X射线复式断层扫描成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公布了一种X射线复式断层扫描成像系统及方法。整个成像系统由机械装置（包括拍片盒、X射线线型阵列探测器、X射线球管、束光器、升降转轴、台面）和监测反馈控制系统组成。所述方法首先设定超分辨率重构所需序列图像的帧数N；对被测物进行全身X线扫描得到X线平面图像，探测器水平移动亚探测单元的微小距离；直至得到N帧有亚像素位移的图像序列；超分辨率重建图像序列得到一幅高分辨率X线平面图像，在此图像中找到感兴趣点；对感兴趣点所在断层进行旋转断层扫描，重构得到CT图像，探测器水平移动亚探测单元的微小距离；直至得到N帧有亚像素位移的图像序列；超分辨率重建图像序列得到一幅高分辨率CT图像。

X ray double fault scanning imaging system and method

The invention discloses a X ray composite tomography imaging system and a method thereof. The imaging system comprises a mechanical device (including film box, X X-ray linear array detector, X ray tube, collimator, lifting shaft, table) and composition of monitoring feedback control system. The first set N number of frames required for super resolution reconstruction of image sequences; for whole body X-ray scanning X-ray image plane analyte, tiny distance detector level mobile sub detection unit; until the image sequences of N frame with sub-pixel displacement; super-resolution reconstruction of image sequences to obtain a high resolution X-ray plane in this image, in the image to find the point of interest; interest point fault rotation tomography reconstruction, CT image, a small distance detector level mobile sub detection unit; until the image sequences of N frame with sub-pixel displacement; super-resolution reconstruction of image sequences to obtain a high resolution CT image.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种计算机复式断层扫描成像系统，尤其是能获取高分辨率断层图像 的成像方法，属于CT信号与图像处理领域。
技术介绍
X射线是一种波长很短的电磁辐射，具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不 透明的物质，因此广泛应用于医疗诊断和工业检测领域。常见的X射线成像是依靠带有束 光器的X射线球管和由探测感应单元排列组成的线型探测器相互对准同步运动扫描被测 物体而完成的。X射线对被测物体内部不同密度、结构和成份的穿透能力不同，因此透过被 测物体被探测器感应到的能量亦有不同。当射线收发端完成一轮运动扫描后，就可得到一 幅反映物体内部结构的二维X光图像。但是由于有些物体内部成分对X线的吸收差别极小， 造成X光图像的密度分辨率偏低，因此X射线对那些前后重叠的结构就难以分辨。另外，X 光图像仅能看到投射角度的平面图像，而顺投射方向的深度信息即断层信息并不能获得。CT成像技术的出现弥补了以上X射线成像的不足，它是一种利用X射线球管与阵 列式探测器相互配合同步旋转扫描来获取物体断面图像信息的方法。通过对不同层面的单 轴旋转扫描，可以产生一系列二维断层图像，从而得到物体内部深度信息也即三维信息。与 图像上会出现许多重叠投影的传统X射线摄影术相比，CT图像具有显著提高的对比度，即 具备高密度分辨能力。首先放射球管发出的X线束对被测物中感兴趣的断层层面进行扫 描，由探测器接收透过该层面的X线，接着根据接收射线的强度，转换变为相应的电信号作 为待处理信息输入计算机处理。扫描到所有信息后，计算机便将这些扫描信息交由CT图像 重建算法进行计算并获得一幅断层图像，从而再现物体扫描断层层面内部的结构状况。由 此可以看出CT图像并不是直接扫描感测出来的，而是需要增加一个重建过程，因此CT图像 是一种重建图像。常用的工业CT成像设备结构示意如图1中所示，底座7上安装有一个升降柱6和 一个升降转轴8，升降转轴8上固定一个可由转轴8带动同步旋转的台面9，被测物体可置 于台面9上随台面旋转从而在旋转中接受断层扫描。升降柱6上安装有一个水平横杆3，横 杆3的两端分别固定了X射线源和X射线探测器。其中固定于左端的拍片盒1中安装有线 型阵列探测器2，固定于右端的X射线球管4产生的X射线经过束光器5放射出线型光束， 并与另一端的线型阵列探测器2对齐，使探测器2能够接收到射线。当升降柱6伸缩运动 时，可带动水平横杆3及其两端的部件整体上下运动，保证了 X射线发射端和接收端始终对 准，从而获取被测物体准确的内部结构和组分信息。传统的计算机断层扫描成像检测过程可以用图2所示流程来加以说明。首先，将 扫描的初始位置定位于被测物体的上方，为了保证扫描结果的准确性，被测物体需要固定 以保持静止不动。然后放射端与接收端从初始位置起自上而下同步运动，对物体进行全身 X光扫描。当扫描完成后，将扫描得到的一维数据集进行处理，获得一幅二维平面X光全身 影像。通过对全身影像的分析，找到所要检测的感兴趣区域。为了进一步的获得感兴趣区域的深度信息，需要继续对这一区域进行断层扫描。此时要将放射端与接收端定位于感兴 趣区。与全身扫描不同，为了得到360度完整的扫描信息，在扫描过程中，放射端与接收端 的位置要始终保持固定。而被测物体则开始随台面勻速旋转，以使扫描器件能测得各个角 度的数据。启动扫描完成物体旋转一周的数据采集。最后，根据采集到的数据进行断层图 像重构，得到最终的感兴趣点的断层图像。目前，常用的CT成像设备尽管能够捕捉到物体的深度信息，且相比较X光图像具 备高密度分辨率，但是由于探测单元有限，CT图像的空间分辨力却不如X光图像高。另外， 在成像、采集、传输、处理过程中，由于系统受到感应单元融合、振动、电磁干扰、曝光不均及 射线衍射等内外环境的影响，断层图像会有不同程度的降质，主要包括有混叠效应、模糊 (尤其是边界)、失真、数据漏检和系统噪声。事实上，即使空间分辨率稍高的X光图像也面 临以上问题和增强分辨率的挑战。结合CT应用领域的特点解决影像的分辨率问题，对于感 兴趣点尤其是细小点的检测提取，是非常重要而迫切的。增强分辨率的方式有两种。一种是通过改造设备器件提高精度，但受到工艺水平 和成本的制约不便采用。另一种是通过超分辨率的信号处理方式，在不更换硬件的条件下 对现有的降质图像进行处理，以获得高品质、高分辨率的图像。所谓超分辨率重建就是从一 系列低分辨率降质图像重构出一幅高质量、高分辨率的图像。这种技术已被广泛用在成像 领域，例如遥感、监控、视频等。实质上，这是一种通过时间来换取空间分辨率的技术。在CT 成像中，快速扫描使得获取单帧和多帧图像在时间上并无太大差别，因此用可忽略的时间 获取多帧图像来换取高空间分辨率的图像是可行且经济的。迄今为止，有众多超分辨率重构方法被提出。但是CT图像噪声统计特性不显著， 图像纹理丰富局部结构复杂，常用重构法对CT图像的处理缺乏通用性、适应性和鲁棒性， 重构出的图像对一些特殊噪声的抑制不理想。这给利用CT图像进行后续检测带来了困难。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服现有CT成像设备成像分辨率较低和成像质量较差的不 足，同时在利用以时间换空间的技术时为了解决常用超分辨率方法对CT图像特点针对性 不强的问题。本专利技术给出了一种新的CT成像机械设备和系统结构；设计了一种复式循环扫 描成像流程，以获取多角度、多时相信息含量丰富的序列图像；提出了一种新的对CT图像 较为适用的基于核回归的超分辨率重构方法。以上专利技术不仅能够获得高空间分辨率的CT 图像，而且对于成像过程中产生的模糊、混叠、噪声和失真等降质因素能够有较好的抑制作 用。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术X射线复式断层扫描成像系统，机械装置包括拍片盒(10)、x射线线型阵列 探测器(11)、x射线球管(12)、束光器(13)、升降转轴(14)和台面(15)以及监测反馈控制 系统，在机械设备底座(16)上从右至左依次顺序安装X射线发射装置X射线球管(12)、由 升降转轴(14)和台面(1 构成的载物装置、X射线接收装置拍片盒(10)，其特征是X射 线球管(1 和拍片盒(10)分别通过支撑连接柱固定在底座(16)的两端，升降转轴(14) 带动台面(1 进行升降和旋转运动；拍片盒(10)内壁固定两根水平平行的滑道(17)，滑 道上架有一根连杆(18)，连杆在滑道上水平滑动，X射线线型阵列探测器(11)固定在连杆之上随连杆进行亚探测单元的微距水平位移；所述监测反馈控制系统包括计算机主机、光电和模数转换器、数据采集缓存器、信 号处理器、高电压产生器、监视器、发射启闭控制器、缓存传输启闭控制器、水平运动控制 器、探测启闭控制器、升降运动控制器和旋转运动控制器，其中计算机主机的输出端分别接 监视器、高电压产生器、发射启闭控制器、缓存传输启闭控制器、水平运动控制器、探测启闭 控制器、升降运动控制器和旋转运动控制器的输入端，高电压产生器和发射启闭控制器的 输出端与X射线球管(1 连接，水平运动控制器和探测启闭控制器的输出端接X射线线型 阵列探测器的输入端，X射线线型阵列探测器(11)的输出端依次串接光电转换器、模数转 换器、数据采集缓存器、信号处理器后与计算机主机双向通信，缓存传输启闭控本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种Ｘ射线复式断层扫描成像系统，包括拍片盒（１０）、Ｘ射线线型阵列探测器（１１）、Ｘ射线球管（１２）、束光器（１３）、升降转轴（１４）和台面（１５）以及监测反馈控制系统，在机械设备底座（１６）上从右至左依次顺序安装Ｘ射线发射装置Ｘ射线球管（１２）、由升降转轴（１４）和台面（１５）构成的载物装置、Ｘ射线接收装置拍片盒（１０），其特征是：Ｘ射线球管（１２）和拍片盒（１０）分别通过支撑连接柱固定在底座（１６）的两端，升降转轴（１４）带动台面（１５）进行升降和旋转运动；拍片盒（１０）内壁固定两根水平平行的滑道（１７），滑道上架有一根连杆（１８），连杆在滑道上水平滑动，Ｘ射线线型阵列探测器（１１）固定在连杆之上随连杆进行亚探测单元的微距水平位移；所述监测反馈控制系统包括计算机主机、光电和模数转换器、数据采集缓存器、信号处理器、高电压产生器、监视器、发射启闭控制器、缓存传输启闭控制器、水平运动控制器、探测启闭控制器、升降运动控制器和旋转运动控制器，其中计算机主机的输出端分别接监视器、高电压产生器、发射启闭控制器、缓存传输启闭控制器、水平运动控制器、探测启闭控制器、升降运动控制器和旋转运动控制器的输入端，高电压产生器和发射启闭控制器的输出端与Ｘ射线球管（１２）连接，水平运动控制器和探测启闭控制器的输出端接Ｘ射线线型阵列探测器（１１）的输入端，Ｘ射线线型阵列探测器（１１）的输出端依次串接光电转换器、模数转换器、数据采集缓存器、信号处理器后与计算机主机双向通信，缓存传输启闭控制器的输出端接信号处理器的输入端，升降运动控制器和旋转运动控制器的输出端与升降转轴（１４）连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐枫，徐立中，王慧斌，王鑫，张学武，石爱业，张振，张家华，丁晓峰，郭锐，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：84