一种x射线双能ct成像抑制金属效应方法
【专利摘要】本发明涉及一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，包括：（1）对行包进行X射线双能扫描，获得双能投影数据；（2）确定双能投影数据中存在的金属投影区域；（3）利用金属投影区域之外的双能投影数据进行迭代重建；（4）获得抑制金属效应后的CT切片，根据双能成像原理，计算原子系数信息。本发明的有益效果在于：提供了一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，所述方法可以减少CT切片上的条状伪影，提高金属物体存在时的原子系数探测精度。
【专利说明】一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种辐射成像方法，尤其涉及一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法。
【背景技术】
[0002]X射线成像技术在安全检查领域发挥着重要作用。二十世纪八、九十年代，单个视角和多个视角的X射线透视安检成像设备是应用的主流。2001年，美国发生了 9.11恐怖袭击事件，使得航空安全问题引起了高度的关注，自此，CT (Computed Tomography)型爆炸物探测设备EDS (Explosive Detection Systems)得到广泛的应用。相对于传统的透视成像设备，CT型EDS设备探测率高、误报率低，且其通过率可高达每小时1800个包。在未来的X射线安检成像领域中，CT技术将是一个重要的发展方向。
[0003]早期的CT型EDS设备采用单能谱成像，通过单能谱CT切片反映的物体密度信息，结合物体的体积、形状等其它信息，实现危险品的自动探测。当前的CT型EDS设备主要采用双能谱成像，能通过CT切片同时反映物体的密度信息和原子系数信息。因为双能谱成像技术增加了一个物体的可探测属性信息——原子系数信息，故相对于单能谱CT型EDS设备，双能谱CT型EDS设备在保证探测率的同时，能够大大降低了误报率，减少安检流程中的人工开包量。
[0004]中国专利申请号为201310045118.1的专利申请公开了一种X射线CT金属伪影的处理方法，包括:(I)获取CT机系统参数、不同扫描时段的不含金属的投影数据和含金属的投影数据；(2)进行图像重建并对含有金属的CT图像进行分割处理得到金属的图像；同时给出含有对应于金属的投影数据的位置标记；(3)进行归一化处理生成归一化的投影数据；(4)对归一化的投影数据在位置标记处采用数据插值处理，获取插值处理后的投影数据；(5)去归一化处理，获得去归一化的插值投影数据；(6)将去归一化的插值投影数据进行图像重建，获取不含金属的CT图像；(7)将金属的图像与不含金属的CT图像进行合成处理，获取最终CT图像。
[0005]中国专利申请号为201210475483.1的专利申请公开了一种锥束CT系统的金属伪影校正方法，包括:从原始正投影图像f(x，y)中分离出金属投影图像M(x，y);对金属投影图像M(x，y)进行重建，得到金属部分的CT重建图像XMetal ;将原始正投影图像f (x，y)减去金属投影图像M(x，y)，即得到不含金属部分的投影图像fres(x，y);对不含金属部分的投影图像fresU，y)进行重建，得到不含金属部分的CT图像Xres;及将金属部分CT图像XMetal与不含金属部分的CT图像Xres相加，即得到金属伪影校正后的最终CT重建图像Xcorrection0
[0006]中国专利申请号为201110123647.X的专利申请公开了一种锥束CT系统的金属伪影校正方法，包括在不同的平均X射线能量时产生两个CT图像数据组。通过将这两个CT图像数据组加权地组合来计算出新的CT图像数据组。在此在加权的组合中所采用的加权因子被选择为，使得在该新的CT图像数据组中的图像伪影与在两个原始CT图像数据组中的图像伪影相比明显减少。
[0007]上述公开的金属伪影校正方法专利申请依然存在以下缺陷:现有方法都是针对金属效应中的一个方面——金属伪影进行抑制。而在安检CT成像技术中，不仅需要抑制金属伪影，以分析物体的形貌结构，同时更重要的是要精确探测行包中物体的原子系数，抑制金属物体对原子系数探测精度的影响，而上诉方法都没有在安检CT成像技术中解决这一问题。
【发明内容】
[0008]本发明为一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，包括:
[0009](I)、对行包进行X射线双能扫描，获得双能投影数据；
[0010](2)、确定双能投影数据中存在的金属投影区域；
[0011](3)、利用金属投影区域之外的双能投影数据进行迭代重建；
[0012](4)、获得抑制金属效应后的CT切片，根据双能成像原理，计算原子系数信息。
[0013]进一步地，所述确定金属投影区域为对双能投影数据进行重叠剥离，得到被透射材料的真灰度；根据高低能投影数据估计物体的原子序数，根据估计出的原子序数信息判断该区域是否为金属区域；计算真灰度的方法为P = (Ι/ΙΒ).I。，I为重叠区域灰度，Ib为识别的背景区域灰度，10为射线场亮场灰度。
[0014]进一步地，所述确定金属投影区域可以为采用FBP算法对高能投影数据或者低能投影数据进行CT重建，获得高能CT切片或者低能CT切片；采用阈值分割的方法从高能CT切片或者低能CT切片中确定金属位置；根据系统几何结构和金属在CT切片中的位置，采用正投影的方法，确定双能投影数据中的金属投影区域。
[0015]进一步地，所述进行迭代重建包括:
[0016](I)、对不包含金属投影区域的双能投影数据进行双能分解；
[0017]( 2 )、对双能分解后的投影数据进行迭代重建。
[0018]进一步地，所述双能分解采用基材料分解或者基效应分解。
[0019]进一步地，所述进行迭代重建为采用ART算法，在迭代重建过程中添加切片值范围约束和总变分最小化约束。
[0020]本发明有益效果在于:提供了一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，所述方法可以减少CT切片上的条状伪影，提高金属物体存在时的原子系数探测精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]附图1所示为本发明所述一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法计算流程图。
[0022]附图2所示为本发明所述一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法具体实施例计算流程图。
[0023]附图标记如下:101-进行X射线双能扫描，获得双能投影数据、102-确定双能投影数据中存在的金属投影区域、103-存在金属区域、104-利用金属投影区域之外的双能投影数据进行迭代重建、105-利用常规FBP方法对数据进行双能重建、106-获得抑制金属效应后的CT切片，根据双能成像原理，计算原子系数信息、201-双能安检CT设备采用夹心探测器的双能成像模式、202-将包裹放置在安检CT设备传送带上进行双能扫描、203-对高能投影数据进行阈值分割，获得可能存在的金属投影区域、204-存在金属区域、205-利用常规FBP方法对行包数据进行双能重建、206-分离出高能和低能投影数据中不包含金属的投影区域、207-利用双能分解获得光电系数投影和康普顿系数投影、208-获得光电系数切片和康普顿系数切片、209-ART迭代重建、210-获得不包含金属影响的原子系数图、211-结合密度、体积、形状进行危险品判定识别。
【具体实施方式】
[0024]以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]如图1、图2所示，一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，包括:
[0026](I)、对行包进行X射线双能扫描，获得双能投影数据；
[0027](2)、确定双能投影数据中存在的金属投影区域；
[0028](3)、利用金属投影区域之外的双能投影数据进行迭代重建；
[0029](4)、获得抑制金属效应后的CT切片，根据双能成像原理，计算原子系数信息。
[0030]所述确定金属投影区域为对双能投影数据进行重叠剥离，得到被透射材料的真灰度；根据高低能投影数据估计物体的原子序数，根据估计出的原子序数信息判断该区域是否为金属区域；计算真灰度的方法为P = (Ι/ΙΒ).I。，I为重叠区域灰度，Ib为识别的背景区域灰度，10为射线场亮场灰度。
[0031]产生双能投影数据有三种方式:1、X射线源快速切换，在不同的高压下，交替产生两种不同的能谱；2、采用三明治探测器，即双层X射线探测器，在这两层探测器中间添加一个X射线过滤板，通过过滤板对X射线的吸收作用，获得两种不同能谱下的投影；3、采用能量分辨探测器，直接获得多个不同能量段下的投影信息。
[0032]金属效应的存在，一是因为金属对X射线的衰减效应强，使得金属投影区域光子数很少，投影信噪比低；二是因为在双能CT分解中，金属的基材料分解系数和基效应分解系数都和其它材料差别很大，从而影响其它材料物理属性即原子系数的检测精度。本发明中，金属投影区域的投影数据不可靠，采取直接丢弃金属投影区域的投影数据的方式，而仅使用不包含金属区域的投影数据进行双能CT重建。首先，利用高能和低能投影数据中的非金属区域数据，进行双能分解，可采用基材料分解方法一碳和铝，或者采用基效应分解方法一光电效应和康普顿效应。此时，获得了两幅不完备的双能投影分解图。现有的迭代重建技术在不完备投影数据重建方面具有很好的效果，此处将迭代重建技术和双能成像技术相结合，使用ART分别重建两幅不完备的双能投影分解图，分别获得针对基材料的碳切片和铝切片，或者获得针对基效应的光电系数切片和康普顿系数切片。为了使得迭代重建收敛，可同时采用两种方法:一是限定重建切片的数据范围，比如对光电系数和康普顿系数做非负限定；二是采用TV (total variation)最小化约束。
[0033]所述确定金属投影区域可以为采用FBP算法对高能投影数据或者低能投影数据进行CT重建，获得高能CT切片或者低能CT切片；采用阈值分割的方法从高能CT切片或者低能CT切片中确定金属位置；根据系统几何结构和金属在CT切片中的位置，采用正投影的方法，确定双能投影数据中的金属投影区域。
[0034]获得行包的双能投影数据后，可以通过以下两种方法确定投影数据中的金属区域:1、因为金属对X射线的衰减很强，故在探测器上获得的投影光强信号上，金属区域灰度很低，采用常用的阈值分割方法就可以将金属投影区域分割出来，为保证分割区域的完整性，可辅助使用形态学中的腐蚀、膨胀操作；2、先采用FBP方法快速重建行包的高能或低能衰减CT图像，对高能或低能衰减CT图像进行阈值分割，获得金属在CT切片上的区域，最后根据CT系统几何结构和金属在CT切片上的位置，采用正向投影的方法确定金属在原始双能投影数据上的投影区域。
[0035]所述进行迭代重建包括:
[0036](I)、对不包含金属投影区域的双能投影数据进行双能分解；
[0037]( 2 )、对双能分解后的投影数据进行迭代重建。
[0038]所述双能分解采用基材料分解或者基效应分解。
[0039]利用迭代重建获得的碳切片图像和铝切片图像，或者是光电系数切片图像和康普顿系数切片图像，根据如下双能公式，计算物体的原子系数信息:
【权利要求】
1.一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，其特征在于，所述方法包括: (1)、对行包进行X射线双能扫描，获得双能投影数据； (2)、确定双能投影数据中存在的金属投影区域； (3 )、利用金属投影区域之外的双能投影数据进行迭代重建； (4)、获得抑制金属效应后的CT切片，根据双能成像原理，计算原子系数信息。
2.根据权利要求1所述的一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，其特征在于，所述确定金属投影区域为对双能投影数据进行重叠剥离，得到被透射材料的真灰度；根据高低能投影数据估计物体的原子序数，根据估计出的原子序数信息判断该区域是否为金属区域；计算真灰度的方法为P = (I/IB).10, I为重叠区域灰度，Ib为识别的背景区域灰度，10为射线场亮场灰度。
3.根据权利要求1所述的一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，其特征在于，所述确定金属投影区域可以为采用FBP算法对高能投影数据或者低能投影数据进行CT重建，获得高能CT切片或者低能CT切片；采用阈值分割的方法从高能CT切片或者低能CT切片中确定金属位置；根据系统几何结构和金属在CT切片中的位置，采用正投影的方法，确定双能投影数据中的金属投影区域。
4.根据权利要求1所述的一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，其特征在于，所述进行迭代重建包括: (I)、对不包含金属投影区域的双能投影数据进行双能分解； (2 )、对双能分解后的投影数据进行迭代重建。
5.根据权利要求4所述的一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，其特征在于，所述双能分解采用基材料分解或者基效应分解。
6.根据权利要求4所述的一种X射线双能CT成像抑制金属效应方法，其特征在于，所述进行迭代重建为采用ART算法，在迭代重建过程中添加切片值范围约束和总变分最小化约束。
【文档编号】G06T11/00GK103700124SQ201310741006
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】李斌, 李保磊, 莫阳, 张耀军 申请人:公安部第一研究所, 北京中盾安民分析技术有限公司