[发明专利]基于单能量图像记录确定材料属性值的空间分布

说明书

描述了一种用于确定检查对象的检查区域中材料属性值的空间分布的方法。根据该方法，首先提供使用具有限定的测量能量的单能CT记录并且使用限定的测量投影几何结构捕获从检查对象的检查区域生成的测量投影数据。然后基于所捕获的测量投影数据重建图像数据。接下来，使用阈值来估计检查区域中两种基本材料的分布。基于两种基本材料的所确定的分布并且基于材料属性值的分布与两种基本材料的分布之间的先前已知的理论关系，确定材料属性值的空间分布。另外，描述了材料属性分布确定设备。还描述了计算机断层扫描系统。

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材料属性值的空间分布的方法。本发明还涉及一种材料属性分布确定设备。还描述了一种计算机断层扫描系统。

背景技术

当在放射治疗的情况下计划患者的照射时，通过例如CT图像记录来捕获放射学数据，使得可以建立用于计划的照射的辐射剂量。特别地，重要的是，建立具有高度空间分辨率的辐射剂量，以便仅破坏待照射区域中的恶性组织并且保护相邻且可能非常敏感的区域。

照射期间辐射与组织之间发生的相互作用可以分为初级和次级效应。主要效果是与组织的直接相互作用。在用光子照射的情况下，相互作用主要是与电子进行。如果用重颗粒照射组织，则相互作用主要与原子核进行。此外，在上述主要过程的情况下，在相互作用期间将这么多能量转移到电子，使得这些电子与分子分离，并且它们本身仍然具有足够的能量以引起作为次级效应的进一步的电离过程。在电磁辐射与电子的相互作用期间发生不同的效应。当在主要由水组成的软组织中吸收辐射时，康普顿效应是主要的，而在固体物质、例如骨物质中是吸收的情况下，光电效应是主要的。

为了能够预先确定用于放射治疗的辐射剂量，必须知道电荷密度分布，即特别是存在于待检查区域中的材料的电子密度分布或核电荷分布。

用于基于CT图像数据记录确定电子密度的常规方法在于使用简单的表将CT图像数据的衰减值(以下也称为CT值)映射到电子密度上。然而，使用该方法不能实现非常高的精度水平，因为当应用如在CT图像记录的情况下使用的多色X射线时，图像中相同材料的CT值取决于吸收它们的被检查对象的大小，并且还取决于被照射区域在物体的横截面中的位置。

这源于以下事实：由于辐射硬化(radiation hardening)，在映射期间，近表面体积元暴露于比中心定位的体积元更软的辐射。因此，对于相同的密度和相同的材料，近表面体积元被分配比中心定位的体积元更高的CT值(更大的衰减度)。由于不同的CT值，因此，近表面体积元被分配比中心定位的体积元更高的电子密度。因此，即使使用测试体(所谓的幻影)预先非常精确和重复地执行校准，该方法的精度也受到限制。

确定电子密度的另一种方式是基于使用两个光谱的CT测量，也称为双能CT，其中所记录的测量数据用基本材料击穿来表示。然后可以将根据各个材料划分的测量数据再次映射到电子密度。如上所述，生物相关材料的吸收性质基本上仅基于两种不同的效应，即光电效应和康普顿效应，并且因此基于两种基本材料、例如水和钙的测量数据的击穿就足够了。以这种方式，对于这些材料，患者体型和体积元在患者体内的位置的影响减小。

然而，并非所有CT设备都具有双能量图像记录的可能性，因此该方法具有有限的可用性。

这提出了开发用于确定检查对象的检查区域中的电荷密度分布的精确方法的问题，当使用单能CT系统用于预记录时，该方法也起作用。

发明内容

该目的通过一种用于确定检查对象的检查区域中材料属性值的空间分布的方法、一种材料属性分布确定设备以及一种计算机断层扫描系统来实现。