一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法与装置制造方法及图纸

一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法与装置，属于射线断层成像技术领域，本发明专利技术主要特征在于水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹，通过对被测物进行多段水平与倾斜直线组合的扫描获取投影数据，利用计算平台部署的图像重建软件对投影数据进行三维图像重建。基于直线扫描的控制精度高，简单等特性，以及多段直线扫描扫描扩大横向视场的特性，设计了由多段水平直线和倾斜直线扫描组合的鞍型轨迹CT扫描方法与装置，能够从原理上缓解平面多段直线扫描数据不完备的问题，为精确重建提供支撑。提供支撑。提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法与装置


[0001]本专利技术涉及一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法与装置，属于射线断层成像


技术介绍

[0002]计算断层成像(computed tomography，CT)是实现被测物体内部成像的无损检测技术，被广泛用于医疗、工业检测、安全检查、考古、农业、地球物理等众多领域。在实际的CT检测中，往往需要对大物体进行高分辨率成像，而传统的CT检测要求被测物体严格位于成像视场内，若被测物体尺寸过大，则需要适当地减小几何放大比，但便牺牲了成像分辨率，尤其是被测物体为不可或难以分割成小样本时，例如：化石，宝石，古董等珍贵物体。兼备大成像视场和大几何放大比(即高分辨率)一直是CT成像领域不断追求的关键目标之一。
[0003]以往的扩大视场CT成像主要采用偏置探测器的成像几何，然而，一方面，这种方法理论上最大只能扩大到两倍。另一方面，随着视场的扩大，冗余区间的减少，会导致成像质量变差；故实际应用中并不能扩大视场至理论值。
[0004]相比传统圆轨迹扫描模式，直线扫描易于控制精度和工程实现。公开号为CN104809750A的专利提出了一种结构简单、低成本、可移动/便携的直线扫描CT装置，装置采用射线源和探测器沿不同的方向平行移动的扫描方式，在低成本CT中具有潜力。为了实现对超出直线扫描CT视场的物体进行能够成像，公开号为CN106447740的专利提出了一种相对平行直线扫描CT感兴趣区域图像重建方法，该方法可对超出直线扫描CT视场的物体进行局部成像，但此方法不能对整个物体进行全域成像。为了增大几何放大比的同时增大横截面的成像视场，公开号为CN111839568A的专利提出了一种新型大视场直线扫描CT装置及图像重建方法。该装置通过固定探测器，通过沿直线轨迹平移X射线源器实现直线扫描，考虑到一段直线轨迹长度有限导致重建的有限角问题，设计了配合工件旋转几个角度实现横向大尺寸物体的完整成像。然而，由于该装置的多段直线扫描轨迹为同一平面内的直线段，无法在锥束CT成像中满足数据完备条件，实现横向视场的扩展，而无法实现轴向长物体的成像。实际上，该装置要实现更高的空间分辨率，即增大几何放大比，则会导致锥角变小。为避免轴向截断伪影，通常的措施是将锥束伪影外的数据截去，这样导致轴向成像的视场变窄。将上述专利技术沿长物体轴向进行逐块的三维重建和拼接，也能实现长物体的扫描成像；但该方法不仅扫描效率较低，还存在较大的配准误差。为实现螺旋锥束CT的扩大视场，即解决横向截断的扩大视场成像，也同时兼备轴向截断的长物体成像，邹晓兵在《大视场螺旋锥束工业CT的扫描方法与重建算法研究》中提出了横向截断的半覆盖螺旋锥束CT方式，并提出将螺旋锥束投影数据进行单层重排为扇束投影数据，然后采用二维扇束BPF算法进行重建，也进一步提出双螺旋锥束CT扫描方式，使待成像区域的横截面在每个投影视角下都能被射线束完全覆盖。实际上，邹晓兵研究的半覆盖螺旋锥束CT成像和双螺旋锥束CT扫描成像都是针对标准的螺旋轨迹，扩大视场的实质是通过探测器偏置的方式，当探测器偏置增大时重建图像质量恶化。公开号为CN102004111B的专利提出了一种倾斜多锥束直线轨迹CT成像
方法，将多个锥束倾斜安装在不同位置，即需要多组射线源和探测器组，被检物体做直线运动穿过所有锥束，探测器采集从不同方向穿过物体的射线，其扫描方式成本高，不能获得轴向长物体的完备投影数据，无法对轴向长的物体进行检测以及精确重建和扩大视野重建。公开号为CN111982939A的专利提出了一种可移动式多段直线光源CT成像装置及方法，其包括可移动的多个扫描段，且每个扫描段包括一个直线分布式光源阵列和一个直线探测器阵列，多个扫描段间配合且互相平行，以实现采集完备数据和扩大视野成像。授权公告号为CN100525709C的专利提出了多源马鞍线轨迹的锥形束CT近似重建方法，这种以连续平滑曲线构建的鞍形轨迹不具备扩大横向视场的功能。

技术实现思路

[0005]为了满足对横向截面大且轴向较长物体的全域高分辨率CT成像需求，本专利技术旨在提供一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法与装置，主要特征在于提供由多段水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹，达到获得轴向截断长物体和横向截断大物体的完备投影数据的目的，为其精确图像重建提供支撑，且同时继承直线扫描CT装置的结构简单、易于高精度控制等优点。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法为：
[0008]S1：射线源的射束沿轴向倾角γ的斜线轨迹平移，平板探测器不动，实现一段斜线轨迹的锥束扫描；
[0009]S2：旋转台控制被测物体旋转角度间隔Δθ，并垂直上升或下降间距H
j
；
[0010]S3：重复步骤S1
‑
步骤S2，以此往复，直至形成由多段轴向斜线组合的并覆盖被测物体的鞍形扫描轨迹；
[0011]另一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法为：
[0012]S1：射线源的射束沿轴向倾角γ的斜线轨迹平移，平板探测器(3)暂且不动，实现一段斜线轨迹的锥束扫描；
[0013]S2：射线源和平板探测器同步沿轴向垂直上升或下降间距h，旋转台控制被测物体旋转角度间隔Δθ；
[0014]S3：继续步骤S1的一段斜线轨迹扫描；
[0015]S4：旋转台控制被测物体旋转角度间隔Δθ，并垂直上升或下降间距H
j
；
[0016]S5：重复步骤S3
‑
S4，以此往复，直至形成由水平与倾斜直线扫描组合的并覆盖被测物体的鞍形扫描轨迹。
[0017]一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法横向扩大成像视场半径R1'为：
[0018][0019]其中，λ
m
为射线源射束的斜线平移轨迹的半长，u
m
为平板探测器行向的半长，R和dod分别为旋转台中心轴到射线源焦点和平板探测器中心的距离。
[0020]一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法的射线源射束的斜线平移
扫描轨迹为：
[0021][0022]其中，λ
i
为射线源焦点在斜线轨迹上的坐标，λ
m
为一段斜线轨迹的半长，即λ
i
∈[
‑
λ
m
,λ
m
]；θ
n
为第n段等效射线源斜线平移轨迹与固定坐标系x轴正向的夹角，θ
n
＝(n
‑
1)
·
Δθ，n＝1,2,...,N
r
·
T，其中N
r
为扫描圈数，T为扫描一圈所需要的斜线轨迹段数，Δθ由如下关系确定：Δθ＝2arctan(u
m
/dod)，进而T可由如下关系确定：T＝ceil(2π/Δθ)，cei本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法与装置，其特征在于，所述水平与倾斜直线的扫描组合是一种鞍形轨迹CT扫描方法。2.根据权利要求1所述的一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法，其特征在于，所述鞍形轨迹CT扫描方法，具体为：S1：射线源(1)的射束沿轴向倾角γ的斜线轨迹平移，平板探测器(3)不动，实现一段斜线轨迹的锥束扫描；S2：旋转台控制被测物体(2)旋转角度间隔Δθ，并垂直上升或下降间距H
j
；S3：重复步骤S1
‑
步骤S2，以此往复，直至形成由多段轴向斜线组合的并覆盖被测物体(2)的鞍形扫描轨迹。3.根据权利要求1所述的一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法，其特征在于，所述鞍形轨迹CT扫描方法，具体为：S1：射线源(1)的射束沿轴向倾角γ的斜线轨迹平移，平板探测器(3)暂且不动，实现一段斜线轨迹的锥束扫描；S2：射线源(1)和平板探测器(3)同步沿轴向垂直上升或下降间距h，旋转台控制被测物体(2)旋转角度间隔Δθ；S3：继续步骤S1的一段斜线轨迹扫描；S4：旋转台控制被测物体(2)旋转角度间隔Δθ，并垂直上升或下降间距H
j
；S5：重复步骤S3
‑
S4，以此往复，直至形成由多段轴向斜线组合的并覆盖被测物体(2)的鞍形扫描轨迹。4.根据权利要求1所述的一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法，其特征在于，所述的鞍形轨迹CT扫描方法横向扩大成像视场半径为：其中，λ
m
为射线源(1)射束的斜线平移轨迹的半长，u
m
为平板探测器(3)行向的半长，R和dod分别为旋转台中心轴到射线源(1)焦点和平板探测器(3)中心的距离。5.根据权利要求1所述的一种水平与倾斜直线扫描组合的鞍形轨迹CT扫描方法，其特征在于，所述射线源(1)射束的斜线平移扫描轨迹为：其中，λ
i
为射线源(1)焦点在斜线轨迹上的坐标，λ
m
为一段斜线轨迹的半长，即λ
i
∈[
‑
λ
m
,λ
m<...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔俊宁，汪志胜，边星元，王顺利，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：