管道内流体的锥束ct局部扫描成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种CT (Computed Tomography)扫描成像方法，特别涉及一种管道内 含夹杂流体的等价螺旋锥束CT扫描成像方法（即等价于管道内含夹杂液体静止，射线源和 探测器围绕管道进行螺旋锥束扫描）。
【背景技术】
[0002] 管道中流动液体的夹杂（球状、块状或不规则形状的固体），容易引起管道堵塞 (特别是从主管道进入分叉后细管道的夹杂），从而影响液体流速甚至引发事故。所以，管 道（特别是在役管道）中流动液体的夹杂检测，具有较大的实际意义。
[0003] 现在最常用的锥束CT图像重建算法是基于滤波反投影的roK(Feldkamp)图像重 建算法，其投影数据的滤波采用全局滤波器，不能适应局部截断投影数据。现有技术中，管 道普遍采用无损检测的方法，无损检测不需要拆装管道，方法快捷简便；但是通过管道内流 体的锥束CT局部扫描成像方法，获得的仅仅是管道内部液体（含夹杂）的等价螺旋锥束投 影数据，其投影数据在管壁处是局部截断的。在CT检测技术中，螺旋锥束扫描方式和相应 的成像方法可以解决长物体（比如管道）的检测问题，检测效率高，其重建图像轴向分辨率 好。而在工业上常有待检测物体（如管道的管壁）的厚度问题，射线透射较弱或者不能穿 透管壁的长弦部分，投影数据在管壁处局部截断，且探测器与射线源沿管道内含夹杂液体 流动方向平移受限。
[0004] 为解决投影数据截断问题，局部重建逐步发展。局部重建在医学CT中是应用比 较多的，应用其可以实现局部重建的特性，仅对病人病灶部位进行X射线照射投影，可以降 低病人的照射剂量同时提高投影重建速度。在工业方面，局部重建在无损检测方面也有应 用。局部重建算法中典型的算法有Lamda Tomography算法、Pseudolocal Tomography算 法、基于小波的多分辨率局部重建算法等。其中Lamda Tomography算法是一种严格的局 部重建算法，这个算法本身并不局限于二维或者三维领域，在数学理论上它们可以重建出 任意维数的空间信息，但是Lamda Tomography重建出的不是原物质衰减系数的分布图像， 而是衰减系数分布的边缘图像，突出了边缘，但是引入了较大的噪声。后两种算法不是完 全严格的，所需数据区域要比R〇I(Regi〇n of Interest感兴趣区域）数据区域稍大一些。 Pseudolocal Tomography算法重建出的依然不是衰减系数分布的图像，而是图像Hilbert 变换的一部分。基于小波的多分辨率局部重建算法是近年来局部重建研究的一个方向，不 同于Lamda Tomography算法和Pseudolocal Tomography算法，该算法重建出的是局部区 域的衰减系数分布，但对小波系数的选取具有很大的依赖性。
[0005] 因此，需要一种能够适用于管道内含夹杂液体检测的CT扫描成像方法，扫描过程 易于机械实现，扫描速度快，并且能得到高质量的三维重建图像。
【发明内容】
[0006] 鉴于此，本发明的目的是提供一种管道内流体的锥束CT局部扫描成像方法，该成 像方法的扫描过程易于机械实现，扫描速度快，并且能得到高质量的三维重建图像。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的，管道内流体的锥束CT局部扫描成像 方法，
[0008]S1.将射线源（4)和面阵探测器（3)安装在绕管道（1)壁的圆形轨道（5)上，扫描 时射线源和面阵探测器沿围绕管道轨道做圆周运动，同时利用液体流动，获得含夹杂液体 的等价螺旋锥束投影数据；
[0009]S2.根据投影数据重建管道内部含夹杂流体图像；
[0010] S3.显示三维重建图像及其二维切片。
[0011] 进一步，重建管道内部含夹杂流体图像的方法，具体包括以下子步骤：
[0012] S21?对投影数据进行加权；
[0013]S22.结合局部滤波器对加权后的投影数据进行一维卷积；
[0014]S23.对步骤S22的卷积结果进行三维反投影。
[0015] 进一步，经过管道内流体区域的扫描射线形成的投影数据为p(a，z，P)，则投影 数据加权后为：
【主权项】
1. 管道内流体的锥束CT局部扫描成像方法，其特征在于：
51. 将射线源（4)和面阵探测器（3)安装在绕管道（1)壁的圆形轨道（5)上，扫描时射 线源和面阵探测器沿围绕管道轨道做圆周运动，同时利用液体流动，获得含夹杂液体的等 价螺旋锥束投影数据；
52. 根据投影数据重建管道内部含夹杂流体图像；
53. 显示三维重建图像及其二维切片。
2. 根据权利要求1所述的管道内流体的锥束CT局部扫描成像方法，其特征在于：重建 管道内部含夹杂流体图像的方法，具体包括以下子步骤：
521. 对投影数据进行加权；
522. 结合局部滤波器对加权后的投影数据进行一维卷积；
523. 对步骤S22的卷积结果进行三维反投影。
3. 根据权利要求2所述的管道内流体的锥束CT局部扫描成像方法，其特征在于：经过 管道内流体区域的扫描射线形成的投影数据为P(a，z，0 )，则投影数据加权后为：
其中，z表示待检测管道在z轴上的坐标，a表示当前射线偏离中心射线的角度，0表 示射线源旋转角度且2 31Zn]in/L- 31彡0彡2 31Zmx/L+ 31，Zn]in、2_分别表示所要检测管道 Z坐标的起始值与结束值，D为射线源到管道中心轴的距离，d为探测器到管道中心轴的距 离，L为螺距。
4. 根据权利要求2所述的管道内流体的锥束CT局部扫描成像方法，其特征在于：所述 步骤S22具体为： 对变量a作一维卷积
其中卷积函数为局部滤波器
'为积分
V, 变量。anmfsinWDhsin1为反正弦函数， 为窗函数，r为函数自变量,w为管道的内径，exp为以自然对数e为底的指数函数。
5. 根据权利要求2所述的管道内流体的锥束CT局部扫描成像方法，其特征在于：所述 步骤S23具体为： 卷积后的锥形束投影p" (a，z，0)在射线源旋转角度0范围中反投影到重建点 (X，y,z)，其中 3 的范围为[r(Z)- 31，r(z) + 31 ]，r(Z) = 2 31z/L; 表达形式如下所示：
其中：Y是点（〇,〇，z)到当前重建点的距离，小是点（〇,〇，z)到当前重建点的射线偏 离X轴正方向的角度，K表示将重建点（x，y，z)和射线源位置r(e)投影到x〇y平面时， 它们各自与投影点之间的距离。
【专利摘要】本发明公开了一种管道内流体的锥束CT(Computed Tomography)局部扫描成像方法，涉及到一种在役管道的无损检测技术。本发明在扫描前将射线源和面阵探测器安装在绕管壁的圆形轨道上，扫描时射线源和面阵探测器沿围绕管道的轨道做圆周运动，同时利用液体流动，获得含夹杂液体的等价螺旋锥束投影数据，然后通过将螺旋锥束FDK(Feldkamp)图像重建算法和局部滤波器相结合，得到待检测管道中流动液体夹杂的三维图像。这种扫描方式的机械运动实现简单易行，容易适应管道在役检测的现场条件，管道内含夹杂液体的局部重建图像质量好，分辨率较高。
【IPC分类】G01N21-89
【公开号】CN104614376
【申请号】CN201510071697
【发明人】曾理, 张伶俐
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月11日