锥束光平板探测器微型CT

摘要

计算机断层成像（CT）是现代医学成像和工业无损检测的重要技术之一。尤其在医学上的应用得到了极大的发展。随着射线源和探测器技术的进步，CT成像能达到的分辨率正在飞速提高。制造工艺的进步和控制手段的多样化，以及各种新三维重建算法的提出使得小型CT得以出现。医学和生物学等诸多领域需要对较小的动物或者样品做小容积高分辨率成像分析，也需要高分辨率的成像手段以满足日益增长的研究和分析的要求。微型CT体积小，功耗低，成像分辨率高于常用CT系统，制作成本低于医用CT系统。这些优势使微型CT的研制和应用成为CT研究领域的重要部分。 本文的研究工作主要针对已经在数字X射线成像系统上搭建的原型CT系统，分析了平板探测器微型CT成像的核心技术。精确测量了X射线源和探测器的基本空间参数，并用之辅以CT旋转平台的校准。针对实用CT重建算法提出了具体的实现方法，并对CT系统做了硬化伪影的修正。最后对实物模型进行拍摄和重建，利用三维重建数据集完成三维绘制显示。完成和完善了实用微型CT设计和实现。 研究的CT系统建立在一套基于双电荷耦合器件（CCD）的光纤探针耦合数字X射线成像系统之上。该系统理想空间分辨率在10～50 lp/mm之间，随放大倍率改变。CT旋转平台内置于X射线系统箱体之内，可以在0.01 mm的精度下平移，以辅助校准旋转轴和射线源。该系统成像性能不理想。 在此CT平台系统的基础上，本文根据微型CT的设计原理，提出了高分辨率实用微型CT系统的实现方案。通过硬件和软件算法的修正补充，完成了微型CT的精确校准。对该系统的硬化效应进行了检测和算法修正。在对算法的充分理解的基础上，采用了C＋＋语言编写了实用半轨道重建程序，使之具有丰富的重建图像的功能并将硬化效应修正包含其中，方便了用户的使用。最后，采用所设计的微型CT系统对聚甲基丙烯酸甲酯材料制作的样品进行拍摄和三维重建，成像效果表明该系统能够高分辨率精确重建微小物体。