專利名稱：成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及輻射成像領(lǐng)域，具體地，本實用新型涉及一種采用直線軌跡掃描的成像設(shè)備，以提高成像安全檢查過程的速度。
背景技術(shù)：
安全檢查在反恐、打擊販毒走私等領(lǐng)域有十分重要的意義。美國911事件之后，對航空、鐵路等公共場所的安全檢查越來越得到重視。此外，隨著打擊販毒走私的深入，對海關(guān)集裝箱、行李物品等的檢查要求也越來越高。
目前的安全檢查系統(tǒng)以輻射成像設(shè)備為主流，在輻射成像領(lǐng)域又以透視成像為主，立體成像設(shè)備比較少見。這是因為，實用的安全檢查系統(tǒng)一般需要在線實時檢查，這就要求檢查系統(tǒng)掃描成像速度非常快，比如民航物品檢查，要求通關(guān)率是0.5m/s。但是，目前即使是大螺距的螺旋CT(計算機(jī)斷層成像)也很難達(dá)到這個要求。此外，對于很多大型物體，比如海關(guān)集裝箱，無論是集裝箱旋轉(zhuǎn)，還是射線源和探測器旋轉(zhuǎn)都非常困難。再加上CT系統(tǒng)設(shè)備成本高，諸多因素限制了能夠立體成像的CT系統(tǒng)在安全檢查領(lǐng)域的廣泛使用。然而，與CT系統(tǒng)相比，透視成像設(shè)備最大的不足是無法避免射線方向上物體的重疊效應(yīng)，從而限制了檢查能力，無法真正執(zhí)行立體檢查和定位。
隨著CT技術(shù)的研究發(fā)展，在有限角度和數(shù)據(jù)截斷情況下，也能重建出一定質(zhì)量的斷層圖像，這使得不完全掃描重建圖像在實際中應(yīng)用成為可能。理論上已經(jīng)知道，對于掃描路徑為直線的成像設(shè)備，如果直線無限長，就可以精確重建斷層圖像。如果掃描路徑是有限長度，則等價于有限角度(Limited-Angle)的CT掃描模式。因此，應(yīng)用不完全重建算法，對直線掃描的成像設(shè)備采集的數(shù)據(jù)做重建，就可以獲得斷層圖像，實現(xiàn)立體成像。
已經(jīng)提出了一種直線軌跡的成像設(shè)備——計算機(jī)分層層析成像(Computed Laminography)系統(tǒng)，但是它的射線張角很小，并且重建算法是采用層析的方式，導(dǎo)致三維成像和斷層成像能力差。因此，需要一種能夠快速獲得三維圖像和/或斷層圖像的成像設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，提出了本實用新型。本實用新型的一個目的是提供一種采用直線軌跡掃描的成像設(shè)備，以既能得到透視圖像，又能得到斷層圖像，并且它可以解決透視成像中的物體重疊問題，實現(xiàn)安全檢查系統(tǒng)中所需的快速立體成像和/或斷層成像。
在本實用新型的一個方面，提出了一種成像設(shè)備，包括包括至少一個射線源的射線發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生射線；數(shù)據(jù)采集裝置，包括面對所述射線源設(shè)置的探測器陣列并用于通過接收穿透待檢查物體的射線來獲得投影數(shù)據(jù)；傳送裝置，用于在檢查過程中使位于射線源和探測器陣列之間的待檢查物體與射線源和探測器陣列做相對直線運動；以及控制和圖像處理裝置，用于控制所述射線發(fā)生裝置、所述數(shù)據(jù)采集裝置和傳送裝置，并從所述投影數(shù)據(jù)重建待檢查物體的圖像。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述射線發(fā)生裝置產(chǎn)生的射線相對于探測器陣列的水平張角大于90度。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述探測器陣列包括含有多個探測器單元的面陣探測器。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述探測器陣列包括垂直設(shè)置并包含多個探測器單元的線陣探測器。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述探測器陣列還包括水平設(shè)置并包含多個探測器單元的線陣探測器。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述水平設(shè)置的線陣探測器在垂直方向上的位置是可變的。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述控制和圖像處理裝置包括投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分，用于將所述投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)；濾波部分，通過用預(yù)定的卷積函數(shù)核與擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)卷積，來獲得濾波后的投影數(shù)據(jù)；以及反投影部分，通過對濾波后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)反投影來重建圖像。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述多個探測器單元是等距離排列的。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分反褶平移投影數(shù)據(jù)p(l，t，z)以得到擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，t，z)，其中，投影數(shù)據(jù)p(l，t，z)表示當(dāng)待檢查物體相對運動到直線上坐標(biāo)為l位置時，在探測器陣列第z層坐標(biāo)位置為t處的投影值；所述濾波部分用預(yù)定的卷積函數(shù)核沿l方向?qū)M平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，t，z)做一維卷積，得到濾波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，t，z)；所述反投影部分沿射線方向?qū)V波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，t，z)進(jìn)行加權(quán)反投影操作，以得到重建圖像，其中權(quán)重因子為 ，其中D表示射線源到直線運動中心線的距離。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述多個探測器單元是關(guān)于射線源等角度排列的。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分反褶平移投影數(shù)據(jù)p(l，γ，z)以得到擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，γ，z)，其中，投影數(shù)據(jù)p(l，γ，z)表表示當(dāng)待檢查物體相對運動到直線上坐標(biāo)為l位置時，在探測器陣列第z層角度位置為γ的投影值；所述濾波部分用預(yù)定的卷積函數(shù)核沿l方向?qū)M平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，γ，z)做一維卷積，得到濾波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，γ，z)；所述反投影部分沿射線方向?qū)V波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，γ，z)進(jìn)行加權(quán)反投影操作，以得到重建圖像，其中權(quán)重因子為1/cosγ。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述多個探測器單元是固體探測器單元、氣體探測器單元或者半導(dǎo)體探測器單元。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述射線源是X射線加速器、X光機(jī)或者放射性同位素本實用新型的成像設(shè)備，采用直線軌跡掃描，使用直線濾波反投影算法重建斷層或立體圖像，真正實現(xiàn)立體成像。本實用新型的成像設(shè)備具有檢查速度快、不需要旋轉(zhuǎn)、沒有圓軌道錐束CT中的大錐角問題等優(yōu)點。因此，本實用新型的成像設(shè)備具有應(yīng)用于快速安全檢查領(lǐng)域和大物體檢查領(lǐng)域的潛力。


圖1是在根據(jù)本實用新型的成像設(shè)備中進(jìn)行直線軌跡掃描的平面示意圖；圖2是根據(jù)本實用新型第一實施例的成像設(shè)備的構(gòu)成示意圖；圖3是如圖2所示的成像設(shè)備中的控制和圖像處理裝置的功能框圖；圖4示出了等效探測器在Z方向與重建物體點之間的幾何關(guān)系的示意圖；圖5示出了用來解釋根據(jù)本實用新型一個實施例的直線濾波反投影過程的幾何關(guān)系示意圖；圖6是根據(jù)本實用新型第二實施例的成像設(shè)備的構(gòu)成示意圖。
具體實施方式
下面對照附圖詳細(xì)描述本實用新型的實施例。
第一實施例圖1示出了在根據(jù)本實用新型的成像設(shè)備中進(jìn)行直線軌跡掃描的平面示意圖。圖2示出了根據(jù)本實用新型第一實施例的成像設(shè)備的構(gòu)成示意圖。
如圖1所示，待檢查物體在射線源A和探測器之間按照直線運動，在運動的過程中，射線源A按照控制系統(tǒng)的命令發(fā)出射線，穿透待檢查物體。探測器接收透射信號，并且在控制系統(tǒng)的控制下采集投影數(shù)據(jù)，并把投影數(shù)據(jù)存儲在存儲器中。
如圖2所示的成像設(shè)備包括包括射線發(fā)生部分110、傳送部分130、數(shù)據(jù)采集部分140、控制和數(shù)據(jù)信號總線150、控制和圖像處理部分160和顯示器170。
如圖2所示，射線發(fā)生部分110，例如包括X射線加速器、X光機(jī)或者放射性同位素之類的射線源，以及相應(yīng)的輔助設(shè)備。為了使射線束水平張角(扇角)大于90度，例如介于90～180度之間，可以使用兩個或者兩個以上的射線源，根據(jù)待檢查物體120的尺寸和應(yīng)用背景而選定。
傳送部分130，例如傳送帶，可以承載并平穩(wěn)傳送待檢查物體120，用于在檢查過程中使所承載的待檢查物體120沿著直線運動?；蛘?，傳送部分130在檢查過程中使射線源和探測器沿著直線運動，或者使待檢查物體與射線源和探測器相向運動。也就是說，待檢查物體運動與射線源和探測器運動屬于相對運動，是等價的。雖然以下均以待檢查物體運動，而射線源和探測器保持靜止的方式來描述，但應(yīng)該明確這與射線源和探測器運動而檢查物體保持靜止具有相同的意義。
數(shù)據(jù)采集部分140，主要包括探測器陣列，用于通過接收透過待檢查物體的射線來獲取錐形束射線的透射投影數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集部分140還包括用于讀出探測器陣列上的投影數(shù)據(jù)的讀出電路和邏輯控制單元等(未示出)。探測器陣列可以由多個固體探測器單元、多個氣體探測器單元或者多個半導(dǎo)體探測器單元構(gòu)成。各個探測器單元不需要緊密排列，但它們在X軸方向(即，被檢查物體運動方向)上應(yīng)該成直線。
通常，探測器陣列的總長度(K)，即圖1所示的線段BC，與探測器陣列中心到射線源的距離(T)有關(guān)，在射線張角(θ)一定的情況下，距離T越大，探測器陣列的總長度就越大，它們之間的基本關(guān)系如下K=2Ttanθ2]]>此外，需要將探測器陣列放置在射線源的對邊，其在水平方向與射線源的張角為大于90度的角度，例如介于90～180度之間的角度，并且在豎直方向覆蓋物體。這樣，才能夠較好地實現(xiàn)有限角度下的CT重建(重建圖像質(zhì)量較好)。該探測器陣列可以是面陣探測器，也可以是單排探測器。
在數(shù)據(jù)采集過程中，要求采樣間隔(Δt)在時間軸上是均勻的，并且需要待檢查物體勻速運動。假設(shè)速度為v，則本實施例的成像設(shè)備的空間等效采樣間隔為Δd＝vΔt。
而且，要求所有探測器單元同步進(jìn)行采集，單次采集的陣列數(shù)據(jù)組成投影數(shù)據(jù)的一層，多次采集(一般在幾百次到上千次)之后，組成投影體數(shù)據(jù)。在控制和圖像處理部分中重建的立體圖像即基于此體數(shù)據(jù)，透射圖像的顯示也是基于這些體數(shù)據(jù)。
在需要獲得透射圖像時，僅僅需要輸出探測器陣列的中心列采集的投影數(shù)據(jù)，其成像原理與現(xiàn)有的透視成像相同。
用來傳輸控制和數(shù)據(jù)信號的控制和數(shù)據(jù)信號總線150；以及控制和圖像處理部分160，其通過控制和數(shù)據(jù)信號線150與射線發(fā)生部分110、傳送部分130和數(shù)據(jù)采集部分140連接，對成像設(shè)備的各個部分進(jìn)行控制。
在掃描過程中，控制和圖像處理部分160控制傳送部分130，使待檢查物體120沿著直線運動，命令射線發(fā)生部分110產(chǎn)生射線，并且控制數(shù)據(jù)采集部分140開始接收透射信號，產(chǎn)生投影數(shù)據(jù)，并對產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理。
這樣，待檢查物體120按照圖1所示的直線軌跡勻速移動，數(shù)據(jù)采集部分140同步等時間間隔地進(jìn)行采樣，獲取投影數(shù)據(jù)。
圖3是如圖2所示的成像設(shè)備中的控制和圖像處理部分160的功能框圖。如圖3所示，控制和圖像處理部分160包括用來存儲數(shù)據(jù)的存儲器161，例如硬盤之類的存儲介質(zhì)；輸入單元162，例如鍵盤之類方便用戶輸入?yún)?shù)或者命令的輸入裝置；控制器163，其在用戶通過輸入單元162發(fā)出命令之后，指令傳送部分130開始使待檢查物體120沿著直線勻速運動，并且射線發(fā)生部分110和數(shù)據(jù)采集部分140開始工作，以獲得投影數(shù)據(jù)；連接各個部分并傳輸控制信號和數(shù)據(jù)的內(nèi)部總線164；以及圖像重建單元165，用于對數(shù)據(jù)采集部分140獲得的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。
下面結(jié)合圖4詳細(xì)描述在圖像重建單元165中進(jìn)行圖像重建過程。圖4示出了等效探測器在Z方向與重建物體點之間的幾何關(guān)系的示意圖。
設(shè)待檢查物體f(r，φ，z)的一種近似估計表示為 (r，φ，z)，則有下式f^(r,φ,z)=∫-tmtm1D2+t2Q(l′,t,zDD+rsinφ)dt---(1)]]>其中，Q(l′，t，z)＝q(l，t，z)*h(l)(2)q(l，t，z)＝p(-l+t，t，z)(3)l′=-rcosφ+trsinφD---(4)]]>這里，探測器陣列中的探測器單元是等距排列的，數(shù)據(jù)p(l，t，z)表示當(dāng)待檢查物體120運動到直線上坐標(biāo)為l位置時，在探測器陣列第z層坐標(biāo)位置為t處的投影值。值得注意的是，t，z都是探測器陣列的各個探測器單元等效到物體直線運動的中心線上之后的數(shù)值。
此外，在式(1)～(4)中，D為射線發(fā)生部分110的射線源到直線運動中心線的距離；±tm表征探測器陣列在X軸方向的最小和最大位置；h為卷積函數(shù)核，理論值為h(l)=∫-∞∞|ω|ej2πωldω,]]>一般采用S-L濾波函數(shù)，該函數(shù)的離散形式為h(n)=-2π2(4n2-1),n=0,±1,±2,···(5)]]>因此，在圖像重建單元165中，投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分1651反褶平移投影數(shù)據(jù)p(l，t，z)以得到q(l，t，z)，這里的q(l，t，z)表示擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)。這里的‘?dāng)M平行束掃描’的含義是，各個角度下的探測器單元等效采樣間距不相同，掃描角度采樣也可能是不均勻。
然后，濾波部分1652用卷積函數(shù)核h沿l方向?qū)M平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，t，z)做一維卷積，得到濾波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，t，z)。
接下來，反投影部分1653沿射線方向?qū)V波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′t，z)進(jìn)行加權(quán)反投影操作，以得到重建圖像，其中權(quán)重因子為 這里，需要說明的是，進(jìn)行反褶平移的目的是為了將直線掃描的投影數(shù)據(jù)，變換到擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)，這里的擬平行束掃描不是標(biāo)準(zhǔn)的CT重建中的平行束，因為每一個掃描角度下的探測器單元等效采樣間距都不一樣，角度采樣也可能是不均勻的。
此外，用卷積函數(shù)核h濾波的目的與標(biāo)準(zhǔn)FBP重建算法中的濾波相同，濾波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，t，z)，經(jīng)過加權(quán)反投影就可以得到重建圖像，而這里的權(quán)重因子 反映了不同探測器下的投影數(shù)據(jù)對重建圖像貢獻(xiàn)的大小。
因此，在本實用新型中，沿數(shù)據(jù)采集方向l濾波，沿射線方向反投影，與重排為平行束的算法相比，本實用新型能充分利用每一個有效數(shù)據(jù)，提高了圖像分辨率，并且對數(shù)據(jù)截斷的敏感度低于重排算法。
下面對照圖1、4和5來推導(dǎo)上述的公式(1)。在推導(dǎo)之前，首先描述直線掃描數(shù)據(jù)重排為圓軌道平行束掃描的過程。
如圖1所示的掃描方式，每一個探測均對應(yīng)一個角度掃描角度，物體f(x，y)在移動過程中，等價于該角度下的平行束掃描。參見圖5的投影示意圖，對于等距排列的探測器陣列，直線掃描數(shù)據(jù)重排為圓軌道平行束掃描的重排公式為g(θ,s)=p(l,t)|θ=π-tan-1(tD)s=D(-l+t)D2+t2---(6)]]>這里g(θ，s)＝∫f(x，y)δ(xcosθ+ysinθ-s)dxdy，表示在圓軌道平行束掃描中，掃描角度為θ，距離旋轉(zhuǎn)中心為s的投影數(shù)據(jù)。p(l，t)表示陣列探測器在待檢查物體相對運動到直線上坐標(biāo)為l位置時，探測器陣列中坐標(biāo)位置為t的投影值。
利用公式(6)就可以實現(xiàn)直線軌跡掃描投影數(shù)據(jù)重排為圓軌道平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)。但是，實際系統(tǒng)中，直線不可能是無限長，所以重排后的數(shù)據(jù)也不可能是圓軌道下180度的平行束掃描數(shù)據(jù)，也是說這里對于CT重建來說，數(shù)據(jù)是不完備的。
就直線掃描而言，雖然l和t的采樣可以是均勻的，但是對應(yīng)圓軌道平行束掃描下的角度θ和探測器位置s采樣都是不均勻的。因此，重排需要在角度方向和探測器方向做插值，造成重建圖像分辨率的降低。
接下來，詳細(xì)描述本實用新型的直線掃描數(shù)據(jù)直接濾波反投影重建過程。
在圓軌道平行束掃描下的濾波反投影重建公式為
f(r,φ)=∫0π∫-smsmg(θ,s)h(rcos(θ-φ)-s)dsdθ---(7)]]>對于無限長直線軌跡、等距探測器，利用公式(7)，用參數(shù)(l，t)替換(θ，s)，得到f(r,φ)=∫-∞∞∫-∞∞1D2+t2p(-l+t,t)h(l′-l)dldt---(8)]]>這里，l′=-rcosφ+trsinφD.]]>證明如下f(r,φ)=∫∞-∞∫∞-∞g(π-tan-1(tD),D(-l+t)D2+t2)---(9)]]>·h(rcos(π-tsn-1(tD)-φ)-D(-l+t)D2+t2)D2(D2+t2)3/2dldt]]>這里，θ=π-tan-1(tD),]]>s=D(-l+t)D2+t2,]]>dsdθ=D2(D2+t2)3/2dldt.]]>在直線軌跡掃描中，用p(l，t)代替g(π-tan-1(tD),D(-l+t)D2+t2)]]>。同時，根據(jù)圖5的幾何結(jié)構(gòu)，可以得出rcos(π-tan-1(tD)-φ)-D(-l+t)D2+t2]]>=-rcosφDD2+t2+rsinφtD2+t2-D(-l+t)D2+t2---(10)]]>=(l′-trsinφD-t)DD2+t2+rsinφtD2+t2-D(-l+t)D2+t2]]>=DD2+t2(l′+l-2t)]]>這里，l′=-rcosφ+trsinφD+t,]]>它表示經(jīng)過點(r，φ)和第t探測器單元的投影數(shù)據(jù)，在直線掃描下的空間采樣位置。
將(10)代入(9)，利用h[DD2+t2(l′+l-2t)]=D2+t2D2h(l′+l-2t),]]>并且將l＝l-t，l′＝l′-t代入，立即得到重建公式(8)。
對于公式(8)，如果將q(l，t)＝p(-l+t，t)代入公式(8)，則f(r,φ)=∫-∞∞1D2+t2Q(l′,t)dt---(11)]]>這里，Q(l′，t)＝q(l，t)*h(l)。
實際中，如果直線軌跡是[-L，L]，探測器總長度是[-tm，tm]，按照公式(8)重建的圖像就不是精確的f(x，y)，它只是一種近似。同時，如果考慮到三維情況，被檢查物體f(x，y，z)的一種近似 (r，φ，z)可以表達(dá)為(1)式所不。
上面推導(dǎo)了探測器單元等距排列的情況下，直線軌跡掃描的濾波反投影重建公式(1)以及本實用新型的圖像重建方法的詳細(xì)執(zhí)行過程。實際上，探測器陣列中的探測器單元之間還可以按照關(guān)于射線源等角度的方式來排列。如果探測器單元是等角排列的，類似于上面的推導(dǎo)過程，其濾波反投影重建公式為f^(r,φ,z)=∫-γmγm1cosγQ(l′,γ,zDD+rsinφ)dγ---(12)]]>其中，Q(l′，γ，z)＝q(l，γ，z)*h(l) (13)q(l，γ，z)＝p(-l+Dtanγ，γ，z)(14)l′＝-rcosφ+rsinφtanγ(15)這里，探測器單元是等角排列，數(shù)據(jù)p(l，γ，z)表示陣列探測器在待檢查物體相對運動到直線上坐標(biāo)為l位置時，探測器陣列第z層角度位置為γ的投影值。值得注意的是，γ，z都是探測器陣列等效到物體直線運動的中心線上之后的數(shù)值?！捆胢表示探測器陣列在X軸方向的最小和最大角度。
因此，在等角度排列的探測器單元的情況下，直線濾波反投影的重建過程與上述相同，其中反褶平移操作按照公式(14)進(jìn)行，卷積操作的含義與等距情況下的相同同，而加權(quán)反投影操作中采用的權(quán)重因子為1/cosγ。
換句話說，在投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分1651中，反褶平移投影數(shù)據(jù)p(l，γ，z)以得到擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，γ，z)，其中，投影數(shù)據(jù)p(l，γ，z)表表示當(dāng)待檢查物體相對運動到直線上坐標(biāo)為l位置時，在探測器陣列第z層角度位置為γ的投影值。
在濾波部分1652中，用預(yù)定的卷積函數(shù)核h沿l方向?qū)M平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，γ，z)做一維卷積，得到濾波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，γ，z)；在反投影部分1653中，沿射線方向?qū)V波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，γ，z)進(jìn)行加權(quán)反投影操作，以得到重建圖像，其中權(quán)重因子為1/cosγ。
為到達(dá)準(zhǔn)確的圖像重建，射線成像設(shè)備應(yīng)能夠精確測量或標(biāo)定以下系統(tǒng)參數(shù)射線源到探測器陣列的距離T，射線源到直線運動中心距離D，傳送部分的直線運動速度v，探測器陣列采樣間隔Δt，探測器物理尺寸，包括單個探測器單元的物理尺寸和探測器陣列的物理尺寸等。
根據(jù)本實用新型第一實施例的成像設(shè)備最大的特點是直線軌跡掃面而不是圓或者螺旋軌道掃描。由于不需要旋轉(zhuǎn)，并天然利用安全檢查中，被檢查物體一般都是直線傳送的特點，因此機(jī)械設(shè)計非常簡單。
此外，由于是直線運動的緣故，不存在圓或者螺旋掃描中的加速度問題，檢查通關(guān)率可以很高。與傳統(tǒng)透視成像相比，本系統(tǒng)可以得到物體斷層圖像和/或立體圖像，解決了透射圖像存在的物體重疊問題。
此外，根據(jù)第一實施例的成像設(shè)備能獲得CT斷層成像設(shè)備和立體成像設(shè)備所獲取的信息。
此外，根據(jù)第一實施列的成像設(shè)備沒有圓軌道錐束CT中的大錐角問題(離中心平面越遠(yuǎn)數(shù)據(jù)缺失越嚴(yán)重)，原因在于直線掃描中每一層探測器得到的投影數(shù)據(jù)缺失情況都相同。
第二實施例圖6是根據(jù)本實用新型第二實施例的成像設(shè)備的構(gòu)成示意圖。
根據(jù)本實用新型第二實施例的成像設(shè)備與第一實施例的成像設(shè)備的區(qū)別在于，在探測器陣列是的單列(單層，即線陣)的情況下，再設(shè)置可以沿Z方向升降的另一單列探測器，可以得到多個斷層圖像，從而以很少的探測器單元就可以實現(xiàn)立體成像。因此，相比于與第一實施例，探測器陣列中探測器單元的數(shù)目大大減小了。
如圖6所示，第二實施例的數(shù)據(jù)采集部分中的探測器陣列包括垂直和水平兩套單層探測器陣列(其中包括的探測器單元之間一般是等距排列，也可以是等角排列)141和142，用于獲取錐形束射線的透射投影數(shù)據(jù)。同第一實施例一樣，該數(shù)據(jù)采集部分還包括從探測器讀出投影數(shù)據(jù)的讀出電路和邏輯控制單元等。
此外，根據(jù)本實用新型第二實施例的成像設(shè)備中的控制和圖像處理部分160中包括的控制器163除了具備上述第一實施例中所述的功能之外，還可以根據(jù)用戶輸入的指令控制水平單層探測器142在Z方向的升降。
這樣，第二實施例的成像設(shè)備除了具備第一實施例的成像設(shè)備的優(yōu)點之外，還可以減少探測器單元的數(shù)目，使成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)變得簡單，并以降低了成像設(shè)備的成本。
以上所述，僅為本實用新型中的具體實施方式
，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的包含范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種成像設(shè)備，包括包括至少一個射線源的射線發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生射線；數(shù)據(jù)采集裝置，包括面對所述射線源設(shè)置的探測器陣列并用于通過接收穿透待檢查物體的射線來獲得投影數(shù)據(jù)；傳送裝置，用于在檢查過程中使位于射線源和探測器陣列之間的待檢查物體與射線源和探測器陣列做相對直線運動；以及控制和圖像處理裝置，用于控制所述射線發(fā)生裝置、所述數(shù)據(jù)采集裝置和傳送裝置，并從所述投影數(shù)據(jù)重建待檢查物體的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述射線發(fā)生裝置產(chǎn)生的射線相對于探測器陣列的水平張角大于90度。
3.如權(quán)利要求2所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述探測器陣列包括含有多個探測器單元的面陣探測器。
4.如權(quán)利要求2所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述探測器陣列包括垂直設(shè)置并包含多個探測器單元的線陣探測器。
5.如權(quán)利要求4所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述探測器陣列還包括水平設(shè)置并包含多個探測器單元的線陣探測器。
6.如權(quán)利要求5所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述水平設(shè)置的線陣探測器在垂直方向上的位置是可變的。
7.如權(quán)利要求3～6之一所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述控制和圖像處理裝置包括投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分，用于將所述投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)；濾波部分，通過用預(yù)定的卷積函數(shù)核與擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)卷積，來獲得濾波后的投影數(shù)據(jù)；以及反投影部分，通過對濾波后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)反投影來重建圖像。
8.如權(quán)利要求7所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述多個探測器單元是等距離排列的。
9.如權(quán)利要求8所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分反褶平移投影數(shù)據(jù)p(l，t，z)以得到擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，t，z)，其中，投影數(shù)據(jù)p(l，t，z)表示當(dāng)待檢查物體相對運動到直線上坐標(biāo)為l位置時，在探測器陣列第z層坐標(biāo)位置為t處的投影值；所述濾波部分用預(yù)定的卷積函數(shù)核沿l方向?qū)M平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，t，z)做一維卷積，得到濾波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，t，z)；所述反投影部分沿射線方向?qū)V波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，t，z)進(jìn)行加權(quán)反投影操作，以得到重建圖像，其中權(quán)重因子為 其中D表示射線源到直線運動中心線的距離。
10.如權(quán)利要求7所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述多個探測器單元是關(guān)于射線源等角度排列的。
11.如權(quán)利要求10所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分反褶平移投影數(shù)據(jù)p(l，γ，z)以得到擬平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，γ，z)，其中，投影數(shù)據(jù)p(l，γ，z)表表示當(dāng)待檢查物體相對運動到直線上坐標(biāo)為l位置時，在探測器陣列第z層角度位置為γ的投影值；所述濾波部分用預(yù)定的卷積函數(shù)核沿l方向?qū)M平行束掃描下的投影數(shù)據(jù)q(l，γ，z)做一維卷積，得到濾波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，γ，z)；所述反投影部分沿射線方向?qū)V波后的投影數(shù)據(jù)Q(l′，γ,z)進(jìn)行加權(quán)反投影操作，以得到重建圖像，其中權(quán)重因子為1/cosγ。
12.如權(quán)利要求3～6之一所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述多個探測器單元是固體探測器單元、氣體探測器單元或者半導(dǎo)體探測器單元。
13.如權(quán)利要求3～6之一所述的成像設(shè)備，其特征在于，所述射線源是X射線加速器、X光機(jī)或者放射性同位素。
專利摘要公開了一種成像設(shè)備，包括包括至少一個射線源的射線發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生射線；數(shù)據(jù)采集裝置，包括面對所述射線源設(shè)置的探測器陣列并用于通過接收穿透待檢查物體的射線來獲得投影數(shù)據(jù)；傳送裝置，用于在檢查過程中使位于射線源和探測器陣列之間的待檢查物體與射線源和探測器陣列做相對直線運動；以及控制和圖像處理裝置，用于控制所述射線發(fā)生裝置、所述數(shù)據(jù)采集裝置和傳送裝置，并從所述投影數(shù)據(jù)重建待檢查物體的圖像。本實用新型的成像設(shè)備，采用直線軌跡掃描，使用直線濾波反投影算法重建斷層或立體圖像，真正實現(xiàn)立體成像。本成像設(shè)備具有檢查速度快、不需要旋轉(zhuǎn)、沒有圓軌道錐束CT中的大錐角問題等優(yōu)點。
文檔編號G01N23/04GK2935142SQ200520114670
公開日2007年8月15日 申請日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日
發(fā)明者陳志強, 張麗, 高河偉, 康克軍, 程建平, 李元景, 劉以農(nóng), 邢宇翔, 趙自然, 肖永順 申請人:清華大學(xué), 清華同方威視技術(shù)股份有限公司