CN103163165A - 一种二代ct扫描成像方法 - Google Patents

Abstract

一种二代CT扫描成像方法，它包括有射线源、线阵探测器和扫描转台，具体步骤为：1）初始化CT扫描参数；2）对工件进行平移扫描；3）扫描转台旋转一个角度，继续对工件进行平移扫描，直到扫描转台旋转完一周；4）对扫描得到的数据进行重排；5）采用SART迭代重建算法重建CT图像。本发明在保证CT图像质量不降低的情况下，比传统的二代扫描方式速度快，有效的提高了CT的扫描效率。

Description

一种二代CT扫描成像方法

技术领域

本发明涉及CT扫描技术领域，特别是一种二代CT的扫描成像方法。

背景技术

计算机断层成像（Computed Tomography，CT）扫描方式有：一代扫描方式、二代扫描方式（TR）、三代扫描方式（RO）和锥束扫描方式等。锥束扫描方式使用的是面阵探测器，锥束扫描方式具有采集数据量大，全身扫描速度快的优点，但是由于面阵探测器结构上的原因，锥束扫描方式有明显的缺点，即无法设计制造出有效的后准直器，不能限制X射线的散射和串扰，且动态范围小，尤其是可接受的射线能量低，一般只接受能量较低的X射线，对大尺寸、高密度的工件不适用。

二代扫描方式和三代扫描方式使用的是线阵探测器，线阵探测器单元一般比面阵探测器单元大，线阵探测器的动态范围大，可接受的射线能量高，不仅适用于X射线球管，而且适用于电子直线加速器；二代和三代扫描方式一般使用后准直器，有利于屏蔽散射射线。三代扫描方式只需要转台和扇束相对旋转，是一种常用的扫描方式，它的优点是扫描射线利用率高，扫描速度快，缺点是很难去掉环状伪影。二代扫描方式需要作平移运动和旋转运动，二代扫描方式的优点是不需要进行探测器一致性校正，由扫描的数据重建的CT图像无环形伪影，因此在工业领域应用广泛；二代扫描方式缺点是扫描时间长，射线利用率低。

目前根据二代CT扫描方式的特点，分析并比较了二代扫描的平移和分度运动之间的关系，提出了提高系统扫描效率的两种方案，其中将单向平移改为双向平移的扫描方式能显著提高扫描的效率。虽然改进的扫描方式使扫描时间下降了，但是仍然采集了许多冗余的数据，因此，需要寻找一种更高效率的二代CT扫描方式，提高工件的CT扫描检测速度，而且与传统的二代扫描方式相比，必须保证新的二代扫描方式不会导致CT图像质量降低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种二代CT扫描成像方法，它对线阵CT机的二代扫描方式进行了改进，缩短了CT扫描平移距离，扫描检测速度快。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有用于发射射线的射线源、用于接收光源的线阵探测器和用于承载待测工件的扫描转台，具体步骤如下：

1）将工件放置在扫描转台上，初始化CT扫描参数，设置CT扫描的视场大小，视场大小小于扫描转台中心到后准直器的距离；

2）计算有效视场大小，将射线扇束的中心线平移到有效视场的左边并与有效视场相切；

3）平移射线源，直到射线扇束的中心线移到有效视场的右边并与有效视场相切，停止当前平移扫描，线阵探测器在平移空间上均匀的采集投影数据；

4）旋转射线源，使射线扇束绕有效视场中心旋转一个扇角的角度，并判断射线源是否已经旋转完一周，若是则转向步骤7），若不是则转向步骤5）；

5）平移射线源，使射线扇束从有效视场的右端平移到左端，当射线扇束中心线平移到与有效视场左边缘相切时，停止当前平移扫描，线阵探测器在平移空间上均匀的采集投影数据；

6）旋转射线源，使射线扇束绕有效视场中心旋转一个扇角的角度，并判断射线源是否已经旋转完一周，若是则转向步骤7），若不是则转向步骤3）；

7）对步骤3）和步骤5）采集到的投影数据进行重排；

8）初始化重建参数，对步骤7）重排后的数据采用SART迭代重建算法重建CT图像。

进一步，步骤1中初始化CT扫描参数包括有被检工件的视场直径、平移步距和数据采集时间。

进一步，有效视场大小的计算方法为：设R为视场半径，L为射线扇束的宽度；

当2R＞L时，有效视场直径为2R，该视场为大视场；

当2R＜L时，有效视场直径为L，该视场为小视场；

当2R＝L时，有效视场直径为2R或L，该视场为临界视场。

进一步，步骤7）中投影数据进行重排的方法为：将每个线阵探测器平移一次采集的数据提出来重排成一个平行束，自右至左扫描的投影数据进行左右颠倒；若扇束有N个线阵探测器，一次平移得到N个平行束；对所有平移进行重排，若有M个平移，则重排后有M×N个平行束。

进一步，步骤8）中初始化重建的参数包括有有效线阵探测器的个数、有效扇束张角、平移步距和重建图像的大小。

进一步，步骤8）中所述SART迭代重建算法的步骤为：

8-1）对所有的投影数据取对数操作；

8-2）利用以下公式，对图像进行迭代重建：

，

式中

，

分别为第

 与

 次子迭代过程中的第个像素值，

表示第

条射线穿过第

个像素的长度，表示第

条射线穿过第

个像素的长度，

 表示第

 条射线的实测投影值, 

为第

 条射线的模拟投影值，

表示重建图像中像素的个数，

表示取遍所有像素， 表示第

个投影视角下所有射线索引的集合，为松弛因子。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明对现有线阵CT机的二代扫描方式进行了改进，使CT扫描平移距离缩短，扫描效率提高，减少了平移床身的距离，降低了硬件成本，CT机的控制代码只需要更改起止点即可；图像重建算法采用SART算法，能有效的抑制伪影和噪声，重建图像质量好，分辨率高。本发明具有扫描检测速度快、成本低、图像质量好的优点。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明扫描成像的流程框图；

图2为本发明在CT扫描大视场时的状态示意图；

图3为本发明在CT扫描小视场时的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种二代CT扫描成像方法，包括有用于发射射线的射线源、用于接收光源的线阵探测器和用于承载待测工件的扫描转台，具体步骤如下：

1）将工件放置在扫描转台上，初始化CT扫描参数，设置CT扫描的视场大小，视场大小小于扫描转台中心到后准直器的距离；

2）计算有效视场大小，将射线扇束的中心线平移到有效视场的左边并与有效视场相切；

3）平移射线源，直到射线扇束的中心线移到有效视场的右边并与有效视场相切，停止当前平移扫描，线阵探测器在平移空间上均匀的采集投影数据；

4）旋转射线源，使射线扇束绕有效视场中心旋转一个扇角的角度，并判断射线源是否已经旋转完一周，若是则转向步骤7），若不是则转向步骤5）；

5）平移射线源，使射线扇束从有效视场的右端平移到左端，当射线扇束中心线平移到与有效视场左边缘相切时，停止当前平移扫描，线阵探测器在平移空间上均匀的采集投影数据；

6）旋转射线源，使射线扇束绕有效视场中心旋转一个扇角的角度，并判断射线源是否已经旋转完一周，若是则转向步骤7），若不是则转向步骤3）；

7）对步骤3）和步骤5）采集到的投影数据进行重排；

8）初始化重建参数，对步骤7）重排后的数据采用SART迭代重建算法重建CT图像。

本发明对现有线阵CT机的二代扫描方式进行了改进，使CT扫描平移距离缩短，扫描效率提高，减少了平移床身的距离，降低了硬件成本，CT机的控制代码只需要更改起止点即可；图像重建算法采用SART算法，能有效的抑制伪影和噪声，重建图像质量好，分辨率高。本发明具有扫描检测速度快、成本低、图像质量好的优点。

步骤1中初始化CT扫描参数包括有被检工件的视场直径、平移步距和数据采集时间。

有效视场大小的计算方法为：设R为视场半径，L为射线扇束的宽度；

当2R＞L时，有效视场直径为2R，该视场为大视场；

当2R＜L时，有效视场直径为L，该视场为小视场；

当2R＝L时，有效视场直径为2R或L，该视场为临界视场。

步骤7）中投影数据进行重排的方法为：将每个线阵探测器平移一次采集的数据提出来重排成一个平行束，自右至左扫描的投影数据进行左右颠倒；若扇束有N个线阵探测器，一次平移得到N个平行束；对所有平移进行重排，若有M个平移，则重排后有M×N个平行束。

步骤8）中初始化重建的参数包括有有效线阵探测器的个数、有效扇束张角、平移步距和重建图像的大小。

步骤8）中所述SART迭代重建算法的步骤为：

8-1）对所有的投影数据取对数操作；

8-2）利用以下公式，对图像进行迭代重建：

，

式中

，

分别为第

 与

 次子迭代过程中的第

个像素值，

表示第

条射线穿过第

个像素的长度，

表示第

条射线穿过第

个像素的长度，

 表示第

 条射线的实测投影值, 

为第

 条射线的模拟投影值，

表示重建图像中像素的个数，

表示取遍所有像素，

 表示第

个投影视角下所有射线索引的集合，

为松弛因子。

迭代的具体步骤如下：

对图像

赋初值

；

取第一个平行束投影，生成对应的模拟投影数据，计算实际投影与模拟投影的差值，将差值乘上松驰因子后反投影到图像上，获得修正图像

。同理，取与第一个平行束正交的第二个平行束投影，在修正的图像上进行模拟投影，将实际投影与模拟投影之差乘以松驰因子，再反投影到图像上，获得修正图像；如果有

个平行束投影，那么经过次修正将获得图像

。

将估计值

的模拟投影与实际投影之间的距离作为判断是否进行下一轮迭代的判据；如果距离大于给定阈值，则需要进行下一轮迭代，将赋为初值，按上述相同的步骤进行迭代。如果计算的距离小于给定的阈值，则停止迭代，将重建结果保存到体数据中。

例如：对于CT扫描中的临界视场，L=2R，传统的扫描方式中，一次平移的距离大于L+2R=2L，而本发明的扫描过程中，一次平移的距离为L，因此一次平衡的时间减少了一半多，效率提高了一倍多，冗余数据也显著的减少。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1. 一种二代CT扫描成像方法，包括有用于发射射线的射线源、用于接收光源的线阵探测器和用于承载待测工件的扫描转台，其特征在于，具体步骤如下：

1）将工件放置在扫描转台上，初始化CT扫描参数，设置CT扫描的视场大小，视场大小小于扫描转台中心到后准直器的距离；

2）计算有效视场大小，将射线扇束的中心线平移到有效视场的左边并与有效视场相切；

3）平移射线源，直到射线扇束的中心线移到有效视场的右边并与有效视场相切，停止当前平移扫描，线阵探测器在平移空间上均匀的采集投影数据；

4）旋转射线源，使射线扇束绕有效视场中心旋转一个扇角的角度，并判断射线源是否已经旋转完一周，若是则转向步骤7），若不是则转向步骤5）；

5）平移射线源，使射线扇束从有效视场的右端平移到左端，当射线扇束中心线平移到与有效视场左边缘相切时，停止当前平移扫描，线阵探测器在平移空间上均匀的采集投影数据；

6）旋转射线源，使射线扇束绕有效视场中心旋转一个扇角的角度，并判断射线源是否已经旋转完一周，若是则转向步骤7），若不是则转向步骤3）；

7）对步骤3）和步骤5）采集到的投影数据进行重排；

8）初始化重建参数，对步骤7）重排后的数据采用SART迭代重建算法重建CT图像。

2. 如权利要求1所述的一种二代CT扫描成像方法，其特征在于：步骤1中初始化CT扫描参数包括有被检工件的视场直径、平移步距和数据采集时间。

3. 如权利要求1所述的一种二代CT扫描成像方法，其特征在于，有效视场大小的计算方法为：设R为视场半径，L为射线扇束的宽度；

当2R＞L时，有效视场直径为2R，该视场为大视场；

当2R＜L时，有效视场直径为L，该视场为小视场；

当2R＝L时，有效视场直径为2R或L，该视场为临界视场。

4. 如权利要求1所述的一种二代CT扫描成像方法，其特征在于，步骤7）中投影数据进行重排的方法为：将每个线阵探测器平移一次采集的数据提出来重排成一个平行束，自右至左扫描的投影数据进行左右颠倒；若扇束有N个线阵探测器，一次平移得到N个平行束；对所有平移进行重排，若有M个平移，则重排后有M×N个平行束。

5. 如权利要求1所述的一种二代CT扫描成像方法，其特征在于，步骤8）中初始化重建的参数包括有有效线阵探测器的个数、有效扇束张角、平移步距和重建图像的大小。

6. 如权利要求1所述的一种二代CT扫描成像方法，其特征在于，步骤8）中所述SART迭代重建算法的步骤为：

8-1）对所有的投影数据取对数操作；

8-2）利用以下公式，对图像进行迭代重建：

，

式中

，

分别为第

 与

 次子迭代过程中的第个像素值，

表示第

条射线穿过第个像素的长度，

表示第

条射线穿过第

个像素的长度，

 表示第

 条射线的实测投影值, 

为第

 条射线的模拟投影值，

表示重建图像中像素的个数，

表示取遍所有像素， 表示第个投影视角下所有射线索引的集合，

为松弛因子。

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