基于康普顿背散射扫描的医学CT机的图像重建方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及基于康普顿背散射扫描的医学CT机的图像重建方法和系统，该方法是在被测目标一侧的X射线源发射的X射线经被测目标后的背散射光被同侧的探测器接收，并基于康普顿背散射微分截面算法进行校准计算得到校准系数，再结合线性减弱系数与被测目标电子密度的正比例关系计算得到线性减弱系数，然后以X射线经被测目标另一侧的透射测量结果为基准确定深度修正因子以对线性减弱系数进行深度修正，在深度修正后再基于坐标重建线性减弱系数的分布图像以实现图像重建。该方法以康普顿背散射扫描原理为依据，无需作散射修正和各种伪影修正且对环境设备等应用条件要求较低，数学计算简单，扫描成像迅速，图像质量好且保真度高。

Image Reconstruction Method and System of Medical CT Based on Compton Backscatter Scanning

【技术实现步骤摘要】
基于康普顿背散射扫描的医学CT机的图像重建方法和系统
本专利技术涉及医学成像
，具体涉及一种基于康普顿背散射扫描的医学CT机的图像重建方法和系统。
技术介绍
CT(ComputedTomography)，即计算机断层扫描成像技术，它是利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断层扫描，进而产生医学影像作为诊断参考的一种技术手段，可用于多种疾病的检查。目前，CT因其扫描快、图像清晰等特点广泛应用于我国各大城市。对肿瘤、囊肿等多种病变，CT可查明大小、形态、数目和手术切除的可能性，其应用奠定了现代医学影像学的基础，大大增加了疾病早期发现的可能性和诊断的正确性。目前，国内外所用的医学CT机，无论是常规CT机，还是多排螺旋CT，或者是口腔锥束CT—CBCT机，都是基于射线透射吸收原理的TR—CT机。在TR—CT机中，X射线机与探测器阵列分别置于被检测人体的两侧，图像重建依赖于数学算法，理论基础是雷当(Radon)变换，其实质是把二维问题转化为一维问题，即把二维积分方程组转化为一维线性代数方程组，求解线性减弱系数。常用的图像重建方法很多，例如最简单的代数重建法ART(如投影迭代法，异步迭代法，同步迭代法)、完全数据重建的解析法(如最常见的滤波反投影法FBP，卷积反投影法CBP)、不完全投影重建(如最大熵法，改进的压缩恢复法，频谱外推法)等等，一系列的图像重建算法，实质上是求线性减弱系数μ值的分布图像。这种基于射线透射吸收原理的CT机的图像重建，须在算法中作大量散射修正和各种伪影修正；为减少图像伪影，此方法还必须配备价格昂贵的精密扫描定位床，其旋转中心需要与被检测物的质心精确重合(即笛卡尔坐标系转换为极坐标系时，坐标原点严格保持不变)，操作条件苛刻、成本过高；为提高图像质量，还需要增加射线源和探测器阵列围绕人体所作旋转扫描的次数及单次扫描的时间，扫描剂量大、时间长，易影响人体健康；此方法中大剂量旋转扫描会产生大量数据，计算机运算量大，图像重建速度慢。
技术实现思路
本专利技术针对国内外现有基于射线透射吸收原理的CT机的图像重建方法须在算法中作大量散射修正和各种伪影修正，操作条件苛刻、成本过高，所需扫描次数多、时间长，运算量大、图像重建速度慢等不足，提供一种医学CT机的图像重建方法，以康普顿背散射扫描原理为依据，不须作散射修正和各种伪影修正且对环境设备等应用条件要求较低，数学计算简单，扫描成像迅速，图像质量好且保真度高。本专利技术还涉及一种基于康普顿背散射扫描的医学CT机的图像重建系统。本专利技术的技术方案如下：一种基于康普顿背散射扫描的医学CT机的图像重建方法，是在被测目标一侧的X射线源发射的X射线经被测目标后的背散射光被同侧的探测器接收并转换为背散射光能量值输出，并基于康普顿背散射微分截面算法以及X射线源的发射强度和探测器输出的背散射光能量值进行校准计算得到校准系数，再利用计算得到的校准系数以及测量实际环境条件下的X射线经被测目标后的背散射的光子数并结合线性减弱系数与被测目标电子密度的正比例关系计算得到线性减弱系数，然后以X射线经被测目标另一侧的透射测量结果为基准确定深度修正因子并根据确定的所述深度修正因子对线性减弱系数进行深度修正，在深度修正后再基于坐标重建线性减弱系数的分布图像以实现图像重建。所述基于康普顿背散射扫描的医学CT机的图像重建方法包括以下步骤：第一步骤：将X射线源与探测器设置于被测目标的同一侧，将一透射测量装置放置在被测目标另一侧与X射线源相对位置，准备测量环境，X射线源发射X射线，探测器接收X射线经被测目标后的背散射光并将其转换为背散射光能量值输出，透射测量装置测量X射线经被测目标后的透射光并将其转换为透射光能量值输出；第二步骤：测量或设定X射线源的发射强度和背散射角度，结合第一步骤探测器输出的背散射光能量值，基于康普顿背散射微分截面算法进行校准计算得到校准系数；第三步骤：根据康普顿背散射扫描原理，建立X射线经被测目标发生背散射的光子数与被测目标电子密度的函数关系，所述函数关系也与校准系数相关联，通过测量实际环境条件下的X射线经被测目标后的背散射的光子数并结合第二步骤计算得到的校准系数，获得被测目标电子密度；第四步骤：根据康普顿背散射原理中X射线经被测目标后的背散射的线性减弱系数与被测目标电子密度之间的正比例关系，经数字化因子求得正比例系数，获得线性减弱系数；第五步骤：以透射测量装置输出的透射光能量值为基准确定深度修正因子，并根据确定的所述深度修正因子对获得的被测目标电子密度与线性减弱系数做深度修正，以减小检测深度增大时误差累积传播的影响；第六步骤：根据第五步骤深度修正结果，基于二维或三维坐标重建线性减弱系数的分布图像以实现图像重建。在第二步骤中，优选采用背散射角度为135°进行计算。在第三步骤中，根据康普顿背散射扫描原理，建立的函数关系为：X射线经被测目标发生背散射的光子数是涉及校准系数、X射线入射至被测目标的线性减弱系数、X射线至被测目标后的背散射的线性减弱系数以及被测目标电子密度的乘积。进一步地，第三步骤中被测目标电子密度按列按体元顺序来逐一进行计算，得到的被测目标电子密度表现形式为整个电子密度矩阵；第四步骤中的线性减弱系数按体元逐一进行计算，得到的线性减弱系数表现形式为整个线性减弱系数矩阵；第五步骤中的被测目标电子密度与线性减弱系数的深度修正按列按体元顺序来逐一修正。还可以是，第三步骤中被测目标电子密度按行按体元顺序来逐一进行计算，得到的被测目标电子密度表现形式为整个电子密度矩阵；第四步骤中的线性减弱系数按体元逐一进行计算，得到的线性减弱系数表现形式为整个线性减弱系数矩阵；第五步骤中的被测目标电子密度与线性减弱系数的深度修正按行按体元顺序来逐一修正。进一步地，第五步骤中以透射测量装置输出的透射光能量值中某一列体元的电子密度之和为基准结合X射线经被测目标后的背散射的相同列体元电子密度之和进行计算确定深度修正因子。一种基于康普顿背散射扫描的医学CT机的图像重建系统，包括用于设置于被测目标同侧的X射线源和探测器以及设置于被测目标另一侧的透射测量装置，还包括采集计算机，所述透射测量装置与X射线源相对设置，所述探测器和透射测量装置均与采集计算机相连，X射线源发射X射线经被测目标后的背散射光被探测器接收并转换为背散射光能量值输出至采集计算机，透射测量装置测量X射线经被测目标后的透射光并转换为透射光能量值输出至采集计算机；采集计算机基于康普顿背散射微分截面算法以及X射线源的发射强度和接收的背散射光能量值进行校准计算得到校准系数，再利用计算得到的校准系数以及测量的实际环境条件下的X射线经被测目标后的背散射的光子数并结合线性减弱系数与被测目标电子密度的正比例关系计算得到线性减弱系数，然后以接收的透射光能量值为基准确定深度修正因子并根据确定的所述深度修正因子对线性减弱系数进行深度修正，在深度修正后再基于坐标重建线性减弱系数的分布图像以实现图像重建。采集计算机按体元且按列或行顺序来逐一进行计算被测目标电子密度，得到的被测目标电子密度表现形式为整个电子密度矩阵；并且按体元逐一进行计算线性减弱系数，得到的线性减弱系数表现形式为整个线性减弱系数矩阵；以及按体元且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于康普顿背散射扫描的医学CT机的图像重建方法，其特征在于，是在被测目标一侧的X射线源发射的X射线经被测目标后的背散射光被同侧的探测器接收并转换为背散射光能量值输出，并基于康普顿背散射微分截面算法以及X射线源的发射强度和探测器输出的背散射光能量值进行校准计算得到校准系数，再利用计算得到的校准系数以及测量实际环境条件下的X射线经被测目标后的背散射的光子数并结合线性减弱系数与被测目标电子密度的正比例关系计算得到线性减弱系数，然后以X射线经被测目标另一侧的透射测量结果为基准确定深度修正因子并根据确定的所述深度修正因子对线性减弱系数进行深度修正，在深度修正后再基于坐标重建线性减弱系数的分布图像以实现图像重建。

【技术特征摘要】
1.一种基于康普顿背散射扫描的医学CT机的图像重建方法，其特征在于，是在被测目标一侧的X射线源发射的X射线经被测目标后的背散射光被同侧的探测器接收并转换为背散射光能量值输出，并基于康普顿背散射微分截面算法以及X射线源的发射强度和探测器输出的背散射光能量值进行校准计算得到校准系数，再利用计算得到的校准系数以及测量实际环境条件下的X射线经被测目标后的背散射的光子数并结合线性减弱系数与被测目标电子密度的正比例关系计算得到线性减弱系数，然后以X射线经被测目标另一侧的透射测量结果为基准确定深度修正因子并根据确定的所述深度修正因子对线性减弱系数进行深度修正，在深度修正后再基于坐标重建线性减弱系数的分布图像以实现图像重建。2.根据权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步骤：将X射线源与探测器设置于被测目标的同一侧，将一透射测量装置放置在被测目标另一侧与X射线源相对位置，准备测量环境，X射线源发射X射线，探测器接收X射线经被测目标后的背散射光并将其转换为背散射光能量值输出，透射测量装置测量X射线经被测目标后的透射光并将其转换为透射光能量值输出；第二步骤：测量或设定X射线源的发射强度和背散射角度，结合第一步骤探测器输出的背散射光能量值，基于康普顿背散射微分截面算法进行校准计算得到校准系数；第三步骤：根据康普顿背散射扫描原理，建立X射线经被测目标发生背散射的光子数与被测目标电子密度的函数关系，所述函数关系也与校准系数相关联，通过测量实际环境条件下的X射线经被测目标后的背散射的光子数并结合第二步骤计算得到的校准系数，获得被测目标电子密度；第四步骤：根据康普顿背散射原理中X射线经被测目标后的背散射的线性减弱系数与被测目标电子密度之间的正比例关系，经数字化因子求得正比例系数，获得线性减弱系数；第五步骤：以透射测量装置输出的透射光能量值为基准确定深度修正因子，并根据确定的所述深度修正因子对获得的被测目标电子密度与线性减弱系数做深度修正，以减小检测深度增大时误差累积传播的影响；第六步骤：根据第五步骤深度修正结果，基于二维或三维坐标重建线性减弱系数的分布图像以实现图像重建。3.根据权利要求2所述的图像重建方法，其特征在于，在所述第二步骤中，采用背散射角度为135°进行计算。4.根据权利要求2或3所述的图像重建方法，其特征在于，在所述第三步骤中，根据康普顿背散射扫描原理，建立的函数关系为：X射线经被测目标发生背散射的光子数是涉及校准系数、X射线入射至被测目标的线性减弱系数、X射线至被测目标后的背散射的线性减弱系数以及被测目标电子密度的乘积。5.根据权利要求4所述的图像重建方法，其特征在于，第三步骤中被测目标电子密度按列按体元顺序来逐一进行计算，得到的被测目标电子密度表...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁厚本，王玲，钟鹭峰，丁莉，
申请(专利权)人：厦门市领汇医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35