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(zhuān)欄”中，我們主要介紹掃描軌跡和重建算法的相關(guān)內容。當前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)。本期內容你會(huì )看到采用不同的掃描軌跡和重建算法對終結果的影響。

 

 

  為了獲得斷層重建數據，物體或者光源-探測器的移動(dòng)方式可以是多樣的。簡(jiǎn)單的方式就是，物體或光源– 探測器在掃描過(guò)程中繞旋轉軸旋轉，以環(huán)形軌跡來(lái)采集不同角度的數據。而復雜的掃描方式則是旋轉或平移同時(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的特定重構算法，我們就可以顯著(zhù)改善重構結果的精度，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。如果x射線(xiàn)錐束沿著(zhù)旋轉軸的開(kāi)角相對較小，那么重建結果就會(huì )非常接近被掃描物體的內部結構。在某些情況下，如需要掃描一個(gè)長(cháng)樣品，探測器視野不夠大?；蛘叽箝_(kāi)角掃描時(shí)，重構結果與樣品真實(shí)結構可能會(huì )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(jiǎn)稱(chēng)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?？焖俚姆謱臃赐队八惴ㄕ侨绱?。通過(guò)將重建體積分成小區域，這樣需要少量投影數據，加*果非常顯著(zhù)。尤其是對于大數據集（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?？蛇_15k x 15k x 2.5k。

 

螺旋掃描與準確重建

 

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

 

 ▲9V電池的掃描結果，左側為環(huán)形掃描，FDK重建算法的縱向切片圖像。右側為螺旋掃描，準確重建算法的縱向切片圖像

 

▲長(cháng)樣品的多次分段掃掃描（環(huán)形掃描）