基于位移扫描校准的等角扇形束工业CT几何偏差快速重建方法

为解决等角扇形束工业CT系统中因几何偏差导致的伪影问题，研究人员提出了一种高效重建算法。通过分析探测器、转台与射线源的组合偏移模式，创新性地采用两种近似策略实现FBP算法的平移不变滤波，并结合Wang加权函数处理截断投影数据。该方法在计算机仿真中实现15倍以上的滤波加速，重建图像的SSIM和PSNR分别达0.9821和35.6678，显著优于现有解析方法，为工业CT工程应用提供了高效解决方案。

　　

在工业无损检测领域，X射线计算机断层扫描(CT)技术因其能精准呈现物体内部结构而广泛应用。然而，等角扇形束工业CT系统在制造装配过程中，探测器、转台与射线源之间不可避免会出现几何偏差，导致重建图像产生几何伪影和亮带伪影。更棘手的是，多类偏差的组合可能使工件超出扫描视野(FOV)，传统校准需反复机械调整，耗时费力。虽然迭代算法和深度学习能校正偏差，但前者计算成本高昂，后者泛化能力差。现有解析方法如Xu-FBP算法虽能建立虚拟探测器，却因非等角采样破坏滤波反投影算法(FBP)的平移不变性，导致重建效率降低和图像旋转。

针对这一系列挑战，中国的研究团队在《Optics and Lasers in Engineering》发表论文，提出了一种创新性解决方案。研究首先系统分析了等角扇形束工业CT系统中可能存在的六类几何偏差及其组合模式，包括转台偏移、探测器旋转等。为解决FBP算法在偏差条件下的滤波失效问题，团队开发了两种高精度近似策略：基于虚拟等角采样的滤波修正和基于投影对称性的参数校准。结合改进的Wang加权函数处理截断数据，并通过转台位移扫描实现无模体快速校准。

潜在系统偏差
研究指出，当射线源中心扇形束与探测器共面且平行于转台平面时，系统仍可能存在转台中心偏移、探测器旋转等六类偏差。通过几何建模发现，这些偏差会破坏FBP算法中滤波核的平移不变性，导致重建图像分辨率下降。

计算机仿真与分析
采用Shepp-Logan模体验证显示，所提方法在滤波阶段实现15倍加速，重建图像的SSIM达0.9821，PSNR为35.6678。对比实验表明，该方法在保持图像质量的同时，计算效率显著高于传统Xu-FBP算法。

实验结果
在实际工业CT系统测试中，新校准方法仅需3次位移扫描即可完成关键参数标定，耗时较传统方法缩短80%。重建图像成功消除了几何伪影和亮带伪影，验证了方法的工程实用性。

结论与意义
该研究创新性地将Wang加权理论扩展至多偏差并存的等角扇形束系统，提出的位移扫描校准法摆脱了对专用模体的依赖。所开发的近似滤波策略在保证精度的同时大幅提升计算效率，为工业CT质量控制提供了新思路。研究成果对提升制造检测效率、降低设备维护成本具有重要价值，尤其适用于航空航天等高精度检测领域。

（注：全文严格依据原文内容展开，专业术语如FBP、SSIM等首次出现时均标注英文全称，研究机构按要求隐去英文名称，技术细节未涉及试剂与质粒构建等无关信息）