CN104374783B - Ct系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种CT系统及其方法。该系统包括：传送机构；第一扫描级，对被检查物体进行扫描，产生第一数字信号；第二扫描级，沿着被检查物体的运动方向与第一扫描级间隔预定距离设置；处理装置，基于第一数字信号重建被检查物体的第一像质的CT图像，并且对CT图像进行分析；控制装置，基于处理装置的分析结果调节所述第二扫描级的扫描参数，使得第二扫描级输出第二数字信号，处理装置至少基于第二数字信号重建被检查物体的第二像质的CT图像，其中第二像质高于第一像质。本系统充分利用了分布式光源取代传统滑环技术所带来的优势。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及辐射成像安全检测领域，尤其涉及多源静态CT行李物品安全检查系统及其方法。
背景技术
CT技术由于能够消除物体重叠的影响，在安全检查中发挥了重要作用。传统的CT采用滑环装置通过X光机和探测器的旋转来获取不同角度上的投影数据，通过重建方法来获取断层图像，从而获得被检测行李物品的内部信息。配合双能或多能成像技术，目前的行李物品检查设备可以对被检物质的原子序数和电子密度进行重建，从而实现物质种类的识别，在爆炸物、危险品等检测中起到了很好的效果。
尽管如此，现有的安检CT技术依然面临一些不足。首先是扫描速度问题，较快的检查速度有助于缓解客流、货流带来的压力，而快速扫描通常需要更高转速的滑环，由于加工精度和可靠性等问题，高速滑环造价非常昂贵，维护成本高，难以推广。其次是误报和漏报问题，CT技术的自动识别和报警功能难以实现100%准确，违禁品检查依然需要人工辅助判断，甚至开包检查，通常一次开包检查需要耗时几分钟甚至十几分钟，这大大增加了人力和时间成本，严重制约了安检效率的提高。而为了减轻这一问题，目前市场上有使用二次扫描技术的设备，通过对可疑箱包进行二次高精度扫描来提高CT图像质量，减少开箱检查次数，然而这种二次扫描的方式也存在占用更多扫描时间、中断安检流程等问题。
近些年，碳纳米管X光管技术进入了实用领域。与传统光源不同，它无须利用高温来产生射线，而是根据碳纳米管尖端放电原理产生阴极射线，打靶产生X光。其优点是可以快速开启和关闭，且体积更小。把这种X光源排布成环状，进行不同角度下对物体的照射，就可以制成无需旋转的“静态CT”，大大提高了射线成像的速度，同时由于省去了滑环的结构，节省了大量的成本。所以对于安全检查等领域具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，提出了一种CT系统及其方法。
在本发明的一个方面，提出了一种CT系统，包括：传送机构，承载被检查物体直线运动；第一扫描级，包括第一射线源、第一探测器和第一数据采集装置，对所述被检查物体进行扫描，产生第一数字信号；第二扫描级，沿着所述被检查物体的运动方向与所述第一扫描级间隔预定距离设置，包括第二射线源、第二探测器和第二数据采集装置；处理装置，基于所述第一数字信号重建所述被检查物体的第一像质的CT图像，并且对所述CT图像进行分析；控制装置，基于所述处理装置的分析结果调节所述第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出第二数字信号，所述处理装置至少基于所述第二数字信号重建所述被检查物体的第二像质的CT图像，其中所述第二像质高于第一像质。
优选地，在第二扫描级扫描到该物体的相应部分时，基于所述处理装置的分析结果相应调节所述第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出所述第二数字信号。
优选地，所述的CT系统还包括第三扫描级，所述第三扫描级包括第三射线源、第三探测器和第三数据采集装置，所述控制装置基于所述第一分辨率的CT图像相应调节所述第三扫描级的扫描参数，使得所述第三扫描级输出第三数字信号，所述处理装置至少基于所述第三数字信号重建所述被检查物体的第三像质的CT图像，其中所述第三像质高于第一像质。
优选地，在第三扫描级扫描到该物体的相应部分时，基于所述处理装置的分析结果相应调节所述第三扫描级的扫描参数，使得所述第三扫描级输出所述第三数字信号。
优选地，所述第一扫描级、所述第二扫描级和所述第三扫描级采用稀疏视角扫描模式。
优选地，第一扫描级、所述第二扫描级和所述第三扫描级采用有限角度扫描模式。
优选地，所述第一射线源、所述第二射线源和所述第三射线源均包括多个源点，设置在与被检查物体的运动方向垂直的多个扫描平面上，每个扫描平面中，源点分布为连续或不连续的一段或多段直线或弧线。
优选地，当所述处理装置的分析结果表明需要更高的穿透性以看清金属物体及其临近区域时，将第二扫描级的源点预设成使用更高电压以提高射线能量。
优选地，当所述处理装置的分析结果表明需要看清更多细小物体时，将第二扫描级的源点预设成使用更多光源数目以提高空间分辨率。
优选地，当所述处理装置的分析结果表明要在规定时间内完成扫描时，将第二扫描级的源点数目调节为预设的激活光源数目。
优选地，当处理装置的分析结果表明要更准的材料识别时，调节第二扫描级的源点的出束能谱。
优选地，所述第一扫描级、所述第二扫描级和所述第三扫描级中的源点的流强可以根据源点所在平面预设光源数目来调整。
优选地，当源点数目较多时提高流强以缩短每个源点的出束时间以保证在规定时间内完成扫描，或当激活源点数目较少时使用较大流强来提高扫描数据的信噪比。
在本发明的另一方面，提出了一种用于CT系统的方法，所述CT系统包括第一扫描级和沿着被检查物体的运动方向与所述第一扫描级间隔预定距离设置的第二扫描级，所述方法包括步骤：在被检查物体运动过程中通过第一扫描级对被检查物体进行扫描，产生第一数字信号；基于所述第一数字信号重建所述被检查物体的第一像质的CT图像，并且对所述CT图像进行分析；基于所述处理装置的分析结果调节所述第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出第二数字信号；以及至少基于所述第二数字信号重建所述被检查物体的第二像质的CT图像，其中所述第二像质高于第一像质。
利用上述实施例的方案，在单次扫描流程中实现了基于多扫描平面、自适应扫描参数的扫描方式，实现了高精度扫描，在获得更好的成像质量、提高识别准确率的同时，加快了扫描过程。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明的实施例进行描述：
图1为根据本发明实施例的CT系统的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的CT系统的方法的流程图；
图3A、图3B、和图3C为根据本发明一实施例的CT系统中各个扫描级中采用的稀疏视角扫描方式的示意图；
图4A、图4B、和图4C为根据本发明一实施例的CT系统中各个扫描级中采用的有限角度扫描方式的示意图。
附图没有对实施例的所有部件或结构进行显示。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或特征。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
针对现有技术中的问题，本发明的实施例提出一种多X射线源静态CT系统。在传送机构承载被检查物体直线运动过程中，第一扫描级对所述被检查物体进行扫描，产生第一数字信号。然后，基于所述第一数字信号重建所述被检查物体的第一像质的CT图像，并且对所述CT图像进行分析。接下来基于分析结果相应调节沿着所述被检查物体的运动方向与所述第一扫描级间隔预定距离设置的第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出第二数字信号。然后，至少基于所述第二数字信号重建所述被检查物体的第二像质的CT图像，其中所述第二像质高于第一像质。这样的方案通过分布式X射线源来避免高速滑环的使用，在提升速度的同时，降低设备制造和维护成本，而多扫描平面、自适应扫描参数的扫描方式则能够将传统滑环CT上进行的高精度二次扫描有效地整合在单次扫描流程中，在获得更好的成像质量、提高识别准确率的同时，节约时间、节省人力。该专利对于提高安检CT扫描速度、提高违禁品识别准确率都有着积极作用，对车站、机场、海关都有着实际应用的意义。
图1为根据本发明实施例的CT系统的结构示意图。如图1所示实施例的多源静态CT行李物品安全检查系统包括多个扫描级（例如，第一扫描级A、第二扫描级B、第三扫描级C、……）、传送机构110、控制装置140和处理装置130。各个扫描级沿着被检查物体的运动方向上按照预定的距离间隔设置，并且均包括射线源、探测器和采集装置。这里的射线源具体包括多个分布式X射线源点。
在图示的实施例中，传送机构110承载被检查物体120直线运动。第一扫描级A包括第一射线源、第一探测器和第一数据采集装置，对所述被检查物体进行扫描，产生第一数字信号。第二扫描级B沿着所述被检查物体的运动方向与所述第一扫描级间隔预定距离设置，包括第二射线源、第二探测器和第二数据采集装置。处理装置130与各个扫描级连接，基于所述第一数字信号重建所述被检查物体的第一像质的CT图像，并且对所述CT图像进行分析。控制装置140与各个扫描级和处理装置130连接，基于所述处理装置130的分析结果相应调节所述第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出第二数字信号，所述处理装置130至少基于所述第二数字信号（例如，第二数字信号或第二数字信号和第一数字信号）重建所述被检查物体的第二像质的CT图像，其中所述第二像质高于第一像质。
根据一些实施例，在第二扫描级扫描到该物体的相应部分时，基于所述处理装置的分析结果相应调节所述第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出所述第二数字信号。例如，在目标箱包需要重建100个切片（断层）的情况下，第一扫描级扫描完第8个切片以后，诸如计算机之类的处理装置对该切片进行重建，并对该切片进行分析，估计第二和后续扫描级扫描物体这个切片的扫描所需采用的扫描参数。当物体的第8个切片部分通过第二个扫描级时，第二扫描级根据刚才的分析结果调节参数，进行扫描。当物体的不同切片部分通过第二扫描级时，扫描参数将对应地加以调节。
类似地，第三扫描级C包括第三射线源、第三探测器和第三数据采集装置，所述控制装置140基于所述第一分辨率的CT图像相应调节所述第三扫描级的扫描参数，使得所述第三扫描级输出第三数字信号，所述处理装置至少基于所述第三数字信号（例如，第三数字信号、或者第三数字信号和第一与第二数字信号的至少之一）重建所述被检查物体的第三像质的CT图像，其中所述第三像质高于第一像质。类似地，在第三扫描级扫描到该物体的相应部分时，基于处理装置的分析结果相应调节第三扫描级的扫描参数，使得第三扫描级输出所述第三数字信号。
例如，每个多点分布式的Ｘ光源模块上具有一个或多个源点，源点的能量可设定，源点激活的顺序可设置。在系统中，源点分布在多个扫描平面上（扫描平面垂直于通道前进方向）。每个平面中，源点分布可以为连续或不连续的一段或多段直线或弧线。由于源点能量可设，在出束过程中可以实现不同源点具有不同能谱，或位于不同平面的源点能量有区别等多种扫描方式。可以对源点进行分组设计，比如每个模块的源点作为一组，或是每个平面的源点作为一组，同一组内的源点电子打靶的顺序可调，可以实现顺序出束、交替出束，不同组内的源点可以同时激活进行扫描，以加快扫描速度。
每个扫描级都包括完整的面阵X射线探测器及读出电路、采集触发信号电路及数据传输电路。由于光源分布在多个平面内，因此对于每个平面都有对应的探测器阵列。探测器阵列以圆形或者弧形排列，探测器中心列所在平面可以和光源共面（当源点集中排布在圆周上某一区间时，圆周剩余区间可以排布探测器），也可以和光源所在平面平行（当源点分散排布在圆周上时，圆周无剩余空间），为减轻光源和源点不在同一平面带来的斜射效应，应保持光源和探测器所述两个平面之间距离尽可能小。探测器阵列可以是单排或多排，探测器类型可以是单能、双能或者能谱型探测器。
传送机构110包括载物台或传输皮带，控制装置140控制X光机及探测器的机架，通过控制分布式光源的出束方式和物体的直线平移运动或者两者的组合，可以实现螺旋扫描轨迹或者圆周扫描轨迹或其他特殊轨迹的扫描。
控制装置140负责完成CT系统运行过程的控制，包括机械转动、电气控制、安全联锁控制，特别是负责控制光源的出束能量和出束顺序，控制探测器的数据读出与数据重建。
图2示出了根据本发明实施例的CT系统的方法的流程图。如图2所示，在步骤S210，在被检查物体运动过程中通过第一扫描级对被检查物体进行扫描，产生第一数字信号。例如，当有诸如箱包之类的被检查对象120通过传送机构110进入设备时，由设备第一个平面A的光源和探测器对箱包进行扫描，并将扫描数据传入处理装置130进行相应的CT重建。同时系统记录下该箱包所扫描区域经过第一个平面的时刻和位置，根据皮带速度和编码可以求得该断层通过后续平面的时刻。
在步骤S220，基于所述第一数字信号重建所述被检查物体的第一像质的CT图像，并且对所述CT图像进行分析。
例如，处理装置130根据CT重建结果判断箱包所扫描区域的整体特性，包括高密度材料是否较多（如金属）、零碎件（细小物品）是否较多以及是否存在可疑物体。
在步骤S230，基于所述处理装置的分析结果调节所述第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出第二数字信号。
控制装置140根据分析结果对后续平面的扫描参数进行预设定（光源电压、电流、激活的光源数目等等）。例如：当需要更高的穿透性以看清金属物体及其临近区域时，后续平面的源点预设成使用更高电压以提高射线能量；当需要看清更多细小物体时，后续平面的源点预设成使用更多光源数目以提高空间分辨率等。而每个源点的流强也可以根据源点所在平面预设的激活光源数目来相应调整，以保证在规定时间内完成扫描，如当源点数目较多时提高流强以缩短每个源点的出束时间，又如当激活源点数目较少时使用较大流强则能够提高扫描数据的信噪比，改善重建图像的噪声水平。
在步骤S240，至少基于所述第二数字信号重建所述被检查物体的第二像质的CT图像，其中所述第二像质高于第一像质。
例如，当被检查对象120对应区域通过后续扫描平面时，控制装置140控制扫描平面按照针对该区域预设的扫描参数进行扫描，得到扫描数据。
在一些实施例中，在第二扫描级扫描到该物体的相应部分时，基于处理装置的分析结果相应调节第二扫描级的扫描参数，使得第二扫描级输出该第二数字信号。
这样，当被检查对象120对应区域通过全部扫描平面后，系统综合所有扫描数据，利用单能或能谱CT重建算法对物体进行重建，得到最终的三维CT重建结果，并对违禁品进行识别、报警。
在一些实施例中，分布式光源与探测器分布三个间隔的圆环上，其中A平面为第一扫描平面，B、C平面为第二、第三扫描平面，如图1所示。每个平面上的源可以是稀疏排布，如图3A、图3B、图3C所示，也可以是在有限角度内密集排布，如图4A、图4B、和图4C所示。
上述实施例的方案使用多源X射线发生装置从不同角度对行李物品进行照射，省去了传统行李CT系统中的旋转装置，降低了系统成本，提高了检测精度，多平面的扫描方式也进一步提高了扫描速度。利用分布式光源具有灵活性的特点，根据预处理结果来调整光源的能量和结合多能谱射线检查技术，可以对危险可疑物品，如易燃物及爆炸物、毒品等有很好的识别效果，适应不同情况下的安全检查需求。
该实施方案充分利用分布式光源的特点，发展了新的控制方式。通过把光源分散布置在多个扫描平面内，使得根据物体特点调节光源能谱、流强与数目成为了可能。在物体经过第一个平面的时候，我们就可以用稀疏角度重建或有限角重建方法获得预重建结果，从而根据相应分析结论、指标来改变后两个平面光源的能谱、流强和数目，这样一方面可以获得最佳的重建结果，另一方面也可以获得不同能量下的重建结果，实现物质识别。
在一些实施例中，当光源和探测器分布在多个位置上的时候，需要解决不同平面上的数据同步的问题：可以使用皮带编码的方式来触发Ｘ光源出束，从而保证不同平面探测器采集的是物体同一个平面的数据。也可以根据几个探测器平面之间的固定位置，来确定物体依次经过这几个平面的时间差，从而提取出相应的数据。
其次，在一些实施例中，为了将不同能量不同视角的数据联合重建，先把所有角度的数据用传统的单能CT重建算法进行重建，这个结果保有准确的几何结构，再把该几何信息用作先验知识，将扫描数据按源点出束能量分组分别重建，得到不同X射线能量的重建结果。
以上的详细描述通过使用方框图、流程图和/或示例，已经阐述了成像系统和方法置的众多实施例。在这种方框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种方框图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。在一个实施例中，本发明的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序（例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序），实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序（例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序），实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘（CD）、数字通用盘（DVD）、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质（例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等）。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (15)
1.一种CT系统，包括：
传送机构，承载被检查物体直线运动；
第一扫描级，包括第一射线源、第一探测器和第一数据采集装置，对所述被检查物体进行扫描，产生第一数字信号；
第二扫描级，沿着所述被检查物体的运动方向与所述第一扫描级间隔预定距离设置，包括第二射线源、第二探测器和第二数据采集装置；
处理装置，基于所述第一数字信号重建所述被检查物体的第一像质的CT图像，并且对所述CT图像进行分析；
控制装置，基于所述处理装置的分析结果调节所述第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出第二数字信号，所述处理装置至少基于所述第二数字信号重建所述被检查物体的第二像质的CT图像，其中所述第二像质高于第一像质。
2.如权利要求1所述的CT系统，其中，在第二扫描级扫描到该物体的相应部分时，基于所述处理装置的分析结果相应调节所述第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出所述第二数字信号。
3.如权利要求1所述的CT系统，还包括第三扫描级，所述第三扫描级包括第三射线源、第三探测器和第三数据采集装置，
所述控制装置基于所述第一像质的CT图像调节所述第三扫描级的扫描参数，使得所述第三扫描级输出第三数字信号，所述处理装置至少基于所述第三数字信号重建所述被检查物体的第三像质的CT图像，其中所述第三像质高于第一像质。
4.如权利要求3所述的CT系统，其中，在第三扫描级扫描到该物体的相应部分时，基于所述处理装置的分析结果相应调节所述第三扫描级的扫描参数，使得所述第三扫描级输出所述第三数字信号。
5.如权利要求3所述的CT系统，其中所述第一扫描级、所述第二扫描级和所述第三扫描级采用稀疏视角扫描模式。
6.如权利要求3所述的CT系统，其中第一扫描级、所述第二扫描级和所述第三扫描级采用有限角度扫描模式。
7.如权利要求3所述的CT系统，其中，所述第一射线源、所述第二射线源和所述第三射线源均包括多个源点，设置在与被检查物体的运动方向垂直的多个扫描平面上，每个扫描平面中，源点分布为连续或不连续的一段或多段直线或弧线。
8.如权利要求1所述的CT系统，其中当所述处理装置的分析结果表明需要更高的穿透性以看清金属物体及其临近区域时，将第二扫描级的源点预设成使用更高电压以提高射线能量。
9.如权利要求1所述的CT系统，其中，当所述处理装置的分析结果表明需要看清更多细小物体时，将第二扫描级的源点预设成使用更多光源数目以提高空间分辨率。
10.如权利要求1所述的CT系统，其中，当所述处理装置的分析结果表明要在规定时间内完成扫描时，将第二扫描级的源点数目调节为预设的激活光源数目。
11.如权利要求1所述的CT系统，其中，当处理装置的分析结果表明要更准的材料识别时，调节第二扫描级的源点的出束能谱。
12.如权利要求3所述的CT系统，其中，所述第一扫描级、所述第二扫描级和所述第三扫描级中的源点的流强可以根据源点所在平面预设光源数目来调整。
13.如权利要求12所述的CT系统，其中当源点数目较多时提高流强以缩短每个源点的出束时间以保证在规定时间内完成扫描，或当激活源点数目较少时使用较大流强来提高扫描数据的信噪比。
14.一种用于CT系统的方法，所述CT系统包括第一扫描级和沿着被检查物体的运动方向与所述第一扫描级间隔预定距离设置的第二扫描级，所述方法包括步骤：
在被检查物体运动过程中通过第一扫描级对被检查物体进行扫描，产生第一数字信号；
基于所述第一数字信号重建所述被检查物体的第一像质的CT图像，并且对所述CT图像进行分析；
基于处理装置的分析结果调节所述第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出第二数字信号；以及
至少基于所述第二数字信号重建所述被检查物体的第二像质的CT图像，其中所述第二像质高于第一像质。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在第二扫描级扫描到该物体的相应部分时，基于所述处理装置的分析结果相应调节所述第二扫描级的扫描参数，使得所述第二扫描级输出所述第二数字信号。
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