直線掃描CT及試驗研究.pdf

1、計算機斷層成像（computerized tomography,CT）技術作為當今最重要的無損檢測技術之一，它以圖像形式直觀、準確地顯現(xiàn)出檢測對象的內部結構、密度分布及缺陷等信息，現(xiàn)已廣泛應用于醫(yī)學診斷及工業(yè)檢測領域。為快速采集CT成像多角度下的投影數據，現(xiàn)代醫(yī)用 CT系統(tǒng)通常采用滑環(huán)裝置以實現(xiàn)X射線源和探測器繞檢測對象的高速旋轉運動。然而滑環(huán)制造難度大，致使CT系統(tǒng)結構復雜，難以簡化，導致現(xiàn)代醫(yī)用CT系統(tǒng)價格昂貴，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，愈加復雜的CT系統(tǒng)限制了其在災難救援和軍事戰(zhàn)地等特定環(huán)境下應用。因此，研究開發(fā)可移動，結構簡單以及低成本的新型CT成像系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。
　　2014年，美國倫斯樂理工大學(Rensselaer Polytechnic Institute)的Wang Ge教授和中國重慶大學的劉豐林教授聯(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-探測器的直線運動替代傳統(tǒng) CT的

3、旋轉運動，從而實現(xiàn)結構簡單、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，完成了直線掃描CT相關試驗研究及試驗平臺設計工作，為后期的系統(tǒng)搭建提供了理論基礎。主要研究內容如下：
　?、俳梃b經典圓軌跡掃描CT的理論，推導分析了直線掃描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，為后期的試驗設計提供理論支撐。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；依據直線掃描CT采樣方式的特點，從理論上分析得出等角采樣的數據均勻性更優(yōu)，等距采樣在運動控制上更趨簡易；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優(yōu)化分析。
　?、谕瓿闪酥本€掃描CT試驗平臺的整體設計，為后期實際系統(tǒng)搭建提供了可行方案。在充分調研的基礎上，設計了系統(tǒng)的總體結構，完成了射線源、探測器、運動控制模塊等系統(tǒng)主要部件的選型，設計了直線掃描CT控制系統(tǒng)整體結構，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)調工作提供了通信基礎；
　?、刍诜抡姝h(huán)境和現(xiàn)有系統(tǒng)，完成了相關試驗驗證。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據分別重建圖像并加以比較，結果表明：等距采樣投影數據均勻性較差，重建圖像偽影嚴重，與理論分析相符；依據選型硬件分別確定了2T、3T以及4T掃描模式的最優(yōu)參數組合，并對參數偏差模型與優(yōu)化模型進行仿真，仿真結果表明，參數偏差模型會造成投影數