[发明专利]一种基于平面阵列射线源的断层成像方法及系统

权利要求书

1.一种基于平面阵列射线源的断层成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，利用束光器对光束进行整形；

其中，根据光子利用率角度设计束光器开口形状和角度，使得每个光源只覆盖成像目标的一部分，所有光源点亮将完全覆盖成像目标；

S2，利用控制电路对射线源进行可寻址点亮；

其中，利用控制电路对射线源进行可寻址点亮，其中Pattern＝{P₁,P₂,...,P_i...,P_N}为N个设计的照射方案序列，将特定照射情况P_i下点亮的平板X射线阵列的数量表示为S_i，将探测器单元的数量表示为D，在特定照射下，探测器d上的测量数据记作理想的采集过程表示为：

其中，I_d,Pi是在一种照射P_i下，第d个检测器上的测量数据，a_sd代表与第d个检测器相对应的第s个射线源的系统矩阵，I₀为光源强度，x为待重建图像；

S3，利用重建系统最终获得物体内部结构信息；

其中，通过重建系统利用建立目标函数的方法对重建图像进行优化求解，得到成像物体内部结构信息；

重建系统获得物体内部结构信息的具体方法如下：

建立拉格朗日优化方程对重建图像进行优化求解；

其中，是在一种照射下，第d个检测器上的测量数据，a_sd代表与第d个检测器相对应的第s个射线源的系统矩阵，S_i为特定照射方案P_i下点亮平板射线源的源总数，I₀为光源强度,D为探测器总数，x为重建图像,β_i为正则化参数，R_i(x)为正则项,M为正则项个数。

2.根据权利要求1所述的一种基于平面阵列射线源的断层成像方法，其特征在于，可寻址点亮的方法是设计不同的照射序列，通过一系列照射序列的组合对混叠测量数据解混叠。

3.根据权利要求1所述的一种基于平面阵列射线源的断层成像方法，其特征在于，拉格朗日优化方程中，能够选用正则项，但不限于全变分正则,优化方程具体为：

4.根据权利要求1所述的一种基于平面阵列射线源的断层成像方法，其特征在于，优化方程的求解过程使用POCS凸集投影法进行求解，具体求解过程如下：

第一步，加载测量数据，更新x：

令表示N个照射方案的重建后投影与实际测量数据之间的误差，其中：

采用牛顿梯度法进行迭代更新：

其中，n-1和n表示迭代次数，λ是更新间隔，采用泰勒展开对公式进行优化求解，

I₀exp(-a_sdx)在x₀处经泰勒展开为：

代入公式得到：

而一阶导数为：

二阶导数为：

将代入f'(x_n-1)，f”(x_n-1)中，更新重建图像得到x_n；

第二步，图像正约束为

第三步，TV梯度下降进行图像更新：

其中，M为梯度下降次数，β_TV为步长，d_A为残差。

5.一种基于权利要求1所述的平面阵列射线源的断层成像方法的成像系统，其特征在于，包括平面阵列射线源、束光器、射线源寻址控制电路、探测器和重建系统；

束光器固定在平面阵列射线源上，射线源由电路控制生成不同的照射序列，组成系统的射线源部分；

探测器设置在射线源对侧，用于接收测量信号，探测器连接重建系统，探测器用于将接收到的数据通过探测器采集软件传递至重建系统中。

6.根据权利要求5所述的一种基于平面阵列射线源的断层成像方法的成像系统，其特征在于，所述平面阵列射线源选用可行列寻址的共面聚焦纳米冷阴极电子源阵列。