专利名称：大尺寸物体的锥束双螺旋ct扫描成像方法
技术领域：
本发明涉及一种CT扫描成像方法，特别涉及一种大尺寸物体的锥束双螺旋 CT扫描成像方法。
背景技术：
在CT检测技术中，锥束螺旋扫描方式和相应的成像方法可以解决长物体的 检测问题，检测效率高，轴向分辨率好。但是，常有待检测物体的横向尺寸较 大，放射源的射线横向张角不能包含物体的横截面，此时，常规的锥束螺旋扫 描方式也就不能满足检测需要。
为解决以上问题，出现射线源和探测器由一次偏置推广到三次偏置的锥束 CT，但是扫描时需要物体分别沿垂直和平行于中心射线的方向平移，射线源和 探测器需要同步偏转，增加了机械实现的难度，并且得到的投影数据是不完全 投影数据，利用平行束扫描的对称性将投影数据重排为平行束，将产生重排误 差；还有一种双源双螺旋的扫描方法，采用两组射线源和探测器同时沿上下平 行的螺旋轨迹扫描物体，这种扫描方法只能提高长物体检测效率，并不能解决 横向尺寸较大物体的检测问题。
因此，需要一种能够适用于大尺寸物体检测的CT扫描成像方法，扫描过程 易于机械实现，不需要射线源和探测器偏转，也不需要转台和待检测工件沿与 径向平行的方向平移，并且可得到物体待检测区域的完整投影数据。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种大尺寸物体的锥束双螺旋CT扫描成像
方法，扫描过程易于机械实现，不需要射线源和探测器偏转，仅需转台和待检
测工件沿水平方向平移两次，可得到工件待检测区域的完整投影数据；利用平 移加双螺旋的扫描方式和相应的重建算法，实现横向尺寸较大物体的检测，不 需要投影数据的重排和插值。
本发明的大尺寸物体的锥束双螺旋CT扫描成像方法，待检测工件设置在旋 转台上，旋转台在初始位置时中心轴线与射线源的中心射线垂直并相交，以旋 转台在初始位置时中心轴线与射线源的中心射线的相交点为原点建立直角坐标 系，y轴为沿旋转台横向并垂直于射线源的中心射线的坐标轴，z轴为与旋转台 中心轴线重合的坐标轴，x轴为与射线源的中心射线重合的坐标轴，锥束双螺旋 CT扫描成像方法包括以下步骤
a. 第一次扫描扫描前将旋转台及待检测工件沿y轴移动设定距离，开始 第一次扫描，使旋转台带动待检测工件旋转，同时使射线源和探测器沿z轴移 动，形成以旋转台中心轴线为轴线，射线源到旋转台中心轴线的距离为半径的
第一个螺旋形扫描轨迹，直至沿Z轴扫描完待检测工件；
b. 第二次扫描第二次扫描前将旋转台及待检测工件沿y轴回到原位，并 与第一次扫描前移动方向相反沿y轴移动设定距离；开始第二次扫描，使旋转 台带动待检测工件旋转，同时使射线源和探测器沿z轴移动，形成与第一个螺 旋形扫描轨迹并列的第二个螺旋形扫描轨迹，直至沿z轴扫描完待检测工件；
C.三维重建待检测工件内(x,少,z)点处的衰减系数为
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公
式中:
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<formula>formula see original document page 6</formula>其中Xp》、；分别为点(x,;^)旋转角度A时在由z轴、y轴与X轴共同形成的
三维直角坐标系中的坐标；力为旋转台及待检测工件沿y轴移动的坐标值；^为在
旋转台处于初始位置时中心轴线与射线源之间的距离，i >r， r为待检测工件径 向尺寸的l/2; -为待检测物体的旋转角；g(")为斜坡滤波器；*表示巻积；D为 旋转台处于初始位置时射线源到探测器中心的距离；z。为螺旋扫描时射线源的 初始z坐标。
进一步，步骤a和步骤b中，所述设定距离能够使锥形射线束沿y轴的张角能 够覆盖大于待检测工件沿y轴最大尺寸的l/2;
进一步，步骤b中，第二次扫描时，射线源和探测器沿z轴移动方向与第 一次扫描的移动方向相反，旋转台旋转方向与第一次扫描旋转方向相反。
本发明的有益效果是本发明的大尺寸物体的锥束双螺旋CT扫描成像方法， 利用现有CT机的结构实现大物体的检测，扫描时只需要转台和待检测工件沿水 平方向平移两次，不需要射线源和探测器偏转，也不需要转台和待检测工件沿 径向平移，扫描过程易于机械实现，可检测物体的横向尺寸大约是传统单螺旋 CT的两倍，并且可得到待检测区域的完整投影数据，实现横向尺寸较大物体的
检测，本发明不需要投影数据的重排和插值，检测精度高，只进行两次螺旋轨 道扫描，检测效率高。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的结构示意图2为本发明待检测工件扫描时的横截示意图3为本发明扫描成像方法框图。
具体实施例方式
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明待检测工件扫描时的横截示意
图，图3为本发明扫描成像方法框图，如图所示本实施例的大尺寸物体的锥
束双螺旋CT扫描成像方法，待检测工件2设置在旋转台1上，旋转台1在初始 位置时中心轴线与射线源4的中心射线垂直并相交，以旋转台1在初始位置时 中心轴线与射线源4的中心射线的相交点为原点建立直角坐标系，y轴为沿旋转 台1横向并垂直于射线源的中心射线的坐标轴，z轴为与旋转台1中心轴线重合 的坐标轴，x轴为与射线源4的中心射线重合的坐标轴，锥束双螺旋CT扫描成 像方法包括以下步骤
a. 第一次扫描扫描前将旋转台1及待检测工件2沿y轴移动设定距离， 设定距离能够使锥形射线束沿y轴的张角能够覆盖大于待检测工件2沿y轴最 大尺寸的l/2;开始第一次扫描，使旋转台l带动待检测工件2旋转，同时使射 线源4和探测器3沿z轴移动，形成以旋转台1中心轴线为轴线，射线源4到 旋转台1中心轴线的距离为半径的第一个螺旋形扫描轨迹，直至沿z轴扫描完 待检测工件2;
b. 第二次扫描:第二次扫描前将旋转台1及待检测工件2沿y轴回到原位，
并与第一次扫描前移动方向相反沿y轴移动设定距离，和第一次扫描移动的设
定距离相同，同样使锥形射线束沿y轴的张角能够覆盖大于待检测工件2沿y 轴最大尺寸的1/2，可以使两次扫描能够横向覆盖整个物体，得到完整的投影数 据；开始第二次扫描，使旋转台l带动待检测工件2旋转，同时使射线源4和 探测器3沿z轴移动，本次扫描时，射线源4和探测器3沿z轴移动方向与第 一次扫描移动方向相反，旋转台l旋转方向与第一次扫描旋转方向相反，这种 扫描方式不需要使射线源和探测器回到起点，因此可进一步提高扫描效率；形 成以旋转台1中心轴线为轴线，射线源4到旋转台1中心轴线的距离为半径的 第二个螺旋形扫描轨迹，直至沿z轴方向扫描完待检测工件2，第一个螺旋形扫 描轨迹与第二个螺旋形扫描轨迹并列；
c.三维重建在第一次扫描完成后，重建部分物体图像，提高重建效率，在 第二次扫描完成后，重建整个物体图像，由于横向平移，螺旋扫描时中心射线 不再与旋转轴垂直相交，故重建采用如下改进的三维重建公式，待检测工件内 (x,;^)点处的衰减系数为
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<formula>formula see original document page 9</formula>其中》、；分别为点(x，y,z)旋转角度时在由z轴、y轴与x轴共同形成的 三维直角坐标系中的坐标；力为旋转台及待检测工件沿y轴移动的坐标值，其绝
对值为0,点或02点到O点的距离;W为旋转台处于初始位置时中心轴线与射线源之 间的距离，也就是射线源到O点的距离，i >r， r为待检测工件径向尺寸的l/2; / 为待检测物体的旋转角；g(")为斜坡滤波器；*表示巻积；D为旋转台处于初始 位置时射线源到探测器中心的距离，也就是射线源到O'的距离；z。为螺旋扫描时 射线源的初始z坐标。
本发明的重建算法，区别于已有的需要将投影数据重排为平行束的方法和 对得到的投影数据进行插值得到大扇角投影的方法，这两种方法都涉及投影数 据的插值，会带来新的误差——插值误差；而本发明的重建方法不需要对投影 数据进行插值和重排，而是直接重建。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1. 一种大尺寸物体的锥束双螺旋CT扫描成像方法，待检测工件(2)设置在旋转台(1)上，旋转台(1)在初始位置时中心轴线与射线源(4)的中心射线垂直并相交，其特征在于以旋转台(1)在初始位置时中心轴线与射线源(4)的中心射线的相交点为原点建立直角坐标系，y轴为沿旋转台(1)横向并垂直于射线源(4)的中心射线的坐标轴，z轴为与旋转台(1)中心轴线重合的坐标轴，x轴为与射线源(4)的中心射线重合的坐标轴，锥束双螺旋CT扫描成像方法包括以下步骤a. 第一次扫描扫描前将旋转台(1)及待检测工件(2)沿y轴移动设定距离，开始第一次扫描，使旋转台(1)带动待检测工件(2)旋转，同时使射线源(4)和探测器(3)沿z轴移动，形成以旋转台(1)中心轴线为轴线，射线源(4)到旋转台(1)中心轴线的距离为半径的第一个螺旋形扫描轨迹，直至沿z轴扫描完待检测工件(2)；b. 第二次扫描第二次扫描前将旋转台(1)及待检测工件(2)沿y轴回到原位，并与第一次扫描前移动方向相反沿y轴移动设定距离；开始第二次扫描，使旋转台(1)带动待检测工件(2)旋转，同时使射线源(4)和探测器(3)沿z轴移动，形成与第一个螺旋形扫描轨迹并列的第二个螺旋形扫描轨迹，直至沿z轴扫描完待检测工件(2)；c. 三维重建待检测工件(2)内(x，y，z)点处的衰减系数为公式中β0＝-arctan(yd/R)D′＝R′D/R其中xr、yr、zr分别为点(x，y，z)旋转角度β时在由z轴、y轴与x轴共同形成的三维直角坐标系中的坐标；yd为旋转台及待检测工件沿y轴移动的坐标值；R为在旋转台处于初始位置时中心轴线与射线源之间的距离，R>r，r为待检测工件径向尺寸的1/2；β为扫描时待检测物体的旋转角；g(u)为斜坡滤波器；*表示卷积；D为在旋转台处于初始位置时射线源到探测器中心的距离；z0为螺旋扫描时射线源的初始z坐标。
2. 根据权利要求1所述的大尺寸物体的锥束双螺旋CT扫描成像方法，其特征 在于步骤a和步骤b中，所述设定距离能够使锥形射线束沿y轴的张角能够覆盖 大于待检测工件沿y轴最大尺寸的1/2。
3. 根据权利要求2所述的大尺寸物体的锥束双螺旋CT扫描成像方法，其特 征在于步骤b中，第二次扫描时，射线源和探测器沿z轴移动方向与第一次扫 描的移动方向相反，旋转台旋转方向与第一次扫描旋转方向相反。
全文摘要
本发明公开了一种大尺寸物体的锥束双螺旋CT扫描成像方法，装有待检测工件的转台沿垂直于中心射线的方向两次平移后，工件和转台绕转轴旋转，同时射线源和探测器沿转轴方向升降扫描，形成并列的双螺旋形扫描轨迹，并通过本发明改进的三维重建方法得到待检测区域的三维图像，本发明利用现有CT机的结构实现大物体的检测，射线源和探测器不需要偏转，转台和待检测工件也不需要沿径向(与中心射线平行的方向)平移，扫描过程易于机械实现，可检测物体的横向尺寸大约是传统单螺旋CT的两倍，并且可得到物体的完整投影数据，实现横向尺寸较大的长物体检测，本发明不需要投影数据的重排和插值，检测精度高，只进行两次螺旋轨道扫描，检测效率高。
文档编号G01N23/02GK101393145SQ20081023290
公开日2009年3月25日 申请日期2008年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者理 曾, 邹晓兵 申请人:重庆大学