專利名稱：一種探測(cè)器偏置的大視野錐束x射線傾斜掃描三維數(shù)字成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種探測(cè)器偏置的大視野錐束x射線傾斜掃描三維數(shù)字成像方法，屬于
X射線計(jì)算機(jī)層析成像(CT)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在X射線CT系統(tǒng)中，X射線源發(fā)出X射線，從不同角度穿過(guò)被檢測(cè)物體的某一區(qū)域， 放置于射線源對(duì)面的探測(cè)器在相應(yīng)角度接受，然后根據(jù)各角度射線不同程度的衰減，利 用一定的重建算法和計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，重建出物體被掃描區(qū)域的射線線衰減系數(shù)分布映 射圖像，從而實(shí)現(xiàn)由投影重建圖像，無(wú)損地再現(xiàn)物體在該區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)密度、成分和結(jié) 構(gòu)形態(tài)等特征。
現(xiàn)行的CT技術(shù)，無(wú)論是2D-CT，還是3D-CT，均需要射線掃描被檢結(jié)構(gòu)斷層所在的整 個(gè)截面。于是，對(duì)于長(zhǎng)、寬尺寸大而厚度小的板、殼結(jié)構(gòu)的層析檢測(cè)，射線不可避免要 對(duì)比厚度尺寸大得多的長(zhǎng)、寬尺寸所在截面作透視掃描。顯然這種掃描透視投影數(shù)據(jù)靈 敏度和空間分辨率，與從厚度方向掃描相比，要低得多，于是重建出的斷層圖像對(duì)結(jié)構(gòu) 細(xì)節(jié)分辨率必然很低；況且，當(dāng)長(zhǎng)、寬尺寸達(dá)到數(shù)米級(jí)時(shí)，也無(wú)法實(shí)施這種層析掃描。 因此，現(xiàn)有常規(guī)CT技術(shù)對(duì)長(zhǎng)、寬尺寸大而厚度小的結(jié)構(gòu)，無(wú)法提供有效的層析檢測(cè)技術(shù)。 為此，薄板層析成像(CL)技術(shù)被提出。它采用圓、直線或螺旋掃描軌跡，對(duì)板殼結(jié)構(gòu) 實(shí)施傾斜掃描，利用一定的重建算法進(jìn)行層析成像。王宏鈞等，代數(shù)重建技術(shù)在板殼 結(jié)構(gòu)斷層重建中的應(yīng)用，光學(xué)技術(shù)，2006， 32 (2) : 168-170中，研究了一種CL方法， 采用圓掃描軌跡和代數(shù)重建技術(shù)對(duì)板殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行層析成像，如圖1所示。當(dāng)該方法掃描 圖1中構(gòu)件時(shí)，需要面陣探測(cè)器尺寸大于等于ABCD的尺寸。
CL在實(shí)際應(yīng)用中面臨的一個(gè)主要問(wèn)題是，受掃描原理和探測(cè)器面積的影響，成像視 野小，檢測(cè)效率低。目前，尚未發(fā)現(xiàn)有提高CL成像視野的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是針對(duì)傳統(tǒng)CL成像面臨的成像視野小、檢測(cè)效率低的問(wèn)
題，提供一種探測(cè)器偏置的大視野錐束x射線傾斜掃描三維數(shù)字成像方法，在系統(tǒng)硬件
和掃描速度不變條件下，可將傾斜掃描成像視野提高l倍，重建質(zhì)量高，過(guò)程簡(jiǎn)單、高 效。本發(fā)明的技術(shù)解決方案:探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像方 法，其特征在于包括如下步驟
(1) 設(shè)置面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描幾何結(jié)構(gòu)，形成數(shù)字射線 投影圖像獲取系統(tǒng)；
(2) 進(jìn)行面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描，獲得一組二維數(shù)字射線 投影圖像序列；
(3) 記錄射線源到面陣探測(cè)器距離z。、射線源到旋轉(zhuǎn)中心z'。、射線傾斜角度p、面 陣探測(cè)器水平方向探測(cè)通道個(gè)數(shù)m和垂直方向探測(cè)通道個(gè)數(shù)n，數(shù)字射線投影圖像數(shù)據(jù) 截?cái)嚅L(zhǎng)度^
(4) 根據(jù)上述參數(shù)^、 ？。、 p、 m、 n和5,利用面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X 射線傾斜掃描三維數(shù)字成像數(shù)據(jù)截?cái)囝A(yù)處理平滑方法，對(duì)步驟(2)得到的二維數(shù)字射 線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)噙吘夁M(jìn)行平滑，得到平滑后的數(shù)字射線投影圖像序列；
(5) 依據(jù)步驟(4)得到的數(shù)字射線投影圖像序列，利用面陣探測(cè)器偏置的大視野 錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法，重建掃描區(qū)域的三維層析圖像。
本發(fā)明的掃描原理如圖1:物體在轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)；在每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下，偏置的面 陣探測(cè)器ABGH將穿過(guò)物體的射線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送到計(jì)算機(jī)，形成投影數(shù)據(jù)；當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋 轉(zhuǎn)360度即完成掃描；根據(jù)掃描形成的投影數(shù)據(jù)，利用本發(fā)明的面陣探測(cè)器偏置的大視 野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像數(shù)據(jù)截?cái)囝A(yù)處理平滑方法和濾波反投影重建算法進(jìn) 行預(yù)處理和重建，即可獲得物體三維層析圖像。
本發(fā)明的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像數(shù)據(jù)截?cái)囝A(yù)處理平滑方法如下-
尸'(z， r,釣=尸(義，:r, .r， -) (i)
其中，尸(義,y,釣為虛擬面陣探測(cè)器ABCD獲取的二維數(shù)字射線投影圖像序列，在實(shí)際 面陣探測(cè)器ABGH獲取的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上補(bǔ)零產(chǎn)生；尸'(m"為平滑后的二維數(shù)字射線投影 圖像序列，必(I，y，A)為平滑函數(shù)，^和r為虛擬面陣探測(cè)器ABCD探測(cè)通道位置，-為 旋轉(zhuǎn)角度。
本發(fā)明的四個(gè)大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像數(shù)據(jù)截?cái)囝A(yù)處理平滑函數(shù)如
下
'0 -緒^<0 0.5 7 = 0
①
1 0<]T<iV/2
6<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，W為虛擬面陣探測(cè)器ABCD成像區(qū)域的寬度，5為數(shù)據(jù)截?cái)嚅L(zhǎng)度。 本發(fā)明的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法如下:
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，/W'力為重建的三維函數(shù)，"W")為坐標(biāo)系x"r"z"中坐標(biāo)，W，y'A為
平滑后的二維數(shù)字射線投影圖像序列，h(n為理想濾波函數(shù)h^)-IPl的傅立葉變化，義
和r為虛擬面陣探測(cè)器ABCD探測(cè)通道位置，"為旋轉(zhuǎn)角度，^為射線源到面陣探測(cè)器距
離，？。為旋轉(zhuǎn)中心到面陣探測(cè)器距離，^為射線傾斜角度。 下面進(jìn)一步推導(dǎo)義和y的計(jì)算公式(3)和(4)。
根據(jù)圖1幾何結(jié)構(gòu)，等式(6)給出了I和r'y"Z"間的坐標(biāo)變換關(guān)系。對(duì)于給 定的重建坐標(biāo)系X'T'Z"中任意重建點(diǎn)("y"'z")，可以通過(guò)等式(7)在坐標(biāo)系^中以(x'，/，/)表示。等式(8)表示了一條穿過(guò)重建點(diǎn)"'，,，z')的射線的空間方程。等式(9) 表示了探測(cè)器平面。聯(lián)立等式(7)、 (8)和(9)，我們可以得到義和y的計(jì)算公式(10) 和(11)。根據(jù)圖l掃描結(jié)構(gòu)，我們還可以得到等式(12)。利用等式(12)，即可將 公式(10)和(11)簡(jiǎn)化得到公式(3)和(4)。 = [jc"，y"，z",l]-i 3 '及2 《
(6)
cos/3 -sin^ 0 0.
sin々 cos- 0 0
0 0 10
0 0 0 1
'1 0 0 0—
0 cos伊 一sin伊 0
0 stop cos伊 0
00 0 1
《
0 0
0 0
1 0
_)/ =—x"siny5cosp + ycos^cosp + z"sinp + yc1 r' = ;c"sin y9sinp — _y"cos/ sin^ + 2"cos^ + zc'
工-A = "X = z-zc =f
z = 0
工,z —
z 一
(7)
(8)
(9)
(10)
:0
(11)
(12)
2 —zc
xc =0， =0， xc'=0， 7C'
如圖1，為了獲得ABCD的掃描成像視野，傳統(tǒng)CL需要采用尺寸大于ABCD的探測(cè)器。 但是，對(duì)于本發(fā)明方法，采用尺寸大于ABEF的探測(cè)器即可獲得ABCD的掃描成像視野。 因此，在使用相同大小探測(cè)器情況下，本發(fā)明方法可擴(kuò)大成像視野l(fā)倍。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)如下-
(1) 本發(fā)明使用同樣大小的探測(cè)器，可擴(kuò)大成像視野l(fā)倍；
(2) 本發(fā)明只需要進(jìn)行一次360度掃描，檢測(cè)效率高
(3) 本發(fā)明掃描結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于工程實(shí)現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明一種探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像方法對(duì)應(yīng) 的掃描幾何結(jié)構(gòu)圖；圖2為經(jīng)典的人體胸部仿真模型；
圖3是傾斜角度為45度時(shí)，探測(cè)器ABGH在多個(gè)掃描角度下獲取的人體胸部仿真模 型的二維投影圖像；
圖4是傾斜角度為45度時(shí)，探測(cè)器ABCD在多個(gè)掃描角度下獲取的人體胸部仿真模 型的二維投影圖像；
圖5a是傾斜角度為45度時(shí)，采用平滑公式①對(duì)探測(cè)器ABCD在多個(gè)掃描角度下獲 取的人體胸部仿真模型的二維投影圖像迸行處理獲得的圖像，圖5b是采用本發(fā)明探測(cè) 器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法進(jìn)行重建獲得的 三維層析切片圖像；
圖6a是傾斜角度為45度時(shí)，采用平滑公式②對(duì)探測(cè)器ABCD在多個(gè)掃描角度下獲 取的人體胸部仿真模型的二維投影圖像進(jìn)行處理獲得的圖像，圖6b是采用本發(fā)明探測(cè) 器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法進(jìn)行重建獲得的 三維層析切片圖像；
圖7a是傾斜角度為45度時(shí)，采用平滑公式③對(duì)探測(cè)器ABCD在多個(gè)掃描角度下獲 取的人體胸部仿真模型的二維投影圖像進(jìn)行處理獲得的圖像，圖7b是采用本發(fā)明探測(cè) 器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法進(jìn)行重建獲得的 三維層析切片圖像；
圖8a是傾斜角度為45度時(shí)，采用平滑公式④對(duì)探測(cè)器ABCD在多個(gè)掃描角度下獲 取的人體胸部仿真模型的二維投影圖像進(jìn)行處理獲得的圖像，圖8b是采用本發(fā)明探測(cè) 器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法進(jìn)行重建獲得的 三維層析切片圖像。
圖9為四個(gè)平滑函數(shù)的曲線比較圖。
具體實(shí)施例方式
針對(duì)傳統(tǒng)CL成像面臨的成像視野小、檢測(cè)效率低的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種探測(cè)器偏 置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像方法，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推導(dǎo)其濾波 反投影重建算法和數(shù)據(jù)截?cái)嗥交A(yù)處理方法，利用360度掃描角度下面陣探測(cè)器獲取的 數(shù)據(jù)，即可重建獲得掃描區(qū)的三維計(jì)算機(jī)斷層圖像。
如圖1所示，具體實(shí)現(xiàn)如下-
1、設(shè)置面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描幾何結(jié)構(gòu)，形成數(shù)字射線投 影圖像獲取系統(tǒng)，具體實(shí)現(xiàn)步驟為-
(1)在距離虛擬面陣探測(cè)器ABGH成像區(qū)域邊緣GH為5個(gè)探測(cè)通道的位置，選定二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)噙吔鏓0F， J為二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)?長(zhǎng)度；S取正整數(shù)，最小值為l;為獲得最大的成像視野，同時(shí)保證足夠的正則化平滑 效果，5取值一般大于5;
(2) 使數(shù)據(jù)截?cái)噙吔鏓OF與主射線SO垂直，與探測(cè)器行01垂直；
(3) 使旋轉(zhuǎn)軸z'，在主射線平面SOI內(nèi)與主射線SO相交，形成射線傾斜角度p， 為保證較好的射線穿透能力，伊一般取45度。
2、 進(jìn)行面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描，獲得一組二維數(shù)字射線投 影圖像序列，具體實(shí)現(xiàn)步驟為
(1) 將被掃描構(gòu)件放置于步驟1形成的數(shù)字射線投影圖像獲取系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)上；
(2) 以經(jīng)準(zhǔn)直而成的錐束射線對(duì)被掃描構(gòu)件實(shí)施透照，同時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)勻速連續(xù)旋轉(zhuǎn)， 由面陣探測(cè)器ABGH以固定采樣速度連續(xù)采集透射過(guò)被掃描構(gòu)件的射線投影，獲得一組 二維數(shù)字射線投影圖像序列；
(3) 當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)360度時(shí)，面陣探測(cè)器ABGH停止采樣，轉(zhuǎn)臺(tái)和射線源同時(shí)停止， 即完成一次大視野錐束X射線傾斜掃描。
3、 記錄射線源到面陣探測(cè)器距離z。旋轉(zhuǎn)中心到探測(cè)器距離？。、射線傾斜角度^、 面陣探測(cè)器水平方向探測(cè)通道個(gè)數(shù)m和垂直方向探測(cè)通道個(gè)數(shù)n，數(shù)字射線投影圖像數(shù) 據(jù)截?cái)嚅L(zhǎng)度5，具體實(shí)現(xiàn)步驟為
(1) 采用巻尺測(cè)量射線源靶點(diǎn)到探測(cè)器表面距離，此即為^;
(2) 采用巻尺測(cè)量射線源靶點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)中心距離，此即為z'"
(3) 采用巻尺連線射線源靶點(diǎn)與探測(cè)器表面中心，再利用三角板測(cè)量該連線與旋 轉(zhuǎn)軸的夾角，此即為p;
(4) m和n由面陣探測(cè)器說(shuō)明書直接給出；
(5) <5由人工設(shè)定。
4、 利用面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像數(shù)據(jù)截?cái)囝A(yù)處 理平滑方法，對(duì)二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)噙吘夁M(jìn)行平滑，具體實(shí)現(xiàn)步驟為
(1)從以下四個(gè)函數(shù)中選取一個(gè)作為二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)平滑函數(shù)
<formula>formula see original document page 10</formula>0(z，7，/ )=
o -w/2《r〈-^ 0.5+丄 -"y<^
25
②
1
0
(5
u<0
4 s
1
o
2 7 0.5 +—arctan—
1

其中，義和y為虛擬面陣探測(cè)器ABCD探測(cè)通道位置，p為旋轉(zhuǎn)角度，W為虛擬探測(cè) 器ABCD上成像區(qū)域的寬度，5為二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)嚅L(zhǎng)度。
圖9給出了上述四個(gè)平滑函數(shù)的曲線。由圖9可知，該四個(gè)平滑函數(shù)具有不同的平 滑特性和特征保持性。函數(shù)的平滑性指的是，函數(shù)去除數(shù)據(jù)噪聲和截?cái)鄠斡暗哪芰Γ缓?數(shù)的特征保持性指的是，.函數(shù)保留數(shù)據(jù)有用特征的能力。它們一起反映了函數(shù)去除數(shù)據(jù) 噪聲同時(shí)保留特征的能力?？梢愿鶕?jù)數(shù)據(jù)截?cái)帱c(diǎn)附近曲線斜率確定函數(shù)的平滑性和特征 保持性。曲線斜率越大，則平滑性越弱，特征保持性越好。根據(jù)圖9可定性得到如下結(jié) 論在四個(gè)平滑函數(shù)中，平滑函數(shù)①平滑性最弱，特征保持性最好；平滑函數(shù)③平滑性 次弱，特征保持性較好；平滑函數(shù)④平滑性較強(qiáng)，特征保持性較弱；平滑函數(shù)②平滑性 最好，特征保持性最弱。因此，應(yīng)根據(jù)截?cái)鄥^(qū)EFGH的數(shù)據(jù)特點(diǎn)選取平滑函數(shù)。如果截 斷區(qū)數(shù)據(jù)特征多，則應(yīng)選取平滑函數(shù)①、③；如果截?cái)鄥^(qū)數(shù)據(jù)特征少，則應(yīng)選取平滑函 數(shù)②、④。截?cái)鄥^(qū)數(shù)據(jù)特征多與少的判斷由人工根據(jù)重建圖像判斷。
(2)根據(jù)下面的公式進(jìn)行二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)的平滑操作
p '(義，f，戶)=:r，^義,:r，戶) (!)
其中，P(X,y^)為虛擬面陣探測(cè)器ABCD獲取的二維數(shù)字射線投影圖像序列，在實(shí)際 面陣探測(cè)器ABGH獲取的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上補(bǔ)零產(chǎn)生，P'(足y,釣為平滑后的二維數(shù)字射線投影 圖像序列。
115、面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算 法為
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，/oc"，力。為重建的三維函數(shù)，^w")為坐標(biāo)系Jrr'z"中坐標(biāo)，m,y,灼為
平滑后的二維數(shù)字射線投影圖像序列，h(7)為理想濾波函數(shù)h(/ )H川的傅立葉變化，義 和y為虛擬面陣探測(cè)器ABCD探測(cè)通道位置，p為旋轉(zhuǎn)角度，^為射線源到面陣探測(cè)器距
離，^為旋轉(zhuǎn)中心到面陣探測(cè)器距離，p為射線傾斜角度。
為驗(yàn)證本發(fā)明，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)的具體步驟如下-
(1) 建立待重建的三維圖像模型。圖2 (a)顯示了本發(fā)明仿真實(shí)驗(yàn)采用的經(jīng)典人 體胸部仿真三維模型，圖2 (b)顯示了該仿真模型典型斷層圖像。該仿真模型由不同高 度、不同半徑的25個(gè)橢圓柱構(gòu)成，橢圓柱l、 2、 3的高度是20，其他橢圓柱的高度均為 10。
(2) 仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置。^=2000， z'c=200，射線傾斜角度^ = 45°, e 在360度范圍內(nèi)以1度為增量取360個(gè)投影角度，探測(cè)器水平方向通道個(gè)數(shù)為133，探測(cè)器 垂直方向通道個(gè)數(shù)為256，數(shù)據(jù)截?cái)嚅L(zhǎng)度為5，重建圖像大小為256x256。為顯示方便， 重建圖像進(jìn)行了裁減。
(3) 根據(jù)投影幾何關(guān)系，生成投影數(shù)據(jù)。
(4) 根據(jù)本發(fā)明探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像數(shù)據(jù)截?cái)囝A(yù)
處理平滑方法，對(duì)二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)噙吘夁M(jìn)行平滑。
(5) 根據(jù)本發(fā)明探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影
重建算法，重建掃描區(qū)域的三維數(shù)字層析圖像，獲得層析圖像。
圖3是傾斜角度為45度時(shí)，探測(cè)器ABGH在多個(gè)掃描角度下獲取的人體胸部仿真模 型的二維投影圖像；圖4是傾斜角度為45度時(shí)，探測(cè)器ABCD在多個(gè)掃描角度下獲取的人體胸部仿真模型的二維投影圖像；圖5 (a)是傾斜角度為45度吋，采用平滑公式① 對(duì)探測(cè)器ABCD在多個(gè)掃描角度下獲取的人體胸部仿真模型的二維投影圖像進(jìn)行處理獲 得的圖像，圖5 (b)是采用本發(fā)明探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成 像濾波反投影重建算法進(jìn)行重建獲得的三維層析切片圖像；圖6 (a)是傾斜角度為45度 時(shí)，采用平滑公式②對(duì)探測(cè)器ABCD在多個(gè)掃描角度下獲取的人體胸部仿真模型的二維 投影圖像進(jìn)行處理獲得的圖像，圖6 (b)是采用本發(fā)明探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線 傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法進(jìn)行重建獲得的三維層析切片圖像；圖7(a) 是傾斜角度為45度時(shí)，采用平滑公式③對(duì)探測(cè)器ABCD在多個(gè)掃描角度下獲取的人體胸 部仿真模型的二維投影圖像進(jìn)行處理獲得的圖像，圖7 (b)是采用本發(fā)明探測(cè)器偏置的 大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法進(jìn)行重建獲得的三維層析 切片圖像；圖8 (a)是傾斜角度為45度時(shí)，采用平滑公式④對(duì)探測(cè)器ABCD在多個(gè)掃描 角度下獲取的人體胸部仿真模型的二維投影圖像進(jìn)行處理獲得的圖像，圖8 (b)是采用 本發(fā)明探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法進(jìn)行
重建獲得的三維層析切片圖像。
由圖2和圖5、 6、 7、 8可知，本發(fā)明方法能實(shí)現(xiàn)正確的層析重建。本發(fā)明方法掃描
速度快，重建過(guò)程簡(jiǎn)單、高效，在探測(cè)器尺寸不變情況下，能提高l倍成像視野。 本發(fā)明說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員
來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若千改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也
應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像方法，其特征在于包括如下步驟(1)設(shè)置面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描幾何結(jié)構(gòu)，形成數(shù)字射線投影圖像獲取系統(tǒng)；(2)進(jìn)行面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描，獲得一組二維數(shù)字射線投影圖像序列；(3)記錄射線源到面陣探測(cè)器距離zc、射線源到旋轉(zhuǎn)中心z′c、射線傾斜角度 id="icf0001" file="A2009100912820002C1.tif" wi="4" he="2" top= "81" left = "177" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>面陣探測(cè)器水平方向探測(cè)通道個(gè)數(shù)m和垂直方向探測(cè)通道個(gè)數(shù)n，數(shù)字射線投影圖像數(shù)據(jù)截?cái)嚅L(zhǎng)度δ；(4)根據(jù)上述參數(shù)zc、z′c、 id="icf0002" file="A2009100912820002C2.tif" wi="4" he="2" top= "106" left = "86" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>m、n和δ，利用面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像數(shù)據(jù)截?cái)囝A(yù)處理平滑方法，對(duì)步驟(2)得到的二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)噙吘夁M(jìn)行平滑，得到平滑后的數(shù)字射線投影圖像序列；(5)依據(jù)步驟(4)得到的數(shù)字射線投影圖像序列，利用面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法，重建掃描區(qū)域的三維層析圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字 成像方法，其特征在于所述步驟(1)中設(shè)置面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾 斜掃描幾何結(jié)構(gòu)，形成數(shù)字射線投影圖像獲取系統(tǒng)的步驟為-a. 在距離虛擬面陣探測(cè)器ABGH成像區(qū)域邊緣GH為^個(gè)探測(cè)通道的位置，選定二維 數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)噙吔鏓0F， 5為二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)嚅L(zhǎng) 度；5取正整數(shù)，最小值為1 ;b. 使數(shù)據(jù)截?cái)噙吔鏓OF與主射線SO垂直，與探測(cè)器行01垂直；c. 使旋轉(zhuǎn)軸z'，在主射線平面SOI內(nèi)與主射線SO相交，形成射線傾斜角度^。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字 成像方法，其特征在于所述步驟(2)中進(jìn)行面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾 斜掃描，獲得一組二維數(shù)字射線投影圖像序列的步驟為-a. 將被掃描構(gòu)件放置于權(quán)利要求l步驟(1)形成的數(shù)字射線投影圖像獲取系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)臺(tái)上；b. 以經(jīng)準(zhǔn)直而成的錐束射線對(duì)被掃描構(gòu)件實(shí)施透照，同時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)勻速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，由面陣探測(cè)器ABGH以固定采樣速度連續(xù)采集透射過(guò)被掃描構(gòu)件的射線投影"，獲得一組 二維數(shù)字射線投影圖像序列；c.當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)360度時(shí)，面陣探測(cè)器ABGH停止采樣，轉(zhuǎn)臺(tái)和射線源同時(shí)停止，即 完成一次大視野錐束X射線傾斜掃描。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字 成像方法，其特征在于所述步驟(4)中利用面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾 斜掃描三維數(shù)字成像數(shù)據(jù)截?cái)囝A(yù)處理平滑方法，對(duì)二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)?邊緣進(jìn)行平滑的步驟為a.從以下四個(gè)函數(shù)中選取一個(gè)作為二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)平滑函數(shù)<formula>formula see original document page 3</formula>其中，z和y為虛擬面陣探測(cè)器ABCD探測(cè)通道位置，y 為旋轉(zhuǎn)角度，；V為虛擬探測(cè) 器ABCD上成像區(qū)域的寬度，<5為二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)截?cái)嚅L(zhǎng)度； b.根據(jù)下面的公式進(jìn)行二維數(shù)字射線投影圖像序列數(shù)據(jù)的平滑操作<formula>formula see original document page 3</formula>其中，P(X，r，/7)為虛擬面陣探測(cè)器ABCD獲取的二維數(shù)字射線教影圖像序列，在實(shí)際面陣探測(cè)器ABGH獲取的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上補(bǔ)零產(chǎn)生，,(義,y，釣為平滑后的二維數(shù)字射線投影 圖像序列。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字 成像方法，其特征在于所述步驟(5)中的面陣探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜 掃描三維數(shù)字成像濾波反投影重建算法為<formula>formula see original document page 0</formula>其中，/(C力為重建的三維函數(shù)，""，力力為坐標(biāo)系ZT'Z"中坐標(biāo)，H義J,釣為 平滑后的二維數(shù)字射線投影圖像序列，h(r)為理想濾波函數(shù)hO)H川的傅立葉變化，x 和y為虛擬面陣探測(cè)器ABCD探測(cè)通道位置，p為旋轉(zhuǎn)角度，z。為射線源到面陣探測(cè)器距 離，z',為旋轉(zhuǎn)中心到面陣探測(cè)器距離，伊為射線傾斜角度。
全文摘要
本發(fā)明屬于X射線計(jì)算機(jī)層析成像(CT)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像方法。該方法將面陣探測(cè)器偏置放置，以X射線源產(chǎn)生的錐束X射線，相對(duì)于構(gòu)件長(zhǎng)寬表面以一定角度傾斜透照構(gòu)件成像區(qū)域。在掃描過(guò)程中，射線源與面陣探測(cè)器靜止，構(gòu)件繞旋轉(zhuǎn)軸等角步長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)360度，面陣探測(cè)器在每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下獲取經(jīng)構(gòu)件調(diào)制后的射線信號(hào)。利用本發(fā)明提出的數(shù)據(jù)截?cái)嗥交A(yù)處理方法和濾波反投影重建算法，根據(jù)360度掃描角度下面陣探測(cè)器獲取的數(shù)據(jù)，即可重建獲得掃描區(qū)的三維計(jì)算機(jī)斷層圖像。相較于傳統(tǒng)傾斜掃描方法，本發(fā)明方法在系統(tǒng)硬件和掃描速度不變條件下，可將傾斜掃描成像視野提高1倍，重建質(zhì)量高，過(guò)程簡(jiǎn)單、高效。
文檔編號(hào)G01N23/02GK101634638SQ20091009128
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月18日
發(fā)明者健 傅, 周星余, 江柏紅 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)