CBCT重建保姆级入门（一）

笔者最近在做医学影像的三维重建工作，在nerf，GAN等重建方法上小有见解，但对一些原理估摸不清，现回顾一篇经典会议论文，叫做Technical aspects of dental CBCT: state of the art（可自行去 Google scholar搜索），读完酣畅淋漓。于是准备翻译并加上自己的理解，当然有些内容是直接取自机器翻译，此部分是为了做一些联想，可以忽略不读。——写在前面

硬件方面，仅作了解：电流加热阴极的灯丝，通过热离子效应导致电子的释放，这些电子因为电位差被加速到阳极，通过电子和阳极的碰撞，产生x射线

 

从x光线发射管发射的光束是多能的，由能量沿连续光谱变化的光子组成。诊断性的x射线光谱有一个连续的形状，有几个尖锐的特征峰。

x射线束中的大部分光子是一种叫做制动辐射（Bremsstrahlung）的效应的结果,当从阴极释放并加速向阳极移动的电子与阳极材料发生相互作用是，这种效应就会在x射线管中产生，该材料在一定程度上减缓了电子的速度，根据能量守恒定律，电子动能的损失部分被x射线光子的释放所补偿。Bremsstrahlung光谱通过内部（固有）和外部（添加）过滤进行衰减。在离开X射线管之前，X射线光子将与管壳相互作用，在此期间，主要是低能量的光子被吸收。金属片形式的额外过滤被添加，以确保大多数低能量光子不离开管子，因为这些光子有很大的可能性在病人体内被吸收（即它们对病人的辐射剂量有贡献，但对放射图像没有贡献），CBCT通常使用铝或铜过滤。除了减少入口曝光外，高度过滤的x光线受光束硬化的影响较小。

 

X射线光谱中出现的离散峰是特征X射线的结果，当电子束与阳极原子的相互作用导致一个内壳中的电子被射出时，就会发生这种现象。空出的位置由一个外壳的电子填补，导致释放出能量与壳的能量状态之间的差异相对应的光子。因此，这些光子具有特定的能量量子，是阳极材料的特征。

cbct的仪器

扫描仪之间的源-物距离（SOD）和物-探测器距离（ODD）有很大的不同。与焦点尺寸一起，SOD和ODD是决定投影图像清晰度的重要因素。距离因素可能带来图像边缘的不清晰度，较大的SOD可以导致更清晰的图像，因为减少了焦斑的模糊，较大的SOD会有更高的几何放大率，因此在焦点模糊和几何放大率之间需要有一个权衡。此外，较短的ODD（以及较大的SOD）允许使用较小的探测器区域。另一方面，较短的ODD增加了到达探测器的散射辐射的比例。在实践中，ODD通常尽可能地短，以减少焦斑的模糊，增加FOV。

 

经典ct重建的图像采集

 

x射线管和探测管同时围绕旋转轴移动

虽然每种cbct设备的基本采集原理是相同的，但在比较采集方法和参数时，重要的差异是显而易见的。首先可以区分的是脉冲式和连续式曝光，脉冲和连续曝光都容易受到探测器滞后的影响，但脉冲更可能表现出更好的空间分布率，因为运动效应减少。其次是旋转角度，大多数cbct扫描仪都是360°获得投影，但是由于机械障碍，全旋转是无法做到的，所以会采取半旋转，此时可以重建出完整的FOV.但是由于头颈部对辐射敏感分布的器官分布不均匀，如骨组织的体积自我衰减和软组织的难以显影。就图像质量而言，部分旋转往往会降低整体图像质量，根据毫安的不同，180°旋转方案比360°方案会导致噪音的轻微或更明显的增加，与较短的扫描相关的采样减少也会导致较短的扫描的图像质量下降（即使总的扫描毫安数是相同的），明显的是与较少的投影数相关的视图混叠效应略有增加。视图混叠效应往往是次要的，而短扫描与360°扫描的全面特征，以及起始角度对图像质量的影响（或没有影响）还没有得到全面评估。

在（a）360°旋转，70毫安和（b）180°旋转，36毫安的情况下，下颌骨的CBCT扫描显示几乎没有可感知的差异。在较低的毫安水平下，差异会更明显。

Chinese-English Dictionary

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