x射线“有效能量”。. If two x-ray images are acquired at these energies, 人们可以“加权”一个图像相对于另一个图像，当减去, will null the signal due to either bone or soft tissues, depending on the weighting factors.

上图所示是使用计算机放射成像双能系统在低能和高能下获得的两幅图像(稍后将详细介绍该技术)。. 注意左侧较高的骨组织对比度，表示“低能量”图像. 每张图像的下面是低能图像(左)和高能图像(右)中软组织和骨骼的相对衰减的规范化呈现。, 哪一个说明了整体骨骼信号更大(低能量图像中为8个单位), 4 units in the high energy image), 低能和高能图像中较低信号的能量依赖性较弱的软组织信号, respectively.

双能量处理包括根据“仅限软组织”图像中由于骨骼而产生的信号为零的愿望对每个图像进行加权, 或者为了“仅限骨骼”的图像而消除软组织的信号. In the stylized illustration shown below, 为了去除骨头，需要将骨头产生的信号归零. 这可以通过将高能图像乘以2，将低能图像乘以1来实现, 从加权的低图像中减去加权的高, 并在一定范围内缩放残余组织信号以产生仅组织的图像, as shown in the illustration below.

同样，为了去除软组织，需要将软组织引起的信号归零. 这可以通过将低能量图像乘以2和低能量图像乘以3来实现, 从加权的高能图像中减去加权的低能图像, 然后在一定范围内对残留的骨骼信号进行缩放以生成仅骨骼的图像, as shown in the illustration below.

How is dual-energy radiography performed?

目前有两种临床系统可用于双能放射照相

• 一种专门的射线照相系统采用“被动”光刺激存储荧光粉成像板同时获取两张图像. The imaging plates are stacked, geometrically aligned, and separated by a copper filter, which preferentially absorbs lower x-ray energies. 用单个kVp x射线束获得低能像(前成像板)和高能像(后成像板). This is illustrated below.

With this technology, 低能和高能图像同时采集, 基本上消除了病人运动引起的任何伪影, 但两个图像对之间的能量差很小, 在典型的患者暴露下，导致组织和骨骼图像的信噪比相对较低.

• 另一种双能放射照相系统使用“有源”平板探测器, 其中低能图像(~60 kVp)最初获得, rapidly read out and detector reset, 紧接着是高能量成像(~ 120kvp). This is illustrated below.

这种双能量方法使用具有快速读出能力的平板探测器, 允许使用两个独立的x射线光束，产生光束有效能量的巨大差异. 第一次捕获发生在高(120kvp)能量束下, then by image readout of the TFT flat-panel array, 紧接着是低能量束(60 kVp)的获取, then by image readout. 能量分离是大的，允许相对较高的信噪比为给定的病人暴露. However, 由于获取两幅图像所需的延迟时间和平板阵列的读出时间, 图像之间的时间差异通常会导致运动伪影，这是由于在约230 ms的图像采集时间和图像之间的读出时间内，患者的非自愿和自愿运动.

X-ray beam spectra for the dual-energy approaches

下面描述的是用于上述两种双能量方法的典型x射线光束光谱.
左图是使用CR双探测器/滤光片夹层在120 kVp下采集的单x射线束. 优点包括x光操作简单，患者无需运动. 缺点是相对较差的能量分离和较低的检测效率(与平板探测器相比).

右边是双x射线束采集在60 kVp和120 kVp使用单一, fast readout thin-film-transistor array detector. 优点包括更好的能量分离和更好的图像质量，在相同的剂量相比，CR探测器三明治. 缺点包括潜在的患者运动伪影, 并且需要更复杂的系统接口和更昂贵的系统.

Example dual-energy images

双能x线摄影可以帮助鉴别诊断
soft versus calcified lesions. 在双能图像采集中，使用CR夹层探测器对，如下图所示, 复合图像(左)上的病变明显钙化，与仅骨图像相同. For the flat-panel dual energy image acquisition, 注意在组织图像中清晰可见的软组织病变. In retrospect, 在常规的合成图像中，病灶是相当容易检测到的, 但很明显，肋骨投射出解剖学上的“噪音”，干扰了肺组织中相对较大病变的显著性. 同样值得注意的是，仅在骨骼图像中可以看到心脏运动，而软组织 .

Dual energy image gallery

像任何其他数字图像一样，双能量图像可以用不同的灰度表示进行操作. 接下来的几组图像演示了各种合成, 胸部后前投影的纯组织和纯骨骼图像. 许多图像包含软组织和钙化的肺部病变, 还有一些能量敏感元件的例子，它们在仅组织或仅骨骼的图像中投射特定的信号.

示例图像集说明仅组织和仅骨骼图像表示的价值:

On the left is the conventional single-energy image; in the middle is the bone-subtracted "soft-tissue only" image; on the right is the soft-tissue subtracted "bone only" image. In the upper image set, 肺软组织病变在复合图像和单纯软组织图像上都清晰可见, 尽管在仅骨的图像中，心脏区域有其他病变，表明存在含钙病变. 这可能是由于血管中的钙沉积. In the lower image set, there are no readily apparent lesions, 但手术夹很容易在骨骼图像上可视化.

Image examples demonstrating grayscale manipulation. 这些图像中令人感兴趣的是这个病人乳房里的硅胶, 在肺左上象限有软组织病变.

For flat-panel dual energy detector systems, 当x射线系统在心脏快速收缩期间(收缩期结束)通电时，运动可能是一个问题。. 大多数运动伪影出现在心脏内部和周围, 通常在肺结构和横膈膜区域.

在许多情况下，双能量x线摄影通过去除掩盖软组织病变的解剖阴影，通常可以提高投影x线摄影的诊断信息含量和灵敏度. In the example below, 合成图像(左)未显示肺病变的证据, which is hidden by the overlying rib signal. By selectively removing the bone signal, 软组织病变在“仅组织”图像(中)中清晰可见。. 随后的CT穿刺活检显示病变的横截体积及其与双能图像的相关性. 横截面成像的价值得到了很好的证明, 虽然辐射剂量更高，成本也更高.

Summary, Dual Energy Imaging

双能量成像提供了选择性成像两种临床相关材料的能力, namely soft tissue and bone tissue. 骨与软组织的能量依赖差异被用来消除一个组织或另一个组织, 由能量谱差异确定，用于获取独立图像. 消除结构解剖(噪声)是该技术的主要优点.

两种主要的方法包括CR夹层(无源检测器)和检测器间滤波器(铜)，以实现低(前)和高(后)图像对. Attributes of the CR method is single-shot, no motion, but poor energy separation, 导致低剂量胸部x线检查的典型图像噪声. DR(使用快速平板读出检测器)获取不同kVp(通常为~60 kVp和~120 kVp)的图像，产生两种不同的图像，具有良好的能量分离，但时间响应时间较差, 允许运动伪影有时是图像质量的重大问题. DR双能量图像的特点是可能出现患者不自主的运动(尤其是心脏)。, 但良好的能量分离和优越的图像噪声特性为给定的病人剂量, resulting in images with excellent signal to noise ratio.