一種多能譜ct成像方法及成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多能譜CT成像方法及成像系統(tǒng)，所述多能譜成像方法包括對被測物體掃描、重建基材料的密度圖像最終獲取被測物體的電子密度、等效原子序數(shù)分布或被測物體對單能X射線的線性衰減系數(shù)分布。其中多能譜CT重建方法包括：為待重建基材料的密度圖像賦初值；對估計(jì)圖像進(jìn)行正投影以獲得投影估計(jì)值；估計(jì)重建圖像的誤差；利用重建圖像誤差的估計(jì)更新圖像；重復(fù)上述步驟，直到重建的密度圖像收斂。相應(yīng)的，所述多能譜CT成像系統(tǒng)包括掃描模塊、重建模塊和統(tǒng)計(jì)模塊，其中所述重建模塊又包括初始化模塊、投影模塊、校正模塊和更新模塊。
【專利說明】一種多能譜CT成像方法及成像系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輻射成像領(lǐng)域，具體涉及一種多能譜X射線CT成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)X射線CT使用一個(gè)X射線能譜對被測物體進(jìn)行掃描。重建圖像的CT值與被測物體的材料、密度有關(guān)，與X射線的能譜也有關(guān)。所以，不同物質(zhì)的重建圖像可能具有相同或相似的CT值。這就使得傳統(tǒng)CT無法對其進(jìn)行區(qū)分。然而，多能譜CT使用多個(gè)能譜對被測物體進(jìn)行掃描，因此能夠獲得更多被測物體的信息。利用這些信息可以重建被測物體等效原子序數(shù)和電子密度圖像，或是重建基材料的密度圖像。多能譜CT在骨密度測量、PET衰減矯正、骨髓成分分析，石油巖心分析、安全檢查等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]多能譜CT重建問題是一個(gè)非線性問題。相關(guān)重建方法的研究始于上個(gè)世紀(jì)七十年代。目前較為常用的重建方法有:前處理重建方法和后處理重建方法。前處理重建方法是先由實(shí)際獲得的多能譜投影估計(jì)出基材料密度圖像的投影值，然后利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行重建以獲得基材料的密度圖像。后處理重建方法是先對實(shí)際獲得的多組多能譜投影分別進(jìn)行重建，然后對重建圖像進(jìn)行線性組合以獲得基材料的密度圖像。這兩類方法中都采用了多項(xiàng)式擬合的方法來估計(jì)基材料密度圖像的投影值或是基材料的密度圖像。擬合的精度會受模體形狀、大小、材料等因素的影響，因此重建質(zhì)量難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有多能譜CT圖像重建過程中存在的重建質(zhì)量不高的問題，提供一種可精確實(shí)現(xiàn)圖像重建的多能譜CT成像方法及成像系統(tǒng)。
[0005]為達(dá)上述目的，本發(fā)明提出一種多能譜CT成像方法，包括以下步驟:
[0006]S1:利用多能譜X射線對被測物體掃描，獲取多色投影真實(shí)值；
[0007]S2:根據(jù)真實(shí)的多色投影數(shù)據(jù)，獲取被測物體中各基材料的重建密度圖像；
[0008]S3:根據(jù)各基材料的重建密度圖像獲得被測物體的電子密度、等效原子序數(shù)分布或被測物體對單能X射線的線性衰減系數(shù)分布。
[0009]本發(fā)明提出的一種多能譜CT成像方法，其中，所述步驟S2包括:
[0010]S21:為各基材料的重建密度圖像賦初值，作為各基材料的重建密度圖像估計(jì)值；
[0011]S22:對所述各基材料的重建密度圖像估計(jì)值進(jìn)行正投影，得到各基材料的多色投影估計(jì)值；
[0012]S23:計(jì)算各基材料的多色投影估計(jì)值與多色投影真實(shí)值之間的誤差，以得到各基材料的重建密度圖像估計(jì)值的誤差；
[0013]S24:利用所得各基材料的重建密度圖像估計(jì)值的誤差更新重建各基材料的密度圖像；
[0014]S25:重復(fù)步驟S22-S24，直到重建的各基材料的密度圖像收斂。
[0015]本發(fā)明提出的一種多能譜CT成像方法，其中，步驟S21中所述為各基材料的重建密度圖像賦初值，是指選擇基于投影或者基于圖像的重建方法重建的圖像作為初始圖像，或者以O(shè)作為初始圖像，即圖像中每個(gè)像素值均為O。
[0016]本發(fā)明提出的一種多能譜CT成像方法，其中，步驟S22的正投影過程是非線性的，其公式為
【權(quán)利要求】
1.一種多能譜CT成像方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:利用多能譜X射線對被測物體掃描，獲取多色投影真實(shí)值； S2:根據(jù)真實(shí)的多色投影數(shù)據(jù)，獲取被測物體中各基材料的重建密度圖像； S3:根據(jù)各基材料的重建密度圖像獲得被測物體的電子密度和等效原子序數(shù)分布或被測物體對單能X射線的線性衰減系數(shù)分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多能譜CT成像方法，其特征在于，所述步驟S2包括: S21:為各基材料的重建密度圖像賦初值，作為各基材料的重建密度圖像估計(jì)值； S22:對所述各基材料的重建密度圖像估計(jì)值進(jìn)行正投影，得到各基材料的多色投影估計(jì)值； S23:計(jì)算各基材料的多色投影估計(jì)值與多色投影真實(shí)值之間的誤差，以得到各基材料的重建密度圖像估計(jì)值的誤差； S24:利用所得各基材料的重建密度圖像估計(jì)值的誤差更新重建各基材料的密度圖像； S25:重復(fù)步驟S22-S24，直到重建的各基材料的密度圖像收斂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2 所述的一種多能譜CT成像方法，其特征在于，步驟S21中所述為各基材料的重建密度圖像賦初值，是指選擇基于投影或者基于圖像的重建方法重建的圖像作為初始圖像，或者以O(shè)作為初始圖像，即圖像中每個(gè)像素值均為O。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多能譜CT成像方法，其特征在于，步驟S22的正投影過程是非線性的，其公式為

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多能譜CT成像方法，其特征在于，步驟S23中利用投影Plu估計(jì)的重建圖像的誤差公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多能譜CT成像方法，其特征在于，步驟S24中更新重建圖像的公式為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多能譜CT成像方法，其特征在于，步驟S3中，獲得電子密度圖像和等效原子序數(shù)圖像的公式是
8.一種多能譜CT成像系統(tǒng)，其特征在于，包括: 掃描模塊，對被測物體掃描，以獲取多色投影真實(shí)值； 重建模塊，與所述掃描模塊相連，根據(jù)真實(shí)的多色投影數(shù)據(jù)，獲取被測物體中各基材料的重建密度圖像； 統(tǒng)計(jì)模塊:與所述重建模塊相連，根據(jù)各基材料的重建密度圖像獲得被測物體的電子密度和等效原子序數(shù)分布或被測物體對單能X射線的線性衰減系數(shù)分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種多能譜CT成像系統(tǒng)，其特征在于，所述重建模塊包括: 初始化模塊，為各基材料的重建密度圖像賦初值，作為各基材料的重建密度圖像估計(jì)值； 投影模塊，與所述初始化模塊相連，對所述各基材料的重建密度圖像估計(jì)值進(jìn)行正投影，得到各基材料的多色投影估計(jì)值； 校正模塊，與所述投影模塊相連，計(jì)算各基材料的多色投影估計(jì)值與多色投影真實(shí)值之間的誤差，以得到各基材料的重建密度圖像估計(jì)值的誤差； 更新模塊，與所述校正模塊相連，利用所得各基材料的重建密度圖像估計(jì)值的誤差，經(jīng)過多次迭代更新重建各基材料的密度圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種多能譜CT成像系統(tǒng)，其特征在于，所述初始化模塊是通過選擇基于投影或者基于圖像的重建方法重建的圖像作為初始圖像，或者以O(shè)作為初始圖像來賦初值的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種多能譜CT成像系統(tǒng)，其特征在于，所述投影模塊的正投影過程是非線性的，其公式為
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種多能譜CT成像系統(tǒng)，其特征在于，所述校正模塊中利用投影Pk, i估計(jì)的重建圖像的誤差公式為
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種多能譜CT成像系統(tǒng)，其特征在于，所述更新模塊中更新重建圖像的公式為
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種多能譜CT成像系統(tǒng)，其特征在于，所述統(tǒng)計(jì)模塊中，獲得電子密度圖像和等效原子序數(shù)圖像的公式是
【文檔編號】G01N9/24GK103900931SQ201210576561
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】張朋, 趙云松, 張慧滔 申請人:首都師范大學(xué), 東營市三英精密工程研究中心