带有矩阵约化装置的计算机断层成像设备及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带有矩阵约化装置的ＣＴ设备及与其相应的方法，通过矩阵约化装置，对待测物体光学厚度的理论值和实验值进行比较，从中分出有伤射线和无伤射线，并从有伤射线上分出无伤点，从而得到容量大为减少的约化矩阵－只包括有伤象索的矩阵，故可很容易地获得被测物体的重建图象。其主要优点是省去了阵列机，器件稳定性要求可以降低，算法没有方法噪声。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机层析照像(CT)的设备及其方法。更具体的说，本专利技术涉及带有矩阵约化装置的计算机层析照象(CT)的设备及其方法。CT是Computed Tomography的缩写。它的含义是计算机层析照象。CT现已广泛用于医学临床诊断，通常称为MCT。80年代初CT开始用于工业无损探伤，这通常称为ICT。MCT和ICT基本原理是相同的，其主要差别来源于探测对象之不同。因此ICT的射线能量更高，源强更大。现有的CT设备，其基本结构框图如附图说明图1a所示。x或y放射源7和探测器9分别放在物体8两边，使源发出的x和y射线(以下简称射线)穿过物体8，然后被探测器9所接收。探测器9接收到的透射光强度I为I＝l0exp〔-∫L0μ(l)dl〕3(1)I0为射线穿过物体前的初始强度，μ为物质对射线的衰减系数，其与物质的粒子数密度Nρ成正比μ＝σ.Nρ。σ为物质一个粒子对射线的衰减截面。定义射线和P为 CT对图象的重建与闪光照象不同。闪光照象是在一次照射中，射线直接使底片感光，从而得到物体的图象。所以，闪光照象可称为积分图象。而CT重建的是物体内部的细致结构，为此需对物体在不同方向上进行N次照射，共得到N×N＝N2个射线和。在早期CT中用的是N条平行射线(束)。现在广泛采用的是扇形束。由N条射线组成的扇形束是通过前、后准直器形成的。放在源侧的准直器称为前准直器，前准直器开口左右张开成扇形，上下为平面，其距离即为扇形束的厚度，也就是物体被检测的断面厚度，通常约为2mm。放在探测器侧的准直器称为后准直器。后准直器开口为直筒式，并且对准源方向。后准直器主要用于屏蔽散射光子，使探测器9接收到全是直接来自源的光子(称为一次光子)。在扇形面内共装有N个探测器9，一次照射可得到N个射线和(P)。在圆周(360°)上均匀的进行N次照射，总共得到N×N＝N2个射线和(图1b)。实际操作中，并不是源7和探测器9绕物体8转动，而是物体8绕其中心轴转动。物体在均匀转动过程中，通过“快门技术”实现N次照射。可知物体转速一定要均匀，“爆光”时间和“爆光”间距都要相同。所有这些都是在主计算机1控制下通过自动控制系统2实现的。物体除绕中心轴转动外，还要沿轴方向做平移运动，通过这种平移运动，把不同的物体断面置于扇形射线照射的位置，从而完成物体的立体(三维)成象。探测器9接收到的光信号，通过光电倍增管10、阴极跟随器11，传给传输系统4。传输系统4把它记录到的有效数据输给阵列计算机5进行图象重建。图1a中，在主计算机1的控制下，自动控制系统2，控制待检测物体8的转动和上下移动，并控制由探测器9、光电倍增管10和阴极跟随器11组成的数据采集系统3的测量;数据采集系统3把采集到的计数传给数据传输系统4;数据传输系统4把经过放大、甄别后的有效计数传给图象重系统5;图象重建系统5对传来的数据进行图象重建(求出所有象素值)和数字图象处理，重构出物体的图象。在图象显示器6上再现物体断面的图象。CT图象重建算法较多，可分为直接法和间接法两大类。直接法是解代数方程组。为此我们用面积求和代替(2)式中的积分 其中角标n，i代表确定直线在平面内位置的两个参量(见图1c)。当N→∞时，第二个等式严格成立。称各小区间(△Inij)为象素，其上的μnij值称为象素值。一条射线上有N个象素，N条射线共有N2个象素。所以，一定要进行N次照射，而每次照射中又要有N条射线，共给出N2个方程。这样就可反解出N2个象素值。当然，这N2个射线应是“无关射线”。可见，CT给出的是物体内部的细致结构图象，可称为微分图象。平面上直线用极坐标(θ，t)定位时(图1c)，则N次照射中的N个θ和N个t(i＝1，2，…，N)构成N2个“无关射线”。对于N2个象素其矩阵为N2×N2。为了有高分辨率通常有N＝512，256，或1024。可见，直接求逆，即使在超大型计算机上也难于实现。所以，现有的CT都采用间接方法进行图象重建。下面对两种主要方法-Fourier变换法和卷积法作简单介绍，从中可以看出这些方法的缺点。对图1c中的直线(θ，t)有方程Pni＝P(θ，t)＝∫Lμ(θ，t，ξ)dξ＝∫Sμ(x，y)δ(xcosθ+ysinθ-t)dxdy。(4)对P(θ，t)进行Fourier变换 将(4)式代入(5)式，有 其中 可见，F(u，v)＝ (θ，f)即为μ(x，y)的二维Fourier变换。也就是说，射线和P(θ，t)对极轴变量t的一维Fourier变换，恰好等于图象函数μ(x，y)的二维Fourier变换。对其进行逆变换即求得图象函数μ(x，y) 所以，Fourier变换法主要分三步第一步对射线和P(θ，t)进行一维(极轴变量t)Fourier变换;第二步按(9)式进行逆Fourier变换，求出f′(θ，xcosθ+ysinθ);第三步将f′(θ.xcosθ+ysinθ)对θ积分，求得μ(x，y)。实际上，我们要进行的是离散Fourier变换，因为我们从测量中得到的是P(θ，t)的离散值P(θ，t)(j＝1，2，…，N;共N2个)。从Fourier变换理论我们知道，离散Fourier变换具有方法噪声，其主要来自两个方面一是由于抽样间距(离散值间距)大引起“混迭效应”;二是进行矩形波截段引起的“皱波”。这些噪声均要使重建的图象发生畸变。记ρ＝xcosθ+sinθ，定义h(ρ)函数为 于是我们通过卷积〔(11)式〕求得f′(θ，ρ)＝f′(θ，xcosθ+ysinθ)。(10)式定义的h(ρ)为脉冲响应，也称为ρ滤波器，其频率响应为｜f｜。可见，卷积法第一步为求投影数据P(θ，ρ)与h(ρ)之卷积;第二步将f′(θ，ρ)对θ求积分。卷积法比Fourier变换少了一步，但必须先设计好滤波器h(ρ)。由(10)式给出的滤波器h(ρ)的积分限为无穷大。在实际数值计算时，必须对其进行截断，即积分取为 (12)式给出的滤波器称为R-L滤波器。重建滤波器，由于其频率特性在频率｜ 1/(2d) ｜处突然截断，这将在空间域引起脉冲响应有较大的振荡，从而引起较大的噪声。Shepp Logan对R-L滤波器作了修正，给出S-L滤波器，其频率响应为H(f)＝｜f｜ (sinπdf)/(πdf) 。(13)S-L滤波器改善了脉冲响应特性，但并没完全消除噪声。我们可以把频率响应写为更一般形式H(f)＝｜f｜W(f)。(14)滤波器设计就是探讨W(f)的具体形式的选取，从而得到好的脉冲响应特性。图1d给出了用卷积法进行图像重建的数据处理系统方框图。其中标号30为数据采集与传输系统;80为数模转换器;处理机(Ⅰ)100把输入的测量数据进行必要的校正处理;130为图象监示器，监示系统所重建的物体图象;处理机(Ⅱ)110是用来计算式(11)的卷积的;反投影器60是用来计算式(12)的对角度θ的积分;各存储器40，50，70，90，120是用来存储有关数据的。现有的CT，通过数学手段变直接方法为间接方法，减少了计算量，使之可以在计算机上进行处理了。但是，计算量仍然很大，因为除了要进行卷积(或Fourier变换)计算外，还要计算N2个对θ的积分。如N＝512时，其计算量约为108量级。为了缩短图象重建时间，采用阵列机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＴ设备，包括：①一个ｘ或γ放射源（Ｓ）；②一个主计算机（１０），用于控制该ＣＴ设备的各种成象操作；③一个数据采集与传输装置（１２００），和所说主计算机（１０）相连，用于探测、采集放射源（Ｓ）通过被测物体衰减后的放射性强度数 据并将该数据传输到一个图象重建系统装置和所说的主计算机（１０）；④一个图象显示器（１１００），和所说主计算机（１０）以及所说图象重建装置相连，用于显示重建的被测物体图象；其特征在于还包括：①一个矩阵约化装置（１５００），它和主计 算机（１０）相连，接收来自所说数据采集与传输装置（１２００）的所说数据，并将所说数据处理成能为所说显示器（１１００）显示的被测物体的装置图象。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林德文，
申请(专利权)人：林德文，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]