基于微焦点光源的双能同轴相位CT材料分解方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于微焦点光源的双能同轴相位CT材料分解方法及装置，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】
基于微焦点光源的双能同轴相位CT材料分解方法及装置


[0001]本专利技术涉及CT(英文全称为“Computer Tomography”，中文“电子计算机断层摄影”)材料分解方法，特别是关于一种基于微焦点光源的双能同轴相位CT材料分解方法及装置。

技术介绍

[0002]传统的软组织(如乳房、大脑、肝脏等)X射线成像在检测细微组织病理变化方面的灵敏度有限，因为成像依赖于小病变和可变结构软组织之间的X射线衰减差异。与传统的吸收CT相比，X射线相位衬度CT技术依赖于组织可以产生的X射线相移。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。为了发展同轴相位衬度成像的临床应用，考虑球面波成像理论将对微聚焦x射线管的相位衬度成像将是非常有用的。
[0003]材料分解是CT成像中一个重要的应用。当前众多国内外学者做了很多基于传统双能CT成像技术的材料分解的研究工作，但是这些方法均基于不同材料吸收的差异性。在同轴相位衬度成像中，一些相似的材料定量和分解工作也被提出。目前同轴相位衬度成像可以和CT结合得到low
‑
Z样品的断层图像。但它通常分两步进行(两步法)：步骤(1)：计算相位恢复或材料分解的投影；步骤(2)：通过滤波反投影(FBP)或代数重建技术(ART)进行断层扫描重建。
[0004]现有的传统双能CT材料分解方法可分为几种：基于图像的方法：在图像域进行材料分解；基于投影的方法：在投影域进行材料分解；迭代方法：直接从原始采集数据得到基材料分解图像。
[0005]这种成像技术的成像模型基于物质或组织之间的对X射线吸收衰减的差异性。但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

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于微焦点光源的双能同轴相位CT材料分解方法及装置来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于微焦点光源的双能同轴相位CT材料分解方法，其包括：
[0008]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；
[0009]步骤2，在第m次迭代下，利用下式(8)结合原始数据与第一、二基材CT图像f、g，获取旋转角度和能量E
i
下的强度残差I
i
；
[0010][0011]式中，μ
1，i
、δ
1，i
分别为第一基材在第i能量E
i
下的线性衰减系数、相移因子，μ
2，i
、δ
2，i
分别为第二基材在第i能量E
i
下的线性衰减系数、相移因子，为物像放大比，z2为样品到探测器的距离，τ2为频率域形式，为梯度算子，为傅里叶变换操作，为旋转角度下的投影算子；
[0012]步骤3，设置和再通过式(10)计算和
[0013][0014]式中，I1为旋转角度和能量E1下的强度残差，I2为旋转角度和能量E2下的强度残差，μ
1，1
、δ
1，1
分别为第一基材在能量E1下的线性衰减系数、相移因子，μ
1，2
、δ
1，2
分别为第一基材在能量E2下的线性衰减系数、相移因子，μ
2，1
、δ
2，1
分别为第二基材在能量E1下的线性衰减系数、相移因子，μ
2，2
、δ
2，2
分别为第二基材在能量E2下的线性衰减系数、相移因子；
[0015]步骤4，更新第一基材CT图像f在第m+1轮迭代中的值f
m+1
和第二基材CT图像g在第m+1轮迭代中的值g
m+1
；
[0016]步骤5，若未达到迭代终止条件，则令m＝m+1，并返回步骤2；
[0017]步骤6，返回f
m
和g
m
。
[0018]进一步地，步骤4采用式(11)迭代更新f
m+1
和g
m+1
；
[0019][0020]式中，分别为第m、m+1次迭代在第一基材CT图像f的第j个像素值，分别为第m、m+1次迭代在第二基材CT图像g的第j个像素值，l为松弛因子，分别为第m、m+1次迭代在第二基材CT图像g的第j个像素值，l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，U为探测器的探测器单元的总数，J为像素的总数。
[0021]进一步地，步骤2的原始数据的获取方法包括：
[0022]使用式(13)描述的菲涅尔衍射，模拟更贴合实际物理机理下的正向传播，得到第m次迭代在旋转角度和第i能量E
i
的强度数据
[0023][0024]式中，I
in
为入射强度，z1为射线源到样品的距离，z2为样品到探测器的距离，λ为能量E
i
下的波长，h
z2，i
为在第i能量E
i
下的菲涅尔传播因子，为卷积算子，为在旋转角度和第i能量E
i
下的透射振幅函数，||为中括号，i表示虚数单位，x为空间域点的横坐标。
[0025]进一步地，h
z，i
的获取公式为下式(14)：
[0026][0027]式中，k为第i能量E
i
量下的波数。
[0028]本专利技术还提供一种基于微焦点光源的双能同轴相位CT材料分解装置，其包括：
[0029]初始化单元，其用于初始化第一基材CT图像f
m
和第二基材CT图像g
m
，预设迭代终止条件；
[0030]计算单元，其用于在第m次迭代下，利用下式(8)结合原始数据与第一、二基材CT图像f、g，获取旋转角度和能量E
i
下的强度残差I
i
，还用于设置和再通过式(10)计算和和
[0031]式中，μ
1，i
、δ
1，i
分别为第一基材在第i能量E
i
下的线性衰减系数、相移因子，μ
2，i
、δ
2，i
分别为第二基材在第i能量E
i
下的线性衰减系数、相移因子，为物像放大比，z2为样品到探测器的距离，τ2为频率域形式，为梯度算子，为傅里叶变换操作，为旋转角度下的投影算子；
[0032][0033]式中，I1为旋转角度和能量E1下的强度残差，I2为旋转角度和能量E2下的强度残差，μ
1，1
、δ
1，1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微焦点光源的双能同轴相位CT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，在第m次迭代下，利用下式(8)结合原始数据与第一、二基材CT图像f、g，获取旋转角度和能量E
i
下的强度残差I
i
；式中，μ
1，i
、δ
1，i
分别为第一基材在第i能量E
i
下的线性衰减系数、相移因子，μ
2，i
、δ
2，i
分别为第二基材在第i能量E
i
下的线性衰减系数、相移因子，为物像放大比，z2为样品到探测器的距离，τ2为频率域形式，为梯度算子，为傅里叶变换操作，为旋转角度下的投影算子；步骤3，设置再通过式(10)计算和和式中，I1为旋转角度和能量E1下的强度残差，I2为旋转角度和能量E2下的强度残差，μ
1，1
、δ
1，1
分别为第一基材在能量E1下的线性衰减系数、相移因子，μ
1，2
、δ
1，2
分别为第一基材在能量E2下的线性衰减系数、相移因子，μ
2，1
、δ
2，1
分别为第二基材在能量E1下的线性衰减系数、相移因子，μ
2，2
、δ
2，2
分别为第二基材在能量E2下的线性衰减系数、相移因子；步骤4，更新第一基材CT图像f在第m+1轮迭代中的值f
m+1
和第二基材CT图像g在第m+1轮迭代中的值g
m+1
；步骤5，若未达到迭代终止条件，则令m＝m+1，并返回步骤2；步骤6，返回f
m
和g
m
。2.如权利要求1所述的基于微焦点光源的双能同轴相位CT材料分解方法，其特征在于，步骤4采用式(11)迭代更新f
m+1
和g
m+1
；式中，分别为第m、m+1次迭代在第一基材CT图像f的第j个像素值，分别为第m、m+1次迭代在第二基材CT图像g的第j个像素值，为松弛因子，为松弛因子，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，U为探测器的探测器单元的总数，J为像素的总数。3.如权利要求1或2所述的基于微焦点光源的双能同轴相位CT材料分解方法，其特征在于，步骤2的原始数据的获取方法包括：使用式(13)描述的菲涅尔衍射，模拟更贴合实际物理机理下的正向传播，得到第m次迭代在旋转角度和第i能量E
i
的强度数据的强度数据式中，I
in
为入射强度，z1为射线源到样品的距离，z2为样品到探测器的距离，λ为能量E
i
下的波长，h
z2，i
为在第i能量E
i
下的菲涅尔传播因子，为卷积算子，为在旋转角度和第i能量E
i
下的透射振幅函数，| |为中括号，i表示虚数单位，x为空间域点的横坐标。4.如权利要求3所述的基于微焦点光源的双能同轴相位CT材料分解方法，其特征在于，h
z，i
的获取公式为下式(14)：式中，k为第i能量E
i
量下的波数。5.一种基于微焦点光源的双能同轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖苏豫，黄宇，
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：