直線掃描CT及試驗(yàn)研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)斷層成像（computerized tomography,CT）技術(shù)作為當(dāng)今最重要的無損檢測技術(shù)之一，它以圖像形式直觀、準(zhǔn)確地顯現(xiàn)出檢測對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密度分布及缺陷等信息，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷及工業(yè)檢測領(lǐng)域。為快速采集CT成像多角度下的投影數(shù)據(jù)，現(xiàn)代醫(yī)用 CT系統(tǒng)通常采用滑環(huán)裝置以實(shí)現(xiàn)X射線源和探測器繞檢測對象的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。然而滑環(huán)制造難度大，致使CT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以簡化，導(dǎo)致現(xiàn)代醫(yī)用CT系統(tǒng)價(jià)格昂貴，造成一些發(fā)展中國家及

2、地區(qū)無法承受其較高的研發(fā)及使用成本。另一方面，愈加復(fù)雜的CT系統(tǒng)限制了其在災(zāi)難救援和軍事戰(zhàn)地等特定環(huán)境下應(yīng)用。因此，研究開發(fā)可移動，結(jié)構(gòu)簡單以及低成本的新型CT成像系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　2014年，美國倫斯樂理工大學(xué)(Rensselaer Polytechnic Institute)的Wang Ge教授和中國重慶大學(xué)的劉豐林教授聯(lián)合提出了射線源和探測器反向平行移動的CT掃描方法，采用射線源-探測器的直線運(yùn)動替代傳統(tǒng) CT的

3、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、可便攜、低成本的直線掃描CT系統(tǒng)。本論文以上述理論為基礎(chǔ)，完成了直線掃描CT相關(guān)試驗(yàn)研究及試驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)工作，為后期的系統(tǒng)搭建提供了理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下：
　　①借鑒經(jīng)典圓軌跡掃描CT的理論，推導(dǎo)分析了直線掃描CT的掃描過程，比較了一次直線掃描(1T)、兩次直線掃描(2T)、三次直線掃描(3T)和四次直線掃描(4T)模式的異同，為后期的試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供理論支撐。從輻射劑量和檢測效率出發(fā)，提出了直線掃描C

4、T短掃描方式；依據(jù)直線掃描CT采樣方式的特點(diǎn)，從理論上分析得出等角采樣的數(shù)據(jù)均勻性更優(yōu)，等距采樣在運(yùn)動控制上更趨簡易；最后基于系統(tǒng)檢測需求，提出了最大行程掃描模型和最大視場掃描模型，并完成了不同模型下掃描參數(shù)優(yōu)化分析。
　?、谕瓿闪酥本€掃描CT試驗(yàn)平臺的整體設(shè)計(jì)，為后期實(shí)際系統(tǒng)搭建提供了可行方案。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，完成了射線源、探測器、運(yùn)動控制模塊等系統(tǒng)主要部件的選型，設(shè)計(jì)了直線掃描CT控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，完

5、善了各控制部件的控制程序，為各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)工作提供了通信基礎(chǔ)；
　?、刍诜抡姝h(huán)境和現(xiàn)有系統(tǒng)，完成了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。為更直觀的展示等角采樣和等距采樣方式的差異，利用二者在3T掃描模式下獲取的投影數(shù)據(jù)分別重建圖像并加以比較，結(jié)果表明：等距采樣投影數(shù)據(jù)均勻性較差，重建圖像偽影嚴(yán)重，與理論分析相符；依據(jù)選型硬件分別確定了2T、3T以及4T掃描模式的最優(yōu)參數(shù)組合，并對參數(shù)偏差模型與優(yōu)化模型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明，參數(shù)偏差模型會造成投影數(shù)