[发明专利]多能量CT基材料物质分解方法

说明书

一种多能量CT基材料物质分解方法，包括：将被扫描物体放在多能量CT成像系统中，获得N种能量下的投影值数据；基于预先建立的映射关系，将被扫描物体的N种能量下的投影值数据映射得到M种基材料的投影数据；其中，该映射关系为不同厚度的M种基材料及不同散射强度对应的N种能量的投影值数据与对应M种基材料厚度及散射强度之间的映射关系，M，N均为正整数，N≥3且2≤M≤N‑1，或者M＝N＝2；以及基于M种基材料的投影数据进行图像重建，得到不含伪影的图像。本方法通过将实测投影值数据分解到M种基材料上，找到未知物体结构对应的M种基材料的投影数据和散射强度，由于散射强度和基材料的投影数据是分离开的，还实现了良好的散射伪影消除效果。

技术领域

本公开属于辐射成像技术领域，涉及一种多能量CT基材料物质分解方法。

背景技术

计算机断层成像(CT，Computerized Tomography)是使用X射线束和探测器扫描物体的某一截面(断层)，利用人体器官或组织对X射线的吸收系数不同的特性获得反映此截面物理或化学特性的投影数据集合，通过计算机运算获得截面上任意位置的参数值，并由此得到断层图像。

CT系统的主要部件包括：X射线源、探测器、以及旋转装置。在CT 成像过程中，X射线源与探测器围绕物体做相对旋转运动，以此获得不同旋转角度下的CT数据，也称CT投影值，在CT成像中，X射线的衰减服从指数规律，CT投影值是间接获取的，通常需要“负对数”预处理。

射线散射是CT自诞生以来就存在的影响CT图像质量的基础物理挑战，会造成图像伪影和CT值不准确等问题。

提高CT成像性能的最核心问题之一是去除或减少射线散射。去除散射的方法大致可以分为两大类：一类为基于硬件的直接散射测量，比如使用散射遮挡块/散射遮挡条等；另一类为基于算法的散射估计，比如基于物理的解析/蒙特卡洛计算、投影域卷积滤波以及基于先验图像的伪影估计等。一般而言，直接测量类散射校正方法精度高，但对硬件有额外要求，且往往需要二次扫描，可能增加剂量；而算法估计类方法对硬件没有额外要求，也不需要二次扫描，但校正效果可能差一些，或者计算复杂度显著增加。

近年来，多能CT成像发展迅速，包括双能CT和基于光子计数探测器的能谱CT。多能量CT基材料物质分解方法研究主要集中于图像域方法、迭代方法上。目前还没有一种在多能量CT中直接去除伪影的有效方法。

因此，为了得到射线散射下的清晰的、不含各种伪影的多能CT断层图像，有必要提出一种方法来有效去除或减少射线散射导致的图像伪影。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种多能量CT基材料物质分解方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种多能量CT基材料物质分解方法，包括：将被扫描物体放在多能量CT成像系统中，获得N种能量下的投影值数据；基于预先建立的映射关系，将被扫描物体的N种能量下的投影值数据映射得到M种基材料的投影数据；其中，该映射关系为不同厚度的 M种基材料及不同散射强度对应的N种能量下的投影值数据与对应M种基材料厚度及散射强度的映射关系，M，N均为正整数，N≥3且2≤M≤ N-1，或者M＝N＝2；以及基于M种基材料的投影数据进行图像重建，获得不含伪影的图像。

在本公开的一些实施例中，不含伪影的图像包括伪单能重建图像、基材料分布图像及基材料分布图像的线性组合中的一种或几种。

在本公开的一些实施例中，映射关系通过如下方法获得：利用散射分布相关函数表示不同能量下的散射强度之间的关系，当N≥3，2≤M≤N-1 时，散射分布相关函数根据不同的多能量CT成像系统进行标定测试得到，通过模拟或者实际实验的方式建立在真实的M种基材料和散射下的真实投影值数据与对应M种基材料厚度及散射强度之间的映射关系。