[发明专利]一种非等厚构件的多能CT循环迭代重建方法

说明书

本发明公开了一种非等厚构件的多能CT循环迭代重建方法，首先对最低能量下的投影采用迭代算法进行重建，重建后的图像呈现厚度较薄区域的结构特征；将最低能量下的重建图像作为先验图像，利用PICCS(Prior Image Constrained Compressed Sensing)算法对相邻高能量下的投影进行重建，重建后的图像再次作为新的先验信息，依次类推直到最高能量；将最高能量下的重建图像作为最低能量下投影的先验图像再次循环上述过程直至最高能量，得到最终的重建结果。本发明将相邻低能量的重建图像作为先验约束条件纳入重建过程，能够在迭代过程中较好的保留各个能量下的结构信息，完整清晰地再现复杂构件的内部结构，有效解决了其他方案存在的由于多次迭代导致低密度边缘丢失问题。

技术领域

本发明涉及CT成像技术领域，具体为一种非等厚构件的多能CT循环迭代重建方法。

背景技术

X射线CT成像是通过采集不同角度下待测物体的投影信息最终重建物体内部信息的成像技术，是目前较先进的非接触无损检测技术，其应用涉及到航空、医疗等诸多领域。但是在工业CT检测中，常遇到结构复杂、内部厚薄差异大的构件，此时由于探测器成像系统动态范围有限，固定能量成像模式下投影信息会严重缺失，而且被测构件结构越复杂，单投影角度下等效厚度变化率也就越大，单能量的投影信息缺失更严重。此外，在CT扫描过程中，每个投影角度下的等效厚度变化规律也会不同，即使采用弥补投影数据以及重建图像后处理方法也很难得到信息完整、正确的CT重建图像。由于固定能量成像模式下无法实现对整个构件同时曝光成像，因此，需要采集多个能量(即多个电压)下的投影获取构件不同部位的有效信息，并利用这些有效投影信息重建出完整的构件内部结构。

常规工业CT(computed tomography)采用固定能量，对于内部结构复杂、等效厚度差大的复杂构件无法实现同时曝光。为获取高动态范围的CT重建图像，目前，多能CT成像是对多能投影图像序列融合来获取高动态范围的投影数据，并进行CT重建来实现复杂结构件的高动态CT成像，但是由于融合后的高动态投影中含有多种能量成分，而常规CT重建算法(如FBP，FDK等)都是基于单能X射线假设，二者的不一致导致利用常规CT重建算法得到的图像中出现硬化伪影。为获取高动态的CT图像并避免建立复杂的多能CT重建模型，可先融合多个能量下的CT投影获得的高动态投影数据，然后直接采用常规CT重建。这种方法虽然可以有效消除金属伪影，但CT重建图像中仍含有大量的硬化伪影。这是由于融合技术只是将不同能量下的投影数据的有效信息进行提取、整合，因此融合后的高动态投影中仍然含有多种能量成分，直接利用常规CT重建容易产生射束硬化伪影。

对于多能CT重建，李权等人提出了基于灰度加权的变电压CT重建方法。该方法利用TV-ART并结合灰度加权，把低电压重建图像TV最小化后作为相邻高电压投影重建的初值进行重建，依次类推直到最高电压，把投影数据的所有信息重建完毕，从而再现物体的完整结构。然而在递变电压较多的情况下，灰度加权处理起来较为繁琐且存在较大误。同时，随着迭代次数增加低密度边缘也会不同程度丢失。

张雪英等人提出了一种基于先验结构信息的变电压CT成像方法，该方法利用ART和TV算法依次对各能量下的投影进行重建直至最高能量，为了弥补高能量下重建图像边缘信息的缺失，将低能量下重建图像的边缘部分作为先验结构信息叠加到高能量CT重建结果上，得到物体的完整结构。但该方法边缘结构选取过于复杂，常出现选取边缘与高电压下缺失的边缘部不匹配的问题，对重建结果造成影响。因此需要发明一种简单有效保护低密度边缘的重建方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非等厚构件的多能CT循环迭代重建方法，是一种高质量、高动态范围的CT成像方法，能够完整清晰地再现复杂构件的内部结构信息，为构件内部缺陷检测及测量等提供良好的视觉基础，以解决常规工业CT采用固定能量，对于内部结构复杂、等效厚度差大的复杂构件无法实现同时曝光，导致获取的投影信息不完全，不能对构件进行完整重建，影响CT重建图像质量问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：