基于虚拟探测器的大视场锥束CT成像方法技术

本发明专利技术提供了一种基于虚拟探测器的大视场锥束CT成像方法。所述方法包括下列步骤：（1）计算对物体进行CT成像所需虚拟探测器的大小，计算探测器应放置的位置，计算转台应平移的距离，平移转台；（2）在虚拟探测器平面上，对探测器进行暗场和增益校正；（3）在虚拟探测器平面上，按照（1）计算出的探测器位置，在不同位置放置探测器，并在每个位置采集一组图像；（4）拼接融合步骤（3)在同一角度下采集的图像，得到虚拟探测器图像；（5）处理虚拟探测器图像，解决截断问题，对处理后的数据采用转台一次偏置锥束重建方法进行重建，重建过程中采用的反投影方法利用数据冗余加快重建速度。本发明专利技术成像视场大于3倍标准扫描的视场。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟探测器的大视场锥束CT成像方法
本专利技术属于辐射成像
，具体涉及一种基于虚拟探测器的大视场锥束CT成像方法。
技术介绍
基于平板探测器的锥束重建方法应用越来越广泛。由于制造工艺的限制，目前的平板探测器尺寸有限。在工业领域，有很多的物体需要CT检测，而且物体直径大，超出标准CT扫描能够提供的最大视场。中国专利文献（专利申请号CN200610012217.X和专利申请号CN200910091282.X）分别对锥束大视场重建进行了公开。CN200610012217.X公开了一种能达到三倍标准扫描视场的CT成像方法，该方法采用重排技术将锥束数据处理为平行束数据，降低了成像的分辨率，计算速度慢。CN200910091282.X公开了一种探测器偏置的大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像方法，最大能将视场扩大为标准扫描视场的两倍。2011年中国出版的《体视学与图像分析》16卷第3期的论文“转台一次偏置扫描的ICT重建算法“提供了转台偏置大视场的重建方法，是一种扇束大视场扫描方法。以上这些技术能够提供的视场不超过标准视场的三倍，且扫描次数较多，实施困难。如何能够用少的扫描次数得到大视场锥束CT成像是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于虚拟探测器的大视场锥束CT成像方法。本专利技术的基于虚拟探测器的大视场锥束CT成像方法，包括如下步骤：（1）根据扫描物体大小计算所需虚拟探测器的大小，将虚拟探测器按照CT标准扫描下的探测器放置方式进行放置；计算探测器应该放置的不同位置，将转台平移到合适位置；（2）对不同位置的探测器进行相同的暗场校正；将不同位置处探测器作为虚拟探测器上的一个区域进行增益校正；（3）将探测器平移至不同位置，采集投影数据；探测器在不同位置的高度相同，在相邻位置处有重叠区域；（4）对步骤（3）中在同一投影角度下采集的不同位置的探测器数据进行处理，相邻探测器的非重合区域的数据不进行处理；重合区域的数据值为左右相邻探测器重叠区域数据值的加权和，两加权系数和为1，由左至右，左边探测器数据的加权系数从1连续单调变为0，右边探测器数据的加权系数从0连续单调变为1；（5）采用旋转中心一次偏置的CT重建方法对虚拟探测器上的数据进行重建，重建之前需对虚拟探测器的数据进行加权和补零，以焦点和转台连线与探测器的交点为对称点，虚拟探测器补零的长度需要使得对称点两端虚拟探测器长度一样，并利用数据冗余加速反投影计算。所述虚拟探测器大小按照下面内容确定：R1=SOD×(0.5×Wa+OO1×SDD/SOD)/Pow(0.25×Wa×Wa+SDD×SDD,0.5)，虚拟探测器宽度Wa是唯一的未知量，可通过求解这个方程得到，OO1为旋转中心平移的距离，R1为成像半径，SOD为光源到转台距离，SDD为光源到探测器距离；所述探测器放置位置根据下面内容确定：Wa<=Wb×(N-(N–1)×S1)，探测器放置位置的个数N是唯一未知量，Wb为单个探测器的宽度，S1表示宽度方向上相邻探测器重叠区域宽度与单个探测器宽度的比值，要求S1>0.1，N个位置上放置的探测器要求能够覆盖虚拟探测器。所述旋转中心平移距离按照下面内容确定：对于实心物体的扫描，OO1在探测器上的投影宽度小于0.3Wa；对于中空物体的扫描，OO1在探测器上的投影宽度小于0.4Wa。所述虚拟探测器数据加权方法具体内容为：焦点和转台连线与探测器的交点为P，P到离其最近的探测器边缘的距离为Dp，P两侧各自Dp距离范围内的数据需要进行加权处理；加权函数需要满足的条件为：SP为过光源S到P的直线，如果P两侧需进行加权处理的区域中的两个点和光源S确定的直线与SP的夹角绝对值相同，这两个点处加权函数值的和为1；加权函数为单调连续递减函数，越靠近探测器边界，加权函数值越小，在边界处，函数值为零。所述数据冗余加速计算方法具体内容为：首先对补零后的探测器数据滤波，滤波方式与FDK方法的滤波方式相同，将补零区域滤波后的数据以点为对称点加到对称坐标位置，接下来的反投影过程中，补零区域的数据不参与反投影。所述锥束CT包括锥束螺旋CT。将上面介绍的技术推广到锥束螺旋扫描，可解决纵向视场扩展问题。该专利技术解决了待扫描物体旋转半径超出标准扫描视场的问题，在满足X光能够穿透物体的条件下，使用小平板探测器能得到大的扫描视场，成像质量高，成像速度快。附图说明图1是表示CT标准扫描的结构示意图；图2是表示CT转台一次偏置扫描的结构示意图；图3是虚拟探测器补零与延拓的示意图。具体实施方式本专利技术将结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本专利技术的目的，特征及优点进行更深入的理解。图1为CT标准扫描的结构图。转台平移OO1距离，得到图2转台一次偏置扫描的结构图。转台一次偏置的锥束重建，是将2011年中国出版的《体视学与图像分析》16卷第3期的论文“转台一次偏置扫描的ICT重建算法“中介绍的方法应用到锥束扫描，并利用补零延拓后虚拟探测器数据的冗余性在反投影过程中进行加速处理。本专利技术使用虚拟探测器上的数据进行重建，虚拟探测器是为方便计算定义的，在现实中不存在，它的数据是通过对多个位置上的探测器数据处理得到的。本实施例中X光源采用9Mv加速器，探测器数据采集区域大小为40cm×40cm，探测器宽度Wb=40cm，被检物体需要的扫描半径R1=60cm。SDD为412cm，SOD为320cm。标准扫描下旋转半径R0=SOD×(0.5×Wb)/Pow(0.25×Wb×Wb+SDD×SDD,0.5)=15.5cm，因此标准扫描不能满足成像需求。为了对被检物体进行成像，需要将标准扫描的旋转半径扩大4倍。S1设定为0.1，OO1在探测器上投影宽度设定为0.3Wa。通过计算得到转台一次偏置CT成像需要的虚拟探测器宽度为97.2cm。探测器在3个位置采集的数据拼接融合而成的数据宽度大于97.2，取其中对重建起作用的宽度为97.2cm的区域的数据，该数据区域位于虚拟探测器中间位置，为有效虚拟探测器。该布局得到的视场，超过3倍标准扫描的视场，射线源与有效虚拟探测器区域左右边界形成的夹角小于14度。在边界处，射线剂量显著降低，因此对虚拟探测器作为一个整体进行增益校正，3个位置处探测器暗场校正方式相同。依次在3个位置使用相同的暗场校正文件和相应的互不相同的增益校正文件采集数据，在3个位置处转台的起始旋转位置相同，转台以步进方式扫描。采集完成后，取某一角度下3个位置的3张图片，按探测器放置的位置从左往右紧邻排列，判断相邻探测器上的相似特征，手动或自动计算相邻探测器的偏移参数。非重叠区域的数据不进行处理，相邻探测器重叠部分数据加权计算得到重叠区域的虚拟探测器数据。P(x,y,j)=a1P1(x1,y1,j)+a2P2(x2,y2,j)，P(x,y,j)为虚拟探测器上数据，P1(x1,y1,j)左探测器数据，P2(x2,y2,j)右探测器数据，a1和a2是加权系数,a1+a2=1，j为投影角度，(x1,y1)和(x2,y2)是虚拟探测器上的点(x,y,)在左右相邻探测器上相应点的坐标。重叠区域宽度为Wq，a1=L/Wq，L为点(x1,y1)到重叠区域右边界的距离。a1和a2的变化曲线也可用其它函数表示，需要满足本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟探测器的大视场锥束CT成像方法，包括如下步骤：（1）根据扫描物体大小计算所需虚拟探测器的大小，将虚拟探测器按照CT标准扫描下的探测器放置方式进行放置；计算探测器应该放置的不同位置，将转台平移到合适位置；（2）对不同位置的探测器进行相同的暗场校正；将不同位置处探测器作为虚拟探测器上的一个区域进行增益校正；（3）将探测器平移至不同位置，采集投影数据；探测器在不同位置的高度相同，在相邻位置处有重叠区域；（4）对步骤（3）中在同一投影角度下采集的的不同位置的探测器数据进行处理，相邻探测器的非重合区域的数据不进行处理；重合区域的数据值为左右相邻探测器重叠区域数据值的加权和，两加权系数和为1，由左至右，左边探测器数据的加权系数从1连续单调变为0，右边探测器数据的加权系数从0连续单调变为1；（5）采用旋转中心一次偏置的CT重建方法对虚拟探测器上的数据进行重建，重建之前需对虚拟探测器的数据进行加权和补零，以焦点和转台连线与探测器的交点为对称点，虚拟探测器补零的长度需要使得对称点两端虚拟探测器长度一样，并利用数据冗余加速反投影计算。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟探测器的大视场锥束CT成像方法，包括如下步骤：（1）根据扫描物体大小计算所需虚拟探测器的大小，将虚拟探测器按照CT标准扫描下的探测器放置方式进行放置；计算探测器应该放置的不同位置，将转台平移到合适位置；（2）对不同位置的探测器进行相同的暗场校正；将不同位置处探测器作为虚拟探测器上的一个区域进行增益校正；（3）将探测器平移至不同位置，采集投影数据；探测器在不同位置的高度相同，在相邻位置处有重叠区域；（4）对步骤（3）中在同一投影角度下采集的不同位置的探测器数据进行处理，相邻探测器的非重合区域的数据不进行处理；重合区域的数据值为左右相邻探测器重叠区域数据值的加权和，两加权系数和为1，由左至右，左边探测器数据的加权系数从1连续单调变为0，右边探测器数据的加权系数从0连续单调变为1；（5）采用旋转中心一次偏置的CT重建方法对虚拟探测器上的数据进行重建，重建之前需对虚拟探测器的数据进行加权和补零，以焦点和转台连线与探测器的交点为对称点，虚拟探测器补零的长度需要使得对称点两端虚拟探测器长度一样，并利用数据冗余加速反投影计算。2.根据权利要求1所述的基于虚拟探测器的大视场锥束CT成像方法，其特征在于：所述虚拟探测器大小按照下面内容确定：R1=SOD×(0.5×Wa+OO1×SDD/SOD)/Pow(0.25×Wa×Wa+SDD×SDD,0.5)，虚拟探测器宽度Wa是唯一的未知量，可通过求解这个方程得到，OO1为旋转中心平移的距离，R1为成像半径，SOD为光源到转台距离，SDD为光源到探测器距离；所述探测器放置位置根据下面内容确...

【专利技术属性】
技术研发人员：李寿涛，陈云斌，许州，李世根，陈浩，李敬，陈思，张小丽，李红波，陈门雪，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51