一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)ct掃描成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于CT掃描技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成像方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 受限于探測器的體積和成本，目前大型高能工業(yè)CT設(shè)備主要的布局依然是II代、 III代或是II+III代，探測器基本上是線陣探測器，很少有面陣探測器。因此檢測效率較 低，檢測的成本較高。高能CT為減少探測器之間的串?dāng)_，一般在射線進(jìn)入探測器之前要先 通過一個"隧道型"準(zhǔn)直器進(jìn)行射線準(zhǔn)直，由于每1個探測器單元都需有與之相對應(yīng)的準(zhǔn)直 器，客觀上造成了單位長度探測器數(shù)量少，單個探測器成本高、無法進(jìn)行大規(guī)模集成。在不 增加探測密度的情況下，為提高CT的空間分辨率，常用的方法是進(jìn)行物理插值（在掃描過 程中，通過探測器的擺動或者物體的移動，得到多次掃描數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)拼成一個扇 束數(shù)據(jù)）。如果檢測區(qū)域不是一個斷層，而是某個范圍，常用的方法是逐層掃描，由于檢測成 本的關(guān)系，層間距離一般較大。在兩層掃描之間，加速器需要停止出束（因?yàn)榧铀倨鞯膲勖?是有限的，其核心部件的壽命在500~800小時左右），因而檢測效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成像方 法，該方法在保證CT的空間分辨率情況下，能夠提高檢測效率，降低檢測成本。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0005] -種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成像方法，該方法包括以下步驟：
[0006] S1 :將待測工件放置到掃描轉(zhuǎn)臺上，根據(jù)檢測要求對待測工件進(jìn)行固定；
[0007] S2 :根據(jù)檢測要求設(shè)置CT掃描的視場大小、檢測距離與成像尺寸檢測參數(shù)；根據(jù) 檢測參數(shù)要求計算CT掃描的螺距和掃描轉(zhuǎn)臺平移步距；
[0008] S3:根據(jù)探測器大小、成像尺寸、采樣時間，確定射線源、探測器同步運(yùn)動速度與檢 測平臺旋轉(zhuǎn)速度；
[0009] S4 :將射線源、探測器同步移動至待掃描物體的區(qū)域的底部，同時進(jìn)行射線源、探 測器同步運(yùn)動與掃描轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；
[0010] S5 :待射線源、探測器同步運(yùn)動超出檢測范圍后即完成第一次螺旋掃描；停止射 線源、探測器同步運(yùn)動，將掃描轉(zhuǎn)臺平移一個步距，在平移過程中無需停止轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動；
[0011] S6:將射線源、探測器向相反方向同步運(yùn)動再次掃描待測工件完成第二次螺旋掃 描；
[0012] S7 :重復(fù)S5、S6,直至掃描轉(zhuǎn)臺平移N-1步，完成整個螺旋掃描；N為根據(jù)檢測參數(shù) 確定需要做N次螺旋掃描；
[0013] S8 :對S4和S6采集到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重排；
[0014] S9 :對S8重排后的數(shù)據(jù)采用迭代重建算法進(jìn)行CT圖像重建。
[0015] 進(jìn)一步，所述掃描轉(zhuǎn)臺平移的步距為， (1 \
[0016] AJ = /?tan -Ay ， J
[0017] 其中，R為弧形探測器的半徑，兩個相鄰探測單元的夾角為A Y。
[0018] 進(jìn)一步，所述S8中投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重排的方法為，重建層的投影角范圍限制在一個 較小的范圍內(nèi)，加速器CT重建層的投影角范圍為12° -18°，球管機(jī)CT重建層的投影角范 圍為30° -40°，采用有限角重建方法進(jìn)行CT圖像重建。
[0019] 進(jìn)一步，所述S9采用迭代重建算法進(jìn)行CT圖像重建，具體步驟為：采用TV正則化 方法對每個螺旋重建，然后將所有結(jié)果疊加，再將疊加結(jié)果進(jìn)行校正；在算法實(shí)現(xiàn)過程中引 入先驗(yàn)彳目息；米用并行加速算法實(shí)現(xiàn)快速重建。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成 像方法，對現(xiàn)有三代線陣螺旋CT機(jī)的掃描方式進(jìn)行了改造，去除了探測器物理插值結(jié)構(gòu)， 以掃描臺平移來替代實(shí)現(xiàn)圖像插值，降低了 CT機(jī)的硬件成本；掃描中采用待測物體連續(xù)旋 轉(zhuǎn)、探測器與射線源同步運(yùn)動方式實(shí)現(xiàn)交錯螺旋掃描路徑，提高了掃描效率，降低了 CT檢 測成本；圖像重建采用TV正則化法結(jié)合先驗(yàn)知識、重建質(zhì)量高、分辨率好。
【附圖說明】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述，其中：
[0022] 圖1為本發(fā)明所述方法的流程圖；
[0023] 圖2為兩次螺旋三維示意圖；
[0024] 圖3為兩次螺旋三維俯視圖；
[0025] 圖4為四次物理插值的平移示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0027] 本發(fā)明提供的一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成像方法，該方法的流程如 圖1所示。由于物體繞轉(zhuǎn)臺順時針旋轉(zhuǎn)等效于射線源和探測器繞轉(zhuǎn)臺逆時針旋轉(zhuǎn)，類似地， 物體繞轉(zhuǎn)臺逆時針旋轉(zhuǎn)等效于射線源和探測器繞轉(zhuǎn)臺順時針旋轉(zhuǎn)，為描述方便起見，以下 的描述都是假設(shè)物體固定不動，射線源和探測器繞轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，同時假設(shè)射線源和探測器沿 轉(zhuǎn)臺軸向平移。以下的敘述以4次轉(zhuǎn)臺平移來具體說明交錯螺旋的掃描原理。所述方法包 括以下步驟：
[0028] S1 :將待測工件放置到掃描轉(zhuǎn)臺上，根據(jù)檢測要求對工件進(jìn)行必要的固定以防止 工件在旋轉(zhuǎn)和平移時發(fā)生位置變化；
[0029] S2:根據(jù)檢測要求設(shè)置CT掃描的視場大小、源到物體旋轉(zhuǎn)中心的距離、旋轉(zhuǎn)中心 到探測器的距離與成像尺寸等檢測參數(shù)，根據(jù)檢測參數(shù)要求（即成像空間分辨率）計算CT 掃描的螺距和掃描轉(zhuǎn)臺平移步距；
[0030] 圖2為第一次和第二次螺旋掃描的結(jié)構(gòu)及其俯視圖，圖3為4次螺旋掃描時，在起 始角或者終止角的俯視圖中一個探測單元所對應(yīng)射線束的示意圖。
[0031] 假設(shè)兩個相鄰探測單元的夾角為AY，則射線源和探測器每次的平移距離（即掃 描轉(zhuǎn)臺平移的步距）為
[0032]
【主權(quán)項】
1. 一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成像方法，其特征在于：該方法包括以下步 驟： 51 :將待測工件放置到掃描轉(zhuǎn)臺上，根據(jù)檢測要求對待測工件進(jìn)行固定； 52 :根據(jù)檢測要求設(shè)置CT掃描的視場大小、檢測距離與成像尺寸檢測參數(shù)；根據(jù)檢測 參數(shù)要求計算CT掃描的螺距和掃描轉(zhuǎn)臺平移步距； 53 :根據(jù)探測器大小、成像尺寸、采樣時間，確定射線源、探測器同步運(yùn)動速度與檢測平 臺旋轉(zhuǎn)速度； 54 :將射線源、探測器同步移動至待掃描物體的區(qū)域的底部，同時進(jìn)行射線源、探測器 同步運(yùn)動與掃描轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)運(yùn)動； 55 :待射線源、探測器同步運(yùn)動超出檢測范圍后即完成第一次螺旋掃描；停止射線源、 探測器同步運(yùn)動，將掃描轉(zhuǎn)臺平移一個步距，在平移過程中無需停止轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動； 56 :將射線源、探測器向相反方向同步運(yùn)動再次掃描待測工件完成第二次螺旋掃描； 57 :重復(fù)S5、S6,直至掃描轉(zhuǎn)臺平移N-1步，完成整個螺旋掃描；N為根據(jù)檢測參數(shù)確定 需要做N次螺旋掃描； 58 :對S4和S6采集到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重排； 59 :對S8重排后的數(shù)據(jù)采用迭代重建算法進(jìn)行CT圖像重建。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成像方法，其特征在 于：所述掃描轉(zhuǎn)臺平移的步距為，
其中，R為弧形探測器的半徑，兩個相鄰探測單元的夾角為AY。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成像方法，其特征 在于：所述S8中投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重排的方法為，將重建層的投影角范圍限制在較小的范 圍內(nèi)，加速器CT重建層的投影角范圍為12° -18°，球管機(jī)CT重建層的投影角范圍為 30° -40°，采用有限角重建方法進(jìn)行CT圖像重建。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成像方法，其特征在 于：所述S9采用迭代重建算法進(jìn)行CT圖像重建，具體步驟為：采用TV正則化方法對每個螺 旋重建，然后將所有結(jié)果疊加，再將疊加結(jié)果進(jìn)行校正；在算法實(shí)現(xiàn)過程中引入先驗(yàn)信息； 采用并行加速算法實(shí)現(xiàn)重建。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成像方法，屬于CT掃描技術(shù)領(lǐng)域。該方法在掃描期間載物轉(zhuǎn)臺一直進(jìn)行單向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)臺在兩次螺旋掃描間隙只需要沿平行于探測器的方向橫向平移，無需徑向運(yùn)動，通過射線源和探測器的軸向往返運(yùn)動實(shí)現(xiàn)交錯螺旋掃描。本發(fā)明提供的一種多次平移的交錯螺旋工業(yè)CT掃描成像方法，適用于III代CT大尺寸工件的高精度快速三維成像，該方法利用現(xiàn)有III代線陣探測器CT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高精度快速三維成像，掃描過程無需進(jìn)行探測器物理插值，在保證檢測精度的前提下，簡化了CT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低CT系統(tǒng)制造成本，并且有效的提高了檢測效率。
【IPC分類】G01N23-04
【公開號】CN104698016
【申請?zhí)枴緾N201510137023
【發(fā)明人】沈?qū)? 粱良, 鄒曉兵
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月26日