微纳CT系统扫描方法研究

摘要

为满足科学研究和生产实际的需要,工业CT分辨率的要求正向微米级甚至纳米级尺度发展,CT系统的成像精度和检测效率要求越来越高,超高精度的扫描系统研制是微纳CT仪开发的子项之一。扫描系统的精度直接影响图像重建质量和测量精度,扫描系统的价格直接影响仪器的成本。本文针对微纳CT的扫描方法进行研究,以达到保证精度降低成本的目的。
　　论文介绍了微纳CT的发展状况、系统原理以及应用领域,详细分析了二维CT扫描方式和三维CT扫描方式的原理和优缺点,针对目前工业无损检测和生物医学领域对被检测对象尺寸、成像精度和图像重建质量等指标更高的需求,提出了一种全新的微纳CT静态扫描方法。
　　微纳CT静态扫描方法采用线阵列射线源的分时扫描技术,取代传统机械转动来获取不同角度数据,实现被检对象在静止状态下的扫描;不仅消除了机械传动对系统精度的影响,而且可缩短扫描时间,提高CT扫描图像精度。但是该扫描方法要求极高的转台重复定位精度和扫描同步控制精度。由于静态扫描几何位置的非对称非均匀特点,CT系统只能在有限角度范围内获取投影数据,针对有限角重建问题论文进行了详细的分析和介绍。
　　目前线阵列射线源还处于研究阶段,没有成熟的技术产品,所以模拟线阵列射线源分时扫描成为了实现静态扫描方法的又一关键和难点。针对这一难题,本文设计了高精度微位移定位平台来控制单焦点 X射线源平移扫描运动,模拟线阵列射线源的分时扫描。定位平台采用混合驱动方式,直线电机驱动粗定位子平台,压电陶瓷驱动精定位子平台。首先对粗定位平台建模仿真,仿真结果表明粗定位平台具有良好的稳定性和动态性能,且精度在微米级;由于压电陶瓷的非线性迟滞特性,分别对迟滞补偿和未迟滞补偿的精定位平台建模仿真,仿真结果表明经过迟滞补偿的精定位平台,相对于未迟滞补偿而言,无超调,无振荡,稳定时间短,稳定精度从微米级减小到纳米级,为后续采用线阵列射线源的静态扫描方法实现奠定理论基础。