[发明专利]双能欠采样物质识别方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及辐射成像技术领域，具体涉及一种双能欠采样物质识别方法和系统，能够降低辐射剂量和系统成本，并且提高扫描速度。

背景技术

近年来，由于双能CT成像技术能够获得最佳的检测精度，有效的对被检测物体重建并进行物质识别，使其在安全检查，无损检测，医疗诊断等领域中有着十分重要的意义。

目前，双能CT成像技术主要有两种实现方式：一种是利用专门设计的双层探测器实现双能成像的伪双能系统，如图1所示。按照图1所示的方法，扫描时，射线穿过物体之后先到达第一层的低能探测器，接着穿过滤波片，最后再到达第二层的高能探测器，此时两个透射图像上的像素自动对应相同的射线路径。

另一种是利用不同能量的射线源对物体进行两次圆周扫描的真双能系统，如图2A和2B所示。如图2A所示，在第一周扫描过程中，使用第一能量的射线对物体进行扫描。然后将射线能量从第一能量切换到第二能量。如图2B所示，在第二周扫描过程中，使用第二能量的射线对物体进行扫描。按照图2A和2B所示的方法，辐射剂量和扫描时间大概相当于单次扫描的两倍。而且需要对低能和高能透射图像进行配准，确保两个图像上相同坐标的象素对应相同的射线路径。

但从工程实现的角度看，由于第一种系统需要两层探测器同时进行采集，所以成本较高，不易普及。第二种系统除了需要对低能和高能透射图像的配准要求严格，而且耗时长，扫描速度慢，并且由于多扫描的一周增加了对被检测物体的扫描剂量。这些问题都对双能CT成像技术的推广造成不良的影响。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双能欠采样物质识别方法和系统，解决目前两类利用双能CT成像技术对被检测物体重建并进行物质识别的系统中无法实现低成本，低剂量，快速度检测的难题。本发明实施例的方法和系统可以应用于安全检查，无损检测，医疗诊断等诸多检测领域。

在本发明的一个方面，提出了一种双能欠采样物质识别方法，包括：利用第一能量的射线束对被检查物体进行CT扫描，获得第一能量下各个角度的投影数据并且重建被检测物体的CT图像；利用第二能量的射线束对被检查物体进行扫描，获得第二能量下部分角度的投影数据；组合第一能量下的投影数据和第二能量下的投影数据，以获得部分角度的双能欠采样数据；根据双能欠采样数据采用查表的方法获得光电系数积分值和康普顿系数积分值；对被检测物体的CT图像进行区域分割，得到分割后的多个区域并且计算双能射线穿过各个区域的长度；根据双能射线穿过各个区域的长度，光电系数积分值和康普顿系数积分值，利用双能前处理双效应分解重建方法求解康普顿系数和光电系数；基于康普顿系数和光电系数至少计算各分割的区域中物质的原子序数；至少基于原子序数对被检查物体的物质进行识别。

在本发明的另一方面，提出了一种双能欠采样物质识别系统，包括：射线发生装置，产生要穿透被检查物体的第一能量的射线束和第二能量的射线束；机械转动控制部分，包括转动装置和控制系统，用于实现对被检查物体的旋转扫描；数据采集分系统，包括阵列探测器，用于获取穿透被检查物体的射线束的透射投影数据；主控制及数据处理计算机，控制上述射线发生装置，机械转动控制部分和数据采集分系统，利用第一能量的射线束对被检查物体进行CT扫描，获得第一能量下的投影数据并且重建被检测物体的CT图像，以及利用第二能量的射线束对被检查物体进行扫描，获得第二能量下部分角度的投影数据；其中所述主控制及数据处理计算机包括：组合第一能量下的投影数据和第二能量下的投影数据，以获得部分角度的双能欠采样数据的装置；根据双能欠采样数据采用查表的方法获得光电系数积分值和康普顿系数积分值的装置；对被检测物体的CT图像进行区域分割，得到分割后的多个区域并且计算双能射线穿过各个区域的长度的装置；根据双能射线穿过各个区域的长度，光电系数积分值和康普顿系数积分值，利用双能前处理双效应分解重建方法求解康普顿系数和光电系数的装置；基于康普顿系数和光电系数至少计算各分割的区域中物质的原子序数的装置；至少基于原子序数对被检查物体的物质进行识别的装置。

根据本发明实施例的基于CT图像的双能投影欠采样物质识别方法和系统对于传统的两层探测器伪双能系统，可以减少探测器的数目，有效的降低成本，使得双能物质识别成像系统能够大批量的应用到安全检查中成为可能；对于真双能系统，可以减少旋转次数，即可实现快速，低剂量的双能物质识别成像，对于安检领域中快速检查和医疗诊断中降低病人接收的辐射剂量是十分有意义的。