高能双能X射线DR成像及物质识别技术综述_陈志强.pdf

第23卷 第 5 期 CT理论与应用研究 Vol.23, No.5 2014年9月（731-742） CT Theory and Applications Sep., 2014 陈志强, 赵眺, 李亮. 高能双能X 射线DR 成像及物质识别技术综述[J]. CT 理论与应用研究, 2014, 23(5): 731-742. Cheng ZQ, Zhao T, Li L. The review of high energy dual-energy X-ray DR imaging and material recognition technology[J]. CT Theory and Applications, 2014, 23(5): 731-742. 高能双能 X 射线 DR 成像及物质识别技术综述   陈志强，赵眺，李亮 （清华大学工程物理系，北京 100084） 摘要：本文关注的是高能双能X射线透视成像以及成像中物体的识别和检测,按照从单能到低能 双能再到高能双能的发展脉络介绍了双能X射线DR成像技术背景，详细阐述了高能双能X射线 DR 成像物质识别原理方法、技术特点和针对性改进，着重讨论了该方法能够用于物质识别的本 质，并介绍了该领域面临的挑战和必威体育精装版进展。 关键词：高能双能；DR成像；物质识别 文章编号：1004-4140（2014）05-0731-12 中图分类号：TP391.41 文献标志码：A 1 双能X 射线 DR 成像技术背景 1.1 单能X 射线 DR 成像 单能 X 射线透视成像技术，从 X 射线被发现以来，经历了最初的 X 射线胶片摄影到计 算机放射摄影（Computed Radiography，CR），再到数字 X 射线摄影（Digital Radiography， DR），广泛地应用在医疗、安检、工业等领域。单能 X 射线照射被照物，与物质发生作用， 穿过被照物衰减后的 X 射线被探测器接收转换成电信号并形成图像。单能 X 射线透视成像 给出被照物在一个透视方向上的累积密度信息，并不给出物质密度或物质原子等其他信息， 可以看作 CT中一个角度的投影，利用该投影中的形状信息判断被照物，应用在初步的医疗 诊断和简单的安检设备中。 1.2 低能双能X 射线 DR 成像 由于单能 X 射线透视成像技术的局限性，人们提出双能 X 射线透视成像的方法。双能 方法首先在 CT 成像中提出。X 光源有能谱分布时，由于衰减系数是能量的函数，单能 CT 重 建结果给出的衰减系数是在能谱分布上的平均值。将衰减系数关于能量的函数做基函数分 解，低能 X 射线与物质的两个主要作用是光电效应和康普顿散射，构成两个基函数，而每 个基函数又可以分解为仅与物质原子序数 Z 和密度相关的位置函数以及已知的能量函数的 乘积。通过标定和双能投影结果求出每个角度下位置函数的投影，对位置函数的重建得到 物质原子序数和密度信息[1]。 双能 X 射线透视成像也基于类似的原理[2]。在物质识别中不需要精确值，同时要避免复 收稿日期：2014-07-22｡ 基金项目：国家自然科学基金重点项目；北京市优秀人才培养资助（2013D009004000004）。 732 CT理论与应用研究 23卷 杂计算带来的耗时（例如识别速度要与行李安检中传送带的速度匹配）。假设被检物是单一 物质，低能双能透视结果的对数比值为该物质在两个能量下衰减系数的比值。在低能区域， 光电效应占优，且与 Z 强相关；中低能区域康普顿散射占优，且基本与 Z 无关；两个能量 下衰减系数的比值随 Z 单调变化，可以根据该比值来实现物质识别。低能双能 X射线 DR 成 像应用在对物质信息有更高要求的医疗设备中，例如骨密度仪，以及估计原子序数检测违 禁物的小型安检设备中。 1.3 高能双能X 射线 DR 成像 低能双能X射线DR成像不适用于高 Z 物质的检测或体积较大的物