X射线原位成像方法及系统技术方案

一种X射线原位成像方法及系统，通过自动生成扫描轨迹或对用户指定的扫描轨迹进行优化后分别得到射线源和探测器的期望运动轨迹，设置X射线源按照期望运动轨迹执行扫描，同时由图像采集装置实时收集来自探测器的投影数据，最后通过重建算法进行系统成像几何的精确校准和图像重建得到扫描结果；本发明专利技术通过将射线源和探测器分别固定在分离的机器手臂上，扫描轨迹不限制为圆形或者螺旋形，可以是任意轨迹；本发明专利技术仅需要将成像设备移动至被扫描位置即可，设备根据预设扫描轨迹自动进行原位扫描，即将成像系统放置被扫描物体旁边，依照当前环境优化扫描方案。

X ray in situ imaging method and system

A method and system for in situ X ray imaging, expected trajectory of X-ray source and detector are obtained by using the automatic generation of scanning trajectory or to optimize the scanning path specified by the user, set the X ray source according to the desired trajectory scanning, while collecting projection data real-time collection device from the detector by the image, the imaging geometry system the reconstruction algorithm of accurate calibration and image reconstruction by scanning results; the X-ray source and the detector are respectively fixed on the separation machine arm, scanning track is not restricted to a circular or spiral shape, can be arbitrary trajectory; the invention only needs to be moved to the imaging device is scanned automatically according to the position of equipment in situ scanning preset scan trajectory imaging system of the scanned object is placed next to, in accordance with the current environment. The chemical scanning scheme.

【技术实现步骤摘要】
X射线原位成像方法及系统
本专利技术涉及的是一种X射线检测设备领域的技术，具体是一种X射线原位成像方法及系统。
技术介绍
X射线CT成像，X射线二维投影成像，X射线Tomosynthesis成像广泛应用于医疗、工业、安检、军事等领域。以CT成像为例，传统的成像方式将射线源与探测器相对固定在一个整体结构上，然后围绕物体旋转进行数据采集和三维图像重构。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术大多为固定成像设备，将被成像物体放置在扫描区域进行成像的缺陷，提出一种X射线原位成像方法及系统，通过将射线源和探测器分别固定在分离的机器手臂上，扫描轨迹不限制为圆形或者螺旋形，可以是任意轨迹；本专利技术仅需要将成像设备移动至被扫描位置即可，设备根据预设扫描轨迹自动进行原位扫描，即将成像系统放置被扫描物体旁边，依照当前环境优化扫描方案。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种X射线原位成像方法，通过自动生成扫描轨迹或对用户指定的扫描轨迹进行优化后分别得到射线源和探测器的期望运动轨迹，设置X射线源按照期望运动轨迹执行扫描，同时由图像采集装置实时收集来自探测器的投影数据，最后通过重建算法进行系统成像几何的精确校准和图像重建得到扫描结果。所述的投影数据包括：射线源和探测器分别对应的实时空间坐标、实时空间姿态、实时X光投影图像以及对应的时间轴。所述的自动生成是指：预设扫描轨迹，即X射线源和探测器的运动轨迹，如圆形扫描轨迹、螺旋形扫描轨迹；所述的用户指定的扫描轨迹采用但不限于：通过空间测量计算得到机械手臂的运动空间范围或者通过手动移动机械手臂设置运动空间范围；所述的优化是指：根据X射线源和图像采集装置的理论移动范围，依照CT图像重建的数学原理就可以满足数据完整性，优化扫描轨迹，例如：圆周扫描为运行[180°+射线源的扇角]的范围即可满足数据完整性；在X射线源距离探测器较远的情况下，可以通过增加投影图像的采样密度和增加X射线发射时间来弥补因为距离远带来的探测器探测到的X射线信号低和信噪比低等缺陷。所述的重建算法是指：根据投影数据进行扫描轨迹校正，得到实际扫描轨迹；然后对实时X光投影图像进行X光投影数据校正，得到准确的投影数据；再根据实际扫描轨迹和准确的投影数据进行图像重构。所述的扫描轨迹校正是指：根据投影数据中的射线源和探测器分别对应的实时空间坐标、实时空间姿态以及实时采集的X光投影图像进行几何校正，获得实际扫描轨迹。所述的实时采集，通过但不限于双目摄像头、深度摄像头或雷达等设备实时监控运动部件是否与周围环境产生干涉，当发生干涉，即停止系统运行；当无干涉，射线源发射X射线，探测器同步进行数据采集并输出至图像采集装置。所述的几何校正是指：不断重建图像，然后计算图像全差分，再微调当前扫描轨迹的空间位置和姿态，即成像几何，直至图像全差分低于阈值，此时的成像几何即可认为是准确的实际扫描轨迹。所述的图像全差分是指：其中：V为全微分，f为重建出的X射线吸收系数图像，i和j分别为图像像素编号。所述的X光投影数据校正是指：基于实际扫描轨迹对实时X光投影图像进行光照不均匀校正处理，具体包括以下步骤：1)准备包含任意位置的X射线投影图像及其对应的空间坐标及空间姿态的背景校准数据库；2)根据每个实时X光投影图像在实际扫描轨迹上的对应位置，从背景校准数据库中使用线性插值法匹配得到背景校准数据库中最相近的X射线投影图像。3)根据暗场图像数据进行校准，即：校准后数据＝(实时X光投影图像‐暗场图像数据)/(背景校准数据库中的X射线投影图像‐暗场图像数据)，其中：暗场图像数据是关闭X射线源后图像采集装置采集到的图像。所述的图像重构是指：根据校正后的实际的扫描轨迹构描述成像几何的描述矩阵M；根据校正后的投影数据作为测量数据g，采用图像迭代重构算法反复迭代求解待重建图像u，即M*u＝g。所述的准确的扫描轨迹，优选通过多次迭代地进行扫描轨迹校正和X光投影数据校正处理得到。技术效果与现有技术相比，本专利技术具有更为智能的扫描规划，能够实现更加灵活的成像轨迹，可以根据被扫描物体的特点、被扫描物体所处的空间位置和三维图像重建的数学原理，规划、优化扫描轨迹。附图说明图1为本专利技术方法示意图；图2为系统成像几何校准示意图；图3为本专利技术系统示意图。图4位本专利技术的实验仿真示意图。具体实施方式如图3所示，本实施例涉及一种X射线原位成像系统，包括：一对机械臂、X射线源、图像采集装置以及控制模块，其中：控制模块分别与机械臂、X射线源和图像采集装置通过有线或者无线方式进行数据信号传输，如同步信号、控制信号灯，X射线源和图像采集装置分别固定设置于对应的机械臂上并相对设置，待测对象位于X射线源和图像采集装置之间，采集获得的图像经过数据处理模块进行图像重建和显示。所述的图像采集装置包括：X射线检测单元和与之相连并传输控制信号和同步信号的X射线发射单元。所述的控制模块包括：扫描轨迹记录单元和运动控制单元，其中：扫描轨迹运动单元与X射线检测单元、X射线发射单元和他们所在的机械臂相连，记录他们的位置反馈信号；运动控制单元根据预定的运动轨迹和自定义运动轨迹控制机械臂的运动，并且实时监控机械臂是否与周围空间发生干涉。所述的数据处理模块包括：系统成像几何校准、图像校准、图像重建和图像显示。如图4所示，为本实施例仿真实验结果。在成像几何存在误差的情况下，左图是直接进行图像重构得到的结果，存在较多伪影；右图是按照本实施例进行了系统成像几何校准、图像校准后，再进行图像重构的结果。上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本专利技术原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本专利技术的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本专利技术之约束。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种X射线原位成像方法，其特征在于，通过自动生成扫描轨迹或对用户指定的扫描轨迹进行优化后分别得到射线源和探测器的期望运动轨迹，设置X射线源按照期望运动轨迹执行扫描，同时由图像采集装置实时收集来自探测器的投影数据，最后通过重建算法进行系统成像几何的精确校准和图像重建得到扫描结果；所述的投影数据包括：射线源和探测器分别对应的实时空间坐标、实时空间姿态、实时X光投影图像以及对应的时间轴。

【技术特征摘要】
1.一种X射线原位成像方法，其特征在于，通过自动生成扫描轨迹或对用户指定的扫描轨迹进行优化后分别得到射线源和探测器的期望运动轨迹，设置X射线源按照期望运动轨迹执行扫描，同时由图像采集装置实时收集来自探测器的投影数据，最后通过重建算法进行系统成像几何的精确校准和图像重建得到扫描结果；所述的投影数据包括：射线源和探测器分别对应的实时空间坐标、实时空间姿态、实时X光投影图像以及对应的时间轴。2.根据权利要求1所述的X射线原位成像方法，其特征是，所述的自动生成是指：预设扫描轨迹，即X射线源和探测器的运动轨迹。3.根据权利要求1所述的X射线原位成像方法，其特征是，所述的用户指定的扫描轨迹采用：通过空间测量计算得到机械手臂的运动空间范围或者通过手动移动机械手臂设置运动空间范围。4.根据权利要求1所述的X射线原位成像方法，其特征是，所述的重建算法是指：根据投影数据进行扫描轨迹校正，得到实际扫描轨迹；然后对实时X光投影图像进行X光投影数据校正，得到准确的投影数据；再根据实际扫描轨迹和准确的投影数据进行图像重构。5.根据权利要求4所述的X射线原位成像方法，其特征是，所述的扫描轨迹校正是指：根据投影数据中的射线源和探测器分别对应的实时空间坐标、实时空间姿态以及实时采集的X光投影图像进行几何校正，获得实际扫描轨迹。6.根据权利要求5所述的X射线原位成像方法，其特征是，所述的实时采集，通过实时监控运动部件是否与周围环境产生干涉，当发生干涉，即停止系统运行；当无干涉，射线源发射X射线，探测器同步进行数据采集并输出至图像采集装置。7.根据权利要求5所述的X射线原位成像方法，其特征是，所述的几何校正是指：不断重建图像，然后计算图像全差分，再微调当前扫描轨迹的空间位置和姿态，即成像几何，直至图像全差分低于阈值，此时的成像几何即可认为是准确的实际扫描轨迹。8.根据权利要求7所述的X射线原位成像方法，其特征是，所述的图像全差分是指：其中：V为全微分，f为重建出的X射线吸收系数图像，i和j分别为图像像素编号。9.根据权利要求4所述的X射线原位成像方法，其特征是，所述的X光投影数据校正是指：基于实际扫描轨迹对实时X光...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚岩，
申请(专利权)人：奚岩，
类型：发明
国别省市：上海,31