[发明专利]利用CBCT能谱成像获取物质成分的方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学影像，诊断，图像引导放疗领域，特别涉及一种利用CBCT能谱成像获取物质成分的方法。

背景技术

近代新崛起的锥形束CT(Cone beam CT，CBCT)以其结构紧凑、三维快速成像等优势，在口腔医学数字化成像、影像诊断以及图像放射治疗中得到广泛应用。特别是在放射治疗中，已将CBCT与直线加速器整合，常规采用单能70至150kV扫描模式，在放疗各分次获取患者的CBCT图像，与模拟定位采集的扇形束CT图像进行3D配准，计算患者摆位误差并且能及时修正，进而实现图像引导放射治疗。

目前直接使用锥形束CT“单能”扫描的图像质量受到局限，软组织分辨率不足，无法从形态上很好分辨低密度组织(如肿瘤组织与正常软组织)；且由于采用单能扫描模式，不能实现功能成像和组织成分分析，难以从成分上准确识别及量化不同(例如，肿瘤)组织，以及监测组织成分的发展变化，影响基于CBCT自适应放射治疗。这些问题已经突出地影响到患者的精准诊疗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用CBCT能谱成像获取物质成分的方法，利用CBCT能谱成像技术，以解决现有的锥形束CT“单能”扫描的图像质量缺陷。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种利用CBCT能谱成像获取物质成分的方法，其特征在于：所述利用CBCT能谱成像获取物质成分的方法的步骤如下：

(1)(1)建立基材料系数投影的求解模型

诊断成像用的是kV级x射线，能量为E的单色x射线穿过物质后的衰减可用两种基材料(物质A和物质B)的线性衰减系数的线性函数表示，如(1)式所示：

ln(I/I₀)＝-μ_A(E)gx_A-μ_B(E)gx_B (1)

其中，I₀为入射射线的强度，I为出射射线的强度；x_A和x_B分别是两种物质A和B的等效厚度，称为基材料系数，单位为mm；μ_A(E)和μ_B(E)分别为两种物质A和B在能量为E的x射线下的线性衰减系数，单位为mm^-1；

若采用两种能量的单色x射线(高能：EH，低能：EL)扫描，表达式可为：

ln(I_H/I_0H)＝-μ_A(E_H)gx_A-μ_B(E_H)gx_B

ln(I_L/I_0L)＝-μ_A(E_L)gx_A-μ_B(E_L)gx_B (2)

而x线能谱一般为多色谱(非单色的)，对于高能x线光谱S_H(E)和低能x线光谱S_L(E)式(2)需要改写为：

ln(I_H/I_0H)＝∫S_H(E)g[-μ_A(E)gx_A-μ_B(E)gx_B]dE

ln(I_L/I_0L)＝∫S_L(E)g[-μ_A(E)gx_A-μ_B(E)gx_B]dE (3)

对于式(3)求解x_A和x_B，可以近似用下式(4)表示：

其中，L＝-ln(I_L/I_0L)；H＝-ln(I_H/I_0H)。

建立基材料投影的求解模型，就是确定(4)式中的参数a0，a1，a2，a3，a4，a5，b0，b1，c0，c1，c2，c3，c4，c5，d0，d1的数值，这可以根据基材料的双能成像计算得到，为了实现这一目的，需要进行以下步骤：

①选择物质A和物质B作为基材料；