在之前的文章中,我们分享了CT技术中空间分辨率的概念,并介绍了射线源焦点尺寸和探测器像素分辨能力的检测方法。当我们检测完一台CT设备的这两个参数后,该如何计算这台设备的(最小)空间分辨率呢?
一.体素的概念
在计算前,我们首先要了解一个概念——体素。在二维图像中,我们知道“像素”的概念,可以简单理解为一个像素就是一个颜色的小方块。而在CT技术中,由于是三维成像,因此诞生了“体素”的概念,一个体素可以理解为构成物体三维图像中的一个最小单位体积的正方体颗粒。

二.Effective Beam Width

BW越小,意味着射线束的聚焦能力越强,构成的投影成像边缘几何不清晰度越低,空间分辨率则越高。反之,BW越大,则图像的空间分辨率越低。

放大比“M”的增大,分辨率v会先降低后增高(数值就是先小幅增长,后大幅降低);
当“M”趋近于无穷大时,分辨率趋近于(0.5a);
而当“M”趋近于1时,分辨率则趋近于(0.5d);
射线源焦点尺寸(a):焦点尺寸越小,射线束在焦点处会聚得越紧密,因此形成的BW也就越小。反之,焦点尺寸越大,BW也就越大。
探测器孔径,也就是像元尺寸(d):探测器孔径是指探测器接收射线束的开口大小,探测器孔径的大小会限制射线束的通过范围,从而影响BW。
射线源到探测器的距离(SDD)和射线源到被检测物体的距离(SOD)的比值;也就是系统的几何放大倍率(M)。它也同样会影响BW。而且在保持其他条件不变的情况下,M值增大会对BW的影响变化也迅速增大。
1.几何放大倍率M
在CT成像中,几何放大倍率(M)是一个至关重要的参数,它决定了射线束在物体上的投影大小,进而影响图像的放大效果。选择合适的几何放大倍率,对于确保CT设备能够检测到最小的体素至关重要。

几何放大倍率的计算公式如下

需要注意的是,在实际使用中,我们不可能让样件无限靠近甚至紧贴射线源,需要预留出足够的回转空间,以避免样件在扫描旋转过程中与探测器发生碰撞。因此,采用公式直接计算得出的是一个理想状态的几何放大倍率。
2.探测器像素尺寸d

受探测器尺寸的限制,当几何放大倍率越高,所拍摄的物体视野范围也就越小。以常见的427mm×427mm的数字平板探测器为例,如果要达到小于1μm的分辨率,意味着系统的几何放大倍率要接近150倍,那么探测器最大能扫描的视野范围也就只有2~3mm大小。

而对于较大样件,由于形状和尺寸方面的原因,在回转半径方面受到了很大的限制,所以大尺寸零部件要追求较大的放大倍数和极高的体素分辨率是极不现实的问题。



