[發(fā)明專利]基于材料聚類的能譜CT迭代材料分解方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010142670.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN111340127B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李亮;陳志強(qiáng);張麗;趙眺;趙自然;邢宇翔;高河偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06V10/762
• 分類號(hào): G06V10/762
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 李玉琦;曹素云

本發(fā)明公開了一種基于材料聚類的能譜CT迭代材料分解方法和裝置，其中方法包括：獲取成像物體在不同能量射線下的能譜CT投影數(shù)據(jù)；利用所述能譜CT投影數(shù)據(jù)重建能譜CT圖像；對(duì)重建得到的能譜CT圖像進(jìn)行聚類處理，形成多個(gè)互不相交的類；根據(jù)聚類結(jié)果進(jìn)行能譜CT迭代材料分解，得到材料分解或物質(zhì)識(shí)別結(jié)果。本發(fā)明能夠有效地消除現(xiàn)有雙能/能譜CT由于投影數(shù)據(jù)噪聲或材料衰減系數(shù)接近帶來的分解誤差，大大提高能譜CT材料分解和物質(zhì)識(shí)別的準(zhǔn)確性，降低誤報(bào)率和漏報(bào)率，具有重大的市場應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及輻射成像技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于材料聚類的能譜CT迭代材料分解方法和裝置。

背景技術(shù)

X射線能譜CT通過采集兩種及以上不同X射線能譜下的投影數(shù)據(jù)，然后通過專門的能譜CT材料分解算法，可以同時(shí)重建得到被掃描物體原子序數(shù)Z和電子密度ρ_e的分布圖像，或幾種基材料的分解系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)或材料識(shí)別。X射線能譜CT的材料分解算法可以分為三大類：投影域前處理方法、圖像域后處理方法和迭代方法。無論是哪種方法，其核心都是認(rèn)為任意物質(zhì)的線衰減系數(shù)都可以分解為兩個(gè)或更多個(gè)已知的、只與能量有關(guān)的基函數(shù)的線性組合。這個(gè)設(shè)定在很多情況下是合理的，也能夠獲得良好的材料分解結(jié)果。

以較為常用的投影域前處理方法為例，該方法認(rèn)為任意物質(zhì)的線衰減系數(shù)函數(shù)可以分解為兩個(gè)已知的、只以能量為變量的基函數(shù)的線性組合，對(duì)每條射線路徑，先用該路徑上的能譜投影值求出線性組合系數(shù)在射線路徑上的積分，然后利用CT圖像重建算法得到任意像素/體素的組合系數(shù)，進(jìn)而確定像素/體素的材料分解系數(shù)或者物質(zhì)信息(原子序數(shù)和電子密度)。

但是，上述材料分解算法的效果比較依賴于X射線投影數(shù)據(jù)的噪聲水平，因?yàn)椴牧戏纸馑惴ㄟ^程存在一定的噪聲放大，投影數(shù)據(jù)中過大的噪聲會(huì)嚴(yán)重影響材料分解的準(zhǔn)確性。另外，由于物質(zhì)對(duì)X射線吸收的線衰減系數(shù)與X射線的能量有密切關(guān)系，并且隨著X射線能量的增加，該系數(shù)迅速下降，當(dāng)X射線能量在1～10MeV時(shí)，各類材料的線衰減系數(shù)差異變得很小，使得進(jìn)行材料分解時(shí)對(duì)投影數(shù)據(jù)的噪聲變得異常敏感。當(dāng)投影數(shù)據(jù)噪聲較為嚴(yán)重或各種材料線衰減系數(shù)較為接近時(shí)(例如MeV雙能/能譜CT成像中)，會(huì)導(dǎo)致材料分解或物質(zhì)識(shí)別的誤差較大，比如低劑量CT成像，或者航空器、集裝箱MeV高能CT成像。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于材料聚類的能譜CT迭代材料分解方法和裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中投影數(shù)據(jù)的噪聲影響材料分解的準(zhǔn)確性的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種基于材料聚類的能譜CT迭代材料分解方法，包括以下步驟：

獲取成像物體在不同能量射線下的能譜CT投影數(shù)據(jù)；利用所述能譜CT投影數(shù)據(jù)重建能譜CT圖像；對(duì)重建得到的能譜CT圖像進(jìn)行聚類處理，形成多個(gè)互不相交的類；根據(jù)聚類結(jié)果進(jìn)行能譜CT迭代材料分解，得到材料分解或物質(zhì)識(shí)別結(jié)果。

優(yōu)選地，對(duì)重建得到的能譜CT圖像進(jìn)行聚類處理的步驟包括：計(jì)算不同能量的能譜CT圖像對(duì)應(yīng)的像素或體素點(diǎn)的能量值；根據(jù)所述像素或體素點(diǎn)的能量值得到多維數(shù)據(jù)集圖像；確定多維數(shù)據(jù)集圖像中的聚類中心；根據(jù)聚類中心對(duì)多維數(shù)據(jù)集圖像中的所有點(diǎn)進(jìn)行聚類。

優(yōu)選地，確定多維數(shù)據(jù)集圖像中的聚類中心的步驟包括：根據(jù)密度半徑的預(yù)設(shè)值計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的密度半徑；根據(jù)計(jì)算得到的密度半徑計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的密度增量半徑；根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的密度半徑和密度增量半徑獲取一個(gè)或多個(gè)密度中心，并將密度中心作為聚類中心。

優(yōu)選地，根據(jù)聚類中心對(duì)多維數(shù)據(jù)集圖像中的所有點(diǎn)進(jìn)行聚類的步驟包括：以聚類中心為中心，將在密度半徑的預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)的所有點(diǎn)歸類到所述聚類中心；將未歸類到所述聚類中心的點(diǎn)歸類到密度增量半徑對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。

優(yōu)選地，根據(jù)聚類結(jié)果進(jìn)行能譜CT迭代材料分解的步驟包括：根據(jù)聚類結(jié)果獲取聚類信息；將聚類信息和材料衰減系數(shù)的分解模型帶入X射線的非線性投影公式中進(jìn)行迭代求解，獲取材料的分解系數(shù)。