[发明专利]利用CBCT能谱成像获取物质成分的方法

摘要

本发明公开了一种利用CBCT能谱成像获取物质成分的方法，涉及医学影像，诊断，图像引导放疗领域，该利用CBCT能谱成像获取物质成分的方法的软组织分辨率高，可以从形态上很好分辨低密度组织，能实现功能成像和组织成分分析，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，有利于基于CBCT自适应放射治疗。

主权项

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)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)＝‑μA(E)gxA‑μB(E)gxB  (1)其中，I0为入射射线的强度，I为出射射线的强度；xA和xB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；μA(E)和μB(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(IH/I0H)＝‑μA(EH)gxA‑μB(EH)gxBln(IL/I0L)＝‑μA(EL)gxA‑μB(EL)gxB         (2)而x线能谱一般为多色谱(非单色的)，对于高能x线光谱SH(E)和低能x线光谱SL(E)式(2)需要改写为：ln(IH/I0H)＝∫SH(E)g[‑μA(E)gxA‑μB(E)gxB]dEln(IL/I0L)＝∫SL(E)g[‑μA(E)gxA‑μB(E)gxB]dE       (3)对于式(3)求解xA和xB，可以近似用下式(4)表示：xA=a0+a1L+a2H+a3L2+a4LH+a5H21+b0L+b1H]]>xB=c0+c1L+c2H+c3L2+c4LH+c5H21+d0L+d1H---(4)]]>其中，L＝‑ln(IL/I0L)；H＝‑ln(IH/I0H)。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；②在高能SH(E)和低能SL(E)下，采集基材料A和B在不同厚度组合(xA，xB)下的双能投影图像(L，H)，得到双能投影灰度值(L，H)与基材料厚度组合(xA，xB)的对应关系；③数据拟合得到参数a0，a1，a2，a3，a4，a5，b0，b1，c0，c1，c2，c3，c4，c5，d0，d1的数值，从而确定基材料系数投影的求解模型，即式(4)；(2)计算被测物体的基材料系数xA和xB该部分具体包括以下步骤：①在高能SH(E)和低能SL(E)下，获取被测物体的双能投影图像；②用现有技术修正散射；③配准对应角度的双能投影图像；④根据第一步建立的基材料系数投影的求解模型，即式(4)，计算被测物体的基材料系数xA和xB；(3)由基材料系数xA和xB，分别计算多种能量(Ei)的单色x射线下采集的投影数据，计算公式为：∫μ(Ei)ds＝μA(Ei)gxA+μB(Ei)gxB，i＝1，2，3，4，...       (5)其中，μA(Ei)和μB(Ei)分别为两种基材料A和B在能量为Ei的x射线下的线性衰减系数，可查表得到；(4)由投影数据，三维重建得到被测物质在能量Ei的线性衰减系数μ(Ei)；(5)分解物质的组成成分。n材料分解法，是将检测体素视为混合物，将其分解为n种物质的合成，假设n种物质所占的体积比例分别为f1，f2，...fn，则有如下关系：f1+f2+...+fn＝1       (6)f1μ1(Ei)+f2μ2(Ei)+...+fnμn(Ei)＝μ(Ei)         (7)其中μj(Ei)，j＝1，..n为物质n在能量Ei下的线性衰减系数，可以查表得到，为了求解f1，f2，...fn，步骤三和步骤四中的i必须满足：i≥n‑1，根据公式(6)‑(7)优化求出n种物质的体积分数，用于组织成分的识别和量化。