基于多层螺旋CT扫描的安检系统研究

现今国内外机场、火车站、汽车站等需要对旅客包裹检查的场所一般都是采用基于双能量X射线技术的安检机。虽然基于双能X线技术的线扫描安检机比单能技术的线扫描安检机在检测识别性能上有所提高,但也有其自身的缺点;这种检测技术不能分辨出复杂背景中叠放的物质,不能测定物质的密度,也不能准确测定物质的原子序数[1]。众所周知,旅客包裹内装有的物体是千差万别的,而且叠放程度也不一样;不法分子正是利用现有安检设备的这些漏洞而逃过法眼,尤其是恐怖分子的恐怖活动,给人民生命财产带来很大的威胁。CT技术自从20世纪70年代问世以来,就凭借其检测与识别性能在物质探测方面取得了巨大优越性,逐渐在医疗、工业、军事、地质等行业得到了广泛的应用[2]。CT可以检测物质的密度,双能探测技术可以检测物质的有效原子序数,将CT技术与双能探测技术结合,就能够对被检测物质做出较准确的判断。因此,CT技术是检测爆炸物的一个有效手段。911后,随着恐怖袭击事件不断发生,CT技术便逐渐成为爆炸物检测领域应用的重要检测技术。目前在安全检查这个特殊的市场环境中,CT技术不仅得到了应用,而且还有了新的技术创新动力和市场驱动源泉[3]。CT技术已成为该领域发展的趋势,将在国际安全检查领域发挥重要的作用。

1　CT技术原理

CT(Computed Tomography)即计算机断层扫描成像技术,其衰减原理:X线穿过物体时被衰减的程度,按物体对X线的衰减系数μ和物体厚度D以指数函数关系发生变化,其关系式为[2]:

其中:I0为入射射线强度,I为透射射线强度。

在检测时,物体一般为不均匀物质,此时可以将物体分成厚度为△D的若干个小单元,每一个小单元的衰减系数为μn,入射射线强度为I0,透射射线强度为In,如图1所示,则有公式(2):

上述X线穿过物体的“衰减系数之和”可求出;由于各单元的衰减系数不等,且不能以平均法求出,而且密度均匀体和非均匀体衰减系数之和可能相同的几率很大。需要从一个横断面的许多视角采集数据,以便测得大量“衰减系数之和”。数据采集过程,就是在此基础上建立n元一次方程组求解,便可得到各单元体的衰减系数[4]。若一幅图像有n×m个像素,则需解n×m个n元一次方程,才能求出一个层面各单元体的衰减系数。为加快重建,一般采用“滤波反投影(FBP)”方法重建。

上述求解衰减系数的方法是众多方法中的一种,当各单元体的衰减系数均已求出,利用这些数据即可重建立体层图像。一幅较好的图像至少由几十万至上百万个单元体(像素)组成。当然,这么大数量的计算量是由计算机完成的。在医学上,由于总是涉及吸收系数不甚方便,如果检测对象由很多种不同物质组成,则计算量相当大,对计算机的性能要求也很高,于是Hounsfoield便定义了一个概念CT值[5](见公式(3))作为表达组织密度的统一单位。式中α为分度因子,是一个常数,其值等于1000。