CN111982939B - 可移动式多段直线光源ct成像系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可移动式多段直线光源CT成像系统及方法，其中，所述直线光源CT成像系统包括：可移动的多个扫描段，每个扫描段包括一个直线分布式光源阵列和一个直线探测器阵列，所述直线分布式光源阵列用于发出射线，所述直线探测器阵列用于获取扫描投影数据；其中，所述直线分布式光源阵列为可移动光源阵列和/或所述直线探测器阵列为可移动探测器阵列。本发明可移动式多段直线光源CT成像系统及方法可以改变扫描视野，增加了成像系统的灵活性，能够适应不同的应用场景。

Description

可移动式多段直线光源CT成像系统及方法
技术领域
本发明涉及辐射成像技术领域，特别涉及一种可移动式多段直线光源CT成像系统及方法。
背景技术
目前，CT成像系统已经在医疗、工业、安检等领域发挥着至关重要的作用，传统的CT成像系统多为圆轨道或螺旋轨道CT，圆轨道或螺旋轨道CT需要使用滑环，噪音和振动较大，而且对X射线机、高压模块、探测器等部件的机械强度要求较高，安全性和可靠性有待进一步提高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种可移动式多段直线光源CT成像系统及方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种可移动式多段直线光源CT成像系统，包括：
可移动的多个扫描段，每个扫描段包括一个直线分布式光源阵列和一个直线探测器阵列，所述直线分布式光源阵列用于发出射线，所述直线探测器阵列用于获取扫描投影数据；其中，所述直线分布式光源阵列为可移动光源阵列和/或所述直线探测器阵列为可移动探测器阵列。
进一步的，每个扫描段的探测器阵列沿平行光源阵列方向平移，或每个扫描段的光源阵列沿平行探测器阵列方向平移，或每个扫描段的探测器阵列沿垂直光源阵列方向平移，或每个扫描段的光源阵列沿垂直探测器阵列方向平移。
进一步的，所述多个扫描段中的至少一扫描段沿靠近或远离所述多个扫描段中的至少另一扫描段的方向移动。
进一步的，所述光源阵列为可转动光源阵列，所述探测器阵列为可转动探测器阵列。
进一步的，还包括控制器，用于控制所述光源阵列和所述探测器阵列同步转动。
进一步的，每个扫描段的直线分布式光源阵列和直线探测器阵列分别位于待测物体两侧且相对设置。
进一步的，每个扫描段的直线分布式光源阵列和直线探测器阵列相互平行。
进一步的，所述多个扫描段分布在不同的平面内。
根据本发明的另一个方面，提供了一种分布式光源CT图像重建方法，包括：
获取可移动的多个扫描段的多段扫描投影数据；以及
根据所述多段扫描投影数据，利用直线轨迹重建算法进行成像。
进一步的，将每个扫描段的直线分布式光源阵列和直线探测器阵列分别设置在待测物体两侧且相对设置，由此获取多段扫描投影数据。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明一种可移动式多段直线光源CT成像系统及方法至少具有以下有益效果其中之一：
(1)与传统的CT成像系统相比，本发明采用直线分布式光源避免了滑环的使用，不但减少了噪音和振动，也降低了X射线机、高压模块、探测器等部件的机械强度要求，使整体系统更为安全、可靠，同时具备较快的扫描速度，其在医疗、工业、安检等领域有着很大的应用潜力。
(2)利用多个扫描段，多段直线分布式光源和多段直线探测器阵列组合起来获取完备的投影数据以实现重建，解决了单一直线分布式光源CT获取的投影数据不完备的问题，提高了重建的精确性。
(3)本发明可移动式多段直线光源CT成像系统，包含多段直线分布式光源扫描，扫描光源和探测器的空间位置可以移动调整，实现扫描视野的改变，增加了成像系统的灵活性，能够适应不同的应用场景。
(4)本发明可移动式多段直线光源CT成像系统能够实现多个自由度的运动，包括平行于光源阵列/探测器阵列的运动，垂直于光源阵列/探测器阵列的运动，扫面段之间的相对位置/距离变化的运动，及扫描段的转动，由此可以更好的适用不同的场景，满足用户的使用需求，且能够提高重建的精确性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例可移动式多段直线光源CT成像系统结构示意图。
图2为本发明实施例扫描段空间位置变换示意图。
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，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出一种可移动式多段直线光源CT成像系统，包括：可移动的多个扫描段，每个扫描段包括一个直线分布式光源阵列和一个直线探测器阵列，所述直线分布式光源阵列用于发出射线，所述直线探测器阵列用于获取扫描投影数据；其中，所述直线分布式光源阵列为可移动光源阵列和/或所述直线探测器阵列为可移动探测器阵列。
与传统的CT成像系统相比，本发明采用直线分布式光源避免了滑环的使用，不但减少了噪音和振动，也降低了X射线机、高压模块、探测器等部件的机械强度要求，使整体系统更为安全、可靠，同时具备较快的扫描速度，其在医疗、工业、安检等领域有着很大的应用潜力。
每个扫描段的直线分布式光源阵列和直线探测器阵列分别位于待测物体两侧且相对设置，两者相互平行。进一步的，所述多个扫描段分布在不同的平面内。
利用多个扫描段，多段直线分布式光源和多段直线探测器阵列组合起来获取完备的投影数据以实现重建，解决了单一直线分布式光源CT获取的投影数据不完备的问题，提高了重建的精确性。
根据本发明的实施例，每个扫描段的探测器阵列沿平行光源阵列方向平移，或每个扫描段的光源阵列沿平行探测器阵列方向平移，或每个扫描段的探测器阵列沿垂直光源阵列方向平移，或每个扫描段的光源阵列沿垂直探测器阵列方向平移。本发明平行/垂直光源阵列/探测器阵列方向具体是指平行/垂直光源阵列/探测器阵列的工作面的方向，光源阵列/探测器阵列通常包括工作面和非工作面，本发明涉及的是工作面。示例性的，每个扫描段的探测器阵列沿平行光源阵列方向平移，可以是探测器阵列沿平行于光源阵列的多个方向中的任一方向移动，例如，在光源阵列工作面为长方形的情况下，探测器阵列可以是沿长方形的长边方向移动，也可以是沿长方形的短边移动，还可以沿长方形的对角线移动，且并不仅限于此，可以是沿平行于长方形的任意方向移动。对于光源阵列沿平行探测器阵列方向平移的情况与上述类似，此处不再赘述。可见本发明成像系统具有多自由度，高灵活性。
根据本发明的实施例，所述多个扫描段中的至少一扫描段沿靠近或远离所述多个扫描段中的至少另一扫描段的方向移动。由此，扫描段之间的相对位置及距离相应变化。
根据本发明的实施例，所述光源阵列为可转动光源阵列，所述探测器阵列为可转动探测器阵列。示例性的，本发明可通过控制器控制所述光源阵列和所述探测器阵列同步转动，可以根据实际需要绕一点进行转动。
本发明可移动式多段直线光源CT成像系统，包含多段直线分布式光源扫描，扫描光源和探测器能够平移或转动，从而可以实现空间位置多自由度移动调整，改变扫描视野，增加了成像系统的灵活性，适应不同的应用场景。
实施例一
如图1所示，所述可移动式多段直线光源CT成像系统包含多个扫描段，分别为第一扫描段1、第二扫描段2、……、第N扫描段N。其中，不同的扫描段(即第一扫描段1、第二扫描段2、……、第N扫描段N)分处在不同的平面内。每个扫描段主要包括一个直线分布式光源阵列和一个直线探测器阵列，即第一扫描段1包括第一直线分布式光源阵列11和第一直线探测器阵列12，第二扫描段2包括第二直线分布式光源阵列21和第二直线探测器阵列22，……，第N扫描段N包括第N直线分布式光源阵列N1和第N直线探测器阵列N2。每个扫描段的直线分布式光源阵列和直线探测器阵列相互平行，分布在平移台的两侧，即第一直线分布式光源阵列11和第一直线探测器阵列12相互平行，即第二直线分布式光源阵列21和第二直线探测器阵列22相互平行，……，第N直线分布式光源阵列N1和第N直线探测器阵列N2相互平行。
在实际应用时，病人或物体利用平移台0依次通过N个扫描段，即依次通过第一扫描段1、第二扫描段2、……、第N扫描段N，每个扫描段获取对应的投影数据，综合所述N个扫描段的投影数据，利用传统的直线轨迹重建算法即可进行成像。关于直线轨迹重建算法的具体细节此处不再赘述。
实施例二
所述可移动式多段直线光源CT成像系统包含多个扫描段，分别为第一扫描段、第二扫描段、……、第N扫描段。其中，不同的扫描段分处在不同的平面内。每个扫描段主要包括一个直线分布式光源阵列和一个直线探测器阵列，即第一扫描段包括第一直线分布式光源阵列和第一直线探测器阵列，第二扫描段包括第二直线分布式光源阵列和第二直线探测器阵列，……，第N扫描段包括第N直线分布式光源阵列和第N直线探测器阵列。每个扫描段的直线分布式光源阵列和直线探测器阵列相互平行，分布在平移台的两侧。
如图2所示，本实施例所述扫描段可以进行空间位置上的平移和转动，具体的，每个扫描段都包含多个自由度：(1)光源阵列沿着平行探测器阵列方向D1的平移(例如第一直线光源阵列沿着平行第一直线分布式探测器阵列方向的平移，第二直线光源阵列沿着平行第二直线分布式探测器阵列方向的平移，……，第N直线光源阵列沿着平行第N直线分布式探测器阵列方向的平移)，探测器阵列沿着平行光源阵列方向的平移(例如第一直线探测器阵列沿着平行第一直线分布式光源阵列方向的平移，第二直线探测器阵列沿着平行第二直线分布式光源阵列方向的平移，……，第N直线探测器阵列沿着平行第N直线分布式光源阵列方向的平移)；(2)光源阵列沿着垂直探测器阵列方向D2的平移(例如第一直线光源阵列沿着垂直第一直线分布式探测器阵列方向的平移，第二直线光源阵列沿着垂直第二直线分布式探测器阵列方向的平移，……，第N直线光源阵列沿着垂直第N直线分布式探测器阵列方向的平移)，探测器阵列沿着垂直光源阵列方向的平移(例如第一直线探测器阵列沿着垂直第一直线分布式光源阵列方向的平移，第二直线探测器阵列沿着垂直第二直线分布式光源阵列方向的平移，……，第N直线探测器阵列沿着垂直第N直线分布式光源阵列方向的平移)；(3)光源阵列和探测器阵列的转动，例如第N光源阵列N1和第N探测器阵列N2绕支点P同步转动，由此实现了有效重建区域的自适应调整，有利于获得精确的重建图像。
病人或物体利用平移台依次通过N个扫描段，每个扫描段获取对应的投影数据，综合N个扫描段的投影数据，然后利用传统的直线轨迹重建算法进行成像。
通过多个扫描段空间位置的调整，可以改变有效扫描区域(即精确重建感兴趣区)，不仅可以提高射线的利用率，还可以扩大系统的可重建范围，让成像系统更加灵活，适用更多的场景。
本发明有效重建区域的位置具体由不同扫描段的空间位置所决定，有效重建区域能够满足数据完备的要求，有利于获得精确重建图像。
本发明还提供了一种分布式光源CT图像重建方法，包括：
获取可移动的多个扫描段的多段扫描投影数据；以及
根据所述多段扫描投影数据，利用直线轨迹重建算法进行成像。
具体的，将多个扫描段的每个扫描段的直线分布式光源阵列和直线探测器阵列分别设置在待测物体两侧且相对设置，由此获取多段扫描投影数据。
至此，已经结合附图对本发明进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
当然，根据实际需要，本发明还可以包含其他的部分，由于同本发明的创新之处无关，此处不再赘述。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。
此外，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
除非存在技术障碍或矛盾，本发明的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本发明的保护范围中。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中发明的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本发明的限制。
虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可移动式多段直线光源CT成像系统，其特征在于，包括：
可移动的多个扫描段，每个扫描段包括一个直线分布式光源阵列和一个直线探测器阵列，所述直线分布式光源阵列用于发出射线，所述直线探测器阵列用于获取扫描投影数据；其中，所述直线分布式光源阵列为可移动光源阵列和/或所述直线探测器阵列为可移动探测器阵列；
每个扫描段的探测器阵列沿平行光源阵列方向平移，或每个扫描段的光源阵列沿平行探测器阵列方向平移，或每个扫描段的探测器阵列沿垂直光源阵列方向平移，或每个扫描段的光源阵列沿垂直探测器阵列方向平移；
所述多个扫描段分布在不同的平面内。
2.根据权利要求1所述的可移动式多段直线光源CT成像系统，其特征在于，所述多个扫描段中的至少一扫描段沿靠近或远离所述多个扫描段中的至少另一扫描段的方向移动。
3.根据权利要求1所述的可移动式多段直线光源CT成像系统，其特征在于，所述光源阵列为可转动光源阵列，所述探测器阵列为可转动探测器阵列。
4.根据权利要求1所述的可移动式多段直线光源CT成像系统，其特征在于，还包括控制器，用于控制所述光源阵列和所述探测器阵列同步转动。
5.根据权利要求1所述的可移动式多段直线光源CT成像系统，其特征在于，每个扫描段的直线分布式光源阵列和直线探测器阵列分别位于待测物体两侧且相对设置。
6.根据权利要求1所述的可移动式多段直线光源CT成像系统，其特征在于，每个扫描段的直线分布式光源阵列和直线探测器阵列相互平行。
7.一种分布式光源CT图像重建方法，利用如权利要求1-6任一项所述的可移动式多段直线光源CT成像系统，其特征在于，所述方法包括：
获取可移动的多个扫描段的多段扫描投影数据；以及
根据所述多段扫描投影数据，利用直线轨迹重建算法进行成像。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将每个扫描段的直线分布式光源阵列和直线探测器阵列分别设置在待测物体两侧且相对设置，由此获取多段扫描投影数据。
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