CN103808740B - 一种基于计算机分层扫描成像cl系统的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于计算机分层扫描成像CL系统的检测方法。被检物体的中心离转轴的距离是与旋转角相关的正弦状的函数。完成一次扫描时，被检物体的中心的运动轨迹为一条闭合的曲线，在一次扫描中平板探测器在所述转臂上来回移动，旋转角的范围不局限于360度。

Description

一种基于计算机分层扫描成像CL系统的检测方法

技术领域

本发明涉及x射线成像检测技术领域，尤其涉及一种基于计算机分层扫描成像CL系统的检测方法。

背景技术

X射线计算机分层扫描成像（CL-Computed Laminography）技术对于多层印刷电路板、片状化石、飞机机翼、太阳能电池板等板状构件的内部检测优于传统的计算机断层扫描成像（CT-Computed Tomography）技术。典型的CL系统主要包括三部分：x射线源、探测器及载物台。

CL系统进行扫描时X射线沿与板状样品平面法线成一定角度的方向穿过，避免了传统CT扫描中射线沿板状被检物体长轴方向无法穿透的情况。但是CL扫描本质上是一种非同轴扫描的有限角度投影技术，获得的投影数据不满足精确重建理论。

现有的CL系统扫描装置，如公开号为CN103196929A中国发明专利中所述，包括X射线源，载物台，平板探测器，转臂，固定架。其中，X射线源位于装置的最底端，用于向上发射锥束X射线；载物台设置在X射线源的上方，在空间三维方向上作平移运动；载物台的正上方设置有固定架，固定架与转臂相连，用于固定转臂，并使转臂做圆周旋转运动，形成围绕载物台的半球面；转臂上设置有导轨，平板探测器位于该导轨上，利用该导轨在转臂上滑动；且平板探测器结合其在转臂上的滑动以及转臂的圆周旋转运动，定位于所形成半球面的任意位置。

现有的CL系统进行扫描时，探测器中心和物体中心的运动轨迹都是圆形。也就是说在一次扫描中，探测器在转臂上的位置是固定的，旋转角的范围为360度。这种现有扫描方法中，射线源与物体中心的连线与转轴的夹角是固定的，所获得的投影数据不够完备，因此重建结果带有比较明显的伪影。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于计算机分层扫描成像CL系统的检测方法；该检测方法能够获得用于重建被检物体内部图像的更完备的投影数据。

本发明提供的检测方法，包括步骤：将被检物体设置于载物台；启动射线源及启动所述载物台进行旋转；相应地旋转转臂，利用转臂上平板探测器采集所需角度的投影数据，通过计算机对所采集的投影数据进行重建以得到所述待测物体的断层图像；其中，

在扫描过程中，所述被检物体和探测器绕垂直于载物台并过射线源的转轴转动；所述被检物体的中心离转轴的距离是与旋转角相关的正弦状的函数关系，所述射线源与所述探测器的中心连线垂直于所述探测器并过所述被检物体的中心；所述被检物体的中心的运动轨迹为一条闭合的曲线。

被检物体的中心离转轴的距离是与旋转角相关的正弦状的函数。完成一次扫描时，被检物体的中心的运动轨迹为一条闭合的曲线，在一次扫描中平板探测器在所述转臂上来回移动，旋转角的范围不局限于360度。

本发明的有益效果是：本发明的检测方法在一次扫描中能够连续的获得中心射线与转轴夹角在某个范围内变化的投影数据；该检测方法能够获得用于重建被检物体内部图像的更完备的投影数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所述检测方法的三维直角坐标系示意图；

图2为本发明实施例所述检测方法x_rOz截面示意图；

图3为本发明实施例所述检测方法被检物体中心和平板探测器中心运动轨迹在xOy平面的垂直投影的示意图；

图4为本发明一些实施例所述检测方法被检物体中心和平板探测器中心运动轨迹在xOy平面的垂直投影的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示为本发明实施例所述检测方法的三维直角坐标系示意图。

基于现有扫描装置的结构，所述扫描装置包括X射线源，载物台1，平板探测器3，转臂2，其中：所述X射线源位于所述装置的最底端，用于向上发射锥束X射线；所述载物台1设置在所述X射线源的上方，在空间三维方向上作平移运动；所述载物台1的正上方设置有固定架，所述固定架与所述转臂2相连，用于固定所述转臂2，并使所述转臂2做圆周旋转运动，形成围绕所述载物台1的半球面；所述转臂2上设置有导轨，所述平板探测器3位于该导轨上，利用该导轨在所述转臂2上滑动；且所述平板探测器3结合其在所述转臂2上的滑动以及所述转臂2的圆周旋转运动，可活动于所形成半球面的任意位置。

本发明实施所提供的检测方法，首先，设立三维空间坐标系(x,y,z)，X射线源位于坐标原点，即O点；载物台1位于射线源的上方，并且到射线源的距离为h，载物台所在的平面与xOy平面平行；载物台1可以在空间三维方向上作平移运动；被检物体4置于载物台1之上；转臂2在载物台1上方，可以绕z轴转动，平板探测器3可以在转臂2上滑动；D为平板探测器3的中心，平板探测器3所在的平面始终与OD垂直，OD的长度恒等于r₀，OD与z轴的夹角为α；C为被检物体4的中心，O、C、D三点在同一条直线上；矢量OD在xOy平面内的垂直投影与x轴的夹角为θ，即旋转角；OC在坐标系平面xOy的垂直投影的长度记为r；坐标系(x,y,z)绕z轴旋转旋θ角，得到旋转坐标系(x_r,y_r,z)。

图2所示为本发明实施例所述检测方法x_rOz截面示意图；图3所示为本发明实施例所述检测方法被检物体中心和平板探测器中心运动轨迹在xOy平面的垂直投影的示意图。如图1、图2、图3所示，扫描时所述C点在三维空间坐标系(x,y,z)中的运动轨迹6，可以用下面的公式表示：

其中m,n为互质的自然数，θ₀为实数，旋转角0≤θ＜m·2π；

与所述C点相对应的D点的运动轨迹5，可以表示为：

其中

图4所示为本发明一些实施例所述检测方法被检物体中心C和平板探测器中心D运动轨迹在xOy平面的垂直投影的示意图。图4中上面一行自左向右分别为(n＝5,m＝2)，(n＝5,m＝3)，(n＝5,m＝6)时的示意图；图4中下面一行自左向右分别为(n＝8,m＝1)，(n＝8,m＝3)，(n＝8,m＝7)时的示意图。如图4所示，所述一次扫描中C和D绕z轴转动m圈。

本发明的检测方法，在一次扫描过程中被检物体和探测器绕垂直于载物台并过射线源的转轴转动；在所述的转动过程中，所述射线源与所述探测器的中心连线垂直于所述探测器并过所述被检物体的中心。所述被检物体的中心离转轴的距离是与所述旋转角相关的正弦状的函数。完成一次扫描时，所述被检物体的中心的运动轨迹为一条闭合的曲线。这里的曲线可以是一种利用函数关系进行表达的，因此，能同时内建于计算机程序中，从而能得到被检物体内部图像的更完备的投影数据。

本发明的检测方法在一次扫描中能够连续的获得中心射线与转轴夹角在某个范围内变化的投影数据；该检测方法能够获得用于重建被检物体内部图像的更完备的投影数据。

以上所述，仅为本发明代表性的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于计算机分层扫描成像CL系统的检测方法，包括步骤：

将被检物体设置于载物台；

启动射线源及启动所述载物台进行平移运动；

相应地旋转转臂，利用转臂上平板探测器采集所需角度的投影数据，

通过计算机对所采集的投影数据进行重建以得到所述被检物体的断层图像；其特征在于，

在扫描过程中，所述被检物体和探测器绕垂直于载物台并过射线源的转轴转动；所述被检物体的中心离转轴的距离是与旋转角相关的正弦状的函数关系，所述射线源与所述探测器的中心连线垂直于所述探测器并过所述被检物体的中心；所述被检物体的中心的运动轨迹为至少一条闭合的曲线；

所述闭合的曲线是能以正弦函数关系表达的曲线，所述闭合的曲线同时内建于对投影数据进行重建的计算机程序中，以此能得到被检物体内部图像的投影数据。

2.根据权利要求1所述基于计算机分层扫描成像CL系统的检测方法，其特征在于，所述旋转角的范围等于或大于360度。

3.根据权利要求1或2所述基于计算机分层扫描成像CL系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

设立三维空间坐标系x,y,z，射线源位于坐标原点，即O点；所述载物台位于所述射线源的上方，并且到所述射线源的距离为h，所述载物台所在的平面与xOy平面平行；所述载物台能在空间三维方向上作平移运动；所述被检物体置于所述载物台之上；所述转臂在所述载物台上方，所述转臂可以绕z轴转动，所述平板探测器可以在所述转臂上滑动；D为所述平板探测器的中心，所述平板探测器所在的平面始终与矢量线OD垂直，矢量线OD的长度恒等于r₀，矢量线OD与z轴的夹角为α；C为被检物体的中心，O、C、D三点在同一条直线上；矢量线OD在xOy平面内的垂直投影与x轴的夹角为θ，即旋转角；线OC在坐标系平面xOy的垂直投影的长度记为r；坐标系x,y,z绕z轴旋转旋θ角，得到旋转坐标系x_r,y_r,z；r₁为圆周扫描时C点的运动半径；r2为该扫描方式中C点运动半径的变化幅值；

扫描时所述C点在所述三维空间坐标系x,y,z中的运动轨迹，满足以下条件：

$\left\{\begin{array}{c}x=rcos\left(\mathrm{\θ}\right)\\ y=rsin\left(\mathrm{\θ}\right)\\ z=h\end{array}\right.$

其中m,n为互质的自然数，θ₀为实数，所述旋转角θ的范围等于或大于360度；

与所述C点相对应的所述D点的运动轨迹，满足以下条件：

$\left\{\begin{array}{c}x=r_{0}sin\left(\mathrm{\α}\right)cos\left(\mathrm{\θ}\right)\\ y=r_{0}sin\left(\mathrm{\α}\right)sin\left(\mathrm{\θ}\right)\\ z=r_0\cos \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}\right.$

其中