基于平行孔准直器的三维康普顿散射成像方法和系统技术方案

本发明专利技术公开的基于平行孔准直器的三维康普顿散射成像方法和系统，根据散射光子的正向传输模型构建康普顿成像设备的基础上，利用康普顿成像设备采集散射投影图像和投射投影图像，然后构建散射问题求解模型，并集合集散射投影图像和投射投影图像求解，得到高精度的电子密度图像集合，实现三维康普顿散射成像，这方式拓宽了透射式CT成像的应用范围，促进了CT成像技术在低剂量诊断中的临床应用。成像技术在低剂量诊断中的临床应用。成像技术在低剂量诊断中的临床应用。

【技术实现步骤摘要】
基于平行孔准直器的三维康普顿散射成像方法和系统


[0001]本专利技术属于医学工程
，具体涉及基于平行孔准直器的三维康普顿散射成像方法和系统。

技术介绍

[0002]自1895年伦琴发现X射线以来，X射线在医学诊断、国防工业、安全检测、材料开发和药物筛选等领域有着广泛的应用。随着X射线影像技术商业化应用的日益广泛，常规透射式成像技术已经发展到一个相当完善的阶段。近年来，随着探测技术和并行计算能力的不断提升，X射线散射成像技术的发展迎来了新的契机。
[0003]在诊断和治疗能量(20keV至10MeV)范围内，X射线与物质的相互作用主要包括：光电吸收、散射(汤普森散射和康普顿散射)和电子对效应。其中，康普顿散射和光电吸收是诊断成像中最重要的两种作用机制。常规的透射式成像是基于比尔
‑
朗伯定律的简化指数衰减模型，即假设射线从源到探测器是直线传播，并且测量X射线透过物体后的透射率。诚然，X射线计算机断层成像(CT)技术的飞速发展在生物医学领域获得了巨大的成功，但是这类成像模态也具有明显的缺点，主要体现为：(1)离线数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平行孔准直器的三维康普顿散射成像系统，其特征在于，包括康普顿成像设备和成像计算器；所述康普顿成像设备包括沿着X射线光轴设置的X射线源和透射探测器，X射线源和透射探测器之间设有用于承载被测物品的旋转平台，且保证被测物品被X射线照射且于透射探测器内完整成像，沿着与光轴的垂直方向且在旋转平台的两侧设有两组散射探测组件，每组散射探测组件包括散射探测器以及处于散射探测光路上的平行孔准直器，且保证两组散射探测组件能够探测到完整被测物品；所述成像计算器实现三维康普顿散射成像计算，包括以下步骤：步骤1，获取透射探测器对空场扫描的透射空场投影图像；步骤2，获取两组散射探测组件和透射探测器同时对旋转一周的被测物品扫描得到的两组散射投影图像集合和透射投影图像集合；步骤3，根据透射空场投影图像和透射投影图像集合进行滤波反投影重建，获得被测物品的线性衰减系数分布图像集合；步骤4，基于线性衰减系数分布图像集合计算正向投影的系统矩阵；步骤5，根据两组散射投影图像集合并结合正向投影的系统矩阵，进行电子密度图像重建，以获得被测物品的电子密度图像集合，实现三维康普顿散射成像。2.根据权利要求1所述的基于平行孔准直器的三维康普顿散射成像系统，其特征在于，所述透射探测器、两个散射探测器的中心到旋转平台的旋转轴的距离相等。3.根据权利要求1所述的基于平行孔准直器的三维康普顿散射成像系统，其特征在于，在每组散射探测组件中，平行孔准直器贴附于散射探测器的探测面。4.根据权利要求1所述的基于平行孔准直器的三维康普顿散射成像系统，其特征在于，步骤4中，采用以下公式基于线性衰减系数分布图像集合计算正向投影的系统矩阵：其中，E表示散射光子能量，θ表示光子散射角，I0表示入射光子数量，l是光子经过被测物品内的路径长度，μ
p
和μ
s
为入射射束和散射射束能量下的线性衰减系数值，该线性衰减系数值从线性衰减系数分布图像集合中获得，表示与散射光子能量E和光子散射角θ有关的Klein
‑
Nishina微分截面的数值，ΔΩ表示散射面积，ρ
e
表示电子密度，M表示需要求解的正向投影的系统矩阵。5.根据权利要求1所述的基于平行孔准直器的三维康普顿散射成像系统，其特征在于，步骤5包括：步骤5
‑
1，根据两组散射投影图像集合并结合正向投影的系统矩阵，建立电子密度图像重建的目标函数，表示为：其中，表示向量化后的两组散射投影图像集合，M是正向投影的系统矩阵，是待重建的电子密度图像集合，表示最优的重建电子密度图像集合，Σ是一个对角矩阵，且对角
线上的第i个元素为中第i个像素的方差估计‖
·
‖
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为空间梯度图像的L1范数，λ是正则化项系数，argmin(
·
)表示满足目标函数的值最小时自变量的取值。步骤5
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【专利技术属性】
技术研发人员：葛欣，牛田野，罗辰，江阳康，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：