[发明专利]采用高光谱CT功能成像的物质识别方法和系统

说明书

采用高光谱CT功能成像的物质识别方法和系统，包括X射线管、光子计数探测器、二维平移台、旋转台、三维运动控制器和控制中心；该X射线管通与高压发生器相连以发出X射线对被测样本进行扫描；该旋转台位于X射线管发射端前方以放置被测样本；该光子计数探测器位于二维平移台上以采集高光谱数据；该三维运动控制器与旋转台相连以控制器其旋转，该三维运动器与二维平移台相连以控制其平移；该控制中心与三维运动控制器、光子计数探测器、高压发生器相连以控制三维运动控制器和高压发生器，接收光谱数据并识别被测样本。该方法和系统在疾病诊断，食品安全和非破坏性测试中的具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及医学影像无损检测领域，特别是一种采用高光谱CT功能成像的物质识别方法和系统。

背景技术

医学影像是研究如何无创的获取人体解剖和生理信息，为诊断和评估提供依据。就影像模式可分为两大类：一是提供解剖信息的结构成像；二是提供生理信息的功能成像。对于某些病例，往往无法通过单一的成像方式进行诊断，而不同的成像方式往往能够信息互补，从而出现了近来迅速发展的多模式医学成像技术。当今世界，生物医学越来越趋向于微观层面，分子成像技术也越来越为人们所重视。传统的X射线计算机断层成像(XCT)技术作为一种分子成像手段，对一些医学疾病的诊断发挥着举足轻重的作用，但其采用传统的探测器，物质识别能力较低，限制了其在结构和功能成像方面的应用。传统的CT属于典型的结构成像，若要进行非结构改变的病灶定位则必须结合功能成像信息。器官组织的差异主要是分子和细胞层面的物质成分差异所导致的，故多模式医学成像需要用到多种成像系统：若各种成像方式分别成像然后数据融合会给图谱配准带来很大困难，若将所有成像装置集成为一套系统又会增加系统复杂度与操作难度，降低整机可靠性与检测安全性。如果只用一种检测手段既能完成结构成像又能实现病灶定位，则可以为临床诊断提供极大的帮助。本发明将把CT由结构成像领域拓展到功能成像领域，它能获取每个像素(Pixel)/体素(Voxel)的X射线高光谱信息，从而判断其组分/病灶特征。因此它融合了CT高空间分辨率和高光谱检测强辨识能力二者的优势。

当X射线连续谱被物质吸收时，不同波长的射线被吸收的程度不同，对应一定的波长，吸收系数会发生突变，这些突变被称为吸收边，在吸收边及其高能延伸段存在一些分立的峰或波状起伏，被称作X射线吸收精细结构(X-ray Absorption Fine Structure)。XAFS信号是由吸收原子周围的近邻结构决定的，并且对化学环境敏感，精细结构振荡的频率、振幅和形状均由原子的排布决定，它提供的是小范围内原子簇结构的信息，包括近邻原子的配位数、原子间距、热扰动等几何结构以及电子结构。XAFS对价态、未占据电子态和电荷转移等化学信息敏感，可做特定化学成分和官能团的指纹识别，可用于研究化学键、原子位置和原子排布、氧化态、配位结构、分子的三维轮廓特征、分子构型等。XAFS的机理说明不同物质的吸收光谱必然会有所区别，但是XAFS对均匀的物质检测是有效的，如果要对多种物质的复杂结构体进行分区域检测却难以实现。射线的吸收光谱是其通过路径上所有衰减累积的结果，损失了深度信息，路径上哪一段对应哪种物质无法判断，而XCT成像的优势正好可以提供深度信息，能对物质进行精确定位。本发明将融合XCT的空间定位能力与XAFS的物质辨识能力，生成一套新的成像系统理论。

现今主流的双能CT的高、低能量是通过X射线球管电压来划分的，都是宽带光，有很大的重叠部分，会对物质辨识带来一定的干扰。光子计数探测器理论上各通道之间的能量是完全分离的，不存在重叠部分。但是目前所使用的CZT线阵列探测器只能把整个传感光谱区域划分为5个波段，虽然这相对于双能CT已经有很大的进步，可是5个波段的特征编码对于纷繁复杂的病灶种类来说还太少，距离临床应用还有很大的差距。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种结合X射线计算机断层摄影的结构重建和X射线吸收光谱的物质识别的优点，使得复杂结构物质辨识能力大幅提高。

本发明采用如下技术方案：