專利名稱：大尺寸物體的錐束雙螺旋ct掃描成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CT掃描成像方法，特別涉及一種大尺寸物體的錐束雙螺旋 CT掃描成像方法。
背景技術(shù)：
在CT檢測(cè)技術(shù)中，錐束螺旋掃描方式和相應(yīng)的成像方法可以解決長(zhǎng)物體的 檢測(cè)問(wèn)題，檢測(cè)效率高，軸向分辨率好。但是，常有待檢測(cè)物體的橫向尺寸較 大，放射源的射線橫向張角不能包含物體的橫截面，此時(shí)，常規(guī)的錐束螺旋掃 描方式也就不能滿足檢測(cè)需要。
為解決以上問(wèn)題，出現(xiàn)射線源和探測(cè)器由一次偏置推廣到三次偏置的錐束 CT，但是掃描時(shí)需要物體分別沿垂直和平行于中心射線的方向平移，射線源和 探測(cè)器需要同步偏轉(zhuǎn)，增加了機(jī)械實(shí)現(xiàn)的難度，并且得到的投影數(shù)據(jù)是不完全 投影數(shù)據(jù)，利用平行束掃描的對(duì)稱性將投影數(shù)據(jù)重排為平行束，將產(chǎn)生重排誤 差；還有一種雙源雙螺旋的掃描方法，采用兩組射線源和探測(cè)器同時(shí)沿上下平 行的螺旋軌跡掃描物體，這種掃描方法只能提高長(zhǎng)物體檢測(cè)效率，并不能解決 橫向尺寸較大物體的檢測(cè)問(wèn)題。
因此，需要一種能夠適用于大尺寸物體檢測(cè)的CT掃描成像方法，掃描過(guò)程 易于機(jī)械實(shí)現(xiàn)，不需要射線源和探測(cè)器偏轉(zhuǎn)，也不需要轉(zhuǎn)臺(tái)和待檢測(cè)工件沿與 徑向平行的方向平移，并且可得到物體待檢測(cè)區(qū)域的完整投影數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像
方法，掃描過(guò)程易于機(jī)械實(shí)現(xiàn)，不需要射線源和探測(cè)器偏轉(zhuǎn)，僅需轉(zhuǎn)臺(tái)和待檢
測(cè)工件沿水平方向平移兩次，可得到工件待檢測(cè)區(qū)域的完整投影數(shù)據(jù)；利用平 移加雙螺旋的掃描方式和相應(yīng)的重建算法，實(shí)現(xiàn)橫向尺寸較大物體的檢測(cè)，不 需要投影數(shù)據(jù)的重排和插值。
本發(fā)明的大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法，待檢測(cè)工件設(shè)置在旋 轉(zhuǎn)臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)臺(tái)在初始位置時(shí)中心軸線與射線源的中心射線垂直并相交，以旋 轉(zhuǎn)臺(tái)在初始位置時(shí)中心軸線與射線源的中心射線的相交點(diǎn)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo) 系，y軸為沿旋轉(zhuǎn)臺(tái)橫向并垂直于射線源的中心射線的坐標(biāo)軸，z軸為與旋轉(zhuǎn)臺(tái) 中心軸線重合的坐標(biāo)軸，x軸為與射線源的中心射線重合的坐標(biāo)軸，錐束雙螺旋 CT掃描成像方法包括以下步驟
a. 第一次掃描掃描前將旋轉(zhuǎn)臺(tái)及待檢測(cè)工件沿y軸移動(dòng)設(shè)定距離，開始 第一次掃描，使旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)待檢測(cè)工件旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使射線源和探測(cè)器沿z軸移 動(dòng)，形成以旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸線為軸線，射線源到旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸線的距離為半徑的
第一個(gè)螺旋形掃描軌跡，直至沿Z軸掃描完待檢測(cè)工件；
b. 第二次掃描第二次掃描前將旋轉(zhuǎn)臺(tái)及待檢測(cè)工件沿y軸回到原位，并 與第一次掃描前移動(dòng)方向相反沿y軸移動(dòng)設(shè)定距離；開始第二次掃描，使旋轉(zhuǎn) 臺(tái)帶動(dòng)待檢測(cè)工件旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使射線源和探測(cè)器沿z軸移動(dòng)，形成與第一個(gè)螺 旋形掃描軌跡并列的第二個(gè)螺旋形掃描軌跡，直至沿z軸掃描完待檢測(cè)工件；
C.三維重建待檢測(cè)工件內(nèi)(x,少,z)點(diǎn)處的衰減系數(shù)為
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公
式中:
<formula>formula see original document page 5</formula>
<formula>formula see original document page 6</formula>其中Xp》、；分別為點(diǎn)(x,;^)旋轉(zhuǎn)角度A時(shí)在由z軸、y軸與X軸共同形成的
三維直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；力為旋轉(zhuǎn)臺(tái)及待檢測(cè)工件沿y軸移動(dòng)的坐標(biāo)值；^為在
旋轉(zhuǎn)臺(tái)處于初始位置時(shí)中心軸線與射線源之間的距離，i >r， r為待檢測(cè)工件徑 向尺寸的l/2; -為待檢測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)角；g(")為斜坡濾波器；*表示巻積；D為 旋轉(zhuǎn)臺(tái)處于初始位置時(shí)射線源到探測(cè)器中心的距離；z。為螺旋掃描時(shí)射線源的 初始z坐標(biāo)。
進(jìn)一步，步驟a和步驟b中，所述設(shè)定距離能夠使錐形射線束沿y軸的張角能 夠覆蓋大于待檢測(cè)工件沿y軸最大尺寸的l/2;
進(jìn)一步，步驟b中，第二次掃描時(shí)，射線源和探測(cè)器沿z軸移動(dòng)方向與第 一次掃描的移動(dòng)方向相反，旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向與第一次掃描旋轉(zhuǎn)方向相反。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法， 利用現(xiàn)有CT機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大物體的檢測(cè)，掃描時(shí)只需要轉(zhuǎn)臺(tái)和待檢測(cè)工件沿水 平方向平移兩次，不需要射線源和探測(cè)器偏轉(zhuǎn)，也不需要轉(zhuǎn)臺(tái)和待檢測(cè)工件沿 徑向平移，掃描過(guò)程易于機(jī)械實(shí)現(xiàn)，可檢測(cè)物體的橫向尺寸大約是傳統(tǒng)單螺旋 CT的兩倍，并且可得到待檢測(cè)區(qū)域的完整投影數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)橫向尺寸較大物體的
檢測(cè)，本發(fā)明不需要投影數(shù)據(jù)的重排和插值，檢測(cè)精度高，只進(jìn)行兩次螺旋軌 道掃描，檢測(cè)效率高。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明待檢測(cè)工件掃描時(shí)的橫截示意圖3為本發(fā)明掃描成像方法框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明待檢測(cè)工件掃描時(shí)的橫截示意
圖，圖3為本發(fā)明掃描成像方法框圖，如圖所示本實(shí)施例的大尺寸物體的錐
束雙螺旋CT掃描成像方法，待檢測(cè)工件2設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)1上，旋轉(zhuǎn)臺(tái)1在初始 位置時(shí)中心軸線與射線源4的中心射線垂直并相交，以旋轉(zhuǎn)臺(tái)1在初始位置時(shí) 中心軸線與射線源4的中心射線的相交點(diǎn)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，y軸為沿旋轉(zhuǎn) 臺(tái)1橫向并垂直于射線源的中心射線的坐標(biāo)軸，z軸為與旋轉(zhuǎn)臺(tái)1中心軸線重合 的坐標(biāo)軸，x軸為與射線源4的中心射線重合的坐標(biāo)軸，錐束雙螺旋CT掃描成 像方法包括以下步驟
a. 第一次掃描掃描前將旋轉(zhuǎn)臺(tái)1及待檢測(cè)工件2沿y軸移動(dòng)設(shè)定距離， 設(shè)定距離能夠使錐形射線束沿y軸的張角能夠覆蓋大于待檢測(cè)工件2沿y軸最 大尺寸的l/2;開始第一次掃描，使旋轉(zhuǎn)臺(tái)l帶動(dòng)待檢測(cè)工件2旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使射 線源4和探測(cè)器3沿z軸移動(dòng)，形成以旋轉(zhuǎn)臺(tái)1中心軸線為軸線，射線源4到 旋轉(zhuǎn)臺(tái)1中心軸線的距離為半徑的第一個(gè)螺旋形掃描軌跡，直至沿z軸掃描完 待檢測(cè)工件2;
b. 第二次掃描:第二次掃描前將旋轉(zhuǎn)臺(tái)1及待檢測(cè)工件2沿y軸回到原位，
并與第一次掃描前移動(dòng)方向相反沿y軸移動(dòng)設(shè)定距離，和第一次掃描移動(dòng)的設(shè)
定距離相同，同樣使錐形射線束沿y軸的張角能夠覆蓋大于待檢測(cè)工件2沿y 軸最大尺寸的1/2，可以使兩次掃描能夠橫向覆蓋整個(gè)物體，得到完整的投影數(shù) 據(jù)；開始第二次掃描，使旋轉(zhuǎn)臺(tái)l帶動(dòng)待檢測(cè)工件2旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使射線源4和 探測(cè)器3沿z軸移動(dòng)，本次掃描時(shí)，射線源4和探測(cè)器3沿z軸移動(dòng)方向與第 一次掃描移動(dòng)方向相反，旋轉(zhuǎn)臺(tái)l旋轉(zhuǎn)方向與第一次掃描旋轉(zhuǎn)方向相反，這種 掃描方式不需要使射線源和探測(cè)器回到起點(diǎn)，因此可進(jìn)一步提高掃描效率；形 成以旋轉(zhuǎn)臺(tái)1中心軸線為軸線，射線源4到旋轉(zhuǎn)臺(tái)1中心軸線的距離為半徑的 第二個(gè)螺旋形掃描軌跡，直至沿z軸方向掃描完待檢測(cè)工件2，第一個(gè)螺旋形掃 描軌跡與第二個(gè)螺旋形掃描軌跡并列；
c.三維重建在第一次掃描完成后，重建部分物體圖像，提高重建效率，在 第二次掃描完成后，重建整個(gè)物體圖像，由于橫向平移，螺旋掃描時(shí)中心射線 不再與旋轉(zhuǎn)軸垂直相交，故重建采用如下改進(jìn)的三維重建公式，待檢測(cè)工件內(nèi) (x,;^)點(diǎn)處的衰減系數(shù)為
<formula>formula see original document page 8</formula>200810232906.0
說(shuō)明書第6/6頁(yè)
<formula>formula see original document page 9</formula>其中》、；分別為點(diǎn)(x，y,z)旋轉(zhuǎn)角度時(shí)在由z軸、y軸與x軸共同形成的 三維直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；力為旋轉(zhuǎn)臺(tái)及待檢測(cè)工件沿y軸移動(dòng)的坐標(biāo)值，其絕
對(duì)值為0,點(diǎn)或02點(diǎn)到O點(diǎn)的距離;W為旋轉(zhuǎn)臺(tái)處于初始位置時(shí)中心軸線與射線源之 間的距離，也就是射線源到O點(diǎn)的距離，i >r， r為待檢測(cè)工件徑向尺寸的l/2; / 為待檢測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)角；g(")為斜坡濾波器；*表示巻積；D為旋轉(zhuǎn)臺(tái)處于初始 位置時(shí)射線源到探測(cè)器中心的距離，也就是射線源到O'的距離；z。為螺旋掃描時(shí) 射線源的初始z坐標(biāo)。
本發(fā)明的重建算法，區(qū)別于已有的需要將投影數(shù)據(jù)重排為平行束的方法和 對(duì)得到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行插值得到大扇角投影的方法，這兩種方法都涉及投影數(shù) 據(jù)的插值，會(huì)帶來(lái)新的誤差——插值誤差；而本發(fā)明的重建方法不需要對(duì)投影 數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和重排，而是直接重建。
最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管 參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的 宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1. 一種大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法，待檢測(cè)工件(2)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)上，旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)在初始位置時(shí)中心軸線與射線源(4)的中心射線垂直并相交，其特征在于以旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)在初始位置時(shí)中心軸線與射線源(4)的中心射線的相交點(diǎn)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，y軸為沿旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)橫向并垂直于射線源(4)的中心射線的坐標(biāo)軸，z軸為與旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)中心軸線重合的坐標(biāo)軸，x軸為與射線源(4)的中心射線重合的坐標(biāo)軸，錐束雙螺旋CT掃描成像方法包括以下步驟a. 第一次掃描掃描前將旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)及待檢測(cè)工件(2)沿y軸移動(dòng)設(shè)定距離，開始第一次掃描，使旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)帶動(dòng)待檢測(cè)工件(2)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使射線源(4)和探測(cè)器(3)沿z軸移動(dòng)，形成以旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)中心軸線為軸線，射線源(4)到旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)中心軸線的距離為半徑的第一個(gè)螺旋形掃描軌跡，直至沿z軸掃描完待檢測(cè)工件(2)；b. 第二次掃描第二次掃描前將旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)及待檢測(cè)工件(2)沿y軸回到原位，并與第一次掃描前移動(dòng)方向相反沿y軸移動(dòng)設(shè)定距離；開始第二次掃描，使旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1)帶動(dòng)待檢測(cè)工件(2)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使射線源(4)和探測(cè)器(3)沿z軸移動(dòng)，形成與第一個(gè)螺旋形掃描軌跡并列的第二個(gè)螺旋形掃描軌跡，直至沿z軸掃描完待檢測(cè)工件(2)；c. 三維重建待檢測(cè)工件(2)內(nèi)(x，y，z)點(diǎn)處的衰減系數(shù)為公式中β0＝-arctan(yd/R)D′＝R′D/R其中xr、yr、zr分別為點(diǎn)(x，y，z)旋轉(zhuǎn)角度β時(shí)在由z軸、y軸與x軸共同形成的三維直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；yd為旋轉(zhuǎn)臺(tái)及待檢測(cè)工件沿y軸移動(dòng)的坐標(biāo)值；R為在旋轉(zhuǎn)臺(tái)處于初始位置時(shí)中心軸線與射線源之間的距離，R>r，r為待檢測(cè)工件徑向尺寸的1/2；β為掃描時(shí)待檢測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)角；g(u)為斜坡濾波器；*表示卷積；D為在旋轉(zhuǎn)臺(tái)處于初始位置時(shí)射線源到探測(cè)器中心的距離；z0為螺旋掃描時(shí)射線源的初始z坐標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法，其特征 在于步驟a和步驟b中，所述設(shè)定距離能夠使錐形射線束沿y軸的張角能夠覆蓋 大于待檢測(cè)工件沿y軸最大尺寸的1/2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法，其特 征在于步驟b中，第二次掃描時(shí)，射線源和探測(cè)器沿z軸移動(dòng)方向與第一次掃 描的移動(dòng)方向相反，旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向與第一次掃描旋轉(zhuǎn)方向相反。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法，裝有待檢測(cè)工件的轉(zhuǎn)臺(tái)沿垂直于中心射線的方向兩次平移后，工件和轉(zhuǎn)臺(tái)繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)射線源和探測(cè)器沿轉(zhuǎn)軸方向升降掃描，形成并列的雙螺旋形掃描軌跡，并通過(guò)本發(fā)明改進(jìn)的三維重建方法得到待檢測(cè)區(qū)域的三維圖像，本發(fā)明利用現(xiàn)有CT機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大物體的檢測(cè)，射線源和探測(cè)器不需要偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)臺(tái)和待檢測(cè)工件也不需要沿徑向(與中心射線平行的方向)平移，掃描過(guò)程易于機(jī)械實(shí)現(xiàn)，可檢測(cè)物體的橫向尺寸大約是傳統(tǒng)單螺旋CT的兩倍，并且可得到物體的完整投影數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)橫向尺寸較大的長(zhǎng)物體檢測(cè)，本發(fā)明不需要投影數(shù)據(jù)的重排和插值，檢測(cè)精度高，只進(jìn)行兩次螺旋軌道掃描，檢測(cè)效率高。
文檔編號(hào)G01N23/02GK101393145SQ20081023290
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者理 曾, 鄒曉兵 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)