RU2558001C2 - Method of two-energy estimation of average density and effective atomic number of multicomponent materials - Google Patents
Method of two-energy estimation of average density and effective atomic number of multicomponent materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558001C2 RU2558001C2 RU2013127768/28A RU2013127768A RU2558001C2 RU 2558001 C2 RU2558001 C2 RU 2558001C2 RU 2013127768/28 A RU2013127768/28 A RU 2013127768/28A RU 2013127768 A RU2013127768 A RU 2013127768A RU 2558001 C2 RU2558001 C2 RU 2558001C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- atomic number
- effective atomic
- density
- effective
- absorption coefficients
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к проблеме радиационного анализа материалов, конкретно к способам численной оценки плотности и эффективного атомного номера твердых и жидких многокомпонентных материалов.The invention relates to the problem of radiation analysis of materials, specifically to methods for numerically estimating the density and effective atomic number of solid and liquid multicomponent materials.
Уровень техники.The level of technology.
Физической основой большинства существующих способов оценки средней плотности и эффективного атомного номера двухкомпонентных материалов посредством двухэнергетической радиоскопии является зависимость отношения F массовых коэффициентов поглощения для низкой µL и высокой µH энергий излучения от атомного номера Ζ элементов периодической системы Д. Менделеева (фиг.1).The physical basis of most existing methods for estimating the average density and effective atomic number of two-component materials by means of two-energy radioscopy is the dependence of the ratio F of the mass absorption coefficients for low μ L and high μ H radiation energies on the atomic number Ζ of the elements of the periodic system of D. Mendeleev (Fig. 1).
Для объектов с постоянным химическим составом неизвестные две переменные (средняя плотность и эффективный атомный номер) определяются с помощью двух уравнений, связывающих долю прошедших без взаимодействия фотонов с произведениями массового коэффициента поглощения, плотности и толщины объекта при двух различных энергиях исходного излучения.For objects with a constant chemical composition, the unknown two variables (average density and effective atomic number) are determined using two equations that relate the fraction of photons that have passed without interaction with the products of the mass absorption coefficient, density and thickness of the object at two different energies of the initial radiation.
Доля фотонов, прошедших объект без взаимодействия, определяется для моноэнергетического источника какThe fraction of photons transmitted through an object without interaction is determined for a monoenergetic source as
где µ(Ζ(x),E) - распределение массового коэффициента полного поглощения по вектору ввода исходного излучения х, определяемого распределением атомного номера Z(x) и энергии E,where µ (Ζ (x), E) is the distribution of the mass coefficient of total absorption over the input vector x of radiation, determined by the distribution of the atomic number Z (x) and energy E,
ρ(x) - распределение плотности,ρ (x) is the density distribution,
NO - исходное число фотонов,N O is the initial number of photons,
N - число регистрируемых фотонов, прошедших объект без взаимодействия,N is the number of recorded photons that passed the object without interaction,
d - толщина объекта.d is the thickness of the object.
Для объекта с постоянным атомным номером данное отношение определяется произведением массового коэффициента поглощения на среднюю плотность и толщинуFor an object with a constant atomic number, this ratio is determined by the product of the mass absorption coefficient by the average density and thickness
где ρa - средняя плотность.where ρ a is the average density.
Отношение логарифмов обратных долей зарегистрированных фотонов для объекта с постоянным атомным номером зависит только от атомного номераThe ratio of the logarithms of the reciprocal of the recorded photons for an object with a constant atomic number depends only on the atomic number
где индексы L и H соответствуют низкой и высокой энергиям, соответственно.where the indices L and H correspond to low and high energies, respectively.
Атомный номер определяется как обратная функция от отношения рассматриваемых логарифмовAtomic number is defined as the inverse function of the ratio of the logarithms in question
По значению атомного номера определяются массовые коэффициенты поглощения (µL(Z),µH(Z))
Известны способы, позволяющие путем измерения отношения долей прошедших без взаимодействия с объектом фотонов при низкой и высокой энергиях исходного рентгеновского излучения получить оценку эффективного атомного номера двухкомпонентной структуры.Known methods for measuring the ratio of the fractions of photons transmitted without interaction with an object at low and high energies of the initial x-ray radiation to obtain an estimate of the effective atomic number of a two-component structure.
К этим способам следует отнести следующие патентыThese methods include the following patents.
1. US 6683934 В1, 2004 г. Dual energy x-ray imaging system and method for radiography and mammography. J. Zhao, B. HibbsOpsahl-Ong, M.K. Hopple.1. US 6683934 B1, 2004. Dual energy x-ray imaging system and method for radiography and mammography. J. Zhao, B. Hibbs Opsahl-Ong, M.K. Hopple.
2. US 7158611 B2. 2007. B. Heismann, K. Stierstorfer. Method for determining density distributions and atomic number distributions during radiographic examination methods.2. US 7158611 B2. 2007. B. Heismann, K. Stierstorfer. Method for determining density distributions and atomic number distributions during radiographic examination methods.
3. DE 10305105 A1. 2004. B. Heismann. Eichung der Transformation spektraler Röntgenschwȁchungswerte in Dichte - und Ordnungs - zahlinformation.3. DE 10 305 105 A1. 2004. B. Heismann. Eichung der Transformation spektraler Röntgenschwȁchungswerte in Dichte - und Ordnungs - zahlinformation.
Общим недостатком решений, представленных в данных патентах, является то, что в них при оценке плотности имеет место систематическая ошибка.A common drawback of the solutions presented in these patents is that in them when evaluating the density there is a systematic error.
Наличие систематической ошибки в оценке линейного коэффициента поглощения в сторону его уменьшения (а, следовательно, и систематических смещений в оценках эффективного атомного номера и средней плотности) отмечено в работе:The presence of a systematic error in the estimation of the linear absorption coefficient in the direction of its decrease (and, consequently, of systematic shifts in the estimates of the effective atomic number and average density) was noted in the work:
Torikoshi, М. Ohno, Y. Endo и др. М. Measurement of electron density and effective atomic number using dual-energy X-ray CT. Nuclear Science Symposium Conference Record, 2004 IEEE, Vol.6, Page(s): 3764-3768.Torikoshi, M. Ohno, Y. Endo, et al. M. Measurement of electron density and effective atomic number using dual-energy X-ray CT. Nuclear Science Symposium Conference Record, 2004 IEEE, Vol.6, Page (s): 3764-3768.
Наличие систематической ошибки в оценке эффективного атомного номера отмечено в работах:The presence of a systematic error in estimating the effective atomic number was noted in the works:
1. A. Pietrobelli, С. Formica, Z. Wang, S.В. Heymsfield. Dual-energy X-ray absorptiometry body composition model: review of physical concepts. Am J Physiol Endocrinol Metab 271:E941-E951, 1996.1. A. Pietrobelli, C. Formica, Z. Wang, S. B. Hemsfield. Dual-energy X-ray absorptiometry body composition model: review of physical concepts. Am J Physiol Endocrinol Metab 271: E941-E951, 1996.
2. A. Pietrobelli, Z. Wang, C. Formica, S.B. Heymsfield. Dual-energy X-ray absorptiometry: fat estimation errors due to variation in soft tissue hydration. AJP - Endocrinology and Metabolism, Volume 274 (5): E808 The American Physiological Society - 1998.2. A. Pietrobelli, Z. Wang, C. Formica, S.B. Hemsfield. Dual-energy X-ray absorptiometry: fat estimation errors due to variation in soft tissue hydration. AJP - Endocrinology and Metabolism, Volume 274 (5): E808 The American Physiological Society - 1998.
Значительная доля патентов основана на визуализации линейной разности логарифмов отношения числа исходных фотонов к числу прошедших объект без взаимодействия для различных энергий излучения, которая для монохроматических источников пропорциональна разности массовых коэффициентов поглощения, которая в свою очередь зависит от эффективного атомного номера (фиг.1)A significant proportion of patents is based on visualization of the linear difference of the logarithms of the ratio of the number of source photons to the number of transmitted objects without interaction for different radiation energies, which for monochromatic sources is proportional to the difference in mass absorption coefficients, which in turn depends on the effective atomic number (Fig. 1)
Наиболее широко данный метод применяется в двухэнергетической разностной маммографии и представлен патентами:This method is most widely used in dual-energy difference mammography and is represented by patents:
1. US 6683934 В1. 2004. J. Zhao et al. Dual energy x-ray imaging system and method for radiography and mammography.1. US 6683934 B1. 2004. J. Zhao et al. Dual energy x-ray imaging system and method for radiography and mammography.
2. EP 0092767 В1. 1986. Gary Sylvester Keyes et al. Method and apparatus for x-ray image subtraction.2. EP 0092767 B1. 1986. Gary Sylvester Keyes et al. Method and apparatus for x-ray image subtraction.
К недостаткам данных способов следует отнести то, что разность рассматриваемых логарифмов пропорциональна произведению массового коэффициента поглощения на плотность, что затрудняет провести раздельную идентификацию плотности и эффективного атомного номера.The disadvantages of these methods include the fact that the difference between the logarithms under consideration is proportional to the product of the mass absorption coefficient and density, which makes it difficult to separate the identification of density and effective atomic number.
Более обобщенным способом является визуализация линейной композиции логарифмов отношения числа исходных фотонов к числу прошедших объект без взаимодействия χ для различных энергий излученияA more generalized way is to visualize a linear composition of the logarithms of the ratio of the number of source photons to the number of transmitted objects without interaction χ for various radiation energies
где k1, k2, kO - константы.where k 1 , k 2 , k O are constants.
К этому способу следует отнести патентыThis method should include patents.
1. US 8306180 В2. 2012. Zhiqiang Chen et al. Image reconstruction method for high-energy, dual-energy CT system.1. US 8306180 B2. 2012. Zhiqiang Chen et al. Image reconstruction method for high-energy, dual-energy CT system.
2. US 20130028371, 2012. N. Derzhi. Method For Estimating Effective Atomic Number And Bulk Density Of Rock Samples Using Dual Energy X-Ray Computed Tomographic Imaging.2. US 20130028371, 2012. N. Derzhi. Method For Estimating Effective Atomic Number And Bulk Density Of Rock Samples Using Dual Energy X-Ray Computed Tomographic Imaging.
В патенте RU 2012108684. 2013. В.А. Горшков, Р.Р. Назиров, В.Г. Родин и др. «Способ двухэнергетической делительно-разностной маммографии» предложен способ визуализации линейной композиции разности и отношения логарифмов отношения числа исходных фотонов к числу прошедших объект без взаимодействия для различных энергий излученияIn patent RU 2012108684. 2013. V.A. Gorshkov, R.R. Nazirov, V.G. Rodin et al. “A method of dual-energy fission-difference mammography” proposed a method for visualizing a linear composition of the difference and the ratio of the logarithms of the ratio of the number of source photons to the number of transmitted objects without interaction for different radiation energies
где k1, k2, kO - константы.where k 1 , k 2 , k O are constants.
Однако такой способ приводит к систематическому смещению получаемого эффективного атомного номера, что и позволяет лучше идентифицировать микрокальцинаты мельчайших размеров в молочной железе.However, this method leads to a systematic shift in the resulting effective atomic number, which allows better identification of the smallest microcalcinates in the mammary gland.
В патенте US 6857640 В2, 2002 «Dual-energy radiography process differentiating bone tissues, lean tissues and fatty tissues» (Jean-Marc Dinten, Lionel Herve, Christine Robert-Coutant) предложен способ оценки массовой концентрации компонентов в костях и тканях (в трехкомпонентной структуре), заключающийся в решении системы уравненийUS 6857640 B2, 2002 “Dual-energy radiography process differentiating bone tissues, lean tissues and fatty tissues” (Jean-Marc Dinten, Lionel Herve, Christine Robert-Coutant) proposes a method for estimating the mass concentration of components in bones and tissues (in a three-component structure), consisting in solving the system of equations
где Mm, Mg, Mos - масса материала на единицу площади, г/см2,where M m , M g , M os is the mass of material per unit area, g / cm 2 ,
ρ - плотность материала,ρ is the density of the material,
m, g, os - индексы, соответствующие мышечной, жировой и костной тканям,m, g, os - indices corresponding to muscle, adipose and bone tissues,
1, 2 - индексы, соответствующие низкой и высокой энергиям излучения,1, 2 - indices corresponding to low and high radiation energies,
X1, X2 - логарифмы отношений исходного число фотонов к числу прошедших без взаимодействия,X 1 , X 2 - logarithms of the ratio of the original number of photons to the number of transmitted without interaction,
L - толщина исследуемого участка, вычисляемого с помощью полиномаL is the thickness of the study area, calculated using the polynomial
где α, β, γ, δ, ε - константы.where α, β, γ, δ, ε are constants.
В современных остеоденситометрах толщина исследуемого участка не вычисляется, а измеряется лазерным прибором, как это реализовано в шведском двухэнергетическом денситометре DEXA & Laser компании Lund (http://www.lundltd.ru/index.php?razd=106&catalog=111).In modern osteodensitometers, the thickness of the test site is not calculated, but measured by a laser device, as is implemented in the Swedish Lund DEXA & Laser densitometer (http://www.lundltd.ru/index.php?razd=106&catalog=111).
Не составляет проблемы по измеренным массовым концентрациям компонентов получить несмещенные оценки средней плотности и эффективного атомного номера.It is not a problem for measured mass concentrations of components to obtain unbiased estimates of average density and effective atomic number.
При этом необходима априорная информация о плотности и массовых коэффициентах поглощения (т.е. об эффективном атомном номере) каждого из 3-х компонентов.In this case, a priori information is required on the density and mass absorption coefficients (i.e., on the effective atomic number) of each of the 3 components.
Однако такой подход не применим для оценки средней плотности и эффективного атомного номера многокомпонентной среды (без ограничения числа компонентов) в отсутствии априорной информации о плотности и эффективном номере входящих в нее компонентов.However, this approach is not applicable for estimating the average density and effective atomic number of a multicomponent medium (without limiting the number of components) in the absence of a priori information on the density and effective number of its constituent components.
Способ устранения систематической ошибки в оценке плотности многокомпонентного объекта представлен в уже упомянутом выше патенте US 20130028371, 2012. N. Derzhi. Method For Estimating Effective Atomic Number And Bulk Density Of Rock Samples Using Dual Energy X-Ray Computed Tomographic Imaging. В данном патенте предлагается на калибровочных однородных образцах с различными известными плотностями и эффективными атомными номерами получить систему уравнений связи плотности и эффективного атомного номера с логарифмами отношения исходного числа фотонов к прошедшим без взаимодействия с объектом. На основании полученных уравнений определяется связь абсолютной систематической погрешности в определении плотности с атомным номером.A method for eliminating a systematic error in estimating the density of a multicomponent object is presented in the aforementioned patent US 20130028371, 2012. N. Derzhi. Method For Estimating Effective Atomic Number And Bulk Density Of Rock Samples Using Dual Energy X-Ray Computed Tomographic Imaging. In this patent, it is proposed to obtain a system of equations for the relationship between the density and the effective atomic number with the logarithms of the ratio of the initial number of photons to transmitted ones without interaction with the object on calibration homogeneous samples with different known densities and effective atomic numbers. Based on the obtained equations, the relationship of the absolute systematic error in determining the density with the atomic number is determined.
где ε - систематическая ошибка,where ε is the systematic error,
a, b - константы.a, b are constants.
Данное уравнение является основой коррекции вычисляемой плотности по всем векторам сканирующей системы.This equation is the basis for the correction of the calculated density for all vectors of the scanning system.
Первоначальные оценки плотности и эффективного атомного номера вычисляются на основании системы уравнений, полученной на калибровочных образцах.Initial estimates of density and effective atomic number are calculated based on a system of equations obtained from calibration samples.
Для оценки плотности и эффективного атомного номера многокомпонентной структуры (без ограничения числа компонентов) в отсутствии априорной информации о плотности и эффективном номере входящих в нее компонентов предлагается безкалибровочный итерационный способ их оценки, что и является предметом предполагаемого изобретенияTo estimate the density and effective atomic number of a multicomponent structure (without limiting the number of components) in the absence of a priori information about the density and effective number of its constituent components, a non-calibration iterative method for their estimation is proposed, which is the subject of the proposed invention
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Проблема вычисления средней плотности многокомпонентной среды заключается в сложности определения эффективного массового поглощения всей среды при отсутствии априорной информации об эффективном номере входящих в нее компонентов.The problem of calculating the average density of a multicomponent medium is the difficulty in determining the effective mass absorption of the entire medium in the absence of a priori information about the effective number of its constituent components.
Если имеется оценка эффективного атомного номера, то оценка плотности может быть определена какIf there is an estimate of the effective atomic number, then an estimate of the density can be defined as
где - оценка эффективного атомного номера среды.Where - assessment of the effective atomic number of the medium.
Только при точной оценке эффективного атомного номера возможно точное вычисление средней плотностиOnly with an accurate estimate of the effective atomic number is it possible to accurately calculate the average density
Знаменатель выражения (15) является измеряемой величиной (Measured_ Value), а числитель - вычисляемой (Calculated_value)The denominator of expression (15) is the measured value (Measured_ Value), and the numerator is the calculated value (Calculated_value)
Таким образом, при измерениях на двух различных энергиях имеют место две оценки средней плотностиThus, when measuring at two different energies, two estimates of the average density take place
Отсюда отношение рассматриваемых логарифмов будетHence the ratio of the logarithms under consideration will be
Уравнения (17) и (18) являются основой итерационного способа оценки средней плотности и эффективного атомного номера многокомпонентных материалов.Equations (17) and (18) are the basis of an iterative method for estimating the average density and effective atomic number of multicomponent materials.
Принимая для начальной оценки эффективного атомного номера равенство плотностейAssuming for the initial estimate of the effective atomic number the equality of densities
принимаем за начальную оценку отношения массовых коэффициентов поглощенияtaken as the initial estimate of the ratio of mass absorption coefficients
откуда получаем начальную оценку (0-ая итерация) эффективного атомного номераwhence we get the initial estimate (0th iteration) of the effective atomic number
По полученной оценке эффективного атомного номера
По полученным массовым коэффициентам уточняются условные плотности (1-я итерация)Based on the obtained mass coefficients, the conditional densities are specified (1st iteration)
По полученным плотностям уточняется отношение массовых коэффициентов поглощенияBased on the obtained densities, the ratio of the mass absorption coefficients is refined.
на основании которого уточняется значение эффективного атомного номераon the basis of which the value of the effective atomic number is specified
Далее процедуры повторяются, т.е. итерационно уточняются массовые коэффициенты поглощения, условные плотности, отношения массовых коэффициентов поглощения, эффективные атомные номера.Further, the procedures are repeated, i.e. mass absorption coefficients, conditional densities, ratios of mass absorption coefficients, effective atomic numbers are iteratively refined.
Так, на i-той итерации вычисляются:So, at the i-th iteration, the following are calculated:
- массовые коэффициенты поглощения- mass absorption coefficients
- условные плотности- conditional densities
- отношения массовых коэффициентов поглощения- ratios of mass absorption coefficients
- эффективные атомные номера- effective atomic numbers
где i - номер итерации.where i is the iteration number.
Итерации повторяются до тех пор, пока значения плотностей и эффективного атомного номера не стабилизируются, либо до тех пор, пока их изменения не будут удовлетворять заданному критерию, определяющим заданную точность в их оценке.Iterations are repeated until the densities and effective atomic number are stabilized, or until their changes satisfy the specified criterion that determines the given accuracy in their estimation.
Именно последовательность указанных действий является существенным отличительным признаком данного способа.It is the sequence of these actions that is an essential distinguishing feature of this method.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 представляет зависимость отношения массовых коэффициентов поглощения от атомного номера.Figure 1 represents the dependence of the ratio of mass absorption coefficients on the atomic number.
Фиг.2 представляет зависимость разности массовых коэффициентов поглощения от атомного номера.Figure 2 represents the dependence of the difference of the mass absorption coefficients on the atomic number.
Фиг.3 представляет структурную схему реализации способаFigure 3 is a structural diagram of a method implementation
Фиг.4 представляет распределение компонентов в объекте.Figure 4 represents the distribution of components in an object.
Фиг.5 представляет распределения фактического эффективного атомного номера и вычисленного начальной оценкой (0-ая итерация).Figure 5 represents the distribution of the actual effective atomic number and calculated by the initial estimate (0th iteration).
Фиг.6 представляет распределения фактической и рассчитанных условных плотностей по интенсивности регистрации излучения на низкой и высокой энергий после начальной итерации.6 represents the distribution of the actual and calculated conditional densities according to the intensity of registration of radiation at low and high energies after the initial iteration.
Фиг.7 представляет распределения эффективного атомного номера и его оценок после 0-й и 2-й итераций.7 represents the distribution of the effective atomic number and its estimates after the 0th and 2nd iterations.
Фиг.8 представляет распределения фактической и рассчитанных условных плотностей по интенсивности регистрации излучения на низкой и высокой энергий после 2-й итерации.Fig.8 represents the distribution of the actual and calculated conditional densities according to the intensity of registration of radiation at low and high energies after the 2nd iteration.
Фиг.9 представляет распределения эффективного атомного номера и его оценок после 0-й и 3-й итераций.Fig.9 represents the distribution of the effective atomic number and its estimates after the 0th and 3rd iterations.
Фиг.10 представляет распределение плотности (а) и эффективного атомного номера (б) в фантоме кости.Figure 10 represents the distribution of density (a) and effective atomic number (b) in the phantom of the bone.
Фиг.11 представляет результаты идентификации распределения плотности и эффективного атомного номера итерационным способом.11 represents the results of identifying a density distribution and an effective atomic number in an iterative manner.
Фиг.12 представляет результаты идентификации распределения плотности и эффективного атомного номера по способу, защищенному патентом US 6857640.12 represents the results of identifying a density distribution and an effective atomic number by a method protected by US Pat. No. 6,857,640.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Изобретение осуществляется в соответствии со следующей последовательностью и иллюстрируется структурной схемой, представленной на фиг.3.The invention is carried out in accordance with the following sequence and is illustrated by the structural diagram presented in figure 3.
1. Измеряют доли регистрируемых фотонов, прошедших объект без взаимодействия
2. Начальная итерация (i=0). Рассчитывают начальную оценку (i=0) отношения массовых коэффициентов поглощения2. The initial iteration (i = 0). The initial estimate (i = 0) of the ratio of the mass absorption coefficients is calculated
3. Рассчитывают начальную оценку (i=0) эффективного атомного номера (рис.4)3. Calculate the initial estimate (i = 0) of the effective atomic number (Fig. 4)
4. Следующая итерация (i=i+1). По полученной оценке эффективного атомного номера
5. По полученным массовым коэффициентам уточняются условные плотности (фиг.5)5. Based on the obtained mass coefficients, conditional densities are specified (Fig. 5)
6. По полученным значениям плотностей корректируется оценка отношения массовых коэффициентов поглощения6. Based on the obtained densities, the estimate of the ratio of mass absorption coefficients is adjusted
7. По полученной скорректированной оценке отношения массовых коэффициентов поглощения вычисляется новая оценка эффективного атомного номера7. Based on the adjusted estimate of the ratio of mass absorption coefficients, a new estimate of the effective atomic number is calculated
Далее действия по пункту 4, 5, 6, 7 повторяются, т.е. итерационно уточняются:Further, the actions in
- массовые коэффициенты поглощения,- mass absorption coefficients,
- условные плотности,- conditional densities,
- отношения массовых коэффициентов поглощения,- the ratio of mass absorption coefficients,
- эффективные атомные номера.- effective atomic numbers.
Действия повторяются до тех пор, пока значения плотностей и эффективного атомного номера не стабилизируются, либо до тех пор, пока их изменения не будут удовлетворять заданному критерию, определяющим заданную точность в их оценке.Actions are repeated until the densities and effective atomic number are stabilized, or until their changes satisfy the specified criterion that determines the given accuracy in their estimation.
Результаты двухэнергетической оценки средней плотности и эффективного атомного номера многокомпонентных материалов иллюстрируются на 4-х компонентном объекте (фиг.4), толщиной 4 см с плотностью и атомным номером, представленными в таблице 1.The results of a two-energy estimate of the average density and effective atomic number of multicomponent materials are illustrated on a 4-component object (Fig. 4), 4 cm thick with a density and atomic number, shown in Table 1.
Фиг.5, фиг.6, фиг.7, фиг.8, фиг.9 иллюстрируют повышение точности идентификации эффективного атомного номера и средней плотности с увеличением количества итераций. Как видно, с увеличением номера итерации i оценки эффективного атомного номера , стремятся к фактическим значениям , а условные плотности, рассчитанные на низкой и высокой энергиях (ρL,iter(i),ρН,iter(i)) к фактическим средним значениям ρа . Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9 illustrate the increase in the accuracy of identification of the effective atomic number and average density with an increase in the number of iterations. As can be seen, with an increase in the iteration number i, the estimates of the effective atomic number seek actual values , and conditional densities calculated at low and high energies (ρL, iter (i), ρН, iter (i)) to the actual average values of ρ a .
Повторение данных операций проводится до тех пор, пока уточнение значений плотности и эффективного атомного номера либо не приводит к заметным их изменениям, либо пока не отвечает выбранному критерию.The repetition of these operations is carried out until the refinement of the values of density and effective atomic number either leads to noticeable changes, or until it meets the selected criterion.
Данный способ был сопоставлен со способом, представленном в рассмотренном выше патенте US 6857640, позволяющем идентифицировать плотность и эффективный атомный номер для 2 и 3-компонентных структур.This method was compared with the method presented in the above patent US 6857640, allowing to identify the density and effective atomic number for 2 and 3-component structures.
Фиг.10 представляет распределения плотности и эффективного атомного номера в двухкомпонентном фантоме кости, состоящего из надкостницы, плотной и губчатой кости, костного мозга.Figure 10 represents the distribution of density and effective atomic number in a two-component phantom of the bone, consisting of periosteum, dense and cancellous bone, bone marrow.
Фиг.11 представляет результаты оценки плотности и эффективного атомного номера путем представленного способа.11 represents the results of density and effective atomic number estimation by the presented method.
Фиг.12. Представляет результаты идентификации распределения плотности и эффективного атомного номера на основании способа, представленного в патенте US 6857640. Как видно, для двухкомпонентной среды имеет место полное эквивалентность распределений, полученных предлагаемым способом и расчетным способом, представленным в патенте US 6857640.Fig. 12. It presents the results of identifying the density distribution and effective atomic number based on the method presented in US Pat. No. 6,857,640. As you can see, for a two-component medium, there is complete equivalence of the distributions obtained by the proposed method and the calculation method presented in US 6857640.
Claims (1)
,
по которому, по обратной функции связи отношения массовых коэффициентов поглощения с атомным номером F(Z) рассчитывают начальную оценку эффективный атомный номер
,
отличающийся тем, что по полученной (i-1)-й оценке атомного номера последовательно по таблицам вычисляют оценки массовых коэффициентов поглощения и по ним, и по доле регистрируемого излучения для низкой и высокой энергии вычисляют i-е оценки условных плотностей
,
,
по значениям которых корректируют отношение массовых коэффициентов поглощения
,
вычисляют новую оценку эффективного атомного номера
,
причем операции по уточнению эффективного атомного номера и плотностей повторяют до тех пор, пока итерационная процедура не отвечает выбранному критерию. The method of two-energy estimation of the average density and effective atomic number of multicomponent materials, which consists in the fact that the analyzed object is irradiated with monoenergetic radiation at two energies, the radiation transmitted through the object is recorded, the ratio of the logarithms of the fractions of the number of photons transmitted through the object is calculated,
,
according to which, by the inverse communication function, the ratios of the mass absorption coefficients with the atomic number F (Z) calculate the initial estimate of the effective atomic number
,
characterized in that according to the obtained (i-1) th estimate of the atomic number, the estimates of the mass absorption coefficients are successively calculated from the tables and from them, and by the fraction of the recorded radiation for low and high energy, i-th estimates of conditional densities are calculated
,
,
the values of which adjust the ratio of mass absorption coefficients
,
calculate a new estimate of the effective atomic number
,
and operations to refine the effective atomic number and densities are repeated until the iterative procedure meets the selected criterion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013127768/28A RU2558001C2 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | Method of two-energy estimation of average density and effective atomic number of multicomponent materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013127768/28A RU2558001C2 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | Method of two-energy estimation of average density and effective atomic number of multicomponent materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013127768A RU2013127768A (en) | 2014-12-27 |
RU2558001C2 true RU2558001C2 (en) | 2015-07-27 |
Family
ID=53278382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013127768/28A RU2558001C2 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | Method of two-energy estimation of average density and effective atomic number of multicomponent materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2558001C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995006874A1 (en) * | 1993-09-02 | 1995-03-09 | Ormaz Partners | Tomographic densitometer |
US7158611B2 (en) * | 2001-09-03 | 2007-01-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for determining density distributions and atomic number distributions during radiographic examination methods |
RU2391909C2 (en) * | 2008-06-24 | 2010-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт космических исследований РАН | Method of diagnosing mammary gland diseases on basis of identification of effective atom number distribution |
US20100158384A1 (en) * | 2007-09-05 | 2010-06-24 | Uwe Siedenburg | Method for improving the ability to recognize materials in an x-ray inspection system, and x-ray inspection system |
RU2466383C2 (en) * | 2008-05-06 | 2012-11-10 | Пинань ЛО | Method and system for determining constituent content in multiphase fluid |
-
2013
- 2013-06-19 RU RU2013127768/28A patent/RU2558001C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995006874A1 (en) * | 1993-09-02 | 1995-03-09 | Ormaz Partners | Tomographic densitometer |
US7158611B2 (en) * | 2001-09-03 | 2007-01-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for determining density distributions and atomic number distributions during radiographic examination methods |
US20100158384A1 (en) * | 2007-09-05 | 2010-06-24 | Uwe Siedenburg | Method for improving the ability to recognize materials in an x-ray inspection system, and x-ray inspection system |
RU2466383C2 (en) * | 2008-05-06 | 2012-11-10 | Пинань ЛО | Method and system for determining constituent content in multiphase fluid |
RU2391909C2 (en) * | 2008-06-24 | 2010-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт космических исследований РАН | Method of diagnosing mammary gland diseases on basis of identification of effective atom number distribution |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013127768A (en) | 2014-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1928318B1 (en) | Quantitative material decomposition for spectral ct | |
US9025815B2 (en) | System and method for multi-material correction of image data | |
Jorgenson et al. | A comparison of methods for in vivo assessment of cortical porosity in the human appendicular skeleton | |
JP6515936B2 (en) | Bone analyzer | |
CN104939848B (en) | The generation of monochrome image | |
US11116470B2 (en) | Beam hardening correction in x-ray dark-field imaging | |
US10360681B2 (en) | Method, a system and a computer program for determining data defining an estimate of the thickness and density of a cortical bone tissue structure of interest from imaging data | |
Crabtree et al. | Dual-energy X-ray absorptiometry | |
De Luca et al. | A new formula for assessing skeletal age in growing infants and children by measuring carpals and epiphyses of radio and ulna | |
US20200281552A1 (en) | System and Method for Basis Material Decomposition with General Physical Constraint for Multi-Energy Computed Tomography | |
Szigeti et al. | Motion based X-ray imaging modality | |
RU2558001C2 (en) | Method of two-energy estimation of average density and effective atomic number of multicomponent materials | |
Bateman et al. | Segmentation enhances material analysis in multi-energy CT: A simulation study | |
Petraikin et al. | Quantitative computed tomography, modern data. Review | |
Emami et al. | A novel dual energy method for enhanced quantitative computed tomography | |
JP6400947B2 (en) | X-ray imaging system and method for grid-like contrast enhancement | |
Haddadi et al. | Validation of A Bi-energetic spectrum approximation in bone mineral density measurement with A dxa digital twin | |
Malekzadeh et al. | Liquid calibration phantoms in ultra-low-dose QCT for the assessment of bone mineral density | |
JP6751791B1 (en) | How to convert computed tomography scan information into skeletal parameters | |
RU2412650C1 (en) | Single energy x-ray densitometry related method for measuring bone mineral and volume density | |
Fogazzi et al. | A direct comparison of multi-energy x-ray and proton CT for imaging and relative stopping power estimation of plastic and ex-vivo phantoms | |
Binkowski et al. | Densitometry test of bone tissue: Validation of computer simulation studies | |
Almansoori et al. | Observing pneumothoraces: The 35-millimeter rule is safe for both blunt and penetrating chest trauma | |
Walter et al. | Dual kVp material decomposition using flat-panel detectors | |
US20240202994A1 (en) | Correction apparatus, method and program for correcting artifacts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150923 |