[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于X射線源陣列成像的投影圖像恢復(fù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611170284.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106706681B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牟軒沁;錢(qián)沁蓉;王凱;程海濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N23/04
• 分類(lèi)號(hào): G01N23/04
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種X射線成像方法，具體涉及一種基于X射線源陣列成像的投影圖像恢復(fù)方法。

背景技術(shù)

隨著X射線成像在醫(yī)學(xué)、安檢、無(wú)損檢測(cè)、工業(yè)探傷等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，人們對(duì)于降低X射線成像的劑量、提高成像分辨率和成像速度的要求也愈加迫切。傳統(tǒng)的X射線成像受制于單點(diǎn)源X射線錐角的限制，需要射線源與被探測(cè)物體有足夠遠(yuǎn)的距離才能覆蓋待檢測(cè)區(qū)域，加之對(duì)機(jī)械掃描速度的追求，使得X射線成像系統(tǒng)復(fù)雜、體積較大、成本高昂，應(yīng)用范圍受到了局限。其中，成像系統(tǒng)體積較大的問(wèn)題還導(dǎo)致在對(duì)部件進(jìn)行檢測(cè)或?qū)Σ∪诉M(jìn)行臨床檢查時(shí)，難以避免地使得成像目標(biāo)區(qū)域之外的部分受到X射線輻射，可能對(duì)待測(cè)部件或人體產(chǎn)生不必要的損傷。

當(dāng)前，X射線源正開(kāi)始朝著冷陰極和平板化的方向發(fā)展，其可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)器件內(nèi)單獨(dú)尋址大量微X射線源陣列，同時(shí)，由于X射線源能夠與被測(cè)目標(biāo)緊密耦合，避免對(duì)相關(guān)區(qū)域的輻射，有望依此降低X射線劑量、減少輻射泄露，并縮小成像系統(tǒng)體積。自2001年日本名古屋工業(yè)大學(xué)最先報(bào)導(dǎo)了以碳納米管(CNT)作為電子源的X射線管以來(lái)，微焦X射線源及其在動(dòng)態(tài)成像和分布式X光源CT系統(tǒng)的研究成為熱點(diǎn)，其中美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)研制的分布式冷陰極X射線管乳腺CT原理型樣機(jī)已經(jīng)進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段。而到了2015年，中山大學(xué)已報(bào)導(dǎo)了較大面積的氧化鋅納米冷陰極平板X(qián)射線源，并實(shí)現(xiàn)了小于25微米的靜態(tài)成像。等等一系列研究成果都為利用X射線源陣列探索新的成像模式與圖像恢復(fù)方法奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于X射線源陣列成像的投影圖像恢復(fù)方法，能夠利用X射線源陣列微焦點(diǎn)和多射線源的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速高分辨率X射線成像，同時(shí)大大縮小X射線成像系統(tǒng)體積，其中，適應(yīng)待檢測(cè)物體形狀大小來(lái)組裝成像模塊使得X射線成像能滿(mǎn)足更多的應(yīng)用場(chǎng)景的要求，輻射泄露降低，而利用錐束射線空間重排的圖像恢復(fù)方法，結(jié)合分時(shí)和同時(shí)掃描能夠?qū)崿F(xiàn)快速高分辨率X射線成像，具有很好的實(shí)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：包括以下步驟：

1)使用X射線源單元組成線陣或面陣的X射線成像掃描結(jié)構(gòu)，依據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的形狀規(guī)格來(lái)組合射線源單元與平板探測(cè)器模塊；

2)使用X射線源陣列上的多個(gè)射線源單元分時(shí)或同時(shí)發(fā)出錐束射線穿過(guò)被檢測(cè)物體，平板探測(cè)器模塊接收被檢測(cè)物的錐束投影圖像，得到投影數(shù)據(jù)；

3)根據(jù)投影數(shù)據(jù)建立被檢測(cè)物的分時(shí)或同時(shí)投影物理模型；

4)利用錐束射線空間插值重排法在分時(shí)或同時(shí)投影物理模型下，將錐束投影圖像恢復(fù)為平行X光束投影圖像，完成投影圖像恢復(fù)。

所述步驟2)中得到投影數(shù)據(jù)的具體過(guò)程為：首先X射線源陣列上的Q個(gè)射線源單元，依照順序先后發(fā)出錐束X射線穿過(guò)被檢測(cè)物體，其中第q個(gè)射線源在探測(cè)器單元p上得到光子強(qiáng)度I′_pq，然后利用對(duì)應(yīng)路徑空掃數(shù)據(jù)I_pq，依據(jù)Beer定理，分別得到Q個(gè)源中射線穿過(guò)物體路徑上衰減系數(shù)的線積分投影，其中第q個(gè)射線源在探測(cè)器單元p上得到投影值為y_pq。

所述步驟2)中得到投影數(shù)據(jù)的具體過(guò)程為：首先將X射線源陣列上的Q個(gè)射線源單元中發(fā)出錐束在空間上無(wú)重合部分的分為同一組，得到K個(gè)射線源組，依照組號(hào)先后發(fā)出射線穿過(guò)被檢測(cè)物體，其中第k個(gè)射線源組在探測(cè)器單元p上得到光子強(qiáng)度I′_kq，然后利用對(duì)應(yīng)路徑空掃數(shù)據(jù)I_pq，依據(jù)Beer定理，得到K個(gè)射線源組中射線穿過(guò)物體路徑上衰減系數(shù)的線積分投影，其中第q個(gè)射線源在探測(cè)器單元p上得到投影值為y_kq。

所述步驟2)中得到投影數(shù)據(jù)的過(guò)程為：X射線源陣列上的Q個(gè)射線源單元，同時(shí)發(fā)出錐束穿過(guò)被檢測(cè)物體，探測(cè)器單元p上得到光子強(qiáng)度y_p，其為各射線源發(fā)出射線穿過(guò)不同衰減路徑之后到達(dá)p處光子強(qiáng)度之和。

所述步驟3)中分時(shí)投影物理模型建立過(guò)程：射線源陣列上的Q個(gè)射線源單元依次發(fā)出射線，結(jié)合空掃描數(shù)據(jù)得到Q個(gè)線積分投影圖，或者將射線源陣列上的Q個(gè)射線源單元分為錐束覆蓋空間不重合的K個(gè)射線源組，每組依次發(fā)出射線，結(jié)合對(duì)應(yīng)空掃描數(shù)據(jù)，根據(jù)Beer定理得到K個(gè)線積分投影圖；然后根據(jù)下列公式(1)建立分時(shí)投影物理模型：