基于旋转机架的小动物锥束CT系统设计与开发

摘要

自20世纪70年代第一台商用CT面世以来，CT技术因其在人类健康方面做出的巨大贡献以及在工业无损探伤领域带来的巨大经济效益开始高速发展。在先后经历五代商用机器变化后，CT目前在医院的临床检查科室、高校科研部门、工厂无损检测领域占据着不可或缺的地位。近10年来，即使MRI大规模应用，在学术界医学物理学期刊与CT技术相关的文章比例不降反升，说明研究者们对CT技术热衷程度持续不减。而面阵平板探测器的发展，使得锥束CT成为CT领域的研究热点，锥束CT系统是一种典型的三维成像系统，具有空间分辨率高、射线利用率高、重建速度快、系统简单等诸多优点；另一方面小动物实验是生物学、医学研究的重要手段，所以本论文将论述如何设计和开发一套基于旋转机架的小动物锥束 CT系统以帮助研究者有效地开展动物实验。
　　本论文设计和开发了一套基于旋转机架的小动物锥束CT系统。本论文提出了使用无线传输系统替代高性能滑环的低成本方案，稳定地完成工控机与服务器的数据交换，实现连续扫描；提出了一种在傅立叶域加权正弦图Y向零频能量的方法，有效抑制了锥束CT图像环形伪影；开发了一套集控制扫描部件、处理数据、图像显示等功能为一体的CT控制平台软件系统。本论文所搭建的数据采集与处理子系统、数据传输子系统、机械子系统、运动控制子系统将在自主开发的软件平台的控制下相互配合形成一个有机的整体，有序完成CT扫描、校正、重建与可视化等复杂而精密的工作。本论文所搭建的系统通过“投影-采集-步进”的扫描模式完成CT扫描，最低可提供10um的重建体素空间分辨率。本论文使用QRM公司生产的Micro-CT高空间分辨率试件对本论文所搭建的CT系统进行测试，可清晰分辨50um线对卡；对活体小动物的成像结果表明本系统实现了高分辨成像，可供小动物实验研究，在与小动物数字PET集成后将成为动物模型研究的有力工具。

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1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容及全文安排

2 CT技术基础

2.1 CT技术发展史

2.2 数学与物理基础

3 小动物锥束CT系统结构设计

3.1 系统总体设计

3.2 关键部件选型

3.3 小动物锥束CT系统组成

4 系统软件平台设计与校正算法研究

4.1 系统软件平台实现

4.2 几何参数标定

4.3 射束硬化校正

4.4 环形伪影校正

5 系统性能评估与初步应用

5.1 系统性能评估

5.2 小动物锥束CT系统应用案例

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表论文与专利