能谱CT成像系统及数据采集和重建能谱CT图像的方法

1.一种能谱CT成像系统的数据采集方法，所述能谱CT成像系统包括具有多个像素的光子计数探测器,所述数据采集方法包括在多个投影角度从所述光子计数探测器对穿过被成像物的光子进行数据采集,其特征在于,对于每一投影角度,该数据采集方法包括：按照多个随机分布的像素地址编码从所述光子计数探测器获取数据；其中所述像素地址编码利用设定的像素地址分布的概率密度函数而生成；或者对于第一个投影角度，所述像素地址编码利用设定的像素地址分布的概率密度函数而生成；对于除第一个投影角度外的其余投影角度，所述像素地址编码或者利用为前一投影角度设定的像素地址分布的概率密度函数而生成、或者利用重新设定的像素地址分布的概率密度函数而生成、或者与用于前一投影角度的所述像素地址编码相同；其中数据采集过程中每个视角读取的数据数目小于探测器的总像素单元数目的50％。 2.如权利要求1所述的数据采集方法，其中所述按照多个随机分布的像素地址编码从所述光子计数探测器采集数据包括：从自所述光子计数探测器获得的全部数据中按照多个随机分布的像素地址编码选取数据。 3.如权利要求1所述的数据采集方法，其中所述按照多个随机分布的像素地址编码从所述光子计数探测器采集数据包括：从所述光子计数探测器的全部像素中按照多个随机分布的像素地址编码实时选择像素来获取数据。 4.一种能谱CT成像系统的数据采集方法，所述能谱CT成像系统包括具有多个像素的光子计数探测器,所述数据采集方法包括在多个投影角度从所述光子计数探测器对穿过被成像物的光子进行数据采集,其特征在于,对于每一投影角度,该数据采集方法包括：从按照多个随机分布的像素地址编码设置的所述多个像素采集数据；其中所述像素地址编码利用设定的像素地址分布的概率密度函数而生成；或者对于第一个投影角度，所述像素地址编码利用设定的像素地址分布的概率密度函数而生成；对于除第一个投影角度外的其余投影角度，所述像素地址编码或者利用为前一投影角度设定的像素地址分布的概率密度函数而生成、或者利用重新设定的像素地址分布的概率密度函数而生成、或者与用于前一投影角度的所述像素地址编码相同；其中数据采集过程中每个视角读取的数据数目小于探测器的总像素单元数目的50％。 5.如权利要求4所述的数据采集方法，其中所述光子计数探测器为面阵探测器或环形探测器。 6.一种重建能谱CT图像的方法，其特征在于包括：设置数据采集的多个能量窗；利用如权利要求1-5中任一项所述的数据采集方法从所述多个能量窗进行数据采集；利用所述像素地址编码生成对应的系统矩阵；将采集到的数据在投影域进行能谱信息分解，得到分解系数投影；通过迭代方法，利用所述分解系数投影进行分解系数的空间分布重建，得到分解系数；根据重建的分解系数进行合成，得到单能量的衰减系数和/或估算被成像物的电子密度和/或等效原子序数分布图。 7.如权利要求6所述的方法，其中所述系统矩阵的维度是M×N，其中N是被重建的图像域像素数目，M是投影角度数与所述像素地址编码的数量之积。 8.如权利要求7所述的方法，其中根据如下公式求分解系数投影：其中τ为整数，对应第τ个分解项，w k (E)为归一化的第k个能量窗下的X光能谱分布，p k 为对应于光子计数探测器上采集的数据的M维向量，φ τ (E)为第τ个分解基函数，A τ 为第τ个分解系数投影，k﹦1,2,...K，K为能量窗数目，E是光子能量。 9.如权利要求8所述的方法，其中根据如下公式通过迭代进行分解系数的空间分布重建：其中ε为根据数据噪声确定的阈值，Φ(i,j,z)为关于成像视野的像素位置(i,j,z)的先验函数，a τ 为分解系数，H是所述系统矩阵。 10.如权利要求9所述的方法，其中根据重建结果通过下式计算单能量的衰减系数： 11.如权利要求8所述的方法，其中，在两个能量窗的情况下，K＝2，τ∈[1,2],φ τ (E)分别取为光电效应系数、康普顿散射系数。 12.如权利要求11所述的方法，其中等效原子序数分布图、电子密度分布图分别通过下式估算：ρ e ＝2a 2其中a 1 、a 2 对应于τ分别为1和2时的a τ 值。 13.一种重建能谱CT图像的方法，其特征在于包括：设置数据采集的多个能量窗；利用如权利要求1-5中任一项所述的数据采集方法从所述多个能量窗进行数据采集；利用所述像素地址编码生成对应的系统矩阵；通过迭代方法，对每个能量窗下采集到的数据进行衰减系数的空间分布重建，得到衰减系数；利用衰减系数的重建结果，对被重建的图像域像素逐个进行能谱信息分解，得到分解系数；估算被成像物的电子密度和/或等效原子序数分布图。 14.如权利要求13所述的方法，其中所述系统矩阵的维度是M×N，其中N是被重建的图像域像素数目，M是投影角度数与所述像素地址编码的数量之积。 15.如权利要求14所述的方法，其中根据如下公式通过迭代进行衰减系数重建： 及其中k表示第k个能量窗，g k 为对采集到的数据进行归一化和负对数处理得到的投影值，μ k 为衰减系数，p k 为对应于光子计数探测器上采集的数据的M维向量，ε为根据数据噪声确定的阈值，Φ(i,j,z)为关于成像视野的像素位置(i,j,z)的先验函数，H是所述系统矩阵。 16.如权利要求15所述的方法，其中根据重建结果μ k ，通过求解如下线性方程组对被重建的图像域像素逐个进行能谱信息分解而得到分解系数：其中τ为整数，对应第τ个分解项，k＝1,...,K，K为能量窗数目，φ τ (E)为第τ个分解基函数，a τ (i,j,z)为第τ个分解系数，E k 表示第k个能量窗的等效光子能量。 17.如权利要求16所述的方法，其中，在两个能量窗的情况下，K＝2，τ∈[1,2],φ τ (E)分别取为光电效应系数、康普顿散射系数。 18.如权利要求17所述的方法，其中等效原子序数分布图、电子密度分布图分别通过下式估算：ρ e ＝2a 2其中a 1 、a 2 对应于τ分别为1和2时的a τ 值。 19.一种能谱CT成像系统，包括：射线发生装置，包括射线源；光子计数探测器，包括多个像素；及数据采集系统，从所述光子计数探测器对穿过被成像物的光子进行数据采集，其特征在于，所述数据采集系统按照多个随机分布的像素地址编码从所述光子计数探测器获取数据；其中所述像素地址编码利用设定的像素地址分布的概率密度函数而生成；其中数据采集过程中每个视角读取的数据数目小于探测器的总像素单元数目的50％。 20.如权利要求19所述的能谱CT成像系统，其中所述数据采集系统从所述光子计数探测器输出的全部数据中按照多个随机分布的像素地址编码选取数据。 21.如权利要求19所述的能谱CT成像系统，其中所述数据采集系统包括电子学系统，所述电子学系统配置为从所述光子计数探测器的全部像素中按照多个随机分布的像素地址编码实时选择像素来读取数据。 22.如权利要求19所述的能谱CT成像系统，还包括数据处理系统，用于根据权利要求6-18中任一项所述的方法利用所述数据采集系统获取的数据重建能谱CT图像。 23.如权利要求19所述的能谱CT成像系统，其中所述光子计数探测器为面阵探测器或环形探测器。 24.一种能谱CT成像系统，包括：射线发生装置，包括射线源；光子计数探测器，包括多个像素；及数据采集系统，从所述光子计数探测器对穿过被成像物的光子进行数据采集，其特征在于，按照多个随机分布的像素地址编码设置所述光子计数探测器的所述多个像素；其中所述像素地址编码利用设定的像素地址分布的概率密度函数而生成；其中数据采集过程中每个视角读取的数据数目小于探测器的总像素单元数目的50％。 25.如权利要求24所述的能谱CT成像系统，还包括数据处理系统，用于根据权利要求6-18中任一项所述的方法利用所述数据采集系统获取的数据重建能谱CT图像。 26.如权利要求24所述的能谱CT成像系统，其中所述光子计数探测器为面阵探测器或环形探测器。