一种基于双能同轴相位CT的材料分解方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双能同轴相位CT的材料分解方法，其包括：步骤1，初始化第一基材CT图像f

【技术实现步骤摘要】
一种基于双能同轴相位CT的材料分解方法


[0001]本专利技术涉及一种CT(英文全称为“Computer Tomography”，中文“电子计算机断层摄影”)的材料分解方法，特别是关于一种基于双能同轴相位CT的材料分解方法。

技术介绍

[0002]传统CT成像技术被广泛应用在很多领域，例如医学诊断、工业检测等等。由于该成像原理是基于不同物质之间衰减的差异性，因此对于弱吸收的样品(low
‑
z样品，如脑，乳腺，肺等)很难进行可视化。幸运的是，对物体的相移特性敏感的相位衬度成像技术已经出现。Low
‑
z材料的相移差异比它们的吸收差数值上大三个数量级左右，这对研究预临床样品的高空间分辨率非常有利。相位衬度成像有干涉法、衍射增强法、光栅微分法和同轴法。其中同轴法具有成像实验设备简单，与吸收CT实验光路类似，易于实现的特点而受到关注。
[0003]材料分解是CT成像中一个重要的应用。传统的双能CT材料分解方法，比如基于图像的方法，也有基于投影的方法，还有迭代方法。但是，这些种成像技术对于弱吸收样品来说，它们的衰减是微乎其微的，因此很难对该类样品有效成像。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于双能同轴相位CT的材料分解方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于双能同轴相位CT的材料分解方法，其包括：
[0006]步骤1，初始化第一基材CT图像f
m
和第二基材CT图像g
m
，预设迭代终止条件；
[0007]步骤2，通过下式描述的旋转角度和第i能量E
i
下的原始强度数据与第一、二基材CT图像f、g的交涉，计算和E
i
下的强度残差I
i
；
[0008][0009]式中，i为能量的索引，为傅里叶变换操作，
m
为和E
i
下第m轮迭代的强度，μ
1，i
、δ
1，i
分别为第一基材在E
i
下的线性衰减系数、相移因子，μ
2，i
、δ
2，i
分别为第二基材在E
i
下的线性衰减系数、相移因子，z为样品到探测器的距离，τ2为频率域形式，为梯度算子，为下的投影算子；
[0010]步骤3，令和通过下式计算f
err
和g
err
；
[0011][0012]式中，I1、I2分别为和E1、E2下的强度残差，μ
1，1
、μ
1，2
分别为第一基材在E1、E2下的线性衰减系数，μ
2，1
、μ
2，2
分别为第二基材在E1、E2下的线性衰减系数，δ
1，1
、δ
1，2
分别为第一基材在E1、E2下的相移因子，δ
2，1
、δ
2，2
分别为第二基材在E1、E2下的相移因子；
[0013]步骤4，更新f的第m+1轮迭代的值f
m+1
和g的第m+1轮迭代的值g
m+1
；
[0014]步骤5，若未达到迭代终止条件，则令m＝m+1，并返回步骤2；
[0015]步骤6，返回f
m
和g
m
。
[0016]进一步地，步骤4采用下式迭代更新f
m+1
和g
m+1
；
[0017][0018]式中，分别为第m轮迭代f、g的第j个像素值，分别为第m+1轮迭代f、g的第j个像素值，ε为松弛因子，表示f、g的第j个像素值在旋转角度下X射线沿着探测器的第u个探测器单元下的投影路径，j＝1,2,
…
J，u＝1，2，
…
U，U为探测器的探测器单元总数，J为像素的总数，
[0019]进一步地，步骤2的的获取方法包括：
[0020]使用下式描述的菲涅尔衍射，模拟贴合实际物理机理下的正向传播，得到
[0021][0022]式中，h
z,i
为E
i
下的菲涅尔传播因子，为和E
i
下的透射振幅函数，为卷积算子，||为中括号。
[0023]进一步地，h
z,i
的获取公式为：
[0024][0025]式中，i表示虚数单位，k为E
i
下的波数，x为空间域坐标，λ为E
i
下的波长。
[0026]进一步地，当I
i
为二维数组时，h
z,i
的获取公式为：
[0027][0028]式中，i表示虚数单位，k为E
i
下的波数，(x，y)为空间域坐标，λ为E
i
下的波长。
[0029]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0030]本专利技术提供的一步法，即在基于双能量同轴相位衬度CT(OMD
‑
PPCT)中直接从原始数据进行材料分解，得到基材CT图像。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例的数值实验中使用的模体，其中：(a)、(b)、(c)对应使用的模体分别为数值体模、Teflon材料、PM(英文全称为“Polyme Metha”)材料。
[0032]图2为本专利技术实施例提供的在无噪声情况下的材料分解示意图。
[0033]图3为本专利技术实施例提供的在有噪声情况下的材料分解示意图。
[0034]图4为本专利技术实施例提供的使用的模体分解结果剖面图，其中：(a)和(a
’
)分别是无噪声和有噪声情况下的PM材料结果；(b)和(b
’
)分别是无噪声和有噪声情况下的Teflon材料结果。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。
[0036]本专利技术实施例提供的基于双能同轴相位CT的材料分解方法包括：
[0037]步骤1，初始化第一基材CT图像f
m
和第二基材CT图像g
m
，预设迭代终止条件。其中，第一基材CT图像f
m
、第二基材CT图像g
m
、m的初始化值均可为0，当然，也可以根据实际情况设置成其他数值。迭代终止条件例如可以是最大迭代次数。
[0038]步骤2，在一个实施例中，强度传输方程(TIE，英文全称为“transport of intensity equation”)还可以描述X射线波在Z中的传播，如下式(1)所示：
[0039][0040]式中，为梯度算子，为旋转角度下距离样品z处的强度数据，为z＝0时(x，y)所在的坐标系的原点通常设置在样品中心，间距则根据射线间隔确定。
[0041]假设在中没有大的强度梯度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双能同轴相位CT的材料分解方法，其特征在于，包括：步骤1，初始化第一基材CT图像f
m
和第二基材CT图像g
m
，预设迭代终止条件；步骤2，通过下式描述的旋转角度和第i能量E
i
下的原始强度数据与第一、二基材CT图像f、g的交涉，计算和E
i
下的强度残差I
i
；式中，i为能量的索引，为傅里叶变换操作，为和E
i
下第m轮迭代的强度，μ
1，i
、δ
1，i
分别为第一基材在E
i
下的线性衰减系数、相移因子，μ
2，i
、δ
2，i
分别为第二基材在E
i
下的线性衰减系数、相移因子，z为样品到探测器的距离，τ2为频率域形式，为梯度算子，为下的投影算子；步骤3，令和通过下式计算f
err
和g
err
；式中，I1、I2分别为和E1、E2下的强度残差，μ
1，1
、μ
1，2
分别为第一基材在E1、E2下的线性衰减系数，μ
2，1
、μ
2，2
分别为第二基材在E1、E2下的线性衰减系数，δ
1，1
、δ
1，2
分别为第一基材在E1、E2下的相移因子，δ
2，1
、δ
2，2
分别为第二基材在E1、E2下的相移因子；步骤4，更新f的第m+1轮迭代的值f
m+1
和g的第m+1轮迭代的值g
m+1
；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖苏豫，朱溢佞，张慧滔，
申请(专利权)人：北京光影智测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：