基于拟蒙特卡罗和强制探测的校正CT散射信号的方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种基于拟蒙特卡罗和强制探测的校正CT散射信号的方法，包括：模拟光子从X射线源S通过被测物体M到达探测器D的散射信号；将每个探测器像素检测到的信号减去模拟得到的散射信号与预设系数的乘积，根据差值确定穿过被测模体M后的X射线信号。通过计算光子理论上发生散射的概率，把QMC方法的优势和强制固定探测(FFD)技术结合起来，能够准确地得到探测器探测到的光子的散射信号，从而实现对探测器探测到的X射线的散射信号的校正。正。正。

【技术实现步骤摘要】
基于拟蒙特卡罗和强制探测的校正CT散射信号的方法


[0001]本专利技术涉及计算机断层成像技术(CT)领域，特别是关于一种基于拟蒙特卡罗和强制探测的校正CT散射信号的方法。

技术介绍

[0002]计算机断层成像技术(ComputedTomography，CT)以其无损检测、图像不重叠和高分辨率等优势，广泛应用于材料科学、无损检测、医学等诸多领域，尤其在医学诊断，彻底改变了放射诊断学。
[0003]CT图像重建是指通过测量X射线穿过被测模体M后的衰减数据，重建出被测模体M的线性衰减系数μ
tot
(x,E)的过程。设I0(l)和I(l)为沿着路径l穿过模体M前和后的X射线信号。在探测X射线衰减数据时，探测器D会同时探测到主信号和散射信号，这会导致测量到的I(l)的增加。Lambert
‑
Beer定律描述了在理想条件下，不考虑光子散射，X射线穿过被测模体M的衰减。这样，由Lambert
‑
Beer定律
[0004]I(l)＝I0(l)exp[
‑
∫
l
μ
tot
(x,E)dx]，(0)
[0005]得到的μ
tot
(x,E)会被低估。
[0006]散射信号会在测量得到的μ
tot
值中引起非线性误差，并对重建的CT图像产生复杂的影响，可能导致高衰减图像区域之间的条状伪影、均质物体中的杯状伪影以及重建CT图像的对比度分辨率降低等。此外，当在CT中使用高能X射线或多排、平板探测器时，散射信号占总信号(主信号和散射信号的总和)的比重会增加。
[0007]因此，为了能够提高线性衰减系数μ
tot
(x,E)的值的准确性，需要对探测器探测到的X射线的散射信号进行校正。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于拟蒙特卡罗和强制探测的校正CT散射信号的方法，来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于拟蒙特卡罗和强制探测的校正CT散射信号的方法，包括：
[0010]步骤10，模拟光子从X射线源S通过被测物体M到达探测器D的散射信号；包括：
[0011]步骤11，通过沃克混叠方法，用预先生成的4n维Sobol'点u＝(u1,u2,...,u
4n
)的第一个分量u1，从预先给定的能谱分布φ(E0)中抽样光子的初始能量E0，其中n表示光子在被测物体内发生碰撞的次数；
[0012]步骤12，记初始入射光到探测器D的立体角为Ω0，用4n
‑
维Sobol'点u的第二个和第三个分量u2和u3在Ω0中均匀抽样单位入射方向得到初始流强I0(u2,u3)以及初始入射X射线沿单位入射方向运动与被测物体M的交点A0，得到光子以权重W0＝I0(u2,u3)沿方向从A0开始在被测物体M中运动；
[0013]步骤13，在确定第i
‑
1阶相互作用点A
i
‑1,i＝2,
…
,n的位置后，抽样光子在A
i
‑1的散射类型和散射角方向；包括：使用所述4n维Sobol
’
点u的第4(i
‑
1)+1个分量u
4(i
‑
1)+1
，通过重要性抽样方法，抽样散射类型，并使用u的第4(i
‑
1)+2和4(i
‑
1)+3个分量u
4(i
‑
1)+2
和u
4(i
‑
1)+3
，通过RITA算法抽样散射单位方向光子从当前位置A
i
‑1,i＝1,
…
,n开始，沿着单位散射方向逃出被测物体M的概率为：
[0014][0015]其中是光子初始单位入射方向，是光子在A
i
‑1发生碰撞后的散射方向，δ
i
‑1＝0,1，和分别表示光子在A
i
‑1发生康普顿和瑞利散射后的剩余能量，c
i
‑1是光子从A
i
‑1运动到C
i
‑1的长度，C
i
‑1是光子沿方向运动到与被测物体M边界上的交点，μ
tot
表示线性衰减系数；主信号，即光子从光源S出发，沿单位入射方向逃出被测物体M并到达探测器D的概率，是
[0016][0017]光子以权重在被测物体M中进行第i次相互作用；
[0018]步骤14，基于下式确定下一个相互作用点A
i
(i＝1,2,...,n)：
[0019][0020]其中s
i
,i＝1,
…
,n表示位置A
i
‑1到下一个相互作用点A
i
的路径长度，u
4(i
‑
1)+4
是4n维Sobol'点的第(4(i
‑
1)+4)个分量；
[0021]步骤15，确定光子在A
i
,i＝1,2,...,n出发生第i次相互作用后，沿单位强制方向到达固定探测器像素D
j
,j＝1,...,m
×
m的概率：
[0022][0023]其中，和是光子在相互作用点A
i
发生康普顿散射和瑞利散射的概率，是探测器像素D
j
与A
i
相对应的立体角，相对应的立体角，是探测器像素D
j
的面积，α
i
表示与探测器像素D
j
法线方向的夹角,是光子沿单位强制方向运动与被测物体M交点，和是康普顿散射和瑞利散射极角的概率密度，且是归一化的线性衰减系数
[0024][0025][0026]步骤16，获得光子沿路径l
i,j
:S
→
A0→
A1→…→
A
i
→
B
i,j
→
D
j
,i∈{1,...,n}的概率为：
[0027]P(l
i,j
)＝W
i
P
i
(A
i
→
D
j
)，
[0028]光子沿路径S
→
A0→
A1的概率与预先生成的4n维Sobol
’
点u的分量u1、u2、u3和u4相关，故：
[0029]P(l
1,j
):＝P1(A1→
D
j
)g0(u1,...,u4)，
[0030]其中，光子运动路径S
→
A0→
A1→…→
A
i
是马尔科夫链，光子运动路径S
→<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于拟蒙特卡罗和强制探测的校正CT散射信号的方法，其特征在于，包括：步骤10，模拟光子从X射线源S通过被测物体M到达探测器D的散射信号；包括：步骤11，通过沃克混叠方法，用预先生成的4n维Sobol'点u＝(u1,u2,
…
,u
4n
)的第一个分量u1，从预先给定的能谱分布φ(E0)中抽样光子的初始能量E0，其中n表示光子在被测物体内发生碰撞的次数；步骤12，记初始入射光到探测器D的立体角为Ω0，用4n
‑
维Sobol'点u的第二个和第三个分量u2和u3在Ω0中均匀抽样单位入射方向得到初始流强I0(u2,u3)以及初始入射X射线沿单位入射方向运动与被测物体M的交点A0，得到光子以权重W0＝I0(u2,u3)沿方向从A0开始在被测物体M中运动；步骤13，在确定第i
‑
1阶相互作用点A
i
‑1,i＝2,
…
,n的位置后，抽样光子在A
i
‑1的散射类型和散射角方向；包括：使用所述4n维Sobol
’
点u的第4(i
‑
1)+1个分量u
4(i
‑
1)+1
，通过重要性抽样方法，抽样散射类型，并使用u的第4(i
‑
1)+2和4(i
‑
1)+3个分量u
4(i
‑
1)+2
和u
4(i
‑
1)+3
，通过RITA算法抽样散射单位方向光子从当前位置A
i
‑1,i＝1,
…
,n开始，沿着单位散射方向逃出被测物体M的概率为：其中是光子初始单位入射方向，是光子在A
i
‑1发生碰撞后的散射方向，δ
i
‑1＝0,1，和分别表示光子在A
i
‑1发生康普顿和瑞利散射后的剩余能量，c
i
‑1是光子从A
i
‑1运动到C
i
‑1的长度，C
i
‑1是光子沿方向运动到与被测物体M边界上的交点，μ
tot
表示线性衰减系数；主信号，即光子从光源S出发，沿单位入射方向逃出被测物体M并到达探测器D的概率，是光子以权重在被测物体M中进行第i次相互作用；步骤14，基于下式确定下一个相互作用点A
i
(i＝1,2,
…
,n)：其中s
i
,i＝1,
…
,n表示位置A
i
‑1到下一个相互作用点A
i
的路径长度，u
4(i
‑
1)+4
是4n维Sobol'点的第(4(i
‑
1)+4)个分量；步骤15，确定光子在A
i
,i＝1,2,
…
,n出发生第i次相互作用后，沿单位强制方向到达固定探测器像素D
j

【专利技术属性】
技术研发人员：林桂元，王小群，邓世沃，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：