[发明专利]X射线复式断层扫描成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机复式断层扫描成像系统，尤其是能获取高分辨率断层图像的成像方法，属于CT信号与图像处理领域。

背景技术

X射线是一种波长很短的电磁辐射，具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，因此广泛应用于医疗诊断和工业检测领域。常见的X射线成像是依靠带有束光器的X射线球管和由探测感应单元排列组成的线型探测器相互对准同步运动扫描被测物体而完成的。X射线对被测物体内部不同密度、结构和成份的穿透能力不同，因此透过被测物体被探测器感应到的能量亦有不同。当射线收发端完成一轮运动扫描后，就可得到一幅反映物体内部结构的二维X光图像。但是由于有些物体内部成分对X线的吸收差别极小，造成X光图像的密度分辨率偏低，因此X射线对那些前后重叠的结构就难以分辨。另外，X光图像仅能看到投射角度的平面图像，而顺投射方向的深度信息即断层信息并不能获得。

CT成像技术的出现弥补了以上X射线成像的不足，它是一种利用X射线球管与阵列式探测器相互配合同步旋转扫描来获取物体断面图像信息的方法。通过对不同层面的单轴旋转扫描，可以产生一系列二维断层图像，从而得到物体内部深度信息也即三维信息。与图像上会出现许多重叠投影的传统X射线摄影术相比，CT图像具有显著提高的对比度，即具备高密度分辨能力。首先放射球管发出的X线束对被测物中感兴趣的断层层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，接着根据接收射线的强度，转换变为相应的电信号作为待处理信息输入计算机处理。扫描到所有信息后，计算机便将这些扫描信息交由CT图像重建算法进行计算并获得一幅断层图像，从而再现物体扫描断层层面内部的结构状况。由此可以看出CT图像并不是直接扫描感测出来的，而是需要增加一个重建过程，因此CT图像是一种重建图像。

常用的工业CT成像设备结构示意如图1中所示，底座7上安装有一个升降柱6和一个升降转轴8，升降转轴8上固定一个可由转轴8带动同步旋转的台面9，被测物体可置于台面9上随台面旋转从而在旋转中接受断层扫描。升降柱6上安装有一个水平横杆3，横杆3的两端分别固定了X射线源和X射线探测器。其中固定于左端的拍片盒1中安装有线型阵列探测器2，固定于右端的X射线球管4产生的X射线经过束光器5放射出线型光束，并与另一端的线型阵列探测器2对齐，使探测器2能够接收到射线。当升降柱6伸缩运动时，可带动水平横杆3及其两端的部件整体上下运动，保证了X射线发射端和接收端始终对准，从而获取被测物体准确的内部结构和组分信息。

传统的计算机断层扫描成像检测过程可以用图2所示流程来加以说明。首先，将扫描的初始位置定位于被测物体的上方，为了保证扫描结果的准确性，被测物体需要固定以保持静止不动。然后放射端与接收端从初始位置起自上而下同步运动，对物体进行全身X光扫描。当扫描完成后，将扫描得到的一维数据集进行处理，获得一幅二维平面X光全身影像。通过对全身影像的分析，找到所要检测的感兴趣区域。为了进一步的获得感兴趣区域的深度信息，需要继续对这一区域进行断层扫描。此时要将放射端与接收端定位于感兴趣区。与全身扫描不同，为了得到360度完整的扫描信息，在扫描过程中，放射端与接收端的位置要始终保持固定。而被测物体则开始随台面匀速旋转，以使扫描器件能测得各个角度的数据。启动扫描完成物体旋转一周的数据采集。最后，根据采集到的数据进行断层图像重构，得到最终的感兴趣点的断层图像。

目前，常用的CT成像设备尽管能够捕捉到物体的深度信息，且相比较X光图像具备高密度分辨率，但是由于探测单元有限，CT图像的空间分辨力却不如X光图像高。另外，在成像、采集、传输、处理过程中，由于系统受到感应单元融合、振动、电磁干扰、曝光不均及射线衍射等内外环境的影响，断层图像会有不同程度的降质，主要包括有混叠效应、模糊(尤其是边界)、失真、数据漏检和系统噪声。事实上，即使空间分辨率稍高的X光图像也面临以上问题和增强分辨率的挑战。结合CT应用领域的特点解决影像的分辨率问题，对于感兴趣点尤其是细小点的检测提取，是非常重要而迫切的。