三源摆动螺旋安检CT成像方法研究

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计算机断层成像(CT)是一种利用X-射线穿透物体后能量衰减的特性获得物体内部结构信息的技术手段。CT技术可对被检测物体进行三维成像,具有可视化和空间分辨率高的优点,被广泛应用于安全检查、医疗诊断和工业部件检测等。其中,安检CT在旅客行李、快递邮包、大型集装箱及车辆等的检测中发挥着重要的作用,研究新型安检CT成像方法具有重要的理论和实用价值。本文提出一种可用于旅客行李、快递邮包安全检查的三源摆动螺旋CT(TS-SCT)成像方法,利用呈圆周均布的三组射线源-探测器围绕旋转中心在120°范围内往复摆动,同时被检测物体沿着过旋转中心且与射线源-探测器平面垂直的轴线移动,实现对物体的摆动螺旋扫描。该方法相对于螺旋CT(SCT)不需要整周旋转,可以利用比滑环易于制造维护和耐磨损的转动部件,此外采用线缆传输数据和电力,不受滑环对数据和电力传输能力的限制。本文针对TS-SCT成像方法的研究主要包括以下几个方面:(1)研究TS-SCT成像理论。建立了TS-SCT的成像几何模型,分析了TS-SCT的扫描方式,研究了TS-SCT的相关扫描参数,分析了TS-SCT中射线源摆动120°进床距离和锥束投影高度的比值r对成像质量的影响;(2)研究TS-SCT成像系统。根据TS-SCT的成像方法初步设计了一种用于旅客行李、快递邮包安全检查的卧式CT系统结构,并介绍了TS-SCT的系统组成和工作方式;(3)研究TS-SCT图像重建算法。通过对锥束SCT图像重建算法的研究,结合TS-SCT扫描方法,推导了用于TS-SCT的解析重建算法FDK和迭代重建算法SIRT;(4)TS-SCT成像实验。为验证TS-SCT成像方法的可行性和所推导的重建算法的有效性,进行了仿真实验和模拟实验研究,通过设置几组TS-SCT对照实验来验证r值对重建图像质量的影响,同时设置了SCT对照实验。仿真和模拟实验都表明,两种算法能够有效重建出图像,TS-SCT成像方法可行;在TS-SCT FDK算法中,r值对重建结果影响较大,当r≤1/2时,各层重建图像都可以获得较为理想的结果,且优于SCT r=1时的结果;而在SIRT算法中,r值对重建结果影响不大,说明SIRT算法能够很好地修正由采样不均匀引起的误差,但TS-SCT的重建结果收敛性不如SCT。
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