CN1971414A - 成像系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种成像系统，包括：包括至少一个射线源的射线发生装置，用于产生射线；数据采集装置，包括面对所述射线源设置的探测器阵列并用于通过接收穿透待检查物体的射线来获得投影数据；传送装置，用于在检查过程中使位于射线源和探测器阵列之间的待检查物体与射线源和探测器阵列做相对直线运动；以及控制和图像处理装置，用于控制所述射线发生装置、所述数据采集装置和传送装置，并从所述投影数据重建待检查物体的图像。本发明的成像系统，采用直线轨迹扫描，使用直线滤波反投影算法重建断层或立体图像，真正实现立体成像。本成像系统具有检查速度快、不需要旋转、没有圆轨道锥束CT中的大锥角问题等优点。

Description

成像系统

技术领域

本发明涉及辐射成像领域，具体地，本发明涉及一种采用直线轨迹扫描的成像系统，以提高成像安全检查过程的速度。

背景技术

安全检查在反恐、打击贩毒走私等领域有十分重要的意义。美国911事件之后，对航空、铁路等公共场所的安全检查越来越得到重视。此外，随着打击贩毒走私的深入，对海关集装箱、行李物品等的检查要求也越来越高。

目前的安全检查系统以辐射成像系统为主流，在辐射成像领域又以透视成像为主，立体成像系统比较少见。这是因为，实用的安全检查系统一般需要在线实时检查，这就要求检查系统扫描成像速度非常快，比如民航物品检查，要求通关率是0.5m/s。但是，目前即使是大螺距的螺旋CT(计算机断层成像)也很难达到这个要求。此外，对于很多大型物体，比如海关集装箱，无论是集装箱旋转，还是射线源和探测器旋转都非常困难。再加上CT系统设备成本高，诸多因素限制了能够立体成像的CT系统在安全检查领域的广泛使用。然而，与CT系统相比，透视成像系统最大的不足是无法避免射线方向上物体的重叠效应，从而限制了检查能力，无法真正执行立体检查和定位。

随着CT技术的研究发展，在有限角度和数据截断情况下，也能重建出一定质量的断层图像，这使得不完全扫描重建图像在实际中应用成为可能。理论上已经知道，对于扫描路径为直线的成像系统，如果直线无限长，就可以精确重建断层图像。如果扫描路径是有限长度，则等价于有限角度(Limited-Angle)的CT扫描模式。因此，应用不完全重建算法，对直线扫描的成像系统采集的数据做重建，就可以获得断层图像，实现立体成像。

已经提出了一种直线轨迹的成像系统——计算机分层层析成像(Computed Laminography)系统，但是它的射线张角很小，并且重建算法是采用层析的方式，导致三维成像和断层成像能力差。因此，需要一种能够快速获得三维图像和/或断层图像的成像系统。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明。本发明的一个目的是提供一种采用直线轨迹扫描的成像系统，以既能得到透视图像，又能得到断层图像，并且它可以解决透视成像中的物体重叠问题，实现安全检查系统中所需的快速立体成像和/或断层成像。

在本发明的一个方面，提出了一种成像系统，包括：包括至少一个射线源的射线发生装置，用于产生射线；数据采集装置，包括面对所述射线源设置的探测器阵列并用于通过接收穿透待检查物体的射线来获得投影数据；传送装置，用于在检查过程中使位于射线源和探测器阵列之间的待检查物体与射线源和探测器阵列做相对直线运动；以及控制和图像处理装置，用于控制所述射线发生装置、所述数据采集装置和传送装置，并从所述投影数据重建待检查物体的图像。

根据本发明的一个实施例，所述射线发生装置产生的射线相对于探测器阵列的水平张角大于90度。

根据本发明的一个实施例，所述探测器阵列包括含有多个探测器单元的面阵探测器。

根据本发明的一个实施例，所述探测器阵列包括垂直设置并包含多个探测器单元的线阵探测器。

根据本发明的一个实施例，所述探测器阵列还包括水平设置并包含多个探测器单元的线阵探测器。

根据本发明的一个实施例，所述水平设置的线阵探测器在垂直方向上的位置是可变的。

根据本发明的一个实施例，所述控制和图像处理装置包括：投影数据转换部分，用于将所述投影数据转换成拟平行束扫描下的投影数据；滤波部分，通过用预定的卷积函数核与拟平行束扫描下的投影数据卷积，来获得滤波后的投影数据；以及反投影部分，通过对滤波后的投影数据进行加权反投影来重建图像。

根据本发明的一个实施例，所述多个探测器单元是等距离排列的。

根据本发明的一个实施例，所述投影数据转换部分反褶平移投影数据p(l，t，z)以得到拟平行束扫描下的投影数据q(l，t，z)，其中，投影数据p(l，t，z)表示当待检查物体相对运动到直线上坐标为l位置时，在探测器阵列第z层坐标位置为t处的投影值；所述滤波部分用预定的卷积函数核沿l方向对拟平行束扫描下的投影数据q(l，t，z)做一维卷积，得到滤波后的投影数据Q(l′，t，z)；所述反投影部分沿射线方向对滤波后的投影数据Q(l′，t，z)进行加权反投影操作，以得到重建图像，其中权重因子为 $1/\sqrt{D^2+t^2},$ 其中D表示射线源到直线运动中心线的距离。

根据本发明的一个实施例，所述多个探测器单元是关于射线源等角度排列的。

根据本发明的一个实施例，所述投影数据转换部分反褶平移投影数据p(l，γ，z)以得到拟平行束扫描下的投影数据q(l，γ，z)，其中，投影数据p(l，γ，z)表表示当待检查物体相对运动到直线上坐标为l位置时，在探测器阵列第z层角度位置为γ的投影值；所述滤波部分用预定的卷积函数核沿l方向对拟平行束扫描下的投影数据q(l，γ，z)做一维卷积，得到滤波后的投影数据Q(l′，γ，z)；所述反投影部分沿射线方向对滤波后的投影数据Q(l′，γ，z)进行加权反投影操作，以得到重建图像，其中权重因子为1/cosγ。

根据本发明的一个实施例，所述多个探测器单元是固体探测器单元、气体探测器单元或者半导体探测器单元。

根据本发明的一个实施例，所述射线源是X射线加速器、X光机或者放射性同位素

本发明的成像系统，采用直线轨迹扫描，使用直线滤波反投影算法重建断层或立体图像，真正实现立体成像。本发明的成像系统具有检查速度快、不需要旋转、没有圆轨道锥束CT中的大锥角问题等优点。因此，本发明的成像系统具有应用于快速安全检查领域和大物体检查领域的潜力。

附图说明

图1是在根据本发明的成像系统中进行直线轨迹扫描的平面示意图；

图2是根据本发明第一实施例的成像系统的构成示意图；

图3是如图2所示的成像系统中的控制和图像处理装置的功能框图；

图4示出了等效探测器在Z方向与重建物体点之间的几何关系的示意图；

图5示出了用来解释根据本发明一个实施例的直线滤波反投影过程的几何关系示意图；

图6是根据本发明第二实施例的成像系统的构成示意图；

图7示出了根据本发明第一实施例的成像系统在不同射线水平张角的情况下获得的模拟图像(X-Y平面)的效果比较；

图8示出了根据本发明第一实施例的成像系统重建的断层图像(X-Z平面，Y-Z平面)与透视图像的效果比较；

图9示出了根据本发明第二实施例的成像系统在不同射线水平张角的情况下获得的模拟图像(X-Y平面)的效果比较；

图10示出了根据本发明第二实施例的成像系统重建的断层图像(X-Y平面)与透视图像。

具体实施方式

下面对照附图详细描述本发明的实施例。

【第一实施例】

图1示出了在根据本发明的成像系统中进行直线轨迹扫描的平面示意图。图2示出了根据本发明第一实施例的成像系统的构成示意图。

如图1所示，待检查物体在射线源A和探测器之间按照直线运动，在运动的过程中，射线源A按照控制系统的命令发出射线，穿透待检查物体。探测器接收透射信号，并且在控制系统的控制下采集投影数据，并把投影数据存储在存储器中。

如图2所示的成像系统包括包括射线发生部分110、传送部分130、数据采集部分140、控制和数据信号总线150、控制和图像处理部分160和显示器170。

如图2所示，射线发生部分110，例如包括X射线加速器、X光机或者放射性同位素之类的射线源，以及相应的辅助设备。为了使射线束水平张角(扇角)大于90度，例如介于90～180度之间，可以使用两个或者两个以上的射线源，根据待检查物体120的尺寸和应用背景而选定。

传送部分130，例如传送带，可以承载并平稳传送待检查物体120，用于在检查过程中使所承载的待检查物体120沿着直线运动。或者，传送部分130在检查过程中使射线源和探测器沿着直线运动，或者使待检查物体与射线源和探测器相向运动。也就是说，待检查物体运动与射线源和探测器运动属于相对运动，是等价的。虽然以下均以待检查物体运动，而射线源和探测器保持静止的方式来描述，但应该明确这与射线源和探测器运动而检查物体保持静止具有相同的意义。

数据采集部分140，主要包括探测器阵列，用于通过接收透过待检查物体的射线来获取锥形束射线的透射投影数据。数据采集部分140还包括用于读出探测器阵列上的投影数据的读出电路和逻辑控制单元等(未示出)。探测器阵列可以由多个固体探测器单元、多个气体探测器单元或者多个半导体探测器单元构成。各个探测器单元不需要紧密排列，但它们在X轴方向(即，被检查物体运动方向)上应该成直线。

通常，探测器阵列的总长度(K)，即图1所示的线段BC，与探测器阵列中心到射线源的距离(T)有关，在射线张角(θ)一定的情况下，距离T越大，探测器阵列的总长度就越大，它们之间的基本关系如下：

$K=2T\tan \frac{\mathrm{\θ}}{2}$

此外，需要将探测器阵列放置在射线源的对边，其在水平方向与射线源的张角为大于90度的角度，例如介于90～180度之间的角度，并且在竖直方向覆盖物体。这样，才能够较好地实现有限角度下的CT重建(重建图像质量较好)。该探测器阵列可以是面阵探测器，也可以是单排探测器。

在数据采集过程中，要求采样间隔(Δt)在时间轴上是均匀的，并且需要待检查物体匀速运动。假设速度为ν，则本实施例的成像系统的空间等效采样间隔为：

Δd＝νΔt。

而且，要求所有探测器单元同步进行采集，单次采集的阵列数据组成投影数据的一层，多次采集(一般在几百次到上千次)之后，组成投影体数据。在控制和图像处理部分中重建的立体图像即基于此体数据，透射图像的显示也是基于这些体数据。

在需要获得透射图像时，仅仅需要输出探测器阵列的中心列采集的投影数据，其成像原理与现有的透视成像相同。

用来传输控制和数据信号的控制和数据信号总线150；以及

控制和图像处理部分160，其通过控制和数据信号线150与射线发生部分110、传送部分130和数据采集部分140连接，对成像系统的各个部分进行控制。

在扫描过程中，控制和图像处理部分160控制传送部分130，使待检查物体120沿着直线运动，命令射线发生部分110产生射线，并且控制数据采集部分140开始接收透射信号，产生投影数据，并对产生的投影数据进行后处理。

这样，待检查物体120按照图1所示的直线轨迹匀速移动，数据采集部分140同步等时间间隔地进行采样，获取投影数据。

图3是如图2所示的成像系统中的控制和图像处理部分160的功能框图。如图3所示，控制和图像处理部分160包括：用来存储数据的存储器161，例如硬盘之类的存储介质；输入单元162，例如键盘之类方便用户输入参数或者命令的输入装置；控制器163，其在用户通过输入单元162发出命令之后，指令传送部分130开始使待检查物体120沿着直线匀速运动，并且射线发生部分110和数据采集部分140开始工作，以获得投影数据；连接各个部分并传输控制信号和数据的内部总线164；以及图像重建单元165，用于对数据采集部分140获得的投影数据进行重建。

下面结合图4详细描述在图像重建单元165中进行图像重建过程。图4示出了等效探测器在Z方向与重建物体点之间的几何关系的示意图。

设待检查物体f(r，φ，z)的一种近似估计表示为

则有下式：

$\hat{f}(r,\mathrm{\φ},z)={\∫}_{{-1}_m}^m\frac{1}{\sqrt{D^2+t^2}}Q(l^{\′},t,z\frac{D}{D+r\sin \mathrm{\φ}})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中，

Q(l′，t，z)＝q(l，t，z)*h(l)           (2)

q(l，t，z)＝p(-l+t，t，z)               (3)

$l^{\′}=-r\cos \mathrm{\φ}+\frac{\mathrm{tr}\sin \mathrm{\φ}}{D}---\left(4\right)$

这里，探测器阵列中的探测器单元是等距排列的，数据p(l，t，z)表示当待检查物体120运动到直线上坐标为l位置时，在探测器阵列第z层坐标位置为t处的投影值。值得注意的是，t，z都是探测器阵列的各个探测器单元等效到物体直线运动的中心线上之后的数值。

此外，在式(1)～(4)中，D为射线发生部分110的射线源到直线运动中心线的距离；±t_m表征探测器阵列在X轴方向的最小和最大位置；h为卷积函数核，理论值为 $h\left(l\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}\left|\mathrm{\ω}\right|e^{j2\mathrm{\π\ωl}}\mathrm{d\ω},$ 一般采用S-L滤波函数，该函数的离散形式为：

$h\left(n\right)=\frac{-2}{{\mathrm{\π}}^2(4n^2-1)},n=\mathrm{0,}\±\mathrm{1,}\±2,---\left(5\right)$

因此，在图像重建单元165中，投影数据转换部分1651反褶平移投影数据p(l，t，z)以得到q(l，t，z)，这里的q(l，t，z)表示拟平行束扫描下的投影数据。这里的‘拟平行束扫描’的含义是，各个角度下的探测器单元等效采样间距不相同，扫描角度采样也可能是不均匀。

然后，滤波部分1652用卷积函数核h沿l方向对拟平行束扫描下的投影数据q(l，t，z)做一维卷积，得到滤波后的投影数据Q(l′，t，z)。

接下来，反投影部分1653沿射线方向对滤波后的投影数据Q(l′，t，z)进行加权反投影操作，以得到重建图像，其中权重因子为 $1/\sqrt{D^2+t^2}.$

这里，需要说明的是，进行反褶平移的目的是为了将直线扫描的投影数据，变换到拟平行束扫描下的投影数据，这里的拟平行束扫描不是标准的CT重建中的平行束，因为每一个扫描角度下的探测器单元等效采样间距都不一样，角度采样也可能是不均匀的。

此外，用卷积函数核h滤波的目的与标准FBP重建算法中的滤波相同，滤波后的投影数据Q(l′，t，z)，经过加权反投影就可以得到重建图像，而这里的权重因子

反映了不同探测器下的投影数据对重建图像贡献的大小。

因此，在本发明中，沿数据采集方向l滤波，沿射线方向反投影，与重排为平行束的算法相比，本发明能充分利用每一个有效数据，提高了图像分辨率，并且对数据截断的敏感度低于重排算法。

下面对照图1、4和5来推导上述的公式(1)。在推导之前，首先描述直线扫描数据重排为圆轨道平行束扫描的过程。

如图1所示的扫描方式，每一个探测均对应一个角度扫描角度，物体f(x，y)在移动过程中，等价于该角度下的平行束扫描。参见图5的投影示意图，对于等距排列的探测器阵列，直线扫描数据重排为圆轨道平行束扫描的重排公式为：

$g(\mathrm{\θ},s)=p(l,t)\underset{s=\frac{D(-l+t)}{\sqrt{D^2+l^2}}}{|\mathrm{\θ}=\mathrm{\π}-{\tan }^{-1}\left(\frac{1}{D}\right)}---\left(6\right)$

这里g(θ，s)＝∫f(x，y)δ(xcosθ+ysinθ-s)dxdy，表示在圆轨道平行束扫描中，扫描角度为θ，距离旋转中心为s的投影数据。p(l，t)表示阵列探测器在待检查物体相对运动到直线上坐标为l位置时，探测器阵列中坐标位置为t的投影值。

利用公式(6)就可以实现直线轨迹扫描投影数据重排为圆轨道平行束扫描下的投影数据。但是，实际系统中，直线不可能是无限长，所以重排后的数据也不可能是圆轨道下180度的平行束扫描数据，也是说这里对于CT重建来说，数据是不完备的。

就直线扫描而言，虽然l和t的采样可以是均匀的，但是对应圆轨道平行束扫描下的角度θ和探测器位置s采样都是不均匀的。因此，重排需要在角度方向和探测器方向做插值，造成重建图像分辨率的降低。

接下来，详细描述本发明的直线扫描数据直接滤波反投影重建过程。

在圆轨道平行束扫描下的滤波反投影重建公式为

$f(r,\mathrm{\φ}){\∫}_0^{\mathrm{\π}}{\∫}_{-s_m}^{s_m}g(\mathrm{\θ},s)h(r\cos (\mathrm{\θ}-\mathrm{\φ})-s)\mathrm{dsd\θ}---\left(7\right)$

对于无限长直线轨迹、等距探测器，利用公式(7)，用参数(l，t)替换(θ，s)，得到

$f(r,\mathrm{\φ})={\∫}_{-\∞}^{\∞}{\∫}_{-\∞}^{\∞}\frac{1}{\sqrt{D^2+t^2}}p(-l+t,t)h(l^{\′}-l)\mathrm{dldt}---\left(8\right)$

这里， $l^{\′}=-r\cos \mathrm{\φ}+\frac{\mathrm{tr}\sin \mathrm{\φ}}{D}.$

证明如下：

$f(r,\mathrm{\φ})={\∫}_{\∞}^{-\∞}{\∫}_{\∞}^{-\∞}g(\mathrm{\π}-{\tan }^{-1}\left(\frac{t}{D}\right),\frac{D(-l+t)}{\sqrt{D^2+t^2}})---\left(9\right)$

$\·h(r\cos (\mathrm{\π}-{\tan }^{-1}\left(\frac{t}{D}\right)-\mathrm{\φ})-\frac{D(-l+t)}{\sqrt{D^2+t^2}})\frac{D^2}{{(D^2+t^2)}^{3/2}}\mathrm{dldt}$

这里， $\mathrm{\θ}=$ ${\tan }^{-1}\left(\frac{t}{D}\right),$ $s=\frac{D(-l+t)}{\sqrt{D^2+t^2}},$ $\mathrm{dsd\θ}=\frac{D^2}{{(D^2+t^2)}^{3/2}}\mathrm{dldt}.$

在直线轨迹扫描中，用p(l，t)代替 $g(\mathrm{\π}-{\tan }^{-1}\left(\frac{t}{D}\right),\frac{D(-l+t)}{\sqrt{D^2+t^2}}).$ 同时，根据图5的几何结构，可以得出

$r\cos (\mathrm{\π}-{\tan }^{-1}\left(\frac{t}{D}\right)-\mathrm{\φ})-\frac{D(-l+t)}{\sqrt{D^2+t^2}}$

$=(l^{\′}-\frac{\mathrm{tr}\sin \mathrm{\φ}}{D}-t)\frac{D}{\sqrt{D^2+t^2}}+r\sin \mathrm{\φ}\frac{t}{\sqrt{D^2+t^2}}-\frac{D(-l+t)}{\sqrt{D^2+t^2}}$

$=\frac{D}{\sqrt{D^2+t^2}}(l^{\′}+l-2t)$

这里， $l^{\′}=-r\cos \mathrm{\φ}+\frac{\mathrm{tr}\sin \mathrm{\φ}}{D}+t,$ 它表示经过点(r，φ)和第t探测器单元的投影数据，在直线扫描下的空间采样位置。

将(10)代入(9)，利用 $h\left[\frac{D}{\sqrt{D^2+t^2}}(l^{\′}+l-2t)\right]=\frac{D^2+t^2}{D^2}h(l^{\′}+l-2t),$

并且将l＝l-t，l′＝l′-t代入，立即得到重建公式(8)。

对于公式(8)，如果将q(l，t)＝p(-l+t，t)代入公式(8)，则

$f(r,)={\∫}_{-\∞}^{\∞}\frac{1}{\sqrt{D^2+t^2}}Q(l^{\′},t)\mathrm{dt}---\left(11\right)$

这里，Q(l′，t)＝q(l，t)*h(l)。

实际中，如果直线轨迹是[-L，L]，探测器总长度是[-t_m，t_m]，按照公式(8)重建的图像就不是精确的f(x，y)，它只是一种近似。同时，如果考虑到三维情况，被检查物体f(x，y，z)的一种近似

可以表达为(1)式所不。

上面推导了探测器单元等距排列的情况下，直线轨迹扫描的滤波反投影重建公式(1)以及本发明的图像重建方法的详细执行过程。实际上，探测器阵列中的探测器单元之间还可以按照关于射线源等角度的方式来排列。如果探测器单元是等角排列的，类似于上面的推导过程，其滤波反投影重建公式为：

$\hat{f}(r,\mathrm{\φ},z)={\∫}_{-{\mathrm{\γ}}_m}^{{\mathrm{\γ}}_m}\frac{1}{\cos \mathrm{\γ}}Q(l^{\′},\mathrm{\γ},z\frac{D}{D+r\sin \mathrm{\φ}})\mathrm{d\γ}---\left(12\right)$

其中，

Q(l′，γ，z)＝q(l，γ，z)*h(l)                    (13)

q(l，γ，z)＝p(-l+Dtanγ，γ，z)              (14)

l′＝-rcosφ+r sinφtanγ                        (15)

这里，探测器单元是等角排列，数据p(l，γ，z)表示阵列探测器在待检查物体相对运动到直线上坐标为l位置时，探测器阵列第z层角度位置为γ的投影值。值得注意的是，γ，z都是探测器阵列等效到物体直线运动的中心线上之后的数值。±γ_m表示探测器阵列在X轴方向的最小和最大角度。

因此，在等角度排列的探测器单元的情况下，直线滤波反投影的重建过程与上述相同，其中反褶平移操作按照公式(14)进行，卷积操作的含义与等距情况下的相同同，而加权反投影操作中采用的权重因子为l/cosγ。

换句话说，在投影数据转换部分1651中，反褶平移投影数据p(l，γ，z)以得到拟平行束扫描下的投影数据q(l，γ，z)，其中，投影数据p(l，γ，z)表表示当待检查物体相对运动到直线上坐标为l位置时，在探测器阵列第z层角度位置为γ的投影值。

在滤波部分1652中，用预定的卷积函数核h沿l方向对拟平行束扫描下的投影数据q(l，γ，z)做一维卷积，得到滤波后的投影数据Q(l′，γ，z)；

在反投影部分1653中，沿射线方向对滤波后的投影数据Q(l′，γ，z)进行加权反投影操作，以得到重建图像，其中权重因子为l/cosγ。

为到达准确的图像重建，射线成像系统应能够精确测量或标定以下系统参数：射线源到探测器阵列的距离T，射线源到直线运动中心距离D，传送部分的直线运动速度ν，探测器阵列采样间隔Δt，探测器物理尺寸，包括单个探测器单元的物理尺寸和探测器阵列的物理尺寸等。

根据本发明第一实施例的成像系统最大的特点是直线轨迹扫面而不是圆或者螺旋轨道扫描。由于不需要旋转，并天然利用安全检查中，被检查物体一般都是直线传送的特点，因此机械设计非常简单。

此外，由于是直线运动的缘故，不存在圆或者螺旋扫描中的加速度问题，检查通关率可以很高。与传统透视成像相比，本系统可以得到物体断层图像和/或立体图像，解决了透射图像存在的物体重叠问题。

此外，根据第一实施例的成像系统能获得CT断层成像系统和立体成像系统所获取的信息。

此外，根据第一实施列的成像系统没有圆轨道锥束CT中的大锥角问题(离中心平面越远数据缺失越严重)，原因在于直线扫描中每一层探测器得到的投影数据缺失情况都相同。

图7示出了根据本发明第一实施例的成像系统在不同射线水平张角的情况下获得的模拟图像(X-Y平面)的效果比较，其中(A)表示模型的原始图像，(B)表示在射线水平张角为90度的情况下，本发明第一实施例的成像系统模拟重建的图像，(C)表示在射线水平张角为120度的情况下，本发明第一实施例的成像系统模拟重建的图像，(D)表示在射线水平张角为150度的情况下，本发明第一实施例的成像系统模拟重建的图像。可以看出，随着射线水平张角的增加，重建图像的质量提高了。

图8示出了根据本发明第一实施例的成像系统重建的断层图像与透视图像的效果比较，其中(A)表示模型在X-Z平面中心层的图像，(B)表示本发明第一实施例的成像系统模拟重建的X-Z平面中心层的图像，(C)表示模型在Y-Z平面中心层的图像，(D)表示本发明第一实施例的成像系统模拟重建的Y-Z平面中心层的图像，(E)表示本发明第一实施例的成像系统模拟获得的透视图像。

【第二实施例】

图6是根据本发明第二实施例的成像系统的构成示意图。

根据本发明第二实施例的成像系统与第一实施例的成像系统的区别在于，在探测器阵列是的单列(单层，即线阵)的情况下，再设置可以沿Z方向升降的另一单列探测器，可以得到多个断层图像，从而以很少的探测器单元就可以实现立体成像。因此，相比于与第一实施例，探测器阵列中探测器单元的数目大大减小了。

如图6所示，第二实施例的数据采集部分中的探测器阵列包括垂直和水平两套单层探测器阵列(其中包括的探测器单元之间一般是等距排列，也可以是等角排列)141和142，用于获取锥形束射线的透射投影数据。同第一实施例一样，该数据采集部分还包括从探测器读出投影数据的读出电路和逻辑控制单元等。

此外，根据本发明第二实施例的成像系统中的控制和图像处理部分160中包括的控制器163除了具备上述第一实施例中所述的功能之外，还可以根据用户输入的指令控制水平单层探测器142在Z方向的升降。

这样，第二实施例的成像系统除了具备第一实施例的成像系统的优点之外，还可以减少探测器单元的数目，使成像系统的结构变得简单，并以降低了成像系统的成本。

图9示出了根据本发明第二实施例的成像系统在不同射线水平张角的情况下获得的模拟图像(X-Y平面)的效果比较，其中(A)表示模型的原始图像，(B)表示在射线水平张角为90度的情况下，本发明第二实施例的成像系统模拟重建的图像，(C)表示在射线水平张角为120度的情况下，本发明第二实施例的成像系统模拟重建的图像，(D)表示在射线水平张角为150度的情况下，本发明第二实施例的成像系统模拟重建的图像。可以看出，第二实施例的成像系统可以取得与第一实施例相同的成像质量。

图10示出了根据本发明第二实施例的成像系统重建的断层图像(X-Y平面)与透视图像，其中(A)表示模型在X-Y平面中心层的图像，(B)表示本发明第二实施例的成像系统模拟获得的透视图像。可以看出，第二实施例的成像系统可以取得与第一实施例相同的成像质量。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。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 (13)

1、一种成像系统，包括：

包括至少一个射线源的射线发生装置，用于产生射线；

数据采集装置，包括面对所述射线源设置的探测器阵列并用于通过接收穿透待检查物体的射线来获得投影数据；

传送装置，用于在检查过程中使位于射线源和探测器阵列之间的待检查物体与射线源和探测器阵列做相对直线运动；以及

控制和图像处理装置，用于控制所述射线发生装置、所述数据采集装置和传送装置，并从所述投影数据重建待检查物体的图像。

2、如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述射线发生装置产生的射线相对于探测器阵列的水平张角大于90度。

3、如权利要求2所述的成像系统，其特征在于，所述探测器阵列包括含有多个探测器单元的面阵探测器。

4、如权利要求2所述的成像系统，其特征在于，所述探测器阵列包括垂直设置并包含多个探测器单元的线阵探测器。

5、如权利要求4所述的成像系统，其特征在于，所述探测器阵列还包括水平设置并包含多个探测器单元的线阵探测器。

6、如权利要求5所述的成像系统，其特征在于，所述水平设置的线阵探测器在垂直方向上的位置是可变的。

7、如权利要求3～6之一所述的成像系统，其特征在于，所述控制和图像处理装置包括：

投影数据转换部分，用于将所述投影数据转换成拟平行束扫描下的投影数据；

滤波部分，通过用预定的卷积函数核与拟平行束扫描下的投影数据卷积，来获得滤波后的投影数据；以及

反投影部分，通过对滤波后的投影数据进行加权反投影来重建图像。

8、如权利要求7所述的成像系统，其特征在于，所述多个探测器单元是等距离排列的。

9、如权利要求8所述的成像系统，其特征在于，

所述投影数据转换部分反褶平移投影数据p(l，t，z)以得到拟平行束扫描下的投影数据q(l，t，z)，其中，投影数据p(l，t，z)表示当待检查物体相对运动到直线上坐标为l位置时，在探测器阵列第z层坐标位置为t处的投影值；

所述滤波部分用预定的卷积函数核沿l方向对拟平行束扫描下的投影数据q(l，t，z)做一维卷积，得到滤波后的投影数据Q(l′，t，z)；

所述反投影部分沿射线方向对滤波后的投影数据Q(l′，t，z)进行加权反投影操作，以得到重建图像，其中权重因子为 其中D表示射线源到直线运动中心线的距离。

10、如权利要求7所述的成像系统，其特征在于，所述多个探测器单元是关于射线源等角度排列的。

11、如权利要求10所述的成像系统，其特征在于，

所述投影数据转换部分反褶平移投影数据p(l，γ，z)以得到拟平行束扫描下的投影数据q(l，γ，z)，其中，投影数据p(l，γ，z)表表示当待检查物体相对运动到直线上坐标为l位置时，在探测器阵列第z层角度位置为γ的投影值；

所述滤波部分用预定的卷积函数核沿l方向对拟平行束扫描下的投影数据q(l，γ，z)做一维卷积，得到滤波后的投影数据Q(l′，γ，z)；

所述反投影部分沿射线方向对滤波后的投影数据Q(l′，γ，z)进行加权反投影操作，以得到重建图像，其中权重因子为1/cosγ。

12、如权利要求3～6之一所述的成像系统，其特征在于，所述多个探测器单元是固体探测器单元、气体探测器单元或者半导体探测器单元。

13、如权利要求3～6之一所述的成像系统，其特征在于，所述射线源是X射线加速器、X光机或者放射性同位素。

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