双能dr物质识别算法在ct成像系统中的应用

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1、双能DR物质识别算法在CT成像系统中的应用作者：汤昕烨，张丽，陈志强，高河伟，张国伟【摘要】本文介绍一种适用于计算机断层成像（CT）的双能透视（DR）物质识别算法，此算法基于单能CT重建图像，通过对CT图像的分割及对断层几何信息的提取，分块重建材料有效原子序数及电子密度的分布。结合各种扫描轨迹的CT成像系统，可以实现有效的物质材料识别。同时，对比于传统的双能CT方法，本方法结合单能CT重建图像，改善了双能DR识别效果，能够实现较为精确的物质识别，在安全检查等应用领域有着现实意义。【关键词】双能DR；CT成像；物质识别Abstract:Adualenergydigit

2、alradiography(DR)methodassistedbysegmentationofsingleenergyreconstructionimageisproposedformaterialrecognitioninXrayCTinspectionsystems.Theeffectiveatomicnumberandequivalentelectrondensitydistributionofthescannedobjectscanbereconstructedwiththismethod.Comparedtotheconventionaldualenerg

3、ycomputedtomography(CT)technique,thismethodmarkedly18reducestheamountofdualenergydetectorsinthesystemofCTscanning,whichshowsitssignificanceinapplicationinthefieldofsecurityinspection.Keywords:dualenergyDR;CTimagesystem;materialrecognition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，

4、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。18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

5、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（ElectronbeamScanner），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

6、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18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

7、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。根据Beer法则，对一个实际X射线成像系统来说，当X射线通过均匀物质发生衰减时，探测器的高、低能透明度输出可分别表示为:TH=∫EHN(E)exp-∫μ(E)dlEPd(E)dE，(