專利名稱：大尺寸物體的錐束雙螺旋ct掃描成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CT掃描成像方法，特別涉及一種大尺寸物體的錐束雙螺旋 CT掃描成像方法。
背景技術(shù)：
在CT檢測技術(shù)中，錐束螺旋掃描方式和相應的成像方法可以解決長物體的 檢測問題，檢測效率高，軸向分辨率好。但是，常有待檢測物體的橫向尺寸較 大，放射源的射線橫向張角不能包含物體的橫截面，此時，常規(guī)的錐束螺旋掃 描方式也就不能滿足檢測需要。
為解決以上問題，出現(xiàn)射線源和探測器由一次偏置推廣到三次偏置的錐束 CT，但是掃描時需要物體分別沿垂直和平行于中心射線的方向平移，射線源和 探測器需要同步偏轉(zhuǎn)，增加了機械實現(xiàn)的難度，并且得到的投影數(shù)據(jù)是不完全 投影數(shù)據(jù)，利用平行束掃描的對稱性將投影數(shù)據(jù)重排為平行束，將產(chǎn)生重排誤 差；還有一種雙源雙螺旋的掃描方法，采用兩組射線源和探測器同時沿上下平 行的螺旋軌跡掃描物體，這種掃描方法只能提高長物體檢測效率，并不能解決 橫向尺寸較大物體的檢測問題。
因此，需要一種能夠適用于大尺寸物體檢測的CT掃描成像方法，掃描過程 易于機械實現(xiàn)，不需要射線源和探測器偏轉(zhuǎn)，也不需要轉(zhuǎn)臺和待檢測工件沿與 徑向平行的方向平移，并且可得到物體待檢測區(qū)域的完整投影數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像
方法，掃描過程易于機械實現(xiàn)，不需要射線源和探測器偏轉(zhuǎn)，僅需轉(zhuǎn)臺和待檢
測工件沿水平方向平移兩次，可得到工件待檢測區(qū)域的完整投影數(shù)據(jù)；利用平 移加雙螺旋的掃描方式和相應的重建算法，實現(xiàn)橫向尺寸較大物體的檢測，不 需要投影數(shù)據(jù)的重排和插值。
本發(fā)明的大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法，待檢測工件設置在旋 轉(zhuǎn)臺上，旋轉(zhuǎn)臺在初始位置時中心軸線與射線源的中心射線垂直并相交，以旋 轉(zhuǎn)臺在初始位置時中心軸線與射線源的中心射線的相交點為原點建立直角坐標 系，y軸為沿旋轉(zhuǎn)臺橫向并垂直于射線源的中心射線的坐標軸，z軸為與旋轉(zhuǎn)臺 中心軸線重合的坐標軸，x軸為與射線源的中心射線重合的坐標軸，錐束雙螺旋 CT掃描成像方法包括以下步驟
a. 第一次掃描掃描前將旋轉(zhuǎn)臺及待檢測工件沿y軸移動設定距離，開始 第一次掃描，使旋轉(zhuǎn)臺帶動待檢測工件旋轉(zhuǎn)，同時使射線源和探測器沿z軸移 動，形成以旋轉(zhuǎn)臺中心軸線為軸線，射線源到旋轉(zhuǎn)臺中心軸線的距離為半徑的
第一個螺旋形掃描軌跡，直至沿Z軸掃描完待檢測工件；
b. 第二次掃描第二次掃描前將旋轉(zhuǎn)臺及待檢測工件沿y軸回到原位，并 與第一次掃描前移動方向相反沿y軸移動設定距離；開始第二次掃描，使旋轉(zhuǎn) 臺帶動待檢測工件旋轉(zhuǎn)，同時使射線源和探測器沿z軸移動，形成與第一個螺 旋形掃描軌跡并列的第二個螺旋形掃描軌跡，直至沿z軸掃描完待檢測工件；
C.三維重建待檢測工件內(nèi)(x,少,z)點處的衰減系數(shù)為
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公
式中:
<formula>formula see original document page 5</formula>
<formula>formula see original document page 6</formula>其中Xp》、；分別為點(x,;^)旋轉(zhuǎn)角度A時在由z軸、y軸與X軸共同形成的
三維直角坐標系中的坐標；力為旋轉(zhuǎn)臺及待檢測工件沿y軸移動的坐標值；^為在
旋轉(zhuǎn)臺處于初始位置時中心軸線與射線源之間的距離，i >r， r為待檢測工件徑 向尺寸的l/2; -為待檢測物體的旋轉(zhuǎn)角；g(")為斜坡濾波器；*表示巻積；D為 旋轉(zhuǎn)臺處于初始位置時射線源到探測器中心的距離；z。為螺旋掃描時射線源的 初始z坐標。
進一步，步驟a和步驟b中，所述設定距離能夠使錐形射線束沿y軸的張角能 夠覆蓋大于待檢測工件沿y軸最大尺寸的l/2;
進一步，步驟b中，第二次掃描時，射線源和探測器沿z軸移動方向與第 一次掃描的移動方向相反，旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)方向與第一次掃描旋轉(zhuǎn)方向相反。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法， 利用現(xiàn)有CT機的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)大物體的檢測，掃描時只需要轉(zhuǎn)臺和待檢測工件沿水 平方向平移兩次，不需要射線源和探測器偏轉(zhuǎn)，也不需要轉(zhuǎn)臺和待檢測工件沿 徑向平移，掃描過程易于機械實現(xiàn)，可檢測物體的橫向尺寸大約是傳統(tǒng)單螺旋 CT的兩倍，并且可得到待檢測區(qū)域的完整投影數(shù)據(jù)，實現(xiàn)橫向尺寸較大物體的
檢測，本發(fā)明不需要投影數(shù)據(jù)的重排和插值，檢測精度高，只進行兩次螺旋軌 道掃描，檢測效率高。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明待檢測工件掃描時的橫截示意圖3為本發(fā)明掃描成像方法框圖。
具體實施例方式
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明待檢測工件掃描時的橫截示意
圖，圖3為本發(fā)明掃描成像方法框圖，如圖所示本實施例的大尺寸物體的錐
束雙螺旋CT掃描成像方法，待檢測工件2設置在旋轉(zhuǎn)臺1上，旋轉(zhuǎn)臺1在初始 位置時中心軸線與射線源4的中心射線垂直并相交，以旋轉(zhuǎn)臺1在初始位置時 中心軸線與射線源4的中心射線的相交點為原點建立直角坐標系，y軸為沿旋轉(zhuǎn) 臺1橫向并垂直于射線源的中心射線的坐標軸，z軸為與旋轉(zhuǎn)臺1中心軸線重合 的坐標軸，x軸為與射線源4的中心射線重合的坐標軸，錐束雙螺旋CT掃描成 像方法包括以下步驟
a. 第一次掃描掃描前將旋轉(zhuǎn)臺1及待檢測工件2沿y軸移動設定距離， 設定距離能夠使錐形射線束沿y軸的張角能夠覆蓋大于待檢測工件2沿y軸最 大尺寸的l/2;開始第一次掃描，使旋轉(zhuǎn)臺l帶動待檢測工件2旋轉(zhuǎn)，同時使射 線源4和探測器3沿z軸移動，形成以旋轉(zhuǎn)臺1中心軸線為軸線，射線源4到 旋轉(zhuǎn)臺1中心軸線的距離為半徑的第一個螺旋形掃描軌跡，直至沿z軸掃描完 待檢測工件2;
b. 第二次掃描:第二次掃描前將旋轉(zhuǎn)臺1及待檢測工件2沿y軸回到原位，
并與第一次掃描前移動方向相反沿y軸移動設定距離，和第一次掃描移動的設
定距離相同，同樣使錐形射線束沿y軸的張角能夠覆蓋大于待檢測工件2沿y 軸最大尺寸的1/2，可以使兩次掃描能夠橫向覆蓋整個物體，得到完整的投影數(shù) 據(jù)；開始第二次掃描，使旋轉(zhuǎn)臺l帶動待檢測工件2旋轉(zhuǎn)，同時使射線源4和 探測器3沿z軸移動，本次掃描時，射線源4和探測器3沿z軸移動方向與第 一次掃描移動方向相反，旋轉(zhuǎn)臺l旋轉(zhuǎn)方向與第一次掃描旋轉(zhuǎn)方向相反，這種 掃描方式不需要使射線源和探測器回到起點，因此可進一步提高掃描效率；形 成以旋轉(zhuǎn)臺1中心軸線為軸線，射線源4到旋轉(zhuǎn)臺1中心軸線的距離為半徑的 第二個螺旋形掃描軌跡，直至沿z軸方向掃描完待檢測工件2，第一個螺旋形掃 描軌跡與第二個螺旋形掃描軌跡并列；
c.三維重建在第一次掃描完成后，重建部分物體圖像，提高重建效率，在 第二次掃描完成后，重建整個物體圖像，由于橫向平移，螺旋掃描時中心射線 不再與旋轉(zhuǎn)軸垂直相交，故重建采用如下改進的三維重建公式，待檢測工件內(nèi) (x,;^)點處的衰減系數(shù)為
<formula>formula see original document page 8</formula>200810232906.0
說明書第6/6頁
<formula>formula see original document page 9</formula>其中》、；分別為點(x，y,z)旋轉(zhuǎn)角度時在由z軸、y軸與x軸共同形成的 三維直角坐標系中的坐標；力為旋轉(zhuǎn)臺及待檢測工件沿y軸移動的坐標值，其絕
對值為0,點或02點到O點的距離;W為旋轉(zhuǎn)臺處于初始位置時中心軸線與射線源之 間的距離，也就是射線源到O點的距離，i >r， r為待檢測工件徑向尺寸的l/2; / 為待檢測物體的旋轉(zhuǎn)角；g(")為斜坡濾波器；*表示巻積；D為旋轉(zhuǎn)臺處于初始 位置時射線源到探測器中心的距離，也就是射線源到O'的距離；z。為螺旋掃描時 射線源的初始z坐標。
本發(fā)明的重建算法，區(qū)別于已有的需要將投影數(shù)據(jù)重排為平行束的方法和 對得到的投影數(shù)據(jù)進行插值得到大扇角投影的方法，這兩種方法都涉及投影數(shù) 據(jù)的插值，會帶來新的誤差——插值誤差；而本發(fā)明的重建方法不需要對投影 數(shù)據(jù)進行插值和重排，而是直接重建。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管 參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解， 可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的 宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1. 一種大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法，待檢測工件(2)設置在旋轉(zhuǎn)臺(1)上，旋轉(zhuǎn)臺(1)在初始位置時中心軸線與射線源(4)的中心射線垂直并相交，其特征在于以旋轉(zhuǎn)臺(1)在初始位置時中心軸線與射線源(4)的中心射線的相交點為原點建立直角坐標系，y軸為沿旋轉(zhuǎn)臺(1)橫向并垂直于射線源(4)的中心射線的坐標軸，z軸為與旋轉(zhuǎn)臺(1)中心軸線重合的坐標軸，x軸為與射線源(4)的中心射線重合的坐標軸，錐束雙螺旋CT掃描成像方法包括以下步驟a. 第一次掃描掃描前將旋轉(zhuǎn)臺(1)及待檢測工件(2)沿y軸移動設定距離，開始第一次掃描，使旋轉(zhuǎn)臺(1)帶動待檢測工件(2)旋轉(zhuǎn)，同時使射線源(4)和探測器(3)沿z軸移動，形成以旋轉(zhuǎn)臺(1)中心軸線為軸線，射線源(4)到旋轉(zhuǎn)臺(1)中心軸線的距離為半徑的第一個螺旋形掃描軌跡，直至沿z軸掃描完待檢測工件(2)；b. 第二次掃描第二次掃描前將旋轉(zhuǎn)臺(1)及待檢測工件(2)沿y軸回到原位，并與第一次掃描前移動方向相反沿y軸移動設定距離；開始第二次掃描，使旋轉(zhuǎn)臺(1)帶動待檢測工件(2)旋轉(zhuǎn)，同時使射線源(4)和探測器(3)沿z軸移動，形成與第一個螺旋形掃描軌跡并列的第二個螺旋形掃描軌跡，直至沿z軸掃描完待檢測工件(2)；c. 三維重建待檢測工件(2)內(nèi)(x，y，z)點處的衰減系數(shù)為公式中β0＝-arctan(yd/R)D′＝R′D/R其中xr、yr、zr分別為點(x，y，z)旋轉(zhuǎn)角度β時在由z軸、y軸與x軸共同形成的三維直角坐標系中的坐標；yd為旋轉(zhuǎn)臺及待檢測工件沿y軸移動的坐標值；R為在旋轉(zhuǎn)臺處于初始位置時中心軸線與射線源之間的距離，R>r，r為待檢測工件徑向尺寸的1/2；β為掃描時待檢測物體的旋轉(zhuǎn)角；g(u)為斜坡濾波器；*表示卷積；D為在旋轉(zhuǎn)臺處于初始位置時射線源到探測器中心的距離；z0為螺旋掃描時射線源的初始z坐標。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法，其特征 在于步驟a和步驟b中，所述設定距離能夠使錐形射線束沿y軸的張角能夠覆蓋 大于待檢測工件沿y軸最大尺寸的1/2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法，其特 征在于步驟b中，第二次掃描時，射線源和探測器沿z軸移動方向與第一次掃 描的移動方向相反，旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)方向與第一次掃描旋轉(zhuǎn)方向相反。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大尺寸物體的錐束雙螺旋CT掃描成像方法，裝有待檢測工件的轉(zhuǎn)臺沿垂直于中心射線的方向兩次平移后，工件和轉(zhuǎn)臺繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，同時射線源和探測器沿轉(zhuǎn)軸方向升降掃描，形成并列的雙螺旋形掃描軌跡，并通過本發(fā)明改進的三維重建方法得到待檢測區(qū)域的三維圖像，本發(fā)明利用現(xiàn)有CT機的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)大物體的檢測，射線源和探測器不需要偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)臺和待檢測工件也不需要沿徑向(與中心射線平行的方向)平移，掃描過程易于機械實現(xiàn)，可檢測物體的橫向尺寸大約是傳統(tǒng)單螺旋CT的兩倍，并且可得到物體的完整投影數(shù)據(jù)，實現(xiàn)橫向尺寸較大的長物體檢測，本發(fā)明不需要投影數(shù)據(jù)的重排和插值，檢測精度高，只進行兩次螺旋軌道掃描，檢測效率高。
文檔編號G01N23/02GK101393145SQ20081023290
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者理 曾, 鄒曉兵 申請人:重慶大學