CN112649451B - 用于大型对象的快速工业计算机断层扫描 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“用于大型对象的快速工业计算机断层扫描”。用于计算机断层扫描检查的系统可包括台、固定辐射源、固定辐射检测器和控制器。台可将目标固定在其上并使目标围绕旋转轴线旋转。辐射源可从焦点发射穿透辐射的光束，该光束被引导到目标的一部分上。辐射检测器可包括感测面，该感测面被配置为采集作为位置的函数的入射在其上的辐射光束强度的测量值。控制器可命令台在横向于辐射光束的中心轴线的方向上从第一位置平移到第二位置。目标在第一位置和第二位置处的放大率可大致相等。在由检测器测量辐射光束强度期间，台不横向于辐射光束的中心轴线平移。

Description

用于大型对象的快速工业计算机断层扫描
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年10月9日提交的名称为“Fast Industrial ComputedTomography For Large Objects”的美国临时专利申请62/912,698的权益，该美国临时专利申请的全文以引用方式并入。
背景技术
非破坏性测试(NDT)是一类可用于在不引起损坏的情况下检查目标以确定被检查的目标是否符合所需规格的分析技术。NDT已在采用不易从其周围环境中去除的结构的工业(诸如航空航天、发电、石油和天然气的运输或精炼、以及运输)中得到广泛认可。
计算机断层扫描(CT)是NDT技术的一个示例。在某些具体实施中，CT可提供作为穿过目标的横截面的几何形状的函数的材料密度的定量图像。这些横截面图像可组合以产生目标的对应三维(体积)表示。
然而，现有CT系统可采集包括伪影的CT图像。伪影可指CT图像与基于目标材料的密度和目标几何形状的预期之间的任何差异。因此，仍然需要减少CT图像中伪影的出现的用于CT检查的改进系统和对应方法。
发明内容
在实施方案中，提供了一种系统。该系统可包括台、固定辐射源、固定辐射检测器和控制器。该台可以被配置为将目标固定在其上并且使目标围绕旋转轴线旋转。固定辐射源可被配置为从焦点发射穿透辐射的光束并且将该光束引导到目标的一部分上。固定辐射检测器可包括感测面，该感测面被配置为采集作为位置的函数的入射在其上的辐射光束的强度的测量值。控制器可被配置为命令台在横向于辐射光束的中心轴线的方向上在第一位置和第二位置之间平移目标。目标在第一位置和第二位置处的放大率可大致相等。在由检测器测量辐射光束强度期间，台不横向于辐射光束的中心轴线平移。
在另一个实施方案中，旋转轴线可定位在第一位置和第二位置处的辐射光束内。
在另一个实施方案中，第一位置和第二位置可关于辐射光束的中心轴线大致对称。
在另一个实施方案中，台可被配置为将目标平移到位于第一位置和第二位置之间的第三位置。目标在第一位置、第二位置和第三位置中的放大率可大约相等。
在另一个实施方案中，在第三位置中，旋转轴线可与辐射光束的中心轴线大致相交。
在另一个实施方案中，第三位置中的旋转轴线的位置可在第一位置中的旋转轴线的位置和第二位置中的旋转轴线的位置之间大致等距。
在另一个实施方案中，辐射光束为扇形光束或锥形光束。
在另一个实施方案中，辐射光束不是平行光束。
在另一个实施方案中，提供了一种方法。该方法可包括将具有安装到其上的目标的台定位在第一位置处。该方法还可包括从固定辐射源的焦点发射穿透辐射的光束。辐射光束可以从焦点延伸，穿过目标的一部分，并且入射到固定辐射检测器的感测面上。该方法还可包括在发射辐射光束期间使处于第一位置处的台围绕旋转轴线旋转。该方法还可包括在使处于第一位置处的台旋转期间，由固定检测器测量作为位置的函数的入射在其上的辐射光束的强度。该方法还可以包括停止测量辐射光束的强度。该方法还可以包括沿着横向于辐射光束的中心轴线的平移路径将台从第一位置平移到第二位置。该方法可另外包括在发射辐射光束期间使处于第二位置处的台围绕旋转轴线旋转。该方法还可包括在使第二位置中的台旋转期间，由检测器测量作为位置的函数的入射在其上的辐射光束的强度。该方法还可包括由辐射检测器输出包括表征在第一位置和第二位置处测量的辐射光束的强度的数据的相应信号。
在另一个实施方案中，旋转轴线可定位在第一位置和第二位置处的辐射光束内。
在另一个实施方案中，第一位置和第二位置可关于辐射光束的中心轴线大致对称。
在另一个实施方案中，该方法还可包括通过台将目标平移至位于第一位置和第二位置之间的第三位置。目标在第一位置、第二位置和第三位置中的放大率可大约相等。
在另一个实施方案中，在第三位置中，旋转轴线可与辐射光束的中心轴线大致相交。
在另一个实施方案中，第三位置中的旋转轴线的位置可在第一位置中的旋转轴线的位置和第二位置中的旋转轴线的位置之间大致等距。
在另一个实施方案中，在发射第一辐射光束或第二辐射光束期间不平移台。
在另一个实施方案中，辐射光束可以是扇形光束或锥形光束。
在另一个实施方案中，该方法还包括在测量辐射光束的强度之前校准该台。
在另一个实施方案中，校准可确定旋转轴线相对于辐射检测器和固定辐射源的定位。
在另一个实施方案中，该方法还包括基于表征在第一位置和第二位置处测量的辐射光束的强度的数据来测量目标的至少一个尺寸。
在另一个实施方案中，可以从由表征在第一位置和第二位置处测量的辐射光束的强度的数据重建的体积图像采集尺寸测量值。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些和其他特征，其中：
图1A是示出包括计算机断层扫描(CT)系统的操作环境的一个示例性实施方案的图示，该CT系统被配置为在两个位置处执行偏移扫描；
图1B是示出包括旋转180°的目标的图1A的操作环境的侧视图的图示；
图1C是示出由图1A的CT系统采集的CT图像重建的目标的横截面的CT体积图像；
图1D是示出由图1A的CT系统采集的CT图像重建的另一个目标的横截面的CT体积图像；
图2A是示出包括CT系统的操作环境的第一视图的图示，该CT系统被配置为在单个位置处执行偏移扫描；
图2B是示出包括旋转180°的目标的图2A的操作环境的侧视图的图示；
图2C是示出由图2A的CT系统采集的CT图像重建的目标的横截面的CT体积图像；
图2D是示出由图2A的CT系统采集的CT图像重建的另一个目标的横截面的CT体积图像；
图3A是示出包括计算机断层扫描(CT)系统的操作环境的一个示例性实施方案的图示，该CT系统包括2x虚拟检测器；
图3B是示出由图3A的CT系统采集的CT图像重建的目标的横截面的CT体积图像；
图4A是示出包括本公开的计算机断层扫描(CT)系统的另一个实施方案的操作环境的一个示例性实施方案的图示，该CT系统被配置为在三个位置处执行偏移扫描；
图4B是示出与图4A的CT系统中的辐射光束相交的包括三个测量位置的目标的区域的一个示例性实施方案的图示；
图4C是示出在与CT系统的实施方案中的辐射光束相交的包括四个测量位置的目标的区域的一个示例性实施方案的图示；
图5A是示出具有最大大小的目标的图3A的CT系统的占位面积(footprint)的图示；
图5B是示出具有最大尺寸的目标的图1A的CT系统的占位面积的图示；
图5C是示出图5A和图5B的占位面积的比较的图示。
图6A是示出图3A的CT系统的占位面积的图示，其中与图5A相比，为了增加放大率而放置目标；
图6B是示出图1A的CT系统的占位面积的图示，其中与图5B相比，为了增加放大率而放置目标；
图6C是示出图6A和图6B的占位面积的比较的图示。
图7A是示出包括3x虚拟检测器的CT系统的占位面积的图示，其中与图6B相比，为增加放大率而放置目标；
图7B是示出图4A的CT系统的占位面积的图示，其中与图6B相比，为了增加放大率而放置目标；
图7C是示出图7A和图7B的占位面积的比较的图示；
图8A是示出当正确估计台的旋转轴线T时由图1A的CT系统采集的CT图像重建的CT体积图像的图示；
图8B是图8A的CT体积图像的放大视图；
图8C是示出当不正确地估计台的旋转轴线T时由图1A的CT系统采集的CT图像重建的CT体积图像的图示；
图8D是图8C的CT体积图像的放大视图；
图8E是示出当不正确地估计台的旋转轴线T时由图2A的CT系统重建的CT体积图像的图示；
图8F是图8E的CT体积图像的放大视图；并且
图9是示出用于通过计算机断层扫描检查目标的方法的一个实施方案的流程图。
应注意，附图不一定按比例绘制。附图仅旨在描绘本文所公开的主题的典型方面，因此不应视为限制本公开的范围。
具体实施方式
计算机断层扫描(CT)是非破坏性测试技术的一个示例，该技术可使用辐射光束诸如X射线通过目标对象的切片或横截面提供材料密度的定量图像。这些图像(例如，横截面)可组合以产生目标的对应三维表示。然而，用于执行CT的现有技术可产生包括伪影、出现在CT图像中但不是目标的一部分的错误特征的图像。因此，提供了用于CT检查的改进的系统和方法，该系统和方法减少了CT图像中伪影的出现。在实施方案中，CT系统被配置为将目标定位在相对于辐射光束和检测器的两个或更多个定位处，并且在每个定位处采集目标的CT图像。两个或更多个位置彼此间隔开(例如，与辐射光束的中心轴线偏移)。当采用三个或更多个位置时，这些位置中的一者可与中心轴线对齐，而其他位置与中心轴线偏移。两个或更多个位置处的目标放大率(例如，目标距检测器的距离)可大致相等。例如，两个或更多个位置可以与辐射光束的中心轴线成约90度偏移。与在单个位置处采集CT图像的CT系统相比，可重建在两个或更多个定位处采集的CT图像以产生具有更少伪影的CT体积图像。
本文讨论了用于通过计算机断层扫描对目标诸如工业部件进行非破坏性检测的感测系统和对应方法的实施方案。然而，本公开的实施方案可用于通过计算机断层扫描对任何目标对象进行无限制地成像。例如，可采用具有各种组成和几何形状(例如，形状、大小等)的目标，并以一个或多个期望的放大率成像。
图1A示出了包括被配置为执行目标102的非破坏性测试的计算机断层扫描(CT)系统100的操作环境的一个示例性实施方案。CT系统100可包括辐射源104、台106、辐射检测器110、控制器112和输出装置114。一个或多个电源(未示出)可被配置为向CT系统100提供电力。台106可被定位在辐射源104和检测器110之间，并且其可被配置为将目标102固定在其上并使目标102围绕旋转轴线T旋转。辐射源104可被配置为从焦点116发射辐射光束108(例如，穿透辐射)并且引导辐射光束108入射到目标102上以用于目标102的成像。检测器110可包括感测面110f，该感测面被配置为检测在透射穿过目标102之后入射在其上的辐射光束108的部分。入射在检测器110的感测面110f上的辐射光束108的投影(例如，作为位置的函数的辐射光束108的强度)在本文中可被称为CT图像。
在使用中，辐射源104可被配置为响应于从控制器112接收的命令信号118s而从焦点116以预定几何形状(例如，二维或三维几何形状)发射辐射光束108。如下面详细讨论的，目标102可以被定位在相对于辐射光束108的中心轴线A横向偏移的两个或更多个位置处。在每个位置处，目标102可围绕其旋转轴线T旋转，并且可在检测器108处检测辐射光束108的强度。即，可在每个位置处采集CT图像。CT图像可用于重建表示目标102的不同横截面的CT体积图像。
一般来讲，CT体积图像可包含不表示目标102的伪影、假特征。例如，伪影自身可表现为亮条纹或暗条纹或阴影。伪影的存在可为不期望的，因为它们可阻止CT体积图像用于定量分析(例如，特征尺寸、组分体积分数等)。如下文更详细地讨论，通过在两个或更多个位置处采集CT图像，与现有CT系统相比，由这些CT图像重建的CT体积图像可表现出更少的伪影。下面参照图1A至图1D进一步详细地讨论系统100。
目标102的实施方案可以是适用于使用辐射光束108进行检查的任何结构和/或材料。例如，目标102可允许辐射光束108以足够的辐射强度(每单位时间每单位立体光束角的电磁能量)透射以供检测器110检测。目标结构的示例可包括铸件、车辆零件(例如，汽车、飞机、船舶等)。形成目标102的材料的示例可包括金属、金属合金、陶瓷、聚合物、石头以及它们的复合物。虽然目标102在本文中被示出为具有圆形横截面(例如，垂直于旋转轴线T)，但应当理解，目标的实施方案可具有任何期望的横截面积。
辐射源104的实施方案可为能够产生并引导穿透辐射的光束(例如，辐射光束108)穿过目标102的任何装置。穿透辐射的示例可具有至多约15MeV(例如，约100eV至约15MeV)的能量。在某些实施方案中，辐射光束108可具有二维或三维几何形状。在其他实施方案中，辐射光束108不是准直的。即，辐射光束108的光线相对于来自焦点116的发射可以是发散的，并且不是平行光束。二维几何形状的示例可包括扇形光束。三维几何形状的示例可包括圆锥几何形状(例如，直圆锥、倾斜圆锥以及它们的组合)。在任一种情况下，如图1A所示，辐射光束108可以是从焦点116延伸到检测器110的发散光束，该发散光束相对于中心轴线具有光束半角α。
台106可被配置为经由固定机构(未示出)将目标102固定到其上。固定机构可集成在台106内并且/或者与台106组合部署。固定机构的示例可包括粘合剂、夹具、条带、螺纹部件(例如，螺钉、螺栓)等。台106可被进一步配置为平移(例如，在一个或两个方向上)以将目标放置在相对于辐射光束108的中心轴线A的预定位置处。台106还可被配置为围绕旋转轴线T旋转，以便将目标102相对于检测器110以期望的旋转角度放置。
辐射检测器110可被配置为检测作为位置的函数的入射在其感测面110f上的穿透辐射的通量密度(也称为强度)。辐射检测器110的示例可包括气体电离检测器、闪烁计数器检测器、可光刺激的荧光板、摄影板、半导体检测器(例如，电荷耦合装置或CCD)等。在某些实施方案中，感测面110f可采用预定几何形状。如图1A所示，辐射检测器110可包括大致平面的感测面110f。辐射检测器110还可被配置为输出包括表示CT图像的数据(例如，作为位置的函数的入射在感测面110f上的辐射光束108的测量强度)的一个或多个检测信号110s。
在某些实施方案中，控制器112可与辐射源104通信，以用于控制辐射光束108的特性(例如，频率、振幅、强度、几何形状等)。控制器112还可与台106通信，以用于控制台106的移动(例如，平移和旋转)。控制器112可以是采用通用或专用处理器的任何计算装置。控制器112还可以包括用于存储与辐射光束108的控制和台106的移动相关的指令的存储器(未示出)。
在某些实施方案中，辐射源104和检测器110可以是固定的。即，辐射源104和检测器110可在CT检查期间表现出大致无移动(例如，相对于目标102的旋转轴线T和/或彼此保持在固定位置)，但可在进行CT检查之前移动以用于设置期望的扫描几何形状。
系统100可被配置为当台106被定位在两个或更多个测量位置处时采集辐射光束108的强度的测量值。如下面详细讨论的，当采用偶数个测量位置时，测量位置中的每一者可以使台106的旋转轴线T与辐射光束108的中心轴线A偏移。当采用奇数个测量位置时，一个测量位置可以使台106的旋转轴线T与辐射光束108的中心轴线A相交，并且剩余的测量位置可以使台106的旋转轴线T与辐射光束108的中心轴线A偏移。
图1A示出了包括两个测量位置(第一位置120a和第二位置120b)的示例性操作环境。在第一位置120a中，旋转轴线T与辐射光束108的中心轴线A偏移距离d1。在第二位置120b中，旋转轴线T与辐射光束108的中心轴线A偏移距离d2。
第一位置120a和第二位置120b的实施方案可采用多种配置。在一个方面，距离d1和d2可以大致彼此相等或彼此不同。在另一方面，第一位置120a和第二位置120b可以关于辐射光束108的中心轴线A大致对称。一般来讲，由利用测量位置的对称配置采集的CT图像重建的CT体积图像可比非对称配置在计算上更容易。然而，也可采用非对称配置。
在另一方面，第一位置120a和第二位置120b可被配置为使得目标102的放大率在每个位置处大致相等。例如，当目标102和检测器110之间的距离在两个或更多个位置中的每一者中大致相等时，可满足该条件。例如，目标102与检测器110之间的距离可通过与台106的旋转轴线T相交的垂直于检测器110延伸的线来表征。
在另一方面，第一位置120a和第二位置120b可以被配置为使得在每个测量位置处台106的旋转轴线T在辐射光束108内。如此配置，整个目标102将在一整圈旋转期间穿过辐射光束108。即，检测器110可在一次旋转内采集整个目标102的强度测量值。
在系统100的操作期间，平移和旋转可单独执行。例如，台106可被平移到第一位置120。一旦台106被放置在第一位置处，台106就可随后旋转。在一个实施方案中，台106仅旋转一整圈(例如，360°)。
在某些实施方案中，强度测量值的采集可通过仅旋转扫描(例如，圆形扫描)而不是通过螺旋扫描来执行。也就是说，从目标102的角度来看，辐射光束108沿圆形路径而不是螺旋路径行进。旋转扫描可以两种方法中的任一者来实现。在第一种方法中，辐射光束108在台106的平移和旋转期间发射，但是检测器110被配置为仅在台106的旋转期间而不是在平移期间采集强度测量值。在第二种方法中，辐射光束108仅在台106的旋转期间而不是在台106的平移期间发射。
控制器112的存储器可存储用于确定CT体积图像、材料密度的定量标测图或目标102的所检查横截面内的每个定位处的相关量的指令。可基于在第一位置120a和第二位置120b处从检测器110接收的相应CT图像(检测信号110s)以及对辐射光束108(例如，在透射穿过目标102之前)的发射强度的了解来确定第一位置120a和第二位置120b中的每一者的CT体积图像。
控制器112的存储器还可存储与根据一种或多种重建技术基于目标的旋转角度和从检测器110接收的对应检测信号(例如，CT图像)重建目标102的CT体积图像相关的指令。重建技术的示例可包括迭代算法和分析算法。横截面可单独分析，然后组合以形成目标的三维体积，或者横截面可重新组合/组合成旋转数据集。在某些实施方案中，相对于Tuy-Smith的充分性条件，此类数据集可以是不完整的。具体地讲，迭代算法可被配置为处理不完整的数据集。在另选的实施方案(未示出)中，辐射检测器可被配置为将检测信号传输到与控制器不同的计算装置，用于重建目标横截面和/或目标体积，如上所述。
可组合在第一位置120a和第二位置120b处采集的CT图像。在一个方面，在第一位置120a和第二位置120b处采集的CT图像可通过将相应CT图像拼接在一起来组合。即，来自位置120a、120b的CT图像可相对于目标102的实际几何形状以相同体积被后向投影。在该方法中，考虑图像的不同扇形角度。在另一方面，由在第一位置120a和第二位置120b处采集的CT图像确定的CT体积图像可通过逐体素地添加两个体积来组合。
控制器112或另选的计算装置还可被配置为将包括表征一个或多个CT体积图像的数据的一个或多个输出信号122s传输到输出装置114。例如，控制器112可输出作为位置的函数的材料密度或相关量。在某些实施方案中，输出装置可为显示器和/或数据存储装置。在不同位置处透射穿过目标102的辐射光束108的光线沿不同路径行进到检测器110并对目标102的不同部分进行采样。例如，使用在第一位置120a和第二位置120b处采集的强度测量值可被认为类似于同时从定位在目标102的相对侧处的两个辐射光束108采集的强度测量值。
在第一位置120a和第二位置120b处采集的CT图像可被认为类似于从定位在目标102的相对侧处的两个辐射光束108同时采集的CT图像。每个位置处的CT图像彼此互补，并且包括不存在于另一个CT图像中的信息。因此，使用从两个或更多个位置采集的强度测量值可减少由其重建的CT体积图像中伪影的发生。
这些改善可见于由系统100采集的目标102的示例性CT体积图像，如图1C至图1D所示。图1C是示出一个目标102(例如，在y-z平面内)的剖视图的CT体积图像，并且图1D是示出另一个目标102(例如，在y-z平面内)的剖视图的CT体积图像。可通过图1C的CT体积图像中的突出显示框中的极少条痕或没有条痕以及图1D中的目标102的边缘和背景122之间的鲜明对比度来观察伪影的相对不存在。
通过比较的方式，图2A至图2B示出了在单个位置处而不是在两个或更多个位置处采集强度测量值的操作环境。图2A示出了x-y平面中的操作环境的视图。辐射源104、控制器112和输出装置114是存在的，但从图2A中省略。
由图2A的系统采集的目标102的对应CT体积图像在图2C至图2D中示出。图2C是示出图1C所示的相同目标102的剖视图的CT体积图像，并且图2D是示出图1D所示的相同目标102的剖视图的CT体积图像。
通过比较图1C和图2C以及图1D和图2D，可以观察到由在单个位置处采集的强度测量值生成的CT体积图像表现出显著更多的伪影。值得注意的是，图2C(框(a'))中存在的白色条纹在图1C(框(a))中不存在。此外，图2D(框(b'))的体积图像中所示的不完整轮廓形式的伪影不存在于图1D的对应体积图像中。
可对CT系统100与采用虚拟检测器的其他CT系统进行进一步比较。一般来讲，虚拟检测器可为单个检测器，该单个检测器可从第一检测位置移动到第二检测位置以增大CT系统的有效检测区域。图3A中示出了包括检测器310的示例性CT系统300，该检测器被配置为从第一检测位置310a移动到第二检测位置310b。图3B是示出与图1C和图2C相同的目标102的剖视图(例如，在y-z平面内)的CT体积图像。
通过比较图3B和图1C，可以观察到CT系统300生成具有类似伪影减少程度的CT体积图像。即，由于检测器310的移动而不是目标102的移动，可在CT系统300中实现不同角度下的强度测量的益处。然而，可以理解，由于添加了移动检测器310所需的机构，CT系统300的购买和操作可能更昂贵。此外，由于将检测器310从第一检测位置310a移动到第二检测位置310b所需的时间，CT系统300对强度数据的采集慢于CT系统100对强度数据的采集。因此，即使CT体积图像质量可在CT系统100和300之间相当，CT系统100在成本和/或速度方面可优于CT系统300。
CT系统100的实施方案还可无限制地在多于两个测量位置中执行强度测量。采用现有系统，为了从较大的样本或较高的放大率采集CT图像，可需要较大的物理或虚拟检测器。然而，根据本公开的实施方案，此类较大检测器的益处可通过使用较多测量位置来实现。如上所述，图1A的配置可采集足以重建与2x虚拟检测器相当的CT体积图像的CT图像。类似地，使用三个测量位置可采集足以重建与3x虚拟检测器相当的CT体积图像的CT图像。
图4A示出CT系统100，其中台106被配置为使目标102在三个测量位置(第一位置420a、第二位置420b和第三位置420c)之间平移。第三位置420c可定位在第一位置420a和第二位置420b之间。如图所示，在第一位置420a中，旋转轴线T与辐射光束108的中心轴线A偏移距离d'1。在第二位置420b中，旋转轴线T与辐射光束108的中心轴线A偏移距离d'2。在第三位置420c中，旋转轴线T可大致与中心轴线A相交。
第一位置420和第二位置420b的实施方案可采用多种配置。在一个方面，距离d'1和d'2可大致彼此相等或彼此不同。在另一方面，第一位置420a和第二位置420b可以关于辐射光束108的中心轴线A大致对称。
在另一方面，第一位置420a、第二位置420b和第三位置420c可被配置为使得目标102的放大率在每个位置处大致相等。如上所述，当垂直于检测器110的线与旋转轴线T之间的距离在每个测量位置中大致相等时，可满足该条件。
与图1A的两种测量配置相比，当采用多于两个测量位置时，旋转轴线T被定位在辐射光束108内的要求可得到放松。如图4A所示，第一位置420a、第二位置420b和第三位置420c可被配置为使得台106的旋转轴线T不在第一位置420a和第二位置420b的辐射光束108内。此类配置是允许的，前提条件是第一位置420a、第二位置420b和第三位置420c避免辐射光束108透射穿过目标102的间隙。
图4B示出了对三个测量位置的这种要求。如图所示，在第三位置420c具有与中心轴线A相交的旋转轴线的情况下，目标102的中心区域450与辐射光束108相交。在第一位置420a和第二位置420b具有被定位在辐射光束108外侧的旋转轴线T的情况下，可选择外部区域452、452与辐射光束108相交的偏移距离d'1和d'2。可以观察到，这些面积的总和提供对目标(全体)的完全覆盖。虽然未示出，但中心区域和两个外部区域之间也可存在重叠。
图4C示出了对四个测量位置的这种要求。类似于三个位置配置，第一测量位置和第二测量位置可具有被定位在辐射光束外侧的旋转轴线T，并且可选择外部区域452、452与辐射光束108相交的偏移距离d'1和d'2。这些面积之和可提供对目标(全体)的完全覆盖。虽然未示出，但中心区域和两个外部区域之间也可存在重叠。可类似地采用具有五个或更多个测量位置的另外的配置。
与采用虚拟检测器的CT系统相比，CT系统100的实施方案还可提供减小的占位面积。占位面积可为进行CT检查所需的最小占用空间。一般来讲，车间的空间可为有限的，并且减少CT检查系统的占位面积可有利于部署。此外，在较小占位面积的情况下，CT系统100的外壳可被设计得较小。还可实现成本节省，因为需要较少的铅来屏蔽CT系统100的较小占位面积。
图5A至图5C比较了在目标102的最大大小的条件下包括2x虚拟传感器310和CT系统100的CT系统300的占位面积500、502。图5A至图5B所示的目标102是最大大小目标102，因为目标102尽可能靠近虚拟检测器310或检测器110而不接触。因为这两个系统的占位面积的水平尺寸是相同的(例如，从焦点到2x虚拟检测器310或检测器110的水平尺寸)，所以可仅基于竖直尺寸来比较相应的占位面积500、502。
CT系统300的占位面积500在虚拟传感器310的相对两端之间沿竖直方向延伸。CT系统100的占位面积502在检测器110的相对端部之间沿竖直方向延伸。可以观察到，在最大样本大小的条件下，CT系统100的占位面积502适度小于CT系统300的占位面积500。
图6A至图6C比较了包括2x虚拟传感器310的CT系统300和CT系统100在较高放大率的条件下的占位面积600、602，其中与图5A和图5B相比，目标移动得更靠近辐射源。因为这两个系统的占位面积的水平尺寸是相同的(例如，从焦点到2x虚拟检测器310或检测器110的水平尺寸)，所以可仅基于竖直尺寸来比较相应的占位面积600、602。图6A所示的目标102是CT系统300的最大大小目标102，因为目标102尽可能远离虚拟检测器510，而目标102的整个横截面仍在辐射光束108内。图6B所示的目标102是CT系统100在与CT系统500相同的放大率下的最大大小目标102。
CT系统300的占位面积600在虚拟传感器310的相对两端之间沿竖直方向延伸。CT系统100的占位面积602在检测器110的相对端部之间沿竖直方向延伸。可以观察到，在较高放大率的条件下，CT系统100的占位面积602显著小于CT系统300的占位面积600。
图7A至图7C比较了在三个测量位置的条件下包括3x虚拟传感器710的CT系统704和CT系统100的占位面积700、702。因为这两个系统的占位面积的水平尺寸是相同的(例如，从焦点到3x虚拟检测器710或检测器110的水平尺寸)，所以可仅基于竖直尺寸来比较相应的占位面积700、702。图7A所示的目标102是CT系统704的最大大小目标102，因为目标102尽可能远离虚拟检测器710，而目标102的整个横截面仍在辐射光束108内。图7B所示的目标102是CT系统100在与CT系统700相同的放大率下的最大大小目标102。
CT系统704的占位面积700在虚拟传感器710的相对两端之间沿竖直方向延伸。CT系统100的占位面积702在检测器110的相对端部之间沿竖直方向延伸。可以观察到，在最大放大率的条件下，CT系统100的占位面积702显著小于CT系统300的占位面积600。
CT系统100的实施方案也可用于校准旋转轴线T的位置。目前，该位置是估计的。然而，在不准确了解旋转轴线T的位置的情况下，所生成的CT图像可包括重建误差，使得CT体积图像不适用于对目标102的特征的定量测量。
图8A示出了由CT系统100采用两个测量位置采集的强度测量值生成的CT体积图像800。目标102为圆柱体。图8B为CT体积图像800的边缘的放大视图。可以观察到，图8B中的边缘是尖锐的。通过正确校准旋转轴线T和该尖锐边缘，可容易地执行计量，诸如对目标102的半径的计量。
图8C示出了由CT系统100采用两个测量位置采集的强度测量值生成的CT体积图像810。目标102同样为圆柱体。图8D是CT体积图像810的边缘的放大视图。可以观察到，图8D中的边缘不尖锐，表明旋转轴线T的位置未被正确地估计。然而，当第一位置120a和第二位置120b关于辐射光束108的中心轴线T大致对称时，在第一位置120a中采集的测量值引入使所生成的CT图像在一个方向上移位一定量的误差，并且在第二位置120b中采集的测量值引入使所生成的CT图像在相同方向上移位大约相同的量的误差。如果旋转轴线T的位置已被正确地估计，则边缘将大致等距地位于两个移位的边缘之间。因此，将这两个移位平均化允许表征旋转轴线T的位置的误差，从而有利于旋转轴线T的位置的正确校准和CT图像800的恢复。
图8E示出了由CT系统300采用单个偏移测量位置采集的强度测量值生成的CT图像820。目标102同样为圆柱体。图8F是CT图像820的边缘的放大视图。虽然图8F中的边缘是尖锐的，但未正确地估计旋转轴线T的位置。例如，正确值为12.55mm，但估计值为12.42，误差为大约1％。所生成的CT图像820中的这种误差是由重建CT体积图像820仅在一个方向上从图8A的“正确”位置移位引起的。CT图像810仅在一个方向上的移位不允许表征旋转轴线T的位置误差或CT图像800的恢复，如在重建的CT体积图像810中那样。
图9是示出用于计算机断层扫描检查目标的方法900的一个示例性实施方案的流程图。如图所示，该方法包括操作902至922。下文在图1A和图4A的背景下讨论方法900的实施方案。然而，该方法的另选实施方案可包括比图9中所示更多或更少的操作，并且这些操作可以与图9所示不同的顺序执行。
在操作902中，将具有安装到其上的目标102的台106定位在第一位置120a处。
在操作904中，从固定辐射源104的焦点116发射穿透辐射108的光束。辐射光束可从焦点116延伸穿过目标106的一部分，并且入射在固定辐射检测器110的感测面110f上。
在操作906中，在发射辐射光束108期间，使台106围绕旋转轴线T旋转。
在操作910中，测量在第一位置120a处旋转期间透射穿过目标106并且入射在固定辐射检测器110的感测面110f上的辐射光束108的强度作为位置的函数。
在操作912中，停止由固定辐射检测器110测量辐射光束108的强度。
在操作914中，当停止测量辐射光束108的强度时，台106可沿着横向于辐射光束108的中心轴线A的平移路径从第一位置120a移动到第二位置120b。
在操作916中，在发射辐射光束期间，使处于第二位置120b处的台106围绕旋转轴线T旋转。
在操作920中，测量在第二位置120b处旋转期间透射穿过目标106并且入射在固定辐射检测器110的感测面110f上的辐射光束108的强度作为位置的函数。
在操作922中，包括表征辐射光束108的测量强度的数据的相应信号(例如，检测信号110s)可由固定辐射检测器104输出。
作为非限制性示例，本文所述的方法、系统和装置的示例性技术效果包括减少CT图像中的伪影。本发明所公开的实施方案可提供与现有CT系统相比具有较小占位面积的CT系统。所公开的实施方案还可有利于CT系统的旋转轴线T的校准，这可有利于计量，诸如目标的尺寸测量值(例如，半径)。虽然上文所讨论的实施方案是在仅旋转扫描(例如，圆形)的背景下进行的，但是可以理解，当采用螺旋扫描时，也可以获得上文所讨论的计量益处。
描述了某些示例性实施方案，以提供对本文所公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施方案的一个或多个示例已在附图中示出。本领域技术人员将理解的是，本文中具体描述且在附图中示出的系统、装置和方法是非限制性的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可与其他实施方案的特征组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围内。此外，在本公开中，实施方案的相似命名的部件通常具有类似的特征，因此在具体实施方案内，不一定完全阐述每个相似命名的部件的每个特征。
本文所述的主题可在模拟电子电路、数字电子电路和/或计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构装置和其结构等同物)或它们的组合中实现。本文所述的主题可被实现为一个或多个计算机程序产品，诸如有形地体现在信息载体中(例如，体现在机器可读存储装置中)、或体现在传播的信号中，以用于由数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机或多台计算机)执行或控制该数据处理设备的操作的一个或多个计算机程序。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)编写，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或适用于计算环境中的其他单元部署。计算机程序不一定对应于文件。程序可存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中，存储在专用于所考虑的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可被部署成在一台计算机上或在多台计算机上执行，该多台计算机位于一个站点处或跨多个站点分布并且由通信网络互连。
本说明书中所述的过程和逻辑流程，包括本文所述主题的方法步骤，可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行本文所述主题的功能。该过程和逻辑流程还可由专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))来执行，并且本文所述主题的设备可被实现为专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))。
以举例的方式，适于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储器装置。一般来说，计算机还将包括一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或可操作地耦接以从一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或者/并且将数据传送至一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)。适于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储器装置(例如，EPROM、EEPROM和闪存存储器装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)；磁光盘；以及光盘(例如，CD和DVD盘)。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或者并入专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，本文所述的主题可在具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及键盘和指向装置(例如，鼠标或跟踪球)的计算机上实现，用户可通过该键盘和指向装置向计算机提供输入。还可使用其他种类的装置来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可为任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且可以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。
本文所述的技术可使用一个或多个模块来实现。如本文所用，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或它们的各种组合。然而，在最低程度上，模块不应被解释为未在硬件、固件上实现或记录在非暂态处理器可读存储介质上的软件(即，模块本身不为软件)。实际上，“模块”将被解释为始终包括至少一些物理的非暂态硬件，诸如处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可使用相同的处理器和网络接口)。本文所述的模块可被组合、集成、分开和/或复制以支持各种应用。另外，代替在特定模块处执行的功能或除在特定模块处执行的功能之外，本文描述为在特定模块处执行的功能可在一个或多个其他模块处和/或由一个或多个其他装置执行。此外，模块可相对于彼此本地或远程地跨越多个装置和/或其他部件来实现。另外，模块可从一个装置移动并添加至另一个装置，以及/或者可包括在两个装置中。
本文所述的主题可在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，数据服务器)、中间件部件(例如，应用程序服务器)或前端部件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户可通过该图形用户界面或网络浏览器与本文所述主题的实施方式进行交互)，或此类后端部件、中间件部件和前端部件的任何组合。系统的部件可通过数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如互联网。
如本文在整个说明书和权利要求书中所用的，近似语言可用于修饰任何定量表示，所述定量表示可有所不同但不导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语诸如“约”、“大约”和“基本上”修饰的值不应限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或互换，除非上下文或语言另外指明，否则此类范围被识别并包括其中所包含的所有子范围。
基于上述实施方案，本领域技术人员将了解本发明的其他特征和优点。因此，除所附权利要求书所指示的以外，本申请不受已具体示出和描述的内容的限制。本文所引用的所有出版物和参考文献均明确地全文以引用方式并入。

Claims (18)

1.一种计算机断层扫描系统，所述系统包括：
台，所述台被配置为将目标固定在其上并使所述目标围绕旋转轴线旋转；
固定辐射源，所述固定辐射源被配置为从焦点发射穿透辐射的光束并且将所述光束引导到所述目标上，其中所述光束以倾斜圆锥的三维形状被发射；
控制器，具有存储于其上的计算机可读指令，并且被配置为控制所述台在横向于辐射光束的中心轴线的方向上从第一位置平移到第二位置，其中所述目标在所述第一位置和所述第二位置处的放大率大致相等；
固定辐射检测器，所述固定辐射检测器包括感测面，所述感测面被配置为采集在第一位置处的台的单次旋转期间的作为位置的函数的入射在其上的所述辐射光束的强度的测量值，并且被配置为采集在第二位置处的台的单次旋转期间的作为位置的函数的入射在其上的所述辐射光束的强度的测量值，所述固定辐射检测器还被配置为将表征在第一位置和第二位置处测量的辐射光束的强度的数据发送给控制器，其中所述固定辐射检测器包括可光刺激的荧光板；和
输出装置，被可通信地耦接到控制器，其中，控制器还被配置为：
从表征在第一位置处测量的辐射光束的强度的数据生成目标的第一体积图像，该第一体积图像由第一组体素构成；
从表征在第二位置处测量的辐射光束的强度的数据生成目标的第二体积图像，该第二体积图像由第二组体素构成；
相对于目标的预定几何形状使得第一体积图像和第二体积图像被后向投影到相同体积中；
通过将第一组体素和第二组体素逐个体素地相加在一起，基于相对于目标的预定几何形状而被后向投影到相同体积中的第一体积图像和第二体积图像来生成组合的体积图像；以及
将组合的体积图像提供给输出装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中在所述第一位置和所述第二位置处，所述旋转轴线被定位在所述辐射光束内。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一位置和所述第二位置关于所述辐射光束的所述中心轴线大致对称。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述台被进一步配置为将所述目标平移到第三位置，所述第三位置位于所述第一位置和所述第二位置之间，其中所述目标在所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置中的放大率大致相等。
5.根据权利要求4所述的系统，其中在所述第三位置中，所述旋转轴线与所述辐射光束的所述中心轴线大致相交。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述第三位置中的所述旋转轴线的所述位置在所述第一位置中的所述旋转轴线的所述位置和所述第二位置中的所述旋转轴线的所述位置之间大致等距。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述辐射光束不是平行光束。
8.一种计算机断层扫描方法，所述方法包括：
将具有安装到其上的目标的台定位在第一位置处；
从固定辐射源的焦点发射穿透辐射的光束，其中辐射光束从所述焦点延伸穿过目标的一部分，并且入射到固定辐射检测器的感测面上，其中所述光束以倾斜圆锥的三维形状被发射；
在发射所述辐射光束期间使处于所述第一位置处的所述台围绕旋转轴线旋转；
由所述固定辐射检测器测量在使处于所述第一位置处的所述台的单次旋转期间作为位置的函数的入射在其上的所述辐射光束的强度，其中所述固定辐射检测器包括可光刺激的荧光板；
停止测量所述辐射光束的所述强度；
由所述固定辐射检测器将表征在第一位置处测量的所述辐射光束的所述强度的数据发送给其上存储有计算机可读指令的控制器；
沿着横向于所述辐射光束的中心轴线的平移路径将所述台从所述第一位置平移到第二位置；
在发射所述辐射光束期间使处于所述第二位置处的所述台围绕所述旋转轴线旋转；
由所述固定辐射检测器测量在使所述第二位置中的所述台旋转期间作为位置的函数的入射在其上的所述辐射光束的强度；
由所述固定辐射检测器将表征在第二位置处测量的所述辐射光束的所述强度的数据发送给其上存储有计算机可读指令的控制器；
由控制器从表征在第一位置处测量的辐射光束的强度的数据生成目标的第一体积图像，该第一体积图像由第一组体素构成；
由控制器从表征在第二位置处测量的辐射光束的强度的数据生成目标的第二体积图像，该第二体积图像由第二组体素构成；
相对于目标的预定几何形状将第一体积图像和第二体积图像后向投影到相同体积中；
通过将第一组体素和第二组体素逐个体素地相加在一起，基于相对于目标的预定几何形状而被后向投影到相同体积中的第一体积图像和第二体积图像来生成组合的体积图像；以及
将组合的体积图像提供给可通信地耦接到控制器的输出装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第一位置和所述第二位置处，所述旋转轴线被定位在所述辐射光束内。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一位置和所述第二位置关于所述辐射光束的所述中心轴线大致对称。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括通过所述台将所述台平移到第三位置，所述第三位置位于所述第一位置和所述第二位置之间，其中所述目标在所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置中的放大率大致相等。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述第三位置中，所述旋转轴线与所述辐射光束的所述中心轴线大致相交。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述第三位置中的所述旋转轴线的所述位置在所述第一位置中的所述旋转轴线的所述位置和所述第二位置中的所述旋转轴线的所述位置之间大致等距。
14.根据权利要求8所述的方法，其中在发射所述辐射光束期间不平移所述台。
15.根据权利要求8所述的方法，还包括在测量所述辐射光束的所述强度之前校准所述台。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述校准确定所述旋转轴线相对于所述辐射检测器和所述固定辐射源的定位。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括基于表征在所述第一位置和所述第二位置处测量的所述辐射光束的所述强度的所述数据来测量所述目标的至少一个尺寸测量值。
18.根据权利要求17所述的方法，其中从第一体积图像和/或第二体积图像采集所述尺寸测量值，所述第一体积图像和/或第二体积图像由表征在所述第一位置和所述第二位置处测量的所述辐射光束的所述强度的所述数据构建。
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