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  • 2019-12-27

    工业CT的扫描模式和重建

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           大部分工业CT系统的结构原理都大同小异,但是实际的系统看上去却差别根大,从表面上看,被测工件大小形状不同,或者检测过程工件的姿态是卧式或是立式,也会造成外形的很大区别。但是从内在因素考虑,系统结构设计中的核心还是为了满足获取数据的扫描方式的需求。为此需要对获取数据的扫描方式有进一步的了解。

           用原始扫描模式采集数据是十分费时的。对于医学应用来说,就算能够维持病人身体不动,也无法控制人体内的脏器保持静止。例如,正常人每分钟要呼吸20次左右,屏气时间一般不宜超过1分钟,心脏的运动还要更快一些,而且不可能停止,因此医用CT从问世开始,早期的发展过程基本上围绕一条提高扫描速度的主线,其方法不外乎设计不同的运动轨迹、适当增加探测器数量或改变它们的布置方式等,根据这些纳构的变化,逐渐形成了CT扫描模式中代-的概念,至今仍然有人使用仅仅是为了简便地表示系统结构上的特点。但更加值得推荐的分类方法可以分为:平移一旋转(TR)扫描方式、只旋转(R0)扫描方式和螺旋扫描方式三大类,按照图像重建算法,可以分为平行束重建,扇形束重建和锥形束重三大类。

           工业CT目前最常用的是TR型RO两种扫描方式(即传统说法的二代和三代扫描模式)。近年来,螺旋扫描方式在工业CT中的应用也在不断增加。其中,TR扫描方式(二代)对应了平行束图像重建算法,而RO扫描方式(三代)对应了扇形束重建算法。螺旋扫捕方式及锥形束玳建算法相对比较复杂,属于更加专门的问题,

           历史上将RO扫描模式称为第三代扫描模式,投影数据矩阵和CT图像矩阵的元素,两者应当大小相同、十分明显,为得到比较精细的重建图像,RO扫描模式要求采用足够多的探测单元,同时采用报小的旋转步长。扫描过程中,射线源与探测器阵列之间的几何位置不变,它们形成的扇形CT系统的。

          TR扫描模式的CT图像重建用的是平行束算法,而RO扫描模式的属于扇形柬算法。它们的正弦图也很不同。上述两种扫描模式,都可以归结为步进二采集模式,是二种单次扫描方式。其检测过程由数据获取周期与非数据获取周期交替组成。也就是在完成重建一个CT断层图像所需完全的数据获取以后,要将工件移动到获取下二个断层图像的位置,在移动到下二个位置的过程中不进行数据采集。这种单次扫描模式除了影响总体检测速度以外,由于设备的不断启停,还会带来运动引起的图像模糊。这样从20世纪90年代初期开始出现螺旋扫描模式的CT,也就是病人以恒定速度平移,同时X射线机与探测器连续不断地做旋转扫描。这样就去掉了非数据获取周期,节省了扫描时间。螺旋扫描模式把而向切片的成像方式带入了面向器官的成像方式,引起了CT技术的系列新的变化,是CT发展过程中一个划时代的标志。

          近年来螺旋扫描模式也开始被应用到工业CT领域。需要指出的一个特点是,在步进一采集模式中,图像重建平面与获取投影数据的平面完全一致,而在螺旋扫描模式中已经没有这样的“完全一致”。这就要求有一套与之相适应的全新图像重建算法。所以针对工业CT重建算法的发展也是如火如荼,在工业CT的发展过程中,专门针对工业CT螺旋扫描的研究也得到了快速发展,工业CT从医疗CT独立出来后走上了属于自己的发展方向,在智能制造快速发展的今天,工业CT扫描,无损检测,失效分析必将迎来更大的发展。

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