[发明专利]一种基于代数重建算法的大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于代数重建算法的大视野锥束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。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。针对这个问题，出现了基于滤波反投影重建算法的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，在系统硬件不变条件下，可将成像视野或速度提高1倍，重建过程简单、高效。

上述采用滤波反投影重建算法的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，重建速度快、检测效率高，但存在较为明显的层间特征混叠，难以满足重建精度要求高的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对基于滤波反投影重建算法的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，存在较为明显的层间特征混叠伪影，难以满足重建精度要求高的应用的问题，提供一种基于代数重建算法的大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像方法，在系统硬件、扫描速度、成像视野不变条件下，可显著提高重建图像质量，重建过程简单。

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，偏置的探测器ABEF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代数重建算法进行重建，即可获得物体三维层析图像。

本发明采用的技术方案：基于代数重建技术的大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像方法，其特点在于包括以下步骤：

(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、旋转中心到面阵探测器距离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；

(4)根据步骤(3)得到的参数和步骤(2)获取的二维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方法对应的代数重建算法，重建扫描区域的三维层析图像。

本发明的大视野锥束X射线倾斜扫描三维数字成像方法对应的代数重建算法为：