一種基于x射線能譜ct和x射線熒光ct技術的雙模態分子成像系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于X射線探測與成像技術領域，涉及一種基于X射線能譜CT和X射線熒光CT技術的雙模態分子成像系統。
【背景技術】
[0002]生物和醫學的世界正在向分子挺進，分子成像技術已成為當今生物醫學影像領域的研究熱點之一。X射線計算機斷層成像技術(X-ray Computed Tomography, X-CT)作為一種分子成像手段，對一些醫學疾病的診斷發揮著舉足輕重的作用。目前微米X-CT或納米X-CT技術在空間分辨率上已達到分子水平，但其對生物醫學軟組織的成像對比度較低，限制了其在結構和功能成像方面的應用。
[0003]現有醫學X-CT技術或系統，其探測器是將不同能量的X射線光子整合接收(積分測量)，所以反映的是X射線平均衰減特性，造成了重建后的CT圖像難于區分不同軟組織的成像對比度差異。近年來，X射線探測領域出現了一種新型的X射線能量分辨光子計數探測器技術，這種探測器技術能夠分辨普通X射線源產生的多色X射線能譜，可以將不同能量的X射線光子按照不同能量段進行探測(微分測量技術)。基于X射線能量分辨光子計數探測器的CT技術稱為X射線能譜CT (Spectral CT)，它能夠提供更多的認知信息去分析材料物理性質。盡管生物醫學軟組織間的密度相近，但對于不同能量的X射線是有著不同的吸收特性。尤其是，借助造影劑的K-edge特性，選擇合適的能量段進行成像，可以充分提高醫學CT圖像不同軟組織對比度差異。
[0004]與此同時，人們開始研究X射線熒光信息以解決材質的定性和定量分析問題，由此，一種新型的X-CT技術一一X射線熒光CT應運而生。X射線熒光CT是X射線熒光分析法與CT技術的有機結合，它利用入射X射線激發樣本內部待測高原子序數元素發出熒光，通過對出射熒光的探測，結合特定的重建方法，不僅能夠辨別所測元素種類，同時準確重構待測元素的空間分布和濃度。X射線熒光CT技術在測量待測元素的空間分布和濃度有其獨特的優勢，可以推動X-CT技術在分子功能成像中的應用。尤其是，結合分子靶向治療技術，通過探測標靶分布及富集程度，有助于對分子發病機理的研究。
[0005]X射線能譜CT和X射線熒光CT的問世，無疑，對X-CT成像技術的發展具有革命性意義。基于此，設計一種基于X射線能譜CT和X射線熒光CT技術的雙模態分子成像方法或技術，為解決醫學CT圖像不同軟組織對比度較差等問題提供一種可行的方案，提高了基于X-CT技術的結構和功能成像效果，成為了本發明所關注的問題。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于X射線能譜CT和X射線熒光CT技術的雙模態分子成像系統，該成像系統能夠解決醫學CT圖像不同軟組織對比度較差等問題，可以提高基于X-CT技術的結構和功能成像效果。
[0007]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0008]—種基于X射線能譜CT和X射線熒光CT技術的雙模態分子成像系統，該成像系統包括:一個射線源、一個X射線能量分辨光子計數探測器和一個X射線熒光探測器，該成像系統的射線源采用一個多色的微焦點X光源，可同時為X射線能譜CT和X射線熒光CT成像提供X射線束，從而使得該系統具有X射線能譜CT成像功能和X射線熒光CT成像功會K。
[0009]進一步，在所述成像系統中，X射線能譜CT探測器采用高分辨率面陣的X射線能量分辨光子計數探測器，保證了結構成像的對比度和空間分辨率。
[0010]進一步，采用基于壓縮感知的X射線能譜CT圖像重建算法，以抑制重建的X射線能譜CT圖像中的噪聲和偽影。
[0011]進一步，在所述成像系統中，X射線熒光CT探測器采用高精度單像素X熒光探測器，有助于測定樣本內部元素的空間分布及濃度。
[0012]進一步，采用基于壓縮感知的X射線熒光CT圖像重建算法，從而不僅可以抑制X射線熒光CT圖像中的噪聲，而且在稀疏采樣的情況下，能夠重建出較高質量的X射線熒光CT圖像。
[0013]進一步，本成像系統在結構成像方面，采用X射線能譜CT，結合造影成像技術，借助造影材料κ-edge特性，選擇合適的成像能窗進行成像，從而在保證不同軟組織成像對比度差異最大化的同時，提尚成像的?目噪比。
[0014]進一步，本成像系統在功能成像方面，基于X射線熒光CT，借助高原子序數元素的納米粒子分析分子靶向特異性，識別待測元素與X射線作用后激發的特征熒光信息，最終測定生物體內被測元素的濃度及空間分布情況。
[0015]本發明的有益效果在于:本發明提供的基于X射線能譜CT和X射線熒光CT技術的雙模態分子成像系統，不僅改善了 X-CT結構成像效果，而且有助于推動X-CT在功能成像方面的應用。利用X射線能譜CT進行結構成像，不僅借助造影劑密度特性，而且充分發揮造影劑的K-edge特性進行成像，實現了不同軟組織的高對比度成像。而且在造影劑低劑量或低濃度的前提下，提高造影劑的成像效果。利用X射線熒光CT進行功能成像，分析金納米粒子對組織、細胞的靶向特異性，結合分子靶向治療技術，探測標靶分布及富集程度，有助于醫學疾病的診斷和治療。
【附圖說明】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
[0017]圖1為本發明的結構示意圖；
[0018]圖2為本發明的成像分析流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0020]圖1為本發明的結構示意圖，本發明具有兩種成像功能:X射線能譜CT成像功能和X射線熒光CT成像功能。射線源采用多色的微焦點X光源，可同時為X射線能譜CT和X射線熒光CT成像提供X射線束。X射線能譜CT探測器采用面陣的X射線能量分辨光子計數探測器，保證了結構成像的對比度和空間分辨率。X射線熒光CT探測器采用目前先進的單像素X熒光探測器，該探測器具較高的靈敏度和較大的動態范圍，有助于測定樣本內部元素的空間分布及濃度。依據雙模態成像特點，設計CT成像系統的機械掃描裝置。
[0021]X射線能譜CT系統在特定X射線能量范圍所探測的X射線光子數目有限，投影數據中含有較多的量子噪聲。利用基于壓縮感知的X射線能譜CT圖像重建算法，以抑制重建的X射線能譜CT圖像中的噪聲和偽影。X射線熒光信號比較微弱，探測數據易受噪聲影響。單像素X熒光探測器造成CT掃描效率較低，利用基于壓縮感知的X射線熒光CT圖像重建算法，不僅可以抑制X射線熒光CT圖像中的噪聲，而且在稀疏采樣的情況下，能夠重建出較高質量的X射線熒光CT圖像。
[0022]本發明在結構成像研究方面，采用X射線能譜CT，結合造影成像技術，借助造影材料K-edge特性，選擇合適的成像能窗進行成像。在保證不同軟組織成像對比度差異最大化的同時，提高成像的信噪比；在功能成像研究方面，基于X射線熒光CT，借助高原子序數元素的納米粒子分析分子靶向特異性，識別待測元素與X射線作用后激發的特征熒光信息，最終測定生物體內被測元素的濃度及空間分布情況。圖2為本發明的成像分析流程圖。
[0023]在本實施例中，本發明從現有X射線能譜和X射線熒光探測與成像技術條件出發，開展雙模態分子成像實驗。具體描述如下:
[0024]—、基于X射線能譜CT與X射線熒光CT技術的雙模態分子成像裝置構建:
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