[發明專利]一種基于投影估計的多能譜CT圖像重建方法

有效

• 申請號: 201310581204.4
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103559699A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 趙星;胡晶晶;趙云松;張慧滔;張朋
• 申請（專利權）人: 首都師范大學;北京理工大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;A61B6/03
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

技術領域

本發明涉及X射線CT成像技術領域，具體而言，涉及一種基于投影估計的多能譜CT圖像重建方法。

背景技術

X射線計算機層析成像技術（簡稱X射線CT）是一種利用X射線與物質的相互作用原理，對物體內部信息進行成像的一種技術。X射線CT技術不僅是一種常規的醫學診療檢測手段，也是一項重要的工業支撐技術，廣泛應用于多種領域的關鍵部件的無損檢測。目前常用的X射線管發不出理想的單能量X射線束，發出的是服從一定譜分布的多色X射線束，掃描采集的數據為多色投影數據，因此傳統CT也稱為單能譜CT。單能譜CT僅使用一個X射線能譜對被測物體進行掃描，所重建的不同物質的CT圖像可能具有相同或相近的CT值，難以區分不同的物質。此外傳統CT算法中忽略了X射線的多色性，導致在重建圖像中產生硬化偽影。多能譜CT掃描被測物體時，使用多個X射線能譜，能夠測得比傳統單能譜CT更多的被測物體信息。利用這些信息可以重建出被測物體等效原子序數和電子密度圖像，或是重建出特定基材料的密度圖像，基于這些信息對物質進行區分。由于多能譜CT具有更好的物質區分能力，因此具有廣泛的應用前景。

在高分辨率成像情況下，多能譜CT圖像問題是一個高維數的非線性反問題。理想的多能譜CT的數據采集要求為“同源、同時、同向”。所謂同源，即保證每種能譜的X射線采集時的質量完全一致；所謂同時，即保證被測物體在每種能譜的X射線采集時的位移完全一致；所謂同向，即保證每種能譜的X射線采集路徑完全一致。在滿足理想條件情況下，可以在投影空間將多色投影數據直接分解為各個基材料的單色投影，然后用傳統CT重建算法如濾波反投影算法等即可重建出高質量的被測物體的基材料圖像。然而目前常用的多能譜CT硬件系統均難以滿足理想數據采集條件，尤其難以滿足“同向”條件，導致所采集的各種能譜的多色投影的幾何參數不一致。在這種情況下，多能譜成像方程具有很高的病態性。現有的求解方法大致可以分為三類：迭代法、投影域分解法和圖像域分解法。迭代法利用數值方法或者優化方法構造迭代結構，通過對圖像重建結果逐步修正求出多基材料密度圖像等信息。該方法雖然重建圖像質量較高，但需要預先精確標定出X射線源的多個能譜以及在不同能量下的基材料的衰減系數等，且計算量大，收斂速度慢，因此難以在實際多能譜CT成像系統中應用。投影域分解成像方法先在投影域分解出基材料密度圖像的投影值，然后利用傳統CT方法進行重建出基材料的密度圖像。該方法步驟簡單、成像質量高，但僅僅適用于各種能譜的多色投影幾何參數一致的情況，因此不適用于當前的多能譜CT系統。圖像域分解法先用傳統CT重建方法分別計算出物體的高能和低能衰減系數圖像，然后對重建圖像在圖像域進行線性組合重建出基材料的密度圖像。圖像域分解法是一種近似成像方法，在分解成像時忽略了多能譜投影的乘積項，所重建的基材料密度圖像有嚴重偽影。鑒于目前常用的雙能譜CT成像系統以及螺旋錐束掃描等多種CT掃描模式采集不到幾何參數一致的多色投影，圖像域分解成像方法仍然是最常用的多能譜CT成像方法，因此需要開發一種新的適用于多色投影幾何參數不一致情況下的高質量多能譜CT圖像重建方法。

發明內容

本發明提供一種基于投影估計的多能譜CT圖像重建方法，用以提高在多能譜多色投影的幾何參數不一致情況下的重建圖像質量。

為達到上述目的，本發明提供了一種基于投影估計的多能譜CT圖像重建方法，包括以下步驟：

S1：利用單能CT重建算法由所采集的各個能譜的多色投影數據分別直接重建被測物體的能量圖像；

S2：計算每一個能量圖像沿著所有其它能譜的射線方向的線積分，估計在這些方向上的當前能譜的多色投影，得到幾何參數一致的多色投影；

S3：標定多基材料分解函數，將幾何參數一致的多色投影分解為多個基材料的線積分；

S4：利用單能CT圖像重建方法分別由多個基材料的線積分重建出所對應的多基材料密度圖像。

進一步地，在步驟S3中，標定多基材料分解函數的步驟具體包括：

S31：用多種基材料做成一個標定模體，標定模體中各種基材料在各個方向上的線積分組合涵蓋被測物體中各種基材料在各個方向上的線積分組合，利用多能譜CT以與被測物體相同的掃描模式測量標定模體，獲得多能譜多色投影數據；

S32：利用多色投影估計方法計算出標定模體的幾何參數一致的多能譜多色投影；

S33：在圖像域內通過最小化多色投影組合的重建圖像和模體圖像之間的距離，計算出多基材料分解函數的系數，得到標定了的多基材料分解函數。