DE102009028104A1 - Bildrekonstruktionsverfahren für energiereiches Doppelenergie-CT-System - Google Patents

Bildrekonstruktionsverfahren für energiereiches Doppelenergie-CT-System Download PDF

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Abstract

Es wird ein Bildrekonstruktionsverfahren in einem energiereichen Doppelenergie-CT-System beschrieben. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Abtasten eines Gegenstands mit energiereichen Doppelenergie-Strahlen, um Werte für die energiereiche Doppelenergie-Projektion zu erhalten; Berechnen von Projektionswerten für Grundmaterial-Koeffizienten, die den Doppelenergie-Projektionswerten entsprechen, aufgrund einer vorher erzeugten Nachschlagetabelle oder durch analytisches Lösen eines Satzes von Gleichungen; und Erhalten eines Bilds einer Grundmaterial-Koeffizientenverteilung aufgrund der Projektionswerte der Grundmaterial-Koeffizienten. Das Verfahren stellt eine Lösung für die Rekonstruktion mit der energiereichen Doppelenergie-CT-Technologie und somit eine effektivere Methode zur Identifikation von Substanzen und zur Prüfung auf Schmuggelware zur Verfügung, wodurch die Genauigkeit und Effizienz bei der Sicherheitsprüfung signifikant verbessert werden.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Radiographie-Technologie, insbesondere ein Verfahren zur Bildrekonstruktion für ein Doppelenergie-CT-Bild mit energiereichen Röntgenstrahlen.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Das Verfahren der Computertomogaphie (CT) hat auf dem Gebiet der medizinischen Diagnose und der industriellen verlustfreien Detektion breite Anwendung gefunden. Die Nachfrage nach dem CT-Verfahren, das den Einsatz einer sehr hohen Anzahl von CT-Bildgebungssystemen auf der Basis der Bildgebung mit Röntgenstrahlen (nachstehend kurz als „XCT-System” bezeichnet) auf dem Gebiet der öffentlichen und sozialen Sicherheit einschließt, wächst ebenfalls mit der Entwicklung der Gesellschaft. Die XCT-Systeme lassen sich hinsichtlich der genutzten Bildgebungsverfahren in Einenergie-CT- und Doppelenergie-CT-Systeme einteilen. Die Einenergie- und Doppelenergie-XCTs, für die die Verfahren relativ hochentwickelt sind, sind bei realen Anwendungen Mainstream-XCTs, obgleich das Bildgebungsverfahren mit Mehrfachenergie-Röntgenstrahlen gewisse Fortschritte gemacht hat. Die Einenergie-XCT kann zwar Informationen zu der inneren Struktur und den physikalischen Eigenschaften eines Gegenstands durch Rekonstruktion eines Schwächungskoeffizienten-Bilds des Tomogramms des Gegenstands erhalten, aber sie kann nicht genau unterscheiden und bestimmen, welche Substanz in dem Gegenstand enthalten ist. Hingegen kann die Doppelenergie-XCT nicht nur Informationen zu dem Schwächungskoeffizienten der Substanz in dem Gegenstand erhalten, sondern durch das Rekonstruktionsverfahren auch Informationen zu der Zusammensetzung der Substanz. Zum Beispiel sind typische Informationen zu der Zusammensetzung einer Substanz die effektive Kernladungszahl und die entsprechende charakteristische Dichte der Substanz. Mit diesen Informationen ist es möglich, eine Substanz-Erkennung mit einer hohen Genauigkeit durchzuführen und somit ein effizientes Prüfverfahren auf dem Gebiet der öffentlichen Sicherheit bereit zu stellen.
  • Die Doppelenergie-XCT-Technologie hat ein relativ hohes Niveau erreicht und hat in der medizinischen Bildgebung und bei der Sicherheitsprüfung von Gegenständen mit geringer Größe breite Anwendung gefunden. Bei den meisten Doppelenergie-XCT-Systemen werden häufig energiearme Röntgenstrahlen, in der Regel mit weniger als 200 keV, bei der Bildgebung genutzt. Die Gründe für die Wahl eines energiearmen Spektrums sind: Erstens ist es einfacher, energiearme Röntgenstrahlen mit einer Röntgenröhre zu erzeugen, und der Schutz vor der Strahlung kann für energiearme Röntgenstrahlen einfacher implementiert werden; zweitens variieren die Schwächungskoeffizienten verschiedener Substanzen in diesem Energiespektrum stark, und dadurch hat das Bild einer Substanz eine bessere Unterscheidbarkeit; und schließlich hat der abgetastete Gegenstand meistens eine geringe Größe und verursacht eine geringere Schwächung der Röntgenstrahlen, was den Einsatz von Doppelenergie-XCT Systemen ermöglicht, die energiearme Röntgenstrahlen verwenden.
  • Bei der Sicherheitsprüfung von Schüttgutladungen ist jedoch das Durchdringungsvermögen von Röntgenstrahlen in dem energiearmen Spektrum alles andere als ausreichend, und es ist daher nicht möglich, klare und brauchbare Projektionsdaten für die Bildrekonstruktion zu erhalten. Im Allgemeinen sind Röntgenstrahlen in dem Energiespektrum in der Größenordnung von MeV, und zwar in einem Bereich von 1 bis 10 MeV, für die Röntgenradiographie erforderlich. Wegen der grundlegenden Tatsache, dass bei den herkömmlichen energiearmen Doppelenergie-Rekonstruktionsverfahren die Wechselwirkung zwischen Röntgenstrahlen und einer Substanz nur zu zwei Arten von Wirkungen, und zwar dem fotoelektrischen Effekt und der Compton-Streuung, nicht aber zu dem Elektronenpaar-Effekt führt, sind diese Verfahren nicht mehr für das Energiespektrum in der Größenordnung von MeV geeignet. Hingegen besitzen bei der Anwendung der hochenergetischen Doppelenergie-Technologie die Röntgenstrahlen in der Regel eine größere Energie als die niedrigste Energie von 1,02 MeV, die durch den Elektronenpaar-Effekt erzeugt wird. Daher können die herkömmlichen Verfahren, die auf den beiden vorgenannten Wirkungsarten beruhen, nicht mehr verwendet werden, und es ist wünschenswert, eine neue Technologie für die energiereiche Doppelenergie-Anwendung zu entwickeln.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Doppelenergie-CT-Rekonstruktionsverfahren bereit zu stellen, das auf energiereichen Röntgenstrahlen (größer als 1 MeV) beruht und das Problem der Doppelenergie-XCT-Prüfung von großen Frachtgütern angeht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein Tomogramm mit der Kernladungszahl und der charakteristische Dichte für die Material-Identifikation genau und effizient zu erhalten und dadurch ein hocheffizientes Verfahren zur Sicherheitsprüfung von großen Frachtgütern zur Verfügung zu stellen.
  • Das erfindungsgemäße Doppelenergie-CT-System kann eine Strahlenquelle und einen Detektor verwenden, der Doppelenergie-Informationen erhalten kann, Projektionsdaten unter Verwendung eines normalen CT-Kreisspur- oder eines anderen geeigneten Datenerfassungsverfahrens erhalten und die Projektionsdaten zum Rekonstruieren eines Tomogramms nutzen.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bildrekonstruktionsverfahren in einem energiereichen Doppelenergie-CT-System bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist: Abtasten eines Gegenstands mit energiereichen Doppelenergie-Strahlen, um Werte einer energiereichen Doppelenergie-Projektion zu erhalten; Berechnen von Projektionswerten für Grundmaterial-Koeffizienten, die den Doppelenergie-Projektionswerten entsprechen, aufgrund einer vorher erzeugten Nachschlagetabelle oder durch analytisches Lösen eines Satzes von Gleichungen; und Erhalten eines Bilds einer Grundmaterial-Koeffizientenverteilung aufgrund der Projektionswerte der Grundmaterial-Koeffizienten.
  • Vorzugsweise haben die energiereichen Doppelenergie-Strahlen eine Energie von mehr als 1 MeV.
  • Vorzugsweise wird die Nachschlagetabelle dadurch erzeugt, dass zwei unterschiedliche Grundmaterialien gewählt werden und Werte für eine Projektion berechnet werden, bei der Doppelenergie-Strahlen die beiden Grundmaterialien bei verschiedenen Dickenkombinationen durchdringen, wobei die Nachschlagetabelle in Form einer Korrespondenz zwischen Werten für eine energiereiche und eine energiearme Projektion und den verschiedenen Dickenkombinationen erzeugt wird.
  • Vorzugsweise umfasst das analytische Lösen eines Satzes von Gleichungen das Ermitteln einer entsprechenden Dickenkombination durch Lösen eines Satzes von Gleichungen für energiereiche und energiearme Projektion bei einer Spaltung des Grundmaterials unter Verwendung der real erhaltenen Werte für die energiereiche Doppelenergie-Projektion.
  • Vorzugsweise sind die Kernladungszahl und die charakteristische Dichte äquivalente physikalische Größen für den Fall, dass der Gegenstand ein Gemisch oder eine Verbindung enthält.
  • Vorzugsweise weist das Bildrekonstruktionsverfahren einen Schritt des Berechnens eines Kernladungszahlbilds des detektierten Gegenstands aufgrund des Bilds der Grundmaterial-Koeffizientenverteilung auf.
  • Vorzugsweise weist das Bildrekonstruktionsverfahren weiterhin einen Schritt des Berechnens eines Bilds der charakteristischen Dichte des detektierten Gegenstands aufgrund des Bilds der Grundmaterial-Koeffizientenverteilung auf.
  • Vorzugsweise weist das Bildrekonstruktionsverfahren weiterhin einen Schritt des Berechnens eines Bilds des Schwächungskoeffizienten des detektierten Gegenstands aufgrund des Bilds der Grundmaterial-Koeffizientenverteilung auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Lösung für die Rekonstruktion mit der energiereichen Doppelenergie-CT-Technologie und somit eine effektivere Methode zur Identifikation von Substanzen und zur Prüfung auf Schmuggelware zur Verfügung, wodurch die Genauigkeit und Effizienz bei der Sicherheitsprüfung signifikant verbessert werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorgenannten Vorzüge und Merkmale der vorliegenden Erfindung dürften aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervorgehen. Hierbei:
  • ist 1 eine schematische Darstellung eines CT-Abtastsystems, für das die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, wobei das System ein Fächerstrahl-Kreisbahn-Abtastschema nutzt;
  • ist 2 ein Ablaufdiagramm für die Berechnung, das das erfindungsgemäße Bildrekonstruktionsverfahren zeigt und in dem Daten, die an jedem der Pfeile angegeben sind, die die entsprechenden Fließblöcke verbinden, das Ergebnis des vorhergehenden Fließblocks darstellen und als Eingangsdaten für den nächsten Fließblock verwendet werden;
  • zeigen die 3A und 3B ein Kernladungszahlbild bzw. ein Bild der charakteristischen Dichte, das jeweils durch eine stimulierte Bildrekonstruktion unter Verwendung eines einzigen Graphitmodells erhalten wird; und
  • zeigen die 3C und 3D einen Vergleich zwischen dem rekonstruierten Kernladungszahlbild bzw. dem rekonstruierten Bild der charakteristischen Dichte und theoretischen Werten.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nun werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben, in denen ähnliche Bezugssymbole stets identische oder ähnliche Komponenten bezeichnen, auch wenn sie in verschiedenen Figuren dargestellt sind. Aus Gründen der Klarheit und der Kürze wird hier die ausführliche Beschreibung aller bekannten Funktionen und Strukturen, die hier vorkommen, weggelassen; andernfalls könnte der Gegenstand der vorliegenden Erfindung schwerer verständlich werden.
  • – Mathematischer Grundsatz für die CT
  • Die Linienintegration einer 2D-Verteilung u(x, y) entlang einer Richtung θ führt zu einer 1D-Funktion pθ(t), die als Projektion von u(x, y) in einem Winkel θ bezeichnet wird. Wenn die Projektion pθ(t) entlang den einzelnen Richtungen ermittelt werden kann, kann die 2D-Verteilung u(x, y) aufgrund der Radon-Transformation exakt berechnet werden. Das Verfahren zum Ableiten einer 2D-Verteilung von ihrer Projektion wird als Rekonstruktion bezeichnet, die als mathematischer Grundsatz für die CT fungiert.
  • In der Praxis werden die Projektionen der Schwächungskoeffizientenverteilung entlang den einzelnen Richtungen für eine Scheibe des Gegenstands gemessen und ermittelt, nachdem ein Röntgenstrahl und ein Detektor einmal um den Gegenstand herumgegangen sind, und die 2D-Verteilung der Schwächungskoeffizienten der Scheibe des Gegenstands kann nach dem CT-Grundsatz rekonstruiert werden.
  • – Modell für die Spaltung des Grundmaterials
  • Der lineare Schwächungskoeffizient eines Materials für Röntgenstrahlen kann durch eine Summe von linearen Schwächungskoeffizienten für drei Hauptwirkungen mit dem folgenden Ausdruck dargestellt werden: μ = μp + μc + μe = a1fp(E) + a2fKN(E) + a3fe(E)worin μ den linearen Schwächungskoeffizienten eines Materials für Röntgenstrahlen darstellt und μp, μc und μe lineare Schwächungskoeffizienten darstellen, die dem photoelektrischen Effekt, der Compton-Streuung bzw. dem Elektronenpaar-Effekt entsprechen. Jedes der Elemente μp, μc und μe kann näherungsweise als Produkt von zwei Elementen, und zwar α und f(E), näherungsweise dargestellt werden, wobei der Koeffizient α von der Kernladungszahl und der Dichte des Materials abhängig ist und f(E) von der Energie der Röntgenstrahlen abhängig ist.
  • Wie bei der theoretischen Analyse und in Versuchen zu dem Schwächungskoeffizienten eines Materials nachgewiesen worden ist, leistet der photoelektrische Effekt einen Beitrag, der in einer energiereichen Umgebung viel kleiner als bei den anderen Effekten ist, und daher kann der Effekt bei der Berechnung vernachlässigt werden. Dadurch kann der vorgenannte Ausdruck wie folgt vereinfacht werden: μ = μc + μe = a2fKN(E) + a3fe(E)
  • Da der lineare Schwächungskoeffizient jedes Materials mit den beiden Koeffizienten α2 und α3 eindeutig bestimmt werden kann, können zwei Grundmaterialien, wie etwa Kohlenstoff und Aluminium, so ausgewählt werden, dass sie den linearen Schwächungskoeffizienten eines anderen Materials mit einer linearen Kombination der linearen Schwächungskoeffizienten dieser Grundmaterialien darstellen, wie in dem folgenden Ausdruck gezeigt wird: μ = μc + μe = b1μ1 + b2μ2 (1),worin μ den linearen Schwächungskoeffizienten eines beliebigen Materials bezeichnet, μ1 und μ2 die linearen Schwächungskoeffizienten des gewählten Grundmaterials sind, und b1 und b2 als Grundmaterial-Koeffizienten bezeichnet werden. Das ist genau der Kern-Ausdruck bei der Spaltung des Grundmaterials. Die vorgenannten Größen α1 und α2 sind wie folgt definiert:
    Figure 00080001
    worin ρ die Dichte des Materials darstellt, Z die Kernladungszahl des Materials darstellt und A die atomare Massenzahl des Materials bezeichnet. Nun kann eine Formel zum Berechnen der effektiven Kernladungszahl und der charakteristischen Dichte über ein Grundmaterial-Spaltungsschema wie folgt abgeleitet werden:
    Figure 00080002
  • – Modell für die Projektion des Grundmaterials
  • Die Röntgenröhre oder der Beschleuniger erzeugen in der Regel Röntgenstrahlen mit einem kontinuierlichen Spektrum. Während des Prozesses der Projektion der Röntgenstrahlen können das Energiespektrum der Strahlenquelle und das Detektor-Spektrum zur Vereinfachung des Rechenprozesses zu D(E) kombiniert werden. Die Kombination D(E) erfüllt die Normalisierungsbedingung wie folgt:
    Figure 00080003
  • Eine Projektionsgleichung kann in Form eines kontinuierlichen Spektrums wie folgt umgeschrieben werden:
    Figure 00090001
  • Die Doppelenergie-Projektion kann durch Einsetzen eines Modells für die Spaltung des Grundmaterials in den vorstehenden Ausdruck wie folgt ausgedrückt werden:
    Figure 00090002
    worin p1 und p2 eine Projektion auf dem Doppelenergie-Niveau, und zwar eine energiereiche Projektion bzw. eine energiearme Projektion, darstellen, D1 und D2 ein Energiespektrum eines Röntgenstrahlensystems auf hohem bzw. niedrigem Energieniveau darstellen und B1 und B2 jeweils die Dicke des Grundmaterials darstellen, die sich wie folgt definiert:
    Figure 00090003
  • Die Projektionswerte für die Grundmaterial-Koeffizienten und B1 und B2 können mit einer Nachschlagetabelle oder durch Lösen des vorgenannten Satzes von Gleichungen (3) direkt ermittelt werden. Dann können die Grundmaterial-Koeffizienten b1 und b2 mit einem generischen Filter-Umkehrprojektionsrekonstruktions-Algorithmus ermittelt werden:
    Figure 00090004
    worin (ρ, θ) radiale und Winkel-Koordinaten für die Projektionswerte darstellen.
  • Die Kernladungszahl Zeff und die charakteristische Dichte ρe können mit der vorgenannten Gleichung (2) ermittelt werden, und das Bild des linearen Schwächungskoeffizienten auf jedem Energieniveau kann mit der vorgenannten Gleichung (1) erhalten werden.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Doppelenergie-CT-Systems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, erzeugt eine Strahlenquelle 100 Doppelenergie-Röntgenstrahlen, die eine kontinuierliche Energieverteilung zu einem festgelegten Zeitpunkt unter Steuerung durch ein Steuergerät 500 haben. Ein Gegenstand 200 wird auf einen Tragmechanismus 300 gesetzt, der sich gleichmäßig drehen kann und unter der Steuerung durch das Steuergerät 500 angehoben und abgesenkt werden kann. Eine Anordnung von Detektoren 400 befindet sich an einer Position gegenüber der Strahlenquelle 100 und empfängt die Durchdringungsstrahlen, die durch den Gegenstand 200 hindurchgegangen sind, unter der Steuerung durch das Steuergerät 500, um Detektionssignale für ein erstes Energieniveau und Detektionssignale für ein zweites Energieniveau zu erhalten. Die von der Detektoren-Anordnung 400 detektierten Signale werden in digitale Signale umgewandelt und in einem Computer für die nachfolgende Rekonstruktionsverarbeitung gespeichert.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
    • (1) weist die Strahlenquelle 100 eine energiereiche Doppelenergie-Beschleuniger-Strahlenquelle auf, die Röntgenstrahlen auf zwei Hochspannungsniveaus schnell und abwechselnd erzeugen kann. Bei großen Frachtgütern können durch den Einsatz einer Beschleuniger-Strahlenquelle Strahlen mit einer höheren Energie erzeugt werden, um ein deutlicheres rekonstruiertes Bild zu gewährleisten.
    • (2) kann der Tragmechanismus 300 zum Beispiel eine den Gegenstand tragende Plattform sein, die sich ständig und stabil dreht.
    • (3) ist die lineare Anordnung von Detektoren 400 in einer horizontalen Richtung positioniert, wobei sie senkrecht zu einer Achse durch den Mittelpunkt der Röntgenstrahlenquelle 100 und des Tragmechanismus 300 gehalten wird.
    • (4) werden die mechanische/elektrische Steuerung, die Datenübertragung und die Bildrekonstruktion des gesamten CT-Systems mit einer Computer-Workstation durchgeführt. Die Workstation führt die Rekonstruktion eines Tomogramms durch, das anschließend an einem Anzeigegerät in zwei oder drei Dimensionen angezeigt wird.
    • (5) misst das CT-System für eine genaue Bildrekonstruktion Systemparameter oder stellt diese ein, wie etwa einen Abstand D zwischen der Röntgenstrahlenquelle und einem Detektor, einen Abstand R zwischen der Röntgenstrahlenquelle und der Drehachse der den Gegenstand tragenden Plattform, eine Position c, an der die Röntgenstrahlenquelle auf einem Detektor abgebildet wird, ein Pixelgröße d eines Detektors, eine exakte geometrische Position xi jedes der Detektoren, und den Drehwinkel θ der Plattform.
    • (6) ist das Abtastschema, das in dem System verwendet wird, ein normales Fächerstrahl-Kreisbahn-Abtastschema, bei dem die Strahlenquelle und die Detektoren in einer Höhe fest angebracht sind, während sich der Gegenstand zusammen mit der Drehung der den Gegenstand tragenden Plattform bewegt. Die Doppelenergie-CT-Projektionsdaten werden bei jeder Drehung erfasst, bei der sich der Gegenstand bewegt.
    • (7) können mit dem vorgenannten Bildrekonstruktionsverfahren das Kernladungszahlbild und das charakteristische Bild des Materials mit einem Computer aus den Doppelenergie-CT-Projektionsdaten eines abgetasteten Gegenstands erhalten werden. Die erhaltenen Bilder stellen eine Grundlage für die nachfolgende Identifikation und Bestimmung des Materials dar.
  • Nun werden die Einzelheiten des Bildrekonstruktionsverfahrens nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit 2 beschrieben.
  • In einem Schritt S11 werden Doppelenergie-Strahlen beim Abtasten des Gegenstands verwendet, um die Doppelenergie-Projektionswerte zu erhalten.
  • In einem Schritt S12 werden die Projektionswerte der Grundmaterial-Koeffizienten, die den Doppelenergie-Projektionswerten entsprechen, aufgrund einer vorher erzeugten Nachschlagetabelle oder durch analytisches Lösen eines Satzes von Gleichungen berechnet. Die Nachschlagetabelle kann dadurch erzeugt werden, dass zwei unterschiedliche Grundmaterialien gewählt werden und Werte für eine Projektion berechnet werden, bei der Doppelenergie-Strahlen die beiden Grundmaterialien bei verschiedenen Dickenkombinationen durchdringen, wobei die Nachschlagetabelle in Form einer Korrespondenz zwischen Werten für eine energiereiche und eine energiearme Projektion und den verschiedenen Dickenkombinationen erzeugt wird. Im Gegensatz dazu kann das analytische Lösen eines Satzes von Gleichungen durch Ermitteln einer entsprechenden Dickenkombination durch Lösen eines Satzes von Gleichungen für die energiereiche und die energiearme Projektion bei der Spaltung der Grundmaterialien unter Verwendung der real erhaltenen Werte für die energiereiche Doppelenergie-Projektion realisiert werden. Die zuletzt genannte analytische Lösung eines Gleichungssatzes bietet zwar eine höhere Genauigkeit, erfordert aber eine lange Rechenzeit. Unter Berücksichtigung der langsamen Berechnung wird daher bei praktischen Anwendungen vorzugsweise eine Nachschlagetabelle verwendet.
  • In einem Schritt S13 kann ein Bild der Grundmaterial-Koeffizientenverteilung aus den Projektionswerten des Grundmaterials erhalten werden.
  • In einem Schritt S14 können das Kernladungszahlbild und das Bild der charakteristischen Dichte des detektierten Gegenstands sowie das Schwächungskoeffizientenbild des detektierten Gegenstands auf einem beliebigen Energieniveau von dem Bild der Grundmaterial-Koeffizientenverteilung abgeleitet werden. Dieser Schritt wird in einem Hardware-System implementiert. Mit diesen Schritten stellt die vorliegende Erfindung ein Doppelenergie-CT-Rekonstruktionsverfahren mit energiereichen Röntgenstrahlen für die Spaltung von Grundmaterialien zur Verfügung, das die Bilder der Kernladungszahl und der charakteristischen Dichte eines Tomogramms genauer von der Doppelenergie-Projektion ableiten kann. Die abgeleitete Kernladungszahl und die abgeleitete charakteristische Dichte sind äquivalente physikalische Größen in dem Fall, dass der detektierte Gegenstand ein Gemisch oder eine Verbindung enthält.
  • Die 3A bis 3D zeigen einen Teil der Versuchsergebnisse, die durch Simulationsversuche mit einem einzigen Graphitmodell erhalten wurden. Die 3C und 3D zeigen Teildiagramme von Bildern der Kernladungszahl bzw. der charakteristischen Dichte in einer horizontalen Richtung, wobei die Strichlinie rekonstruierte Werte darstellt und die Volllinie theoretische Werte darstellt.
  • Als ein generisches Bildrekonstruktionsverfahren bei energiereichen Doppelenergie-Bedingungen kann die vorliegende Erfindung für jedes Doppelenergie-CT-System eingesetzt werden, das energiereiche Röntgenstrahlen als Strahlenquelle verwendet. Daher kann damit gerechnet werden, dass die vorliegende Erfindung in einem größeren Bereich von Anwendungen sehr aussichtsreich ist.
  • Die vorstehende Beschreibung soll lediglich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutern und soll nicht die vorliegende Erfindung beschränken. Fachleuten dürfte klar sein, dass jede Änderung oder Ersetzung, die problemlos innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden kann, vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung erfasst wird. Daher sollte der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung von den Ansprüchen definiert werden.

Claims (8)

  1. Bildrekonstruktionsverfahren in einem energiereichen Doppelenergie-CT-System, mit den folgenden Schritten: Abtasten eines Gegenstands mit energiereichen Doppelenergie-Strahlen, um Werte einer energiereichen Doppelenergie-Projektion zu erhalten; Berechnen von Projektionswerten für Grundmaterial-Koeffizienten, die den Doppelenergie-Projektionswerten entsprechen, aufgrund einer vorher erzeugten Nachschlagetabelle oder durch analytisches Lösen eines Satzes von Gleichungen; und Erhalten eines Bilds einer Grundmaterial-Koeffizientenverteilung aufgrund der Projektionswerte der Grundmaterial-Koeffizienten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die energiereichen Doppelenergie-Strahlen eine Energie von mehr als 1 MeV haben.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachschlagetabelle dadurch erzeugt wird, dass zwei unterschiedliche Grundmaterialien gewählt werden und Werte für eine Projektion berechnet werden, bei der Doppelenergie-Strahlen die beiden Grundmaterialien bei verschiedenen Dickenkombinationen durchdringen, wobei die Nachschlagetabelle in Form einer Korrespondenz zwischen Werten für eine energiereiche und eine energiearme Projektion und den verschiedenen Dickenkombinationen erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das analytische Lösen eines Satzes von Gleichungen das Ermitteln einer entsprechenden Dickenkombination durch Lösen eines Satzes von Gleichungen für energiereiche und energiearme Projektion bei einer Spaltung des Grundmaterials unter Verwendung der real erhaltenen Werte für die energiereiche Doppelenergie-Projektion umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernladungszahl und die charakteristische Dichte äquivalente physikalische Größen für den Fall sind, dass der Gegenstand ein Gemisch oder eine Verbindung enthält.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin einen Schritt des Berechnens eines Kernladungszahlbilds des detektierten Gegenstands aufgrund des Bilds der Grundmaterial-Koeffizientenverteilung aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin einen Schritt des Berechnens eines Bilds der charakteristischen Dichte des detektierten Gegenstands aufgrund des Bilds der Grundmaterial-Koeffizientenverteilung aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin einen Schritt des Berechnens eines Bilds des Schwächungskoeffizienten des detektierten Gegenstands aufgrund des Bilds der Grundmaterial-Koeffizientenverteilung aufweist.
DE102009028104.5A 2008-08-13 2009-07-30 Bildrekonstruktionsverfahren für energiereiches Doppelenergie-CT-System Active DE102009028104B4 (de)

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