双能量X-CT用于物质分析的 实验研究 冀敏(复旦大学物理系) 苏士钦(上海大学2012届本科生)
双能量X-CT用于物质分析的 实验研究 冀 敏(复旦大学物理系) 苏士钦(上海大学2012届本科生)
汇报提纲 1双能Ⅹ-CT简介 2双能Ⅹ-CT的功能 3双能Ⅹ-CT用于物质分析的实验研究 (1)基于基物质图像的钙和水的等效密度测量 (2)基于单能量图像的碘密度测量 (3)基于有效原子序数图像的有效原子序数测
汇报提纲 1.双能X-CT简介 2.双能X-CT的功能 3.双能X-CT用于物质分析的实验研究 (1)基于基物质图像的钙和水的等效密度测量 (2)基于单能量图像的碘密度测量 (3)基于有效原子序数图像的有效原子序数测 量
1双能Ⅹ-CT简介 (1)基本结构 AX射线扫描系统: 两部分:扫描机架和检查床 扫描机架包括 Ⅹ射线管高压滑环 (两种管高压瞬间切换得到两种不同能量的电子 流--称为双能 探测器阵列(64排或128排等 Discovery CT750HD
1.双能X-CT简介 (1)基本结构 A.X射线扫描系统: 两部分:扫描机架和检查床 扫描机架包括: X射线管 高压滑环 (两种管高压瞬间切换得到两种不同能量的电子 流--------称为双能) 探测器阵列(64排,或128排等) Discovery CT750 HD
1双能Ⅹ-CT简介 B.计算机系统 用于系统控制的计算机 用于图像重建的计算机 用于拍摄照片的计算机 激光扫描打印机(x-CT) *强大的软件阵容 运行软件:控制软件,图像重建软件, 图像后处理软件 3D,任意方向断层图像,数字减影图像 各种基物质图像能谱图像,等效原子序数图像, 散点图,等 C电源系统
1.双能X-CT简介 B.计算机系统 用于系统控制的计算机 用于图像重建的计算机 用于拍摄照片的计算机 激光扫描打印机(X-CT) *强大的软件阵容: 运行软件: 控制软件,图像重建软件, 图像后处理软件: 3D,任意方向断层图像,数字减影图像, 各种基物质图像,能谱图像,等效原子序数图像, 散点图,等 C.电源系统
1双能Ⅹ-CT简介 (2)双能CT工作原理 模/数转 计算机 X-ray Source 换器 探测器 人 数/模转 体 换器 X线管 Motorized 高压发 照相机 显示器 Detectors 生器
1.双能X-CT简介 (2)双能X-CT工作原理
2双能XCT的功能 基本功能 (1)横断层X-CT图像,感兴趣区的CT值尺寸 (2)任意断层图像 (3)数字减影给出血管图像 (4)给出脏器的3D图像 特殊功能:(提高密度分辨率) (1)物质分离给出基物质(水,碘,钙等)断层图像 (2)给出任意电子能量的横断层图像(能谱图像101种) (3)给出感兴趣区的衰减系数分布(ky (4)感兴趣区的等效Z值图像,散点图
2.双能X-CT的功能 基本功能: (1)横断层X-CT图像,感兴趣区的CT值,尺寸 (2)任意断层图像 (3)数字减影,给出血管图像 (4)给出脏器的3D图像 特殊功能: (提高密度分辨率) (1)物质分离,给出基物质(水,碘,钙等)断层图像 (2)给出任意电子能量的横断层图像(能谱图像101种) (3)给出感兴趣区的衰减系数分布μ(kv) (4)感兴趣区的等效Z值图像,散点图
双能X-CT成像参数 常规成像参数:线性衰减系数μ(混合能量) 幅ⅩCT图像,实际反映的是层面体素关于Ⅹ射线线性衰减系数μ的二维分布。 通过将衰减系数μ转换为体素的灰度,可得到X-CT层面图像 aX线管 移 探测器 ●其它成像参数 ◆101种不同keV下的衰减系数p ◆基物质密度ψ1、ψ2 定量分析 ◆有效原子序数ze →了物质鉴别 ●双能量技术基础 伪影去除 ◆主要考虑光电效应和康普顿效应这两种相互作用 选用两种物质来等效这两种吸收,被选用的物质称为基物质
双能X-CT 成像参数 ⚫ 常规成像参数: 线性衰减系数µ(混合能量) 一幅X-CT图像，实际反映的是层面体素关于X射线线性衰减系数µ的二维分布。 通过将衰减系数µ转换为体素的灰度，可得到X-CT层面图像。 ⚫ 其它成像参数 ◆ 101种不同keV下的衰减系数µ ◆ 基物质密度ψ1、ψ2 ◆ 有效原子序数Zeff ⚫ 双能量技术基础 ◆ 主要考虑光电效应和康普顿效应这两种相互作用 选用两种物质来等效这两种吸收,被选用的物质称为基物质. 定量分析 物质鉴别 伪影去除 {
双能Ⅹ-CT物理基础 ●关于基物质图像的物理模型 )(E)=cn(-)(E)+c2()(E) (1) 1+12+12+…+1n=∑ )(E)=c1((E)+C2()2(E) (2) D(E).S(E)exp[-iu(, E)ds]E (E)=c1p(“)1(E)+c2p()2(E) ③3) i D(E).S(E)dE AT. EXds=()(E). GAOs+()2(E). GAUXds(4) 令W(E)= D(E)·S(E) D(E)·S(EdE 令V=P,5=()1=12 则∫(,E)d=()(E)+()2(E) Jw(E).exp[-u( E)ds KE(7) (5) 其中,p、分别为待测物质和第种基物质的质量衰减系数;c为第神基物质的质量分数 为第i种基物质的等效密度(由计算得到);、分别为X线束的入射与出射强度;i=1,2。 S(E)是X射线管释放出的光子数;DE)与X射线的能量有关
双能X-CT物理基础 ⚫ 关于基物质图像的物理模型 (6) (7) (2) (3) (5) (1) (4) 其中， 、 分别为待测物质和第i种基物质的质量衰减系数；ci为第i种基物质的质量分数Ψi 为第i种基物质的等效密度（由计算得到）；I0、I分别为X线束的入射与出射强度； i =1, 2。 S(E)是X射线管释放出的光子数；D(E)与X射线的能量有关。 i ( )
●基物质图像的建立 将式(5)代入式(7),并分别考虑高、低能量下的情况,可以得到: =jm(E)e(x(B)-((E)AJE (8) -1m(t(A-.a( OL 引入投影值。P=l(/D Pn=-lvn(EF)ep-(n(E)A-(2(E)JE(10) PL=-In w(E).exp[-(), (E) -()2(E) 2JE (11) 通过高低能量投影值数据来获得61、82的值后,计算出屮1、屮2的值,并分别进行水 基和碘基图像的重建
⚫ 基物质图像的建立 将式(5)代入式(7)，并分别考虑高、低能量下的情况，可以得到： (8) (9) (10) (11) 通过高低能量投影值数据来获得δ1、δ2的值后，计算出Ψ1、Ψ2的值，并分别进行水 基和碘基图像的重建
●单能量图像的建立 任一能量(E)处单能量图像的获得 Pmm=(,E)=((E)d+(、(E)d2 (12) 利用投影数据计算出的基物质的等效密度值及基物质在任一能量的质量衰减 系数的值,可获得该能量下的单能量图像。 ●能谱CT值曲线 Spectral HU Curve 2 依靠获得的101张单能量图像下的 CT值,即可做出某一感兴趣区域 的能谱CT值曲线。 通过该图像,可以更好地区分单能量 图像中灰度差别并不明显的体素 120+L9+1+1+L+山4山112111+10++
⚫ 单能量图像的建立 任一能量（E0）处单能量图像的获得 ⚫ 能谱CT值曲线 0 1 0 1 2 0 2 ( , ) ( ) ( ) ( ) ( ) = = + pmono r E ds E E (12) 利用投影数据计算出的基物质的等效密度值及基物质在任一能量的质量衰减 系数的值，可获得该能量下的单能量图像。 依靠获得的101张单能量图像下的 CT值，即可做出某一感兴趣区域 的能谱CT值曲线。 通过该图像，可以更好地区分单能量 图像中灰度差别并不明显的体素