Advances in multi-spectral detectors are causing a paradigm shift in X-ray Computed Tomography (CT). Spectral information acquired from these detectors can be used to extract volumetric material composition maps of the object of interest. If the materials and their spectral responses are known a priori, the image reconstruction step is rather straightforward. If they are not known, however, the maps as well as the responses need to be estimated jointly. A conventional workflow in spectral CT involves performing volume reconstruction followed by material decomposition, or vice versa. However, these methods inherently suffer from the ill-posedness of the joint reconstruction problem. To resolve this issue, we propose `A Dictionary-based Joint reconstruction and Unmixing method for Spectral Tomography' (ADJUST). Our formulation relies on forming a dictionary of spectral signatures of materials common in CT and prior knowledge of the number of materials present in an object. In particular, we decompose the spectral volume linearly in terms of spatial material maps, a spectral dictionary, and the indicator of materials for the dictionary elements. We propose a memory-efficient accelerated alternating proximal gradient method to find an approximate solution to the resulting bi-convex problem. From numerical demonstrations on several synthetic phantoms, we observe that ADJUST performs exceedingly well when compared to other state-of-the-art methods. Additionally, we address the robustness of ADJUST against limited measurement patterns.


翻译:多光谱探测器的进展正在导致X射线成像仪(CT)的范式转变。从这些探测器获得的光谱信息可以用来提取受关注对象的体积材料组成图。如果材料及其光谱反应是先验的,图像重建步骤就相当直截了当。如果这些材料及其光谱反应不为人知,则地图和反应需要共同估计。光谱CT的常规工作流程涉及进行体积重建,随后进行材料分解,反之亦然。然而,这些方法本身就因联合重建问题的不良而受到影响。为解决这一问题,我们建议“基于二字形的联合重建以及谱对象的成像图和光谱图的混合方法。如果材料及其光谱反应是先先知的,则图像重建步骤相当简单。如果对CT中常见材料的光谱特征和对某一物体中材料数量的了解不知情,则需要共同估计。我们从空间材料地图、光谱字典字典和字典要素的指标。为了解决这个问题,我们建议“光学-节化的光谱-交替的正交错的成型成像仪”方法,我们从一些不甚相交错的亚化的图像演示方法,然后对AAL-ADLI级的模拟方法进行。我们通过测量的模拟的模拟的模拟的模拟的模拟的模拟的模拟的方法。

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