基于半数投影的低剂量双能锥形束CT物质分解可行性

摘要

目的：提出并验证一种基于半数投影重建双能锥形束CT(DE CBCT)进行双能分解的方法，为自适应放疗的解剖结构监测和剂量重建优化等场景提供潜在可行的低剂量成像技术方案。方法：采用VitalBeam加速器机载千伏CBCT系统对Gammex模体分别进行15和7 f/s的双能扫描，并基于投影数据重建图像。对7 f/s的双能图像进行双能分解，通过加权公式和经验函数分别获取相对电子密度（RED）和阻止本领比（SPR）并进行准确性评估。基于扫描参数计算各条件下的加权CT剂量指数（CTDIw）。结果：双能分解可以有效抑制图像伪影，并且其获取的RED和SPR误差分别低于2.82%和2.56%。相较于传统基于高低能双次扫描，半数投影DE CBCT的CTDIw可减少11.60 mGy（降幅52.90%），比单独扫描全数投影高能CBCT的剂量低2.58 mGy（降幅19.98%），仅比低能CBCT高1.31 mGy（增幅14.52%）。结论：本研究提出的方法能够在较低辐射剂量的条件下有效抑制图像伪影，其获取的RED和SPR具有较高的准确性，在需要反复进行图像引导的自适应放疗等场景具有潜在的应用价值。

关键词

双能成像 / 锥形束CT / 图像引导 / 低剂量成像

基金资助

国家自然科学基金（12475309,12275012,12411530076,12581360004,82202941）; 北京市自然科学基金（Z210008）; 中国国际人才交流基金会国际青年人才来华交流项目（JC202502001F）; 中央高校基本科研业务费/北京大学临床医学+X青年专项（PKU2025PKUL-CXQ014）; 教育部内地与港澳高等学校师生交流计划（万人计划7111400072）; 国家重点研发计划（2019YFF01014405）; 内蒙古自治区科技计划（2022YFSH0064）