[发明专利]锥束CT连续快速扫描模式下的冗余投影数据判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学和工业领域射线二维、三维计算机断层扫描(2D-CT/3D-CT)成像过程中的相关数据处理方法，特别涉及一种适用于锥束CT连续快速扫描模式下的冗余投影数据判别方法。

背景技术

锥束CT技术作为一种能够无损地提供被检测目标内外信息的技术，能准确地重建物体内部的三维立体结构，定量表示物体内部的物理特性，如缺陷的位置及尺寸，材料密度的变化，结构的形状等。

现有技术下锥束CT扫描系统的工作原理如图1所示，射线源1发出的锥束射线2对转台4上的被检测物体3进行透照，同时面阵探测器5采集被检测物体3在不同旋转角度下的二维DR(Digital Radiography)投影图像。该二维DR投影图像按照序列进行排列后被称为二维DR投影序列，利用这些二维DR投影序列进行三维图像重建，将得到被检测物体3内部结构与材质分布的信息。

在CT扫描过程中，上位机6以交互式通讯的方式负责对各个控制终端，包括射线源1、转台4及面阵探测器5进行统一调度，具体包括以下步骤：

1)通过射线源控制单元，上位机6接收射线源1工作状态反馈信号并发送射线源1运行参数控制指令；

2)通过转台的运动控制单元，上位机6接收转台4的运动状态，包括转台的旋转速度和位置信息的反馈信号并发运动控制指令给转台4；

3)通过探测器的控制单元，上位机6接收面阵探测器5的工作状态，包括面阵探测器数据采集就绪、完成等的反馈信号，并发送数据采集参数控制指令给面阵探测器。

上位机6一般为图形工作站，基本配置为：内存不小于4GB，硬盘不小于2TB，主频不小于2.9GHz。

目前锥束CT系统常用扫描方式为转台步进式旋转，即：转台4旋转一定角步长后停止转动，面阵探测器5采集被检测物体3在静止状态下的投影图像；面阵探测器5采集完成后，转台4再继续旋转固定角步长后停止，面阵探测器5继续采集。这种扫描方式下不会存在由于电机加速减速运动以及扫描控制终端对上位机6控制指令响应滞后造成的投影数据不均或冗余问题，投影角度与投影数据可以准确地对应起来，从而获得高分辨率的重建图像。然而，该种扫描方式效率低，被检测物体3接受的射线剂量大，对于一些对检测效率或扫描速度要求较高的场合，如需要观察被扫描对象在加载过程中的内部结构动态变化，或者通过提高扫描速度在一定程度上降低射线照射剂量等，转台4步进旋转的扫描方式就满足不了要求。

为此，转台4连续旋转和面阵探测器5以高帧频采集图像的方式被逐渐采用，可以实现在较短的时间内获得重建所需的足够量的投影信息。如面阵探测器5以80帧/s速率采集图像，转台4以24度/s的速度匀速连续旋转，旋转一周时间为15s，理论上可以获取1200幅投影图像，利用这些投影信息可以重建出具行较高图像分辨率的断层图像。在实际扫描采集时，由于机械扫描控制系统的机理，旋转转台4在启动和终止时会存在加速和减速的过程，这样就会造成运动初始以及运动结束阶段面阵探测器5采集到的投影数据不均匀；同时由于扫描控制终端对上位机6控制指令响应滞后造成的投影数据冗余，严重影响到后期重建图像的质量。

现有技术下，锥束CT系统的连续扫描模式的时序如图2所示，时序说明如下：

转台4在上位机6的运动触发指令下开始旋转，在加速阶段，其角速度由初始的0加速至稳定角速度ω，此后转台4进入匀速运动状态，此时上位机6数据采集指令触发面阵探测器5以固定的帧频采集投影数据；当转台4旋转至360度时，在上位机6运动结束指令下开始减速旋转，直至旋转角速度由ω减至0，转台4运动结束，同时，上位机6数据采集指令通知面阵探测器5停止采集，投影数据采集时序结束。