利用动态X射线模型在光谱CT中进行定量材料分解

《MEDICAL PHYSICS》：Quantitative material decomposition with dynamic x-ray model in spectral CT

光谱CT自适应分解方法研究

　　

摘要

背景

随着光子计数探测器（PCD）的发展，光谱CT在利用光谱信息方面变得更加灵活，使其成为材料分析的强大工具。传统的分解方法依赖于预定义的物理模型来估算有效的原子序数和密度。然而，这些模型在面对灵活的扫描协议或更广泛的材料范围时可能无法保持准确性。

目的

本研究提出了一种自适应图像域分解方法（AIDM），以提高光谱CT中材料分解的准确性。AIDM动态调整X射线相互作用模型，以补偿建模误差并改进定量材料分析。

方法

为了解释各种物理效应，我们引入了两个校正项：一个指数校正项 $C(E,Z_{\text{eff}})$，该校正项同时考虑了光电效应和相干散射；另一个是补偿因子 $D(E,Z_{\text{eff}})$，用于精确校正康普顿散射。这两个校正项均以多项式形式表示，并使用NIST参考数据进行拟合。每个能级的有效能量基于已知参考材料进行校准，分解过程则利用从改进的衰减模型派生的非线性系统在重建图像上完成。

结果

所提出的方法通过标准材料、矿物和生物样本进行了验证。与现有方法相比，AIDM在材料量化方面表现出更高的准确性、鲁棒性和更广泛的适用性。

结论

AIDM实现了基于光谱CT的准确材料估计，在各种应用中带来了显著改进。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。