X射線CT投影圖像線束硬化效應(yīng)校正.pdf

1、計(jì)算機(jī)斷層掃描成像技術(shù)（Computed Tomography，CT）是通過反演樣品不同角度的X射線投影數(shù)據(jù)而獲得樣品的橫截面（斷層）信息，這一反演過程被稱為CT圖像重構(gòu)，它是X-ray CT技術(shù)的核心部分之一。經(jīng)典的CT圖像重建算法基于X射線源為單色光源的假設(shè)。而實(shí)際上，除同步輻射CT的光源可作為理想的近單色光源之外，工業(yè)和醫(yī)用CT設(shè)備的光源都是多色光源，這與CT圖像重建算法基本假設(shè)相矛盾。如果直接用多色投影數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重構(gòu)，將導(dǎo)致重

2、構(gòu)后的CT圖像產(chǎn)生線束硬化偽影，降低CT圖像質(zhì)量。
　　CT表征技術(shù)應(yīng)用中，除X射線多能譜性引起的線束硬化效應(yīng)導(dǎo)致重建圖像產(chǎn)生偽影之外，實(shí)驗(yàn)過程中投影圖像照度不均勻以及射線源、樣品和探測器三者之間的相對移動造成的投影圖像背景錯(cuò)位問題也會降低重建圖像質(zhì)量，干擾表征結(jié)果。因此對于線束硬化校正等高精度的CT圖像數(shù)值處理，投影圖像照度均勻以及射線源、樣品和探測器三者之間的空間位置配準(zhǔn)至關(guān)重要。
　　本文立足于CT表征技術(shù)中的線束硬化

3、效應(yīng)難題，首先針對CT實(shí)驗(yàn)過程中投影圖像照度不均和背景不一致的問題進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于投影圖像灰度數(shù)據(jù)的線束硬化校正方法。具體內(nèi)容如下：
　　（1）對多光譜X射線源經(jīng)不同種類和厚度的濾波片物理過濾后的譜線分布進(jìn)行了仿真模擬，以此為基礎(chǔ)確定了相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)：X射線能量、濾波片種類和厚度、標(biāo)定樣品厚度等。基于模擬結(jié)果得到的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，對人造砂巖樣品和標(biāo)定樣品鋁進(jìn)行了CT實(shí)驗(yàn)，獲得原始投影灰度數(shù)據(jù)。
　　（2）針對CT

4、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的X射線投影圖像照度不均和背景不一致的問題，分別提出了一種基于多項(xiàng)式擬合法的投影圖照度歸一化方法和基于互相關(guān)原理的投影圖背景配準(zhǔn)法。通過對比處理前后的投影圖像灰度數(shù)值分布以及CT重構(gòu)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本文所述方法能夠有效解決CT實(shí)驗(yàn)中普遍存在的投影圖像照度不均和背景不一致的問題，并明顯提高CT圖像重構(gòu)質(zhì)量。
　　（3）基于CT實(shí)驗(yàn)光路，計(jì)算得到樣品成像過程中的軸心軌跡與X射線光路上樣品的厚度，結(jié)合比爾定律得到鋁標(biāo)樣的理論單色投影

5、數(shù)據(jù)。利用最小二乘法對鋁標(biāo)樣的多色投影灰度數(shù)據(jù)和理論單色投影灰度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，建立了人造砂巖樣品的線束硬化校正模型。利用此模型實(shí)現(xiàn)了人造砂巖樣品多色投影數(shù)據(jù)的單色化。
　　本文通過對CT成像過程中普遍存在的投影圖像照度不均和背景圖像錯(cuò)位等問題的解決有效提高了CT圖像重建的質(zhì)量，利用濾波片法和基于標(biāo)樣對投影圖像數(shù)值修正相結(jié)合，提出了一種CT成像中線束硬化效應(yīng)的校正方法。文章的研究結(jié)果不僅有助于消除CT圖像偽影，而且為定量CT表征技術(shù)