基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统，包括台架、平板射线源和平板探测器，其中台架上设置有静止放置的成像物体；平板射线源固定在台架上，平板射线源设置有多个可寻址纳米线冷阴极X射线源，可寻址纳米线冷阴极X射线源用于朝成像物体发射X射线束；平板探测器用于接收X射线束，产生投影数据。本系统是个静态CT系统，没有任何旋转和运动，可减少运动伪影，提高图像质量；多个X射线源集成在平板射线源，可覆盖的成像物体，不同X射线源之间可快速进行切换，适用于动态成像；本系统使用基于可寻址纳米线冷阴极的X射线源，密度更小且更容易集成，相较于现有CT系统，降低了体积也降低了制造成本。降低了体积也降低了制造成本。降低了体积也降低了制造成本。

【技术实现步骤摘要】
基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统


[0001]本专利技术涉及CT成像
，特别涉及一种基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统。

技术介绍

[0002]由于CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)优异的成像能力，其研发在工业检测和医学诊断中受到广泛关注。对于配备一个X射线源和探测器的典型锥形束计算机断层扫描(CBCT)系统而言，它需要从不同视图(通常为180加上扇形束角)收集足够的测量值，以获得良好的图像质量。在旋转扫描过程中，伴随着机械振动不可避免地会出现图像重建伪影，这在某些情况下是不可接受的，例如nano CT系统。然而，在传统的CBCT系统中，受限于X射线源的锥角和扫描轨迹，通常会遇到远离中心平面时空间分辨率太低的情况，因而无法在实际中使用。
[0003]通常，一个CT扫描仪包含一个或两个源
‑
探测器以获得次优的时间分辨率。在过去的几十年中，随着旋转速度越来越快、两个源
‑
探测器和先进的重建技术，使得主要的时间分辨率得到了改进。通常，具有单个X射线源的CT扫描仪以高达3Hz的速度进行扫描，离心力限制了扫描速度。尽管旋转CT台架在医院和诊所中占主导地位，但它仍无法在疑难病例中提供理想的成像性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本专利技术提出一种基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统，可以减少运动伪影，提高图像质量。
[0005]本专利技术的第一方面，提供了一种基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统，包括：
[0006]台架，所述台架上设置有静止放置的成像物体；
[0007]平板射线源，对应所述成像物体固定设置在所述台架上，所述平板射线源朝向所述成像物体的一侧水平面上设置有多个可寻址纳米线冷阴极X射线源，所述纳米线X射线源用于朝所述成像物体发射X射线束；
[0008]平板探测器，对应所述成像物体固定设置在所述台架上，用于接收每个所述可寻址纳米线冷阴极X射线投影至所述成像物体的X射线束，产生投影数据。
[0009]根据本专利技术的实施例，至少具有如下技术效果：
[0010]本系统由固定在台架上的平板射线源和平板探测器组成，平板射线源上的不同位置设置有基于可寻址纳米线冷阴极的X射线源，本系统是一个完整静态的CT系统，没有任何旋转和运动，结合实验数据证明，本系统可以减少运动伪影，提高图像质量。本系统将多个可寻址纳米线冷阴极X射线源集成在平板射线源，可以覆盖的大规格的成像物体的整个视场范围；而且每个X射线源可单独向成像物体发射X射线束产生对应的投影数据，不同X射线源之间可以快速进行切换，可适用于动态成像。本系统将多个可寻址纳米线冷阴极X射线源
集成在平板射线源，相较于常规的X射线源，本系统使用基于可寻址纳米线冷阴极X射线源，不仅密度更小且更加容易集成，相较于现有的静态CT系统，降低了体积也降低了制造成本。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，所述静态CT系统还包括处理器，所述处理器与所述平板探测器电连接，用于接收所述投影数据，并根据所述投影数据进行CT成像。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，多个所述可寻址纳米线冷阴极X射线源呈矩阵阵列设置于所述平板射线源上。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，多个所述可寻址纳米线冷阴极X射线平面源按序依次朝所述成像物体发射X射线束。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述平板射线源包括至少11组线性阵列，每一组线性阵列包括至少11个所述可寻址纳米线冷阴极X射线源。
[0015]本专利技术的第二方面，提供了一种基于本专利技术第一方面所述静态CT系统的CT成像方法，包括如下步骤：
[0016]获取所述投影数据：
[0017][0018]其中，可寻址纳米线冷阴极X射线源表示为s1∈[
‑
S1/2,S1/2]，z∈[
‑
Z/2,Z/2]，S1和Z表示平板射线源的宽度和高度，L1表示平板射线源的中心点至成像物体坐标原点之间的距离；所述平板探测器的坐标索引表示为，d1∈[
‑
D1/2,D1/2]，d2∈[
‑
D2/2,D2/2]，D1和D2是平板探测器的长度和宽度，L2是平板探测器的中心点至成像物体坐标原点之间的距离；h表示对当前方向v的索引，
[0019]根据所述投影数据和F
‑
范数构建噪声最小化的成像模型：
[0020][0021]其中，A表示系统变换，D1和D2表示平板探测器的行数和列数，D3和J表示视图数和图像像素；x表示的体积张量的矢量化，J1、J2和J3代表图像的高度、宽度和深度；‖
·
‖
F
表示F
‑
范数；表示投影数据的集合，
[0022]根据体积张量梯度L0‑
norm和所述成像模型构建数学模型：
[0023][0024]其中，表示正则化先验项，λ表示平衡正则化参数，λ>0；
[0025]迭代求解所述数学模型，根据求解结果生成CT图像。
[0026]根据本专利技术的实施例，至少具有如下技术效果：
[0027]本方法首先根据平板探测器采集的每一X射线源的投影数据和F
‑
范数构建噪声最小化的成像模型然后将正则化先验L0‑
norm纳入该模型，这有利于更稳定
和更优化的成像。结合实验结果，本方法基于正则化先验重建的CT图像具有最佳细节和边缘特征信息，重建的CT图像没有出现伪影，有效地提升图像保真度且不会丢失灰度，显著的提高了CT图像的质量。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述迭代求解所述数学模型包括步骤：
[0029]根据分裂布雷格曼策略引入辅助变量来代替将所述数学模型转换成约束优化模型：
[0030][0031]将所述约束优化模型转换成无约束优化模型：
[0032][0033]其中，表示误差反馈张量；
[0034]将所述无约束优化模型转换成如下两个子模型：
[0035][0036][0037]其中，k代表当前迭代的次数，和可迭代更新且可迭代更新且所述子模型通过如下公式进行更新：
[0038][0039]其中，fold(
·
)表示将向量折叠成张量，表示三阶张量的(i1i2i3)
th
元素，A
T
表示A的转置。
[0040]根据本专利技术的一些实施例，在所述获取所述投影数据之前，还包括步骤：
[0041]通过所述平板射线源上的多个所述可寻址纳米线冷阴极X射线源按序向所述成像物体发射X射线束；
[0042]通过所述平板探测器接收每个所述可寻址纳米线冷阴极X射线源投影至所述成像物体的X射线束，产生投影数据。
[0043]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统，其特征在于，包括：台架，所述台架上设置有静止放置的成像物体；平板射线源，对应所述成像物体固定设置在所述台架上，所述平板射线源朝向所述成像物体的一侧水平面上设置有多个可寻址纳米线冷阴极X射线源，所述可寻址纳米线冷阴极X射线源用于朝所述成像物体发射X射线束；平板探测器，对应所述成像物体固定设置在所述台架上，用于接收每个所述可寻址纳米线冷阴极X射线源投影至所述成像物体的X射线束，产生投影数据。2.根据权利要求1所述的基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统，其特征在于，所述静态CT系统还包括处理器，所述处理器与所述平板探测器电连接，用于接收所述投影数据，并根据所述投影数据进行CT成像。3.根据权利要求2所述的基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统，其特征在于，多个所述可寻址纳米线冷阴极X射线源呈矩阵阵列设置于所述平板射线源上。4.根据权利要求3所述的基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统，其特征在于，多个所述可寻址纳米线冷阴极X射线源按序依次朝所述成像物体发射X射线束。5.根据权利要求3所述的基于可寻址纳米线冷阴极X射线平面源的静态CT系统，其特征在于，所述平板射线源包括至少11组线性阵列，每一组线性阵列包括至少11个所述可寻址纳米线冷阴极X射线源。6.一种基于权利要求1至5任一项所述的静态CT系统的CT成像方法，其特征在于，所述CT成像方法包括如下步骤：获取所述投影数据：其中，可寻址纳米线冷阴极X射线平面源表示为s1∈[
‑
S1/2，S1/2]，z∈[
‑
Z/2，Z/2]，S1和Z表示平板射线源的宽度和高度，L1表示平板射线源的中心点至成像物体坐标原点之间的距离；所述平板探测器的坐标索引表示为，d1∈[
‑
D1/2，D1/2]，d2∈[
‑
D2/2，D2/2]，D1和D2是平板探测器的长度和宽度，L2是平板探测器的中心点至成像物体坐标原点之间的距离；h表示对当前方向V的索引，根据所述投影数据和F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，伍伟文，张贺晔，邓少芝，许宁生，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：