[发明专利]一种基于X射线源阵列成像的投影图像恢复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种X射线成像方法，具体涉及一种基于X射线源阵列成像的投影图像恢复方法。

背景技术

随着X射线成像在医学、安检、无损检测、工业探伤等领域的应用越来越广泛，人们对于降低X射线成像的剂量、提高成像分辨率和成像速度的要求也愈加迫切。传统的X射线成像受制于单点源X射线锥角的限制，需要射线源与被探测物体有足够远的距离才能覆盖待检测区域，加之对机械扫描速度的追求，使得X射线成像系统复杂、体积较大、成本高昂，应用范围受到了局限。其中，成像系统体积较大的问题还导致在对部件进行检测或对病人进行临床检查时，难以避免地使得成像目标区域之外的部分受到X射线辐射，可能对待测部件或人体产生不必要的损伤。

当前，X射线源正开始朝着冷阴极和平板化的方向发展，其可以实现一个器件内单独寻址大量微X射线源阵列，同时，由于X射线源能够与被测目标紧密耦合，避免对相关区域的辐射，有望依此降低X射线剂量、减少辐射泄露，并缩小成像系统体积。自2001年日本名古屋工业大学最先报导了以碳纳米管(CNT)作为电子源的X射线管以来，微焦X射线源及其在动态成像和分布式X光源CT系统的研究成为热点，其中美国北卡罗来纳大学研制的分布式冷阴极X射线管乳腺CT原理型样机已经进入临床验证阶段。而到了2015年，中山大学已报导了较大面积的氧化锌纳米冷阴极平板X射线源，并实现了小于25微米的静态成像。等等一系列研究成果都为利用X射线源阵列探索新的成像模式与图像恢复方法奠定了基础。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种基于X射线源阵列成像的投影图像恢复方法，能够利用X射线源阵列微焦点和多射线源的特点，实现快速高分辨率X射线成像，同时大大缩小X射线成像系统体积，其中，适应待检测物体形状大小来组装成像模块使得X射线成像能满足更多的应用场景的要求，辐射泄露降低，而利用锥束射线空间重排的图像恢复方法，结合分时和同时扫描能够实现快速高分辨率X射线成像，具有很好的实用前景。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括以下步骤：

1)使用X射线源单元组成线阵或面阵的X射线成像扫描结构，依据被检测对象的形状规格来组合射线源单元与平板探测器模块；

2)使用X射线源阵列上的多个射线源单元分时或同时发出锥束射线穿过被检测物体，平板探测器模块接收被检测物的锥束投影图像，得到投影数据；

3)根据投影数据建立被检测物的分时或同时投影物理模型；

4)利用锥束射线空间插值重排法在分时或同时投影物理模型下，将锥束投影图像恢复为平行X光束投影图像，完成投影图像恢复。

所述步骤2)中得到投影数据的具体过程为：首先X射线源阵列上的Q个射线源单元，依照顺序先后发出锥束X射线穿过被检测物体，其中第q个射线源在探测器单元p上得到光子强度I′_pq，然后利用对应路径空扫数据I_pq，依据Beer定理，分别得到Q个源中射线穿过物体路径上衰减系数的线积分投影，其中第q个射线源在探测器单元p上得到投影值为y_pq。

所述步骤2)中得到投影数据的具体过程为：首先将X射线源阵列上的Q个射线源单元中发出锥束在空间上无重合部分的分为同一组，得到K个射线源组，依照组号先后发出射线穿过被检测物体，其中第k个射线源组在探测器单元p上得到光子强度I′_kq，然后利用对应路径空扫数据I_pq，依据Beer定理，得到K个射线源组中射线穿过物体路径上衰减系数的线积分投影，其中第q个射线源在探测器单元p上得到投影值为y_kq。

所述步骤2)中得到投影数据的过程为：X射线源阵列上的Q个射线源单元，同时发出锥束穿过被检测物体，探测器单元p上得到光子强度y_p，其为各射线源发出射线穿过不同衰减路径之后到达p处光子强度之和。

所述步骤3)中分时投影物理模型建立过程：射线源阵列上的Q个射线源单元依次发出射线，结合空扫描数据得到Q个线积分投影图，或者将射线源阵列上的Q个射线源单元分为锥束覆盖空间不重合的K个射线源组，每组依次发出射线，结合对应空扫描数据，根据Beer定理得到K个线积分投影图；然后根据下列公式(1)建立分时投影物理模型：