Ce片滤过在基于光子计数X射线骨密度测量中优势.PDFVIP

第27 卷 第5 期 CT 理论与应用研究 Vol.27, No.5 2018 年10 月 （573-582） CT Theory and Applications Oct., 2018 莫镜清, 杜强, 李颖锐, 等. Ce 片滤过在基于光子计数 X 射线骨密度测量中的优势[J]. CT 理论与应用研究, 2018, 27(5): 573-582. doi:10.15953/j.1004-4140.2018.27.05.03. Mo JQ, Du Q, Li YR, et al. The advantages of Ce filtration in the measurement of bone mineral density using photon counting X-ray detector[J]. CT Theory and Applications, 2018, 27(5): 573-582. doi:10.15953/j.1004-4140. 2018.27.05.03. (in Chinese). Ce 片滤过在基于光子计数X 射线 骨密度测量中的优势 1,2 1 3 3 1 莫镜清 ，杜强 ，李颖锐 ，吴森 ，孙明山 1.中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学影像室，江苏 苏州215163 2.中国科学院大学，北京100049 3.陕西迪泰克新材料有限公司，西安712000 摘要：K 边缘滤过常用于双能X 射线骨密度的测量中，但它与不加K 边缘滤过时的多能谱光子 计数探测器在骨密度测量中的应用还需要进一步的对比、研究。本文选择利用稀土材料铈（Ce） 的K 边特性，对广谱X 射线进行能谱优化，从而获得双能谱，并针对此种情况下的双能谱提出 了一种对应的能量-阈值校准方法，希望一定程度上提高骨密度仪中物质分解的准确度。本文对 未加Ce 时的三能分解、双能分解与加了Ce 片后的双能分解做了对比实验。实验结果显示，在 未加Ce 片滤过时，三能分解精度比双能分解精度高；经过Ce 片滤过后，双能分解精度优于所 有未加Ce 片滤过时的分解精度。 关键词：X 射线骨密度测量；K 边滤过；能量-阈值校准；物质分解；光子计数探测器 doi:10.15953/j.1004-4140.2018.27.05.03 中图分类号：R 144；R 812 文献标志码：A 对于一个连续渐变的能谱而言，探测器所探测的各能区之间的平均能量差异相对较低、 能区内单色性差，造成能区信息独立性较差，故可添加特殊材料滤过器对能谱进行滤过成 [1] 形，得到单色性更好的能谱，从而提高投影域数据信噪比。Shikaliev 的研究表明，当使 [2] 用K 边缘滤光片代替传统滤光片Al 时，基材料分解图像中的对比度噪声比（CNR） 会比 [3] 原来高出大约30％～50％。之后，Atak 等 的研究表明，原子序数从56～71、K 边能量分 别从37.4～63.4 keV 的K 边滤过片可分别用于管电压为60～150 kVp 的情况，且可为此情 况下的成像应用提供实质性改进，而医学成像常用管电压在此范围内。 传统双能X 射线骨密度仪中，常用的滤过器材料有Ce、Sm （钐）等稀土元素。随着高 速阵列型光子计数探测器技术的发展，新型骨密度一次探测将可拥有多个能量分区，从而 潜在地可将双能探测和分解转向基于多能区的探测和分解。此时的K 边滤过材料的选择需 要重新加以研究和比较，并和无K 边滤过情况下的多能分解性能加以比较。但值得一提的 是，这里的无K 边滤过下的多能分解仅指的是三能区下的分解，而不包括四能区及以上的， 这是由于探测器的计数率和能量分辨率存在限制，若继