雙能CT圖像重建算法研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(Computed Tomography，簡稱為CT)自問世以來，以其精確、無損、可視化等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)林業(yè)、安檢、航天等各個(gè)領(lǐng)域。通過X射線在不同視角下掃描被檢測物質(zhì)，可以呈現(xiàn)出被檢測物質(zhì)的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。雙能CT技術(shù)于1976年被提出，迅速成為檢測領(lǐng)域特別是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和安檢領(lǐng)域的又一熱門話題。從理論上來說，雙能CT相對于傳統(tǒng)C工具有較高的探測精度，能夠準(zhǔn)確獲得掃描對象的材料信息--物質(zhì)的電子密度和有效原

2、子序數(shù)，這樣就能較準(zhǔn)確的判斷掃描對象的類型，該技術(shù)在不能利用物質(zhì)的形狀信息的爆炸藥物的檢測方面就顯得尤為重要。而傳統(tǒng)的CT只能獲得物質(zhì)的電子密度，這使得雙能CT成為X射線CT掃描研究最為活躍的領(lǐng)域之一。
　　 雙能CT是在兩個(gè)互異的能譜下對物質(zhì)進(jìn)行掃描的。CT技術(shù)的重點(diǎn)部分之一在于圖像重建算法，雙能CT也不例外。雙能CT中通常用到的物質(zhì)的衰減系數(shù)模型有光電效應(yīng)和康普頓散射效應(yīng)分解模型以及基材料分解模型，文中選用基材料分解模型。基

3、材料分解模型就是衰減系數(shù)可以表示為兩種已知線性衰減系數(shù)的材料的線性組合。根據(jù)基材料分解模型可以得到雙能CT在高低能系統(tǒng)能譜下的投影函數(shù)，根據(jù)高低能投影公式建立查找表。在建立的查找表中對高低能投影進(jìn)行投影匹配，得到兩組基材料的分解系數(shù)，然后用濾波反投影重建(FBP)算法進(jìn)行重建得到分解系數(shù)，由此能夠計(jì)算出被掃描材料的電子密度和有效原子序數(shù)。
　　 全變差(Total Variation，簡稱為TV)在圖像去噪過程中較好的保持了圖像

4、邊緣，這使其成為研究圖像降噪方面的一個(gè)熱點(diǎn)，同時(shí)為代數(shù)重建的發(fā)展做出了一定的貢獻(xiàn)。它的主要思想是：為了將圖像狀態(tài)調(diào)整成比較平坦的情況，需要通過創(chuàng)建一個(gè)使TV值最小的數(shù)學(xué)模型從而實(shí)現(xiàn)圖像的降噪。由于雙能CT重建出來的電子密度和有效原子序數(shù)存在一定的偽影，為了使得到的圖像更加精確，本文將TV最小化方法應(yīng)用到雙能CT中，以此來處理得到的電子密度和有效原子序數(shù)圖像，可以得到較平滑的電子密度和有效原子序數(shù)圖像。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雙能CT可以檢測出