基于虛擬探測(cè)器的大視場(chǎng)錐束ct成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輻射成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于虛擬探測(cè)器的大視場(chǎng)錐束CT成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于平板探測(cè)器的錐束重建方法應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于制造工藝的限制，目前的平板探測(cè)器尺寸有限。在工業(yè)領(lǐng)域，有很多的物體需要CT檢測(cè)，而且物體直徑大，超出標(biāo)準(zhǔn)CT掃描能夠提供的最大視場(chǎng)。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朇N200610012217.X和專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朇N200910091282.X)分別對(duì)錐束大視場(chǎng)重建進(jìn)行了公開(kāi)。CN200610012217.X公開(kāi)了一種能達(dá)到三倍標(biāo)準(zhǔn)掃描視場(chǎng)的CT成像方法，該方法采用重排技術(shù)將錐束數(shù)據(jù)處理為平行束數(shù)據(jù)，降低了成像的分辨率，計(jì)算速度慢。CN200910091282.X公開(kāi)了一種探測(cè)器偏置的大視野錐束X射線傾斜掃描三維數(shù)字成像方法，最大能將視場(chǎng)擴(kuò)大為標(biāo)準(zhǔn)掃描視場(chǎng)的兩倍。2011年中國(guó)出版的《體視學(xué)與圖像分析》16卷第3期的論文“轉(zhuǎn)臺(tái)一次偏置掃描的ICT重建算法“提供了轉(zhuǎn)臺(tái)偏置大視場(chǎng)的重建方法，是一種扇束大視場(chǎng)掃描方法。以上這些技術(shù)能夠提供的視場(chǎng)不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)視場(chǎng)的三倍，且掃描次數(shù)較多，實(shí)施困難。如何能夠用少的掃描次數(shù)得到大視場(chǎng)錐束CT成像是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于虛擬探測(cè)器的大視場(chǎng)錐束CT成像方法。
[0004]本發(fā)明的基于虛擬探測(cè)器的大視場(chǎng)錐束CT成像方法，包括如下步驟:
(1)根據(jù)掃描物體大小計(jì)算所需虛擬探測(cè)器的大小，將虛擬探測(cè)器按照CT標(biāo)準(zhǔn)掃描下的探測(cè)器放置方式進(jìn)行放置；計(jì)算探測(cè)器應(yīng)該放置的不同位置，將轉(zhuǎn)臺(tái)平移到合適位置；
(2)對(duì)不同位置的探測(cè)器進(jìn)行相同的暗場(chǎng)校正；將不同位置處探測(cè)器作為虛擬探測(cè)器上的一個(gè)區(qū)域進(jìn)行增益校正；
(3)將探測(cè)器平移至不同位置，采集投影數(shù)據(jù)；探測(cè)器在不同位置的高度相同，在相鄰位置處有重疊區(qū)域；
(4)對(duì)步驟(3)中在同一投影角度下采集的的不同位置的探測(cè)器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，相鄰探測(cè)器的非重合區(qū)域的數(shù)據(jù)不進(jìn)行處理；重合區(qū)域的數(shù)據(jù)值為左右相鄰探測(cè)器重疊區(qū)域數(shù)據(jù)值的加權(quán)和，兩加權(quán)系數(shù)和為1，由左至右，左邊探測(cè)器數(shù)據(jù)的加權(quán)系數(shù)從I連續(xù)單調(diào)變?yōu)?，右邊探測(cè)器數(shù)據(jù)的加權(quán)系數(shù)從O連續(xù)單調(diào)變?yōu)镮 ;
(5)采用旋轉(zhuǎn)中心一次偏置的CT重建方法對(duì)虛擬探測(cè)器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，重建之前需對(duì)虛擬探測(cè)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)和補(bǔ)零，以焦點(diǎn)和轉(zhuǎn)臺(tái)連線與探測(cè)器的交點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)點(diǎn)，虛擬探測(cè)器補(bǔ)零的長(zhǎng)度需要使得對(duì)稱(chēng)點(diǎn)兩端虛擬探測(cè)器長(zhǎng)度一樣，并利用數(shù)據(jù)冗余加速反投影計(jì)算。
[0005]所述虛擬探測(cè)器大小按照下面內(nèi)容確定'R1 二 SODX (0.5XWa+ O0.XSDD/SOD) /Pow(0.25XWaXW+SDDXSDD, 0.虛擬探測(cè)器寬度尤是唯一的未知量，可通過(guò)求解這個(gè)方程得到，為旋轉(zhuǎn)中心平移的距離，A為成像半徑，光源到轉(zhuǎn)臺(tái)距離，光源到探測(cè)器距離；
所述探測(cè)器放置位置根據(jù)下面內(nèi)容確定:r3〈(N - 2)X5y，探測(cè)器放置位置的個(gè)數(shù)腐唯一未知量，％為單個(gè)探測(cè)器的寬度，5；表示寬度方向上相鄰探測(cè)器重疊區(qū)域?qū)挾扰c單個(gè)探測(cè)器寬度的比值，要求& > Λ 2，Λ個(gè)位置上放置的探測(cè)器要求能夠覆蓋虛擬探測(cè)器。
[0006]所述旋轉(zhuǎn)中心平移距離按照下面內(nèi)容確定:對(duì)于實(shí)心物體的掃描，在探測(cè)器上的投影寬度小于0.3 r3;對(duì)于中空物體的掃描，在探測(cè)器上的投影寬度小于0.4 Wa0
[0007]所述虛擬探測(cè)器數(shù)據(jù)加權(quán)方法具體內(nèi)容為:焦點(diǎn)和轉(zhuǎn)臺(tái)連線與探測(cè)器的交點(diǎn)為A用|」離其最近的探測(cè)器邊緣的距離為辦，P兩側(cè)各自距離范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行加權(quán)處理；加權(quán)函數(shù)需要滿足的條件為:57?過(guò)光源斿1」直線，如果/W側(cè)需進(jìn)行加權(quán)處理的區(qū)域中的兩個(gè)點(diǎn)和光源5確定的直線與57猶夾角絕對(duì)值相同，這兩個(gè)點(diǎn)處加權(quán)函數(shù)值的和為I ;加權(quán)函數(shù)為單調(diào)連續(xù)遞減函數(shù)，越靠近探測(cè)器邊界，加權(quán)函數(shù)值越小，在邊界處，函數(shù)值為零。
[0008]所述數(shù)據(jù)冗余加速計(jì)算方法具體內(nèi)容為:首先對(duì)補(bǔ)零后的探測(cè)器數(shù)據(jù)濾波，濾波方式與FDK方法的濾波方式相同，將補(bǔ)零區(qū)域?yàn)V波后的數(shù)據(jù)以點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)點(diǎn)加到對(duì)稱(chēng)坐標(biāo)位置，接下來(lái)的反投影過(guò)程中，補(bǔ)零區(qū)域的數(shù)據(jù)不參與反投影。
[0009]所述錐束CT包括錐束螺旋CT。將上面介紹的技術(shù)推廣到錐束螺旋掃描，可解決縱向視場(chǎng)擴(kuò)展問(wèn)題。
[0010]該發(fā)明解決了待掃描物體旋轉(zhuǎn)半徑超出標(biāo)準(zhǔn)掃描視場(chǎng)的問(wèn)題，在滿足X光能夠穿透物體的條件下，使用小平板探測(cè)器能得到大的掃描視場(chǎng)，成像質(zhì)量高，成像速度快。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是表示CT標(biāo)準(zhǔn)掃描的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是表示CT轉(zhuǎn)臺(tái)一次偏置掃描的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是虛擬探測(cè)器補(bǔ)零與延拓的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明將結(jié)合實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以便對(duì)本發(fā)明的目的，特征及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行更深入的理解。
[0013]圖1為CT標(biāo)準(zhǔn)掃描的結(jié)構(gòu)圖。轉(zhuǎn)臺(tái)平移叫距離，得到圖2轉(zhuǎn)臺(tái)一次偏置掃描的結(jié)構(gòu)圖。轉(zhuǎn)臺(tái)一次偏置的錐束重建，是將2011年中國(guó)出版的《體視學(xué)與圖像分析》16卷第3期的論文“轉(zhuǎn)臺(tái)一次偏置掃描的ICT重建算法“中介紹的方法應(yīng)用到錐束掃描，并利用補(bǔ)零延拓后虛擬探測(cè)器數(shù)據(jù)的冗余性在反投影過(guò)程中進(jìn)行加速處理。本發(fā)明使用虛擬探測(cè)器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，虛擬探測(cè)器是為方便計(jì)算定義的，在現(xiàn)實(shí)中不存在，它的數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)多個(gè)位置上的探測(cè)器數(shù)據(jù)處理得到的。本實(shí)施例中X光源采用9Mv加速器，探測(cè)器數(shù)據(jù)采集區(qū)域大小為40cmX 40cm，探測(cè)器寬度rA=40cm，被檢物體需要的掃描半徑1^=60011。SDD為412cm，SOD 為 320cm。標(biāo)準(zhǔn)掃描下旋轉(zhuǎn)半徑 R0 = SOD X (0.5XVb)/Pow(0.25XWb XWb+SDDXSDD, 0.幻=15.5cm，因此標(biāo)準(zhǔn)掃描不能滿足成像需求。為了對(duì)被檢物體進(jìn)行成像，需要將標(biāo)準(zhǔn)掃描的旋轉(zhuǎn)半徑擴(kuò)大4倍。5；設(shè)定為0.1，在探測(cè)器上投影寬度設(shè)定為0.3 Wa0通過(guò)計(jì)算得到轉(zhuǎn)臺(tái)一次偏置CT成像需要的虛擬探測(cè)器寬度為97.2cm。探測(cè)器在3個(gè)位置采集的數(shù)據(jù)拼接融合而成的數(shù)據(jù)寬度大于97.2，取其中對(duì)重建起作用的寬度為97.2cm的區(qū)域的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)區(qū)域位于虛擬探測(cè)器中間位置，為有效虛擬探測(cè)器。該布局得到的視場(chǎng)，超過(guò)3倍標(biāo)準(zhǔn)掃描的視場(chǎng)，射線源與有效虛擬探測(cè)器區(qū)域左右邊界形成的夾角小于14度。在邊界處，射線劑量顯著降低，因此對(duì)虛擬探測(cè)器作為一個(gè)整體進(jìn)行增益校正，3個(gè)位置處探測(cè)器暗場(chǎng)校正方