[1]付新辉,漆俊锋,余疏桐,等.基于半数投影的低剂量双能锥形束CT物质分解可行性[J].中国医学物理学杂志,2025,42(11):1408-1413.[doi:DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2025.11.002]
　FU Xinhui,QI Junfeng,YU Shutong,et al.Low-dose dual-energy cone beam CT material decomposition based on half-projection reconstruction: a feasibility study[J].Chinese Journal of Medical Physics,2025,42(11):1408-1413.[doi:DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2025.11.002]
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基于半数投影的低剂量双能锥形束CT物质分解可行性()

《中国医学物理学杂志》[ISSN:1005-202X/CN:44-1351/R]

卷:
42
期数:
2025年第11期
页码:
1408-1413
栏目:
医学放射物理
出版日期:
2025-11-28

文章信息/Info

Title:
Low-dose dual-energy cone beam CT material decomposition based on half-projection reconstruction: a feasibility study
文章编号:
1005-202X（2025）11-1408-06
作者:
付新辉1; 漆俊锋2; 余疏桐1; 陈乐康3; 武序洲4; 黎田5; 林晨6; 张艺宝1; 7
1.北京大学医学部医学技术研究院， 北京 100191； 2.中国医学科学院肿瘤医院放疗科， 北京 100021； 3.北京航空航天大学物理学院， 北京 100191； 4.清华大学深圳国际研究生院， 北京 100084； 5.香港理工大学医疗科技及资讯学系， 香港 999077； 6.北京大学物理学院， 北京 100871； 7.北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所放疗科/恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室， 北京 100142
Author(s):
FU Xinhui1;  QI Junfeng2;  YU Shutong1;  CHEN Lekang3;  WU Xuzhou4;  LI Tian5;  LIN Chen6;  ZHANG Yibao1;  7
1. Institute of Medical Technology, Peking University Health Science Center, Beijing 100191, China 2. Department of Radiation Oncology, Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100021, China 3. School of Physics, Beihang University, Beijing 100191, China 4. Tsinghua Shenzhen International Graduate School, Tsinghua University, Beijing 100084, China 5. Department of Health Technology and Informatics, the Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong 999077, China 6. School of Physics, Peking University, Beiing 100871, China 7. Key Laboratory of Carcinogenesis and Iranslational Research (Ministry of Education)/Department of Radiation Oncology, Peking University Cancer Hospital & Institute, Beijing 100142, China
关键词:
双能成像; 锥形束CT; 图像引导; 低剂量成像
Keywords:
Keywords: dual-energy imaging cone-beam CT image guidance low-dose imaging
分类号:
R318；R811.1
DOI:
DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2025.11.002
文献标志码:
A
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。
Abstract:
Abstract: Objective To propose and validate a decomposition method based on half-projection reconstruction for dual-energy cone beam CT (DE CBCT), thereby providing a potentially feasible low-dose imaging solution for anatomical monitoring and dose reconstruction optimization in adaptive radiotherapy. Methods Dual-energy scans were performed on a Gammex phantom using the on-board kilovoltage CBCT system of a VitalBeam accelerator at acquisition frame rates of 15 and 7 frames per second (f/s). Images were reconstructed from the projection data, and dual-energy decomposition was applied to the 7 f/s dual-energy images to derive relative electron density (RED) and stopping power ratio (SPR) using weighted formulas and empirical functions, followed by accuracy evaluation. Additionally, the weighted CT dose index was calculated for different scanning parameters. Results Dual-energy decomposition effectively suppressed image artifacts, with RED and SPR errors remaining below 2.82% and 2.56%, respectively. Compared with the traditional dual-scan method which required high- and low-energy acquisitions, the weighted CT dose index of the half-projection DE CBCT was reduced by 11.60 mGy (a 52.90% reduction). Furthermore, it was 2.58 mGy lower than the dose of the full-projection high-energy CBCT alone (a 19.98% reduction) and only 1.31 mGy higher than that of the low-energy CBCT (a 14.52% increase). Conclusion The proposed method effectively suppresses image artifacts while maintaining high accuracy in RED and SPR under low radiation dose conditions, demonstrating its potential value for scenarios requiring frequent image guidance, such as adaptive radiotherapy.

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备注/Memo

备注/Memo:
【收稿日期】2025-04-09 【基金项目】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（PKU2025PKULCXQ014）；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） 【作者简介】付新辉，硕士研究生，研究方向：放疗物理，E-mail: xh_fu@stu.pku.edu.cn 【通信作者】张艺宝，博士，正高级工程师，博士生导师，研究方向：放疗物理，E-mail: zhangyibao@pku.edu.cn
更新日期/Last Update: 2025-12-01