本发明涉及断层影像 （CT ) 成像系统以及成像方法， 特别涉及一 种多能 CT成像系统以及成像方法。 背景技术

断层影像 (CT)的图像对比度与扫描所用的 X光源能谱分布有很大 关系。 传统 CT使用具有能谱分布的一个光源进行成像， 有时会出现信 息模糊致使两种不同材料在 CT图像上完全相同， 相对于此， 双能 CT 使用两个不同分布的能语对物体进行成像， 能够消除单能谱情况下的 信息模糊。 双能 X光断层成像技术 （CT ) 利用物质在不同能量下的衰 减差异能够获得关于物体的多重物理特性参数 的分布信息， 例如， 电 子密度分布、 等效原子序数分布、 多个能量下的单能衰减图像。 这样， 双能 X光 CT能够被用来进行传统 CT的射线硬化校正、临床高对比度 能谱图像获取、 工业和安检的特殊和危险物品检测等。 与传统的： X光

CT成像技术相比， 双能 CT在其成像功能上的突破对医学诊断技术、 无损检测以及安全检查等应用都具有重大意义 ， 因此， 在近年来得到 越来越广泛的关注。

此外， 相对于传统的单能 CT成像技术， 双能 CT成像技术不仅能 够提供被检 ' j物体的衰减系数和几何结构信息， 还能够提供物质组成 信息。 因此， 在安全检查领域， 双能 CT技术能够提供被检测物的电子 密度和有效原子序数信息， 从而进行危险物质的识别， 另外， 在医疗 领域， 双能 CT能够提供不同组织成分的图像， 例如骨质、 软组织、 对 比度造影剂等。

目前， 双能 CT系统主要有双源双探测器、 单源双层探测器、 快速 能量切换这三种实现方式。 关于双源双探测器， 如图 1 所示， 这种系 统由两套 X光源以及探测器组成， 即， 这种系统包括高能 X光源 1 1、 高能探测器 12、 以及低能 X光源 21、 低能探测器 22 , 并且， 高能 X 光源 1 1 以及高能探测器 12与低能 X光源 21 以及低能探测器 22分别 呈 90° 交错放置。 在数据采集时， 这两套 X光机发出不同能量 (KVp) 的射线， 对应的探测器独立采集数据， 由此， 能够获得高能投影数据 和低能投影数据这两组投影数据。 但是， 双源双探测器系统的成本十 分昂贵， 并且， 对于旋转机架的机械结构的稳定性和强度的设 计要求 非常高。 此外， 关于单源双层探测器， 如图 2 所示， 在这种系统设计 中， 在传统的单能 CT的探测器（图 2中的低能探测器）之后增加了一 个低能滤波片和一个探测器 （图 2 中的高能探测器） ， 由此， 组成双 能探测器。 在 X射线穿过第一个探测器 （低能探测器） 和滤波片后， 低能部分的 X射线被过滤除去， 高能部分的 X射线到达第二层探测器 (高能探测器） 。 这两个探测器同时进行工作， 从而能够采集到低能 投影数据以及高能投影数据这两组投影数据。 但是， 这样的单源双层 探测器的成本也较高。

此外，对于快速能量切换的方式来说，这种系 统需要选用特殊的 X 光机， 能够快速切换高压， 交替发射不同能量 (KVp)的射线。 图 3是示 出用于实现双能 CT系统的能量快速切换双能 CT的示意图。如图 3( B ) 所示， 通过快速切换 X光机高压值的方式能够实现高低能数据的采� � 方式。 这种 CT系统在扫描时机架正常旋转， 例如转速 0.5秒 /圈， 一圈 进行 1000次采样， 则 X光机的高压在每次采样中会切换一次， 探测器 则会读取两次数据， 第一次为高能的投影数据， 第二次为低能的投影 数据。 此时， X光机高压在一圈即 0.5秒内切换 1000次。 但是， 在快 速能量切换系统中， 需要搭配新型 X光机， 这导致此种方式成本变高 并且也不容易普及应用。

如上所述， 由于以上三种双能 CT的制造成本都远大于传统的单能 CT, 所以， 难以在一般的检测需求中推广应用。 此外， 由于双能 CT 不能够准确地反映 X射线与物质的真实作用过程， 对某些具有特征吸 收的物质的重建结果的准确性较差， 相对于此， 多能 CT则有望部分解 决这一问题。 因此， 多能 CT成像系统受到广泛关注。 发明内容

本发明是为了解决上迷课题而提出的， 其目的在于提供一种多能

C T成像系统以及成像方法，能够在一周扫描过� �中分多次改变 X光机 高压， 从而能够以多能进行成像。

此外， 本发明是在传统的单能 CT成像系统的基础上得到的， 能够 在不增加硬件成本的情况下解决上述课题。

此外 ,本发明在硬件上利用与传统的单能 CT基本相同的系统设计 以及相应的数据处理和图像重建方法， 提供多能成像功能， 因此成本 低， 能够广泛应用于安全检查、 医疗诊断等领域。

本发明提供一种多能 CT成像系统， 其特征在于， 具有：

载物台， 用于载置受检查物品；

电压可调的 X射线发生装置， 用于发出照射所述受检查物品的 X 射线；

探测器， 用于接收从所述 X射线发生装置发出且穿过所述受检查 物品的 X射线， 并且， 输出探测数据；

机架， 装配有所述 X射线发生装置以及所述探测器； 以及 数据处理及控制装置， 对所述载物台、 所述 X射线发生装置、 所 述探测器、 所述机架进行控制， 处理来自所述探测器的所述探测数据， 在所述 X射线发生装置的一周扫描过程中， 所述数据处理及控制装置 根据预定的能量数将所述 X射线发生装置的圓轨道平均分成预定个数 的角度区间， 对每一个角度区间设定不同的所述 X射线发生装置的高 压， 当所述机架从当前的角度区间旋转进入下一个 角度区间时， 根据 来自所述数据处理及控制装置的指令， 对所述 X射线发生装置进行控 制， 将所述 X射线发生装置切换为在下一个角度区间设定� �电压。

此外，本发明提供一种多能 CT成像系统的成像方法，其特征在于， 具有如下步骤： (a) 按照预定的能量数将所述多能 CT成像系统的 X射线发生装 置的圆轨道平均分成预定个数的角度区间， 对每个角度区间设定不同 的所述 X射线发生装置的高压；

(b)所述 X射线发生装置沿着圆轨道进行旋转， 在每个角度区间 以在该角度区间所设定的高压进行工作， 发出 X射线， 照射受检查物 ，

(c) 利用所述多能 CT成像系统的探测器采集不同能量下的投影 数据；

(d) 利用所述多能 CT成像系统的数据处理及控制装置得到所述 不同能量下的投影数据的线积分数据；

(e)将所述不同能量下的线积分数据依次进行拼 接， 由此得到覆 盖 360° 的完整的线积分数据；

(f) 根据所述完整的线积分数据进行重建， 由此得到混合重建结 果；

(g)将所述混合重建结果作为先验图像， 对各段不完整数据分别 进行重建， 得到不同能量下的衰减系数重建结果；

(h)根据所述衰减系数重建结果得到分解系数， 并且， 利用所述 分解系数得到原子序数分布图像和电子密度分 布图像。

在本发明的多能 CT成像系统的成像方法中， 在所述步骤 （a) 中 将圆轨道分为 N角度区间并且使在所述步骤（d)中得到的不同 能量下 的线积分数据为 并且， 在所述步骤 （f) 中利用普通圆轨 道滤波反投影法进行重建，使得到的混合重建 结果为 f。， N和 n是大于 等于 2的整数， 在所述步骤 （g) 中， 通过求解有约束条件的最小化优 化问题 arg min G(f,， f。）得到满足约束条件 ||Η _; - | ₂ < S的衰减系数重建 结果 f,， 其中， G (f,.， fo) 为描述先验图像与重建结果的差异的函数， H,为第 1个能量下的投影算子， 5为与测量数据噪声方差有关的参数， 1 = 1,2, ...，n。

在本发明的多能 CT成像系统的成像方法中， 在所述步骤（h) 中， 使用后处理基效应分解法得到分解系数， 并且， 利用所述分解系数得 到原子序数分布图像和电子密度分布图像。

在本发明的多能 CT成像系统的成像方法中， 在所述步骤（h ) 中， 使用后处理基材料分解法得到分解系数， 并且， 利用所述分解系数得 到原子序数分布图像和电子密度分布图像。

在本发明的多能 CT成像系统的成像方法中， 代替所述步骤 （h ) 而具有如下的步骤（J ) ： 对在所述步骤（g ) 中得到的衰减系数重建结 果 f,.进行正投影处理， 从而得到补全后的分角度扫面缺失的投影数据 ， 然后， 利用前处理方法得到不同的基函数的系数， 从而得到原子序数 分布图像和电子密度分布图像。

根据本发明， 在不改变现有的传统单能 CT 系统硬件设计的前提 下， 将 X射线发生装置的圆轨道分为预定的角度区间� � 对每个角度区 间设定预定的 X射线发生装置的高压， 利用本发明中的重建方法提供 双能成像功能， 扩展了传统 CT的使用功能， 并且， 与现有的双能 CT 设备相比， 成本较低。 附图说明

图 1是示出用于实现双能 CT系统的双源双探测器方式的示意图。 图 2 是示出用于实现双能 CT 系统的单源双层探测器方式的示意 图。

图 3是示出用于实现双能 CT系统的能量快速切换双能 CT的示意 图。

图 4是示出本发明的多能 CT成像系统的示意图。

图 5是利用本发明的汉能扫描得到的正弦图。

图 6是对图 5进行卷积所得到的结果。 具体实施方式

以下， 参照附图对本发明的实施方式进行说明。 图 4是本发明的多能 CT成像系统的示意图， （A )是系统结构以 及多能扫描方式的示意图， （B )是机架旋转角度与 X光机电压之间的 关系的图。 如图 4所示， 在本发明的多能 CT成像系统中， 具备： 载物 台， 用于载置受检查物品 （即， 图 4 中的待测物体） ； 用于发出照射 上述受检查物品的 X射线的电压可调的 X射线发生装置 （即， 图 4中 的 X光源） ； 探测器， 接收从上述 X射线发生装置发出且穿过了上述 受检查物品的 X射线， 并且， 输出探测数据 （例如， 不同能量下的投 影数据等） ； 机架； 数据处理及控制装置， 对上述载物台、 上述 X射 线发生装置、 上述探测器、 上述机架进行控制， 处理来自上述探测器 的上述探测数据。

此外， 在本发明中所使用的 X射线发生装置是具有可调电压功能 的 X光机， 能够根据数据处理及控制装置的控制来切换电 压， 发出不 同能量的 X射线。 此外， 关于本发明中所使用的 X射线发生装置， 并 没有特别限定， 只要是能够根据数据处理及控制装置的控制进 行电压 切换的 X光源， 就能够应用于本发明。

此外， X 射线发生装置以及探测器装配在环形的机架上 ， 机架能 够连续旋转， 并且， 通过滑环机构完成与 X射线发生装置的控制信号 的传递以及探测器所采集的数据的传输。 此外， 还能够对 X射线发生 装置进行供电 （此处， 滑环的功能与发电机电刷类似） 。 此外， 例如， 在 CT成像系统的运行当中， 机架始终进行勾速旋转运动， 如果 X射 线发生装置进行圓周旋转时所在的平面为 XY平面（此处例如为纸面）， 则受检查物品在传送皮带上沿着 Z 轴方向直线运动 （即， 垂直于纸面 运动） 。

此外， 在 X射线发生装置的一周扫描过程中， 数据处理及控制装 置根据预定的能量数将圆轨道平均分成预定的 N ( N是大于等于 2的 整数） 个角度区间， 对每一个角度区间设定不同的 X射线发生装置的 高压， 当机架从当前的角度区间旋转进入下一个角度 区间时， 根据来 自数据处理及控制装置的指令， 对 X射线发生装置进行控制， 将电压 切换为在下一个角度区间设定的电压， 由此， 发射出不同能量的 X射 线。

载物台、 机架分别做圓轨道旋转运动和直线平移运动或 者两者的 组合， 从而能够实现螺旋扫描轨迹或者圓周扫描轨迹 。 具体地说， 如 图 4 ( A ) 所示， 本发明中的载物台是放置物体的结构。 当机架进行圆 周旋转而载物台静止、 或者机架静止而载物台进行圓周运动时， 能够 实圆周轨道扫描方式， 这两者是等价的。 此外， 螺旋运动能够分解为 X Y平面内的圆周运动和沿 Z方向的直线运动的这两个分运动，使载物 台和机架分别完成其中的一个分运动， 将它们组合起来就是螺旋运动， 例如载物台进行直线运动而机架进行圆周运动 。 此外， 也可以是载物 台进行旋转而机架进行平移， 这种方式适用于大型的物体检测， 这是 因为大型物体平移需要太大场地空间而旋转较 容易实现。

此外， 由于载物台与机架的运动属于相对运动， 所以， 在本发明 中， 按照使载物台固定并且使机架旋转的圆周扫描 轨迹进行描述。

此外， 数据处理及控制装置由例如计算机等构成， 用于完成多能 CT成像系统运行过程的控制， 这些控制包括机械转动、 电气控制、 安 全联锁控制等。 在 X射线发生装置的一周扫描过程中， 根据所需要的 能量数将 X射线发生装置的圆轨道平均分成多个角度区� �， 例如， 在 双能的情况下将圆轨道分为两个 180° 角度区间， 即， 分为 0° - 180 ° 的角度区间以及 180。 - 360。 的角度区间， 在三能的情况下 （图 4 中所示的情况）将圆轨道分为三个 120° 角度区间， 即， 分为 0。 ~ 120 ° 的角度区间、 120° ~ 240° 的角度区间以及 240° ~ 360° 的角度区 间。 对每一个角度区间设定不同的 X光机高压， 例如， 在将圆轨道分 为两个 180。 角度区间的情况下， X光机高压分别为 120KV以及 80KV。 此外， 当机架从当前的角度区间旋转进入下一个角度 区间时， 数据处 理及控制装置发送指令， 对 X光机进行控制， 将 X光机电压切换为在 下一个角度区间设定的电压， 由于此单步切换过程能够快速完成， 所 以， 并不会影响数据采集。 此外， 在本发明中所使用的探测器是完整的面阵 X射线探测器， 但是， 探测器也不限于此， 只要能够完成数据探测， 能够使用任意的 探测器。 此外， 在本发明的多能 CT成像系统中还具有读出电路、 采集 触发信号电路及数据传输电路， 这些电路与面阵 X射线探测器一起组 成对数据进行采集的数据采集系统。

以下， 对本发明的多能 CT成像系统中的成像方法进行说明。

本发明的多能 CT成像系统在 X射线发生装置的圆轨道扫描一圏 角度范围内分不同能量来采集数据。 例如， 预先选定 N个能量 （记作 Ε _ΐ5 Ε ₂ , ... ,Ε _η ) , 将圆轨道平均分为 N个角度区间 （也就是对 N个角度 区间的每一个设定预定的电压） ， N是大于等于 2 的整数。 在此情况 下， 每个能量下的投影数据只覆盖圓轨道的 360。 /N 的范围， 从而可 以看出这属于有限角度重建的范畴。

( 1 ) 首先， 多能 CT成像系统进行工作， 数据处理及控制装置进 行控制， 使 X射线发生装置沿着圆轨道进行旋转， 并且， X射线发生 装置在由数据处理及控制装置预先划分的每个 角度区间以在该角度区 间所设定的电压进行工作， 发射出 X射线， 照射受检查物品。 相应地， 利用由探测器、 读出电路、 采集触发信号电路以及数据传输电路组成 的数据采集系统对数据进行采集， 由此， 得到不同能量 Ε^Ε^. ,Εη ( n 是大于等于 2 的整数） 下的投影数据， 并且， 将不同能量 E y A 下的投影数据进行本底校正、 不一致性校正、 负对数运算等操作， 从 而得到物体在能量 £ ₁ ^ ₂ , ... 下的线积分数据 Ρ,,Ρ^ .,. ,Ρ^

将上述的所有能量 Ε^Ε^., ,Εη下的线积分数据 Ρ^Ρ^ .,. Λ依次进 行拼接， 由此， 能够得到覆盖 X射线发生装置的圆轨道 360° 的完整 的线积分数据。 接着， 利用普通圆轨道滤波反投影算法等的方法进行 重建， 由此， 能够得到混合重建结果 f。。 此外， 关于混合重建结果 f ₀ ， 因为不同能量下的结构信息不同， 也就是说 f ₀ 是多个不完整信息混在 一起的一个中间结果， 所以没有严格的物理含义。 此外， 虽然拼接得 到的线积分数据在角度方向上有不连续性， 但是， 在滤波方向上是连 续的， 因此， 进行反投影所得到的结果能够准确地反映物体 （受检查 物品） 的几何结构信息。

此外， 为了便于理解， 如图 5所示， 以二维为例进行说明。 在图 5 所示的例子中， 将圆轨道分为 0° ~ 180° 和 180° - 360° 这两个角度 区间 （即， 双能扫描） 。 在此处， 拼接得到的结果指的是 CT中常说的 正弦图。 关于上述的拼接， 就是不管能量上的差异， 将这些数据 （线 积分数据 Ρ^Ρ^.,.,Ρη)按照单能 CT的数据构成方式按照角度的次序放 到一起， 所以， 在图 5中可以看到， 在 180。 时切换能量， 在能量改变 的地方有一个明显的跳跃边缘（即， 在 180。 处会出现明显的不连续现 象） 。 即， 在角度这个方向 （图 5 中的纵轴）数据是不连续的。 另一 方面， 虽然这两个角度区间的能量不同， 但是， 各部分都包含被照射 物体 （受检查物品） 的结构信息。 此外， 由于滤波是在探测器方向上 做一维滤波， 即对图 5 中的线积分数据一行一行独立地做一维卷积， 所以， 180° 的阶跃不会影响卷积结果， 在图 6中示出卷积的结果。

( 2 )为了进行各个能量 Ε^Ε^ ...，Ε _η 下的衰减系数的有限角度范围 的重建， 将如上所述那样求出的混合重建结果 f ₀ 作为先验图像。 所谓 先验图像， 是指与待重建的图像之间具有一定联系并且能 够反映出待 重建图像的某些信息 （例如， 结构、 边缘、 特征等） 的图像。 在本发 明中， 先验图像是指由图 5 的线积分数据所重建出来的图像。 此外， 由于线积分数据是由不同能量的数据拼接得到 的， 所以， 重建结果不 完全等于任何一个能量下的等效衰减系数， 但是都比较接近， 并且在 几何结构上能够完全反应物体信息。

接着， 为了得到各个能量 Ε,,Ε^,.,Εη下的衰减系数重建结果 f, ( 1 = 1,2, ... ，n ) , 构造先验约束的优化问题 argmi _n G(f,,f。）， 使得

|Η^-Ρ _! || ₂ <ί ₅ 即， 这表示寻找一个参数 f,， 在满足 ||Η,.ί;.- || ₂ <5的 前提下，使得函数 G(f,，f。）达到全局极小值； 或者， 另一种等价的描述为： 在所有满足 ||H,f, - p, || ₂ < s条件的变量 f,.中， 寻找使得 G(f,,f。）为最小的那 个 f,。 其中， G(x,y)为描述先猃图像与重建结果的差异的函数 ， 此处， 例如能够定义为 G(x, y) = |V ² (X— y )|或者 G(x, y) = |diag- ¹ (y)x + diag- ¹ (x)y— 2|等。

H,为第 l个能量下的投影算子并且它只包含第 i个能量下覆盖的角度范 围所对应的部分， f为与测量数据噪声方差有关的参数。 此外， 利用 拉格 朗 日 乘数 法 将 上 述 问 题转化 为 无 约 束优化 问 题 minG(f,,f ₀ ) + A||H,f,-p _; | ₂ , 并且， 利用非线性共轭梯度法求解， 得到 各个能量£ _{1 2} ,... ₁₁ 下的衰减系数重建结果 f, (i= l,2,...,n) 。

由于先验图像 fo具有完整的边缘和结构信息， 此外， 有限角度线 积分数据包含了真实的衰减系数信息。 因此， 通过将这两者结合， 从 而能够同时保证几何结构与衰减系数的准确性 。

(3)如以上所述那样， 得到了不同能量£ _{1 2} ,...,5 ₁₁ 下的衰减系数 的重建结果 f _n , 能够使用后处理基函数分解方法得到分解系数 ， 进而能够得到原子序数和电子密度。

通常，在双能分解重建原子序数和电子密度中 ， 用 表示线性衰 减系数， 可以是某个能量值 的衰减系数， 也可以是 X光机高压 为 £时所得到的等效衰减系数， 能够根据不同方法来决定采用哪个定 义， 物质对 X射线的衰减主要有光电效应和康普顿效应， 这两种效应 能够分解为与能量相关的光电函数和康普顿函 数 (Klein-Nishina公式）， 如下述的式 （ 1 ) 所示： μ(Ε) (£)Z ³⁵ + ¾ (E)p _e ...... ( l ) , 其中， κ、、 为常数， ^为阿伏伽德罗常数， 光电函数 / _ρ/ι ( )以及康 普顿函数 是已知函数， 两个分解系数为 z ⁵ p _e 以及 /? _e 。 此外， 在基效应方法中就是利用上述关系得到原子序 数 z和电子密度^的。 前处理方法是首先得到分解系数的线积分， 再重建出分解系数， 然后 再得到 z和 后处理方法则是直接由衰减系数图像求出分解 系数， 然 后再得到 Z和 A。

此外， 根据双能理论的假设， X 射线的衰减系数也可以分解为两 种已知材料的线性衰减系数的组合， 如下述的式 （2) 所示： μ(Ε) = b^(E) + Β ₂ μ ₂ (Ε)…… （2) , 其中， Ε)、 ( 为已知材料的线性衰减系数函数， 例如碳和铝、 骨 头和软组织。 分解方法也分别前处理和后处理， 在得到分解系数 和 之后， 能够通过以下公式 （3 ) 计算 Ζ和 ， b _lPel Z ⁵ + b ₂ p _e2 Z ₂ ³

blPel ^{+ b} lPe2

其中， ^Z i、 Z ₂ 、 _P 、 A ₂ 为已知的分解材料的原子序数和电子密度 。

在本发明中， 以双能为例， 后处理基材料分解模型如以下的式（4) 所示：

/ _£ » ( )^) _{+ C2} (r ₂

f _E2 (n = c _l (f)b _] (E ₂ ) + c ₂ (r)b ₂ (E ₂ ) '·''·· ^{(4 )} ' 其中， 为所选用的已知的两种基材料在高低能等效能 量下的衰减系 数， 根据以上的式 （4) 能够得到基材料分解系数 ^。 式（4) 中的基 材料分解系数 、 c ₂ 相当于上述式 （2) 中的 、 b ₂ , 因此， 能够进一 步根据上述的式 （3 ) 得到原子序数 Z和电子密度 _e ， 进而能够得到 原子序数分布图像和电子密度分布图像。

(4) 此外， 在上述的 （2) 中已经重建出不同能量 Ε^Ε^.,.,Εη下 的衰减系数图像， 对这些图像进行正投影运算， 从而能够得到补全了 分角度扫描缺失的投影数据。 在得到了完整的投影数据之后， 能够利 用前处理方法得到不同基函数的系数。 此处， 在本发明中以双能为例， 前处理基效应分解模型为如下的式 （5) ： Ι _ΕΧ (E)e~ ^Af≠{E) ~ ^{A2fKN (E)} dE

I _EI = |Z) _£2 (E)e~ ^{Afph iE A2fKN iE)} dE · · ··· ^{( 5 )} ， 在式（5 ) 中， / _£l ,4 ₂ 为双能有限角度范围直接测量投影值与重 建图像 离散投影值拼接得到的完整投影数据， 4,4为光电效应系数和康普顿 效应系数的线积分， D _E 、 , ¾为不同能量的能谱与探测器响应函数的乘 积， 称为等效能谱。 根据上述式（5 ) 能够得到两种效应的线积分， 再 利用传统 FBP算法即可重建得到光电系数和康普顿系数， 进而得到原 子序数和电子密度。 由此， 能够得到原子序数分布图像和电子密度分 布图像。

具体地说， 在已经得到了不同能量 Ε^Ε^. ,Εη下的衰减系数重建 结果 ,f ₂ , ... ,f _n 的情况下，对 η个能量补全各自缺失角度下的投影数据。 此处， 以采用两个能量将圆轨道分为 0〜180度（记作 "第一角度区间" ) 和 180~360度 （记作 "第二角度区间" ） 这两个角度区间为例。 第一 个能量下 （即， 第一角度区间对应的能量） 的数据缺 180〜360度的投 影数据， 所以， 利用所得到的 进行投影计算 180~360度的数据来进 行补全，第二个能量下（即，第二角度区间对 应的能量）的数据缺 0〜180 度的投影数据， 所以， 利用得到的 f ₂ 进行投影计算 0〜180度的数据来 进行补全， 即， 在分角度扫描缺失的情况下补全投影数据， 在得到了 完整的投影数据之后， 利用前处理方法得到不同基函数的系数。

对完整的投影数据进行基函数分解， 得到基函数对应的系数， 也 就是式 （5 ) 中的 4, 4是根据光电效应和康普顿效应取基函数的结� �。 实际上， 也能够取某些材料随能谱变化的衰减系数函数 作为基函数， 即本领域内的基材料分解法。 分解后所得到的数据是投影域的数据， 利用传统 FBP算法就能够得到系数的分布， 进而根据系数的分布能够 计算得到原子序数分布和电子密度分布。 此外， 通常在医疗应用中优选使用骨和软组织这两种 材料进行后 处理分解， 相对于此， 在安检应用中优选使用光电效应和康普顿效应 的前处理分解。

如上所述， 根据本发明的多能 CT成像系统以及成像方法， 在将 X 射线发生装置的圆轨道分为多个角度区间的情 况下也能够准确地得到 待测物体 （受检查物品） 的原子序数 Z和电子密度 /? _e ， 进而能够得到 原子序数分布图像以及电子密度分布图像。 此外， 由于本发明的多能

CT成像系统没有增加 X射线发生装置或者探测器的数量， 所以， 成本 不会增加， 但是能够提供多能成像功能。 此外， 本发明并不象现有技 术的快速能量切换系统那样需要装配新型 X光机， 所以， 能够被广泛 应用。

以下， 根据本发明设计双能 CT成像系统， 并举出如下的实施例。 例如， 将 X光机的圆轨道分为 0 ~ 180度和 180 ~ 360度这两个角 度区间， 并且， 在 0 ~ 180度角度区间的 X光机高压设定为 120KV, 在 180 ~ 360度角度区间的 X光机高压设定为 80KV。

首先， 将本发明的双能 CT 成像系统中的 X 光机高压设定为 120KV, 开机扫描。

接着， 双能 CT成像系统的机架连续旋转， 并且， 以 1。 为采样间 隔采集投影数据。

接着， 当机架旋转到 180° 时， 数据处理及控制装置发出指令， 迅 速将 X光机高压切换至 80KV,继续扫描，并且扫描采样间隔仍为 Γ 。

接着， 当机架旋转到 360° 回到初始位置时， 停止旋转， 同时关闭 光机， 数据采集完成。

接着， 双能 CT成像系统的数据处理及控制装置对在 X光机高压 120KV和 80KV下得到的线积分数据进行拼接， 得到覆盖 360度的完 整的线积分数据， 并且， 根据该完整的线积分数据得到作为先验图像 的混合重建结果 f ₀ 。

接着， 根据先验图像 f ₀ 分别得到 120KV和 80KV下的衰减系数重 建结果 ί 、 f ₂ 。

接着， 根据上述的重建结果 、 f ₂ 得到受检查物品的原子序数 Z 和电子密度 _e ,根据原子序数 Z和电子密度 _e 显示原子序数分布图像 或者电子密度分布图像， 或者也可以显示各个不同能量下的衰减系数 图像。

根据本申请发明，在不改变现有的传统单能 CT系统硬件设计的情 况下， 将 X射线发生装置的圆轨道分为预定的角度区间� � 对每个角度 区间设定预定的 X射线发生装置的高压， 利用本发明中的重建方法提 供多能成像功能 （特别是欢能 CT功能） ， 并且， 与现有的双能 CT设 备相比， 成本较低。