[發明專利]基于射線源平移復合掃描的內成像方法

在審

• 申請號: 202310169499.8
• 申請日: 2023-02-27
• 公開（公告）號: CN116309906A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 劉豐林;倪松;余海軍;陳杰;劉川江
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G01N23/046
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 方鐘苑

本發明涉及一種基于射線源平移復合掃描的內成像方法，屬于內部斷層成像技術領域。該方法包括：S1：構建基于射線源平移的復合采樣模式hySTCT，具體是對ROI采用射線源密集采樣方式獲取高分辨率投影數據，對ROI以外區域采用射線源稀疏采樣方式獲取少量低分辨率投影數據；S2：基于Radon逆變換的線性特性，構建基于數據插值的V?FBP重建方法iV?FBP和基于兩步V?FBP重建方法tV?FBP，并將其用于hySTCT掃描重建。本發明能有效抑制截斷偽影，提高ROI范圍內的重建精度。

技術領域

本發明屬于內部斷層成像技術領域，涉及一種基于射線源平移復合掃描的內成像方法。

背景技術

微納CT(micro-CT)是一種以高空間分辨率無損成像物體三維內部微觀結構的技術，廣泛應用于材料科學、微電子、地質學、無損檢測和地球科學等領域。然而，高分辨率成像直徑大于成像視場(FOV)的物體是一個挑戰。內部斷層掃描是一種有效的替代方法，它只在高分辨率下掃描物體內的感興趣區域(ROI)。此外，內部斷層成像技術可以減少感興趣區域外的物體結構的干擾。例如，在鋰離子電池電極的3D重建中，內部斷層掃描是一種有前途的技術，可以降低高衰減元素對低對比度碳粘結劑區域圖像質量的影響。

然而，內部斷層成像技術面臨著一些棘手的問題，如非唯一解和不穩定解以及截斷偽影，這嚴重影響了其應用價值。在過去的幾十年里，用于解決這些問題的技術可以分為五類：投影外推、解析算法、迭代算法、深度學習和調整硬件掃描技術。投影外推方法通過平滑函數外推被截斷的數據來緩解截斷偽影，如對稱鏡像外推、余弦函數擬合外推、圓柱法外推或深度學習外推，由于投影數據外推缺乏一致性，這些方法在定性分析上有一定作用，但在定量分析上不精確。微分反投影(DBP)等解析算法可以在已知ROI內的子區域的條件下實現精確而穩定的重建；但是，這種假設條件在實際成像中并不總是能滿足。當重建區域滿足分段常數或多項式的條件時，總變差最小化等迭代算法可以獲得唯一且穩定的結果，然而在實際應用中重建區域并不總能滿足這樣的條件。最近，深度學習技術提供了一種解決截斷問題的新方法，但由于缺乏泛化性、可解釋性和大量訓練數據等因素，在實踐中部署可能具有挑戰性。調整硬件掃描技術是一種具有可接受精度的無偽影成像感興趣區域的方法，其數學原理是感興趣區域外的投影數據仍然在感興趣區域內產生非零的二維圖像。

為了從截斷投影數據中減去外部區域的射線衰減值，通過改變幾何放大比或使用大探測器對整個物體進行低分辨率掃描是一種廣泛使用的技術。改變放大幾何放大比需要解決由于放大比不一致導致的投影數據配準問題，這會增加計算成本，破壞高頻信息。使用大檢測器可以緩解這個問題，但增加了系統的成本和復雜性。雙視場光耦合檢測系統通過將光劃分為兩個次光路，可以同時獲取整個物體的低分辨率投影數據和存在截斷的ROI高分辨率投影數據；但它存在檢測效率低、噪聲大的問題。在我們之前的工作中，為了避免改變放大比，增加系統復雜度，我們采用射線源多段直線平移CT(mSTCT)掃描方式采集整個物體的低分辨率投影數據，采用圓周掃描方式(射線源和探測器固定，物體旋轉)獲取ROI高分辨率投影數據。然而，兩種不同掃描模式下獲取的投影數據融合會產生誤差。

因此，亟需一種新的內部斷層成像方法來解決mSTCT采樣效率低的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于射線源平移復合掃描的內成像方法，基于數據插值的V-FBP重建方法(簡稱為iV-FBP)和基于兩步V-FBP重建方法(簡稱為tV-FBP)來實現hySTCT掃描重建，有效抑制截斷偽影，提高ROI范圍內的重建精度。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于射線源平移復合掃描的內成像方法，具體包括以下步驟：

S1：構建基于射線源平移的復合采樣模式hySTCT，具體為：對ROI(感興趣區域)采用射線源密集采樣方式獲取高分辨率投影數據，對ROI以外區域采用射線源稀疏采樣方式獲取少量低分辨率投影數據；