本發(fā)明的實施例涉及輻射成像，具體涉及一種射線透射和熒光ct成像系統(tǒng)和成像方法。

背景技術(shù)：

x射線ct成像技術(shù)已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)、安檢、工業(yè)無損檢測等多個領(lǐng)域取得了巨大的成功。傳統(tǒng)x射線ct成像的基本原理利用x射線源發(fā)出的x射線束在不同角度下掃描物體，分別測量該x射線束穿過物體前、后的信息(能量積分、光子數(shù)量等)，利用這兩個信息的變化建立物理模型，然后通過ct圖像重建得到被掃描物體內(nèi)部物質(zhì)的等效線衰減系數(shù)的分布圖像，即表征物質(zhì)對x射線吸收強弱的灰度圖像，然而這不具有特異性和唯一性，無法實現(xiàn)準(zhǔn)確的物質(zhì)識別。近十年以來，x射線能譜ct(包括雙能ct)技術(shù)取得了很大進(jìn)展，通過采集兩個以上不同能量(能譜)的x射線投影數(shù)據(jù)，利用ct重建和材料分解算法，除了可以獲得不同能量下物體內(nèi)部的等效線衰減系數(shù)分布圖像以外，還可以獲得其等效原子序數(shù)和電子密度的分布圖像，具備了一定的物質(zhì)識別能力，在臨床醫(yī)學(xué)、安檢等應(yīng)用領(lǐng)域獲得了重要應(yīng)用。

不同于傳統(tǒng)x射線ct，x射線熒光ct利用一定能量的x射線束照射物體，激發(fā)物體內(nèi)的某些高z元素產(chǎn)生特定能量的熒光光子發(fā)射出去，并被探測器探測到。由于每種元素都對應(yīng)唯一的一種x射線熒光能譜，因此通過采集到的熒光能譜數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)不同元素的準(zhǔn)確識別。熒光ct就是采集不同角度下由x射線掃描物體所產(chǎn)生的熒光光子，通過圖像重建對特異元素物質(zhì)實現(xiàn)高靈敏度的識別和定量的計算。截止到目前，世界上關(guān)于熒光ct的研究主要分為兩大類：1)基于同步輻射光源的熒光ct研究：主要利用同步輻射光源的極高亮度和單色性，然而由于同步輻射系統(tǒng)體積龐大和價格昂貴，因此不太適用于工程應(yīng)用研究；2)基于普通x光機的xfct研究，x光機產(chǎn)生的x射線能譜具有連續(xù)的特性，并且由于其低廉的價格和小巧的體積而成為當(dāng)前熒光ct研究的主流，但是目前基于x光機的熒光ct成像系統(tǒng)為了提高熒光光子收集效率和降低噪聲，普遍采用了能量分辨率很高的單像素x射線譜儀探測熒光光子，通過在x光機前或者在譜儀前增加單孔準(zhǔn)直器來確定一條射線的路徑，采用效率很低的“旋轉(zhuǎn)+平移”式的第一代ct掃描方式完成熒光ct數(shù)據(jù)采集，因此需要幾個、甚至十幾個小時的掃描時間，從而無法滿足工程應(yīng)用的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種射線透射和熒光ct成像系統(tǒng)和成像方法，基于第三代ct掃描方式，通過一次圓周掃描同時實現(xiàn)了針對對象的透射ct成像和熒光ct成像。

在本發(fā)明的一個方面，提出了一種射線透射和熒光ct成像系統(tǒng)，包括：射線源，發(fā)出射線束；旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備，對被檢查對象執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描；透射ct探測器，接收射線源發(fā)出的穿過被檢查對象的射線束；熒光ct探測器，接收射線源發(fā)出的射線束照射在被檢查對象內(nèi)所激發(fā)產(chǎn)生的熒光光子；數(shù)據(jù)采集單元，分別采集來自透射ct探測器的透射數(shù)據(jù)信號和來自熒光ct探測器的熒光數(shù)據(jù)信號；以及控制和數(shù)據(jù)處理單元，控制所述射線源發(fā)出射線束，控制旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備對被檢查對象執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描，并且基于所述透射數(shù)據(jù)信號和熒光數(shù)據(jù)信號，同時獲得透射ct圖像和熒光ct圖像。

優(yōu)選地，控制和數(shù)據(jù)處理單元控制旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備旋轉(zhuǎn)射線源、透射ct探測器和所述熒光ct探測器，以對被檢查對象執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描。

優(yōu)選地，所述熒光ct探測器包括：熒光能譜探測元件；準(zhǔn)直器，將激發(fā)產(chǎn)生的熒光光子準(zhǔn)直入射在所述熒光能譜探測元件上；以及屏蔽構(gòu)件，將所述熒光能譜探測元件包封起來。

優(yōu)選地，所述屏蔽構(gòu)件由高密度材料形成，并且所述準(zhǔn)直器形成在所述屏蔽構(gòu)件的側(cè)壁上。

優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直器與所述熒光能譜探測元件之間的距離以及所述熒光能譜探測元件的長度能夠調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直器形成為準(zhǔn)直孔，所述激發(fā)產(chǎn)生的熒光光子通過所述準(zhǔn)直孔準(zhǔn)直入射在所述熒光能譜探測元件上。

優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直孔的開孔傾角為90度，中心孔徑為0.5mm。

優(yōu)選地，所述熒光能譜探測元件為線陣探測元件或者面陣探測元件。

優(yōu)選地，所述射線源是能夠發(fā)出x射線或γ射線的裝置。

優(yōu)選地，所述透射ct探測器為線陣探測器或者面陣探測器。

優(yōu)選地，所述控制和數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述透射數(shù)據(jù)信號以及透射強度模型，計算與被檢查對象有關(guān)的線衰減系數(shù)分布。

優(yōu)選地，所述控制和數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述熒光數(shù)據(jù)信號、熒光強度模型以及所述線衰減系數(shù)分布，計算與被檢查對象有關(guān)的特異元素的濃度分布或成分分布。

優(yōu)選地，所述控制和數(shù)據(jù)處理單元對獲得的透射ct圖像和熒光ct圖像進(jìn)行圖像融合處理，以在顯示器上顯示。

在本發(fā)明的另一方面，提出了一種射線透射和熒光ct成像方法，包括步驟：控制射線源發(fā)出射線束；控制旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備對被檢查對象執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描；控制分別采集來自透射ct探測器的透射數(shù)據(jù)信號和來自熒光ct探測器的熒光數(shù)據(jù)信號；以及基于所述透射數(shù)據(jù)信息和熒光數(shù)據(jù)信息，同時獲得透射ct圖像和熒光ct圖像。

優(yōu)選地，控制旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備對被檢查對象執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描包括：控制旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備旋轉(zhuǎn)所述射線源、所述透射ct探測器和所述熒光ct探測器，以對被檢查對象執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描。

優(yōu)選地，基于所述透射數(shù)據(jù)信號和熒光數(shù)據(jù)信號同時獲得透射ct圖像和熒光ct圖像包括：基于所述透射數(shù)據(jù)信號以及透射強度模型，計算與被檢查對象有關(guān)的線衰減系數(shù)分布。

優(yōu)選地，基于所述透射數(shù)據(jù)信號和熒光數(shù)據(jù)信號，同時獲得透射ct圖像和熒光ct圖像包括：基于所述熒光數(shù)據(jù)信號、熒光強度模型，以及所述線衰減系數(shù)分布，計算與被檢查對象有關(guān)的特異元素的濃度分布或成分分布。

優(yōu)選地，計算與被檢查對象有關(guān)的特異元素的濃度分布的步驟包括，如果射線源采用單能譜ct掃描，熒光的衰減系數(shù)分布由射線的衰減系數(shù)分布來近似代替；如果射線源采用多能譜ct掃描，則熒光的衰減系數(shù)分布由各個能區(qū)的射線的衰減系數(shù)分布來近似代替，其中，k表示射線探測器能區(qū)的編號，ek表示第k個能區(qū)光子的平均能量，是被檢查對象內(nèi)部的位置。

優(yōu)選地，所述方法還包括：對獲得的透射ct圖像和熒光ct圖像進(jìn)行圖像融合處理，以在顯示器上顯示。

利用上述技術(shù)方案，能夠在一次完整掃描中將射線透射ct成像和熒光ct成像同時完成，進(jìn)而實現(xiàn)了這兩種成像方式的融合成像。本發(fā)明成像技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)x射線ct快速、穩(wěn)定、低成本，以及pet(positronemissiontomography，正電子發(fā)射斷層成像)、spect(single-photonemissioncomputedtomography，單光子發(fā)射計算機斷層成像)反映人體代謝功能成像、高靈敏度的優(yōu)點，借助具有生物特異性的非放射性藥物可以快速地實現(xiàn)分子功能成像。該技術(shù)在生物、臨床醫(yī)學(xué)、安檢等領(lǐng)域都具有巨大潛力和應(yīng)用價值。

附圖說明

下面的附圖表明了本發(fā)明的實施方式。這些附圖和實施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發(fā)明的一些實施例，其中：

圖1是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的射線透射和熒光ct成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的圖1的成像系統(tǒng)中熒光ct探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2b是描述根據(jù)本發(fā)明實施例圖2的熒光ct探測器中準(zhǔn)直器的具體設(shè)計圖；

圖3是描述在根據(jù)本發(fā)明實施例的如圖1所示的成像系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理的邏輯圖；

圖4是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的包括圖1中的控制和數(shù)據(jù)處理單元的計算機的結(jié)構(gòu)框圖；以及

圖5是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的射線透射和熒光ct成像方法的流程圖。

具體實施方式

下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是：不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或方法。

在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。

圖1是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的射線透射和熒光ct成像系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的成像系統(tǒng)100包括射線源101、旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備102、透射ct探測器103、熒光ct探測器104、數(shù)據(jù)采集單元105以及控制和數(shù)據(jù)處理單元106。

射線源101發(fā)出射線束。射線源101可以是常用的各種型號的x光機、加速器，也可以是放射性同位素、同步輻射光源等能夠發(fā)出x射線或γ射線的裝置。

旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備102對被檢查對象107執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描。旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備102的核心功能是按照設(shè)定的掃描參數(shù)完成ct掃描的過程。一般臨床醫(yī)學(xué)ct和安檢ct是采用滑環(huán)結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)x光機和探測器等核心裝置圍繞被檢查對象107完成旋轉(zhuǎn)掃描。而工業(yè)ct一般采用將被檢查對象固定到轉(zhuǎn)臺上，旋轉(zhuǎn)該對象來實現(xiàn)ct掃描。

透射ct探測器103接收射線源101發(fā)出的穿過被檢查對象107的射線束。透射ct探測器103可以采用透射ct用陣列探測器，可以是傳統(tǒng)能量積分型探測器，例如目前醫(yī)用螺旋ct上經(jīng)常使用的基于閃爍體+光電倍增管結(jié)構(gòu)的多排探測器陣列，或平板探測器，也可以是陣列能譜探測器，例如目前研究較多的光子計數(shù)探測器陣列。

熒光ct探測器104接收射線源101發(fā)出的射線束照射在被檢查對象107內(nèi)所激發(fā)產(chǎn)生的熒光光子。熒光ct探測器104可以采用熒光ct用陣列能譜探測器。陣列能譜探測器用于將特定能量的熒光光子從其他能量的散射光子中區(qū)分出來。傳統(tǒng)的熒光ct探測器多數(shù)使用單像素的x射線譜儀，具有較高的能量分辨率，但是掃描速度很慢。而在本發(fā)明實施例中采用的陣列能譜探測器(例如陣列光子計數(shù)探測器)僅需要數(shù)個能窗即可實現(xiàn)特定能量的熒光光子采集。在本實施例中，熒光ct探測器104的數(shù)目可以是多個，例如如圖1所示的2個熒光ct探測器分別位于左側(cè)和右側(cè)，然而本實施例不限于此。

數(shù)據(jù)采集單元105分別采集來自透射ct探測器103的透射數(shù)據(jù)信號和來自熒光ct探測器104的熒光數(shù)據(jù)信號。在實施例中，數(shù)據(jù)采集單元105分別采集透射ct探測器103和熒光ct探測器104在ct掃描過程中產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)。

控制和數(shù)據(jù)處理單元106控制射線源101發(fā)出射線束，控制旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備102對被檢查對象107執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描，并且基于透射數(shù)據(jù)信號和熒光數(shù)據(jù)信號，同時獲得透射ct圖像和熒光ct圖像。具體地，控制和數(shù)據(jù)處理單元106控制旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備102旋轉(zhuǎn)射線源101、透射ct探測器103和所述熒光ct探測器104，以對被檢查對象107執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描，并基于采集的透射ct探測器103和熒光ct探測器104在ct掃描過程中產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)，完成本發(fā)明的透射ct和熒光ct圖像的同時重建。從而在顯示器上顯示透射ct圖像和熒光ct圖像的融合圖像。

圖2a是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的圖1的成像系統(tǒng)中熒光ct探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。熒光ct探測器104包括：熒光能譜探測元件201、準(zhǔn)直器202和屏蔽構(gòu)件203。

熒光能譜探測元件201能夠?qū)⑻囟芰康臒晒夤庾訌钠渌芰康纳⑸涔庾又袇^(qū)分出來，現(xiàn)有的熒光ct多數(shù)使用單像素的x射線譜儀，具有較高的能量分辨率，但是掃描速度很慢。而本發(fā)明的實施例中使用的陣列熒光ct能譜探測元件(例如陣列光子計數(shù)探測器)僅需要數(shù)個能窗即可實現(xiàn)特定能量的熒光光子采集。

準(zhǔn)直器202將激發(fā)產(chǎn)生的x射線熒光光子準(zhǔn)直入射在熒光能譜探測元件201上。在本實施例中，準(zhǔn)直器可以是成像準(zhǔn)直孔，基于小孔成像原理，將射線照射高z元素產(chǎn)生的熒光光子通過小孔準(zhǔn)直在陣列熒光ct能譜探測元件201上實現(xiàn)對應(yīng)直線路徑的熒光采集。該成像準(zhǔn)直孔和陣列熒光ct陣列探測元件決定了熒光ct成像視野的大小，可以通過調(diào)節(jié)成像準(zhǔn)直孔到陣列熒光ct陣列探測器的距離、以及陣列探測器的長度來實現(xiàn)不同熒光ct成像視野的設(shè)計，因此，該成像準(zhǔn)直孔是能夠?qū)崿F(xiàn)大視野熒光ct成像的核心器件之一。圖2b是該成像準(zhǔn)直孔的一種具體設(shè)計方案，開孔傾角可以為70°-110°，中心孔徑可以為0.1mm-5mm。作為一種優(yōu)選方案，開孔傾角優(yōu)選為90°，中心孔徑優(yōu)選為0.5mm。

除了準(zhǔn)直器202所在的部分以外，屏蔽構(gòu)件203將熒光ct能譜探測元件201的其他部分包封起來。屏蔽構(gòu)件203由高密度材料形成，準(zhǔn)直器202形成在屏蔽構(gòu)件203的側(cè)壁上，如圖2a所示。在本實施例中，屏蔽構(gòu)件的作用是將熒光ct能譜探測元件嚴(yán)密封裝在一個高密度材料的盒子(例如貼了鉛皮的金屬盒)里面，僅僅在盒子的一個較小端面保留成像準(zhǔn)直孔，使得除去經(jīng)過成像準(zhǔn)直孔其他方向入射的光子均被阻擋在該屏蔽盒外，盡量降低熒光ct能譜探測元件上背景散射光子的影響。

圖3是描述在根據(jù)本發(fā)明實施例的如圖1所示的成像系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理的邏輯圖?？刂坪蛿?shù)據(jù)處理單元106控制射線源101發(fā)出射線束，控制旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備102旋轉(zhuǎn)射線源101、透射ct探測器103和熒光ct探測器104，以對被檢查對象107執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描。透射ct探測器103接收射線源101發(fā)出的穿過被檢查對象107的射線束，而熒光ct探測器104接收射線源101發(fā)出的射線束照射在被檢查對象107內(nèi)所激發(fā)產(chǎn)生的熒光光子。數(shù)據(jù)采集單元105分別采集來自透射ct探測器103的透射數(shù)據(jù)信號和來自熒光ct探測器104的熒光數(shù)據(jù)信號?？刂坪蛿?shù)據(jù)處理單元106根據(jù)透射數(shù)據(jù)信號以及透射強度模型(計算x射線透射強度的數(shù)學(xué)模型)，計算與被檢查對象有關(guān)的線衰減系數(shù)分布?？刂坪蛿?shù)據(jù)處理單元106還根據(jù)所述熒光數(shù)據(jù)信號以及熒光強度模型(計算熒光強度的數(shù)學(xué)模型)，計算與被檢查對象有關(guān)的特異元素的濃度分布或成分分布。在本實施例中，濃度分布或成分分布的精確重建需要用到所述線衰減系數(shù)分布，從而完成本發(fā)明的透射ct和熒光ct圖像的同時重建，并且在顯示器上顯示透射ct圖像和熒光ct圖像的融合圖像，該融合圖像不僅包含線衰減系數(shù)分布信息(可以以灰度表示)，還包含特異元素的原子序數(shù)和相應(yīng)的濃度分布信息(可以以彩色和相應(yīng)的亮度表示)。

圖4是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的包括圖1中的控制和數(shù)據(jù)處理單元的計算機的結(jié)構(gòu)框圖。如圖4所示，數(shù)據(jù)采集單元所采集的數(shù)據(jù)通過接口單元68和總線64存儲在存儲器61中。存儲器61中還存儲強度模型。只讀存儲器(rom)62中存儲有計算機數(shù)據(jù)處理器的配置信息以及程序。隨機存取存儲器(ram)63用于在控制和數(shù)據(jù)處理器66工作過程中暫存各種數(shù)據(jù)。另外，存儲器61中還存儲有用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計算機程序。內(nèi)部總線64連接上述的存儲器61、只讀存儲器62、隨機存取存儲器63、輸入裝置65、處理器66、顯示裝置67和接口單元68。在用戶通過諸如鍵盤和鼠標(biāo)之類的輸入裝置65輸入的操作命令后，計算機程序的指令代碼命令處理器66執(zhí)行預(yù)定的圖像重建算法，在得到數(shù)據(jù)處理結(jié)果之后，將其顯示在諸如lcd顯示器之類的顯示裝置67上，或者直接以諸如打印之類硬拷貝的形式輸出處理結(jié)果。

圖5是描述根據(jù)本發(fā)明實施例的對透射的射線和激發(fā)出的熒光均成像的ct成像方法的流程圖。

在步驟501，控制射線源發(fā)出射線束；

在步驟502，控制旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備對被檢查對象執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描；

在步驟503，控制分別采集來自透射ct探測器的透射數(shù)據(jù)信號和來自熒光ct探測器的熒光數(shù)據(jù)信號；以及

在步驟504，基于所述透射數(shù)據(jù)信息和熒光數(shù)據(jù)信息，同時獲得透射ct圖像和熒光ct圖像。

在實施例中，步驟502包括：控制旋轉(zhuǎn)掃描設(shè)備旋轉(zhuǎn)所述射線源、所述透射ct探測器和所述熒光ct探測器，以對被檢查對象執(zhí)行旋轉(zhuǎn)ct掃描。

在實施例中，步驟504包括：基于所述透射數(shù)據(jù)信號以及透射強度模型，計算與被檢查對象有關(guān)的線衰減系數(shù)分布。步驟504還包括：基于所述熒光數(shù)據(jù)信號、熒光強度模型以及所述線衰減系數(shù)分布，計算與被檢查對象有關(guān)的特異元素的濃度分布或成分分布。

下面，對透射強度模型和熒光強度模型以及成像過程進(jìn)行詳細(xì)描述。

首先考慮由x射線源發(fā)出的一束x射線達(dá)到被檢查對象內(nèi)部的位置時，經(jīng)過被檢查對象的衰減，該入射x射線的能譜可以表示為：

其中，表示由x射線源出發(fā)經(jīng)過位置的x射線路徑，i0(e)表示x射線源發(fā)出的、照射到被檢查對象之前的x射線束能譜，表示被檢查對象內(nèi)任意一點與能量有關(guān)的x射線衰減系數(shù)。

透射ct成像就是采集該x射線束沿其直線傳播方向入射到透射探測器內(nèi)產(chǎn)生的信號，其可以表示為：

其中，q(e)表示探測器的能量響應(yīng)函數(shù)，k表示x射線能譜探測器(例如光子計數(shù)探測器)能區(qū)的編號，ek表示第k個能區(qū)光子的平均能量。當(dāng)透射ct探測器使用的是能量積分型探測器時，上式(2)中對能量積分的能區(qū)bin(ek)即為入射x射線能譜的寬度(0，emax)。

而對于熒光ct成像而言，公式(1)表示的到達(dá)位置處的x射線按照如下公式存在一定概率產(chǎn)生特定能量的熒光光子：

其中，表示位置處特異元素對x射線的光電吸收質(zhì)量系數(shù)，ω表示熒光光子的產(chǎn)額(可近似為已知常數(shù))，是該位置處能夠產(chǎn)生熒光的特異元素(例如對比劑)的質(zhì)量濃度，ek表示該特異元素的k-edge能量。

上述產(chǎn)生的熒光光子通過圖2a所示的熒光ct能譜探測器進(jìn)行收集，其信號可以表示為：

測元件的某個單元的路徑，表示被檢查對象對熒光光子的線衰減系數(shù)，ang表示對應(yīng)到該探測器單元上的立體角，lt表示該探測器單元收集的熒光光子的直線路徑。

由上述公式，可知式(2)建立了透射ct的數(shù)學(xué)強度模型，而式(1，3，4)則建立了熒光ct的數(shù)學(xué)強度模型。這兩個數(shù)學(xué)強度模型之間的聯(lián)系就是它們信號均來自于同一個x射線源i0(e)，同時都與被檢查對象的線衰減系數(shù)分布有關(guān)。而本發(fā)明實施例圖像重建的任務(wù)包含兩部分：透射ct成像的核心任務(wù)重建出以及熒光ct成像的核心任務(wù)重建出特異元素的濃度分布

首先考慮透射ct圖像重建，同樣分為兩類情況：1)如果透射ct是單能譜ct掃描(目前絕大多數(shù)ct采用該掃描方式)，則式(2)可以簡化為：

此時，被檢查對象的等效線衰減系數(shù)分布可以通過完整的ct掃描采集到的一系列x射線投影數(shù)據(jù)重建得到，即：

其中，i0、i分別是由x射線源發(fā)出的經(jīng)過被檢測對象前、后的每條x射線的強度(能量積分)。

2)如果透射ct是多能譜ct掃描(例如雙能ct、能譜ct等)，則式(2)可以近似為：

因此，透射ct公式(6)和(7)都可以采用常規(guī)的濾波反投影算法或迭代重建算法重建出透射ct圖像或

而熒光ct的重建要比透射ct更復(fù)雜，首先由公式(4)，利用熒光ct采集到的數(shù)據(jù)ixfct重建出被檢測對象受照射產(chǎn)生的熒光強度分布此時，必須考慮對象自身對熒光的衰減吸收，即的影響，一般情況下，由透射ct重建結(jié)果提供，如果透射ct是單能譜ct掃描，由近似；如果透射ct是多能譜ct掃描，則由ek最接近熒光光子能量的能區(qū)圖像近似。在已知的前提下，公式(4)可以近似為：

其中，表示處產(chǎn)生的熒光在進(jìn)入探測器前的經(jīng)過的衰減?？紤]到熒光ct能夠采集到的光子數(shù)普遍較少，因此，考慮到泊松噪聲模型，可以通過如下公式重建出被檢測對象的熒光強度分布

其中，aij表示由熒光ct成像的空間幾何關(guān)系決定的投影矩陣，即熒光ct探測器采集的第i條熒光投影ixfct_i對帶重建熒光強度分布ixrf的第j個像素的ixrf_j貢獻(xiàn)。

一旦重建出被檢測對象的熒光強度分布則通過公式(3)就可以求出被檢查對象內(nèi)特異元素(對比劑)的濃度分布

其中，等號右邊分母中的ω對于特定的已知元素而言均為已知量，而可以通過公式(1)求得。類似于前面對的近似，式(1)中的也是通過透射ct提供的，即：如果透射ct是單能譜ct掃描，由近似；如果透射ct是多能譜ct掃描，則由各個能區(qū)的能譜ct圖像近似。

本發(fā)明的成像系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)掃描，同時采集射線源發(fā)出的射線束穿過被檢查對象后衰減的信息，以及該射線束照射對象內(nèi)的某些高z元素而激發(fā)產(chǎn)生的特征x光子，經(jīng)過圖像重建同時獲得射線透射ct圖像和熒光ct圖像。由于透視ct可以提供高空間分辨率的對象結(jié)構(gòu)信息，而熒光ct可以針對特異元素(某些特定的高z元素)實現(xiàn)高靈敏度的濃度分布成像，因此，本發(fā)明的成像裝置可以為臨床醫(yī)學(xué)、安檢等領(lǐng)域提供高質(zhì)量的多模態(tài)信息圖像。

以上的詳細(xì)描述通過使用方框圖、流程圖和/或示例，已經(jīng)闡述了x射線成像系統(tǒng)和成像方法的眾多實施例。在這種方框圖、流程圖和/或示例包含一個或多個功能和/或操作的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，這種方框圖、流程圖或示例中的每一功能和/或操作可以通過各種硬件、軟件、固件或?qū)嵸|(zhì)上它們的任意組合來單獨和/或共同實現(xiàn)。在一個實施例中，本發(fā)明的實施例所述主題的若干部分可以通過專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)、數(shù)字信號處理器(dsp)、或其他集成格式來實現(xiàn)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，這里所公開的實施例的一些方面在整體上或部分地可以等同地實現(xiàn)在集成電路中，實現(xiàn)為在一臺或多臺計算機上運行的一個或多個計算機程序(例如，實現(xiàn)為在一臺或多臺計算機系統(tǒng)上運行的一個或多個程序)，實現(xiàn)為在一個或多個處理器上運行的一個或多個程序(例如，實現(xiàn)為在一個或多個微處理器上運行的一個或多個程序)，實現(xiàn)為固件，或者實質(zhì)上實現(xiàn)為上述方式的任意組合，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明，將具備設(shè)計電路和/或?qū)懭胲浖?或固件代碼的能力。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明所述主題的機制能夠作為多種形式的程序產(chǎn)品進(jìn)行分發(fā)，并且無論實際用來執(zhí)行分發(fā)的信號承載介質(zhì)的具體類型如何，本發(fā)明所述主題的示例性實施例均適用。信號承載介質(zhì)的示例包括但不限于：可記錄型介質(zhì)，如軟盤、硬盤驅(qū)動器、緊致盤(cd)、數(shù)字通用盤(dvd)、數(shù)字磁帶、計算機存儲器等；以及傳輸型介質(zhì)，如數(shù)字和/或模擬通信介質(zhì)(例如，光纖光纜、波導(dǎo)、有線通信鏈路、無線通信鏈路等)。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。