[发明专利]一种锥束CT瞬时扫描装置及重建方法

说明书

本发明涉及一种锥束CT瞬时扫描装置及重建方法，包含如下步骤：S1：将载物台置于扫描装置内，被扫描物体置于载物台上，启动扫描装置；S2：启动所有的高速平板探测器，扫描装置中的X射线焦点对物体进行扫描，采集到物体的投影数据后立即关闭该X射线焦点；S3：按照指定顺序遍历所有的X射线焦点，得到当前时刻物体在扫描装置下的投影数据；S4重复步骤S2、S3，获得下一时刻被扫描物体在扫描装置下的投影数据，并关闭锥束CT瞬时扫描装置；S5：采用基于L0正则化的锥束CT重建算法对上述每一时刻的物体进行重建，获得每一时刻被扫描物体的三维体素和断层图像并显示。本发明装置能够极快地完成对物体的扫描且扫描过程中无任何机械运动，时间分辨率高。

技术领域

本发明属于生物医学影像和无损检测技术领域，涉及一种锥束CT瞬时扫描装置及重建方法。

背景技术

CT成像技术成功应用于生物医学影像和无损检测领域并取得很大的发展。为满足不同结构和大小的物体检测需求，不同策略的扫描方式及重建算法得到发展。大多数扫描方式针对静态的物体进行扫描，扫描过程中物体只有旋转或平移运动，物体的大小、形状及内部结构不会随时间发生变化；针对静态物体的扫描方式和重建算法可以获得高空间分辨率的重建图像并满足实际的需求。

在工业无损检测领域，存在很多被检测物体处于动态变化的情况。例如：由于外力作用，材料或工件内部存在的缺陷会由静止状态转化为明显的运动状态，同时释放出弹性能以应力波的形式传递。声发射无损检测技术可提供物体受力时缺陷的活动信息。首先，声发射检测必须有外力的作用，使材料或工件发声；另一方面，由于外力的作用，材料或工件的内部结构发生变化，如晶体结构变化、裂纹扩展等，发声是在材料或工件内部结构的变化过程中产生的。因此，声发射检测是在材料或工件的内部结构或缺陷处于动态变化的过程中进行无损检测的。

在生物医学影像领域，常见的疾病如颅脑外伤、脑炎及颅内肿瘤等，由于在疾病的病程中会出现严重的脑水肿及颅内压增高，其致死率很高。对于病情危重且病情变化较快的患者，监测其病灶的动态变化情况，对病情演变进行及时判断并且调整治疗方案是非常必要的。类似地，小动物的成像研究在人类对疾病的理解、药物的研究、临床评估等方面扮演着重要角色。但是，小动物的生理运动是传统成像方式面临的关键问题。由于传统的CT成像技术需要较长时间获得被扫描物体的投影数据，时间分辨率低，导致投影数据严重不一致，传统的重建算法不再严格适用，不能满足实际需求。为了解决时间分辨率低的问题，高速的CT扫描和成像系统得到发展。R.A.Robb和E.A.Hoffman.等人于1983年在电气与电子工程师协会会报上提出一种快速扫描的装置，对心脏和肺部等器官进行扫描；装置将多个射线源等距离安装在一个半圆上，安装在射线源对立面的多个探测装置用来记录每个射线源对应的投影数据，在极短的时间内获得被扫描物体在多个角度下的投影数据，时间分辨率高，由于所有的射线源安装在同一个圆周上，扫描装置结构复杂，成本高。S.J.Schambach等人于2009年在美国心脏协会期刊上提出一种多焦点的射线源和数字平板探测器用于对麻醉后的小鼠进行CT血管造影，采集投影数据过程中，小鼠在40秒内持续匀速旋转180度，得到1200张投影数据，利用FBP(Filtered Backprojection)算法进行图像重建，该方法扫描时间持续较长，时间分辨率低。Baodong Liu等人于2011年在医学与生物物理杂志上提出一种超速的微焦CT系统用于动态小动物的二维CT成像，系统包括多个射线源和探测器对，为了得到较多的投影数据，每对射线源和探测器只需旋转很小的角度；采用TVM-SD(TotalVariation Minimization with the Steepest Decent)和TDM-STF(Total DifferenceMinimization with Soft-Threshold Filtering)算法分别进行重建得到感兴趣区域的二维断层图像；随着射线源和探测器对的增多，每对射线源和探测器需要旋转的角度减小，扫描速度更快，时间分辨率越高，然而，射线源发出的射线能够覆盖的公共区域越小，因此需要对视场大小和时间分辨率进行权衡。

发明内容