RU2413207C1 - Способ реконструкции изображений для высокоэнергетической двухэнергетической системы компьютерной томографии - Google Patents

Способ реконструкции изображений для высокоэнергетической двухэнергетической системы компьютерной томографии Download PDF

Info

Publication number
RU2413207C1
RU2413207C1 RU2009130835/28A RU2009130835A RU2413207C1 RU 2413207 C1 RU2413207 C1 RU 2413207C1 RU 2009130835/28 A RU2009130835/28 A RU 2009130835/28A RU 2009130835 A RU2009130835 A RU 2009130835A RU 2413207 C1 RU2413207 C1 RU 2413207C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
energy
projection
values
coefficients
dual
Prior art date
Application number
RU2009130835/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Ли Чжан (CN)
Ли Чжан
Чжицян ЧЭНЬ (CN)
Чжицян ЧЭНЬ
Кэцзюнь КАН (CN)
Кэцзюнь КАН
Хайфын ХУ (CN)
Хайфын ХУ
Юйсян СИН (CN)
Юйсян СИН
Синьхой ДУАНЬ (CN)
Синьхой ДУАНЬ
Юаньцзин ЛИ (CN)
Юаньцзин ЛИ
Инун ЛЮ (CN)
Инун ЛЮ
Цинпин ХУАН (CN)
Цинпин ХУАН
Original Assignee
Тсинхуа Юниверсити
Ньюктек Компани Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тсинхуа Юниверсити, Ньюктек Компани Лимитед filed Critical Тсинхуа Юниверсити
Application granted granted Critical
Publication of RU2413207C1 publication Critical patent/RU2413207C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/20—Detecting prohibited goods, e.g. weapons, explosives, hazardous substances, contraband or smuggled objects
    • G01V5/22—Active interrogation, i.e. by irradiating objects or goods using external radiation sources, e.g. using gamma rays or cosmic rays
    • G01V5/226—Active interrogation, i.e. by irradiating objects or goods using external radiation sources, e.g. using gamma rays or cosmic rays using tomography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/10—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the material being confined in a container, e.g. in a luggage X-ray scanners
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/20—Detecting prohibited goods, e.g. weapons, explosives, hazardous substances, contraband or smuggled objects
    • G01V5/22—Active interrogation, i.e. by irradiating objects or goods using external radiation sources, e.g. using gamma rays or cosmic rays
    • G01V5/224—Multiple energy techniques using one type of radiation, e.g. X-rays of different energies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

Использование: для реконструкции изображений в высокоэнергетической двухэнергетической системе компьютерной томографии. Сущность заключается в том, что сканируют объект высокоэнергетическим двухэнергетическим излучением, чтобы получать значения высокоэнергетической двухэнергетической проекции, рассчитывают значения проекции коэффициентов основного материала, соответствующих значениям двухэнергетической проекции на основе предварительно созданной справочной таблицы или посредством аналитического решения системы уравнений, и получают изображение распределения коэффициентов основного материала на основании значений проекции коэффициентов основного материала. Технический результат: обеспечение возможности точной и эффективной идентификации материала при досмотре посредством высокоэнергетического рентгеновского излучения крупногабаритных грузов. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к технологии рентгенографии, в частности к способу реконструкции изображений для двухэнергетического изображения CT (компьютерной томографии) с помощью высокоэнергетического рентгеновского излучения.
2. Описание предшествующего уровня техники
Технология компьютерной томографии (CT) получила широкое применение в области медицинской диагностики и промышленном обнаружении, не имеющем потерь. Потребность в технологии CT, в том числе применении огромного количества основанных на рентгенографии систем формирования изображений CT (в дальнейшем указываемых ссылкой как система XCT для краткости) в общественной безопасности и социальной защите также является растущей с развитием общества. Системы XCT могут быть классифицированы на моноэнергетическую CT и двухэнергетическую CT в показателях используемых технологий формирования изображений. Моноэнергетическая и двухэнергетическая XCT, технологии которых относительно сложны, являются господствующими XCT в реальных применениях, хотя мультиэнергетическая технология формирования рентгеновских изображений достигла некоторого успеха. Моноэнергетическая XCT может получать информацию о внутренней структуре и физических характеристиках объекта, реконструируя изображение коэффициента ослабления томограммы объекта, в то же время она не может различать и точно определять, какое вещество содержится в объекте. С другой стороны, двухэнергетическая XCT может получать не только информацию о коэффициенте ослабления вещества в пределах объекта, но также информацию о составе вещества благодаря подходу к реконструкции. Например, типичной информацией о составе вещества является эффективное атомное число и эквивалентная характеристическая плотность вещества. С такой информацией можно выполнять распознавание веществ с высокой точностью и соответственно обеспечивать эффективный подход к инспектированию в области общественной безопасности.
Технология двухэнергетической XCT вошла в относительно изощренную стадию и широко использовалась в формировании медицинских изображений и в осмотрах в целях обеспечения безопасности на малогабаритных объектах. В большинстве двухэнергетических систем XCT низкоэнергетическое рентгеновское излучение, обычно ниже 200 килоэлектронвольт, широко применяется при формировании изображений. Причины для выбора низкоэнергетического спектра состоят в том, что, во-первых, легче формировать низкоэнергетическое рентгеновское излучение рентгеновской трубкой, и защита от облучения может быть реализована более простым способом для низкоэнергетического рентгеновского излучения; во-вторых, коэффициенты ослабления разных веществ значительно меняются в этом энергетическом спектре и поэтому изображение вещества обладает лучшей различимостью; в заключение, сканируемый объект обычно имеет малый размер и вызывает меньшее ослабление в отношении рентгеновского излучения, что дает возможность применения двухэнергетических систем XCT, использующих низкоэнергетическое рентгеновское излучение.
При осмотрах с целью обеспечения безопасности на насыпных грузах, однако, проникающая способность рентгеновского излучения в низкоэнергетическом спектре далека от достаточности, и, таким образом, невозможно получать четкие и пригодные к использованию данные проекций для реконструкции изображений. Вообще, рентгеновское излучение в энергетическом спектре порядка мегаэлектронвольт, находящегося в диапазоне от 1 до 10 мегаэлектронвольт, требуется для рентгеновской радиографии. Традиционные способы низкоэнергетической двухэнергетической реконструкции уже не пригодны для энергетического спектра порядка мегаэлектронвольт вследствие того фундаментального обстоятельства, что в этом способе взаимодействие между рентгеновским излучением и веществом будет давать в результате только два типа эффектов, фотоэлектрический эффект и комптоновское рассеяние, без эффекта электронной пары. С другой стороны, при применении высокоэнергетической двухэнергетической технологии рентгеновское излучение обычно обладает большей энергией, чем наименьшая энергия 1,02 мегаэлектронвольт, создаваемая эффектом электронной пары. Как результат, традиционные способы, основанные на двух вышеприведенных типах эффектов, больше не могут перениматься, и желательно разработать новую технологию для высокоэнергетического двухэнергетического применения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ реконструкции двухэнергетической CT, основанный на высокоэнергетическом рентгеновском излучении (более высоком чем 1 мегаэлектронвольт), который принимает меры в ответ на вопрос двухэнергетического XCT-осмотра на крупногабаритных грузах. Способом по настоящему изобретению можно точно и эффективно получать томограмму атомного числа и характеристической плотности для идентификации материала и, таким образом, предоставить высокоэффективный способ для осмотра с целью обеспечения безопасности на крупногабаритных грузах.
Двухэнергетическая система CT по настоящему изобретению может использовать источник излучения и детектор, который может получать двухэнергетическую информацию, получать данные проекций, используя стандартный круглый след CT или любой другой пригодный подход к сбору данных, и использовать данные проекций для реконструкции томограммы.
Согласно аспекту настоящего изобретения предложен способ реконструкции изображений в высокоэнергетической двухэнергетической системе CT, содержащий этапы, на которых сканируют объект высокоэнергетическим двухэнергетическим излучением для получения значений высокоэнергетической двухэнергетической проекции, рассчитывают значения проекции коэффициентов основного материала, соответствующих значениям двухэнергетической проекции на основе предварительно созданной справочной таблицы или посредством аналитического решения системы уравнений, и получают изображение распределения коэффициентов основного материала на основании значений проекции коэффициентов основного материала.
Предпочтительно высокоэнергетическое двухэнергетическое излучение имеет энергию, большую чем 1 мегаэлектронвольт.
Предпочтительно справочную таблицу создают посредством выбора двух разных основных материалов, расчета значений проекции при двухэнергетическом излучении, проникающем в два основных материала при разных комбинациях толщины, и создания справочной таблицы в виде соответствия между значениями высокоэнергетической и низкоэнергетической проекций и разными комбинациями толщины.
Предпочтительно аналитическое решение системы уравнений состоит в том, что получают соответствующую комбинацию толщины посредством решения системы уравнений высокоэнергетической и низкоэнергетической проекций при декомпозиции основного материала с использованием фактически полученных значений высокоэнергетической проекции.
Предпочтительно атомное число и характеристическая плотность являются эквивалентными физическими величинами в случае, в котором объект содержит смесь или компаунд.
Предпочтительно способ реконструкции изображений дополнительно содержит этап, на котором рассчитывают изображение атомного числа детектированного объекта на основании изображения распределения коэффициентов основного материала.
Предпочтительно способ реконструкции изображений дополнительно содержит этап, на котором рассчитывают изображение характеристической плотности детектированного объекта на основании изображения распределения коэффициентов основного материала.
Предпочтительно способ реконструкции изображений дополнительно содержит этап, на котором рассчитывают изображение коэффициента ослабления детектированного объекта на основании изображения распределения коэффициентов основного материала.
Способ по настоящему изобретению дает решение для реконструкции с технологией высокоэнергетической двухэнергетической CT и, таким образом, более эффективный подход к идентификации веществ и контролю контрабанды, тем самым принося значительное улучшение по точности и эффективности при осмотре с целью обеспечения безопасности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеприведенные преимущества и признаки настоящего изобретения будут очевидны из последующего подробного описания, взятого в соединении с прилагаемыми чертежами, на которых
фиг. 1 - схематическое представление системы сканирования CT, к которой применимо настоящее изобретение, система использует схему сканирования с круговой траекторией веерного пучка;
фиг. 2 - блок-схема последовательности операций способа расчета, изображающая способ реконструкции изображений по настоящему изобретению, в котором данные, показанные на каждой из стрелок, соединяющих соответственный элемент блок-схемы, представляют результат из предыдущего элемента блок-схемы, который будет браться в качестве входных данных в следующий элемент блок-схемы;
фиг. 3A и 3B показывают изображение атомного числа и изображение характеристической плотности, полученные посредством стимулированной реконструкции изображений соответственно с использованием единственной модели графита;
фиг. 3C и 3D показывают сравнения между реконструированным изображением атомного числа и изображением характеристической плотности и теоретическими значениями соответственно.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее будет приведено подробное описание для предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертеже, на которых одинаковые символы ссылок обозначают идентичные или подобные компоненты, хотя и проиллюстрированные на разных чертежах. Для ясности и лаконичности отдельное описание любой известной функции или конструкции, включенных в материалы настоящей заявки, будет опущено, иначе понимание цели настоящего изобретения может быть затруднено.
• Математический принцип для CT
Подвергание двумерного распределения u(x,y) линейному интегрированию вдоль направления θ будет давать в результате одномерную функцию p θ(t), которая указывается ссылкой как проекция u(x,y) под углом θ. Если может быть получена проекция p θ(t) вдоль соответственных направлений, двумерное распределение u(x,y) может точно рассчитываться на основании преобразования Радона. Процедура выведения двумерного распределения из этой проекции называется реконструкцией, которая действует в качестве математического принципа для CT.
На практике после того, как рентгеновский луч и детектор обходят объект за один цикл, измеряются и получаются проекции распределения коэффициента ослабления вдоль соответственных направлений для некоторого среза объекта, и двумерное распределение коэффициентов ослабления среза объекта может реконструироваться на основе принципа CT.
• Модель декомпозиции основного материала
Линейный коэффициент ослабления материала по отношению к рентгеновскому излучению может быть представлен суммой линейных коэффициентов ослабления трех главных эффектов с помощью следующего выражения:
Figure 00000001
в котором μ представляет линейный коэффициент ослабления материала по отношению к рентгеновскому излучению, μ p, μ c, μ e представляют линейные коэффициенты ослабления, соответствующие фотоэлектрическому эффекту, эффекту комптоновского рассеяния и эффекту электронной пары соответственно. Каждый элемент из μ p, μ c, μ e может быть приближенно выражен как произведение двух элементов, a и f(E), коэффициент a зависит от атомного числа и плотности материала, а f(E) зависит от энергии рентгеновского излучения.
Как показано в теоретическом анализе и экспериментах по коэффициенту ослабления материала, фотоэлектрический эффект делает вклад гораздо меньший, чем другие эффекты в ситуации высокой энергии и, таким образом, эффектом можно пренебречь при расчетах. Как результат вышеприведенное выражение упрощается.
Figure 00000002
Поскольку линейный коэффициент ослабления каждого материала может быть уникально определен двумя коэффициентами (a 2 и a 3), два основных материала, таких как углерод и алюминий, могут выбираться с тем, чтобы представлять линейный коэффициент ослабления любого другого материала линейной комбинацией линейных коэффициентов ослабления этих основных материалов, как проиллюстрировано в следующем выражении:
Figure 00000003
в котором μ обозначает линейный коэффициент ослабления одного произвольного материала, μ 1, μ 2 - линейные коэффициенты ослабления выбранного основного материала, b 1 и b 2 называются коэффициентами основного материала. Это как раз является выражением ядра в декомпозиции основного материала. Вышеприведенные a 2, a 3 определены как
Figure 00000004
в котором ρ представляет плотность материала, Z представляет атомное число материала, а A обозначает массовое число атомов материала. Впоследствии формула для расчета эффективного атомного числа и характеристической плотности по схеме декомпозиции основного материала может быть выведена как:
Figure 00000005
• Модель проекции основного материала
Рентгеновская трубка или ускоритель обычно вырабатывает рентгеновское излучение с непрерывным энергетическим спектром. Во время последовательности операций получения проекции рентгеновским методом энергетический спектр источника излучения и спектр детектора могут объединяться в D(E) с целью упрощения последовательности операций расчета. Объединенная D(E) удовлетворяет условию нормализации в виде
Figure 00000006
Для уравнения проекции оно может быть переписано в виде непрерывного спектра
Figure 00000007
Проекция с двумя энергиями может быть выражена в последующем подстановкой модели декомпозиции основного материала в вышеприведенное выражение
Figure 00000008
в котором p 1 , p 2 представляют проекции на двух энергетических уровнях, высокоэнергетическую проекцию и низкоэнергетическую проекцию соответственно, D 1, D 2 представляют энергетические спектры рентгенографической системы на высоком и низком энергетическом уровне, а каждое из B 1, B 2 является толщиной основного материала, определенной как
Figure 00000009
Значения проекций коэффициентов основного материала, B 1 и B 2, могут быть получены с помощью справочной таблицы или посредством непосредственного решения вышеприведенной системы уравнений (3). Затем коэффициенты b 1 и b 2 основного материала могут быть получены с помощью алгоритма реконструкции инверсной проекции с генерической фильтрацией
Figure 00000010
в котором (ρ, θ) представляют радиальную и угловую координаты для значений проекций.
Атомное число Zeff и характеристическая плотность ρ e могут быть получены с помощью вышеприведенного уравнения (2), а изображение линейного коэффициента ослабления на любом энергетическом уровне может быть получено с помощью вышеприведенного уравнения (1).
Фиг. 1 - схематическое представление двухэнергетической системы CT согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, источник 100 излучения вырабатывает двухэнергетическое рентгеновское излучение, имеющее непрерывное распределение энергии, с предопределенной временной привязкой под управлением контроллера 500. Объект 200 помещается на несущем механизме 300, который может равномерно вращаться, а также подниматься и опускаться под управлением контроллера 500. Матрица детекторов 400 скомпонована в положении, находящемся напротив источника 100 излучения, и принимает проникающее излучение, которое прошло через объект 200, под управлением контроллера 500 с тем, чтобы получать детектирующие сигналы для первого энергетического уровня и детектирующие сигналы для второго энергетического уровня. Сигналы, детектированные матрицей 400 детекторов, преобразуются в цифровые сигналы и сохраняются в компьютере для последующей обработки реконструкцией.
В варианте осуществления настоящего изобретения:
(1) Рентгеновский источник 100 содержит высокоэнергетический двухэнергетический ускорительный источник излучения, который может вырабатывать рентгеновское излучение на двух высоких уровнях напряжения быстрым и альтернативным образом. Что касается крупногабаритных грузов, использование ускорительного источника излучения может создавать излучение высокой мощности, чтобы гарантировать более четкое реконструированное изображение.
(2) Несущий механизм 300, например, может быть несущей объект платформой, которая вращается монотонно и устойчиво.
(3) Линейная матрица детекторов 400 развернута в горизонтальном направлении, в то время как удерживается перпендикулярно оси через центр рентгеновского источника 100 и несущего механизма 300.
(4) Механическое/электрическое управление, передача данных и реконструкция изображения системы CT в целом выполняется компьютерной рабочей станцией. Рабочая станция выполняет реконструкцию томограммы, которая впоследствии отображается на устройстве отображения в 2 или 3 измерениях.
(5) С целью точной реконструкции изображения система CT измеряет или точно калибрует параметры системы, в том числе расстояние D от рентгеновского источника до детектора, расстояние R от рентгеновского источника до оси вращения несущей объект платформы, положение c, в котором рентгеновский источник отображается на детектор, размер d пикселя детектора, точное геометрическое положение x i каждого из детекторов и угол θ поворота платформы.
(6) Схема сканирования, используемая в системе, является стандартной схемой с круговой траекторией веерного пучка, в которой источник излучения и детекторы зафиксированы на некоторой высоте, в то время как объект перемещается вместе с вращением несущей объект платформы. Данные двухэнергетической проекции CT собираются с каждым поворотом, который проходит объект.
(7) С приведенной выше последовательностью операций реконструкции изображений изображение атомного числа и характеристическое изображение материала могут быть получены компьютером из данных двухэнергетической проекции CT сканируемого объекта. Полученные изображения дают основу для последующих идентификации и определения материала.
Далее, подробности способа реконструкции изображений согласно варианту осуществления настоящего изобретения будут описаны в связи с фиг. 2.
На этапе S11 двухэнергетическое излучение используют при сканировании объекта, чтобы получать значения двухэнергетической проекции.
На этапе S12 значения проекции коэффициентов основного материала, соответствующие значениям двухэнергетической проекции, рассчитывают на основе предварительно созданной справочной таблицы или посредством аналитического решения системы уравнений. Справочную таблицу создают посредством выбора двух разных основных материалов, расчета значений проекции при двухэнергетическом излучении, проникающем в два основных материала при разных комбинациях толщины, и создания справочной таблицы в виде соответствия между значениями высокоэнергетической и низкоэнергетической проекций и разными комбинациями толщины. С другой стороны, аналитическое решение системы уравнений может быть реализовано получением соответствующей комбинации толщины посредством решения системы уравнений высокоэнергетической и низкоэнергетической проекций при декомпозиции основного материала с использованием фактически полученных значений высокоэнергетической двухэнергетической проекции. Последнее аналитическое решение системы уравнений, хотя и дает большую точность, требует длительного периода времени расчета. Учитывая медленный расчет, соответственно, справочная таблица используется в практических применениях.
На этапе S13 изображение распределения коэффициентов основного материала может быть получено из значений проекций основного материала.
На этапе S14 изображение атомного числа и изображение характеристической плотности детектированного объекта, а также изображение коэффициента ослабления детектированного объекта на произвольном энергетическом уровне, могут выводиться из изображения распределения коэффициентов основного материала. Этот этап реализуется в системе аппаратных средств. С помощью этих этапов настоящее изобретение основывает способ двухэнергетической реконструкции CT декомпозиции основного материала с высокоэнергетическим рентгеновским излучением, такой способ может выводить изображения атомного числа и характеристической плотности томограммы из двухэнергетической проекции более точным образом. Выведенные атомное число и характеристическая плотность являются эквивалентными физическими величинами в случае, в котором объект содержит смесь или компаунд.
Фиг. 3A-3D показывают часть экспериментальных результатов, полученных экспериментами имитационного моделирования с одиночной моделью графита. Фиг. 3C и 3D показывают секционную диаграмму изображений атомного числа и характеристической плотности в горизонтальном направлении соответственно, при этом пунктирная линия обозначает реконструированные значения, а сплошная линия обозначает теоретические значения.
В качестве общего способа реконструкции изображения в случае высокоэнергетического двухэнергетического состояния настоящее изобретение применимо к любой двухэнергетической системе CT, использующей высокоэнергетическое рентгеновское излучение в качестве источника излучения. Поэтому предполагается, что настоящее изобретение должно иметь благоприятную перспективу в большей области применений.
Вышеизложенное описание предназначено только для иллюстрации вариантов осуществления настоящего изобретения, не ограничивающих настоящее изобретение. Для специалистов в данной области техники любое изменение или замещение, которые могут быть без труда произведены в объеме настоящего изобретения, должны охватываться объемом настоящего изобретения. Поэтому объем настоящего изобретения должен определяться формулой изобретения.

Claims (8)

1. Способ реконструкции изображений в высокоэнергетической двухэнергетической системе СТ, содержащий этапы, на которых:
сканируют объект высокоэнергетическим двухэнергетическим излучением, чтобы получать значения высокоэнергетической двухэнергетической проекции;
рассчитывают значения проекции коэффициентов основного материала, соответствующих значениям двухэнергетической проекции на основе предварительно созданной справочной таблицы или посредством аналитического решения системы уравнений; и
получают изображение распределения коэффициентов основного материала на основании значений проекции коэффициентов основного материала.
2. Способ по п.1, в котором высокоэнергетическое двухэнергетическое излучение имеет энергию, большую чем 1 МэВ.
3. Способ по п.1, в котором справочную таблицу создают посредством того, что выбирают два разных основных материала, рассчитывают значения проекции при двухэнергетическом излучении, проникающем в два основных материала при разных комбинациях толщины, и создают справочную таблицу в виде соответствия между значениями высокоэнергетической и низкоэнергетической проекций и разными комбинациями толщины.
4. Способ по п.1, в котором аналитическое решение системы уравнений состоит в том, что получают соответствующую комбинацию толщины посредством того, что решают систему уравнений высокоэнергетической и низкоэнергетической проекций при декомпозиции основного материала с использованием фактически полученных значений высокоэнергетической двухэнергетической проекции.
5. Способ по п.1, в котором атомное число и характеристическая плотность являются эквивалентными физическими величинами в случае, в котором объект содержит смесь или компаунд.
6. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором рассчитывают изображение атомного числа детектированного объекта на основании изображения распределения коэффициентов основного материала.
7. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором рассчитывают изображение характеристической плотности детектированного объекта на основании изображения распределения коэффициентов основного материала.
8. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором рассчитывают изображение коэффициента ослабления детектированного объекта на основании изображения распределения коэффициентов основного материала.
RU2009130835/28A 2008-08-13 2009-08-12 Способ реконструкции изображений для высокоэнергетической двухэнергетической системы компьютерной томографии RU2413207C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810118304.2 2008-08-13
CN200810118304.2A CN101647706B (zh) 2008-08-13 2008-08-13 高能双能ct***的图象重建方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2413207C1 true RU2413207C1 (ru) 2011-02-27

Family

ID=41129731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009130835/28A RU2413207C1 (ru) 2008-08-13 2009-08-12 Способ реконструкции изображений для высокоэнергетической двухэнергетической системы компьютерной томографии

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8306180B2 (ru)
CN (1) CN101647706B (ru)
DE (1) DE102009028104B4 (ru)
FR (1) FR2935049B1 (ru)
GB (1) GB2462529B (ru)
HK (1) HK1140123A1 (ru)
RU (1) RU2413207C1 (ru)
WO (1) WO2010017729A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2598310C2 (ru) * 2011-08-31 2016-09-20 Конинклейке Филипс Н.В. Формирование дифференциальных фазовых контрастных изображений с помощью чувствительного к энергии обнаружения

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8311181B2 (en) * 2008-11-28 2012-11-13 General Electric Company Apparatus and method of visualizing multi-energy imaging data
US20100135564A1 (en) * 2008-11-28 2010-06-03 Brian William Thomsen Apparatus for and method of selecting material triplets for a multi-material decomposition
WO2011106463A1 (en) * 2010-02-25 2011-09-01 Rapiscan Systems Inc. A high-energy x-ray spectroscopy-based inspection system and methods to determine the atomic number of materials
RU2595646C2 (ru) * 2011-07-26 2016-08-27 Ингрейн, Инк. Способ оценивания эффективного атомного номера и объемной плотности образцов породы с использованием рентгеновской компьютерной томографии на двух уровнях энергии
US9970890B2 (en) * 2011-10-20 2018-05-15 Varex Imaging Corporation Method and apparatus pertaining to non-invasive identification of materials
CN102928448B (zh) * 2012-10-30 2015-08-19 公安部第一研究所 通道式四视角x射线液态物品安全检查方法及检查装置
CN103900931B (zh) * 2012-12-26 2017-04-26 首都师范大学 一种多能谱ct成像方法及成像***
CN103900503B (zh) * 2012-12-27 2016-12-28 清华大学 提取形状特征的方法、安全检查方法以及设备
CN104346820B (zh) * 2013-07-26 2017-05-17 清华大学 一种x光双能ct重建方法
CN104422704B (zh) * 2013-08-21 2017-07-25 同方威视技术股份有限公司 对x光能谱ct的能谱信息进行分解的方法和对应的重建方法
US10508505B2 (en) * 2013-10-28 2019-12-17 Vetco Gray, LLC Flow-by holes with gallery and channel arrangement on wellhead and tubular hanger
CN103559699B (zh) * 2013-11-18 2016-09-28 首都师范大学 一种基于投影估计的多能谱ct图像重建方法
CN103729868A (zh) * 2014-01-07 2014-04-16 天津大学 基于双能ct扫描数据重建投影图像检测方法
WO2015171943A1 (en) 2014-05-07 2015-11-12 Decision Sciences International Corporation Image-based object detection and feature extraction from a reconstructed charged particle image of a volume of interest
WO2016057532A1 (en) * 2014-10-08 2016-04-14 Decision Sciences International Corporation Image based object locator
US10282870B2 (en) * 2014-10-13 2019-05-07 Koninklijke Philips N.V. Spectral imaging
US9943279B2 (en) 2014-10-21 2018-04-17 General Electric Company Methods and systems for task-based data generation and weighting for CT spectral imaging
CN105806856B (zh) 2014-12-30 2019-02-19 清华大学 双能射线成像方法和***
CN105758873B (zh) * 2015-03-04 2019-12-31 公安部第一研究所 一种ct探测装置及其数据处理方法
KR102349471B1 (ko) * 2015-03-18 2022-01-10 프리스매틱 센서즈 에이비 광자-계수 멀티 빈 검출기로부터의 에너지 분해 영상 데이터에 기반한 영상 재구성
CN106353828B (zh) * 2015-07-22 2018-09-21 清华大学 在安检***中估算被检查物体重量的方法和装置
CN105223214B (zh) * 2015-10-22 2019-01-11 同方威视技术股份有限公司 用于物质分辨的标定装置、标定方法和标定***
AU2017260252A1 (en) * 2016-05-03 2019-09-26 Rapiscan Systems, Inc. Radiation signal processing system
DE102016209674B4 (de) * 2016-06-02 2023-10-26 Siemens Healthcare Gmbh Ermittlung einer räumlichen Verteilung von Materialeigenschaftswerten auf Basis einer Einzelenergie-CT-Bildaufnahme mit Hilfe eines iterativen Optimierungsverfahrens
CN109069091B (zh) 2016-09-08 2020-04-14 皇家飞利浦有限公司 用于多材料分解的装置
CN106910157B (zh) * 2017-02-17 2020-06-26 公安部第一研究所 一种多级并行的图像重建方法及装置
CN107884806B (zh) * 2017-10-19 2020-05-08 天津大学 面向双能ct成像的x射线能谱探测及重构解析方法
CN108230277B (zh) * 2018-02-09 2020-09-11 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种基于卷积神经网络的双能ct图像分解方法
CN109946747A (zh) * 2019-03-25 2019-06-28 北京航星机器制造有限公司 一种基于新型探测装置的双能ct探测***
CN110731788B (zh) * 2019-07-18 2023-10-20 天津大学 一种基于双能ct扫描仪对基物质进行快速分解的方法
CN111134709B (zh) * 2020-01-17 2021-09-14 清华大学 一种多能量ct基材料分解方法
CN111366982A (zh) * 2020-03-10 2020-07-03 上海英曼尼安全装备有限公司 一种双能ct***的探测器装置、双能ct***及图像重建方法
EP4008260A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-08 Koninklijke Philips N.V. Method for improving ct-based material decomposition
EP4255304A1 (en) * 2020-12-04 2023-10-11 Koninklijke Philips N.V. Method for improving ct-based material decomposition
CN112666194B (zh) * 2020-12-22 2022-12-20 上海培云教育科技有限公司 一种虚拟数字dr图像的生成方法及dr虚拟仿真仪器
TWI776443B (zh) * 2021-03-26 2022-09-01 行政院原子能委員會核能研究所 用於雙能量x光成像系統之有效原子序計算方法
CN114492060B (zh) * 2022-01-17 2024-03-29 北京工业大学 小模数塑料直齿圆柱齿轮工业ct投影及重建图像建模方法
CN115105107A (zh) * 2022-06-20 2022-09-27 北京朗视仪器股份有限公司 一种能谱成像方法及能谱成像***

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3848130A (en) * 1973-06-25 1974-11-12 A Macovski Selective material x-ray imaging system
US3965358A (en) * 1974-12-06 1976-06-22 Albert Macovski Cross-sectional imaging system using a polychromatic x-ray source
US4029963A (en) * 1976-07-30 1977-06-14 The Board Of Trustees Of Leland Stanford Junior University X-ray spectral decomposition imaging system
US4686695A (en) * 1979-02-05 1987-08-11 Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Scanned x-ray selective imaging system
US4571491A (en) * 1983-12-29 1986-02-18 Shell Oil Company Method of imaging the atomic number of a sample
US5132998A (en) * 1989-03-03 1992-07-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Radiographic image processing method and photographic imaging apparatus therefor
FR2656109B1 (fr) * 1989-12-14 1992-02-28 Gen Electric Cgr Procede de calibration de la chaine de mesure d'un appareil a rayons x.
US5155365A (en) * 1990-07-09 1992-10-13 Cann Christopher E Emission-transmission imaging system using single energy and dual energy transmission and radionuclide emission data
US5319547A (en) * 1990-08-10 1994-06-07 Vivid Technologies, Inc. Device and method for inspection of baggage and other objects
US5247559A (en) * 1991-10-04 1993-09-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Substance quantitative analysis method
GB9200828D0 (en) * 1992-01-15 1992-03-11 Image Research Ltd Improvements in and relating to material identification using x-rays
US5481584A (en) * 1994-11-23 1996-01-02 Tang; Jihong Device for material separation using nondestructive inspection imaging
US6069936A (en) * 1997-08-18 2000-05-30 Eg&G Astrophysics Material discrimination using single-energy x-ray imaging system
US6324240B1 (en) * 1998-11-12 2001-11-27 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Method for beam hardening correction in quantitative computed X-ray tomography
US6173034B1 (en) * 1999-01-25 2001-01-09 Advanced Optical Technologies, Inc. Method for improved breast x-ray imaging
EP1210588A4 (en) 1999-08-02 2007-02-28 Inst Of Geol & Nuclear Science NON-INVASIVE EVALUATION METHOD OF PROPERTIES OF MATERIALS SUCH AS COAL AND WOOL
US6418189B1 (en) * 2000-01-24 2002-07-09 Analogic Corporation Explosive material detection apparatus and method using dual energy information of a scan
NZ502033A (en) 2000-06-11 2003-05-30 Inst Of Geol & Nuclear Science Assessing properties of meat such as the fat or lean meat content using dual energy x-ray absorption scanner
DE10048775B4 (de) * 2000-09-29 2006-02-02 Siemens Ag Röntgen-Computertomographieeinrichtung
JP4334226B2 (ja) * 2001-02-23 2009-09-30 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 画像データセットにおいてボリュームの密度を決める方法及びシステム
US7295691B2 (en) * 2002-05-15 2007-11-13 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc Computer aided diagnosis of an image set
US6904118B2 (en) * 2002-07-23 2005-06-07 General Electric Company Method and apparatus for generating a density map using dual-energy CT
KR20050113596A (ko) 2002-12-10 2005-12-02 커먼웰쓰 사이언티픽 앤드 인더스트리얼 리서치 오가니제이션 방사선 촬영 장치
DE10311628B4 (de) * 2003-03-14 2006-04-13 Siemens Ag Bildgebungsverfahren
US20050058242A1 (en) * 2003-09-15 2005-03-17 Peschmann Kristian R. Methods and systems for the rapid detection of concealed objects
US6987833B2 (en) * 2003-10-16 2006-01-17 General Electric Company Methods and apparatus for identification and imaging of specific materials
DE10352013B4 (de) * 2003-11-07 2008-02-07 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur ortsaufgelösten Bestimmung der Elementkonzentrationen in Untersuchungsobjekten
US7453987B1 (en) * 2004-03-04 2008-11-18 Science Applications International Corporation Method and system for high energy, low radiation power X-ray imaging of the contents of a target
US7190757B2 (en) * 2004-05-21 2007-03-13 Analogic Corporation Method of and system for computing effective atomic number images in multi-energy computed tomography
CN2833569Y (zh) * 2005-09-22 2006-11-01 清华同方威视技术股份有限公司 利用射线源对液体物品进行ct安全检查的设备
CN101071110B (zh) * 2006-05-08 2011-05-11 清华大学 一种基于螺旋扫描立体成像的货物安全检查方法
CN101074937B (zh) 2006-05-19 2010-09-08 清华大学 能谱调制装置、识别材料的方法和设备及图像处理方法
US7492862B2 (en) * 2007-01-17 2009-02-17 Ge Homeland Protection, Inc. Computed tomography cargo inspection system and method
US7539283B2 (en) * 2007-01-17 2009-05-26 Ge Homeland Protection, Inc. Combined computed tomography and nuclear resonance fluorescence cargo inspection system and method
CN101266216A (zh) * 2007-03-14 2008-09-17 清华大学 标定双能ct***的方法和图像重建方法
WO2008142446A2 (en) 2007-05-17 2008-11-27 Durham Scientific Crystals Ltd Energy dispersive x-ray absorption spectroscopy in scanning transmission mode involving the calculation of the intensity ratios between successive frequency bands
GB0716045D0 (en) 2007-08-17 2007-09-26 Durham Scient Crystals Ltd Method and apparatus for inspection of materials
US7649977B2 (en) * 2007-09-12 2010-01-19 Hamilton Sundstrand Corporation Neutron-gamma ray tomography
CN101403711B (zh) * 2007-10-05 2013-06-19 清华大学 液态物品检查方法和设备
CN101403710B (zh) * 2007-10-05 2013-06-19 清华大学 液态物品检查方法和设备
CN101435783B (zh) 2007-11-15 2011-01-26 同方威视技术股份有限公司 物质识别方法和设备

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2598310C2 (ru) * 2011-08-31 2016-09-20 Конинклейке Филипс Н.В. Формирование дифференциальных фазовых контрастных изображений с помощью чувствительного к энергии обнаружения

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009028104A1 (de) 2010-03-04
GB2462529B (en) 2011-03-16
GB0913737D0 (en) 2009-09-16
GB2462529A (en) 2010-02-17
CN101647706A (zh) 2010-02-17
WO2010017729A1 (zh) 2010-02-18
FR2935049B1 (fr) 2015-08-07
CN101647706B (zh) 2012-05-30
FR2935049A1 (fr) 2010-02-19
DE102009028104B4 (de) 2015-07-16
US20100040192A1 (en) 2010-02-18
HK1140123A1 (en) 2010-10-08
US8306180B2 (en) 2012-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2413207C1 (ru) Способ реконструкции изображений для высокоэнергетической двухэнергетической системы компьютерной томографии
JP7073134B2 (ja) 医用画像生成装置
US8218837B2 (en) Material composition detection from effective atomic number computation
Le et al. Least squares parameter estimation methods for material decomposition with energy discriminating detectors
EP2377467A1 (en) System and method for determining the composition of an object
US11598730B2 (en) Combined image generation of article under examination and image of test item
JP5981543B2 (ja) 物質の検出および／または分類
JP2008519976A (ja) コンピュータトモグラフィ装置及び関心対象の検査方法
Wang et al. Synthetic CT: Simulating low dose single and dual energy protocols from a dual energy scan
Xing et al. A reconstruction method for dual high-energy CT with MeV X-rays
EP1875276A2 (en) Energy distribution reconstruction in ct
AU2017376804B2 (en) Dual-energy microfocus radiographic imaging method for meat inspection
KR20140096049A (ko) 재료들의 비-침투성 식별에 관한 방법 및 장치
Jumanazarov et al. Significance of the spectral correction of photon counting detector response in material classification from spectral x-ray CT
Fu et al. Methods determining the angular increment of a continuous scan cone-beam CT system
Hu et al. A practical material decomposition method for x-ray dual spectral computed tomography
Chang et al. APPLICATION OF A DUAL-ENERGY MONOCHROMATIC XRAY CT ALGORITHM TO POLYCHROMATIC X-RAY CT: A FEASIBILITY STUDY
Edey et al. Extending the dynamic range of biomedical micro-computed tomography for application to geomaterials
Zhao et al. Iterative dual energy material decomposition from spatial mismatched raw data sets
Zhang et al. Performance evaluation of dual‐energy CT and differential phase contrast CT in quantitative imaging applications
Firsching et al. Basis material decomposition—A quantitative X-ray imaging method and its application in industrial sorting
Yang et al. Density estimation in x-ray computed tomography using the Alvarez-Macovski model
Tkaczyk et al. Atomic number resolution for three spectral CT imaging systems
Ryzhikov et al. Multi-energy method of digital radiography for imaging of biological objects
Zhang et al. Research on accuracy of material identification based on photon counting spectral CT