双能CT(Dual-energy CT,DECT)作为X-射线放射医学影像领域的重大技术进展,因其成像具有组织区分度高、消除伪影效果好等优势,近年来在临床应用中受到越来越多的重视,是一种很有前景的医学成像新技术。放射疗法是目前治疗肿瘤及癌症的主要手段之一。放射治疗中病变部位人体组织的电子密度图像重建和数值校准,直接关系到到靶区定位的精度和照射剂量计算的准确性,因此需要对病变部位人体组织的电子密度及其分布进行测定。目前,临床上普遍采用CT扫描模体的方法获得病变部位人体组织的电子密度图像。但上述方法存在模体成本高、实施过程繁琐、所测电子密度数值不准确等问题。此外,目前国内外主流大型数字医疗设备生产厂商的DECT产品都不直接提供电子密度图像。另一方面,对于轻元素构成的物质,基于吸收机制成像的传统CT不能提供足够的成像衬度,相衬CT成像技术应运而生。相衬CT的基本原理是:X-射线穿过物体时,在发生衰减的同时也会导致相位的偏移,而对于由轻元素构成的物质而言,X-射线的相位值的变化要比吸收值的变化敏感一千倍左右。因此,在由轻元素组成的弱吸收物质的成像应用中,相衬CT成像技术较之传统CT拥有更高的空间分辨率。理论研究表明,可以通过DECT成像系统重建得到物质的电子密度图像,进而获得相位项图像。因此,基于DECT实现相衬CT成像具有较高的理论价值与临床意义。基于上述两方面的应用背景,本文提出一种医学DECT电子密度图像重建和数值校准方法。首先,计算得出理论上的电子密度图像和高、低两种不同能量水平下的X-射线线性衰减系数的单能图像;然后,将两种能量下的X-射线线性衰减系数之组合与电子密度理论值进行线性拟合并计算拟合优度;最后,根据最佳拟合优度实现DECT电子密度图像的重建和校准。仿真及实际数据的实验结果表明了本文方法的准确性与有效性。双物质分解算法的基本思想是,选取两种线性衰减特性相差较大的物质作为基物质对,将扫描对象的线性衰减系数表示成该基物质对线性衰减系数的线性组合。理论分析可知,基物质的线性衰减特性与扫描对象越相近,组织区分效果越好。但是,人体器官和组织实际上是由多种物质共同组成,这对于双物质分解算法产生挑战。新近出现的多物质分解(Multi-Material Decomposition,MMD)算法增加了基物质种类,当对扫描对象进行物质分解时,基物质的选择空间更广,即不同器官或组织可以自适应地选取多种不同的基物质组合。基于此,本文改善了 MMD算法,并在此基础上实现了电子密度图像的重建。数值仿真及实际数据实验结果表明,本文中基于改善的MMD算法的图像重建方法得到的电子密度图像质量更高,人体断层扫描图像呈现出更加丰富的结构信息,这为电子密度图像更广阔的临床应用和研究提供了新的思路。