X射線CT投影圖像線束硬化效應校正.pdf

1、計算機斷層掃描成像技術（Computed Tomography，CT）是通過反演樣品不同角度的X射線投影數據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，它是X-ray CT技術的核心部分之一。經典的CT圖像重建算法基于X射線源為單色光源的假設。而實際上，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設備的光源都是多色光源，這與CT圖像重建算法基本假設相矛盾。如果直接用多色投影數據進行圖像重構，將導致重

2、構后的CT圖像產生線束硬化偽影，降低CT圖像質量。
　　CT表征技術應用中，除X射線多能譜性引起的線束硬化效應導致重建圖像產生偽影之外，實驗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位問題也會降低重建圖像質量，干擾表征結果。因此對于線束硬化校正等高精度的CT圖像數值處理，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至關重要。
　　本文立足于CT表征技術中的線束硬化

3、效應難題，首先針對CT實驗過程中投影圖像照度不均和背景不一致的問題進行了研究，在此基礎上提出了一種基于投影圖像灰度數據的線束硬化校正方法。具體內容如下：
　?。?）對多光譜X射線源經不同種類和厚度的濾波片物理過濾后的譜線分布進行了仿真模擬，以此為基礎確定了相關實驗參數：X射線能量、濾波片種類和厚度、標定樣品厚度等?；谀M結果得到的實驗參數，對人造砂巖樣品和標定樣品鋁進行了CT實驗，獲得原始投影灰度數據。
　　（2）針對CT

4、實驗中出現的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式擬合法的投影圖照度歸一化方法和基于互相關原理的投影圖背景配準法。通過對比處理前后的投影圖像灰度數值分布以及CT重構結果，發(fā)現本文所述方法能夠有效解決CT實驗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圖像重構質量。
　?。?）基于CT實驗光路，計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，結合比爾定律得到鋁標樣的理論單色投影

5、數據。利用最小二乘法對鋁標樣的多色投影灰度數據和理論單色投影灰度數據進行擬合，建立了人造砂巖樣品的線束硬化校正模型。利用此模型實現了人造砂巖樣品多色投影數據的單色化。
　　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位等問題的解決有效提高了CT圖像重建的質量，利用濾波片法和基于標樣對投影圖像數值修正相結合，提出了一種CT成像中線束硬化效應的校正方法。文章的研究結果不僅有助于消除CT圖像偽影，而且為定量CT表征技術