收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

大视场螺旋锥束工业CT的扫描方法与重建算法研究

邹晓兵  
【摘要】: CT(Computed Tomography)是计算机层析成像的简称,它可以在不破坏被检物体的情况下得到被检物体内部的二维或三维图像,以图像的方式清晰直观地展示物体的内部结构、材质分布和缺陷。目前工业CT已应用于航空、航天、军工、铁路、汽车制造等领域,它已成为一种重要的无损检测技术。由于三维锥束CT采用高密度的面板探测器来获取投影数据,所以具有更高的射线利用率和轴向分辨率。与圆形扫描轨迹的锥束CT相比,螺旋锥束CT可以连续检测长工件,而且其扫描轨迹满足精确重建的数据完备性条件。 传统的螺旋锥束CT要求射线束在每个投影角下完全覆盖待检测区域的横截面,因此,传统螺旋锥束CT的视场区域受限于探测器尺寸。在工业CT中,有时会遇到大工件的检测,此时就需要使用大面板探测器。但是由于技术条件的限制,使得面板探测器的尺寸有限。本论文主要研究采用小面板探测器检测大工件的螺旋锥束工业CT的扫描方式及相应的重建算法,具体的研究工作有: 深入研究了视场区域半覆盖的螺旋锥束CT的扫描方式,并提出了相应的重建算法。螺旋扫描前,运载工件的转台沿平行于探测器行的方向平移一定距离,使射线源发出的射线束在每个投影角下至少覆盖待检测区域横截面的一半,然后工件绕转台的轴线旋转,同时射线源和探测器沿转台轴线的方向平移,得到半覆盖螺旋锥束CT的投影。这种半覆盖螺旋锥束CT最大可将视场直径扩大到大约2倍。 基于滤波反投影(Filtered Backprojection,FBP)的螺旋锥束FDK算法,是一种高效实用的近似重建算法。但是它要求射线束在每个投影角下完全覆盖待检测区域的横截面,且转台轴线与锥束中心射线垂直相交。针对半覆盖螺旋锥束CT中转台轴线偏离锥束中心射线的问题,提出了半覆盖螺旋锥束CT的偏心FDK算法。重建时,根据投影的位置进行加权反投影,从而得到待检测区域的重建图像。实验结果表明,当螺距较小时,该算法可以得到待检测区域的完整图像,而且由于投影数据量的减少,使重建时间约为大面板探测器传统螺旋锥束FDK算法的一半。 与先滤波再反投影的FBP算法不同,反投影滤波(Backprojection Filtration,BPF)算法是一种先将微分后的投影反投影到PI线,然后沿PI线进行Hilbert逆变换滤波的方法,可以解决横向截断投影的重建问题。由于在每个投影角下,半覆盖螺旋锥束CT的投影数据都是横向截断的,因此,本文提出了一种基于重排的半覆盖螺旋锥束CT的BPF算法。该算法首先根据重建层将半覆盖螺旋锥束投影重排为二维视场区域半覆盖的扇形束投影,然后用加权的半覆盖扇形束BPF算法重建。实验结果表明,尽管该算法需要重排投影,但是在螺距不太大的情况下,该算法可以得到待检测区域的完整图像,重建时间比偏心FDK算法更少,而且重建结果的横向截断误差较小。 对上述的半覆盖螺旋锥束CT,在每个投影角下,工件的横截面只被射线束部分覆盖。为此,提出大视场双螺旋锥束CT扫描方式。扫描时,运载工件的转台沿平行于探测器行的方向平移一定距离,然后工件绕转台的轴线旋转,同时射线源和探测器沿转台的轴线平移,得到第一次螺旋扫描的投影数据;转台带动工件沿平行于探测器行的方向再次平移一定距离,平移方向与第一次平移的方向相反,接着,工件绕转台的轴线旋转,同时射线源和探测器沿转台的轴线平移,得到第二次螺旋扫描的投影。对每次螺旋扫描而言,待检测区域的横截面在每个投影角下只被射线束部分覆盖,但是通过两次螺旋扫描,工件的横截面在每个投影角下可以被两个射线束完全覆盖。双螺旋扫描的视场直径与系统几何参数有关。在本文的实验参数中,通过双螺旋扫描,可以将视场直径扩大到1.77倍。 针对上述双螺旋锥束CT扫描方式,提出了双螺旋锥束CT的FDK型重建算法。该算法不需要重排投影数据,而且与传统的全覆盖单螺旋锥束CT的FDK算法具有同样高的计算效率。重建时,根据反投影点的位置对每个投影进行加权叠加,从而得到待检测区域的重建值。实验结果表明,在适当的螺距范围内,该算法可以获得较好的重建图像。 螺旋锥束CT的Katsevich算法是一种理论上精确的重建算法,与基于Grangeat精确重建算法相比,Katsevich算法具有较高的重建效率。本文提出了双螺旋锥束CT的Katsevich型重建算法,该算法也不需要对投影数据重排。重建时,根据得到的投影数据应用提出的双螺旋Katsevich型重建公式加权叠加,从而得到待检测区域的图像。实验结果表明,该算法受锥角、螺距和增加平移距离的影响较小,即使当螺距较大时,该算法也可以得到较好的重建图像。 为了在双螺旋CT上推广BPF算法,以进一步减少重建结果的横向截断误差。对提出的双螺旋扫描方式进行改进,并提出了双螺旋锥束的BPF型算法。该算法首先将两个螺旋的投影进行加权反投影,补全PI线上的截断数据,然后沿PI线进行Hilbert逆变换滤波。实验结果表明,该算法可以得到较好的重建效果,而且锥角、螺距和增加平移距离对提出算法的影响较小,重建结果的横向截断误差也较小。利用改进后的双螺旋扫描和BPF型算法,可以将视场直径大约扩大到两倍。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前16条
1 过传卫;胡福乔;;扇束等距CT滤波反投影重建算法的研究[J];微计算机信息;2007年19期
2 马存宝;周伟;张潇;左云霞;;基于改进二维图像重建算法的工业CT系统[J];计算机工程;2007年17期
3 李亮,陈志强,康克军;CT局部重建算法发展综述[J];核电子学与探测技术;2005年06期
4 张文;何琳;张权;张鹏程;桂志国;;改进的非局部均值低剂量CT统计迭代重建算法[J];计算机工程与设计;2017年07期
5 王旭;杨明川;郭庆;;低剂量X射线CT重建算法仿真分析[J];通信技术;2011年05期
6 李建,吴志芳;最大后验概率重建算法在发射CT中的应用[J];CT理论与应用研究;2005年02期
7 党晓军;韦孟伏;;CT代数重建算法的快速实现[J];核电子学与探测技术;2011年10期
8 胡君花;刘松;施婷婷;胡安宁;李辉;;三种不同重建算法对胃周CT动脉成像质量的影响[J];中国医疗设备;2019年01期
9 Fuli Zhang;Huayong Jiang;Weidong Xu;Yadi Wang;Qingzhi Liu;Na Lu;Diandian Chen;Bo Yao;;两种四维CT重建算法对肺癌放疗靶区勾画影响的体模研究(英文)[J];The Chinese-German Journal of Clinical Oncology;2014年12期
10 宁培钢;朱绍成;史大鹏;郭濴;孙明华;;高级迭代重建算法降低腹部CT剂量的潜能:体模研究[J];中国医学影像技术;2012年12期
11 金燕南;赵俊;刘尊钢;庄天戈;;三源螺旋CT精确重建算法在动态重建中的应用[J];航天医学与医学工程;2009年06期
12 杜涛明;唐烨真;莫云海;冉隆富;;64排螺旋CT不同重建算法对肋骨隐匿性骨折的诊断价值[J];四川医学;2016年04期
13 彭彬彬;随力;黄思佳;;低剂量CT的加权总变差重建算法[J];中国医学物理学杂志;2016年01期
14 张旭;;基于梯度保真项的低剂量CT统计迭代重建算法[J];山西电子技术;2016年04期
15 曾凯,陈志强,张丽,赵自然;基于同心圆轨道的锥形束CT重建算法[J];清华大学学报(自然科学版);2004年06期
16 戴红娅;钟良志;杨定强;周一兵;;基于四维CT的相位与幅值重建算法在肺靶体积确定中的临床评估[J];医疗卫生装备;2015年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李亮;陈志强;张丽;邢宇翔;康克军;;内部感兴趣区域CT精确重建算法新进展[A];全国射线数字成像与CT新技术研讨会论文集[C];2009年
2 李亮;陈志强;张丽;康克军;;CT精确重建算法新进展[A];全国第五届核仪器及其应用学术会议论文集[C];2005年
3 党晓军;韦孟伏;;CT代数重建算法的快速实现[A];中国核学会核化工分会成立三十周年庆祝大会暨全国核化工学术交流年会会议论文集[C];2010年
4 王腾钫;陈浩;陈云斌;胡栋材;;一种探测器偏置重建算法在工业CT检测中的应用研究[A];2016年全国射线数字成像与CT新技术研讨会论文集[C];2016年
5 张朋;张兆田;张慧滔;陈明;孙艳勤;丁锰;;CT重建算法研究的一些进展和应用[A];2004年CT和三维成像学术年会论文集[C];2004年
6 李亮;陈志强;邢宇翔;;基于自适应非均匀网格模型的CT重建算法研究[A];2004年CT和三维成像学术年会论文集[C];2004年
7 胡永胜;;重建算法对低剂量肺部CT扫描图像质量和诊断的影响[A];2010中华医学会影像技术分会第十八次全国学术大会论文集[C];2010年
8 汤昕烨;陈志强;;直线轨迹CT重建算法发展综述[A];第十一届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2006年
9 金鑫;陈志强;李亮;张丽;邢宇翔;;CT外部重建算法发展综述[A];第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(下册)[C];2008年
10 金鑫;陈志强;李亮;张丽;邢宇翔;;CT外部重建算法发展综述[A];第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(2)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邹晓兵;大视场螺旋锥束工业CT的扫描方法与重建算法研究[D];重庆大学;2010年
2 吕杨;多源锥形束CT快速精确重建算法研究[D];上海交通大学;2011年
3 赵英亮;三维结构特征CT重建算法研究[D];中北大学;2010年
4 吴笃蕃;光子计数能谱CT重建算法与系统优化研究[D];清华大学;2016年
5 马建华;锥束扇束CT优质重建算法研究[D];南方医科大学;2008年
6 刘圆圆;双能CT不完备数据重建算法研究[D];清华大学;2011年
7 汪先超;CT图像局部重建算法研究[D];解放军信息工程大学;2013年
8 郭吉强;锥束工业CT截断投影数据重建和轮廓特征重建算法研究[D];重庆大学;2011年
9 李镜;X射线微分相位衬度CT重建算法研究[D];大连理工大学;2013年
10 王旭;锥束CT图像重建中离散希尔伯特变换的快速计算研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李世虎;工业CT重建算法加速及三维可视化技术[D];中北大学;2016年
2 闫俊杰;X射线CT重建算法加速研究及实现[D];中北大学;2018年
3 黄志道;基于小波的锥束CT重建算法的研究及应用[D];大连理工大学;2007年
4 张瀚铭;直线轨迹CT重建算法研究[D];解放军信息工程大学;2013年
5 苑薿木;基于不完备数据的大视野锥束CT重建算法[D];东北大学;2015年
6 金永;一种倾斜入射扫描的CT重建算法研究[D];中北大学;2005年
7 李飞;基于多目标优化的有限角度CT重建算法研究[D];中北大学;2010年
8 蔡爱龙;直线扫描轨迹有限角度CT重建算法研究[D];解放军信息工程大学;2014年
9 张晶;基于螺旋轨迹的锥束CT重建算法研究[D];中北大学;2015年
10 蔡彪;多能X射线CT统计重建算法研究[D];中北大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 丁佳;中国化石研究用上自主CT[N];科学时报;2011年
2 中国地质科学院地质研究所 符伟侯 贺晟 杨瑨 国瑞;给地球做“CT”[N];中国矿业报;2018年
3 青岛日报、青岛观、青报网记者 赵波 通讯员 伊丽明 马华;做手术,机器人操刀 做CT,0.3秒成像[N];青岛日报;2018年
4 王攀;“海洋六号”给南极海域海底“做CT”[N];中国海洋报;2017年
5 本报记者 王聪;为污染物做“CT” 给建筑物“戴帽穿衣”[N];人民政协报;2017年
6 本报记者 王敏壹 通讯员 周广言;管道“CT”问诊能源动脉[N];石油管道报;2017年
7 严鹏;剧本评估有了专业“CT仪”[N];中国新闻出版广电报;2017年
8 首席记者 张科勇;做岩石“CT”的探路人[N];绍兴日报;2017年
9 本报记者 王克鹏 见习记者 周文聪 实习生 米佳;给大武水源地做全身“CT”[N];淄博日报;2017年
10 本报记者 赵铭;东软医疗自主研发领跑中国CT行业[N];辽宁日报;2017年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978