一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场CT装置的FDK型重建方法

一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置的fdk型重建方法
技术领域
1.本发明属于射线断层成像技术领域，尤其涉及一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置的fdk型重建方法。


背景技术：

2.计算断层成像(computed tomography，ct)是实现被测物体内部成像的无损检测技术，被广泛用于医疗、工业检测、安全检查、考古、农业、地球物理等众多领域。在实际的ct检测中，往往面临着需要对大物体进行高分辨率成像的需求，而传统的ct检测要求被测物体严格位于成像视场内，若被测物体尺寸过大，则需要适当地减小几何放大比，但这样便牺牲了成像分辨率，尤其是被测物体为不可或难以分割成小样本时，例如：化石，宝石，古董等珍贵物体。兼备大成像视场和大几何放大比(即高分辨率)一直是ct成像领域不断追求的关键目标之一。
3.以往的扩大视场ct成像主要采用偏置探测器的成像几何，然而，一方面，这种方法理论上最大只能扩大到两倍。另一方面，随着视场的扩大，冗余区间的减少，会导致成像质量变差；故实际应用中并不能扩大视场至理论值。
4.相比传统圆轨迹扫描模式，直线扫描易于控制精度和工程实现。公开号为cn104809750a的专利提出了一种结构简单、低成本、可移动/便携的直线扫描ct装置，装置采用射线源和探测器沿不同的方向平行移动的扫描方式，在低成本ct中具有潜力。为了实现对超出直线扫描ct视场的物体进行能够成像，公开号为cn106447740的专利提出了一种相对平行直线扫描ct感兴趣区域图像重建方法，该方法可对超出直线扫描ct视场的物体进行局部成像，但此方法不能对整个物体进行全域成像。为了增大几何放大比的同时增大横截面的成像视场，公开号为cn111839568a的专利提出了一种新型大视场直线扫描ct装置及图像重建方法。该装置通过固定探测器，通过沿直线轨迹平移x射线源器实现直线扫描，考虑到一段直线轨迹长度有限导致重建的有限角问题，设计了配合工件旋转几个角度实现横向大尺寸物体的完整成像。然而，由于该装置的多段直线扫描轨迹为同一平面内的直线段，无法在锥束ct成像中满足数据完备条件，实现横向视场的扩展，而无法实现轴向长物体的成像。实际上，该装置如果要实现更高的空间分辨率，即增大几何放大比，则导致锥角变小，为避免轴向截断伪影，通常的措施是将锥束伪影外的数据截去，这样导致轴向成像的视场变窄。将上述发明沿长物体轴向进行逐块的三维重建和拼接，也能实现长物体的扫描成像；但该方法不仅扫描效率较低，还可能存在较大的配准误差。为实现螺旋锥束ct的扩大视场，即解决横向截断的扩大视场成像，也同时兼备轴向截断的长物体成像，邹晓兵在《大视场螺旋锥束工业ct的扫描方法与重建算法研究》中提出了横向截断的半覆盖螺旋锥束ct方式，并提出将螺旋锥束投影数据进行单层重排为扇束投影数据，然后采用二维扇束bpf算法进行重建，也进一步提出双螺旋锥束ct扫描方式，使待成像区域的横截面在每个投影视角下都能被射线束完全覆盖。实际上，邹晓兵研究的半覆盖螺旋锥束ct成像和双螺旋锥束ct扫
描成像都是针对标准的螺旋轨迹，扩大视场的实质是通过探测器偏置的方式，当探测器偏置增大时重建图像质量恶化。公开号为cn102004111b的专利提出了一种倾斜多锥束直线轨迹ct成像方法，将多个锥束倾斜安装在不同位置，即需要多组射线源和探测器组，被检物体做直线运动穿过所有锥束，探测器采集从不同方向穿过物体的射线，其扫描方式成本高，关键是从原理上不能获得轴向长物体的完备投影数据，无法对轴向很长的物体进行检测以及精确重建，也没有进行扩大视野重建。公开号为cn111982939a的专利提出了一种可移动式多段直线光源ct成像装置及方法，其包括可移动的多个扫描段，且每个扫描段包括一个直线分布式光源阵列和一个直线探测器阵列，多个扫描段间配合且互相平行，以实现采集完备数据和扩大视野成像。


技术实现要素：

5.为了满足对大物体和长物体的全域高分辨率ct成像需求，本发明旨在提供一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置的fdk型重建方法，主要特征在于提供由多段轴向斜线组合的一种非标准螺旋扫描轨迹，继承以往直线扫描ct装置的结构简单、易于高精度控制等优点的同时达到获得轴向截断长物体和横向截断大物体的完备投影数据的目的，并提供一种基于数据重排的fdk型图像重建算法，对获得的投影数据进行重建，获得高质量重建图像。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置的fdk型重建方法，其特征在于，所述多段斜线组合螺旋扫描为一种非标准螺旋扫描，主要包括以下步骤：
8.s1：对第n段斜线扫描的锥束投影数据进行预加权，预加权因子为
[0009][0010]
其中，r为旋转中心到射线源轨迹的距离，dod为旋转中心到平板探测器的距离，u为平板探测器的行向坐标，λ代表射线源轨迹的采样点位置，v为平板探测器的纵向坐标，z(λ)为射线源在第n段斜线扫描时在平板探测器的纵向坐标，满足z(λ)＝λsinγ-h'/2，h'为斜线轨迹的z轴向高度；
[0011]
s2：对预加权后的锥束投影数据沿斜线轨迹方向前向重排为平板探测器行向方向，然后沿平板探测器行向进行斜坡滤波，维斜坡滤波器的卷积核为q(u'-u)，最后将滤波后的锥束投影后向重排为原斜线轨迹方向；
[0012]
s3：对滤波后的投影数据进行加权反投影，最终得到第n段射线源斜线平移扫描的图像重建公式如下：
[0013][0014]
其中，λm为射线源射束的斜线平移轨迹的半长，θn为第n段射线源斜线平移轨迹与固定坐标系x轴正向的夹角，θn＝(n-1)
·
δθ，n＝1,2,...,nr·
t，其中nr为扫描圈数，t为扫描一圈所需要的斜线轨迹段数，δθ由如下关系确定：δθ＝2arctan(um/dod)，进而t可由如下关系确定：t＝ceil(2π/δθ)，ceil(
·
)表示向上取整，是第n段斜线扫描时射
线源在斜线轨迹为λ位置的锥束投影数据，该位置射线源的某射线穿过待重建点(x,y,z)在平板探测器的行向坐标u'满足如下关系：
[0015][0016]
s4：通过以下公式将nr·
t段斜线扫描的重建结果累加，得到完整的重建图像f(x)，
[0017]
非标准螺旋扫描轨迹为：
[0018][0019]
其中，λi为射线源焦点在斜线轨迹上的坐标，λm为一段斜线轨迹的半长，即λi∈[-λm,λm]，1≤i≤n，n表示每段斜线扫描的采样点数；z(λi,n)为射线源射束在固定坐标系z轴上的坐标，计算式为：
[0020][0021]
其中，p为螺距，满足p＝2zm/nr，其中zm为螺旋扫描轨迹(不包含相邻斜线扫描轨迹交叉的冗余部分)的z轴向半长，需满足2zm≥z
body
，z
body
为被测物体的z轴向长度；h
p
为螺旋扫描轨迹的z轴向总高度，为第n段射线源斜线平移轨迹的旋转矩阵。
[0022]
非标准螺旋扫描的横向扩大成像视场半径r1'为：
[0023][0024]
其中，λm为射线源(1)射束的斜线平移轨迹的半长，um为平板探测器行向的半长，r和dod分别为旋转台中心轴到射线源焦点和平板探测器中心的距离。
[0025]
非标准螺旋扫描方法具体为：
[0026]
s1：射线源的射束沿轴向倾角γ的斜线轨迹平移，平板探测器不动，实现一段斜线轨迹的锥束扫描；
[0027]
s2：旋转台控制被测物体旋转角度间隔δθ，并垂直上升或下降间距h；
[0028]
s3：继续步骤s1的一段斜线轨迹扫描，以此往复，直至形成以轴向斜线扫描为基础的并覆盖被测物体的非标准螺旋扫描轨迹。
[0029]
本发明所基于的一种轴向斜线扫描的非标准螺旋扩大视野ct装置，包括：射线源、平板探测器、数据采集装置、计算平台、控制装置、机械运动装置，其特征在于为实现一种轴向斜线扫描的非标准螺旋扫描的机械运动装置，机械运动装置负责射线源的斜线平移和垂直升降，负责调整射线源斜线平移轨道的轴向倾角γ，负责平板探测器的垂直升降、水平位置以及进退距离的调整，负责旋转台的旋转、垂直升降、水平位置以及进退距离的调整，通过组合机械运动实现以轴向斜线扫描为基础的非标准螺旋扫描轨迹。
[0030]
射线源射束的斜线轨迹平移扫描可由两种形式实现：
[0031]
形式一为：射线源采用球管微焦点射线源，将其装配在射线源直线运动模组上进行精密平移运动；射线源直线运动模组由两端升降支撑台支撑，通过调整两端升降支撑台
的高度调整射线源直线运动模组的轴向倾角γ，射线源在倾斜的射线源直线运动模组上逐步平移实现斜线扫描轨迹；
[0032]
形式二为：射线源采用分布式焦点静态射线源，将其直接安装在两端升降支撑台上，通过调整两端升降支撑台的高度调整斜线轨迹的轴向倾角γ，分布式焦点静态射线源内沿直线阵列分布的多焦点被高速顺序点亮，实现无机械运动的斜线轨迹扫描轨迹。
[0033]
本发明的有益效果在于：
[0034]
(1)本发明针对多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置，能够基于该扫描几何高效重建出扩大横向和轴向视野的三维图像，能够一定程度地避免截断伪影和条纹伪影；
[0035]
(2)本发明针对多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置，基于其扫描的锥束投影数据，在小螺距下能重建较高质量图像。
附图说明
[0036]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0037]
图1是本发明的基本流程图；
[0038]
图2是本发明的装置系统架构图；
[0039]
图3是为便于说明本发明优势而展示的平面多段直线的锥束扫描几何；
[0040]
图4(a)-(c)展示了不同视角下的本发明射线源平移形式一的结构图；
[0041]
图5(a)-(c)展示了不同视角下的本发明射线源平移形式二的结构图；
[0042]
图6(a)-(c)展示了本发明的一段斜线锥束扫描过程；
[0043]
图7(a)和(b)展示了本发明在特定几何参数下的3圈且每圈6段斜线组合的螺旋扫描轨迹的轴侧图和俯视图；
[0044]
图8(a)和(b)展示了本发明在特定几何参数下的3圈且每圈10段斜线组合的螺旋扫描轨迹的轴侧图和俯视图；
[0045]
图9展示了本发明的斜坡滤波过程中的锥束投影数据的重排过程示意图；
[0046]
图10(a)展示了采用平面多段直线的锥束扫描装置对三维shepp-logan体模扫描以及其专用fdk类型算法的重建结果，(b)-(d)展示了本发明在相同几何参数下扫描1圈、4圈和6圈并采用本发明方法进行图像重建的结果；
[0047]
图11a)-(b)展示了在相同的被测物尺寸和扫描高度、圈数等条件下分别采用标准螺旋扫描重建和本发明的图像重建结果。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0049]
一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置的fdk型重建方法，其特征在于，所述多段斜线组合螺旋扫描为一种非标准螺旋扫描，主要包括以下步骤：
[0050]
s1：对第n段斜线扫描的锥束投影数据进行预加权，预加权因子为
[0051]
[0052]
其中，r为旋转中心到射线源轨迹的距离，dod为旋转中心到平板探测器3的距离，u为平板探测器3的行向坐标，λ代表射线源轨迹的采样点位置，v为平板探测器3的纵向坐标，z(λ)为射线源1在第n段斜线扫描时在平板探测器3的纵向坐标，满足z(λ)＝λsinγ-h'/2，h'为斜线轨迹的z轴向高度；
[0053]
s2：对预加权后的锥束投影数据沿斜线轨迹方向前向重排为平板探测器行向方向，然后沿平板探测器行向进行斜坡滤波，维斜坡滤波器的卷积核为q(u'-u)，最后将滤波后的锥束投影后向重排为原斜线轨迹方向；
[0054]
s3：对滤波后的投影数据进行加权反投影，最终得到第n段射线源斜线平移扫描的图像f
θn
(x,y,z)重建公式如下：
[0055][0056]
其中，λm为射线源1射束的斜线平移轨迹的半长，θn为第n段射线源斜线平移轨迹与固定坐标系x轴正向的夹角，θn＝(n-1)
·
δθ，n＝1,2,...,nr·
t，其中nr为扫描圈数，t为扫描一圈所需要的斜线轨迹段数，δθ由如下关系确定：δθ＝2arctan(um/dod)，进而t可由如下关系确定：t＝ceil(2π/δθ)，ceil(
·
)表示向上取整，是第n段斜线扫描时射线源在斜线轨迹为λ位置的锥束投影数据，该位置射线源1的某射线穿过待重建点(x,y,z)在平板探测器3的行向坐标u'满足如下关系：
[0057][0058]
s4：通过以下公式将nr·
t段斜线扫描的重建结果累加，得到完整的重建图像f(x)，
[0059]
非标准螺旋扫描轨迹为：
[0060][0061]
其中，λi为射线源1焦点在斜线轨迹上的坐标，λm为一段斜线轨迹的半长，即λi∈[-λm,λm]，1≤i≤n，n表示每段斜线扫描的采样点数；z(λi,n)为射线源1射束在固定坐标系z轴上的坐标，计算式为：
[0062][0063]
其中，p为螺距，满足p＝2zm/nr，其中zm为螺旋扫描轨迹(不包含相邻斜线扫描轨迹交叉的冗余部分)的z轴向半长，需满足2zm≥z
body
，z
body
为被测物体的z轴向长度；h
p
为螺旋扫描轨迹的z轴向总高度，为第n段射线源斜线平移轨迹的旋转矩阵。
[0064]
非标准螺旋扫描的横向扩大成像视场半径r1'为：
[0065][0066]
其中，λm为射线源1射束的斜线平移轨迹的半长，um为平板探测器3行向的半长，r和
dod分别为旋转台中心轴到射线源1焦点和平板探测器3中心的距离。
[0067]
非标准螺旋扫描方法具体为：
[0068]
s1：射线源1的射束沿轴向倾角γ的斜线轨迹平移，平板探测器3不动，实现一段斜线轨迹的锥束扫描；
[0069]
s2：旋转台控制被测物体2旋转角度间隔δθ，并垂直上升或下降间距h；
[0070]
s3：继续步骤s1的一段斜线轨迹扫描，以此往复，直至形成以轴向斜线扫描为基础的并覆盖被测物体2的非标准螺旋扫描轨迹。
[0071]
为便于说明本发明的特性，图3示了公开号为cn111839568a的专利提出的“一种新型大视场直线扫描ct装置”的扫描几何示意图。若使用图2所示的ct装置对大物体进行高分辨率成像，则需使被测物体2靠近射线源1以实现大几何放大比，即旋转台中心轴到射线源1焦点的距离r减少，旋转台中心轴到到平板探测器3中心的距离dod增大，而射线源1焦点到平板探测器3中心的距离sdd不变，sdd＝dod+r，则重建的圆柱区域与射线束的交点宽度z
rec
变窄，其计算式为：
[0072]zrec
＝2(r-r1)vm/sdd，
[0073]
其中，vm为平板探测器3列向的半长，r1为图3所示的ct装置在中心面能采集完备二维数据的横向扩大成像视场的半径，其计算式为
[0074][0075]
其中，λm为图3所示的ct装置中直线扫描轨迹的半长。当重建的圆柱区域与射线束的交点宽度z
rec
变窄，实际装置对大物体进行三维扫描时能够重建的区域轴向变窄，即仅能重建轴向很薄的物体，而偏离交点的重建区域出现严重的锥束伪影。
[0076]
本发明所基于的一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置，其系统架构组成如图2所示，包括：射线源1、平板探测器3、数据采集装置4、计算平台5、控制装置6、机械运动装置7。
[0077]
机械运动装置7负责射线源1的斜线平移和垂直升降，负责调整射线源1斜线平移轨道的轴向倾角γ，负责平板探测器3的垂直升降、水平位置以及进退距离的调整，负责旋转台的旋转、垂直升降、水平位置以及进退距离的调整，通过组合机械运动实现以轴向斜线扫描为基础的非标准螺旋扫描轨迹。
[0078]
本发明中射线源1射束的斜线轨迹平移扫描可由两种形式实现：
[0079]
形式一为：射线源1采用球管微焦点射线源1.1，将其装配在射线源直线运动模组上进行精密平移运动；射线源直线运动模组由两端升降支撑台支撑，通过调整两端升降支撑台的高度调整射线源直线运动模组的轴向倾角γ，射线源1在倾斜的射线源直线运动模组上逐步平移实现斜线扫描轨迹；
[0080]
形式二为：射线源采用分布式焦点静态射线源1.2，将其直接安装在两端升降支撑台上，通过调整两端升降支撑台的高度调整斜线轨迹的轴向倾角γ，分布式焦点静态射线源内沿直线阵列分布的多焦点被高速顺序点亮，实现无机械运动的斜线轨迹扫描轨迹。
[0081]
为了实现上述两种机械运动形式和两种射线源平移形式，本发明在机械结构上进行了两种综合实现，如图4(a)-(c)和图5(a)-(c)所示，图4(a)-(c)和图5(a)-(c)分别展示
了不同视角下的本发明装备射线源平移形式一和形式二的结构图。
[0082]
图4中，机械运动装置7包括：射线源直线运动模组7.2、两端升降支撑台7.3、可升降的旋转台7.4、探测器立柱8.1及其底部的横向直线运动模组7.5和纵向直线运动模组7.6以及探测器垂直直线运动模组7.1。机械运动装置7安装于大理石8.2端面上。
[0083]
图5中，机械运动装置7包括：两端升降支撑台7.3、可升降的旋转台7.4、探测器立柱8.1及其底部的横向直线运动模组7.5和纵向直线运动模组7.6以及直线导轨升降支撑台7.1。机械运动装置7安装于大理石8.2端面上。
[0084]
图4所示的射线源平移形式一的机械结构实现方式为：球管微焦点射线源1.1安装于射线源直线运动模组7.2上，控制装置6通过控制射线源直线运动模组7.2实现球管微焦点射线源1.1的高精度平移运动，两端升降支撑台7.3接收控制装置6的指令调节射线源直线运动模组7.2两端的高度差，进而调整斜线轨迹的轴向倾角γ。在控制装置6的控制下，可升降的旋转台7.4上升或下降获得间距h。
[0085]
图5所示的射线源平移形式二的机械结构实现方式为：分布式焦点静态射线源1.2内沿直线阵列分布的多焦点被高速顺序点亮，实现无机械运动的斜线轨迹平移扫描。两端升降支撑台7.3接收控制装置6的指令调节分布式焦点静态射线源1.2两端的高度差，进而调整斜线轨迹的轴向倾角γ。同样，在控制装置6的控制下，可升降的旋转台7.4上升或下降获得间距h。
[0086]
以一段斜线扫描为例，图6(a)-(c)展示了本发明的斜线锥束扫描过程。
[0087]
进一步地，仿真本发明的轴向斜线的非标准螺旋扫描轨迹，扫描参数如表1所示，得到1圈且每圈6段斜线的非标准螺旋扫描轨迹，其轴侧图和俯视图分别如图7(a)和(b)所示。
[0088]
表1.仿真扫描参数
[0089][0090]
进一步地，依据表2所示的仿真参数，得到1圈且每圈10段斜线的非标准螺旋扫描轨迹，其轴侧图和俯视图分别如图8(a)和(b)所示。
[0091]
表2.仿真参数
[0092]
[0093][0094]
本发明的图像重建方法中，图9展示了本发明在斜坡滤波过程中增加了锥束投影数据的重排过程，通过对投影数据进行前向重排，行向斜坡滤波以及后向重排过程，实现沿射线源斜线轨迹方向的斜坡滤波。
[0095]
进一步地，依据表2所示的仿真参数对三维shepp-logan体模进行扫描获得锥束投影数据，然后采用本发明的图像重建方法进行重建。
[0096]
在表2所示的参数条件下，被测物采用截面尺寸为8.4mm且轴向高度为13mm的三维shepp-logan体模，图10(a)首先展示了采用平面多段水平直线的锥束扫描装置扫描和其专用fdk重建方法得到的图像重建结果，可知该锥束扫描装置无法实现轴向截断的长物体重建。然后，基于表2所示的参数条件，扫描圈数nr分别设为1，4和6，螺距p分别设为16，4和2.5，图10(b)-(d)分别展示了本发明的图像重建结果，可知本发明具备对轴向长且截面大的物体进行扫描和成像，随着螺距的减小和扫描圈数的增多，重建的图像质量增加。
[0097]
在表2所示的参数条件下，图11(a)和(b)分别展示了采用标准螺旋扫描重建与本发明的图像重建结果，标准螺旋扫描轨迹对截面大的物体扫描时无法扩大横向视野，若采用标准螺旋fdk图像重建算法进行重建，会导致严重的截断伪影，而本发明的扫描轨迹方法可以扩大螺旋扫描的横向视场，即同时解决了轴向截断的长物体和横向截断的大物体的成像问题。
[0098]
上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的；本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置的fdk型重建方法，其特征在于，所述多段斜线组合螺旋扫描为一种非标准螺旋扫描，主要包括以下步骤：s1：对第n段斜线扫描的锥束投影数据进行预加权，预加权因子为其中，r为旋转中心到射线源轨迹的距离，dod为旋转中心到平板探测器(3)的距离，u为平板探测器(3)的行向坐标，λ代表射线源轨迹的采样点位置，v为平板探测器(3)的纵向坐标，z(λ)为射线源(1)在第n段斜线扫描时在平板探测器(3)的纵向坐标，满足z(λ)＝λsinγ-h'/2，h'为斜线轨迹的z轴向高度；s2：对预加权后的锥束投影数据沿斜线轨迹方向前向重排为平板探测器行向方向，然后沿平板探测器行向进行斜坡滤波，维斜坡滤波器的卷积核为q(u'-u)，最后将滤波后的锥束投影后向重排为原斜线轨迹方向；s3：对滤波后的投影数据进行加权反投影，最终得到第n段射线源斜线平移扫描的图像重建公式如下：其中，λ
m
为射线源(1)射束的斜线平移轨迹的半长，θ
n
为第n段射线源斜线平移轨迹与固定坐标系x轴正向的夹角，θ
n
＝(n-1)
·
δθ，n＝1,2,...,n
r
·
t，其中n
r
为扫描圈数，t为扫描一圈所需要的斜线轨迹段数，δθ由如下关系确定：δθ＝2arctan(u
m
/dod)，进而t可由如下关系确定：t＝ceil(2π/δθ)，ceil(
·
)表示向上取整，是第n段斜线扫描时射线源在斜线轨迹为λ位置的锥束投影数据，该位置射线源(1)的某射线穿过待重建点(x,y,z)在平板探测器(3)的行向坐标u'满足如下关系：s4：通过以下公式将n
r
·
t段斜线扫描的重建结果累加，得到完整的重建图像f(x)，2.根据权利要求1所述的一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置的fdk型重建方法，其特征在于，所述非标准螺旋扫描轨迹为：其中，λ
i
为射线源(1)焦点在斜线轨迹上的坐标，λ
m
为一段斜线轨迹的半长，即λ
i
∈[-λ
m
,λ
m
]，1≤i≤n，n表示每段斜线扫描的采样点数；z(λ
i
,n)为射线源(1)射束在固定坐标系z轴上的坐标，计算式为：其中，p为螺距，满足p＝2z
m
/n
r
，其中z
m
为螺旋扫描轨迹(不包含相邻斜线扫描轨迹交叉
的冗余部分)的z轴向半长，需满足2z
m
≥z
body
，z
body
为被测物体的z轴向长度；h
p
为螺旋扫描轨迹的z轴向总高度，为第n段射线源斜线平移轨迹的旋转矩阵。3.根据权利要求1所述的一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置的fdk型重建方法，其特征在于，所述非标准螺旋扫描的横向扩大成像视场半径r
′1为：其中，λ
m
为射线源(1)射束的斜线平移轨迹的半长，u
m
为平板探测器(3)行向的半长，r和dod分别为旋转台中心轴到射线源(1)焦点和平板探测器(3)中心的距离。4.根据权利要求1所述的一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置的fdk型重建方法，其特征在于，所述非标准螺旋扫描方法具体为：s1：射线源(1)的射束沿轴向倾角γ的斜线轨迹平移，平板探测器(3)不动，实现一段斜线轨迹的锥束扫描；s2：旋转台控制被测物体(2)旋转角度间隔δθ，并垂直上升或下降间距h；s3：继续步骤s1的一段斜线轨迹扫描，以此往复，直至形成以轴向斜线扫描为基础的并覆盖被测物体(2)的非标准螺旋扫描轨迹。5.一种用于权利要求1至4任一项所述多段斜线组合螺旋扫描扩大视场ct装置的fdk型重建方法的装置。6.根据权利要求5所述的一种多段斜线组合的螺旋扫描扩大视场ct扫描装置，包括射线源(1)、平板探测器(3)、数据采集装置(4)、计算平台(5)、控制装置(6)、机械运动装置(7)，特征在于为实现一种轴向斜线扫描的非标准螺旋扫描的机械运动装置(7)，所述机械运动装置(7)负责射线源(1)的斜线平移和垂直升降，负责调整射线源(1)斜线平移轨道的轴向倾角γ，负责平板探测器(3)的垂直升降、水平位置以及进退距离的调整，负责旋转台的旋转、垂直升降、水平位置以及进退距离的调整，通过组合机械运动实现以轴向斜线扫描为基础的非标准螺旋扫描轨迹。7.根据权利要求5所述的一种多段斜线组合的螺旋扫描扩大视场ct扫描装置，其特征在于，所述射线源(1)射束的斜线轨迹平移扫描可由两种形式实现：形式一为：所述射线源(1)采用球管微焦点射线源，将其装配在射线源直线运动模组上进行精密平移运动；所述射线源直线运动模组由两端升降支撑台支撑，通过调整两端升降支撑台的高度调整射线源直线运动模组的轴向倾角γ，射线源(1)在倾斜的射线源直线运动模组上逐步平移实现斜线扫描轨迹；形式二为：所述射线源(1)采用分布式焦点静态射线源，将其直接安装在两端升降支撑台上，通过调整两端升降支撑台的高度调整斜线轨迹的轴向倾角γ，分布式焦点静态射线源内沿直线阵列分布的多焦点被高速顺序点亮，实现无机械运动的斜线轨迹扫描轨迹。

技术总结
一种多段斜线组合螺旋扫描扩大视场CT装置的FDK型重建方法，属于射线断层成像技术领域。本发明主要特征在于针对多段斜线组合螺旋扫描的FDK型图像重建方法，基本步骤为：S1：对第n段斜线扫描的锥束投影数据进行预加权；S2：对预加权后的锥束投影数据沿斜线轨迹方向前向重排为平板探测器行向方向，然后沿平板探测器行向进行斜坡滤波，最后将滤波后的锥束投影后向重排为原斜线轨迹方向；S3：对滤波后的投影数据进行加权反投影，重建得到第n段射线源斜线平移扫描的图像；S4：将所有斜线扫描的重建结果累加，得到完整的重建图像。本发明能够高效重建出扩大横向和轴向视野的三维图像，能够一定程度地避免截断伪影和条纹伪影，在小螺距下能重建较高质量图像。距下能重建较高质量图像。距下能重建较高质量图像。


技术研发人员：汪志胜 崔俊宁 王顺利 边星元
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/8/1