15、锥形束螺旋计算机断层扫描技术解析

锥形束螺旋计算机断层扫描技术解析

1. 引言

在医学成像领域，计算机断层扫描（CT）技术不断发展，从多切片计算机断层扫描（MSCT）到锥形束螺旋计算机断层扫描（CBCT），为疾病诊断和治疗提供了更精确的图像信息。本文将详细介绍CBCT的相关技术，包括其优势、重建算法以及扫描系统的几何结构。

2. 锥形束螺旋CT的优势

传统MSCT螺旋扫描仪设计中假设组成锥形辐射束的各个扇形束是平行的，这一假设限制了探测器阵列行数的增加。而CBCT的出现打破了这一传统思维，带来了诸多优势：
- 扫描速度提升 ：探测器阵列宽度显著增加，使得扫描速度大幅提高，能够对生理运动器官（如心脏）进行扫描。
- 扫描分辨率提高 ：探测器行之间距离小，显著提高了沿z轴的扫描分辨率。
- 扫描效率改善 ：新的投影几何结构增加了X射线的有效立体角，提高了扫描仪从辐射能量中获取信息的效率，减少了管内能量损失，允许增加管电流，从而降低了重建图像中的噪声水平。

3. 重建算法的发展

由于探测器阵列宽度增加，不再满足平行扇形束假设，因此需要开发专门针对锥形辐射束系统的重建算法。

3.1 精确重建算法

理论研究表明，可以使用二维探测器阵列记录的三维投影来重建图像。精确重建辐射衰减系数的充分条件是在包含该点的每个平面中至少存在一个锥形辐射源。基于此，发展了一系列精确重建算法，如：
- 基于Smith理论的精确锥形束重建算法
- Grangeat方法
- Tuy开发的方