[发明专利]一种能谱计算机断层扫描剂量的蒙特卡罗模拟方法及系统

权利要求书

1.一种能谱计算机断层扫描剂量的蒙特卡罗模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

根据实测CT机的衰减层厚数据结合虚拟软射线源和虚拟硬化材料对CT机的X射线能谱进行模拟，得到模拟能谱；

根据实测CT机的角分布数据和模拟能谱对虚拟滤线器厚度进行模拟，得到虚拟滤线器的形状；

根据CT机的仿真体模扫描图像进行三维建模，得到三维仿真体模几何模型；

根据模拟能谱、虚拟滤线器的形状和三维仿真体模几何模型进行蒙特卡罗模拟，得到仿真体模各器官的吸收剂量；

根据仿真体模各器官的吸收剂量、给定的各管电压和给定的时间占比，计算出能谱CT扫描的吸收剂量；

所述虚拟软射线源为利用TASMIP能谱模型生成的虚拟钨极X射线源，所述虚拟硬化材料为铜片、铝片或其它具有X射线能谱硬化效果的材料，所述虚拟滤线器为BOWTIE滤线器；

所述根据实测CT机的衰减层厚数据结合虚拟软射线源和虚拟硬化材料对CT机的X射线能谱进行模拟，得到模拟能谱这一步骤，具体包括：

对于CT机型和给定的管电压，采用实验测量的方法，获得扫描腔中心线处的半值层厚和四分之一值层厚；

以TASMIP能谱作为初始能谱，并设定BOWTIE滤线器的中心厚度为0.5mm，在虚拟钨极X射线源和BOWTIE滤线器之间加入虚拟硬化材料，以及将透过虚拟硬化材料后的能谱作为模拟CT能谱的候选能谱；

增加虚拟硬化材料的厚度，同时使用给定的质量衰减系数计算候选能谱透过BOWTIE滤线器后的半值层厚和四分之一值层厚；虚拟硬化材料的厚度通过分立的虚拟硬化材料一层一层地叠加来增加；

当计算的半值层厚和四分之一值层厚分别与实验测得的半值层厚和四分之一值层厚匹配时，将透过虚拟硬化材料和BOWTIE滤线器后的X射线能谱作为该管电压下的模拟能谱；其中，当管电压为80KVP时，虚拟硬化材料的厚度为1cm；当管电压为140KVP时，虚拟硬化材料的厚度为0.75cm；

所述根据实测CT机的角分布数据和模拟能谱对虚拟滤线器厚度进行模拟，得到虚拟滤线器的形状这一步骤，具体包括：

采用实验测量扫描腔垂向中心面上各个高度位置的空气吸收剂量；

将BOWTIE滤线器中心的厚度设为0.5mm，使用预设的质量衰减系数和空气的质能衰减系数计算透过BOWTIE滤线器中心后的空气吸收剂量，将该空气吸收剂量与实测扫描腔中心的空气吸收剂量值的比值设为R；

选取一个X射线的出射角度序列，针对每个出射角度，采用给定的管电压下的模拟能谱，增加BOWTIE滤线器在该出射角度上的厚度，然后使用预设的质量衰减系数和空气的质能衰减系数计算透过BOWTIE滤线器后的空气吸收剂量，当该空气吸收剂量与该出射角度下实测扫描腔中心的空气吸收剂量的比值等于R时，记录此时的BOWTIE厚度并将其作为该出射角度对应的BOWTIE厚度；

根据与出射角度序列对应的BOWTIE厚度序列，得到虚拟BOWTIE滤线器的形状；

所述根据模拟能谱、虚拟滤线器的形状和三维仿真体模几何模型进行蒙特卡罗模拟，得到仿真体模各器官的吸收剂量这一步骤，具体包括：

根据仿真体模几何模型生成蒙特卡罗输运程序输入文件中的几何描述；

进行源定义：根据CT扫描参数随机抽样获得X射线源粒子的起始位置；根据有效视野和束宽随机抽样获得源粒子的出射角度；根据出射角度及对应的BOETIE厚度确定出射粒子权重；CT扫描参数包括扫描长度、扫描时间以及每圈扫描时间；并根据源定义的结果，使用蒙特卡罗输运程序模拟计算单圈轴向扫描条件下，扫描腔中心线上的空气吸收剂量C_m；

根据源定义的结果，使用蒙特卡罗输运程序模拟计算螺旋扫描条件下仿真体模几何模型中各器官的吸收剂量D_m；

所述根据仿真体模各器官的吸收剂量、给定的各管电压和给定的时间占比，计算出能谱CT扫描的吸收剂量这一步骤，具体包括：

采用与蒙特卡罗输运程序模拟相同的参数实测CT机单圈轴向扫描条件下扫描中心线上的空气吸收剂量C₀；

根据单圈轴向扫描条件下实测的空气吸收剂量C₀和蒙特卡罗输运程序模拟计算的空气吸收剂量C_m计算得到归一化因子NF，NF＝C₀/C_m；

计算得到各器官实际吸收剂量D；

其中，n表示CT机的实际扫描圈数，mA表示实际扫描电流，T表示实际旋转一圈时间，mA₀表示模拟的扫描电流，T₀表示模拟的旋转一圈时间；

计算各器官最终的吸收剂量(D₁*T₁+D₂*T₂)/(T₁+T₂)，其中，D₁和D₂分别为不同管电压V₁和V₂下该器官实际吸收剂量，T₁：T₂为不同管电压V₁和V₂下的时间占比。