基物质质量衰减系数获取方法、系统、电子设备及介质

技术领域

本公开涉及图像域物质分解技术领域，特别涉及一种基物质质量衰减系数获取方法、系统、电子设备及介质。

背景技术

基于双能或多能能谱成像的CT技术能够获取不同能量区间的图像，提供更丰富的X射线衰减信息。利用不同物质的衰减随能量变化不同的特性，可以通过双能或多能CT成像来区分不同的物质，重建出基物质对应的密度图像。

现有的物质分解方法包括直接分解法、投影域物质分解法和图像域物质分解法。其中，图像域物质分解的理论基础为任何一个物质的质量衰减系数可以用任何其他两个基物质(基物质对)的质量衰减系数来表示，结合线性衰减系数与基物质的密度及质量衰减系数的关系，有如下等式关系：

μ

其中，ρ

在实际应用过程中，包含基物质的标定模体往往为混合物，而非只包含基物质。如等价组织材料中的碘棒，或利用医用碘造影剂稀释得到的不同浓度碘溶液，这些标定模体中除了含碘，还含有背景物质，例如水或其他元素。

因此，对这些标定模体进行扫描成像，重建获得的线性衰减系数并非完全由基物质产生。在传统重建方法中，计算标定模体的线性衰减系数时并未充分区分出目标基物质和背景物质，会使得物质分解矩阵不准确，从而导致得到的基物质的密度不准确。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供一种基物质质量衰减系数获取方法、系统、电子设备及介质。

第一方面，本公开提供一种基物质质量衰减系数获取方法，包括：

获取至少两个预设标定模体；其中，所述预设标定模体包括目标基物质，不同的所述预设标定模体中所述目标基物质的密度不同；

分别获取每个所述预设标定模体对应目标能量区间的衰减特征值；

基于所述预设标定模体的所述衰减特征值和所述目标基物质的密度，获取所述目标基物质对应所述目标能量区间的质量衰减系数。

可选地，所述预设标定模体还包括背景物质；

所述获取所述目标基物质对应所述目标能量区间的质量衰减系数的步骤还包括：

基于不同所述预设标定模体的所述衰减特征值与所述目标基物质的密度、所述背景物质的密度的关系构建目标方程组；其中，所述衰减特征值为所述目标基物质的线性衰减系数与所述背景物质的线性衰减系数之和；所述目标基物质的线性衰减系数为所述目标基物质的密度与所述目标基物质的质量衰减系数的乘积，所述背景物质的线性衰减系数为所述背景物质的密度与所述背景物质的质量衰减系数的乘积；

基于所述目标方程组获取所述目标基物质的质量衰减系数。

可选地，对于不同的所述预设标定模体，若所述背景物质的密度相同，

所述获取所述目标基物质对应所述目标能量区间的质量衰减系数的步骤还包括：

使用不同所述预设标定模体的所述衰减特征值与所述预设标定模体包含的所述目标基物质的密度，基于所述目标方程组进行最小二乘线性拟合，得到第一拟合关系；

基于所述第一拟合关系确定所述目标基物质的质量衰减系数。

可选地，对于不同的所述预设标定模体，若所述背景物质按照预设稀释倍数被稀释后的密度不同，

所述获取所述目标基物质对应所述目标能量区间的质量衰减系数的步骤包括：

使用不同所述预设标定模体的所述衰减特征值、所述预设标定模体包含的所述目标基物质的密度及所述预设稀释倍数，基于所述目标方程组进行最小二乘线性拟合，得到第二拟合关系；

基于所述第二拟合关系确定所述目标基物质的质量衰减系数。

可选地，所述衰减特征值为线性衰减系数或CT值。

第二方面，本公开提供一种成像方法，包括：

根据第一方面所述的基物质质量衰减系数获取方法，获取待分解物中目标基物质对应目标能量区间的质量衰减系数；

基于所述目标基物质的所述质量衰减系数构建物质分解矩阵；

基于所述物质分解矩阵对目标图像进行分解，以获取所述目标基物质对应的密度图像；其中，所述目标图像为待分解物对应所述目标能量区间的能谱成像图。

第三方面，本公开提供一种基物质质量衰减系数获取系统，包括：

模体获取模块，用于获取至少两个预设标定模体；其中，所述预设标定模体包括目标基物质，不同的所述预设标定模体中所述目标基物质的密度不同；

特征值获取模块，用于获取所述预设标定模体对应目标能量区间的衰减特征值；

第一衰减系数获取模块，用于基于所述预设标定模体的所述衰减特征值和所述目标基物质的密度，获取所述目标基物质对应所述目标能量区间的质量衰减系数。

可选地，所述预设标定模体还包括背景物质；

所述第一衰减系数获取模块用于基于不同所述预设标定模体的所述衰减特征值与所述目标基物质的密度、所述背景物质的密度的关系构建目标方程组；其中，所述衰减特征值为所述目标基物质的线性衰减系数与所述背景物质的线性衰减系数之和；所述目标基物质的线性衰减系数为所述目标基物质的密度与所述目标基物质的质量衰减系数的乘积，所述背景物质的线性衰减系数为所述背景物质的密度与所述背景物质的质量衰减系数的乘积；基于所述目标方程组获取所述目标基物质的质量衰减系数。

可选地，对于不同的所述预设标定模体，若所述背景物质的密度相同，

所述第一衰减系数获取模块具体用于使用不同所述预设标定模体的所述衰减特征值与所述预设标定模体包含的所述目标基物质的密度，基于所述目标方程组进行最小二乘线性拟合，得到第一拟合关系；基于所述第一拟合关系确定所述目标基物质的质量衰减系数。

可选地，对于不同的所述预设标定模体，若所述背景物质按照预设稀释倍数被稀释后的密度不同，

所述第一衰减系数获取模块具体用于使用不同所述预设标定模体的所述衰减特征值、所述预设标定模体包含的所述目标基物质的密度及所述预设稀释倍数，基于所述目标方程组进行最小二乘线性拟合，得到第二拟合关系；基于所述第二拟合关系确定所述目标基物质的质量衰减系数。

可选地，所述衰减特征值为线性衰减系数或CT值。

第四方面，本公开提供一种成像系统，包括：

第二衰减系数获取模块，用于根据第三方面所述的基物质质量衰减系数获取系统，获取待分解物中目标基物质对应目标能量区间的质量衰减系数；

分解矩阵构建模块，用于基于所述目标基物质的所述质量衰减系数构建物质分解矩阵；

物质分解模块，用于基于所述物质分解矩阵对目标图像进行分解，以获取所述目标基物质对应的密度图像；其中，所述目标图像为待分解物对应所述目标能量区间的能谱成像图。

第五方面，本公开提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现第一方面所述的基物质质量衰减系数获取方法或第二方面所述的成像方法。

第六方面，本公开提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现第一方面所述的基物质质量衰减系数获取方法或第二方面所述的成像方法。

本公开的积极进步效果在于：本公开提供一种基物质质量衰减系数获取方法、系统、电子设备及介质，通过获取包含不同密度的目标基物质的预设标定模体在目标能量区间下衰减特征值，基于预设标定模体的衰减特征值和不同预设标定模体中目标基物质的密度计算目标基物质的质量衰减系数。基于目标基物质准确的质量衰减系数，针对待分解物构建物质分解矩阵，基于物质分解矩阵对待分解物对应的目标图像进行分解，获取目标基物质对应的密度图像。特别的是，本公开利用了多种包含不同密度的目标基物质的预设标定模体进行标定和优化求解，可降低射束硬化引起的偏差。

附图说明

图1为本公开实施例提供的基物质质量衰减系数获取方法的流程示意图；

图2为本公开实施例提供的基物质质量衰减系数获取方法中步骤S103的具体示意图；

图3为本公开实施例提供的成像方法的流程示意图；

图4为本公开实施例提供的基物质质量衰减系数获取系统的模块示意图；

图5为本公开实施例提供的成像系统的模块示意图；

图6为本公开实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1示出了本公开提供的一种基物质质量衰减系数获取方法的实施例。

参见图1，该基物质质量衰减系数获取方法包括：

S101、获取至少两个预设标定模体；其中，预设标定模体包括目标基物质，不同的预设标定模体中目标基物质的密度不同；

S102、分别获取每个预设标定模体对应目标能量区间的衰减特征值；

S103、基于预设标定模体的衰减特征值和目标基物质的密度，获取目标基物质对应目标能量区间的质量衰减系数。

具体地，为了获得待分解物中的目标基物质在目标能量区间下的真实密度图像，先准备包含不同密度的目标基物质的预设标定模体，即至少需要两个预设标定模体，然后分别获取预设标定模体在目标能量区间下衰减特征值，并基于预设标定模体的衰减特征值和不同预设标定模体中目标基物质的密度计算目标基物质的质量衰减系数。

其中，衰减特征值可以为线性衰减系数或CT值。为了方便，可以直接获取预设标定模体的CT值，也可以根据预设标定模体的CT值与线性衰减系数的换算关系，基于获取的CT值计算线性衰减系数，或基于获取的现行衰减系数计算CT值。

具体地，CT值与线性衰减系数的换算关系为：

其中，μ

参见图2，对于预设标定模体还包括背景物质的情况，步骤S103具体包括：

S1031、基于不同预设标定模体的衰减特征值与目标基物质的密度、背景物质的密度的关系构建目标方程组；

S1032、基于目标方程组获取目标基物质的质量衰减系数。

其中，衰减特征值为目标基物质的线性衰减系数与背景物质的线性衰减系数之和；目标基物质的线性衰减系数为目标基物质的密度与目标基物质的质量衰减系数的乘积，背景物质的线性衰减系数为背景物质的密度与背景物质的质量衰减系数的乘积。

具体地，假设一共有n个包含不同密度目标基物质的预设标定模体，第1个至第n个预设标定模体在目标能量区间下的衰减特征值为分别为μ

/>

其中，μ

在预设标定模体中的目标基物质和背景物质的密度均已知的情况下，直接求解目标方程组，可以得到目标基物质的质量衰减系数μ

在另一些实施例中，获取了三个及三个以上的预设标定模体的衰减特征值时，可以通过以下最小二乘方程求超定方程的最优解：

其中，μ

使用该方式求解得到的目标基物质的质量衰减系数μ

在预设标定模体中的目标基物质已知，但背景物质的密度未知的情况下，可以使用背景物质溶剂稀释预设标定模体，并基于已知量进行最小二乘线性拟合，根据得到的拟合关系确定目标基物质的质量衰减系数μ

在一些实施例中，已知包含目标基物质和背景物质的预设标定模体为一种溶液，该溶液中的目标基物质的密度为ρ

因此，对于不同的预设标定模体，若背景物质的密度相同，步骤S1032具体包括：

使用不同预设标定模体的衰减特征值与预设标定模体包含的目标基物质的密度，基于目标方程组进行最小二乘线性拟合，得到第一拟合关系；

基于第一拟合关系确定目标基物质的质量衰减系数。

其中，第一拟合关系为：

μ

根据第一拟合关系可知，a为目标基物质的质量衰减系数μ

进一步地，在可以认为背景物质的衰减特征与水接近的情况下，可以利用水在目标能量区间下的质量衰减系数代替背景物质的质量衰减系数。例如，在数据库中查询水在目标能量区间下的质量衰减系数作为μ

在另一些实施例中，已知包含目标基物质和背景物质的预设标定模体为一种溶液，该溶液中的目标基物质的密度为ρ

稀释后的溶液中目标基物质的密度可以按照被稀释前的密度ρ

具体地，水的密度为1，那么稀释后的溶液中背景物质的密度可以表示为：

ρ

因此，对于不同的预设标定模体，若背景物质按照预设稀释倍数被稀释后的密度不同，步骤S1032具体包括：

使用不同预设标定模体的衰减特征值、预设标定模体包含的目标基物质的密度及预设稀释倍数，基于目标方程组进行最小二乘线性拟合，得到第二拟合关系；

基于第二拟合关系确定目标基物质的质量衰减系数。

其中，第二拟合关系为

根据第一拟合关系和稀释后的溶液中背景物质的密度ρ

利用上述实施例提供的基物质质量衰减系数获取方法，可以获取到目标基物质准确的质量衰减系数。使用目标基物质准确的质量衰减系数，可以针对待分解物构建物质分解矩阵，基于物质分解矩阵对待分解物对应的目标图像进行分解，获取目标基物质对应的密度图像。

图3示出了本公开提供的一种成像方法的实施例。

参见图3，该成像方法包括：

S301、根据上述基物质质量衰减系数获取方法，获取待分解物中目标基物质对应目标能量区间的质量衰减系数；

S302、基于目标基物质的质量衰减系数构建物质分解矩阵；

S303、基于物质分解矩阵对目标图像进行分解，以获取目标基物质对应的密度图像；其中，目标图像为待分解物对应目标能量区间的能谱成像图。

以双能图为例，能谱CT成像获取待分解物在两种能量区间下的线性衰减系数μ

其中，ρ

以多能图为例，能谱CT成像获取待分解物在N种能量区间下的线性衰减系数μ

其中，ρ

图4示出了本公开提供的一种基物质质量衰减系数获取系统的实施例。

参见图4，该基物质质量衰减系数获取系统包括：

模体获取模块401，用于获取至少两个预设标定模体；其中，预设标定模体包括目标基物质，不同的预设标定模体中目标基物质的密度不同；

特征值获取模块402，用于获取预设标定模体对应目标能量区间的衰减特征值；

第一衰减系数获取模块403，用于基于预设标定模体的衰减特征值和目标基物质的密度，获取目标基物质对应目标能量区间的质量衰减系数。

具体地，为了获得待分解物中的目标基物质在目标能量区间下的真实密度图像，先准备包含不同密度的目标基物质的预设标定模体，即至少需要两个预设标定模体，然后分别获取预设标定模体在目标能量区间下衰减特征值，并基于预设标定模体的衰减特征值和不同预设标定模体中目标基物质的密度计算目标基物质的质量衰减系数。

其中，衰减特征值可以为线性衰减系数或CT值。为了方便，可以直接获取预设标定模体的CT值，也可以根据预设标定模体的CT值与线性衰减系数的换算关系，基于获取的CT值计算线性衰减系数，或基于获取的现行衰减系数计算CT值。

具体地，CT值与线性衰减系数的换算关系为：

其中，μ

第一衰减系数获取模块403具体用于基于不同预设标定模体的衰减特征值与目标基物质的密度、背景物质的密度的关系构建目标方程组；基于目标方程组获取目标基物质的质量衰减系数。

其中，衰减特征值为目标基物质的线性衰减系数与背景物质的线性衰减系数之和；目标基物质的线性衰减系数为目标基物质的密度与目标基物质的质量衰减系数的乘积，背景物质的线性衰减系数为背景物质的密度与背景物质的质量衰减系数的乘积。

具体地，假设一共有n个包含不同密度目标基物质的预设标定模体，第1个至第n个预设标定模体在目标能量区间下的衰减特征值为分别为μ

其中，μ

在预设标定模体中的目标基物质和背景物质的密度均已知的情况下，直接求解目标方程组，可以得到目标基物质的质量衰减系数μ

在另一些实施例中，获取了三个及三个以上的预设标定模体的衰减特征值时，可以通过以下最小二乘方程求超定方程的最优解：

/>

其中，μ

使用该方式求解得到的目标基物质的质量衰减系数μ

在预设标定模体中的目标基物质已知，但背景物质的密度未知的情况下，可以使用背景物质溶剂稀释预设标定模体，并基于已知量进行最小二乘线性拟合，根据得到的拟合关系确定目标基物质的质量衰减系数μ

在一些实施例中，已知包含目标基物质和背景物质的预设标定模体为一种溶液，该溶液中的目标基物质的密度为ρ

因此，对于不同的预设标定模体，若背景物质的密度相同，第一衰减系数获取模块403具体用于使用不同预设标定模体的衰减特征值与预设标定模体包含的目标基物质的密度，基于目标方程组进行最小二乘线性拟合，得到第一拟合关系；基于第一拟合关系确定目标基物质的质量衰减系数。

其中，第一拟合关系为：

μ

根据第一拟合关系可知，a为目标基物质的质量衰减系数μ

进一步地，在可以认为背景物质的衰减特征与水接近的情况下，可以利用水在目标能量区间下的质量衰减系数代替背景物质的质量衰减系数。例如，在数据库中查询水在目标能量区间下的质量衰减系数作为μ

在另一些实施例中，已知包含目标基物质和背景物质的预设标定模体为一种溶液，该溶液中的目标基物质的密度为ρ

稀释后的溶液中目标基物质的密度可以按照被稀释前的密度ρ

具体地，水的密度为1，那么稀释后的溶液中背景物质的密度可以表示为：

ρ

因此，对于不同的预设标定模体，若背景物质按照预设稀释倍数被稀释后的密度不同，第一衰减系数获取模块403具体用于使用不同预设标定模体的衰减特征值、预设标定模体包含的目标基物质的密度及预设稀释倍数，基于目标方程组进行最小二乘线性拟合，得到第二拟合关系；基于第二拟合关系确定目标基物质的质量衰减系数。

其中，第二拟合关系为

/>

根据第一拟合关系和稀释后的溶液中背景物质的密度ρ

利用上述实施例提供的基物质质量衰减系数获取系统，可以获取到目标基物质准确的质量衰减系数。使用目标基物质准确的质量衰减系数，可以针对待分解物构建物质分解矩阵，基于物质分解矩阵对待分解物对应的目标图像进行分解，获取目标基物质对应的密度图像。

图5示出了本公开提供的一种成像系统的实施例。

参见图5，该成像系统包括：

第二衰减系数获取模块501，用于根据上述基物质质量衰减系数获取系统，获取待分解物中目标基物质对应目标能量区间的质量衰减系数；

分解矩阵构建模块502，用于基于目标基物质的质量衰减系数构建物质分解矩阵；

物质分解模块503，用于基于物质分解矩阵对目标图像进行分解，以获取目标基物质对应的密度图像；其中，目标图像为待分解物对应目标能量区间的能谱成像图。

以双能图为例，能谱CT成像获取待分解物在两种能量区间下的线性衰减系数μ

其中，ρ

以多能图为例，能谱CT成像获取待分解物在N种能量区间下的线性衰减系数μ

其中，ρ

图6示出了本公开其中一种电子设备的结构。电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现上述基物质质量衰减系数获取方法或成像方法。图6显示的电子设备60仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，电子设备60也可以通用计算设备的形式表现，例如其可以为服务器设备。电子设备60的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器61、上述至少一个存储器62、连接不同系统组件(包括存储器62和处理器61)的总线63。

总线63包括数据总线、地址总线和控制总线。

存储器62可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)621和/或高速缓存存储器622，还可以进一步包括只读存储器(ROM)623。

存储器62还可以包括具有一组(至少一个)程序模块624的程序/实用工具625，这样的程序模块624包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

处理器61通过运行存储在存储器62中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本公开上述基物质质量衰减系数获取方法或成像方法。

电子设备60也可以与一个或多个外部设备64(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口65进行。并且，模型生成的设备60还可以通过网络适配器66与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图6所示，网络适配器66通过总线63与模型生成的设备60的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的设备60使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。

本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时，实现上述基物质质量衰减系数获取方法或成像方法。

其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。

在可能的实施方式中，本公开还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行时，实现上述基物质质量衰减系数获取方法或成像方法。

其中，可以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开的程序代码，程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。