[发明专利]多能量X射线锥束CT成像系统及方法

权利要求书

1.一种多能量X射线锥束CT成像系统，其特征在于，包括：

射线源，所述射线源产生用于透射成像的射线，所述射线源具有变焦点功能，所述射线源具有快速千伏切换功能，所述射线源在CT扫描旋转过程中通过所述快速千伏切换功能进行周期性的高低能能谱快速切换；

能谱调制器，所述能谱调制器用于设置在所述射线源和待成像物体之间，所述能谱调制器由多个不同的子模块周期排布而成的非均匀滤波片，用于改变X射线的强度分布和能谱形状分布；

探测器，所述探测器用于探测到所述射线源发出的射线经过所述能谱调制器和所述待成像物体后的X射线透射值；

机械/电气控制与数据传输/处理单元，所述机械/电气控制与数据传输/处理单元用于对所述射线源、所述能谱调制器和所述探测器进行控制，以及结合变焦点功能，将采集到的所述X射线透射值归入不同的类别，基于不同的类别对所述X射线透射值进行数据处理；所述数据处理包括但不限于利用所得的X射线透射值划分成多个能区的X射线透射数据，结合变焦点功能实现散射校正，提高物质分解的能力；

所述快速千伏切换功能为根据需求同时快速切换管电压、管电流和曝光时间。

2.根据权利要求1所述的多能量X射线锥束CT成像系统，其特征在于，所述机械/电气控制与数据传输/处理单元结合所述射线源变焦点功能，将所述射线源的焦点不同位置处采集的所述X射线透射值通过平移或者插值处理得到近似的探测器同一像素处穿过所述能谱调制器不同子单元的多能X射线透射值。

3.根据权利要求1所述的多能量X射线锥束CT成像系统，其特征在于，所述能谱调制器中，不同的所述子模块具有对X射线不同的衰减。

4.根据权利要求1所述的多能量X射线锥束CT成像系统，其特征在于，所述能谱调制器采用一体成形加工制得，或采用拼接方式加工制得，或者用重叠方式加工制得。

5.一种多能量X射线锥束CT成像方法，其特征在于，应用于权利要求1至4中任意一项所述的多能量X射线锥束CT成像系统，包括如下步骤：

S1：设定好CT采集模式，所述CT采集模式为具有变焦点的快速千伏切换模式；

S2：采集所述X射线透射值；

S3：根据设定的所述CT采集模式求解估计的散射强度；

S4：从采集到的所述X射线透射值中扣除所述估计的散射强度，得到主束X射线透射值；

S5：利用所述主束X射线透射值进行数据处理后，再进行物质分解和重建，得到最终的CT图。

6.根据权利要求5所述的多能量X射线锥束CT成像方法，其特征在于，所述估计的散射强度采用如下求解方式得到：

预先建立所述X射线透射值与所述估计的散射强度，两种基材料等效厚度积分之间的映射关系；通过查找表或者迭代求解法得到所述估计的散射强度。

7.根据权利要求6所述的多能量X射线锥束CT成像方法，其特征在于，所述映射关系基于如下依据得到：

基于CT投影理论，高低能能谱穿过所述能谱调制器和所述待成像物体衰减后被所述探测器探测到的所述X射线透射值是关于散射强度值，两种基材料等效厚度积分之间的函数关系可以表示为：

其中，表示为探测器探测到的X射线透射值；i＝P₀,P₁分别表示变焦点情况下焦点的位置；根据能谱CT物质分解理论，L₁和L₂为两种所选定材料的等效厚度积分，为在下i＝P₀,P₁焦点位置下的散射强度；

由于散射强度分布相对低频，在变焦点的情形下，不同焦点位置下下的散射分布相关性很强，因此，以两个焦点位置P₀,P₁为例，散射强度分布相关函数用式(2)表示：

在实际计算中，认为从而预先建立所述映射关系:

8.根据权利要求7所述的多能量X射线锥束CT成像方法，其特征在于，所述估计的散射强度采用所述查表法求得的具体过程为：通过仿真或者实际测量得到多组进而可以建立关于{I_Sc,L₁,L₂}的查找表，从而求解得到所述估计的散射强度I_Sc。