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；根據所求出的分解基函數對每條射線求分解系數；對所述分解系數進行線性組合得到單能衰減系數投影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】
[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系。傳統CT使用 具有能譜分布的一個光源進行成像，有時會出現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利用物質在不同能量下的衰減差異能夠獲得 關于物體的多重物理特性參數的分布信息，例如，電子密度分布、等效原子序數分布、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。與傳統的X光 CT成像技術相比，雙能X光CT在其成像功能上的突破對醫(yī)學診斷技術、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注。
[0003] 此外，相對于傳統的單能X光CT成像技術，雙能X光CT成像技術不僅能夠提供被 檢測物體的衰減系數和幾何結構信息，還能夠提供物質組成信息。因此，在安全檢查領域， 雙能X光CT成像技術能夠提供被檢測物的電子密度和有效原子序數信息，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、軟組 織、對比度造影劑等。由此可見，雙能X光CT已經廣泛用于醫(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。
[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 據分別重建衰減系數分布圖像，然后對獲得的K個衰減系數圖像進行綜合計算，計算得到 一系列不同單能圖像（即所謂能譜CT圖像）或者與能量無關的物理量(例如原子序數、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 據解析能量相關信號和能量無關信號（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數據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重建圖像質量的一個重要步驟是信息分解，也就是分離與能量相關 因子和與物質相關因子。兩個主要的物質相關因子是有效原子序數和電子密度該兩個物理 特性參數。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重建圖像的質量，并且造成對電子密度和 等效原子序數該些物理量計算的偏差。


【發(fā)明內容】

[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根據此方法估計 系統誤差幅度，輔助系統設計的能窗選擇，從而優(yōu)化系統性能。結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，所述方法具有如下步驟： -確定成像所使用的能量范圍[馬。。，駕"]， -基于物質對X光能量的線衰減系數和該物質的線衰減系數隨能量變化的函數求出 分解基函數3， -根據所求出的分解基函數S對每條射線求分解系數Ai，…，， -對所述分解系數Ai，…，Ar進行線性組合得到一能量下的單能衰減系數投影g (巧。
[0009] 根據所述分解方法的一個優(yōu)選構型，在所述能量范圍[苗M，毎J內取/個能量點， 記為巧,}，1=4,…，J，定義所述分解基函數為i = {s:'P，按照公式：

【權利要求】
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， 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]， -基于物質對X光能量的線衰減系數和該物質的線衰減系數隨能量變化的函數求出 分解基函數8， -根據所求出的分解基函數S對每條射線求分解系數Ai: - >，A^ -對所述分解系數Ai:…，Ar進行線性組合得到單能衰減系數投影g (巧。
2. 根據權利要求1所述的能譜信息分解方法，其中在所述能量范圍[毎馬內取 J個能量點，記為巧}，I = 1，...，J，定義所述分解基函數為S二權，r}，按照公式：
求出馬W及因此求出分解基函數g， 其中參量a= 為jxp維矩陣，巧,J.為權重因子，巧;為物質J在能量為巧的X光 下的線衰減系數，j二1，--?，/。
3. 根據權利要求2所述的能譜信息分解方法，其中將采集數據的多個能窗記為 ，i-二1，2，...，r，f為能窗數目，將物體的線積分數據記為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Ai，…，Ar，該些分解系數Ai，…，Ar共為r個#維向量。
4. 根據權利要求3所述的能譜信息分解方法，其中根據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的投影為：
其中每一個Sf二{!；'，:，i E [1，/]}相當于函數(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.基于根據權利要求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CT重建方法根據g(巧= (巧重建單能衰減系數圖像(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:同方威視技術股份有限公司, 清華大學