[发明专利]一种探测器偏置的大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种探测器偏置的大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像方法，属于 X射线计算机层析成像(CT)技术领域。

背景技术

在X射线CT系统中，X射线源发出X射线，从不同角度穿过被检测物体的某一区域， 放置于射线源对面的探测器在相应角度接受，然后根据各角度射线不同程度的衰减，利 用一定的重建算法和计算机进行运算，重建出物体被扫描区域的射线线衰减系数分布映 射图像，从而实现由投影重建图像，无损地再现物体在该区域内的介质密度、成分和结 构形态等特征。

现行的CT技术，无论是2D-CT，还是3D-CT，均需要射线扫描被检结构断层所在的整 个截面。于是，对于长、宽尺寸大而厚度小的板、壳结构的层析检测，射线不可避免要 对比厚度尺寸大得多的长、宽尺寸所在截面作透视扫描。显然这种扫描透视投影数据灵 敏度和空间分辨率，与从厚度方向扫描相比，要低得多，于是重建出的断层图像对结构 细节分辨率必然很低；况且，当长、宽尺寸达到数米级时，也无法实施这种层析扫描。 因此，现有常规CT技术对长、宽尺寸大而厚度小的结构，无法提供有效的层析检测技术。 为此，薄板层析成像(CL)技术被提出。它采用圆、直线或螺旋扫描轨迹，对板壳结构 实施倾斜扫描，利用一定的重建算法进行层析成像。王宏钧等，代数重建技术在板壳 结构断层重建中的应用，光学技术，2006，32(2)：168-170中，研究了一种CL方法， 采用圆扫描轨迹和代数重建技术对板壳结构进行层析成像，如图1所示。当该方法扫描 图1中构件时，需要面阵探测器尺寸大于等于ABCD的尺寸。

CL在实际应用中面临的一个主要问题是，受扫描原理和探测器面积的影响，成像视 野小，检测效率低。目前，尚未发现有提高CL成像视野的方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对传统CL成像面临的成像视野小、检测效率低的问 题，提供一种探测器偏置的大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像方法，在系统硬件 和扫描速度不变条件下，可将倾斜扫描成像视野提高1倍，重建质量高，过程简单、高 效。

本发明的技术解决方案：探测器偏置的大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像方 法，其特征在于包括如下步骤：

(1)设置面阵探测器偏置的大视野锥束X射线倾斜扫描几何结构，形成数字射线 投影图像获取系统；

(2)进行面阵探测器偏置的大视野锥束X射线倾斜扫描，获得一组二维数字射线 投影图像序列；

(3)记录射线源到面阵探测器距离z_c、射线源到旋转中心z′_c、射线倾斜角度面 阵探测器水平方向探测通道个数m和垂直方向探测通道个数n，数字射线投影图像数据 截断长度δ；

(4)根据上述参数z_c、z′_c、m、n和δ，利用面阵探测器偏置的大视野锥束X 射线倾斜扫描三维数字成像数据截断预处理平滑方法，对步骤(2)得到的二维数字射 线投影图像序列数据截断边缘进行平滑，得到平滑后的数字射线投影图像序列；

(5)依据步骤(4)得到的数字射线投影图像序列，利用面阵探测器偏置的大视野 锥束X射线倾斜扫描三维数字成像滤波反投影重建算法，重建扫描区域的三维层析图像。

本发明的扫描原理如图1：物体在转台带动下旋转；在每个旋转角度下，偏置的面 阵探测器ABGH将穿过物体的射线转换成电信号送到计算机，形成投影数据；当转台旋 转360度即完成扫描；根据扫描形成的投影数据，利用本发明的面阵探测器偏置的大视 野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像数据截断预处理平滑方法和滤波反投影重建算法进 行预处理和重建，即可获得物体三维层析图像。

本发明的大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像数据截断预处理平滑方法如下：

P′(X，Y，β)＝P(X，Y，β)·ω(X，Y，β)(1)

其中，P(X，Y，β)为虚拟面阵探测器ABCD获取的二维数字射线投影图像序列，在实际 面阵探测器ABGH获取的数据基础上补零产生；P′(X，Y，β)为平滑后的二维数字射线投影 图像序列，ω(X，Y，β)为平滑函数，X和Y为虚拟面阵探测器ABCD探测通道位置，β为 旋转角度。

本发明的四个大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像数据截断预处理平滑函数如 下：