本發(fā)明涉及顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種靜態(tài)高分辨顯微CT成像系統(tǒng)及一種應(yīng)用靜態(tài)高分辨顯微CT成像系統(tǒng)的成像方法。

背景技術(shù)：

顯微CT是一類采用X射線成像原理進(jìn)行超高分辨率三維成像的設(shè)備。它能夠在不破壞樣品的情況下，對骨骼、牙齒、活體小動物和各種材料器件進(jìn)行高分辨率X射線成像，從而顯示各部分的三維圖像。

顯微CT實(shí)現(xiàn)高空間分辨在于采用了微發(fā)射焦點(diǎn)X射線源，高分辨探測器和幾何放大，顯微CT具有如下特征：①采用微發(fā)射焦點(diǎn)X射線源，這是為了獲得幾何放大并減小大發(fā)射焦點(diǎn)采樣引起的半影模糊；②采用高分辨率二維平板探測器；③采用圓軌道錐束掃描，通常只需旋轉(zhuǎn)一周即可完成物體掃描，成像視場較小。

而目前的顯微CT系統(tǒng)有兩種成像模式，離體成像系統(tǒng)即采用樣本旋轉(zhuǎn)的方式，和活體成像系統(tǒng)即采用掃描系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的方式。完成CT成像，都需要通過旋轉(zhuǎn)；而由于旋轉(zhuǎn)，其會導(dǎo)致機(jī)械誤差和運(yùn)動偽影；并且其需要額外的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部件，導(dǎo)致系統(tǒng)成本增加；再者，其旋轉(zhuǎn)速度不能太快，否則會導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)動引起的偽影，所以CT成像掃描時(shí)間較長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種靜態(tài)高分辨顯微CT成像系統(tǒng)及及一種應(yīng)用靜態(tài)高分辨顯微CT成像系統(tǒng)的成像方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明是一種靜態(tài)高分辨顯微CT成像系統(tǒng)，包括：X光源組件、平板探測器和樣本放置處，所述X光源組件的數(shù)量為兩個(gè)以上，所述平板探測器的數(shù)量與所述X光源組件的數(shù)量相一致，且每個(gè)所述X光源組件上均設(shè)有三個(gè)以上的光源點(diǎn)；每個(gè)所述X光源組件均與一個(gè)平板探測器相對準(zhǔn)；所述樣本放置處設(shè)置于X光源組件與平板探測器之間的光路上，且所述X光源組件與平板探測器交替排列，使其圍成一個(gè)多邊形的排列結(jié)構(gòu)，所述樣本放置處設(shè)置于該排列結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)上。

作為一種改進(jìn)，所述X光源組件中每個(gè)光源點(diǎn)之間的距離均相等。

作為另一種改進(jìn)，所述X光源組件中所有相鄰的光源點(diǎn)與樣本放置處所形成的夾角均相等。

本發(fā)明一種應(yīng)用如上所述靜態(tài)高分辨顯微CT成像系統(tǒng)的成像方法，包括：

在不放置掃描樣本和不啟動X光源組件的情況下，平板探測器對標(biāo)準(zhǔn)暗場圖像進(jìn)行采集；

在不放置掃描樣本的情況下，啟動X光源組件中的光源點(diǎn)，平板探測器對每個(gè)光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像進(jìn)行采集；

在獲取標(biāo)準(zhǔn)暗場圖像和每個(gè)光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像后，在樣本放置處放置掃描樣本，按順序啟動X光源組件中的一個(gè)以上的光源點(diǎn)，被啟動的光源點(diǎn)所發(fā)出的X射線穿過掃描樣本后，進(jìn)入平板探測器；所述平板探測器對所進(jìn)入的X射線進(jìn)行采集，得到與被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像，直到所有光源點(diǎn)均被啟動，得到所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像為止；

根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)暗場圖像和所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像，對所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像進(jìn)行一一校正，得到所有的CT平面圖像；

根據(jù)X光源組件與平板探測器所圍成的排列結(jié)構(gòu)的形狀，對所有的CT平面圖像進(jìn)行三維立體重建，得到CT三維圖像。

作為一種改進(jìn)，所述根據(jù)X光源組件與平板探測器所圍成的排列結(jié)構(gòu)的形狀，對所有的CT平面圖像進(jìn)行三維立體重建，得到CT三維圖像包括：

對所有的CT平面圖像進(jìn)行反log操作得到處理后的CT平面圖像；并對CT平面圖像進(jìn)行加權(quán)、卷積濾波、加權(quán)反投影后獲得CT三維圖像。

作為另一種改進(jìn)，所述根據(jù)X光源組件與平板探測器所圍成的排列結(jié)構(gòu)的形狀，對所有的CT平面圖像進(jìn)行三維立體重建，得到CT三維圖像包括：

所有的CT平面圖像進(jìn)行反log操作，得到處理后的CT平面圖像；對處理后的CT平面圖像中每個(gè)角度下的錐束投影數(shù)據(jù)進(jìn)行求導(dǎo)，并對求導(dǎo)后所得到的投影數(shù)據(jù)對預(yù)設(shè)定的螺旋軌道內(nèi)每條PI線上的CT平面圖像進(jìn)行加權(quán)反投影；對于加權(quán)反投影得到的PI線上的數(shù)據(jù)，沿著該條PI線求希爾伯特變換，得該條PI線上的重建結(jié)果；最后對螺旋軌道內(nèi)所有PI線上的重建結(jié)果進(jìn)行重采樣，得到CT三維圖像。

作為另一種改進(jìn)，所述根據(jù)X光源組件與平板探測器所圍成的排列結(jié)構(gòu)的形狀，對所有的CT平面圖像進(jìn)行三維立體重建，得到CT三維圖像包括：

對CT平面圖像中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，并修正光源點(diǎn)與其所在的X光源組件之間的距離及角度誤差，然后對不同投影角度的CT平面圖像進(jìn)行水平方向上的一維濾波，最后進(jìn)行三維反投影得到CT三維圖像。

作為另一種改進(jìn)，所述根據(jù)X光源組件與平板探測器所圍成的排列結(jié)構(gòu)的形狀，對所有的CT平面圖像進(jìn)行三維立體重建，得到CT三維圖像包括：

對CT三維圖像進(jìn)行ART迭代，對迭代結(jié)果進(jìn)行正約束和TV梯度速降后，判斷是否滿足預(yù)設(shè)的迭代終止條件，若不滿足，則繼續(xù)進(jìn)行迭代，若滿足，則得到CT三維圖像。

作為一種改進(jìn)，所述按順序啟動X光源組件中的一個(gè)以上的光源點(diǎn)，被啟動的光源點(diǎn)所發(fā)出的X射線穿過掃描樣本后，進(jìn)入平板探測器；所述平板探測器對所進(jìn)入的X射線進(jìn)行采集，得到與被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像，直到所有光源點(diǎn)均被啟動，得到所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像為止包括：

啟動X光源組件中的一個(gè)光源點(diǎn)，被啟動的光源點(diǎn)所發(fā)出的X射線穿過掃描樣本后，進(jìn)入平板探測器；所述平板探測器對所進(jìn)入的X射線進(jìn)行采集，得到與被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像；在得到該投影圖像后，關(guān)閉該光源點(diǎn)并啟動另一X光源組件中的光源點(diǎn)，直到所有X光源組件中的光源點(diǎn)均被啟動，得到所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像為止。

作為另一種改進(jìn)，所述按順序啟動X光源組件中的一個(gè)以上的光源點(diǎn)，被啟動的光源點(diǎn)所發(fā)出的X射線穿過掃描樣本后，進(jìn)入平板探測器；所述平板探測器對所進(jìn)入的X射線進(jìn)行采集，得到與被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像，直到所有光源點(diǎn)均被啟動，得到所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像為止包括：

將X光源組件中的所有的光源點(diǎn)設(shè)置為一組以上的光源組，每光源組中設(shè)有兩個(gè)以上的光源點(diǎn)，啟動一個(gè)光源組，被啟動的光源點(diǎn)所發(fā)出的X射線穿過掃描樣本后，進(jìn)入平板探測器；判斷被同時(shí)啟動的光源點(diǎn)所發(fā)射的X射線在平板探測器上所覆蓋范圍是否相互重疊；

若不重疊，則所述平板探測器對所進(jìn)入的X射線進(jìn)行采集，得到與被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像；在得到該投影圖像后，關(guān)閉該光源組并順時(shí)針或逆時(shí)針方向啟動另一個(gè)光源組，直到所有光源點(diǎn)均被啟動，得到所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像為止；

若重疊，則將光源組中每個(gè)光源點(diǎn)的X射線調(diào)制在一個(gè)獨(dú)有的頻率后再進(jìn)行發(fā)送，所述平板探測器對所進(jìn)入的X射線進(jìn)行采集，再根據(jù)其頻率解調(diào)出多個(gè)與被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像；在得到該投影圖像后，關(guān)閉該光源點(diǎn)并啟動另一個(gè)光源組，直到所有光源點(diǎn)均被啟動，得到所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像為止。

進(jìn)一步，所述在不放置掃描樣本和不啟動X光源組件的情況下，平板探測器對標(biāo)準(zhǔn)暗場圖像進(jìn)行采集包括：

在不放置掃描樣本和不啟動X光源組件的情況下，平板探測器進(jìn)行多次圖像采集，得到多幅暗場圖像，

將所有暗場圖像按照對應(yīng)像素灰度值疊加求和并取平均，得到平均標(biāo)準(zhǔn)暗場圖像。

進(jìn)一步，所述在不放置掃描樣本的情況下，啟動X光源組件中的光源點(diǎn)，平板探測器對每個(gè)光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像進(jìn)行采集包括：

在不放置掃描樣本的情況下，多次啟動X光源組件中的一個(gè)光源點(diǎn)，平板探測器對該光源點(diǎn)所對應(yīng)的圖像進(jìn)行采集，得到多幅與該被啟動的光源點(diǎn)所對應(yīng)的亮場圖像；再按各亮場圖像之間對應(yīng)的像素灰度進(jìn)行疊加求和并平均，得到與被啟動的光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像；

在得到與被啟動的光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像之后，再次啟動X光源組件中的另一個(gè)光源點(diǎn)，并采集與其所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像，直到所有光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像均已被采集為止。

本發(fā)明的靜態(tài)高分辨顯微CT成像系統(tǒng)，其使得樣品和掃描系統(tǒng)均不需旋轉(zhuǎn)，即可完成成像過程，其可以降低成本，具有消除CT運(yùn)動偽影，縮短CT成像掃描時(shí)間的優(yōu)勢。

附圖說明

為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明成像系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明成像方法的工作流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1至圖2，本發(fā)明是一種靜態(tài)高分辨顯微CT成像系統(tǒng)，包括：X光源組件110、平板探測器120和樣本放置處130，所述X光源組件110的數(shù)量為兩個(gè)以上，X光源組件110的數(shù)目可以變更，如3、4、5等；所述平板探測器120的數(shù)量與所述X光源組件110的數(shù)量相一致，且每個(gè)所述X光源組件110上均設(shè)有三個(gè)以上的光源點(diǎn)111，光源點(diǎn)111數(shù)目可以變更，如3、4、6等；每個(gè)所述X光源組件110均與一個(gè)平板探測器120相對準(zhǔn)；所述樣本放置處130設(shè)置于X光源組件110與平板探測器120之間的光路上，且所述X光源組件110與平板探測器120交替排列，使其圍成一個(gè)多邊形的排列結(jié)構(gòu)，所述樣本放置處130設(shè)置于該排列結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)上。

作為一種改進(jìn)，所述X光源組件110中每個(gè)光源點(diǎn)111之間的距離均相等。

作為另一種改進(jìn)，所述X光源組件110中所有相鄰的光源點(diǎn)111與樣本放置處130所形成的夾角γ均相等。

請參閱圖3，下面以一個(gè)實(shí)施例對本發(fā)明一種應(yīng)用如上所述靜態(tài)高分辨顯微CT成像系統(tǒng)的成像方法進(jìn)行描述，其包括：

X光源組件A和B都包含5個(gè)光源點(diǎn)，分別用數(shù)字1-5表示，我們用A-1表示X光源組件A中的第1個(gè)光源點(diǎn)，B-3表示X光源組件B中的第3個(gè)光源點(diǎn)；

301.采集標(biāo)準(zhǔn)暗場圖像

在不放置掃描樣本和不啟動X光源組件的情況下，平板探測器進(jìn)行多次圖像采集，得到多幅暗場圖像，例如可采集5-30幅暗場圖像，并將所有暗場圖像按照對應(yīng)像素灰度值疊加求和并取平均，得到平均標(biāo)準(zhǔn)暗場圖像

302.采集所有的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像

在不放置掃描樣本的情況下，啟動X光源組件中的光源點(diǎn)，平板探測器對每個(gè)光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像進(jìn)行采集；其具體可以為：

在不放置掃描樣本的情況下，多次啟動X光源組件中的一個(gè)光源點(diǎn)，平板探測器對該光源點(diǎn)所對應(yīng)的圖像進(jìn)行采集，得到多幅與該被啟動的光源點(diǎn)所對應(yīng)的亮場圖像，例如可采集5-30幅亮場圖像；再按各亮場圖像之間對應(yīng)的像素灰度進(jìn)行疊加求和并平均，得到與被啟動的光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像；

在得到與被啟動的光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像之后，再次啟動X光源組件中的另一個(gè)光源點(diǎn)，并采集與其所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像，直到所有光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像均已被采集為止；

以A-1光源點(diǎn)為例：不放置掃描物體，僅僅開啟發(fā)射焦點(diǎn)A-1，用探測器采集若干幅CT投影圖像(5-30幅)，按對應(yīng)像素灰度疊加求和并平均，得到發(fā)射焦點(diǎn)A-1對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像，用表示；

303.采集所有的投影圖像

在獲取標(biāo)準(zhǔn)暗場圖像和每個(gè)光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像后，在樣本放置處放置掃描樣本，按順序啟動X光源組件中的一個(gè)以上的光源點(diǎn)，被啟動的光源點(diǎn)所發(fā)出的X射線穿過掃描樣本后，進(jìn)入平板探測器；所述平板探測器對所進(jìn)入的X射線進(jìn)行采集，得到與被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像，直到所有光源點(diǎn)均被啟動，得到所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像為止；

其中，X光源組件中的光源點(diǎn)啟動方式有兩種，一種為：每一時(shí)刻只有一個(gè)光源點(diǎn)啟動；另一種為：在同一時(shí)刻有多個(gè)光源點(diǎn)啟動的方式，

當(dāng)每一時(shí)刻只有一個(gè)光源點(diǎn)啟動時(shí)，其具體的工作方式為：啟動X光源組件中的一個(gè)光源點(diǎn)，被啟動的光源點(diǎn)所發(fā)出的X射線穿過掃描樣本后，進(jìn)入平板探測器；所述平板探測器對所進(jìn)入的X射線進(jìn)行采集，得到與被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像；在得到該投影圖像后，關(guān)閉該光源點(diǎn)并啟動另一X光源組件中的光源點(diǎn)，直到所有X光源組件中的光源點(diǎn)均被啟動，得到所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像為止。為了盡量降低光源發(fā)射所產(chǎn)生的熱量以延長其使用壽命，微發(fā)射焦點(diǎn)發(fā)射X射線的順序?yàn)椋篈光源中的某一發(fā)射焦點(diǎn)——B光源中的某一發(fā)射焦點(diǎn)——A光源中的某一發(fā)射焦點(diǎn)——B光源中的某一發(fā)射焦點(diǎn)……,例如：A-1到B-1到A-3到B-3……

當(dāng)在同一時(shí)刻有多個(gè)光源點(diǎn)啟動時(shí)，其具體的工作方式為：

將X光源組件中的所有的光源點(diǎn)設(shè)置為一組以上的光源組，每光源組中設(shè)有兩個(gè)以上的光源點(diǎn)，啟動一個(gè)光源組，被啟動的光源點(diǎn)所發(fā)出的X射線穿過掃描樣本后，進(jìn)入平板探測器；判斷被同時(shí)啟動的光源點(diǎn)所發(fā)射的X射線在平板探測器上所覆蓋范圍是否相互重疊；

若不重疊，則所述平板探測器對所進(jìn)入的X射線進(jìn)行采集，得到與被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像；在得到該投影圖像后，關(guān)閉該光源組并順時(shí)針或逆時(shí)針方向啟動另一個(gè)光源組，直到所有光源點(diǎn)均被啟動，得到所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像為止；

若重疊，則將光源組中每個(gè)光源點(diǎn)的X射線調(diào)制在一個(gè)獨(dú)有的頻率后再進(jìn)行發(fā)送，所述平板探測器對所進(jìn)入的X射線進(jìn)行采集，再根據(jù)其頻率解調(diào)出多個(gè)與被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像；在得到該投影圖像后，關(guān)閉該光源點(diǎn)并啟動另一個(gè)光源組，直到所有光源點(diǎn)均被啟動，得到所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像為止。由于，每個(gè)X射線信號調(diào)制在一個(gè)獨(dú)特的頻率，類似于一個(gè)廣播電臺的發(fā)射頻率。多個(gè)X射線信號疊加在一起，形成一個(gè)復(fù)合信號，然后進(jìn)行傳輸。復(fù)合信號被X射線探測器接收后，根據(jù)不同的頻率再分解成多個(gè)單信號?？梢栽诓粨p害CT掃描成像質(zhì)量的情況下，大大增加CT成像速度。

304.校正投影圖像

根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)暗場圖像和所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)亮場圖像，對所有的被啟動光源點(diǎn)所對應(yīng)的投影圖像進(jìn)行一一校正，得到所有的CT平面圖像；

以A-1光源點(diǎn)為例，通過公式(1)對A-1光源點(diǎn)的投影圖像I^A-1進(jìn)行預(yù)處理，得到校正后的投影圖像可有效降低投影圖像I^A-1的噪聲

$I_C^{A-1}=-log\[(I^{A-1}-{\stackrel{\‾}{I}}_D)/({\stackrel{\‾}{I}}_F^{A-1}-{\stackrel{\‾}{I}}_D)\]---\left(1\right)$

305.三維立體重建圖像

根據(jù)X光源組件與平板探測器所圍成的排列結(jié)構(gòu)的形狀，對所有的CT平面圖像進(jìn)行三維立體重建，得到CT三維圖像。對預(yù)處理后的CT平面圖像，進(jìn)行CT三維重建。此處需要對CT重建算法中的軌道定義進(jìn)行調(diào)整。由于傳統(tǒng)CT重建算法都是針對圓軌道或螺旋軌道，因此其重建算法中的光源和探測器軌道要相應(yīng)修改為多邊形軌道。可以采用解析重建算法(FBP、BPF、FDK)或者迭代重建算法(TV)。

應(yīng)用FBP重建算法的過程是：對所有的CT平面圖像進(jìn)行反log操作得到處理后的CT平面圖像；并對CT平面圖像進(jìn)行加權(quán)、卷積濾波、加權(quán)反投影后獲得CT三維圖像。

應(yīng)用BPF重建算法的過程是：對所有的CT平面圖像進(jìn)行反log操作，得到處理后的CT平面圖像；對處理后的CT平面圖像中每個(gè)角度下的錐束投影數(shù)據(jù)進(jìn)行求導(dǎo)，并對求導(dǎo)后所得到的投影數(shù)據(jù)對預(yù)設(shè)定的螺旋軌道內(nèi)每條PI線上的CT平面圖像進(jìn)行加權(quán)反投影；對于加權(quán)反投影得到的PI線上的數(shù)據(jù)，沿著該條PI線求希爾伯特變換，得該條PI線上的重建結(jié)果；最后對螺旋軌道內(nèi)所有PI線上的重建結(jié)果進(jìn)行重采樣，得到CT三維圖像。

應(yīng)用FDK重建算法的過程是：對CT平面圖像中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，并修正光源點(diǎn)與其所在的X光源組件之間的距離及角度誤差，然后對不同投影角度的CT平面圖像進(jìn)行水平方向上的一維濾波，最后進(jìn)行三維反投影得到CT三維圖像。

應(yīng)用TV重建算法的過程是：對CT三維圖像進(jìn)行ART迭代，對迭代結(jié)果進(jìn)行正約束和TV梯度速降后，判斷是否滿足預(yù)設(shè)的迭代終止條件，若不滿足，則繼續(xù)進(jìn)行迭代，若滿足，則得到CT三維圖像。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。