一种基于x射线能谱ct和x射线荧光ct技术的双模态分子成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于X射线探测与成像技术领域，涉及一种基于X射线能谱CT和X射线荧光CT技术的双模态分子成像系统。
【背景技术】
[0002]生物和医学的世界正在向分子挺进，分子成像技术已成为当今生物医学影像领域的研究热点之一。X射线计算机断层成像技术(X-ray Computed Tomography, X-CT)作为一种分子成像手段，对一些医学疾病的诊断发挥着举足轻重的作用。目前微米X-CT或纳米X-CT技术在空间分辨率上已达到分子水平，但其对生物医学软组织的成像对比度较低，限制了其在结构和功能成像方面的应用。
[0003]现有医学X-CT技术或系统，其探测器是将不同能量的X射线光子整合接收(积分测量)，所以反映的是X射线平均衰减特性，造成了重建后的CT图像难于区分不同软组织的成像对比度差异。近年来，X射线探测领域出现了一种新型的X射线能量分辨光子计数探测器技术，这种探测器技术能够分辨普通X射线源产生的多色X射线能谱，可以将不同能量的X射线光子按照不同能量段进行探测(微分测量技术)。基于X射线能量分辨光子计数探测器的CT技术称为X射线能谱CT (Spectral CT)，它能够提供更多的认知信息去分析材料物理性质。尽管生物医学软组织间的密度相近，但对于不同能量的X射线是有着不同的吸收特性。尤其是，借助造影剂的K-edge特性，选择合适的能量段进行成像，可以充分提高医学CT图像不同软组织对比度差异。
[0004]与此同时，人们开始研究X射线荧光信息以解决材质的定性和定量分析问题，由此，一种新型的X-CT技术一一X射线荧光CT应运而生。X射线荧光CT是X射线荧光分析法与CT技术的有机结合，它利用入射X射线激发样本内部待测高原子序数元素发出荧光，通过对出射荧光的探测，结合特定的重建方法，不仅能够辨别所测元素种类，同时准确重构待测元素的空间分布和浓度。X射线荧光CT技术在测量待测元素的空间分布和浓度有其独特的优势，可以推动X-CT技术在分子功能成像中的应用。尤其是，结合分子靶向治疗技术，通过探测标靶分布及富集程度，有助于对分子发病机理的研究。
[0005]X射线能谱CT和X射线荧光CT的问世，无疑，对X-CT成像技术的发展具有革命性意义。基于此，设计一种基于X射线能谱CT和X射线荧光CT技术的双模态分子成像方法或技术，为解决医学CT图像不同软组织对比度较差等问题提供一种可行的方案，提高了基于X-CT技术的结构和功能成像效果，成为了本发明所关注的问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于X射线能谱CT和X射线荧光CT技术的双模态分子成像系统，该成像系统能够解决医学CT图像不同软组织对比度较差等问题，可以提高基于X-CT技术的结构和功能成像效果。
[0007]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0008]—种基于X射线能谱CT和X射线荧光CT技术的双模态分子成像系统，该成像系统包括:一个射线源、一个X射线能量分辨光子计数探测器和一个X射线荧光探测器，该成像系统的射线源采用一个多色的微焦点X光源，可同时为X射线能谱CT和X射线荧光CT成像提供X射线束，从而使得该系统具有X射线能谱CT成像功能和X射线荧光CT成像功會K。
[0009]进一步，在所述成像系统中，X射线能谱CT探测器采用高分辨率面阵的X射线能量分辨光子计数探测器，保证了结构成像的对比度和空间分辨率。
[0010]进一步，采用基于压缩感知的X射线能谱CT图像重建算法，以抑制重建的X射线能谱CT图像中的噪声和伪影。
[0011]进一步，在所述成像系统中，X射线荧光CT探测器采用高精度单像素X荧光探测器，有助于测定样本内部元素的空间分布及浓度。
[0012]进一步，采用基于压缩感知的X射线荧光CT图像重建算法，从而不仅可以抑制X射线荧光CT图像中的噪声，而且在稀疏采样的情况下，能够重建出较高质量的X射线荧光CT图像。
[0013]进一步，本成像系统在结构成像方面，采用X射线能谱CT，结合造影成像技术，借助造影材料κ-edge特性，选择合适的成像能窗进行成像，从而在保证不同软组织成像对比度差异最大化的同时，提尚成像的?目噪比。
[0014]进一步，本成像系统在功能成像方面，基于X射线荧光CT，借助高原子序数元素的纳米粒子分析分子靶向特异性，识别待测元素与X射线作用后激发的特征荧光信息，最终测定生物体内被测元素的浓度及空间分布情况。
[0015]本发明的有益效果在于:本发明提供的基于X射线能谱CT和X射线荧光CT技术的双模态分子成像系统，不仅改善了 X-CT结构成像效果，而且有助于推动X-CT在功能成像方面的应用。利用X射线能谱CT进行结构成像，不仅借助造影剂密度特性，而且充分发挥造影剂的K-edge特性进行成像，实现了不同软组织的高对比度成像。而且在造影剂低剂量或低浓度的前提下，提高造影剂的成像效果。利用X射线荧光CT进行功能成像，分析金纳米粒子对组织、细胞的靶向特异性，结合分子靶向治疗技术，探测标靶分布及富集程度，有助于医学疾病的诊断和治疗。
【附图说明】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0017]图1为本发明的结构示意图；
[0018]图2为本发明的成像分析流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0020]图1为本发明的结构示意图，本发明具有两种成像功能:X射线能谱CT成像功能和X射线荧光CT成像功能。射线源采用多色的微焦点X光源，可同时为X射线能谱CT和X射线荧光CT成像提供X射线束。X射线能谱CT探测器采用面阵的X射线能量分辨光子计数探测器，保证了结构成像的对比度和空间分辨率。X射线荧光CT探测器采用目前先进的单像素X荧光探测器，该探测器具较高的灵敏度和较大的动态范围，有助于测定样本内部元素的空间分布及浓度。依据双模态成像特点，设计CT成像系统的机械扫描装置。
[0021]X射线能谱CT系统在特定X射线能量范围所探测的X射线光子数目有限，投影数据中含有较多的量子噪声。利用基于压缩感知的X射线能谱CT图像重建算法，以抑制重建的X射线能谱CT图像中的噪声和伪影。X射线荧光信号比较微弱，探测数据易受噪声影响。单像素X荧光探测器造成CT扫描效率较低，利用基于压缩感知的X射线荧光CT图像重建算法，不仅可以抑制X射线荧光CT图像中的噪声，而且在稀疏采样的情况下，能够重建出较高质量的X射线荧光CT图像。
[0022]本发明在结构成像研究方面，采用X射线能谱CT，结合造影成像技术，借助造影材料K-edge特性，选择合适的成像能窗进行成像。在保证不同软组织成像对比度差异最大化的同时，提高成像的信噪比；在功能成像研究方面，基于X射线荧光CT，借助高原子序数元素的纳米粒子分析分子靶向特异性，识别待测元素与X射线作用后激发的特征荧光信息，最终测定生物体内被测元素的浓度及空间分布情况。图2为本发明的成像分析流程图。
[0023]在本实施例中，本发明从现有X射线能谱和X射线荧光探测与成像技术条件出发，开展双模态分子成像实验。具体描述如下:
[0024]—、基于X射线能谱CT与X射线荧光CT技术的双模态分子成像装置构建:
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