[发明专利]多源摆动动态CT成像方法

说明书

本发明公开了一种多源摆动动态CT成像方法，首先把采集的多对X射线源－探测器一次摆动扫描的所有投影数据进行重排；接着对重排后的投影数据采用FBP算法重建出CT图像；把上述CT图像作为先验图像，通过带TV约束的ART算法把相应的时间帧的投影数据进行图像重建获得对应时间帧的CT图像；把所有时间帧的CT图像按时间顺序组合获得该次X射线源－探测器摆动时间段内检测对象的动态CT图像；重复上述过程，最后获得整个检测对象变化过程的动态CT图像。本发明所提出MS‑PICCS算法不仅能够从高度欠采样的数据恢复真实图像而且还具有良好的抗噪性能。

技术领域

本发明涉及CT扫描领域，具体涉及一种多源摆动动态CT成像方法。

背景技术

实际应用中存在过程可视化检测需求，如增材制造缺陷形成、铸件冷却缺陷形成、材料(新材料、矿石)拉压破坏、空隙材料(石油岩心、高速路面)液体渗透、多相流体动态流动、固体火箭发动机喷管喉颈材料烧蚀等过程，传统无损检测方法都有一定的局限性。近年来，工业CT技术已成为工业无损检测的重要手段，但由于上述可视化检测过程中检测对象内部发生变化，而CT扫描过程中要求检测对象稳定，传统工业CT技术不能直接用于过程可视化检测。然而，上述需要可视化检测的过程有以下共同特点：(1)变化过程有一定持续时间(非瞬时)；(2)同时其过程变化为检测对象内部的局部变化。这些特点使动态CT检测成为可能。

动态过程的可视化检测研究主要包括：RB Arthur和MA Cheverton通过融合多个高速相机采集的不同数据类型从而对增材制造过程的变化进行成像；光滑粒子流体动力学方法和大涡流模拟方法用于预测和可视化铸造时流体瞬时流动以及氧化物含量的动态变化；通过融合X射线温度梯度阶段(XTGS)，X射线显微成像技术和尺度模拟方法观察铝-铜合金的固化冷却过程中缩松以及锁孔的生长率；Xuanhao Sun等人通过高放大倍率光学显微镜和原子力显微镜(AFM)研究皮质骨的屈服后的变形过程等。另外，微观粒子图像速度测定技术也被用于研究多孔微型模型中动态溶液的相互作用。然而，已有的这些技术都有一定局限性，如AFM只能观察变化过程的表面结构，对其内部结构的变化显得无能为力。又如平滑粒子流体动力学方法空间分辨率较低。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种多源摆动动态CT成像方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种多源摆动动态CT成像方法，该方法以基于先验图像约束的压缩感知图像重建算法为基础，具体包括以下步骤为：步骤一、把采集的多对X射线源－探测器单次摆动的所有投影数据进行重排；步骤二、对重排后的投影数据采用FBP算法重建出CT图像；步骤三、把上述CT图像作为先验图像，通过带TV约束的ART算法把相应的时间帧的投影数据进行图像重建获得对应时间帧的CT图像；步骤四、把所有时间帧的CT图像按时间顺序组合获得该次X射线源－探测器摆动时间段内检测对象的动态CT图像；步骤五、重复步骤三、四，最后获得整个检测对象变化过程的动态CT图像。

进一步，基于先验图像约束压缩感知图像重建算法被设计为以下无约束最小化问题：

minκ||TV(I)||₁+(1-κ)||TV(I-I^p)||₁such that AI＝P (1)

其中，||·||₁表示矩阵L₁范数，A代表系统矩阵，I,P分别表示待重建图像和测量的投影数据，TV(I)，TV(I-I^p)分别表示待重建图像以及待重建图像与先验图像的总变分，κ是由先验图像I^p中的伪影程度决定的经验参数，取值范围为[0,1]。

进一步，通过采用梯度下降搜索方法对公式()进行求解，图像中(i,j)点的梯度方向h_i,j可由分量a_i,j，b_i,j，c_i,j，d_i,j和e_i,j的计算得到：