基于碳纳米管X光源的静态CT成像关键技术研究

Carbon nanotube (CNT) X-ray source based stationary CT is a state-of-art research in the area of X-ray imaging science and technology. The stationary CT employing with multiple arrays of CNT based X-ray sources, can scan the object by use of electronic control of sources exposure instead of mechanical rotation of X-ray sources. It is important to optimize the design of multiple arrays of X-ray sources to reduce the dose, improve the imaging quality and decrease CT system costs. By using computerized simulation, combined with model based iterative reconstruction technologies，the influence of X-ray source arrays distribution on imaging quality will be research deeply, including distribution parameters as follows: shape, sparsity and angle coverage, and finally to find a optimized setup. The research will benefit design of stationary CT based on carbon nanotube X-ray sources.

基于碳纳米管X光源阵列的静态CT是目前X射线CT领域的研究前沿，该新型CT通过控制分布式X光源阵列来实现静态X射线扫描。相比传统单源CT而言，静态CT系统中的X光源阵列具有分布形状灵活，分布密集度有限，分布覆盖角度有限等特性。如何进行静态CT系统X光源--探测器阵列分布形状、疏密性和角度范围的优化设计，从而降低CT的剂量、提高CT成像质量和节省CT系统成本，具有重要的意义。针对静态CT中投影数据的缺失，本项目拟结合基于模型的迭代重建技术，系统地研究X光源阵列分布的形状、疏密性和角度覆盖范围对成像质量的影响。本项目的实施将会对静态CT系统的X光源阵列的设计提供定性和定量的参考依据。

基于碳纳米管X光源阵列的静态CT是目前CT领域的研究前沿。该新型CT通过控制分布式X光源阵列来实现静态X射线扫描。相比传统单源CT而言，静态CT系统高时间和空间分辨率，低辐射剂量的优势，具有广泛的临床应用前景。本研究首先自主研发设计了高性能的碳纳米X射线源阵列及其驱动控制系统。在此基础上，开发了一套静态CT扫描原型系统，通过静态扫描方式获取了首幅三维断层图像。.在碳纳米X射线源阵列方面，优化了碳纳米管的性质和阴极的制备工艺，获得了高电流密度和良好稳定性的碳纳米管阴极；优化了碳纳米X阵列结构，并设计了基于FPGA的高时间分辨的脉冲驱动电路以及基于IGBT的多路时序控制电路。在静态CT影像链方面，开发了基于VC++开发高压电源及探测器上位机控制程序，利用OPENCV实现探测器采集图像过程中的实时显示；提出一种简单、快速的静态CT系统几何参数校正方法，可同时提取成像系统的10个重要几何参数；设计了一套静态扫描机架系统。模体成像实验表明，系统的图像空间分辨率达到5lp/mm。.通过本项目的执行，掌握了碳纳米管阴极、碳纳米X射线源阵列的关键工艺参数与性能测试方法，以及静态CT系统中机械、电子、光学、软件各子系统的设计要点及整机联调技术，为下一步开展相关关键技术的深入研究奠定了重要的基础。