[发明专利]一种优化的K-edge成像方法

说明书

技术领域

本发明属于X射线能谱CT成像领域，具体涉及一种优化的K-edge成像方法。

背景技术

K-edge是一个物理现象，也叫K吸收边缘。随着X射线能量的增加，X射线对物质的衰减系数逐渐减小，但某些物质对特定能量下的X射线光子吸收特别大，导致X射线光子衰减系数的突然增加，这种随着能量的增加，X射线衰减系数陡然增加的现象，称为K-edge。从量子物理学角度讲，物质原子内部离原子核最近电子层（K电子层）中的自由电子，容易与特定能量下X射线光子发生相互作用（光电吸收），导致这种物质对该能量下X射线光子吸收性特别大。不同元素其原子结构不同，因此相应的K-edge特性也不同。K-edge特性表现为在某个特定能量下，X射线衰减系数发生跳变。

在物质K-edge的前后，X射线衰减系数差异很大。因此，可以利用衰减系数跳变这一物理特性，选择不同X射线能量范围进行成像以提高已知材料成像对比度。这种成像方式，称为K-edge成像技术。随着X射线能谱CT技术的不断发展，K-edge成像技术已是X射线能谱CT的一个非常重要应用。传统或常规X-CT图像中，不同软组织的对比度较低，往往需要借助一些对比剂（造影剂）来提高图像中软组织对比度。纵然，在目前K-edge成像技术研究中，人们利用X射线能谱CT研究生物医学样本时，虽也需要借助一些对比剂，但已不再是简单的借助对比剂以提高软组织的对比度，而是充分利用了对比剂的K-edge特性进行K-edge成像，以便提供更多的认知信息。

发明内容

对于多色（多能量）X射线源，有限宽度的X射线能量段所包含的光子数是有限的，K-edge前后两个X射线能量段的宽度，决定了两个能谱CT图像的对比度和噪声水平。因此本发明需要解决的问题是如何设置K-edge前后两个X射线能量段的宽度，以保证两个重建能谱CT图像感兴趣区域噪声最小化的同时，获得最大的对比度差异，从而提高已知材料成像对比度。鉴于此，本发明的目的是提供一种优化的K-edge成像方法。

从核物理学角度分析，射线源产生的X射线光子数，是服从泊松随机分布的。假设射线源产生的X射线光子数为n，于是，X射线光子数n的概率密度函数，则可表示为

P{n}=e-I0n!I0n---(1)]]>

其中，I₀为X射线光子数n的泊松分布均值。

假设X射线源产生的X射线光子数为n，穿过检测物体后探测到的X射线光子数为m，未被物体吸收和散射而被探测器接受到的X射线光子数m概率，则可表示为