基于 CdZnTe 能谱探测器和紧凑移动最小二乘算法的高精度骨密度测量系统

《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》：High-Precision Bone Mineral Density Measurement System Based on a CdZnTe Spectral Detector and Compact Moving Least-Squares Algorithm

　　**摘要：** 骨质疏松症的管理高度依赖于骨密度（BMD）的早期准确评估。尽管双能X线吸收计（DXA）是标准方法，但传统的基于闪烁体的探测器存在二次转换效率低下的问题。此外，CdZnTe光子计数探测器虽然能够实现直接能量甄别，但其校准精度往往因固有晶体缺陷引起的像素不均匀性和边缘退化现象而受到严重影响。为解决上述问题，本研究提出了一种高精度双能X线骨密度测量系统，该系统集成了CdZnTe探测器与局部加权移动最小二乘（MLS）算法。与传统的全局拟合方法不同，MLS方法利用高斯权重函数，根据空间距离和强度偏差动态确定每个像素的影响权重，从而适应局部伪影。使用铝和PMMA模体的实验验证表明，MLS方法能有效缓解探测器不均匀性。与传统的多项式拟合和查找表（LUT）校准技术相比，MLS方法展现出更优的局部适应性和伪影抑制能力。与采用相同标准模体的传统LUT方法的误差分布区间相比，高能测量和低能测量的平均拟合误差分别降至0.0316%和0.0363%。此外，单点厚度最大误差保持在0.14%以内，边缘与中心像素之间的偏差被抑制在0.012%以下。该自适应校正策略为提升能谱X线诊断设备的定量精度和空间一致性提供了可扩展的理论与实验基础。