对x光能谱ct的能谱信息进行分解的方法和对应的重建方法
【专利摘要】本发明涉及一种X光能谱CT的能谱信息分解方法，该方法包括以下步骤：确定成像所使用的能量范围；求解分解基函数；根据所求出的分解基函数对每条射线求分解系数；对所述分解系数进行线性组合得到单能衰减系数投影g。此外，本发明还涉及一种基于本发明的能谱信息分解方法来重建能谱信息的方法。
【专利说明】对X光能谱CT的能谱信息进行分解的方法和对应的重建方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及断层影像（CT)重建的领域，具体地涉及一种对X光能谱CT的能谱信 息进行分解的方法W及一种对应的重建方法。
【背景技术】
[0002] 断层影像的图像对比度与扫描所用的X光源能谱分布有很大关系。传统CT使用 具有能谱分布的一个光源进行成像，有时会出现信息模糊致使两种不同材料在CT图像上 完全相同，相对于此，双能CT使用两个不同分布的能谱对物体进行成像，能够消除单能谱 情况下的信息模糊。双能和多能X光能谱CT利用物质在不同能量下的衰减差异能够获得 关于物体的多重物理特性参数的分布信息，例如，电子密度分布、等效原子序数分布、多个 能量下的单能衰减图像。该样，双能和多能X光CT能够被用来进行传统CT的射线硬化校 正、临床高对比度能谱CT图像获取、工业和安检的特殊和危险物品检测等。与传统的X光 CT成像技术相比，双能X光CT在其成像功能上的突破对医学诊断技术、无损检测、安全检查 等应用都具有重大意义，因此在近年来得到越来越广泛的关注。
[0003] 此外，相对于传统的单能X光CT成像技术，双能X光CT成像技术不仅能够提供被 检测物体的衰减系数和几何结构信息，还能够提供物质组成信息。因此，在安全检查领域， 双能X光CT成像技术能够提供被检测物的电子密度和有效原子序数信息，从而进行危险物 品的识别；另外，在医疗领域，双能X光CT能够提供不同组织成分的图像，例如骨质、软组 织、对比度造影剂等。由此可见，双能X光CT已经广泛用于医学和安监等领域。而多能(谱） CT目前主要处于实验系统研究和原型样机研究，仅个别公司刚刚推出了第一款商业系统。
[0004] 目前，能谱CT重建主要有S种方法： 1) 后处理方法；从K个（K > 2; K=2时为双能CT的情况）不同能量X射线下采集的数 据分别重建衰减系数分布图像，然后对获得的K个衰减系数图像进行综合计算，计算得到 一系列不同单能图像（即所谓能谱CT图像）或者与能量无关的物理量(例如原子序数、电子 密度）的分布图像； 2) 前处理方法；从K个（K > 2; K=2时为双能CT的情况）不同能量X射线下采集的数 据解析能量相关信号和能量无关信号（也就是所谓的双能分解或多能分解)，解析后的信号 属于投影域，对解析后的信号利用传统CT重建算法进行重建； 3) 综合迭代法；对多个不同能量下的CT数据直接使用迭代方法进行重建，但此方法计 算量远大于前两种。
[0005] 目前使用较多的是第二种方法，一方面它比第一种方法准确，能更好地去除X光 多色谱或者宽谱的影响；另一方面，它相对第H种方法计算量较少。
[0006] 决定能谱CT重建图像质量的一个重要步骤是信息分解，也就是分离与能量相关 因子和与物质相关因子。两个主要的物质相关因子是有效原子序数和电子密度该两个物理 特性参数。目前的分解方法主要有基材料分解和双效应分解，或者两者结合。但是该样的 分解方式都存在比较大的分解误差，影响能谱CT重建图像的质量，并且造成对电子密度和 等效原子序数该些物理量计算的偏差。
【发明内容】
[0007] 因此为了解决上述问题，本发明提供一种新的X光能谱CT的能谱信息分解方法。 该方法一方面提高分解的准确性，降低能谱CT重建误差；另一方面，可W根据此方法估计 系统误差幅度，辅助系统设计的能窗选择，从而优化系统性能。结合此能谱信息分解的方法 适用于所有CT扫描轨道。
[0008] 在根据本发明的对物体的X光能谱CT的能谱信息进行分解的方法中，其中所述物 体包含J种物质，所述方法具有如下步骤： -确定成像所使用的能量范围[马。。，驾"]， -基于物质对X光能量的线衰减系数和该物质的线衰减系数随能量变化的函数求出 分解基函数3， -根据所求出的分解基函数S对每条射线求分解系数Ai，…，， -对所述分解系数Ai，…，Ar进行线性组合得到一能量下的单能衰减系数投影g (巧。
[0009] 根据所述分解方法的一个优选构型，在所述能量范围[苗M，毎J内取/个能量点， 记为巧,}，1=4,…，J，定义所述分解基函数为i = {s:'P，按照公式：
【权利要求】
1. 一种对物体的X光能谱CT进行能谱信息分解的方法，其中所述物体包含/种物质， 所述方法具有如下步骤： -确定成像所使用的能量范围[馬胃，單胃]， -基于物质对X光能量的线衰减系数和该物质的线衰减系数随能量变化的函数求出 分解基函数8， -根据所求出的分解基函数S对每条射线求分解系数Ai: - >，A^ -对所述分解系数Ai:…，Ar进行线性组合得到单能衰减系数投影g (巧。
2. 根据权利要求1所述的能谱信息分解方法，其中在所述能量范围[毎馬内取 J个能量点，记为巧}，I = 1，...，J，定义所述分解基函数为S二权，r}，按照公式：
求出马W及因此求出分解基函数g， 其中参量a= 为jxp维矩阵，巧,J.为权重因子，巧;为物质J在能量为巧的X光 下的线衰减系数，j二1，--?，/。
3. 根据权利要求2所述的能谱信息分解方法，其中将采集数据的多个能窗记为 ，i-二1，2，...，r，f为能窗数目，将物体的线积分数据记为Pit，用bjtL表示 的第W3号元素，对每条空间射线《 = 求解f个非线性方程组成的方程组：
得到所述分解系数Ai，…，Ar，该些分解系数Ai，…，Ar共为r个#维向量。
4. 根据权利要求3所述的能谱信息分解方法，其中根据所选择的能量及计算在该X光 能量下的被成像物体的单能衰减系数的投影为：
其中每一个Sf二{!；'，:，i E [1，/]}相当于函数(巧在巧}，i二1，…，/的 采样点，并且能通过插值方式获得在非采样点能量的(直）化。
5.基于根据权利要求1至4之一的能谱信息分解方法对能谱信息进行重建的方法，其 中 使用传统CT重建方法根据g(巧= (巧重建单能衰减系数图像(巧。
【文档编号】G01N23/04GK104422704SQ201310365977
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】邢宇翔, 李元吉, 沈乐, 张丽, 陈志强 申请人:同方威视技术股份有限公司, 清华大学