[发明专利]确定材料空间分布的方法和设备以及计算机断层摄影系统

说明书

描述了一种用于确定检查对象(O)的检查区域中的材料属性值的空间分布(ρ_e；Z)的方法。通过该方法，获取投影扫描数据(P_M)，其已经使用限定的扫描投影几何形状、借助于具有限定的X射线能谱的单能CT扫描从检查对象(O)的检查区域中产生。此外，建立了目标函数(ZF)，其包括所寻求的空间分布(ρ_e；Z)的光谱正向投影(P_S)和所获取的投影数据(P_M)。最后，确定材料属性值的空间分布(ρ_e；Z)，目标函数(ZF)对于该空间分布假设为极值。还描述了一种材料属性分布确定设备(30)。而且，描述了一种计算机断层摄影系统(1)。

技术领域

本发明涉及一种用于确定检查对象的检查区域中的材料属性值的空间分布的方法。此外，本发明涉及一种材料属性分布确定设备。而且，本发明涉及一种计算机断层摄影系统。

背景技术

通过辐射治疗，例如，借助于CT扫描来获取放射学数据，用于计划患者的照射，以便能够限定计划照射的辐射剂量。特别地，重要的是以空间分辨方式限定辐射剂量，以便仅破坏待照射区域中的恶性组织并且空出患者身体内的相邻的潜在非常敏感的区域。

在照射患者期间发生的辐射和组织之间的相互作用可以划分为主要效应和次要效应。主要效应是辐射与组织的直接相互作用。在用光子照射的情况下，相互作用主要发生在电子上。如果照射具有重颗粒的组织，则相互作用主要发生在原子核上。另外，在所描述的主要过程的情况下，在相互作用期间将很多能量转移到电子，使得它们从分子释放并且具有足够的能量本身以使得其他电离过程作为次要效应。当电磁辐射与电子相互作用时，发生不同的效应。在主要由水组成的软组织中吸收辐射的情况下，康普顿效应占主导地位；在固体物质(诸如例如，骨物质)中吸收的情况下，光效应占主导地位。

为了能够提前确定辐射剂量，必须知道待检查区域中存在的材料的电荷载流子密度分布(即，特别是电子密度分布)或核电荷载流子密度分布。

使用CT图像数据集合确定电子密度的常规方法由借助于简单表格映射关于电子密度的CT图像数据的衰减值(以下也被简称为CT值)组成。然而，因为在CT扫描中使用的多色X射线辐射的情况下，图像中相同材料的CT值取决于其中它们被扫描的待检查对象的体型，并且还取决于对象的横截面中的位置，所以该方法不能实现非常高的准确度。这是由于以下事实：由于辐射硬度的增加，所以与位于中心的体积元素相比，近表面体积元素在成像期间被暴露于更软的辐射。因此，在相同的密度和材料的情况下，与位于中心的体积元素相比，较高的CT值(较强的衰减)与近表面体积元素相关联。因此，由于不同的CT值，所以与位于中心的体积元素相比，较高的电子密度与近表面体积元素相关联。如果先前以非常准确和可再现的方式借助于测试体(所谓的伪影)进行校准，则该方法的准确性也受到限制。

确定电荷载流子密度的另一方式是基于借助于两个光谱(也被称为双能CT)的CT扫描，其中所记录的扫描数据以基材击穿进行描绘。然后，根据各个材料划分的扫描数据可以再次映射在电荷载流子密度上。如已经提及的，生物相关材料的吸收属性基本上仅基于两种不同的效应(即，光效应和康普顿效应)，因此，根据两种基材(例如，水或软组织和钙)的扫描数据的击穿是足够的。这样，对于这些材料，患者体型和患者身体内的体积元素的位置的影响被减小。

然而，并不是每台CT设备都有双能扫描的选项，所以这种方法仅在有限的范围内可用。

发明内容

因此，存在开发一种用于确定检查对象的待检查区域中的材料属性分布(特别是电荷载流子密度分布)的更精确的方法的问题，其也应用于单能CT系统用以预扫描。在这种情景下，单能CT系统应当被认为是CT系统，通过该CT系统，通过仅具有单个限定的X射线能谱的X射线辐射即可以进行扫描。

该目的通过用于确定检查对象的检查区域中的材料属性分布的方法、材料属性分布确定设备、以及计算机断层摄影系统来实现。