[发明专利]一种考虑散射光子影响的X射线能谱估计方法

说明书

本发明实施例公开了一种考虑散射光子影响的X射线能谱估计方法，包括：构建关于X射线能谱和散射常数的非线性方程组；设置所述非线性方程组中的X射线能谱S(E)和所述散射常数Sc的初始值S(E)supgt;(0)/supgt;和Scsupgt;(0)/supgt;；在每一次迭代点(S(E)supgt;(n)/supgt;，Scsupgt;(n)/supgt;)处将所述非线性方程组进行一阶泰勒展开，得到线性方程组；将线性方程组转化为形式Ax＝b，利用EM算法求解所述线性方程组Ax＝b，得到所述X射线能谱和所述散射常数的估计值；判断所述估计值是否收敛，如果判断结果为否，执行下一次迭代；当所述X射线能谱和所述散射常数的估计值收敛时，根据所述X射线能谱和所述散射常数的估计值得到最终的X射线能谱。

技术领域

本发明涉及X射线CT成像技术领域，特别是一种考虑散射光子影响的X射线能谱估计方法。

背景技术

X射线计算机断层(X ray Computed Tomography，简称X射线CT)成像技术能够无损地展示被测物体的内部结构信息，在医学诊疗、工业缺陷检测、制造误差分析以及逆向工程等方面得到越来越广泛的应用。CT成像的准确性依赖于X射线多色正投影建模的准确性，而X射线能谱是影响X射线多色正投影建模准确性的重要因素。X射线能谱在能谱CT图像重建、CT图像硬化校正等应用中扮演着重要角色。CT系统中X射线源产生的X射线流强很大，X射线能谱难以直接利用X射线光谱仪等设备进行测量；散射大小与被测物体的属性以及CT系统所处的环境相关，难以准确估计，且散射光子对能谱估计的准确性有一定影响。因此，想要对X射线多色正投影过程进行精确建模，需要对X射线能谱、散射进行准确估计。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种考虑散射光子影响的X射线能谱估计方法，来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种考虑散射光子影响的X射线能谱估计方法，包括：

步骤1，设置散射光子信号为常数，构建关于X射线能谱和散射常数的非线性方程组：

其中，p_i是第i条射线路径下获得的X射线多色投影值；i表示射线路径的编号，取值范围从1开始，最大值为探测器的单元个数与物体扫描角度数的积；为X射线路径的指标集；S(E)＝(S₁,S₂,…，S_M)是未知的X射线能谱的离散形式，其中，M表示X射线能谱的最大能量；δ是能谱离散间隔；φ(E)＝(φ₁,φ₂,…,φ_M)是被测物体的质量衰减系数的离散形式；R_i＝(r_i1,r_i2,…,r_iJ)是第i条射线路径的投影向量，r_ij表示第j个像素对第i条射线路径的投影贡献；f＝(f₁,f₂,…,f_J)^T表示离散化的图像，f_j为图像f在第j个像素上的采样值；

步骤2，设置所述非线性方程组中的X射线能谱S(E)和所述散射常数Sc的初始值S(E)⁽⁰⁾和Sc⁽⁰⁾；其中，所述S(E)⁽⁰⁾通过X射线能谱软件仿真预设电压下的X射线能谱得到，所述Sc⁽⁰⁾为范围0.001-0.1内的预设值；

步骤3，在每一次迭代点(S(E)⁽ⁿ⁾,Sc⁽ⁿ⁾)处将所述非线性方程组(1)进行一阶泰勒展开，得到线性方程组为：

其中：