CT的全稱是Computed Tomography，即計算機斷層掃描，通過X射線源、樣品和探測器三者之間的相對運動，采集一系列不同角度的樣品透視投影圖（通常叫DR，Digital Radiography），再通過三維重建算法可獲得樣品內(nèi)部的一系列虛擬切片圖，完成三維結(jié)構(gòu)重建。CT技術(shù)的核心是由投影數(shù)據(jù)重建圖像的理論，其實質(zhì)是由掃描所得的投影數(shù)據(jù)（DR）反求出成像平面上每個點對X射線的衰減系數(shù)值。

      按掃描獲取數(shù)據(jù)方式的不同，CT技術(shù)已發(fā)展經(jīng)歷了五個階段（即五代CT掃描方式）

      第一代CT，使用單源（一條射線）單探測器系統(tǒng)，系統(tǒng)相對于被檢物作平行步進式移動掃描以獲得N個投影值，被檢物則按M個分度作旋轉(zhuǎn)運動。這種掃描方式被檢物僅需轉(zhuǎn)動180°即可。第一代CT機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、圖像清晰，但檢測效率低，在工業(yè)CT中則很少采用。

第二代CT，是在第一代CT基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。使用單源小角度扇形射線束多探頭。射線扇形束角小、探測器數(shù)目少，因此扇束不能全包容被檢物斷層，其掃描運動除被檢物需作M個分度旋轉(zhuǎn)外，射線扇束與探測器陣列架一道相對于被檢物還需作平移運動，直至全部覆蓋被檢物，求得所需的成像數(shù)據(jù)為止。

第三代CT，它是單射線源，具有大扇角、寬扇束、全包容被檢斷面的掃描方式。對應(yīng)寬扇束有N個探測器，保證一次分度取得N個投影計數(shù)，被檢物僅作M個分度旋轉(zhuǎn)運動。因此，第三代CT運動單一、好控制、效率高，理論上被檢物只需旋轉(zhuǎn)一周即可檢測一個斷面。

第四代CT，也是一種大扇角全包容，只有旋轉(zhuǎn)運動的掃描方式，但它有相當(dāng)多的探測器形成固定圓環(huán)，僅由輻射源轉(zhuǎn)動實現(xiàn)掃描。其特點是掃描速度快、成本高。

如下所示是4種CT掃描模式的示意圖。

來自https://doi.org/10.1007/s40134-012-0005-5

第五代CT，是一種多源多探測器，用于實時檢測與生產(chǎn)控制系統(tǒng)。源與探測器按120°分布，工件與源到探測器間不作相對轉(zhuǎn)動，這種CT技術(shù)難度大，成本高但較其他幾種CT效率有顯著提高。

上述五種CT掃描方式，在工業(yè)CT中用得最普遍的是第二代與第三代掃描，其中尤以第三代掃描方式用得最多。這是因為它運動單一，易于控制，適合于被檢物回轉(zhuǎn)直徑不太大的中小型產(chǎn)品的檢測，且具有成本低，檢測效率高等優(yōu)點。

如何形象地理解CT重建算法的原理？

一、通過代數(shù)形式解釋

假設(shè)有如下圖所示的2×2的二維平面方格，每個方格中有一個未知的自然數(shù)，我們要根據(jù)不同方向投影相加的數(shù)值，反求出4個未知數(shù)A、B、C、D。

首先我們獲得了0度和90度2個方向的投影信息，建立方程組，求解后發(fā)現(xiàn)未知數(shù)有4種可能的解。

很顯然，上述結(jié)果與事實偏離太多，這提醒我們僅有0度和90度兩個方向的投影數(shù)據(jù)太少了，我們再增加45度的投影數(shù)據(jù)（如下圖所示）。此時，就能得到唯一的解。

上述過程是簡單的2×2的二維平面網(wǎng)格，以此類推，如下圖所示，實際的CT重建是對數(shù)據(jù)量巨大的三維立體網(wǎng)格進行反求的過程。

二、通過幾何形式解釋

在不同角度采集投影圖的過程

反投影法重建過程示意圖