[发明专利]X射线吸收边探测信号增强方法、装置、设备及存储介质

说明书

本公开提供一种X射线吸收边探测信号增强方法、装置、设备及存储介质，涉及信号处理技术领域。该方法包括：获取由X射线透射的具有吸收边效应的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量；根据理论吸收边能量获得多个备选探测能段；对于多个备选探测能段中的各个备选探测能段，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数计算探测信号质量指标；根据与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标从多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强X射线吸收边探测信号。该方法可获得较为接近实际的物质吸收边能量，一定程度提高了X射线吸收边探测信号的增强能力。

技术领域

本公开涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种X射线吸收边探测信号增强方法、装置、设备及可读存储介质。

背景技术

由于X射线穿过物体时被吸收的程度不同导致产生透射X射线的差异，透射X射线经过X射线探测器采集和算法处理后，能够形成显示物体结构和成分差异的影像。目前X射线成像技术和相关仪器包括直接数字化成像技术(Digital Radiogrpahy，DR)和电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)等，已广泛应用于生物医学、无损检测、安全检查、材料科学等多个应用领域。

由于X射线影像反映的是物质对于X射线的衰减特性，为了获得高质量的成像结果，可通过增加射线能量以便穿透物质后能采集到高信噪比的数据。但X射线成像结果(与物质本身的衰减系数密切相关)的对比度随着X射线能量的增加而降低，即X射线的能量越高越不容易区分衰减系数相近的物质结构。因此为了获得更高质量的X射线影像，通常可以在被检测对象中增加某些X射线高吸收的材料，以提高目标区域或物质的成像对比度。例如，在临床增强CT中，通过注射较高浓度的增强剂来提高目标区域的对比度，增强CT除了能分辨血管的解剖结构以外，还能观察血管与病灶之间的关系、病灶部位的血供和血液动力学的一些变化。此外，在无损检测中，也通常会采用高吸收的增强剂材料，来标记特定对象，提高其在图像中发现的几率。

相关技术中X射线成像方法和仪器中常用的增强剂材料，例如碘、钆、金等，这些材料具有明显的吸收边效应。图1A示出物质水随入射X射线能量变化对X射线的衰减情况变化的曲线图，如图1A所示，一般地，物质的衰减系数随着入射X射线能量的增加逐渐减小。但是某些物质在某一特定能量下其衰减系数有一个突然地跳变，如图1B所示，图1B示出物质碘随入射X射线能量变化对X射线的衰减情况变化的曲线图，曲线上的这个跳变被称为物质的吸收边，图1B中展示的是碘的吸收边。碘、钆、金的理论吸收边能量分别为33.2keV、50.2keV、80.7keV。

利用增强剂的吸收边效应进行增强成像的方法最早在19世纪50年代被提出，但是一直到最近几十年随着数字探测器技术的成熟才逐渐得以广泛的应用。增强成像的过程可以分为两大步骤：一是利用X射线装置获取目标材料的在吸收边两侧的信号；二是使用分解算法进行物质分解。在X射线临床设备中，由于碘材料在吸收边两侧的衰减系数有较大差异，而人体中软组织或者水的衰减系数变化较小，因此可利用X射线装置在吸收边两侧分别成像，然后通过分解算法，可以将碘信号进行提取并单独显像，实现了特定区域或者部位的增强成像，并消除其他软组织等的背景干扰。

在一些相关技术采用的X射线仪器中，为了采集获取增强剂材料的吸收边信号，通常采用双光源双探测器的成像结构，或者瞬时切换管电压等设计来得到吸收边两侧的信号，但这种方式的两次曝光带来了吸收剂量的增加以及运动伪影，而X射线宽能谱的能量混叠削弱了吸收边信号，较弱的吸收边信号影响了成像的增强效果和增强剂材料的成像分解效果。