CN103411985A - 一种弱x光3d成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种弱X光3D成像方法，所用的装置主要由弱X光射线源、透镜模块、被测物体模块、探测阵列模块、信号调理模块、主计算机和反馈调节模块组成。其步骤如下：步骤一：首先弱X光射线源发射一光束；步骤二：使步骤一发射的X光束穿过透镜模块，转化为平行光束；步骤三：平行光束穿过被测物体模块，转化为线光源X光；步骤四：线光源X光穿过探测阵列模块，转化为电流信号；步骤五：电流信号经过信号调理模块，转化为数字信号；步骤六：主计算机进行数字信号的采集；步骤七：主计算机对被测物体模块进行反馈调节；步骤八：主计算机输出3D图像。本发明将普通的点X光源转换为线X光源，使得检测出的图像信号为一条线性信号，方便且效率高。
Description
技术领域
本发明属于检测成像领域，涉及一种利用100KeV以下的弱X光源对微生物等生物组织的成像方法。
背景技术
工业CT技术是工业用计算机断层成像技术的简称，它能在对检测物体无损伤条件下，以二维断层图像或三维立体图像的形式，清晰、准确、直观地展示被检测物体内部的结构、组成、材质及缺损状况，是目前应用最广泛的一种无损检测技术。与其他无损检测方法相比，工业CT的测量精度高、成像质量好，广泛应用对产品内部缺陷分析的工业领域。但是如果光源采用弱X射线进行工件的探测采集时，由于弱X光本身能量较小，该弱X光射线是通过射线机产生的能量一般在100KeV以下，这种能量范围的射线由于能量低、波长长，因此穿透物体的能力有限。在固定扫描时间内由于透过物体的能量有限，系统不能得到足够多的有效数据进行图像重建，因此图像分辨率不好，而延长扫描时间又牺牲了系统的快速性，使得扫描效率大大降低。因此，现有的弱X光成像系统普遍存在扫描速度慢、成像效率低等缺点。
现有的工业CT探测系统通常采用毫米级别的分离式探测器简单组合阵列扫描，当X光能量大时这种探测器可以对普通工件使用，但如果要求使用弱X光进行扫描，这种探测器得到的图像分辨率十分低。大尺寸的探测器会降低探测器阵列的集成度，降低单次扫描获得的数据量。如果重建图像的矩阵尺寸要求超过探测器的通道时，就必须采用探测器阵列差值法获得更多数据，这会导致扫描周期延长，降低数据采集速度，进而使最终的图像分辨率过低。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了一种新型的成像系统，在现有技术低能X射线快速探测采集系统基础上，从系统的快速性出发，研究出一种可以提高系统扫描速度和成像质量的方法。这种方法由于使用的是100KeV以下的弱X光源，因此可以检测微生物等生物组织，应用领域更为广泛。
实现上述目的采用的方案是改善原有系统中物件和光源相对运动方式，并通过改善光源形式，将普通的点X光源转换为线X光源，使得检测出的图像信号为一条线性信号，这样既提高了效率，又方便计算机处理以及运算，并且扫描检测系统的移动方式更为简单方便。同时，在探测系统与控制系统选择的时候，无论是扫描系统的模式还是AD模拟器型号选择，都可以有效提高运行时的速度，从系统快速性出发解决弱X光工业CT技术分辨率低的问题。
信号探测采集系统是弱X光成像的重要组成部分，主要完成X射线信号的采集、转换，并将转换后的数据通过数据传输系统上传至上位计算机进行图像重建。本设计探测阵列模块中探测器系统采用的是光电二极管闪烁体探测器。信号调理转化模块实现信号的积分放大与模数转化，通过并行比较型A/D转换芯片来实现。采集控制模块主要用来控制信号采集系统的探测采集和将采集到的数据按照要求传送至数据传输系统，改控制模块的主控芯片采用具有并行处理能力很强的FPGA。
扫描检测是将被检测物体和安置于探测器和射线之间，通过待测物与射线源之间的相对运动来对物体进行全部的扫描。在工业CT领域的常见相对运动方式可分为平移-旋转扫描、只旋转扫描、和螺旋扫描，本装置中采用一种全新的相对运动方式：只平移扫描。通过改善光源形式，将普通的点X光源转换为线X光源，使得检测出的图像信号为一条线性信号，这样既提高了效率，又方便计算机处理以及运算，并且扫描检测系统的移动方式更为简单方便。
本发明一种弱X光3D成像方法，所用的装置主要由弱X光射线源、透镜模块、被测物体模块、探测阵列模块、信号调理模块、主计算机和反馈调节模块组成。其步骤如下：
步骤一：首先弱X光射线源发射一光束；
步骤二：使步骤一发射的X光束穿过透镜模块，转化为平行光束；
步骤三：平行光束穿过被测物体模块，转化为线光源X光；
步骤四：线光源X光穿过探测阵列模块，转化为电流信号；
步骤五：电流信号经过信号调理模块，转化为数字信号；
步骤六：主计算机进行数字信号的采集；
步骤七：主计算机对被测物体模块进行反馈调节；
步骤八：主计算机输出3D图像。
相比于普通工业CT机，本方法有以下优点：
(1)由于使用的是100KeV以下的弱X光源，因此可以检测微生物等生物组织，应用领域更为广泛。
(2)本发明的待测物体与弱X光点光源相对运动方式为平移运动，通过改善光源形式，将普通的点X光源转换为线X光源，使得检测出的图像信号为一条线性信号，这样既提高了效率，又方便计算机处理以及运算，并且扫描检测系统的移动方式更为简单方便。
(3)无论是扫描系统的模式还是积分A/D转换型号选择，都可以有效提高了运行时的速度，从系统快速性出发解决弱X光工业CT技术分辨率低的问题。
附图说明
图1为本发明一种弱X光3D成像方法的流程图。
图2为本发明一种弱X光3D成像方法中透镜模块工作原理图。
图3为本发明一种弱X光3D成像方法中被测物体模块工作原理图。
图4为本发明一种弱X光3D成像方法中探测器阵列模块工作原理图。
图中，1-弱X射线点光源，2-X光透镜装置，3-平行X光，4-长狭缝铅板，5-待测物体，6-X光线光源，7-闪烁体，8-光电二极管。
具体实施方式
本发明一种弱X光3D成像方法，所用的装置主要由弱X光射线源、透镜模块、被测物体模块、探测阵列模块、信号调理模块、主计算机和反馈调节模块组成。其步骤如下：
步骤一：首先弱X光射线源发射一光束；
步骤二：使步骤一发射的X光束穿过透镜模块，转化为平行光束；
步骤三：平行光束穿过被测物体模块，转化为线光源X光；
步骤四：线光源X光穿过探测阵列模块，转化为电流信号；
步骤五：电流信号经过信号调理模块，转化为数字信号；
步骤六：主计算机进行数字信号的采集；
步骤七：主计算机对被测物体模块进行反馈调节；
步骤八：主计算机输出3D图像。
涉及弱X光3D成像方法具体实施过程如下：
实施例一：透镜模块工作原理如图2所示。该模块主要由弱X射线点光源1、X光透镜装置2和平行X光3组成。其中X射线点光源1的能量在100KeV以下，为弱X光。X光透镜装置2由具有半透镜结构的平行束X光透镜组成，其作用是将分散的X光转化为平行束X光，当X射线点光源1的弱X光射入X光透镜装置2时，弱X光在透镜内部传播，一部分被透镜壁吸收，剩余部分由透镜内部轨迹平行传出形成平行X光3。
实施例二：被测物体模块工作原理如图3所示。该模块主要由平行X光3、长狭缝铅板4和待测物体5组成。从实施例一中出来的平行X光3进入长狭缝铅板4中，铅制材料可以屏蔽X射线，长狭缝铅板4中间有一条狭缝，此狭缝间宽度大于X光波长，可以保证在不发生衍射的前提下将X光变为线光源。X光透过狭缝形成一条线X光，穿透待测物体5被探测阵列模块接收，形成含有断层图像信息的线X光源6。在狭缝的长度足够长的情况下，待测物体5的因此在扫描过程中其中待测物体5所在工作台仅做平行移动即可完成整个物体的扫描。
实施例三：探测器阵列模块工作原理如图4所示。该模块主要由X光线光源6、闪烁体7和光电二极管8组成。X射线光源6进入闪烁体7中，使原子或分子受到激发，受激发的原子或分子在退激发过程中发光，将波长很短的X射线转化为荧光，荧光的波长较长，因此易于被光电二极管8接收。光子穿过闪烁体7到达光电二极管8，再转化为电流信号。
本发明一种弱X光3D成像方法，经过探测器阵列模块后产生的电流信号为极其微弱的电流模拟信号，该信号过信号调理模块，经由信号调理电路将电流信号转为电压信号，再由积分A/D转换器转化为数字信号输入到主计算机系统。
本发明一种弱X光3D成像方法，数字信号输入主系统后，主计算机系统会输出反馈信号经反馈控制系统对机器扫描控制系统进行调节，使待测物体5下面的工作台继续移动特定距离，待测物体5所在工作台做平行移动，每移动某一特定距离，断层图像被探测系统的探测阵列模块检测到，经信号调理转化后再进入主计算机进行数字信号采集并存储，直至扫描全部完成。全部断层图像经过重组后形成待测物体5的3D图像。
Claims (2)
1.一种弱X光3D成像方法，所用的装置主要由弱X光射线源、透镜模块、被测物体模块、探测阵列模块、信号调理模块、主计算机和反馈调节模块组成，其特征在于，成像步骤如下：
步骤一：首先弱X光射线源发射一光束；
步骤二：使步骤一发射的X光束穿过透镜模块，转化为平行光束；
步骤三：平行光束穿过被测物体模块，转化为线光源X光；
步骤四：线光源X光穿过探测阵列模块，转化为电流信号；
步骤五：电流信号经过信号调理模块，转化为数字信号；
步骤六：主计算机进行数字信号的采集；
步骤七：主计算机对被测物体模块进行反馈调节；
步骤八：主计算机输出3D图像。
2.根据权利要求1所述的一种弱X光3D成像方法，其特征在于：探测阵列模块中探测器系统采用的是光电二极管闪烁体探测器。
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| CN2013103791113A CN103411985A (zh) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | 一种弱x光3d成像方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN103411985A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114062406A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-02-18 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 时间分辨多晶x射线衍射靶装置 |
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2013
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