布魯克microCT的螺旋掃描與準確重建算法

  在本期“布魯克microCT應用專(zhuan) 欄”中，我們(men) 主要介紹掃描軌跡和重建算法的相關(guan) 內(nei) 容。當前CT掃描軌跡主要有兩(liang) 種：環形與(yu) 螺旋，他們(men) 之間的差異顯而易見。本期內(nei) 容你會(hui) 看到采用不同的掃描軌跡和重建算法對終結果的影響。

  為(wei) 了獲得斷層重建數據，物體(ti) 或者光源-探測器的移動方式可以是多樣的。簡單的方式就是，物體(ti) 或光源– 探測器在掃描過程中繞旋轉軸旋轉，以環形軌跡來采集不同角度的數據。而複雜的掃描方式則是旋轉或平移同時或順序進行，以獲得非環形軌跡。特定的掃描軌跡配合相應的特定重構算法，我們(men) 就可以顯著改善重構結果的精度，避免環形掃描中的各種偽(wei) 影。布魯克SkyScan係列產(chan) 品中既有環形掃描方案也有非環形掃描（螺旋）掃描方案。

環形軌跡

  在大多數情況下，環形掃描是各類型CT常用的方式，特點是快速、簡單，近似重構。如果x射線錐束沿著旋轉軸的開角相對較小，那麽(me) 重建結果就會(hui) 非常接近被掃描物體(ti) 的內(nei) 部結構。在某些情況下，如需要掃描一個(ge) 長樣品，探測器視野不夠大。或者大開角掃描時，重構結果與(yu) 樣品真實結構可能會(hui) 存在差異。

濾波反投影算法，Feldkamp算法

  Feldkamp，Davis和Kress在1984年提出的濾波反投影算法，簡稱FDK算法，是錐束CT中常用重建方法。目前大多數CPU加速或GPU加速算法都是基於(yu) 該算法進行的。

分層重建算法

  除了硬件加速（通過使用圖形卡或集群）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。通過將重建體(ti) 積分成小區域，這樣需要少量投影數據，加*果非常顯著。尤其是對於(yu) 大數據集（2K x 2k x 2k以上），效果更佳明顯。布魯克與(yu) 合作夥(huo) 伴共同開發的InstaRecon®就是基於(yu) 該重建算法，單次掃描大重建規模可達15k x 15k x 2.5k。

螺旋掃描與(yu) 準確重建

  在螺旋掃描過程中，樣品繞旋轉軸旋轉的同時沿著旋轉軸平移。與(yu) 環形掃描不同，它符合Tuy的數據充分條件。這意味著，在許多情況下可以消除某些重建假象，例如在大錐角時垂直於(yu) 旋轉軸的樣品兩(liang) 端的模糊（如圖像中所示的電池）和長物體(ti) 完整掃描無需拚接。同時，隻有采用相應的準確重建算法才能發揮出螺旋掃描的優(you) 勢，否則會(hui) 適得其反。

 ▲9V電池的掃描結果，左側(ce) 為(wei) 環形掃描，FDK重建算法的縱向切片圖像。右側(ce) 為(wei) 螺旋掃描，準確重建算法的縱向切片圖像

▲長樣品的多次分段掃掃描（環形掃描）