[發(fā)明專利]采用高光譜CT功能成像的物質(zhì)識別方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710165177.0
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106821410B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方正;陳進(jìn);何淑婷;武曉梅;王倩
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03;G01N23/083
• 代理公司: 35204 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張松亭;林燕玲

采用高光譜CT功能成像的物質(zhì)識別方法和系統(tǒng)，包括X射線管、光子計數(shù)探測器、二維平移臺、旋轉(zhuǎn)臺、三維運動控制器和控制中心；該X射線管通與高壓發(fā)生器相連以發(fā)出X射線對被測樣本進(jìn)行掃描；該旋轉(zhuǎn)臺位于X射線管發(fā)射端前方以放置被測樣本；該光子計數(shù)探測器位于二維平移臺上以采集高光譜數(shù)據(jù)；該三維運動控制器與旋轉(zhuǎn)臺相連以控制器其旋轉(zhuǎn)，該三維運動器與二維平移臺相連以控制其平移；該控制中心與三維運動控制器、光子計數(shù)探測器、高壓發(fā)生器相連以控制三維運動控制器和高壓發(fā)生器，接收光譜數(shù)據(jù)并識別被測樣本。該方法和系統(tǒng)在疾病診斷，食品安全和非破壞性測試中的具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像無損檢測領(lǐng)域，特別是一種采用高光譜CT功能成像的物質(zhì)識別方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

醫(yī)學(xué)影像是研究如何無創(chuàng)的獲取人體解剖和生理信息，為診斷和評估提供依據(jù)。就影像模式可分為兩大類：一是提供解剖信息的結(jié)構(gòu)成像；二是提供生理信息的功能成像。對于某些病例，往往無法通過單一的成像方式進(jìn)行診斷，而不同的成像方式往往能夠信息互補，從而出現(xiàn)了近來迅速發(fā)展的多模式醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。當(dāng)今世界，生物醫(yī)學(xué)越來越趨向于微觀層面，分子成像技術(shù)也越來越為人們所重視。傳統(tǒng)的X射線計算機斷層成像(XCT)技術(shù)作為一種分子成像手段，對一些醫(yī)學(xué)疾病的診斷發(fā)揮著舉足輕重的作用，但其采用傳統(tǒng)的探測器，物質(zhì)識別能力較低，限制了其在結(jié)構(gòu)和功能成像方面的應(yīng)用。傳統(tǒng)的CT屬于典型的結(jié)構(gòu)成像，若要進(jìn)行非結(jié)構(gòu)改變的病灶定位則必須結(jié)合功能成像信息。器官組織的差異主要是分子和細(xì)胞層面的物質(zhì)成分差異所導(dǎo)致的，故多模式醫(yī)學(xué)成像需要用到多種成像系統(tǒng)：若各種成像方式分別成像然后數(shù)據(jù)融合會給圖譜配準(zhǔn)帶來很大困難，若將所有成像裝置集成為一套系統(tǒng)又會增加系統(tǒng)復(fù)雜度與操作難度，降低整機可靠性與檢測安全性。如果只用一種檢測手段既能完成結(jié)構(gòu)成像又能實現(xiàn)病灶定位，則可以為臨床診斷提供極大的幫助。本發(fā)明將把CT由結(jié)構(gòu)成像領(lǐng)域拓展到功能成像領(lǐng)域，它能獲取每個像素(Pixel)/體素(Voxel)的X射線高光譜信息，從而判斷其組分/病灶特征。因此它融合了CT高空間分辨率和高光譜檢測強辨識能力二者的優(yōu)勢。

當(dāng)X射線連續(xù)譜被物質(zhì)吸收時，不同波長的射線被吸收的程度不同，對應(yīng)一定的波長，吸收系數(shù)會發(fā)生突變，這些突變被稱為吸收邊，在吸收邊及其高能延伸段存在一些分立的峰或波狀起伏，被稱作X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(X-ray Absorption Fine Structure)。XAFS信號是由吸收原子周圍的近鄰結(jié)構(gòu)決定的，并且對化學(xué)環(huán)境敏感，精細(xì)結(jié)構(gòu)振蕩的頻率、振幅和形狀均由原子的排布決定，它提供的是小范圍內(nèi)原子簇結(jié)構(gòu)的信息，包括近鄰原子的配位數(shù)、原子間距、熱擾動等幾何結(jié)構(gòu)以及電子結(jié)構(gòu)。XAFS對價態(tài)、未占據(jù)電子態(tài)和電荷轉(zhuǎn)移等化學(xué)信息敏感，可做特定化學(xué)成分和官能團(tuán)的指紋識別，可用于研究化學(xué)鍵、原子位置和原子排布、氧化態(tài)、配位結(jié)構(gòu)、分子的三維輪廓特征、分子構(gòu)型等。XAFS的機理說明不同物質(zhì)的吸收光譜必然會有所區(qū)別，但是XAFS對均勻的物質(zhì)檢測是有效的，如果要對多種物質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體進(jìn)行分區(qū)域檢測卻難以實現(xiàn)。射線的吸收光譜是其通過路徑上所有衰減累積的結(jié)果，損失了深度信息，路徑上哪一段對應(yīng)哪種物質(zhì)無法判斷，而XCT成像的優(yōu)勢正好可以提供深度信息，能對物質(zhì)進(jìn)行精確定位。本發(fā)明將融合XCT的空間定位能力與XAFS的物質(zhì)辨識能力，生成一套新的成像系統(tǒng)理論。

現(xiàn)今主流的雙能CT的高、低能量是通過X射線球管電壓來劃分的，都是寬帶光，有很大的重疊部分，會對物質(zhì)辨識帶來一定的干擾。光子計數(shù)探測器理論上各通道之間的能量是完全分離的，不存在重疊部分。但是目前所使用的CZT線陣列探測器只能把整個傳感光譜區(qū)域劃分為5個波段，雖然這相對于雙能CT已經(jīng)有很大的進(jìn)步，可是5個波段的特征編碼對于紛繁復(fù)雜的病灶種類來說還太少，距離臨床應(yīng)用還有很大的差距。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提出一種結(jié)合X射線計算機斷層攝影的結(jié)構(gòu)重建和X射線吸收光譜的物質(zhì)識別的優(yōu)點，使得復(fù)雜結(jié)構(gòu)物質(zhì)辨識能力大幅提高。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：