[发明专利]一种基于计算编码的CSXI轮盘式编码孔径设计方法

说明书

本发明涉及一种基于计算编码的CSXI轮盘式编码孔径设计方法，包括：步骤1：确定编码孔径的编码方式；步骤2：构建对应编码孔径轮盘；步骤3：设计轮盘随CT扫描系统的运动方式；步骤4：在与CT扫描系统的X射线源对应位置设置编码孔径轮盘，编码孔径轮盘通过随扫描视角的变化切换用于调制X射线能谱的滤波器，完成CSXI的计算编码。与现有技术相比，本发明具有有效实现CSXI系统的编码扫描、成像精度高等优点。

技术领域

本发明涉及X射线成像技术领域，尤其是涉及一种基于计算编码的CSXI轮盘式编码孔径设计方法。

背景技术

X射线计算断层成像(X-ray computed tomography，XCT)能够在无损地获取扫描截面的内部结构信息，目前已广泛地用于医学诊断和工业检测领域。而能谱X射线断层成像(Spectral X-ray computed tomography，SXCT)能利用不同化学组分的物质对X射线的能谱衰减特性不同，进一步获得扫描物体的材料组分信息，可用于鉴别CT图像上具有相似灰度的物质。用于临床诊断时可区分造影和钙化；用于工业检测时可给出扫描件的材料组成；用于机场、火车站安检时可筛选出可疑的违禁物品。因此SXCT具有巨大的应用潜力。

传统的获取SXCT的方式是采用多个具有不同管电压的X射线源进行扫描，或者采取具有X光子能量分辨能力的探测器，但是它们一方面需要多次扫描，这会增加扫描时间和X射线剂量；另一方面，它们都造价昂贵，会极大的增加系统的制造成本。一种低成本的SXCT的实现方式是采用对射线源的能谱进行编码的方式，获取类似于多电压扫描的测量。如图1所示，它将具有X射线能谱调制作用的编码孔径与传统CT相结合，经过编码的X射线穿过被扫描物体(人体)后，被探测器以积分测量的方式获取测量值，然后用于能谱CT图像重建。由于能谱测量信息是被探测器在整个能谱域上进行积分(压缩)后记录的，这种SXCT的实现方式也称为压缩能谱X射线成像(Compressive spectral X-ray imaging，CSXI)。能谱调制的编码方式有四种，包括均匀视角编码(Uniform view，UV)、随机视角编码(Random view，RV)、均匀探测器编码(Uniform detector，UD)和随机探测器编码(Random detector，RD)。其中，UV编码中所选的滤波器组按照一定顺序依次放置在不同的投影视角上；RV编码中所选的滤波器组随机放置在不同投影视角上；UD编码中所有编码视角上的编码孔径模式相同；RD编码中所有投影路径上的编码是随机产生的。在UV和RV设计模式下，对于共计P个投影CT扫描，则需要P个对应滤波器。而在UD和RD设计模式下，对于具有M个像元的线列探测器，编码孔径则共计具有MP个滤波器需要制作和安装。

虽然研究者们提出了CSXI系统的模型，受限于系统的复杂性，目前并没有CSXI系统的具体实现方式。如果直接采取如图1所示的方式，在每个投影路径前放置相应的K-edge滤波器，由于整个CT系统内部扫描区域空间有限，用于不同投影视角的滤波器在空间上互相干涉，因此是无法基于CSXI原理图搭建CSXI系统的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效实现CSXI系统的编码扫描、成像精度高的基于计算编码的CSXI轮盘式编码孔径设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于计算编码的CSXI轮盘式编码孔径设计方法，所述的设计方法包括：

步骤1：确定编码孔径的编码方式；

步骤2：构建对应编码孔径轮盘；

步骤3：设计轮盘随CT扫描系统的运动方式；

步骤4：在与CT扫描系统的X射线源对应位置设置编码孔径轮盘，编码孔径轮盘通过随扫描视角的变化切换用于调制X射线能谱的滤波器，完成CSXI的计算编码。