CN109632844A - 基于直线扫描轨迹的双能ct成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于CT成像技术领域，特别涉及一种基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统及方法，该方法包含：对待扫描物体进行直线轨迹CT扫描，通过低能投影数据获取路径获得低能投影数据，通过高能投影数据获取路径获得高能投影数据，两段路径长度相等，待扫描物体在射线发生单元和数据探测单元之间沿着一个方向水平直线运动；利用直线轨迹CT重建算法分别对低能投影数据和高能投影数据进行图像重建，获得双能CT重建图像。本发明通过在射线发生单元和数据探测单元之间放置滤波片，获得物体在直线轨迹条件下的高、低能投影信息，实现直线轨迹X射线双能CT成像，结构简单，无需额外增加射线源和探测器，大幅降低双能CT成像系统的制造成本，具有很强的应用前景。

Description

基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统及方法

技术领域

本发明属于CT成像技术领域，特别涉及一种基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统及方法。

背景技术

X射线计算机断层成像（Computed Tomography，CT）是一种由物体的X射线投影来反求其衰减分布的技术，涵盖核物理、数学、计算机、精密仪器等多个学科。该技术利用物体在不同角度下的X射线透射信息，通过图像重建算法获取物体衰减特性分布，从而实现无损的前提下透视物体内部三维结构。自Hounsfield成功研制第一台CT以来，CT技术已在工业无损探伤、公共场所安全检查和医学诊断等多个领域中得到了成功应用。然而在实际应用中，传统的CT成像方式存在较大不足，难以满足实际应用中的检测的需求：一方面，传统的圆轨迹和螺旋轨迹等扫描方式需要通过旋转运动来获取不同角度的投影数据，而对于很多大型物体或长物体，无论是物体本身旋转还是射线源和探测器的旋转都存在较大困难；另一方面，批量产出的装备对检测和扫描速度的要求很高，而基于旋转扫描的CT系统检测速度较慢，难以满足实时检测的应用需求。

双能CT成像技术在近年来得到迅速发展，正逐步成为解决上述问题的有效途径。在双能CT成像系统中，主要有四种成像系统架构：双源双探模式、单源双探模式、快速kVp切换模式和慢速kVp切换模式。其中，双源双探模式和单源双探模式成像效果良好，但是都需要增加额外的射线源或探测器；快速kVp切换模式扫描速度快，但电压变换速率有限，导致能谱的区分度降低；慢速kVp切换模式无需改造CT设备硬件，但其数据采集时间长，不适用于成像速度要求高的应用。因此，需要一种实现物体快速扫描、进行物质识别、低成本的、无需增加额外射线源和探测器等硬件设备的双能CT扫描技术。

发明内容

为此，本发明提供一种基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统及方法，在无需增加额外硬件设备的前提下，以低成本、快扫描实现双能成像物质识别，具有很强的应用前景。

按照本发明所提供的设计方案，一种基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，包含如下内容：

射线发生单元，用于产生穿透待扫描物体的锥形射线束；

水平载物传动平台，用于使待扫描物体平行于数据探测单元探测平面方向运动，包含传送带及固定待扫描物体的载物台；

滤波片，放置于射线发生单元和数据探测单元之间，对部分锥形射线束进行滤波，形成低能投影数据获取路径和高能投影数据获取路径。

数据探测单元，用于获取穿透待扫描物体两个投影数据获取路径上的双能射线束透射投影数据；

成像显示单元，用于将数据探测单元接收到的双能射线束透射投影数据重建为高低能图像，并将重建结果进行显示。

一种基于直线扫描轨迹的双能CT扫描方法，基于上述的双能CT成像系统实现，该实现过程包含如下内容：对待扫描物体进行直线轨迹CT扫描，通过低能投影数据获取路径获得低能投影数据，通过高能投影数据获取路径获得高能投影数据，两段路径长度相等，待扫描物体在射线发生单元和数据探测单元之间沿着一个方向水平直线运动；利用直线轨迹CT重建算法分别对低能投影数据和高能投影数据进行图像重建，获得双能CT重建图像。

本发明的有益效果：

本发明采用滤波片实现双能CT扫描，利用直线轨迹扫描，并仅使用单个射线源、单个探测器就能达到双能CT成像的效果；系统中机械结构简单，无需额外增加射线源和探测器，大幅降低了双能CT成像系统的制造成本，对于CT成像技术发展都具有重要的指导意义。

附图说明：

图1为实施例中双能CT成像系统工作原理示意图；

图2为现有直线轨迹扫描过程示意图；

图3为实施例中双能CT扫描平面示意图。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明。

针对现有双能CT扫描成像技术中存在的需要增加额外的射线源或探测器，能谱区分度低，数据采集时间长、不适用于成像速度要求高的应用等的情形，本发明实施例中，参见图1所示，提供一种基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，包含如下内容：

射线发生单元，用于产生穿透待扫描物体的锥形射线束；

水平载物传动平台，用于使待扫描物体平行于数据探测单元探测平面方向运动，包含传送带及固定待扫描物体的载物台；

滤波片，放置于射线发生单元和数据探测单元之间，对部分锥形射线束进行滤波，形成低能投影数据获取路径和高能投影数据获取路径。

数据探测单元，用于获取穿透待扫描物体两个投影数据获取路径上的双能射线束透射投影数据；

成像显示单元，用于将数据探测单元接收到的双能射线束透射投影数据重建为高低能图像，并将重建结果进行显示。

单能的基于直线轨迹扫描的CT系统，参见图2所示，其采用的是射线源和探测器相对于被检测物体做直线运动的扫描方式，使得CT成像技术用于大型物体的快速安全检查成为可能。直线轨迹成像是指扫描路径是直线的成像模式。

本发明实施例中，射线发生单元可设置为仅包含单个射线源，数据探测单元可设置为仅包含单个探测器，基于单射线源、单探测器的双能CT成像通过在射线发生单元和数据探测单元之间放置滤波片，使得X射线穿过滤波片后得到了两种不同能量的X射线，不同能量的X射线穿过被成像物体得到被扫描物质的衰减信息，获得物体在直线轨迹条件下的高、低能投影信息，实现直线轨迹X射线双能CT成像。滤波片的设置有两种方式：在射线源和待扫描物体中间或者在待扫描物体和探测器中间，该滤波片仅遮挡一半的锥形X射线束。滤波片材质可根据实际系统扫描中待扫描物体的性质决定，例如铝、铜、钛或锡等，滤波片大小可根据放置位置、待扫描物体大小和探测器尺寸大小等因素决定，滤波片形状可为正方形或长方形。对待检测物体进行直线轨迹CT扫描，通过两个路径分别获得低能和高能投影数据，两段路径长度相等，待检测物体在射线源和探测器之间沿着一个方向水平直线运动。利用直线轨迹CT重建算法分别对部分角度下的低能投影数据和部分角度下的高能投影数据进行图像重建，以获得低能重建图像和高能重建图像。

如图3所示，在本发明实施例中利用滤波片实现双能CT扫描的技术，滤波片用来遮挡一半射线水平张角的锥形X射线束，将其中的低能信息滤掉，使得探测器中采集到的数据一半是未通过滤波片的低能信息，另一半是通过滤波片后的高能信息。被检查物体在射线源和探测器之间进行水平直线运动。其中，滤波片的放置位置具有两种选择：第一种如图3（a）所示，放置于射线源与待扫描物体之间，在锥形X射线束未透射物体前先进行低能信息的过滤；第二种如图3（b）所示，放置于待扫描物体与探测器之间，在锥形X射线束已透射物体后再进行低能信息的过滤。通过这两种滤波片的放置方法，本发明实施例都可以由直线轨迹扫描获取到低能、高能两种能量的衰减信息。利用双能投影信息分别进行CT重建，得到高能和低能的CT重建图像。

如上所述，本发明实施例中基于直线轨迹成像系统的双能CT扫描技术采用滤波片实现双能CT扫描，利用直线轨迹扫描，并仅使用单个射线源、单个探测器就能达到双能CT成像的效果，结构简单，无需额外增加射线源和探测器，大幅降低了双能CT成像系统的制造成本。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

基于上述的方法，本发明实施例还提供一种服务器，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。

基于上述的方法，本发明实施例还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现上述的方法。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，其特征在于，包含：

射线发生单元，用于产生穿透待扫描物体的锥形射线束；

水平载物传动平台，用于使待扫描物体平行于数据探测单元探测平面方向运动，包含传送带及固定待扫描物体的载物台；

滤波片，放置于射线发生单元和数据探测单元之间，对部分锥形射线束进行滤波，形成低能投影数据获取路径和高能投影数据获取路径；

数据探测单元，用于获取穿透待扫描物体两个投影数据获取路径上的双能射线束透射投影数据；

成像显示单元，用于将数据探测单元接收到的双能射线束透射投影数据重建为高低能图像，并将重建结果进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，其特征在于，射线发生单元包含单个射线源。

3.根据权利要求1所述的基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，其特征在于，数据探测单元包含单个探测器。

4.根据权利要求1所述的基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，其特征在于，滤波片放置于射线发生单元与待扫描物体中间，或待扫描物体与探测器中间，形成高能投影数据获取路径。

5.根据权利要求1所述的基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，其特征在于，滤波片材质采用铝或铜或钛或锡。

6.根据权利要求1所述的基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，其特征在于，滤波片尺寸与待扫描物体大小和数据探测单元大小相匹配。

7.根据权利要求1所述的基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，其特征在于，滤波片形状为长方形。

8.根据权利要求7所述的基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，其特征在于，滤波片形状为正方形。

9.根据权利要求1所述的基于直线扫描轨迹的双能CT成像系统，其特征在于，低能投影数据获取路径和高能投影数据获取路径长度相等。

10.一种基于直线扫描轨迹的双能CT扫描方法，其特征在于，基于权利要求1所述的双能CT成像系统实现，该实现过程包含如下内容：对待扫描物体进行直线轨迹CT扫描，通过低能投影数据获取路径获得低能投影数据，通过高能投影数据获取路径获得高能投影数据，两段路径长度相等，待扫描物体在射线发生单元和数据探测单元之间沿着一个方向水平直线运动；利用直线轨迹CT重建算法分别对低能投影数据和高能投影数据进行图像重建，获得双能CT重建图像。