科普|了解X射线计算机层析（CL）成像

发布时间：2022-10-19 17:24 原文链接：科普|了解X射线计算机层析（CL）成像

为什么叫层析成像?

目前比较被大众熟知的Computed Tomography(CT)通常被翻译为计算机断层成像。最早的实验室CT扫描机由英国Godfrey Hounsfield于1967年建成，第一台可供临床应用的CT设备于1971年安装在医院。CT自发明以来，经历了多代发展，这里就不再赘述。

简单理解，CT就是求解一个线性方程组，最终得到的结果就是CT图像。CT扫描就是构造方程组的过程，每一条被探测器接收的射线就代表了一个方程。对二维断层成像而言，要想得到好的求解结果，需要平面内任意方向的射线。这也是要求射线源-探测器组合相对于成像目标旋转360度的原因(出于严谨考虑，这里声明不考虑短扫描等情形)。

层析成像技术，早在1921年就已经出现。这个时期的层析成像可以称之为传统层析成像。由于信息交流的不便，多个国家的研究者分别独立提出了层析成像的方法，并且给予了不同的命名。目前流传下来比较被大家接受的是Tomosynthesis和Laminography。现在用于乳腺癌筛查的钼靶成像(只是用了钼靶射线源而已)，严格讲应该叫作乳腺层析成像(Digital Breast Tomosynthesis，简称为DBT)。而工业上比较习惯于用Laminography，我们延续了这种用法。在进行中文翻译的时候为了跟计算机断层成像区分，我们将Tomosynthesis和Laminography都翻译为层析成像。CL全称即Computed Laminography。

传统层析成像

CL与CT到底有什么区别?在前面我们已经提到CT成像一般需要射线绕物体一周。而在有些时候这是无法实现的。比如，现场条件受限或者物体在某些角度太长，射线无法穿透。比如大尺寸的板状物体。

如果客户扛着一块接近一米长的大板来找你检查里面的电路结构，而你只有CT设备。你只能对他提出一个充满灵魂拷问的问题，切还是不切?检查完，客户面对满目疮痍的大板，留下了悔恨的泪水。

如果非得用一个简单粗暴的标准区分CT和CL：画一条过物体的线，如果射线源和探测器的运动轨迹不跨越这条线，就可以认为这是CL。

可以通过下图了解传统层析成像的原理。通过采集不同角度的投影数据(那时还只有胶片)，将胶片简单叠加在一起，其中一层的数据会被增强(这一层称为焦平面)。下图中Plane 2的数据(以圆形代表其细节)就被增强了。传统层析成像，每次只能增强一个焦平面内的结构，而其它层的图像仍然是模糊的。

现代层析成像

我们所说的层析成像一般都是指现代层析成像。这里的现代是相对于上面的传统而言的。现代层析成像是指采用了数字探测器和图像重建算法的层析成像。其成像结果中每一层都得到增强。虽然与CT相比，由于其数据缺失，会造成层间混叠(后面我们会着重介绍)。但在很多应用场景，这是能得到的最好的结果(PS.人生又何尝不是如此)。

下图是几种常见的层析成像结构。如果将有限角CT也称作CL的话，可以认为是第5种结构。这里我们对各种成像结构的成像能力进行简单的分析。(I)结构简单，但数据缺失过于严重(扫描的角度等于射线的张角);(II)仅能扫描中心区域;(III)(IV)相似，可以扫描任意区域，但在探测器的运动细节上有差异。其机械实现和数据处理上的差异过于专业，我们在这里就不再展开讨论。