CT是无损检测的一种重要方式,广泛应用于医学检查与安全检查等诸多领域。随着电子学处理速度的提高,光子计数探测器的发展越来越贴近实际应用,能谱CT也获得了更多的关注。它能在一次扫描中获得多个能窗的数据,与传统CT相比,能提供物质分辨能力并降低噪声,与双能CT相比,能够有效降低剂量并实现定量造影成像。本文以最优利用能谱信息为目标,从重建算法与综合应用两方面对能谱CT进行研究。探测器响应是实现能谱信息最优利用的基础。我们首先对探测器响应进行建模,提出了一种结合蒙卡模拟与经验模型的标定方法。使用Geant4对单能X射线沉积谱进行了模拟。沉积能量的响应包含高斯模型与经验函数两部分。对于模型中的参数,使用了金属荧光的标定方法进行拟合,实验结果证明了模型的普适性与准确性。在此基础上再次对探测器的阈值和响应函数进行一致性校正,有效抑制了重建图像中的环状伪影。最大似然分解算法的噪声水平能够达到Cramer-Rao下界。我们依据探测器响应与物理学方程,实现了此算法并用多种材料在多组阈值下进行了检验,实验结果验证了此方法的准确性与有效性。在ML分解算法的基础上,我们研究了探测器能窗数目对噪声的影响,并用实际实验加以验证。针对响应函数不准确所造成的系统偏差,我们提出了一种分段拟合的测量方法,推导了其对分解偏差的影响并在实验中进行了验证。我们提出了一套基于能谱CT的液体安检实施方案。首先使用未遮挡像素进行散射估计与校正,而后使用三能窗情况下的ML分解算法对光电系数与康普顿系数进行分解并重建。实验证明此方案能够在金属容器中较为准确地提取液体信息,相比传统双能CT,具有更高的稳定性。探测器电荷共享效应会导致空间分辨率的降低。针对电荷共享效应我们提出了高斯模型的假设并对参数进行拟合,进而推导了其对重建图像的影响。能谱CT分解噪声放大会严重影响重建图像效果,对此我们提出了一套图像降噪方案,具体包括基于噪声分析的投影域TV降噪方法与基于伪单能图像的重建域降噪方法。实验结果说明能谱CT能够降低硬化伪影,并且空间分辨率与密度分辨率都要高于现有口腔CT。