對x光能譜ct的能譜信息進行分解的方法和對應的重建方法
【專利摘要】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)對每條射線求分解系數(shù)；對所述分解系數(shù)進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重建能譜信息的方法。
【專利說明】對X光能譜CT的能譜信息進行分解的方法和對應的重建方 法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及斷層影像（CT)重建的領域，具體地涉及一種對X光能譜CT的能譜信 息進行分解的方法W及一種對應的重建方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 斷層影像的圖像對比度與掃描所用的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光源進行成像，有時會出現(xiàn)信息模糊致使兩種不同材料在CT圖像上 完全相同，相對于此，雙能CT使用兩個不同分布的能譜對物體進行成像，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 能量下的單能衰減圖像。該樣，雙能和多能X光CT能夠被用來進行傳統(tǒng)CT的射線硬化校 正、臨床高對比度能譜CT圖像獲取、工業(yè)和安檢的特殊和危險物品檢測等。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醫(yī)學診斷技術(shù)、無損檢測、安全檢查 等應用都具有重大意義，因此在近年來得到越來越廣泛的關(guān)注。
[0003] 此外，相對于傳統(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，在安全檢查領域， 雙能X光CT成像技術(shù)能夠提供被檢測物的電子密度和有效原子序數(shù)信息，從而進行危險物 品的識別；另外，在醫(yī)療領域，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、對比度造影劑等。由此可見，雙能X光CT已經(jīng)廣泛用于醫(yī)學和安監(jiān)等領域。而多能(譜） CT目前主要處于實驗系統(tǒng)研究和原型樣機研究，僅個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（K > 2; K=2時為雙能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，然后對獲得的K個衰減系數(shù)圖像進行綜合計算，計算得到 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（K > 2; K=2時為雙能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)信號和能量無關(guān)信號（也就是所謂的雙能分解或多能分解)，解析后的信號 屬于投影域，對解析后的信號利用傳統(tǒng)CT重建算法進行重建； 3) 綜合迭代法；對多個不同能量下的CT數(shù)據(jù)直接使用迭代方法進行重建，但此方法計 算量遠大于前兩種。
[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，它相對第H種方法計算量較少。
[0006] 決定能譜CT重建圖像質(zhì)量的一個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，并且造成對電子密度和 等效原子序數(shù)該些物理量計算的偏差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此為了解決上述問題，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 系統(tǒng)誤差幅度，輔助系統(tǒng)設計的能窗選擇，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)明的對物體的X光能譜CT的能譜信息進行分解的方法中，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對每條射線求分解系數(shù)Ai，…，， -對所述分解系數(shù)Ai，…，Ar進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優(yōu)選構(gòu)型，在所述能量范圍[苗M，毎J內(nèi)取/個能量點， 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. 一種對物體的X光能譜CT進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對每條射線求分解系數(shù)Ai: - >，A^ -對所述分解系數(shù)Ai:…，Ar進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個能量點，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)的多個能窗記為 ，i-二1，2，...，r，f為能窗數(shù)目，將物體的線積分數(shù)據(jù)記為Pit，用bjtL表示 的第W3號元素，對每條空間射線《 = 求解f個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#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Sf二{!；'，:，i E [1，/]}相當于函數(shù)(巧在巧}，i二1，…，/的 采樣點，并且能通過插值方式獲得在非采樣點能量的(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能譜信息進行重建的方法，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】G01N23/04GK104422704SQ201310365977
【公開日】2015年3月18日 申請日期: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, 張麗, 陳志強 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司, 清華大學