一种正交电子直线扫描CL成像系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种正交电子直线扫描CL成像系统及方法，属于扫描成像领域。该系统包括平板探测器y方向运动机构、平板探测器、载物台、检测对象、检测对象z方向运动机构、检测对象x方向运动机构、射线源y方向运动机构、X射线源、系统框架和计算机；本系统扫描过程包括：X射线源焦点由正交面阵点状X射线靶上沿横向和纵向分时分别发出X射线，大面积平板探测器接收经过扫描对象衰减后的X射线，采集两组正交的投影数据信息。利用两组投影数据，使用SART算法进行图像重建。本发明专利技术一方面简化了系统结构、避免了机械运动误差；另一方面通过两次正交直线扫描分别捕捉扫描对象两个方向的投影数据，进一步改善CL分辨能力。

An orthogonal electronic linear scanning CL imaging system and method

The invention relates to an orthogonal electronic linear scanning CL imaging system and a method, which belongs to the field of scanning imaging. The system includes a flat panel detector y motion mechanism, flat panel detector, loading platform, object detection, object detection, object detection Z motion mechanism x motion mechanism, X-ray source y motion mechanism, X ray source, the system framework and the system of computer; scanning process including: X X-ray focus by orthogonal surface lattice shaped X ray target along the horizontal and vertical points when X ray were issued, a large area of flat panel detector receives the X ray scanning object attenuation, projection data acquisition two orthogonal group. Using the two sets of projection data, the SART algorithm is used to reconstruct the image. The invention simplifies the system structure and avoids the mechanical movement error on the one hand; on the other hand, it extracts the two direction projection data of the scanning object separately through the two orthogonal linear scanning, and further improves the CL resolving power.

【技术实现步骤摘要】
一种正交电子直线扫描CL成像系统及方法
本专利技术属于扫描成像领域，涉及一种正交电子直线扫描CL成像系统及方法。
技术介绍
近年来，X射线计算机分层扫描成像技术的研究和发展令人瞩目。典型的CL系统主要包括三部分：X射线源、探测器及载物台。检测对象放置于X射线管和平板探测器之间的载物台上，由X射线管产生的X射线经过物体衰减后被探测器收集储存。其特点在于，扫描的对象是平板状的物体，CL系统采用非同轴方式扫描，X射线沿与板状样本平面法线成一定角度的方向穿过，通过X射线源和探测器同步旋转运动或者做简单的相对平行运动，实现多角度对样本进行扫描，采集投影数据用于图像重建。CL技术本质上是一种非同轴扫描的有限角度投影的CT技术，它属于非精确重建，通过对构件的不完全扫描，实现对其内部结构形态及缺陷的层析检测。在公开号为CN104757988A，名为“一种电子直线扫描微焦点CT扫描系统及方法”的中国专利技术专利中，提出了一种电子直线扫描CT成像系统，采用线阵列点状X射线靶微焦点X射线源、大尺寸直线阵列探测器或大面积平板探测器、精密分度转台的CT扫描系统。这种扫描方法每一次电子直线扫描时，射线源、探测器和检测对象均处于静止状态。本专利技术在此基础上，利用线阵列点状X射线源电子束直线扫描的优点，同时采用大面积平板探测器构建电子直线扫描CL成像系统。与传统直线扫描CL成像系统相比，CL扫描过程为电子束扫描，大大简化了系统结构。同时，传统的直线扫描CL系统采用单次扫描获取投影数据，由于获得的投影数据有限，重建图像在纵向的分辨率较差，从而影响了重建图像质量，本专利技术通过两次正交直线扫描获得扫描物体更多投影数据，进一步提高CL系统分辨力。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种正交电子直线扫描CL成像系统及方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种正交电子直线扫描CL成像系统，包括平板探测器y方向运动机构、平板探测器、载物台、检测对象、检测对象z方向运动机构、检测对象x方向运动机构、射线源y方向运动机构、X射线源、系统框架和计算机；计算机用于控制整个成像系统的运动、X射线源的电子直线扫描以及接收分析成像数据，系统框架用于支撑整个成像系统，设水平方向为x方向，竖直方向为y方向，垂直于xy平面的方向为z方向；所述平板探测器y方向运动机构驱动平板探测器沿中心投影径向运动；所述检测对象放置在载物台上；检测对象z方向运动机构驱动载物台沿z方向移动，检测对象x方向运动机构驱动载物台沿x方向移动；所述平板探测器位于检测对象上方；所述射线源y方向运动机构驱动X射线源沿中心投影径向运动，X射线源位于载物台下方，X射线源包含正交面阵点状X射线靶，使X射线源射束沿x方向和z方向两个方向偏转并向上发射锥束X射线。进一步，所述系统扫描过程中满足以下参数关系：以检测对象的中心为原点建立空间直角坐标系；某时刻X射线源的位置为xp，p＝1,...,P，P为为面阵点状X射线在一个方向的靶点数；平板探测器与视场中心在x方向的距离为xD，任意射线投影与xz平面的夹角为θ，两条同θ角的任意射线的夹角为γ，两条同θ角的任意射线与投影中心射线投影在xz平面的夹角为α；检测对象到射线源轨迹的距离为SO，X射线源到平板探测器轨迹的距离为SD，射线与投影中心射线的夹角为β，投影中心到射线的距离为l，l∈[-r,r]，r为视场半径；通过调节检测对象到射线源轨迹的距离SO和射线源到平板探测器轨迹的距离SD来改变系统扫描视场(FieldofView,FOV)，从而根据实际检测对象大小选择合适的视场。基于所述系统的一种正交直线扫描的CL成像分析方法，该方法包括以下步骤：S1：对系统进行建模；S2：X射线源焦点由正交面阵点状X射线靶上沿横向分时发出X射线，大面积平板探测器接收经过扫描对象衰减后的X射线，采集一组一定角度的投影数据信息；S3：X射线源焦点由正交面阵点状X射线靶上沿纵向分时发出X射线，大面积平板探测器接收经过扫描对象衰减后的X射线，采集第二组一定角度的投影数据信息；S4：利用S1和S2获取的投影数据，使用SART算法进行图像重建。进一步，所述步骤S1具体为：系统建模为线性矩阵方程AX＝b，b＝(b1,b2,...,bM)∈RM为投影数据，其中M为数据总量，X＝(X1,...,XN)∈RN为重建物体其中N为体素点总数，A＝(amn)是系统测量矩阵，其中m＝1,...,M，n＝1,...,N。进一步，所述使用SART算法进行图像重建具体步骤为：S401：计算第一条射线对应的方程对每个体素点的校正项，并寄存在一个数组里；计算第二条射线对应的方程对每个体素点的校正项，并添加到数组里；直至计算完最后一条射线对应的方程对每个体素点的校正项并添加到数组里，至此则完成了一个投影角度下的迭代解的更新处理；S402：把步骤S401应用到其他两段121个投影角度的情况下，直到重建图像满足一定的准则要求。进一步，所述一个投影角度下的迭代解的更新处理具体为：迭代公式为其中λk是松弛因子，用于抑制过度修正，k为迭代次数，i＝1,...,L，L为射线总数；j＝1,...,N，N为体素总数，pi为第i射线的投影值，ωij是投影系数，反映第j个体素对第i条射线的贡献；迭代过程具体为：S401-1：输入投影数据pi并赋初值：其中表示第j个体素的初值；S401-2：计算所有射线的估计投影值：其中i＝1,...,L，L表示射线总数；j＝1,...,N，N表示体素总数；pi表示第i条射线的投影值；ωij是投影系数，反映第j个体素对第i条射线积分的贡献；S401-3：计算修正值，利用所有射线投影的修正项来计算的一个平均修正项，第j个体素的修正项为：其中Wi,+表示所有体素对第i条射线积分的贡献，W+,j表示第j个体素对所有射线积分的贡献，表示k次迭代第i条射线的投影值，L表示射线总数；S401-4：进行修正，完成一次迭代：S401-5：对重建图像的所有体素点都进行一次修正后则完成一轮迭代，以该轮迭代的结果作为暂时解，重复进行步骤S401-2、S401-3、S401-4，直至符合准则要求。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术提供了一种正交直线扫描CL的成像方法，与传统的直线扫描CL成像方法对比，该方法可获得两个方向的CL高分辨能力。(2)该方法采用电子直线扫描方法，通过控制X射线源电子束偏转，实现X射线焦点在正交面阵点状X射线靶上分时出束。在每次电子直线扫描时，射线源、探测器和检测对象均处于静止状态，系统不需配置直线扫描运动机构，简化了系统结构、避免了机械运动误差。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为正交电子扫描CL系统示意图；图2为正交电子扫描CL系统结构布局图；图3为正交电子扫描CL系统运动关系图；图4为正交电子扫描CL系统几何模型图；(a)为a扫描几何模型，(b)为扫描几何示意图；图5为用于重建的印制电路板；图6为60度有限角图像重建；图7(a)为原始图像与单次直线扫描、正交直线扫描重建图像y＝128方向的灰度剖面图，(b)为左边灰度图黑色虚线长方形内的局部放大图；图8为单次直线扫描与正交直线扫描重建图像分别与原始图像的差值图像。具体实施方式下面将结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正交电子直线扫描CL成像系统，其特征在于：该系统包括平板探测器y方向运动机构、平板探测器、载物台、检测对象、检测对象z方向运动机构、检测对象x方向运动机构、射线源y方向运动机构、X射线源、系统框架和计算机；计算机用于控制整个成像系统的运动、X射线源的电子直线扫描以及接收分析成像数据，系统框架用于支撑整个成像系统，设水平方向为x方向，竖直方向为y方向，垂直于xy平面的方向为z方向；所述平板探测器y方向运动机构驱动平板探测器沿中心投影径向运动；所述检测对象放置在载物台上；检测对象z方向运动机构驱动载物台沿z方向移动，检测对象x方向运动机构驱动载物台沿x方向移动；所述平板探测器位于检测对象上方；所述射线源y方向运动机构驱动X射线源沿中心投影径向运动，X射线源位于载物台下方，X射线源包含正交面阵点状X射线靶，使X射线源射束沿x方向和z方向两个方向偏转并向上发射锥束X射线。

【技术特征摘要】
1.一种正交电子直线扫描CL成像系统，其特征在于：该系统包括平板探测器y方向运动机构、平板探测器、载物台、检测对象、检测对象z方向运动机构、检测对象x方向运动机构、射线源y方向运动机构、X射线源、系统框架和计算机；计算机用于控制整个成像系统的运动、X射线源的电子直线扫描以及接收分析成像数据，系统框架用于支撑整个成像系统，设水平方向为x方向，竖直方向为y方向，垂直于xy平面的方向为z方向；所述平板探测器y方向运动机构驱动平板探测器沿中心投影径向运动；所述检测对象放置在载物台上；检测对象z方向运动机构驱动载物台沿z方向移动，检测对象x方向运动机构驱动载物台沿x方向移动；所述平板探测器位于检测对象上方；所述射线源y方向运动机构驱动X射线源沿中心投影径向运动，X射线源位于载物台下方，X射线源包含正交面阵点状X射线靶，使X射线源射束沿x方向和z方向两个方向偏转并向上发射锥束X射线。2.根据权利要求1所述的一种正交电子直线扫描CL成像系统，其特征在于：所述系统扫描过程中满足以下参数关系：以检测对象的中心为原点建立空间直角坐标系；某时刻X射线源的位置为xp，p＝1,...,P，P为为面阵点状X射线在一个方向的靶点数；平板探测器与视场中心在x方向的距离为xD，任意射线投影与xz平面的夹角为θ，两条同θ角的任意射线的夹角为γ，两条同θ角的任意射线与投影中心射线投影在xz平面的夹角为α；检测对象到射线源轨迹的距离为SO，X射线源到平板探测器轨迹的距离为SD，射线与投影中心射线的夹角为β，投影中心到射线的距离为l，l∈[-r,r]，r为视场半径；通过调节检测对象到射线源轨迹的距离SO和射线源到平板探测器轨迹的距离SD来改变系统扫描视场(FieldofView,FOV)，从而根据实际检测对象大小选择合适的视场。3.基于权利要求1所述系统的一种正交直线扫描的CL成像分析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：对系统进行建模；S2：X射线源焦点由正交面阵点状X射线靶上沿横向分时发出X射线，大面积平板探测器接收经过扫描对象衰减后的X射线，采集一组一定角度的投影数据信息；S3：X射线源焦点由正交面阵点状X射线靶上沿纵向分时发出X射线，大面积平板探测器接收经过扫描对象衰减后的X射线，采集第二组一定角度的投影数据信息；S4：利用S1和S2获取的投影数据，使用SART...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰林，伍伟文，王少宇，龚长城，冉磊，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50