双能DR物质识别算法在CT成像系统中的应用
|
| 时间：2009-02-09 16:39:28 来源： 作者： |
|
Application of dualenergy DR method for material recognition
in CT image systemTANG Xinye, ZHANG Li, CHEN Zhiqiang, GAO Hewei, ZHANG Guowei
Abstract: A dualenergy digital radiography (DR) method assisted by segmentation of single energy reconstruction image is proposed for material recognition in Xray CT inspection systems. The effective atomic number and equivalent electron density distribution of the scanned objects can be reconstructed with this method. Compared to the conventional dual energy computed tomography (CT) technique, this method markedly reduces the amount of dualenergy detectors in the system of CT scanning, which shows its significance in application in the field of security inspection.
Key words: dualenergy DR; CT image system; material recognition
引言
自“九一一”事件以来，在全世界范围内公众对恐怖事件的关注日益增加。出于公共安全因素的考虑，对乘客行李中炸药及其他危险品或违禁品的检查正越发得到重视。目前，机场和火车站入口使用的安全检查系统主要通过双能X射线方法来对乘客行李内的物质进行区分及检查［1］。
Alvarez和Macovski ［2］于1976年最早提出了双能X射线断层扫描的基本重建方法，通过解决非线性方程式重建物质原子序数及密度的分布。近年来提出的一种双能曲线方法［3,4］，则通过对探测器得到的高、低能透明度进行曲线拟合，实现对未知均匀材料有效原子序数和质量厚度的精确重建。
计算机断层成像（CT）技术解决了一般透视成像中的物体重叠问题，如果投影数据完备，就可以得到精确的断层图像。至今，CT成像系统已经发展到第五代。英国工程师Hounsfield于1967年设计了第一代CT机，所采用的是平行束平移—旋转方式。第二代CT机采用扇束平移—旋转方式。第三代CT机采用的是目前常用的扇形束探测器与源旋转扫描方式。第四代CT机的扫描方式和第三代的相似，但是扫描过程中只有X射线源旋转运动。第五代CT机是电子束扫描机（Electronbeam Scanner），它通过电子束的旋转来实现X光源的旋转运动，从而实现毫秒级的快速扫描［5］。
结合上述技术的特点，开发基于双能技术的CT成像系统用于机场、海关、车站等行李物品的检查，不但能得到断层图像，辨认叠放物品，还能够获得被检物品的材料信息，实现较为准确的物质识别。
本文提出了一种基于CT重建图像的双能DR重建方法，能够较为准确地重建材料的有效原子序数和电子密度分布。与常规双能DR算法相比，此方法可以解决材料重叠的问题。与基于求解非线性方程组的常规双能CT算法相比，该方法通过图像分割技术，采用分块重建和求解线性方程组的方法。与CT成像系统相结合，能够通过使用少量双能探测器实现较为准确的快速物质识别，适用于安全检查系统对高通关率的要求。
1 双能断层成像重建
传统的双能CT算法利用双能量投影数据信息重建待测物体的物质特性。通过对线性吸收系数进行分解，可将其表示为与物质特性相关量的线性组合，基本分解函数可分为不同的两类: 由康普顿散射和光电吸收所引起衰减的线性组合：μ(E)=c1μp(E)+c2μC(E),(1)其中μp(E)是光电效应引起的线性衰减，μC(E)是由于康普顿散射引起的线性衰减。常数c1和c2是所测材料的未知比例系数。
两种所选基础材料的衰减系数的线性组合：μ(E)=a1μA(E)+a2μB(E),(2)其中μA(E)和μB(E)是两种所选基础材料的线性衰减系数。
|
|
|
|
