對(duì)x光能譜ct的能譜信息進(jìn)行分解的方法和對(duì)應(yīng)的重建方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種X光能譜CT的能譜信息分解方法，該方法包括以下步驟：確定成像所使用的能量范圍；求解分解基函數(shù)；根據(jù)所求出的分解基函數(shù)對(duì)每條射線求分解系數(shù)；對(duì)所述分解系數(shù)進(jìn)行線性組合得到單能衰減系數(shù)投影g。此外，本發(fā)明還涉及一種基于本發(fā)明的能譜信息分解方法來(lái)重建能譜信息的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】對(duì)X光能譜CT的能譜信息進(jìn)行分解的方法和對(duì)應(yīng)的重建方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及斷層影像（CT)重建的領(lǐng)域，具體地涉及一種對(duì)X光能譜CT的能譜信 息進(jìn)行分解的方法W及一種對(duì)應(yīng)的重建方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 斷層影像的圖像對(duì)比度與掃描所用的X光源能譜分布有很大關(guān)系。傳統(tǒng)CT使用 具有能譜分布的一個(gè)光源進(jìn)行成像，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)信息模糊致使兩種不同材料在CT圖像上 完全相同，相對(duì)于此，雙能CT使用兩個(gè)不同分布的能譜對(duì)物體進(jìn)行成像，能夠消除單能譜 情況下的信息模糊。雙能和多能X光能譜CT利用物質(zhì)在不同能量下的衰減差異能夠獲得 關(guān)于物體的多重物理特性參數(shù)的分布信息，例如，電子密度分布、等效原子序數(shù)分布、多個(gè) 能量下的單能衰減圖像。該樣，雙能和多能X光CT能夠被用來(lái)進(jìn)行傳統(tǒng)CT的射線硬化校 正、臨床高對(duì)比度能譜CT圖像獲取、工業(yè)和安檢的特殊和危險(xiǎn)物品檢測(cè)等。與傳統(tǒng)的X光 CT成像技術(shù)相比，雙能X光CT在其成像功能上的突破對(duì)醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)、無(wú)損檢測(cè)、安全檢查 等應(yīng)用都具有重大意義，因此在近年來(lái)得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。
[0003] 此外，相對(duì)于傳統(tǒng)的單能X光CT成像技術(shù)，雙能X光CT成像技術(shù)不僅能夠提供被 檢測(cè)物體的衰減系數(shù)和幾何結(jié)構(gòu)信息，還能夠提供物質(zhì)組成信息。因此，在安全檢查領(lǐng)域， 雙能X光CT成像技術(shù)能夠提供被檢測(cè)物的電子密度和有效原子序數(shù)信息，從而進(jìn)行危險(xiǎn)物 品的識(shí)別；另外，在醫(yī)療領(lǐng)域，雙能X光CT能夠提供不同組織成分的圖像，例如骨質(zhì)、軟組 織、對(duì)比度造影劑等。由此可見(jiàn)，雙能X光CT已經(jīng)廣泛用于醫(yī)學(xué)和安監(jiān)等領(lǐng)域。而多能(譜） CT目前主要處于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究和原型樣機(jī)研究，僅個(gè)別公司剛剛推出了第一款商業(yè)系統(tǒng)。
[0004] 目前，能譜CT重建主要有S種方法： 1) 后處理方法；從K個(gè)（K > 2; K=2時(shí)為雙能CT的情況）不同能量X射線下采集的數(shù) 據(jù)分別重建衰減系數(shù)分布圖像，然后對(duì)獲得的K個(gè)衰減系數(shù)圖像進(jìn)行綜合計(jì)算，計(jì)算得到 一系列不同單能圖像（即所謂能譜CT圖像）或者與能量無(wú)關(guān)的物理量(例如原子序數(shù)、電子 密度）的分布圖像； 2) 前處理方法；從K個(gè)（K > 2; K=2時(shí)為雙能CT的情況）不同能量X射線下采集的數(shù) 據(jù)解析能量相關(guān)信號(hào)和能量無(wú)關(guān)信號(hào)（也就是所謂的雙能分解或多能分解)，解析后的信號(hào) 屬于投影域，對(duì)解析后的信號(hào)利用傳統(tǒng)CT重建算法進(jìn)行重建； 3) 綜合迭代法；對(duì)多個(gè)不同能量下的CT數(shù)據(jù)直接使用迭代方法進(jìn)行重建，但此方法計(jì) 算量遠(yuǎn)大于前兩種。
[0005] 目前使用較多的是第二種方法，一方面它比第一種方法準(zhǔn)確，能更好地去除X光 多色譜或者寬譜的影響；另一方面，它相對(duì)第H種方法計(jì)算量較少。
[0006] 決定能譜CT重建圖像質(zhì)量的一個(gè)重要步驟是信息分解，也就是分離與能量相關(guān) 因子和與物質(zhì)相關(guān)因子。兩個(gè)主要的物質(zhì)相關(guān)因子是有效原子序數(shù)和電子密度該兩個(gè)物理 特性參數(shù)。目前的分解方法主要有基材料分解和雙效應(yīng)分解，或者兩者結(jié)合。但是該樣的 分解方式都存在比較大的分解誤差，影響能譜CT重建圖像的質(zhì)量，并且造成對(duì)電子密度和 等效原子序數(shù)該些物理量計(jì)算的偏差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種新的X光能譜CT的能譜信息分解方法。 該方法一方面提高分解的準(zhǔn)確性，降低能譜CT重建誤差；另一方面，可W根據(jù)此方法估計(jì) 系統(tǒng)誤差幅度，輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能窗選擇，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。結(jié)合此能譜信息分解的方法 適用于所有CT掃描軌道。
[0008] 在根據(jù)本發(fā)明的對(duì)物體的X光能譜CT的能譜信息進(jìn)行分解的方法中，其中所述物 體包含J種物質(zhì)，所述方法具有如下步驟： -確定成像所使用的能量范圍[馬。。，駕"]， -基于物質(zhì)對(duì)X光能量的線衰減系數(shù)和該物質(zhì)的線衰減系數(shù)隨能量變化的函數(shù)求出 分解基函數(shù)3， -根據(jù)所求出的分解基函數(shù)S對(duì)每條射線求分解系數(shù)Ai，…，， -對(duì)所述分解系數(shù)Ai，…，Ar進(jìn)行線性組合得到一能量下的單能衰減系數(shù)投影g (巧。
[0009] 根據(jù)所述分解方法的一個(gè)優(yōu)選構(gòu)型，在所述能量范圍[苗M，毎J內(nèi)取/個(gè)能量點(diǎn)， 記為巧,}，1=4,…，J，定義所述分解基函數(shù)為i = {s:'P，按照公式：

【權(quán)利要求】
1. 一種對(duì)物體的X光能譜CT進(jìn)行能譜信息分解的方法，其中所述物體包含/種物質(zhì)， 所述方法具有如下步驟： -確定成像所使用的能量范圍[馬胃，單胃]， -基于物質(zhì)對(duì)X光能量的線衰減系數(shù)和該物質(zhì)的線衰減系數(shù)隨能量變化的函數(shù)求出 分解基函數(shù)8， -根據(jù)所求出的分解基函數(shù)S對(duì)每條射線求分解系數(shù)Ai: - >，A^ -對(duì)所述分解系數(shù)Ai:…，Ar進(jìn)行線性組合得到單能衰減系數(shù)投影g (巧。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能譜信息分解方法，其中在所述能量范圍[毎馬內(nèi)取 J個(gè)能量點(diǎn)，記為巧}，I = 1，...，J，定義所述分解基函數(shù)為S二權(quán)，r}，按照公式：
求出馬W及因此求出分解基函數(shù)g， 其中參量a= 為jxp維矩陣，巧,J.為權(quán)重因子，巧;為物質(zhì)J在能量為巧的X光 下的線衰減系數(shù)，j二1，--?，/。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的能譜信息分解方法，其中將采集數(shù)據(jù)的多個(gè)能窗記為 ，i-二1，2，...，r，f為能窗數(shù)目，將物體的線積分?jǐn)?shù)據(jù)記為Pit，用bjtL表示 的第W3號(hào)元素，對(duì)每條空間射線《 = 求解f個(gè)非線性方程組成的方程組：
得到所述分解系數(shù)Ai，…，Ar，該些分解系數(shù)Ai，…，Ar共為r個(gè)#維向量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的能譜信息分解方法，其中根據(jù)所選擇的能量及計(jì)算在該X光 能量下的被成像物體的單能衰減系數(shù)的投影為：
其中每一個(gè)Sf二{!；'，:，i E [1，/]}相當(dāng)于函數(shù)(巧在巧}，i二1，…，/的 采樣點(diǎn)，并且能通過(guò)插值方式獲得在非采樣點(diǎn)能量的(直）化。

5.基于根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的能譜信息分解方法對(duì)能譜信息進(jìn)行重建的方法，其 中 使用傳統(tǒng)CT重建方法根據(jù)g(巧= (巧重建單能衰減系數(shù)圖像(巧。
【文檔編號(hào)】G01N23/04GK104422704SQ201310365977
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】邢宇翔, 李元吉, 沈樂(lè), 張麗, 陳志強(qiáng) 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司, 清華大學(xué)