15、锥形束螺旋计算机断层扫描技术深度解析

锥形束螺旋计算机断层扫描技术深度解析

1. 引言

在医学影像领域，计算机断层扫描（CT）技术不断发展，从多切片 CT（MSCT）到锥形束螺旋 CT（CBCT），每一次的进步都为疾病的诊断和治疗带来了更多的可能。本文将深入探讨 CBCT 的相关技术，包括其优势、重建算法以及具体的实现方法。

2. 锥形束 CT 的优势

传统的 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。而锥形束 CT 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，使得扫描速率大幅提高，能够对生理上处于运动状态的器官，如心脏，进行有效扫描。
- 扫描分辨率提高 ：探测器行之间的距离较小，从而显著提高了沿 z 轴的扫描分辨率。
- 扫描效率提升 ：新的投影几何形状增加了 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，进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的增加以及不再假设扇形束平行，需要为锥形辐射束系统开发专门的重建算法。理论研究表明，使用二维探测器阵列记录的三维投影来重建图像是可行的。精确重建三维空间中某一点的辐射衰减系数的充分条件是，包含该点的每个平面中至少存在一个锥形辐射源。基于此，发展出了一系列重建算法：
- 精确锥形束重建算法 ：
- 基于 Smith 理论