多能譜x射線成像技術(shù)及其在ct中的應(yīng)用

《多能譜x射線成像技術(shù)及其在ct中的應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、2011年3月（141-150）CTTheoryandApplicationsMar.,2011郝佳,張麗,陳志強,等.多能譜X射線成像技術(shù)及其在CT中的應(yīng)用[J].CT理論與應(yīng)用研究,2011,20(1):141-150.HaoJ,ZhangL*,ChenZQ,etal.Multi-energyX-rayImagingTechniqueandItsApplicationinComputedTomography[J].CTTheoryandApplications,2011,20(1):141-150.多能譜X射線

2、成像技術(shù)及其在CT中的應(yīng)用郝佳a,b，張麗a,b，陳志強a,b，邢宇翔a,b，康克軍a,b（清華大學(xué)a.工程物理系；b.粒子技術(shù)與輻射成像教育部重點實驗室，北京，100084）摘要：隨著探測器技術(shù)的不斷發(fā)展，具有能譜分辨能力的光子計數(shù)探測器成為人們研究的焦點，并在X射線成像領(lǐng)域開始得到應(yīng)用。使用該種探測器，可以將具有較寬能譜分布的X射線分為不同的能區(qū)分別進(jìn)行計數(shù)，獲得詳細(xì)的能譜信息及不同能量射線的衰減信息，由此引出了“多能譜成像”的概念。本文介紹了近些年來光子計數(shù)探測器技術(shù)的發(fā)展及其在X射線成像中的應(yīng)用，同時分析了

3、多能譜技術(shù)應(yīng)用于CT成像所帶來的一些優(yōu)勢，如降低輻射劑量、提高信噪比、提高物質(zhì)識別精度、提高造影劑成像效果等。目前，許多研究機構(gòu)都致力于研究更快速的電子學(xué)設(shè)備，以適應(yīng)高計數(shù)率下快速成像的需求，隨著多能譜成像技術(shù)研究的不斷深入，必將為X射線成像及CT領(lǐng)域帶來許多新的變革。關(guān)鍵詞：光子計數(shù)探測器；X射線成像；計算機斷層掃描；多能譜技術(shù)文章編號：1004-4140（2011）01-0141-10中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AX射線自1895年被倫琴發(fā)現(xiàn)以來，已經(jīng)成為醫(yī)療診斷、放射治療、工業(yè)檢測等領(lǐng)域的重要手段。計算

4、機斷層成像技術(shù)（ComputedTomography，CT）誕生于19世紀(jì)70年代，實現(xiàn)了三維成像并消除了物體重疊對檢測帶來的影響，在醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)及安全檢查等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。隨著X光機、探測器等技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，以及掃描方式、重建算法的改進(jìn)，CT成像的圖像質(zhì)量和精度不斷提高，掃描和重建時間大幅度縮短。1976年，Alvarez[1]提出了雙能CT（Dual-energyCT）的概念，利用兩種不同能量的X射線對物體進(jìn)行CT掃描并使用雙能重建算法，可以準(zhǔn)確地獲得被掃描物體的等效原子序數(shù)和電子密度的分布，從而將

5、能譜的信息引入到CT成像中。雙能CT較傳統(tǒng)單能CT提供了更好的物質(zhì)識別能力，尤其是在爆炸物、毒品等危險物品的檢測中被廣泛地應(yīng)用，發(fā)揮了不可取代的作用[2]。光子計數(shù)（photoncounting）的概念從80年代提出以來，在弱光和微光的探測領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用[3]。近些年，隨著光子計數(shù)X射線探測器（PhotonCountingX-rayDetector，PCXD）技術(shù)飛速發(fā)展，尤其是與之相應(yīng)的高速處理電子學(xué)設(shè)備和專用集成電路（ApplicationSpecificIntegratedCircuits，ASIC）的進(jìn)

6、步，使得探測短時間大計數(shù)成為可能，并為其應(yīng)用于X射線成像打下了基礎(chǔ)[4]。由于光子計數(shù)探測器具有能譜分辨能力，可以將具有較寬能譜的X射線分能區(qū)進(jìn)行計數(shù)，從而實現(xiàn)了“多能譜”成像。它相當(dāng)于將能譜信息引入到傳統(tǒng)的X射線成像中，因此也被稱為“X射線顏色成像”（X-raycolorimaging），該技收稿日期：2010-10-12。142CT理論與應(yīng)用研究20卷術(shù)被認(rèn)為是未來X射線成像發(fā)展的趨勢。2008年北美放射學(xué)年會（RadiologicalSocietyofNorthAmerica，RSNA）年會上，光子計數(shù)多能譜

7、成像技術(shù)的應(yīng)用作為一個熱點專題進(jìn)行了深入的討論，同時一系列的新產(chǎn)品和新技術(shù)也得到了展示，GE公司展示了其利用光子計數(shù)探測器的多能譜CT成像系統(tǒng)所得到的圖像。Philip公司也在加緊多能譜CT的研究和實驗工作，并推出了用于小動物成像的樣機。由此可見，該領(lǐng)域的研究已經(jīng)變得十分活躍。1雙能成像技術(shù)介紹使用兩種不同能量的X射線對物體同時進(jìn)行掃描，可以得到物體在不同能量射線響應(yīng)下的圖像。根據(jù)X射線與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，射線與物質(zhì)相互作用后的衰減與物質(zhì)的原子序數(shù)Z和射線能量E均有關(guān)系，因此，根據(jù)這些關(guān)系進(jìn)行求解，可以確定被掃描

8、物質(zhì)的原子序數(shù)（在實際使用中，混合物等可以按照不同成分比例計算出等效原子序數(shù)），從而進(jìn)行物質(zhì)識別或者鑒定，這就是雙能X射線成像的基本原理。雙能成像分為透視成像和CT成像兩種，透視成像的關(guān)鍵在于消除物體厚度的影響，利用不同能量X射線的衰減關(guān)系求解出原子序數(shù)Z。國內(nèi)對于雙能透視成像進(jìn)行了一系列的研究，許多研究小組提出了材料識別的解決方案。最常用的方法是利用高低能