[发明专利]一种医学双能CT电子密度图像的重建与数值校准方法

摘要

本发明涉及一种医学双能CT电子密度图像的重建与数值校准方法。本发明基于基物质分解DECT成像的基本原理，以及高、低两种不同能量水平下的X‑射线线性衰减系数之组合与电子密度理论值之间的线性关系，对医学DECT电子密度图像进行重建和数值校准。本发明所述医学双能CT电子密度图像的重建与数值校准方法，在肿瘤放射治疗领域的临床应用，能够提高放射治疗计划系统靶区定位的精度和照射剂量计算的准确性。

主权项

1.一种医学双能CT电子密度图像的重建与数值校准方法，其特征在于，包括步骤如下：S1)计算基物质分解系数图像b1,…,bn；将基物质密度图像记作I₁,…,I_n；根据以下公式计算基物质分解系数图像b₁,…,b_n；其中，ρ_i表示第i种基物质的物质密度；S2)计算理论上的电子密度图像ρe和高、低两种不同能量水平下的单能图像；理论上的电子密度图像其中，ρ_ei＝2·ρ_i·Z_i/A_i为第i种基物质的电子密度，Z_i和A_i分别表示第i种基物质的原子序数和原子量；理论上的电子密度图像ρ_e的像素值为电子密度理论值；根据公式分别计算E_H、E_L两种不同X‑射线能量水平下的单能图像μ_H、μ_L，其中，μ_ei(E_H)、μ_ei(E_L)分别表示i种基物质分别在E_H、E_L两种不同X‑射线能量水平下的X‑射线线性衰减系数；E_H、E_L的单位均为keV；S3)计算高、低两种不同能量水平下的单能图像组合；计算μH和μL的组合图像Δμk：Δμk＝(1+αk)μH‑αkμL，其中，权系数αk∈(0,1)；k＝1，2，3，……；S4)将组合图像Δμk与电子密度理论值进行线性拟合并计算相应的拟合优度；S4‑1)将组合图像Δμ_k编号为(i,j)的像素的像素值记作将理论上的电子密度图像ρ_e编号为(i,j)的像素的像素值记作理论上的电子密度图像ρ_e像素值的平均值记作定义为M表示图像的行数或者列数，以为自变量取值、为因变量取值，采用模型Y＝AX+B进行线性拟合，得到拟合估计值f_x，并计算拟合优度拟合优度的计算公式为：其中，SSres表示电子密度理论值与拟合估计值fx的差的平方总和，SStot表示电子密度理论值与电子密度理论值的平均值的差的平方总和；S4‑2)对每个组合图像Δμ_k分别进行步骤S4‑1)中的系列运算；其中，的最大值为最佳拟合优度，其中，k＝1，2，3，……；S5)由最佳拟合优度获得校准的电子密度重建图像；确定最佳拟合优度所对应的理论上的电子密度图像ρe的拟合估计值fx，理论上的电子密度图像ρe的拟合估计值fx构成电子密度重建图像，电子密度重建图像的像素值为校准的电子密度数值。