CT系统和CT图像重建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种CT系统和CT图像重建方法。所述CT系统包括射线源、射线探测器、数据采集与处理单元、主控制器、相机组和标记组以及标记组处理单元，其中，所述标记组被固定在受检物体表面；所述相机组用来获得所述标记组在其上的投影；所述标记组处理单元根据所述投影得出所述标记组的初始位置以及旋转后的位置信息，从而计算得到受检物体的旋转矩阵和位移量。本发明专利技术CT图像重建方法包括步骤：将标记组固定在受检物体表面并得到所述标记组的初始位置；在每次受检物体被旋转后获得旋转后标记组的位置信息；接着获得受检物体的旋转矩阵和位移量；根据所述旋转矩阵和位移量来重建CT图像。采用本发明专利技术CT系统和CT图像重建方法对机械控制精度要求不高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及X光计算机断层成像领域，且特别涉及一种CT系统和CT图像重建方法。
技术介绍
计算机断层成像(CT)是一种基于X射线扫描数据而得到受检物体图像，进而可以得知受检物体的内部信息的检测技术。该技术已经广泛应用于医疗、机械制造、航空航天、国防军工等领域。使用该技术得到的受检物体的图像具有清晰直观、分辨率高、便于分析和存储等优点。传统CT的实现是基于X光机和高能加速器等X射线源对受检物体进行照射，并在对应的探测器采集数据，在扫描过程中通过CT系统的旋转架等的旋转平移等而使X射线在不同角度下穿过受检物体，从而得到受检物体不同位置的光强数据(也即扫描数据，又可称为投影数据)，利用所得到的扫描数据可以重建出受检物体的断层图像。传统CT系统需要精确地控制扫描过程中受检物体和加速器以及探测器的相对位置，以满足对断层图像重建所需的数据条件。因此传统CT系统通常包括射线源、射线探测器、数据采集与处理系统、主控制器以及机械控制系统，其中，所述射线探测器探测所述射线源发射的X射线并将其转换成数字信号以传送给数据采集与处理单元；所述射线源和所述数据采集与处理单元以及所述机械控制系统由所述主控制器控制。另外，机械控制系统用来控制受检物体和加速器(即射线源)以及射线探测器之间的相对位置。传统CT系统的机械控制系统通常包括直线导轨、旋转架等。由于该机械控制系统结构复杂，所以不仅使传统CT系统的整体成本高昂，而且为了保证系统的机械精度，安装一套这样的工业CT系统一般需要长时间的调试，对异形大尺寸受检物体还存在很大的机械布局和控制的实现困难。在工业应用中，这使得我们无法实现CT系统快速部署和移动，同时无法适应复杂环境。另外，随着断层图像重建方法技术的发展，使得对于CT数据构成的要求得以降低。例如基于代数迭代的重建方法结合先验条件可以在几何关系不规律的有限扫描数据情况下实现对受检物体的断层图像的重建。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种对机械控制精度要求不高的CT系统和CT图像重建方法。为了解决上述技术问题，本专利技术CT系统的技术方案包括射线源、射线探测器、数据采集与处理单元、主控制器，其中，所述射线探测器探测所述射线源发射的X射线并将其转换成数字信号以传送给所述数据采集与处理单元；所述射线源和所述数据采集与处理单元由所述主控制器控制，所述CT系统还包括相机组和标记组以及标记组处理单元，其中所述标记组被固定在受检物体表面；所述相机组用来获得所述标记组在其上的投影；所述标记组处理单元根据所述投影得出所述标记组的初始位置以及旋转后的位置信息，从而计算得到受检物体的旋转矩阵和位移量。优选地，所述相机组包括以柱面透镜作为镜头的线阵CXD相机。优选地，所述相机组包括以球面透镜作为镜头的面阵CXD相机。其中，所述标记组中的标记点由单色反光材料制成或者具有单色反光材料的涂层。 所述相机组中的相机的镜头上添加有对应颜色的滤光片。优选地,所述标记组至少包括三个标记点。所述CT系统可以包括多个相机组且这多个相机组的视野范围能够覆盖在扫描过程中所述标记组中的所有标记点可能出现的区域。优选地，所述相机组包括至少三个相机且这些相机分布在以被监视区域中心为中心的圆弧上。进一步地，以所述中心为坐标原点建立坐标系，如果在xy平面内以被监视区域中心为中心的圆弧上分布了三个相机，则左右两个相机的镜头顺着z轴方向摆放而中间的相机的镜头平行于xy平面方向摆放。相应地，本专利技术CT图像重建方法包括步骤将标记组固定在受检物体表面并通过相机组和标记组处理单元得到所述标记组的初始位置；在每次受检物体被旋转到某位置后且在该某位置对受检物体进行扫描前通过相机组和标记组处理单元获得旋转后标记组的位置信息；根据所述标记组的初始位置和旋转后的位置信息获得受检物体的旋转矩阵和位移根据所述旋转矩阵和位移量以及重建参数来重建CT图像。优选地，所述相机组包括以柱面透镜作为镜头的线阵CXD相机。优选地，所述相机组包括以球面透镜作为镜头的面阵CXD相机。其中，所述标记组中的标记点由单色反光材料制成或者具有单色反光材料的涂层。所述相机组中的相机的镜头上添加有对应颜色的滤光片。 优选地,所述标记组至少包括三个标记点。进一步地，所述相机组的数目为两个以上且这些相机组的视野范围能够覆盖在扫描过程中所述标记组中的所有标记点可能出现的区域。另外，所述相机组包括至少三个相机且这些相机分布在以被监视区域中心为中心的圆弧上。此外，以所述中心为坐标原点建立坐标系，如果在xy平面内以被监视区域中心为中心的圆弧上分布了三个相机，则左右两个相机的镜头顺着z轴方向摆放而中间的相机的镜头平行于xy平面方向摆放。与现有技术相比，本专利技术CT系统和CT图像重建方法的有益效果为首先，由于本专利技术CT系统没有采用传统CT系统中的复杂的机械控制系统，而取代之的是相机组和标记组以及标记组处理单元。因此，本专利技术CT系统在机械控制方面的精度要求不高且容易安装和部署，从而具有更大的灵活性和适用性。其次，由于本专利技术采用将标记组固定在受检物体表面，也就是说标记组能够随着受检物体的旋转而旋转。这样根据标记组初始位置和旋转后的位置信息可以获得受检物体的旋转矩阵和位移量，再根据所述旋转矩阵和位移量以及重建参数就可以重建出CT图像。即使对于大型受检物体，通过本专利技术的方法也能够得到每次扫描后的精确几何关系从而使得对超大物体的CT检测成为可能。再者，即使受检物体的运动受到外界因素干扰，仍能通过本专利技术CT系统和CT图像重建方法得到准确的运动轨迹并实现精确重建，因此本专利技术CT系统的抗干扰性强。附图说明在下文中，将结合下列图形对本专利技术进行描述，其中，同样的附图标记表明同样的兀素，在附图中图1示出了依据本专利技术CT系统的一个实施例的简化结构示意图2示出了依据本专利技术CT图像重建方法的一个实施例的流程图3为以柱面透镜作为镜头的线阵CCD相机的成像原理示意图4为柱面透镜相对于标记点摆放的位置示意图5示出了标记组的形态及方向向量定义的示意图6为以待重建区域中心位置为坐标原点建立的坐标系的示意图7是依据本专利技术的一个实施例进行多段直线CT扫描的简化布局；图8是直线轨迹滤波反投影算法示意图9是采用本专利技术的技术方案和采用传统方案分别得到的CT重建图像以及原始模型的示意图。具体实施例方式下列详细说明实际上仅仅是示例性的，并非意图限制本专利技术或者本专利技术的应用和使用。如本文所使用的，词“示例性”意指“用作示例、例子或示范”。因此，本文被描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为比其它实施例优选或有利。本文所描述的所有实施例都是示例性实施例，其被提供用来使得本领域技术人员能够制作或使用本专利技术，而并非限制本专利技术的范围，本专利技术的范围由权利要求来限定。如图1所示，其示出了依据本专利技术的一个实施例的CT系统的简化结构示意图。在图1中，该示例性实施例所图示的CT系统包括射线源1、射线探测器2、数据采集与处理单元3、主控制器4，其中，所述射线探测器2探测所述射线源I发射的X射线并将其转换成数字信号以传送给所述数据采集与处理单元3 ;所述射线源I和所述数据采集与处理单元3由所述主控制器4控制。另外，本专利技术CT系统还包括相机组5和标记组7以及标记组处理单元6，其中所述标记组7被固定在受检物体表面；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CT系统，其包括射线源、射线探测器、数据采集与处理单元、主控制器，其中，所述射线探测器探测所述射线源发射的X射线并将其转换成数字信号以传送给所述数据采集与处理单元；所述射线源和所述数据采集与处理单元由所述主控制器控制，其特征在于，所述CT系统还包括相机组和标记组以及标记组处理单元，其中：所述标记组被固定在受检物体表面；所述相机组用来获得所述标记组在其上的投影；所述标记组处理单元根据所述投影得出所述标记组的初始位置以及旋转后的位置信息，从而计算得到受检物体的旋转矩阵和位移量。

【技术特征摘要】
1.一种CT系统，其包括射线源、射线探测器、数据采集与处理单元、主控制器，其中，所述射线探测器探测所述射线源发射的X射线并将其转换成数字信号以传送给所述数据采集与处理单元；所述射线源和所述数据采集与处理单元由所述主控制器控制，其特征在于，所述CT系统还包括相机组和标记组以及标记组处理单元，其中 所述标记组被固定在受检物体表面； 所述相机组用来获得所述标记组在其上的投影； 所述标记组处理单元根据所述投影得出所述标记组的初始位置以及旋转后的位置信息，从而计算得到受检物体的旋转矩阵和位移量。2.如权利要求1所述的CT系统，其中，所述相机组包括以柱面透镜作为镜头的线阵CCD相机。3.如权利要求1所述的CT系统，其中，所述相机组包括以球面透镜作为镜头的面阵CCD相机。4.如权利要求2或3所述的CT系统，其中，所述标记组中的标记点由单色反光材料制成或者具有单色反光材料的涂层。5.如权利要求4所述的CT系统，其中，所述相机组中的相机的镜头上添加有对应颜色 的滤光片。6.如权利要求5所述的CT系统，其中，所述标记组至少包括三个标记点。7.如权利要求6所述的CT系统，其中，所述CT系统可以包括多个相机组且这多个相机组的视野范围能够覆盖在扫描过程中所述标记组中的所有标记点可能出现的区域。8.如权利要求7所述的CT系统，其中，所述相机组包括至少三个相机且这些相机分布在以被监视区域中心为中心的圆弧上。9.如权利要求8所述的CT系统，其中，以所述中心为坐标原点建立坐标系，如果在xy平面内以被监视区域中心为中心的圆弧上分布了三个相机，则左右两个相机的镜头顺着z轴方向摆放而中间的相机的镜头平行于xy平...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢宇翔，李溪韵，沈乐，陈志强，张丽，李亮，赵自然，肖永顺，
申请(专利权)人：清华大学，同方威视技术股份有限公司，北京固鸿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：