在本期“布魯克microCT應(yīng)用專(zhuān)欄”中，我們主要介紹掃描軌跡和重建算法的相關(guān)內(nèi)容。當(dāng)前CT掃描軌跡主要有兩種：環(huán)形與螺旋，他們之間的差異顯而易見(jiàn)。本期內(nèi)容你會(huì)看到采用不同的掃描軌跡和重建算法對(duì)終結(jié)果的影響。

  為了獲得斷層重建數(shù)據(jù)，物體或者光源-探測(cè)器的移動(dòng)方式可以是多樣的。簡(jiǎn)單的方式就是，物體或光源– 探測(cè)器在掃描過(guò)程中繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，以環(huán)形軌跡來(lái)采集不同角度的數(shù)據(jù)。而復(fù)雜的掃描方式則是旋轉(zhuǎn)或平移同時(shí)或順序進(jìn)行，以獲得非環(huán)形軌跡。特定的掃描軌跡配合相應(yīng)的特定重構(gòu)算法，我們就可以顯著改善重構(gòu)結(jié)果的精度，避免環(huán)形掃描中的各種偽影。布魯克SkyScan系列產(chǎn)品中既有環(huán)形掃描方案也有非環(huán)形掃描（螺旋）掃描方案。

環(huán)形軌跡

  在大多數(shù)情況下，環(huán)形掃描是各類(lèi)型CT常用的方式，特點(diǎn)是快速、簡(jiǎn)單，近似重構(gòu)。如果x射線錐束沿著旋轉(zhuǎn)軸的開(kāi)角相對(duì)較小，那么重建結(jié)果就會(huì)非常接近被掃描物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在某些情況下，如需要掃描一個(gè)長(zhǎng)樣品，探測(cè)器視野不夠大。或者大開(kāi)角掃描時(shí)，重構(gòu)結(jié)果與樣品真實(shí)結(jié)構(gòu)可能會(huì)存在差異。

濾波反投影算法，F(xiàn)eldkamp算法

  Feldkamp，Davis和Kress在1984年提出的濾波反投影算法，簡(jiǎn)稱(chēng)FDK算法，是錐束CT中常用重建方法。目前大多數(shù)CPU加速或GPU加速算法都是基于該算法進(jìn)行的。

分層重建算法

  除了硬件加速（通過(guò)使用圖形卡或集群）外，另一種選擇是使用更高效的算法。快速的分層反投影算法正是如此。通過(guò)將重建體積分成小區(qū)域，這樣需要少量投影數(shù)據(jù)，加*果非常顯著。尤其是對(duì)于大數(shù)據(jù)集（2K x 2k x 2k以上），效果更佳明顯。布魯克與合作伙伴共同開(kāi)發(fā)的InstaRecon®就是基于該重建算法，單次掃描大重建規(guī)模可達(dá)15k x 15k x 2.5k。

螺旋掃描與準(zhǔn)確重建

  在螺旋掃描過(guò)程中，樣品繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿著旋轉(zhuǎn)軸平移。與環(huán)形掃描不同，它符合Tuy的數(shù)據(jù)充分條件。這意味著，在許多情況下可以消除某些重建假象，例如在大錐角時(shí)垂直于旋轉(zhuǎn)軸的樣品兩端的模糊（如圖像中所示的電池）和長(zhǎng)物體完整掃描無(wú)需拼接。同時(shí)，只有采用相應(yīng)的準(zhǔn)確重建算法才能發(fā)揮出螺旋掃描的優(yōu)勢(shì)，否則會(huì)適得其反。

 ▲9V電池的掃描結(jié)果，左側(cè)為環(huán)形掃描，F(xiàn)DK重建算法的縱向切片圖像。右側(cè)為螺旋掃描，準(zhǔn)確重建算法的縱向切片圖像

▲長(zhǎng)樣品的多次分段掃掃描（環(huán)形掃描）