V předešlých několika příspěvcích byly nejprve obecně shrnuty výhody photon-counting CT, resp. CT s photon-counting detektory, a následně pak byly některé výhody popsány detailněji, např. konstantní vážení rtg fotonů různých energií současně s benefitem z toho plynoucím, tedy možné snížení buď dávky aplikované kontrastní látky nebo dávky záření pro získání CT obrazu srovnatelné kvality.

Nyní k jedné z dalších výhod, a tou je odlišení fotonů jednotlivých energií (detailněji zde), a následné energetické prahování. Polovodičový detektor u photon-counting CT (=PCCT) neumožňuje plné spektrální vyhodnocení, tj. vykreslení celého rtg spektra, které vychází z pacienta, ale umožňuje vyhodnocení pomocí několika energetických binů. U zatím jediného klinicky dostupného CT (NAEOTOM Alpha, Siemens) jsou k dispozici maximálně čtyři energetické prahy. Nechť je použito rtg spektrum s maximální energií 120 keV (generované při napětí 120 kV) a dále nechť jsou nastaveny energetické prahy na 25, 50, 75 a 90 keV (pouze pro názornost, ve skutečnosti jsou prahy nastaveny jinak).

25 keV je hranice šumu. Tedy vše, co má nižší energii, je považováno za šum a není při vyhodnocení bráno v potaz. Tento první práh umožňuje odlišení užitečného signálu od šumu a výsledkem je počet rtg fotonů s energií 25-120 keV detekovaných v konkrétním detekčním elementu.

Nechť je dán práh je 50 keV. Díky tomuto prahu je možné získat počet rtg fotonů s energií vyšší než 50 keV, tedy počet fotonů s energií 50-120 keV. Odečte-li se počet fotonů s energií 50-120 keV od počtu fotonů s energií 25-120 keV získaných pomocí prvního prahu, je získán počet fotonů s energií 25-50 keV, které jsou přiřazeny do prvního energetického binu.

Nechť je dán další práh, a to 75 keV. Výsledkem je počet rtg fotonů s energií větší než 75 keV, tedy s energií 75-120 keV. Odečte-li se od počtu fotonů s energií 50-120 keV počet fotonů s energií 75-120 keV, získá se počet rtg fotonů s energií 50-75 keV, které jsou přiřazeny do druhého energetického binu.

Nechť je dán třetí práh 90 keV. Výsledkem je počet rtg fotonů s energií 90-120 keV. Odečte-li se od počtu fotonů s energií 75-120 keV počet fotonů s energií 90-120 keV, získá se počet rtg fotonů s energií 75-90 keV, které jsou přiřazeny do třetího energetického binu.

Do čtvrtého energetického binu je přiřazen počet fotonů s energií větší než 90 keV, tedy s energií 90-120 keV. Grafického znázornění energetických prahů je uvedeno na obr. 1, znázornění energetických binů na obr. 2.

Obr. 1: Energetické prahy u photon-counting CT

Obr. 2: Energetické biny u photon-counting CT

Využitím jednotlivých energetických binů lze zrekonstruovat různé CT obrazy. Obrazy se liší zejména šumem a kontrastem, viz obr. 3. Čím nižší energie jsou použity pro rekonstrukci, tím lepší je kontrast v rekonstruovaném CT obraze, viz obr. 3 pro 25-140 keV. Naopak čím vyšší energie jsou použity pro rekonstrukci, tím horší je kontrast. Současně je v obraze více šumu, protože pro rekonstrukci bylo použito podstatně méně rtg fotonů, viz obr. 3 pro 90-140 keV.

Obr. 3: Koronální CT rekonstrukce s použitím různých energetických binů (převzato z Photon-counting CT review – ScienceDirect)

Běžně si uživatel při rekonstrukci CT obrazů nevolí, který energetický bin chce pro rekonstrukci použít, ale volí si, při které energii mají být CT obrazy zrekonstruovaný. Volit je možno z energií v rozsahu 40-190 keV. Avšak u těchto rekonstruovaných obrazů neplatí, že čím vyšší energie, tím více šumu, jako tomu bylo u jednotlivých energetických binů (viz obr. 3). Jedná se o kombinaci informací z více energetických binů, nikoliv tedy pouze z jednoho vybraného. Proto neplatí, že by se s vyšší rekonstruovanou energií šum zvyšoval, ale naopak se snižuje. To vyplynulo také z konkrétního měření na pacientovi při měření signálu a směrodatné odchylky (SD) žlučníku (ale mohl být vybrán jakýkoliv jiný orgán). Konkrétní hodnoty signálu (HU) a SD (HU) pro různé energie byly následující:

• Energie 40 keV, signál 9 HU, SD 34 HU
• Energie 50 keV, signál 12 HU, SD 28 HU
• Energie 60 keV, signál 13 HU, SD 24 HU
• Energie 70 keV, signál 14 HU, SD 22 HU
• Energie 80 keV, signál 14 HU, SD 22 HU
• Energie 90 keV, signál 15 HU, SD 21 HU
• Energie 100 keV, signál 15 HU, SD 21 HU
• Energie 110 keV, signál 15 HU, SD 21 HU
• Energie 120 keV, signál 15 HU, SD 20 HU
• Energie 140 keV, signál 16 HU, SD 20 HU
• Energie 180 keV, signál 16 HU, SD 20 HU

Z výše uvedených hodnot je zřejmé, že s rostoucí energií rekonstruovaného obrazu se šum snižuje. Současně se zhoršuje kontrast obrazu.

Použitá literatura
Flohr T, Petersilka M, Henning A, et al. Photon-counting CT review. Phys Med. 2020;79:126-136. doi:10.1016/j.ejmp.2020.10.030
Súkupová L. Photon-counting CT. Ces Radiol 2022; 76(3): 158–166