高分辨率和高信噪比的雙旋ct成像系統和成像方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像系統和成像方法，所述的成像系統包括：X射線或中子線光源：用于產生照射樣品的光束；樣品臺：用于承載、固定和旋轉樣品；線像素探測器陣列：用于探測光強的背景和空間位置的變化，采集所述樣品在所述光束照射下的投影數據；旋轉裝置：用于在垂直于樣品轉軸的方向，圍繞樣品同步旋轉線光源和線像素探測器陣列。上述成像系統具有成像分辨率高、投影數據信號強的特點，滿足醫(yī)學檢測、安全檢查、工業(yè)檢測等方面的應用需求。
【專利說明】高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像系統和成像方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及X射線或中子成像【技術領域】，特別是涉及一種高分辨率和高信噪比的 雙旋CT成像系統和成像方法。

【背景技術】
[0002] 倫琴在1895年發(fā)現了 X射線，并于1901年12月10日榮獲第一屆諾貝爾物理學 獎。廣為流傳的倫琴夫人手的X射線照片揭示了 X射線具有強大的穿透力，表明X射線直 接成像就可以看到樣品的內部結構。這種X射線照射樣品的投影成像機制在上世紀五十年 代廣泛用于人體醫(yī)學成像，并于上世紀八十年代開始用于人體三維成像。然而，現在廣泛 使用的X射線投影成像方法，包括X射線透視和X射線CT，具有一個明顯的缺點：光源直徑 越小，分辨率越高，可是光源直徑越小，光通量越小，信噪比越低，成像時間越長。因而在X 射線投影成像領域，一直存在著分辨率和光通量之間矛盾，以追求高分辨率成像為目的的X 射線成像設備設計者不得不以犧牲信噪比為代價來獲得高分辨率，而以實現大批量快速檢 測為目的的X射線成像設備設計者不得不以犧牲分辨率來獲得高信噪比。


【發(fā)明內容】

[0003] 在下文中給出關于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關于本發(fā)明的某些方面的基本理 解。應當理解，這個概述并不是關于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關 鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念， 以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0004] 本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠實現高分辨率和高信噪比的三維成像系統。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠實現高分辨率和高信噪比的三維成像方法。
[0006] 為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像系統，包 括：
[0007] 用于產生照射樣品的X射線或中子光束的線光源；
[0008] 用于承載、固定和旋轉樣品的樣品臺；
[0009] 用于在垂直于線像素方向上，探測光強空間位置變化的線像素探測器陣列，采集 預定旋轉角度范圍內不同旋轉角度對應的樣品的投影數據，線像素平行于線光源；
[0010] 用于承載線光源和線像素探測器陣列的旋轉裝置，能夠以線光源中心和線像素探 測器陣列中心連線為軸，在垂直于樣品轉軸的方向，圍繞樣品同步旋轉線光源和線像素探 測器陣列。
[0011] 為實現上述目的，本發(fā)明還提供一種高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像方法，包 括以下步驟：
[0012] 調整線光源，使所述光源產生的光束照射樣品；
[0013] 調整樣品臺，使樣品臺轉軸位于線光源中心和線像素探測器陣列中心連線上，并 垂直于該連線；
[0014] 調整線像素探測器陣列，使線像素與線光源平行；
[0015] 調整旋轉裝置，使線光源和線像素探測器陣列能夠以線光源中心和線像素探測器 陣列中心連線為軸，在垂直于樣品轉軸的方向，圍繞樣品同步旋轉；
[0016] 線像素探測器陣列采集樣品的投影數據，使所述樣品旋轉，并使線光源和線像素 探測器陣列以線光源中心和線像素探測器陣列中心連線為軸旋轉，通過線像素探測器陣列 采集預定旋轉角度范圍內所述樣品的投影數據；
[0017] 重建樣品的二維和三維圖像，利用線像素探測器陣列采集的光信號和CT重建方 法，重建樣品高分辨率的二維和三維圖像。
[0018] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0019] 解決了 X射線投影成像領域中長久困擾人們的分辨率和信噪比之間的矛盾，為利 用普通X射線光源和中子光源獲得樣品的高分辨率和高信噪比的圖像奠定了基礎。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為本發(fā)明提出的高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像系統結構示意圖，其中， 線光源和線像素探測器陣列平行，旋轉裝置以線光源中心和線像素探測器陣列中心連線為 軸同步旋轉線光源和線像素探測器陣列。
[0022] 附圖標記：1_線光源；2-樣品臺；3-線像素探測器陣列；4-旋轉裝置。

【具體實施方式】
[0023] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述 的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特征相結合。應當 注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關的、本領域普通技術人員已知的 部件和處理的表示和描述?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創(chuàng)造 性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0024] 本發(fā)明提供了一種高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像系統，包括：
[0025] 用于產生照射樣品的X射線或中子光束的線光源；
[0026] 用于承載、固定和旋轉樣品的樣品臺；
[0027] 用于在垂直于線像素方向上，探測光強空間位置變化的線像素探測器陣列，采集 預定旋轉角度范圍內不同旋轉角度對應的樣品的投影數據，線像素平行于線光源；
[0028] 用于承載線光源和線像素探測器陣列的旋轉裝置，能夠以線光源中心和線像素探 測器陣列中心連線為軸，在垂直于樣品轉軸的方向，圍繞樣品同步旋轉線光源和線像素探 測器陣列。
[0029] 本發(fā)明還提供一種高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像方法，包括以下步驟：
[0030] 調整線光源，使所述光源產生的光束照射樣品；
[0031] 調整樣品臺，使樣品臺轉軸位于線光源中心和線像素探測器陣列中心連線上，并 垂直于該連線；
[0032] 調整線像素探測器陣列，使線像素與線光源平行；
[0033] 調整旋轉裝置，使線光源和線像素探測器陣列能夠以線光源中心和線像素探測器 陣列中心連線為軸，在垂直于樣品轉軸的方向，圍繞樣品同步旋轉；
[0034] 線像素探測器陣列采集樣品的投影數據，使所述樣品旋轉，并使線光源和線像素 探測器陣列以線光源中心和線像素探測器陣列中心連線為軸旋轉，通過線像素探測器陣列 采集預定旋轉角度范圍內所述樣品的投影數據；
[0035] 重建樣品的二維和三維圖像，利用線像素探測器陣列采集的光信號和CT重建方 法，重建樣品高分辨率的二維和三維圖像。
[0036] 本發(fā)明解決了 X射線投影成像領域中長久困擾人們的分辨率和信噪比之間的矛 盾，其基本原理是：在垂直于線光源的方向，獲得二維樣品的一維高分辨率的信號，在平行 于線光源的方向利用擴展的發(fā)光面積獲得高信噪比，再利用旋轉線光源和線像素探測器陣 列獲得二維樣品在各個方向上的一維高分辨率和高信噪比的信號，然后利用CT重建方法 重建樣品的高分辨率二維圖像。簡言之，在兩個互相垂直的方向，分別實現高分辨率和高信 噪比，通過旋轉獲得二維樣品的二維高分辨率和高信噪比的圖像。
[0037] 上述高分辨率和高信噪比的二維成像方法可以推廣到三維成像，利用樣品旋轉使 線像素探測器陣列采集樣品在各個方向上的二維高分辨率和高信噪比的圖像，二次利用CT 重建方法重建樣品的高分辨率三維圖像。
[0038] 在本發(fā)明上述各實施例中，實施例的序號和/或先后順序僅僅便于描述，不代表 實施例的優(yōu)劣。對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見 其他實施例的相關描述。
[0039] 本領域普通技術人員可以理解：實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通 過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該 程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：只讀存儲器 (Read-Only Memory，簡稱 ROM)、隨機存取存儲器（Random Access Memory，簡稱 RAM)、磁碟 或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0040] 在本發(fā)明的裝置和方法等實施例中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/ 或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應視為本發(fā)明的等效方案。同時，在上面 對本發(fā)明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類 似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代 其它實施方式中的特征。
[0041] 應該強調，術語"包括/包含"在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但 并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。
[〇〇42] 最后應說明的是：雖然以上已經詳細說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應當理解在不 超出由所附的權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和 變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設備、手段、方法和步驟的具體實 施例。本領域內的普通技術人員從本發(fā)明的公開內容將容易理解，根據本發(fā)明可以使用執(zhí) 行與在此所述的相應實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結果的、現有和將來 要被開發(fā)的過程、設備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權利要求旨在在它們的范圍內包 括這樣的過程、設備、手段、方法或者步驟。
【權利要求】
1. 一種高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像系統，其特征在于，包括： 線光源，用于產生照射樣品的X射線或中子光束； 樣品臺，用于承載、固定和旋轉樣品； 線像素探測器陣列，平行于線光源，用于在垂直于線像素探測器的方向上，探測光強的 空間位置的變化，采集預定旋轉角度范圍內不同旋轉角度對應的樣品的投影數據； 旋轉裝置，用于承載線光源和線像素探測器陣列，能夠以線光源中心和線像素探測器 陣列中心連線為軸，在垂直于樣品轉軸的方向，圍繞樣品同步旋轉線光源和線像素探測器 陣列。
2. 根據權利要求1所述的高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像系統，其特征在于，所述 光源包括線光源或縫光源，其成像分辨率由線光源的直徑決定。
3. 根據權利要求1所述的高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像系統，其特征在于，所述 樣品臺能夠相對線光源和線像素探測器陣列旋轉，所述線光源和線像素探測器陣列能夠圍 繞樣品臺旋轉，兩種旋轉軸互相垂直。
4. 一種高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像方法，其特征在于，包括： 調整線光源，使所述光源產生的光束照射樣品； 調整樣品臺，使樣品臺轉軸位于線光源中心和線像素探測器陣列中心連線上，并垂直 于該連線； 調整線像素探測器陣列，使線像素與線光源平行； 調整旋轉裝置，使線光源和線像素探測器陣列能夠以線光源中心和線像素探測器陣列 中心連線為軸，在垂直于樣品轉軸的方向，圍繞樣品同步旋轉； 線像素探測器陣列采集樣品的投影數據，使所述樣品旋轉，并使線光源和線像素探測 器陣列以線光源中心和線像素探測器陣列中心連線為軸旋轉，通過線像素探測器陣列采集 預定旋轉角度范圍內所述樣品的投影數據； 重建樣品的二維和三維圖像，利用線像素探測器陣列采集的光信號和CT重建方法，重 建樣品高分辨率的二維和三維圖像。
5. 根據權利要求4所述的高分辨率和高信噪比的雙旋CT成像方法，其特征在于，樣品 臺和線光源和線像素探測器陣列以相互垂直的兩個旋轉軸同步旋轉，兩種旋轉的轉速由CT 重建所需采集的投影數決定，設CT重建所需采集的投影數為N，則樣品臺旋轉1圈，線光源 和線像素探測器陣列需要圍繞樣品旋轉N圈。
【文檔編號】A61B6/03GK104095646SQ201310116386
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月3日 優(yōu)先權日:2013年4月3日
【發(fā)明者】朱佩平 申請人:中國科學院高能物理研究所