高分辨率和高信噪比的双旋ct成像系统和成像方法
【专利摘要】本发明提供一种高分辨率和高信噪比的双旋CT成像系统和成像方法，所述的成像系统包括：X射线或中子线光源：用于产生照射样品的光束；样品台：用于承载、固定和旋转样品；线像素探测器阵列：用于探测光强的背景和空间位置的变化，采集所述样品在所述光束照射下的投影数据；旋转装置：用于在垂直于样品转轴的方向，围绕样品同步旋转线光源和线像素探测器阵列。上述成像系统具有成像分辨率高、投影数据信号强的特点，满足医学检测、安全检查、工业检测等方面的应用需求。
【专利说明】高分辨率和高信噪比的双旋CT成像系统和成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及X射线或中子成像【技术领域】，特别是涉及一种高分辨率和高信噪比的 双旋CT成像系统和成像方法。
【背景技术】
[0002] 伦琴在1895年发现了 X射线，并于1901年12月10日荣获第一届诺贝尔物理学 奖。广为流传的伦琴夫人手的X射线照片揭示了 X射线具有强大的穿透力，表明X射线直 接成像就可以看到样品的内部结构。这种X射线照射样品的投影成像机制在上世纪五十年 代广泛用于人体医学成像，并于上世纪八十年代开始用于人体三维成像。然而，现在广泛 使用的X射线投影成像方法，包括X射线透视和X射线CT，具有一个明显的缺点：光源直径 越小，分辨率越高，可是光源直径越小，光通量越小，信噪比越低，成像时间越长。因而在X 射线投影成像领域，一直存在着分辨率和光通量之间矛盾，以追求高分辨率成像为目的的X 射线成像设备设计者不得不以牺牲信噪比为代价来获得高分辨率，而以实现大批量快速检 测为目的的X射线成像设备设计者不得不以牺牲分辨率来获得高信噪比。
【发明内容】
[0003] 在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理 解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关 键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念， 以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0004] 本发明的一个目的是提供一种能够实现高分辨率和高信噪比的三维成像系统。
[0005] 本发明的另一目的是提供一种能够实现高分辨率和高信噪比的三维成像方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种高分辨率和高信噪比的双旋CT成像系统，包 括：
[0007] 用于产生照射样品的X射线或中子光束的线光源；
[0008] 用于承载、固定和旋转样品的样品台；
[0009] 用于在垂直于线像素方向上，探测光强空间位置变化的线像素探测器阵列，采集 预定旋转角度范围内不同旋转角度对应的样品的投影数据，线像素平行于线光源；
[0010] 用于承载线光源和线像素探测器阵列的旋转装置，能够以线光源中心和线像素探 测器阵列中心连线为轴，在垂直于样品转轴的方向，围绕样品同步旋转线光源和线像素探 测器阵列。
[0011] 为实现上述目的，本发明还提供一种高分辨率和高信噪比的双旋CT成像方法，包 括以下步骤：
[0012] 调整线光源，使所述光源产生的光束照射样品；
[0013] 调整样品台，使样品台转轴位于线光源中心和线像素探测器阵列中心连线上，并 垂直于该连线；
[0014] 调整线像素探测器阵列，使线像素与线光源平行；
[0015] 调整旋转装置，使线光源和线像素探测器阵列能够以线光源中心和线像素探测器 阵列中心连线为轴，在垂直于样品转轴的方向，围绕样品同步旋转；
[0016] 线像素探测器阵列采集样品的投影数据，使所述样品旋转，并使线光源和线像素 探测器阵列以线光源中心和线像素探测器阵列中心连线为轴旋转，通过线像素探测器阵列 采集预定旋转角度范围内所述样品的投影数据；
[0017] 重建样品的二维和三维图像，利用线像素探测器阵列采集的光信号和CT重建方 法，重建样品高分辨率的二维和三维图像。
[0018] 本发明具有以下有益效果：
[0019] 解决了 X射线投影成像领域中长久困扰人们的分辨率和信噪比之间的矛盾，为利 用普通X射线光源和中子光源获得样品的高分辨率和高信噪比的图像奠定了基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0021] 图1为本发明提出的高分辨率和高信噪比的双旋CT成像系统结构示意图，其中， 线光源和线像素探测器阵列平行，旋转装置以线光源中心和线像素探测器阵列中心连线为 轴同步旋转线光源和线像素探测器阵列。
[0022] 附图标记：1_线光源；2-样品台；3-线像素探测器阵列；4-旋转装置。
【具体实施方式】
[0023] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述 的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当 注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的 部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造 性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024] 本发明提供了一种高分辨率和高信噪比的双旋CT成像系统，包括：
[0025] 用于产生照射样品的X射线或中子光束的线光源；
[0026] 用于承载、固定和旋转样品的样品台；
[0027] 用于在垂直于线像素方向上，探测光强空间位置变化的线像素探测器阵列，采集 预定旋转角度范围内不同旋转角度对应的样品的投影数据，线像素平行于线光源；
[0028] 用于承载线光源和线像素探测器阵列的旋转装置，能够以线光源中心和线像素探 测器阵列中心连线为轴，在垂直于样品转轴的方向，围绕样品同步旋转线光源和线像素探 测器阵列。
[0029] 本发明还提供一种高分辨率和高信噪比的双旋CT成像方法，包括以下步骤：
[0030] 调整线光源，使所述光源产生的光束照射样品；
[0031] 调整样品台，使样品台转轴位于线光源中心和线像素探测器阵列中心连线上，并 垂直于该连线；
[0032] 调整线像素探测器阵列，使线像素与线光源平行；
[0033] 调整旋转装置，使线光源和线像素探测器阵列能够以线光源中心和线像素探测器 阵列中心连线为轴，在垂直于样品转轴的方向，围绕样品同步旋转；
[0034] 线像素探测器阵列采集样品的投影数据，使所述样品旋转，并使线光源和线像素 探测器阵列以线光源中心和线像素探测器阵列中心连线为轴旋转，通过线像素探测器阵列 采集预定旋转角度范围内所述样品的投影数据；
[0035] 重建样品的二维和三维图像，利用线像素探测器阵列采集的光信号和CT重建方 法，重建样品高分辨率的二维和三维图像。
[0036] 本发明解决了 X射线投影成像领域中长久困扰人们的分辨率和信噪比之间的矛 盾，其基本原理是：在垂直于线光源的方向，获得二维样品的一维高分辨率的信号，在平行 于线光源的方向利用扩展的发光面积获得高信噪比，再利用旋转线光源和线像素探测器阵 列获得二维样品在各个方向上的一维高分辨率和高信噪比的信号，然后利用CT重建方法 重建样品的高分辨率二维图像。简言之，在两个互相垂直的方向，分别实现高分辨率和高信 噪比，通过旋转获得二维样品的二维高分辨率和高信噪比的图像。
[0037] 上述高分辨率和高信噪比的二维成像方法可以推广到三维成像，利用样品旋转使 线像素探测器阵列采集样品在各个方向上的二维高分辨率和高信噪比的图像，二次利用CT 重建方法重建样品的高分辨率三维图像。
[0038] 在本发明上述各实施例中，实施例的序号和/或先后顺序仅仅便于描述，不代表 实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见 其他实施例的相关描述。
[0039] 本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通 过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该 程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储器 (Read-Only Memory，简称 ROM)、随机存取存储器（Random Access Memory，简称 RAM)、磁碟 或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0040] 在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/ 或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面 对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类 似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代 其它实施方式中的特征。
[0041] 应该强调，术语"包括/包含"在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但 并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
[〇〇42] 最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不 超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和 变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实 施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执 行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来 要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包 括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
【权利要求】
1. 一种高分辨率和高信噪比的双旋CT成像系统，其特征在于，包括： 线光源，用于产生照射样品的X射线或中子光束； 样品台，用于承载、固定和旋转样品； 线像素探测器阵列，平行于线光源，用于在垂直于线像素探测器的方向上，探测光强的 空间位置的变化，采集预定旋转角度范围内不同旋转角度对应的样品的投影数据； 旋转装置，用于承载线光源和线像素探测器阵列，能够以线光源中心和线像素探测器 阵列中心连线为轴，在垂直于样品转轴的方向，围绕样品同步旋转线光源和线像素探测器 阵列。
2. 根据权利要求1所述的高分辨率和高信噪比的双旋CT成像系统，其特征在于，所述 光源包括线光源或缝光源，其成像分辨率由线光源的直径决定。
3. 根据权利要求1所述的高分辨率和高信噪比的双旋CT成像系统，其特征在于，所述 样品台能够相对线光源和线像素探测器阵列旋转，所述线光源和线像素探测器阵列能够围 绕样品台旋转，两种旋转轴互相垂直。
4. 一种高分辨率和高信噪比的双旋CT成像方法，其特征在于，包括： 调整线光源，使所述光源产生的光束照射样品； 调整样品台，使样品台转轴位于线光源中心和线像素探测器阵列中心连线上，并垂直 于该连线； 调整线像素探测器阵列，使线像素与线光源平行； 调整旋转装置，使线光源和线像素探测器阵列能够以线光源中心和线像素探测器阵列 中心连线为轴，在垂直于样品转轴的方向，围绕样品同步旋转； 线像素探测器阵列采集样品的投影数据，使所述样品旋转，并使线光源和线像素探测 器阵列以线光源中心和线像素探测器阵列中心连线为轴旋转，通过线像素探测器阵列采集 预定旋转角度范围内所述样品的投影数据； 重建样品的二维和三维图像，利用线像素探测器阵列采集的光信号和CT重建方法，重 建样品高分辨率的二维和三维图像。
5. 根据权利要求4所述的高分辨率和高信噪比的双旋CT成像方法，其特征在于，样品 台和线光源和线像素探测器阵列以相互垂直的两个旋转轴同步旋转，两种旋转的转速由CT 重建所需采集的投影数决定，设CT重建所需采集的投影数为N，则样品台旋转1圈，线光源 和线像素探测器阵列需要围绕样品旋转N圈。
【文档编号】A61B6/03GK104095646SQ201310116386
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月3日 优先权日:2013年4月3日
【发明者】朱佩平 申请人:中国科学院高能物理研究所