[發明專利]面向雙能CT成像的X射線能譜探測及重構解析方法

有效

• 申請號: 201710978864.4
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107884806B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 史再峰;孟慶振;李杭原;黃泳嘉;李金卓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01T1/36
• 分類號: G01T1/36
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明涉及利用半導體探測器進行X射線能譜探測及解析領域，為提出一種面向雙能CT成像的X射線能譜探測及重構解析方法，可以解析獲得不同能量段的投影信息并用于圖像重建，可以在降低輻射劑量并實現多能動態組合成像，提升CT系統成像的動態范圍。為此，本發明，面向雙能CT成像的X射線能譜探測及重構解析方法，步驟如下：Step1：定義用于掃描成像的動態雙能窗口；Step2：X射線曝光及光生電荷收集、存儲；Step3：分組累加半導體中的光生電荷信息；Step4：實現在一次射線曝光的情況下求解出多種不同的高低能譜組合的投影結果并用于成像。本發明主要應用于X射線能譜探測場合。

技術領域

本發明涉及利用半導體探測器進行X射線能譜探測及解析領域，尤其涉及對醫用雙能量能譜CT(Computed Tomography，電子計算機斷層掃描)X射線能譜的探測及解析。

背景技術

醫用能譜CT精準成像的關鍵是提升探測器對不同能量X射線光子的辨別能力，提高能譜解析計算的精度。雙層探測器和單光子計數探測器是目前主流的兩大類X射線能譜探測器，上述兩種X射線能譜探測器都是通過預先設定有效能量窗口(能譜段)的方式進行掃描投影，不同物體的圖像重建都是基于相同能譜段的衰減信息。但是，厚度及組成成分不同的待測物體在不同的雙能量組合下成像精度存在差異，固定的能譜分段限制了CT成像的動態范圍，難以滿足在單次輻射劑量下獲得可變能譜段的投影數據，從而進行多能動態組合成像的需求。

通常，醫用X射線光子能量為0keV～120keV，隨著光子能量的升高，光子在物體中線性衰減系數將會呈指數下降，對于利用兩個能量段成像的雙能能譜CT，表現為低能段X射線將在半導體較淺處被完全吸收并產生電子-空穴對，而能量較高的X射線完全吸收則需要更厚的半導體。射線光子在硅半導體中被吸收時釋放出的能量絕大部分都用于激發產生電子-空穴對，光生電子數與淀積的光子能量之間具有良好的線性關系。不同能量的X射線光子在半導體中吸收位置的差異以及光子能量與光生電荷之間的線性關系，為X射線能譜探測及重構解析提供了依據。

發明內容

為克服現有技術的不足，針對于上述能譜CT射線探測及解析中存在的弊端，本發明旨在提出一種面向雙能CT成像的X射線能譜探測及重構解析方法。經過一次X射線螺旋掃描，通過積分不同位置及深度的半導體內光生電荷，便可以解析獲得不同能量段的投影信息并用于圖像重建，可以在降低輻射劑量并實現多能動態組合成像，提升CT系統成像的動態范圍。為此，本發明采用的技術方案是，面向雙能CT成像的X射線能譜探測及重構解析方法，步驟如下：

Step1：定義用于掃描成像的動態雙能窗口，基于雙能CT成像的數據需求，通過人體后待解析的能譜被劃分為兩個能量窗口，其中E_l是低能窗口，能量區間固定為0keV-E_Max；E_h為高能窗口，其能量范圍為E_b-E_Max，E_Max為射線源的光譜的最高能量，E_b為高低能譜分界能量點；

Step2：X射線曝光及光生電荷收集、存儲：X射線自硅半導體的側邊緣入射，能量不同的射線光子將會在不同深度的半導體中被完全吸收并產生光生電荷，曝光時收集并分別存儲不同位置產生的光生電荷信息；

Step3：分組累加半導體中的光生電荷信息，解析計算高低能譜投影，針對選定的雙能量窗口，將半導體中的光生電荷分為兩組累加，其中l₀為X射線射入半導體起始位置，l_p和l_h是根據Lambert-Beers定律獲得的理論值，分別代表完全吸收能量為E_b和E_Max的射線光子所需的半導體厚度，l_p隨E_b的改變而變化；

根據電荷累加信息解析計算高低能譜投影，對于雙能CT成像，待求的可變高低能譜的投影表示為：