一种多能量CT基材料分解方法技术

本发明专利技术公开了一种多能量CT基材料分解方法，属于辐射成像领域，包括：获取多能谱成像系统的多能能谱信息和扫描物体时探测器探测到的射线透射强度信息；对多能能谱进行降维处理，得到新的多能能谱；对射线透射强度信息进行降维处理消除散射项，得到新的射线透射强度信息；根据新的多能能谱和新的射线透射强度信息进行基材料分解。该方法可以消除散射对多能能谱和投影数据的影响，根据消除散射后的数据进行基材料分解。

A decomposition method of multi energy CT based materials

【技术实现步骤摘要】
一种多能量CT基材料分解方法
本专利技术涉及辐射成像
，特别涉及一种多能量CT基材料分解方法。
技术介绍
X射线计算机断层成像(ComputedTomography，CT)是一种目前广泛使用的医学诊断手段，其原理是根据不同物质对X射线的吸收能力不同，通过对探测器上接收到的衰减后X射线信号进行三维图像重建得到人体的断层或三维图像，从而更好地协助医生发现病灶。射线散射一直是CT成像领域的一大难题。传统的CT重建理论将原始探测器采集到的信号认为是射线直射过程中穿过物质衰减系数的线积分，没有考虑射线散射的影响，然而在实际的CT扫描时必然有散射光子到达探测器上被收集。散射信号的出现会导致原始线积分模型出现明显偏差，大大降低重建图像质量并导致图像中出现散射伪影。随着CT技术朝着快速成像的方向发展，现代CT系统逐渐趋于增加每个机架旋转覆盖的体积。先进的CT系统通常使用发散的锥形束射线源和大面积平板探测器，由于X射线的物理特性，这导致散射信号被进一步增强。因此，在CT成像领域中的核心问题之一就是如何去除或估计出射线散射的影响。目前主要的射线散射修正方法可以分为两大类：前处理方法和后处理方法。前处理方法是通过阻止散射到达探测器，降低散射占比，前处理方法主要有：栅格阻挡法、增大成像物体与探测器距离的方法。后处理方法是基于对投影数据中散射贡献的估计，后处理方法主要有：直接测量法、基于软件模拟(蒙卡模拟等)、基于硬件的分解方法等。其中，前处理校正方法可以直接借助阻挡物抑制散射，但其抑制能力有限，无法达到让人满意的水平。而后处理方法虽然已经有很多种对于散射的估计方法，但目前仍然没有一种可靠的、最优的散射估计方法。多能量CT成像是目前CT领域的研究热点之一，主要包括双能CT和基于光子计数探测器的能谱CT。相比于传统CT，多能量CT利用物质在不同X射线能量下吸收能力的差异，能提供比常规CT更多的影像信息，具有提高图像质量、抑制射束硬化伪影、降低辐射剂量等优势。目前主流的临床双能CT扫描仪包括重复进行两次不同能谱的扫描、双源双探测器、快速千伏切换技术、双层探测器技术等，这些技术都各有其优势与劣势。近年来，多能量CT基材料物质分解方法研究主要集中于图像域方法。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种多能量CT基材料分解方法，该方法消除散射对投影数据的影响，可进行投影域或图像域的基材料物质分解、稀疏数据图像重建等工作。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种多能量CT基材料分解方法：包括以下步骤：S1，获取多能谱成像系统的多能能谱信息和扫描待成像物体时探测器探测到的射线透射强度信息；S2，对所述多能能谱进行降维处理，得到新的多能能谱；S3，对所述射线透射强度信息进行降维处理，得到新的射线透射强度信息；S4，根据所述新的多能能谱和所述新的射线透射强度信息对所述待成像物体进行基材料分解。本专利技术实施例的多能量CT基材料分解方法，计算多能能谱和射线透射强度信息并进行优化，对射线透射强度信息和多能能谱降维消除散射，根据消除散射后的射线透射强度信息和多能能谱直接进行基材料分解，在多能数据不足的情况下，根据消除散射后的射线透射强度信息和多能能谱进行散射估计，根据散射估计对已有的透射数据进行去散射处理，得到去散射的透射数据，进而生成去散射的投影数据，再进行基材料分解。由此，可以进行投影域或图像域的基材料物质分解、稀疏数据图像重建等工作。另外，根据本专利技术上述实施例的多能量CT基材料分解方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：在步骤S4之后还包括：S5，根据所述新的多能能谱、所述新的射线透射强度信息以及消除散射方程计算基材料分解系数；S6，根据计算出的所述基材料分解系数与所述多能能谱和所述射线透射强度信息之间的映射关系反解出散射值，根据所述散射值和散射值在邻域分布的相似性得到整体散射估计；S7，根据所述整体散射估计对所述射线透射强度信息或优化后的射线透射强度信息进行去散射处理，得到去散射后的射线透射强度信息，根据所述去散射后的射线透射强度信息进行基材料分解。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在对所述多能能谱和所述射线透射强度信息进行降维处理之前，包括：对所述多能能谱和所述射线透射强度信息进行插值优化处理，以使所述多能能谱和所述射线透射强度信息趋于一致。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，以所述多能能谱或所述射线透射强度信息作为自变量构建降维函数，通过所述降维函数消除一维的散射，将N维的所述多能能谱和所述射线透射强度信息降为不包含散射信息的N-1维信息。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述降维函数为所述多能能谱两两相减和所述射线透射强度信息两两相减；或优化后的多能能谱两两相减和优化后的射线透射强度信息两两相减。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述S5包括：所述消除散射方程参数包括所述新的射线透射强度信息、所述新的多能能谱、多个基材料参数，根据所述新的射线透射强度信息、所述新的多能能谱和部分基材料参数求解所述基材料分解系数，其中，所述多个基材料参数包括所述基材料分解系数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述映射关系为探测器上接收到的射线透射强度信息与所述多能能谱、基材料衰减系数、等效厚度、对应能谱、散射值的关系式。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述S5中，计算所述基材料分解系数的方法包括但不限于迭代求解、查找表法和多项式拟合法。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，通过N能能谱和N能透射数据对小于等于N-1种基材料分解，其中，N大于等于3。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在所述S6中，所述根据所述散射值和散射值在邻域分布的相似性得到整体散射估计，包括：利用包括但不限于插值或加权的方式估计出整体的散射分布，完成散射估计。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的一种多能量CT基材料分解方法流程图；图2为根据本专利技术一个实施例的多能量CT系统结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的多能量CT系统成像平面图；图4为根据本专利技术一个实施例的两种条状板重叠得到的能谱调制器示意图；图5为根据本专利技术一个实施例的含散射校正下的三能量CT基材料物质分解方法流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多能量CT基材料分解方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，获取多能谱成像系统的多能能谱信息和扫描待成像物体时探测器探测到的射线透射强度信息；/nS2，对所述多能能谱进行降维处理，得到新的多能能谱；/nS3，对所述射线透射强度信息进行降维处理，得到新的射线透射强度信息；/nS4，根据所述新的多能能谱和所述新的射线透射强度信息对所述待成像物体进行基材料分解。/n

【技术特征摘要】
1.一种多能量CT基材料分解方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取多能谱成像系统的多能能谱信息和扫描待成像物体时探测器探测到的射线透射强度信息；
S2，对所述多能能谱进行降维处理，得到新的多能能谱；
S3，对所述射线透射强度信息进行降维处理，得到新的射线透射强度信息；
S4，根据所述新的多能能谱和所述新的射线透射强度信息对所述待成像物体进行基材料分解。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括：
S5，根据所述新的多能能谱、所述新的射线透射强度信息以及消除散射方程计算基材料分解系数；
S6，根据计算出的所述基材料分解系数与所述多能能谱和所述射线透射强度信息之间的映射关系反解出散射值，根据所述散射值和散射值在邻域分布的相似性得到整体散射估计；
S7，根据所述整体散射估计对所述射线透射强度信息或优化后的射线透射强度信息进行去散射处理，得到去散射后的射线透射强度信息，根据所述去散射后的射线透射强度信息进行基材料分解。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述多能能谱和所述射线透射强度信息进行降维处理之前，包括：对所述多能能谱和所述射线透射强度信息进行插值优化处理，以使所述多能能谱和所述射线透射强度信息趋于一致。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述多能能谱或所述射线透射强度信息作为自变量构建降维函数，通过所述降维函数消除一维的散...

【专利技术属性】
技术研发人员：高河伟，张丽，陈志强，邢宇翔，李亮，刘以农，邓一凡，夏颖贤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11