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布魯克microCT的螺旋掃描與準(zhǔn)確重建算法

更新時(shí)間:2020-07-31點(diǎn)擊次數(shù):1933

  在本期“布魯克microCT應(yīng)用專欄”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。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)器在掃描過程中繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),以環(huán)形軌跡來采集不同角度的數(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?;蛘叽箝_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發(fā)的InstaRecon®就是基于該重建算法,單次掃描大重建規(guī)??蛇_(dá)15k x 15k x 2.5k。

 

螺旋掃描與準(zhǔn)確重建

 

  在螺旋掃描過程中,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) 

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