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康普顿散射成像图像重建算法综述-CT理论与应用研究
第22卷 第 3 期 CT理论与应用研究 Vol.22, No.3
2013年7月(553-562) CT Theory and Applications Jul., 2013
古宇飞, 闫镔, 李磊, 等. 康普顿散射成像图像重建算法综述[J]. CT 理论与应用研究, 2013, 22(3): 553-562.
Gu YF, Yan B, Li L, et al. Reviews of image reconstruction algorithms in Compton scattering tomography[J]. CT Theory
and Applications, 2013, 22(3): 553-562.
康普顿散射成像图像重建算法综述
古宇飞,闫镔 ,李磊,韩玉
(信息工程大学信息系统工程学院,郑州 450002)
摘要:康普顿散射成像技术因其灵活的系统结构、较低的辐射剂量而广泛应用于传统透射成像
技术无法应用的场合,受到研究者的关注。图像重建算法是康普顿散射成像技术的核心,直接
决定着重建图像的质量。本文从康普顿散射成像的正向模型讲起,分别对解析和迭代两种重建
算法进行了介绍,着重对解析重建算法中的圆弧 Radon 变换模型和迭代算法中正则化过程中引
入的全变分最小化方法进行了阐述和分析。最后,对康普顿散射成像重建算法存在的问题及发
展趋势进行了总结。
关键词:康普顿散射成像;图像重建;圆弧Radon变换;正则化;TV最小化
文章编号:1004-4140(2013)03-0553-10 中图分类号:TP301.6 文献标志码:A
传统的透射成像技术如 X 光机、CT(Computed Tomography)在无损检测、医疗诊断等
方面有着广泛的应用,但由于其光源和探测器只能放置在物体的两侧使得该技术无法应用
在地下物体探测、飞机、船体检测等场合。而康普顿散射成像(Compton Scatter Tomography,
CST)是一种利用射线与被检测物体作用后的康普顿散射光子信息对物体成电子密度像的技
术,光源和探测器位置可以灵活放置,可以很好地应用于地下物体探测[1-2]、大型物体的无
损检测[3-4]等领域。另外,CST 技术还具有检测剂量低、对低密度物质成像对比度高的优点,
[5] [6] [7] [8-9]
在安全检查 、考古 、医疗诊断 等领域 有着广阔的应用前景,受到越来越多研究者
[10-11]
的关注 。
在 Lale[12]于 1959 年首次提出了用康普顿散射效应来测量物体电子密度的思想之后,
CST 技术经历从逐点扫描到逐线扫描,最后到逐面扫描的发展过程。在康普顿散射最初用于
对物体进行成像时采用的是逐点扫描方式,其工作原理如图 1 所示。
光源被准直成为笔形束,探测器被准直为只能接收从固定散射角度散射而来的光子。
根据探测器测得的能量为E 的光子数量和估计得到的衰减因子,可以计算出M 点的电子密
度值。将光源和探测器不断移动逐点扫描,以覆盖整个物体,最终重建出整个物体的电子
密度图像。很显然,该扫描方式是非常繁琐和耗时的。
1971年 Farmer 等[13]倡导使用宽准直角的探测器接收多角度散射而来的光子。利用相应
的重建方法,可以一次重建出物体中一条线上的电子密度值。对物体中每条线进行逐个扫
描和重建就得到整个物体的电子密度图像,所以称之为逐线扫描技术。随着对效率的追求,
面扫描技术也应运而生,20 世纪 80 年代 Strecker[14]和 Holt[15]都提出了相应的面扫描技术,
收稿日期:2012-11-19。
基金项目:国家高技术研究发展计划“863计划”(2012AA011603)。
554 CT理论与应用研究 22
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