[发明专利]一种利用多能量X射线复合投影数字合成成像的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字X射线图像合成成像应用领域，尤其涉及一种利用多能量X射线复合投影数字成像合成的方法及装置。

背景技术

由于数字X光线照像术(DR-Digital Radiography)相对于胶片X光线照像术具有以下优点：提高疾病诊断效率和减少病人的辐射剂量，及没有环境污染，不需用胶片和及其有关的化学原料。总体上来讲，数字X光线照像术是在传统投影X光线照像术的技术上利用数字仪器和数字图像处理技术。数字X光线照像术作为一种是在投影X光线照像术，它通常由三部分组成：第一部分是X-射线源，包括X-射线管及相关高电压控制电路。第二部分是X-线接收器，通常有两种接收方式，一种是CCD(Charged-Coupled Devices)接收，另一种是半导体平板(Flat Panel Detectors)接收。CCD(Charged-Coupled Devices)接收器首先将X-射线通过一个转换板(CsI)将它转换成可见光，然后这些可见光就可以被聚焦到CCD芯片表面，并被它所吸收。CCD芯片是由一组分离的半导体硅积分电路或单元组成，例如：一个2.5x2.5cm的CCD芯片可含有1024x1024个电路单元。可见光被CCD芯片表面吸收后将产生电子并存储在每一个单元上，光的强弱与电子数直接成比例。然后这些电子可以以列输出的型式被读出。对于大屏幕接收器，需要一个非常精确的光学聚焦透镜将它投影到相对面积较小的CCD表面。半导体平板接收器表面上含有很多独立的接受单元。每一单元将其接受的X-射线能转换成电信号，然后将这些电信号以系列水平及垂直线的方式将被读出。CCD接收器相对与半导体平板接收器而言成本较低，但由于它含有一个光学聚焦系统，因此它的图像分辨率和信噪比较低，并且体积较大。第三部分是数字图像信号处理及图像显示。相对于传统的胶片X射线照像术而言，数字X光线照像术所成的像具有更大的动态显示范围，同时DR可充分利用现代计算机图像处理技术，以实现最佳的诊断效果。以数字X光线照像术系统为基础，近年来已不断发展出更新的应用技术：双能量照像术(Dual-energyRadiography)，数字断层面合成技术(Digital Tomosynthesis)等等。通过这些新的技术的应用，使医学临床诊断更加准确。

双能量照像术已被广泛地应用在X射线荧屏血管造影术中。由于特殊的电子束缚能效应，X射线造影剂材料(如碘、钡等)的X射线吸收谱在某些能量段(～33keV)有突变的X射线吸收系数，但人体的组织的X射线吸收系数在该能量段没有这样的突变。利用这些不同的X射线吸收的特点，我们可以产生两帧X射线图像，一帧是由吸收系数突变前的相对低能量X射线所产生，而另一帧则是由吸收系数突变后的相对高能量X射线所产生。然后将这两帧数字图像进行加权线性组合，就可得只含造影剂材料的X射线图像。如果造影剂材料只含在某些血管的血液中，我们就可利用它来诊断血管及其附近器官的生理功能。

还有一种方式为：在数字X光线照像术成像过程中，由于人体内软组织和骨组织的有效原子数的不一样性(软组织的有效原子数：Z＝7.6，骨组织的有效原子数：Z＝13)。在低能量(～50kVp)段，X-射线吸收系数是直接与原子数Z有关：与Z^3成比例(主要是光电效应)。而在高能量(～120kVp)段，X-射线吸收系数与原子数Z没有关(主要是康普顿效应)。类似于双能量X射线荧屏血管造影术，我们可产生两帧图像，一帧是由相对低能量X-射线产生(～50kVp)，另一帧则是由相对高能量X-射线产生(～120kVp)。然后将这两帧图像进行加权线性组合，就可得到只含软组织(如肺器官)或者骨骼组织(如胸部骨骼)的两帧X射线图像。