一種x光雙能ct重建方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于自先驗(yàn)信息的X光雙能CT重建方法，能夠利用數(shù)據(jù)內(nèi)在的信息提供先驗(yàn)?zāi)Ｐ?，從而獲得高質(zhì)量的重建圖像。本發(fā)明的X光雙能CT重建方法具有如下步驟：（a）進(jìn)行能譜標(biāo)定和雙能查找表建立；（b）利用雙能CT成像系統(tǒng)的探測(cè)器采集得到雙能CT成像系統(tǒng)的高能數(shù)據(jù) p H以及低能數(shù)據(jù) p L；（c）根據(jù)所得到的所述高能數(shù)據(jù) p H以及所述低能數(shù)據(jù) p L得到比例圖像 r 1以及 r 2的投影圖像 R 1以及 R 2；（d）利用第一局部平滑限制條件重建比例圖像 r 2，由此，得到電子密度圖；（e）利用第二局部平滑限制條件重建比例圖像 r 1，由此，得到等效原子序數(shù)圖像。在本發(fā)明中，有效地利用數(shù)據(jù)固有信息，能夠在保持分辨率的情況下有效地抑制雙能重建圖像的噪聲。
【專利說明】-種X光雙能CT重建方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及斷層影像（CT)重建的方法，特別涉及一種基于自先驗(yàn)信息的X光雙能 CT重建方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 斷層影像（CT)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，而雙能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X光斷層成像技術(shù)（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。這樣，雙能X光CT能夠被用來進(jìn)行傳統(tǒng)CT的射線硬化校正、臨床 高對(duì)比度能譜圖像獲取、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CT在其成像功能上的突破對(duì)醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)、無損檢測(cè)、以及安全檢查等應(yīng)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。此外，雙能X光CT的重建方法是當(dāng) 前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
[0003] 就目前來說，雙能CT重建主要有如下三種途徑。（1)后處理方法：從低能數(shù)據(jù)和 高能數(shù)據(jù)分別重建衰減系數(shù)分布圖像，然后，對(duì)這兩個(gè)衰減系數(shù)分布圖像進(jìn)行綜合計(jì)算，由 此，能夠獲得單能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：從低能數(shù)據(jù)和高能數(shù)據(jù)來解析能量相關(guān)和能量無關(guān)信號(hào)(也就是所謂的雙 能分解)，解析后的信號(hào)屬于投影域，然后，利用傳統(tǒng)的CT重建方法對(duì)解析后的信號(hào)進(jìn)行重 建；（3)綜合迭代法；對(duì)低能數(shù)據(jù)和高能數(shù)據(jù)直接使用迭代方法進(jìn)行重建。目前，被廣泛采 用的是前處理方法，這是因?yàn)榍疤幚矸椒ū群筇幚矸椒ǜ訙?zhǔn)確，能夠更好地去除X光寬 譜的影響，另一方面，前處理方法相對(duì)于綜合迭代法計(jì)算量較少。
[0004] 目前，關(guān)于雙能分解，有基材料分解和雙效應(yīng)分解這兩種分解方式(例如，參照非 專利文獻(xiàn)1)。但是，在雙效應(yīng)分解方法中，通常等效原子序數(shù)重建圖像的信噪比差，相對(duì)于 此，電子密度圖像具有比較好的信噪比(例如，參照非專利文獻(xiàn)2)。此外，在雙能CT重建中， 能夠利用蒙特卡羅（MonteCarlo)方法或者實(shí)驗(yàn)方法估計(jì)雙能CT系統(tǒng)的能譜數(shù)據(jù)，此外，也 可以建立查找表(例如，參照非專利文獻(xiàn)2、3)。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 非專 利文獻(xiàn) 1 :Y. Xing, L. Zhang, X. Duan, J. Cheng, Z. Chen, "A reconstruction method for dual high-energy CT with Mev X-rays, IEEE Trans Nucl. Sci. vol. 58，no. 2，pp537_546，2011.; 非專利文獻(xiàn)2 :張國(guó)偉，雙能X射線成像算法及應(yīng)用研究[D]，北京：清華大學(xué)工程物理 系，2008 ; 非專利文獻(xiàn) 3 :G. Zhang，Z. Chen，L. Zhang，and J. Cheng，Exact Reconstruction for Dual Energy Computed Tomography Using an H_L Curve Method， 2006 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record， pp. M14-462， 2006。
[0006] 此外，在雙能CT重建中，兩個(gè)主要物理特性參數(shù)是等效原子序數(shù)和電子密度，由 于在雙能分解的過程中帶有很強(qiáng)的不平衡性，因此，導(dǎo)致雙能CT重建圖像的噪聲被放大， 特別是等效原子序數(shù)分布的噪聲被放大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種雙能CT重建方法，能 夠利用數(shù)據(jù)內(nèi)在的信息提供先驗(yàn)?zāi)Ｐ?，從而獲得高質(zhì)量的重建圖像。
[0008] 本發(fā)明提供一種X光雙能CT重建方法，其特征在于，具有如下步驟： (a) 利用雙能CT成像系統(tǒng)的探測(cè)器采集得到雙能CT成像系統(tǒng)的高能數(shù)據(jù)pH以及低能 數(shù)據(jù)PL ; (b) 根據(jù)所得到的所述高能數(shù)據(jù)pH以及所述低能數(shù)據(jù)九得到比例圖像ri以及r2的投 影圖像札以及R 2 ; (c) 利用第一局部平滑限制條件重建比例圖像r2，并且，得到分解系數(shù)ai ; (d) 利用第二局部平滑限制條件重建比例圖像ri，并且，得到分解系數(shù)a2。
[0009] 此外，在本發(fā)明的X光雙能CT重建方法中，其特征在于， 比例圖像巧以及r2以如下的式（4)定義，

【權(quán)利要求】
1. 一種X光雙能CT重建方法，其特征在于，具有如下步驟： (a) 利用雙能CT成像系統(tǒng)的探測(cè)器采集得到雙能CT成像系統(tǒng)的高能數(shù)據(jù)pH以及低能 數(shù)據(jù)PL ; (b) 根據(jù)所得到的所述高能數(shù)據(jù)pH以及所述低能數(shù)據(jù)九得到比例圖像ri以及r2的投 影圖像札以及R2 ; (c) 利用第一局部平滑限制條件重建比例圖像r2，并且，得到分解系數(shù)ai ; (d) 利用第二局部平滑限制條件重建比例圖像ri，并且，得到分解系數(shù)a2。
2. 如權(quán)利要求1所述的X光雙能CT重建方法，其特征在于， 比例圖像巧以及r2以如下的式（4)定義，
投影圖像&以及R2以如下的式（6)定義， % 三 II;。 , (6)， R2 = H；,r2 其中，= Hdiagh + e) , H; =Hdiag(w2 + e)，H是投影矩陣，ai和a2為分解系 數(shù)，e為一個(gè)小值常系數(shù)向量，％和為能夠任意選擇的向量， 在所述步驟（c)中，以作為第一局部平滑限制條件的下式（9)重建r2，
3. 如權(quán)利要求2所述的X光雙能CT重建方法，其特征在于， 在所述步驟（c)中，根據(jù)所述高能數(shù)據(jù)pH重建高能情況下的有效線衰減系數(shù)y H，并且， 選擇，以作為第一局部平滑限制條件的式（9)重建r2。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的X光雙能CT重建方法，其特征在于， 在上述步驟（d)中，取= a2并且以作為第二局部平滑限制條件的式（8)重建
5. 如權(quán)利要求2或3所述的X光雙能CT重建方法，其特征在于， 還具有如下步驟：利用雙效應(yīng)分解，根據(jù)a2 = r2Xdiag ( c〇2+ e )以及p e = 2a2得到 電子密度圖Pe。
6. 如權(quán)利要求2或3所述的X光雙能CT重建方法，其特征在于， 還具有如下步驟：利用雙效應(yīng)分解，根據(jù)
來得到等效原子序 數(shù)圖z6ff。
7. 如權(quán)利要求4所述的X光雙能CT重建方法，其特征在于， 還具有如下步驟：利用雙效應(yīng)分解，根據(jù)a2 = r2Xdiag ( c〇2+ e )以及p e = 2a2得到 電子密度圖Pe。
8. 如權(quán)利要求4所述的X光雙能CT重建方法，其特征在于， 還具有如下步驟：利用雙效應(yīng)分解，根據(jù)來得到等效原子序數(shù) 圖 Zeff。
9. 如權(quán)利要求2所述的X光雙能CT重建方法，其特征在于， 在所述步驟（d)中，根據(jù)所述高能數(shù)據(jù)pH重建高能情況下的有效線衰減系數(shù)，取 =并且以作為第二局部平滑限制條件的下式（8)重建ri，
等效原子序數(shù)圖Zrff。
10. 如權(quán)利要求2所述的X光雙能CT重建方法，其特征在于， 在所述步驟（c)和步驟（d)中，利用ART+TV法對(duì)ri和r2進(jìn)行重建。
11. 如權(quán)利要求2所述的X光雙能CT重建方法，其特征在于， 在所述步驟（c)和步驟（d)中，利用split Bregman方法對(duì)和;r2進(jìn)行重建。
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK104346820SQ201310318608
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】刑宇翔, 沈樂, 張麗, 陳志強(qiáng), 李亮 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 同方威視技術(shù)股份有限公司