宽体探测器设计是提高 z轴方向检测效率最直接的方式，一次旋转可以完成更大的扫描范围，获得同一时刻图像。从临床角度看，16cm宽体探测器是CT非常重要的发展方向。具备16cm宽体探测器的CT通过一次旋转即可完成对单器官（心脏、大脑、腹部等）的成像，例如可以完成单心动周期内的一站式心脏成像、全心灌注、全脑灌注、腹部单器官灌注、更快速的胸痛三联成像、更低剂量的儿科成像等；还可以用轴位扫描完成临床上大多数容积成像，不仅去除了螺旋伪影，而且用更低的辐射剂量和对比剂用量得到更高清的图像。

但是，从物理角度来看，16cm宽体探测器CT系统往往面临图像质量方面的挑战。例如，这一覆盖宽度需要一个大的X射线锥角（图2-1），约为常规64排的4倍，而采用大锥角的X射线则会带来与X射线物理特性相关的如下挑战，①散射线效应增加：会有更多的散射光子到达探测器，产生伪影；②X射线频谱变化：X射线的足跟效应会导致X射线频谱在 z轴方向发生更大的变化，这会产生CT值的不一致性；③锥形束伪影：宽体探测器CT的X射线束发散角大，数据采集中出现 z轴信号盲区等锥形束现象，这会产生一系列锥形束伪影。上述三大问题均会显著影响CT的成像质量，导致在重建图像时出现伪影以及CT值的变化和对比噪声比的降低。

有两种方法可以解决散射线问题：通过硬件技术进行的散射线阻挡和通过软件方法进行的散射校正。常用的基于硬件的方法包括使用防散射滤线栅（也称作后准直器）。64排CT的X射线锥形束夹角α不超过4.2°（图2-1），通常采用“一维后准直器”与相对简单的散射校正算法相结合，可以充分抑制散射线，将散射线比率（scatter primary ratio，SPR）控制在10%。16cm宽体探测器的X射线锥角β变大（图2-1），常规的“一维后准直器”只能将SPR控制在20%。因此，宽体探测器的散射线问题会导致在肩膀和骨盆等高衰减部位产生更深的阴影伪影以及在高低密度物体的交界面产生幻影伪影。为了解决散射线问题，全新设计的3D蜂巢准直器在 x/y轴方向上加了一组滤线栅，用来阻挡 z轴方向的散射线（图2-2）。除此之外，3D蜂巢准直器还具备X射线三维精确制导功能，保证X射线能够垂直进入每个探测器单元（图2-3），在与“一维后准直器”比较时，3D蜂巢准直器能够实现在等中心点处（最容易发生散射污染并对成像质量造成影响的部位）的SPR降低50%以上，实现更好的图像质量。

足跟效应（heel effect）是指远离球管阴极端出射的X射线，相较于近球管阴极端出射的X射线的逃逸距离长，X射线硬化更明显，平均能量也更高。足跟效应在64排CT上不显著，但随着16cm宽体探测器的X射线锥角增加，足跟效应显著增加，并引起X射线频谱发生较大的变化，导致整个 z轴覆盖范围的CT值发生显著偏移。足跟效应是人们在早期宽体CT所经历的一个困扰难题。

全新的高清容积重建（volume high definition，VHD）技术不仅提供了足跟效应的解决方案，而且还解决了由于X射线穿过物体产生的不均匀衰减和探测器X射线频谱不均匀响应导致的伪影。

VHD的开发是建立在X射线基本属性的基础上，并借鉴了双能量CT成像的原理和临床经验。VHD技术的工作方式：首先，利用投影数据重建一系列的中间图像，然后对图像进行物质特性分析。其次，通过使用一个源于复杂校准和物理建模的X射线双能量模型去除X射线的硬化，并通过迭代技术进行反复校正，直到获得最终的高清CT图像。例如体模实验（图2-4），利用16cm宽体探测器CT对三支成三角形排列于体模中的不同浓度编号为1、2、3的碘溶液进行扫描，使用不同窗宽（window width，WW）、窗位（window level，WL）观察。采用传统重建方法获得的轴位图像（图2-5A）中发现体模内三个碘溶液试管之间的区域有硬化伪影导致的CT值的减低区，而采用VHD技术提供的X射线频谱均匀性解决方案可以消除此类硬化伪影（图2-5B）。采用传统重建方法获得的 z轴图像（图2-4C），整个 z轴覆盖范围内每个试管内部CT值发生偏移，采用VHD技术提供的X射线频谱均匀性解决方案，把 z轴方向CT值的差异明显降低（图2-4D）。

为了解决锥形束现象，16cm探测器采用了等焦点设计（focus aligned），使每一个探测器单元都和入射的X射线垂直（图2-5），这从硬件设计的角度在最大程度地解决了锥形束现象。

从重建算法角度看，锥形束重建面临着一系列的技术挑战，包括：① z轴信号盲区；②频域空间信号缺失；③心脏扫描重叠信号处理欠佳。

在轴位扫描中，由于宽体探测器CT锥形束X射线的发散角大，边缘的某些体素在某些扫描角度中不能被锥形束X射线束覆盖，探测器也无法获得相应的投影数据，这种现象就被称为 z轴信号盲区（图2-6）。 z轴信号盲区随着宽体探测器CT扫描和重建技术的发展，盲区范围逐渐缩小，对重建图像的影响逐渐减少，但是目前还无法完全消除。

图2-7所示为一例非门控扫描的上腹部图像重组获得的传统重建算法（图2-7A）与VHD（图2-7B）冠状位和矢状位图像对比，显示野（display field of view，DFOV）均为32cm，层厚3.1mm，WW350/WL20。对于非门控扫描，锥形束伪影主要是频域空间信号缺失和 z轴信号盲区这两方面问题导致。该病例患者脊椎的金属植入物加重了锥形束伪影，同时膈肌也可见锥形束伪影（图2-7A）。VHD获得的图像（图2-7B）中无上述伪影。

图2-8所示为一例心脏门控扫描的图像重组获得的传统重建算法（图2-8A）与VHD（图2-8B）矢状位和冠状位图像对比，DFOV为25cm，层厚0.625mm，WW600/WL40。在心脏门控扫描中，锥形束伪影更为显著，因为系统还受到心脏扫描重叠信号处理不当的影响。锥形束伪影的存在会影响心肌CT值的测量和心肌功能评价的准确性。此外，对于含有对比剂的结构，如血管和心腔，传统算法重建的图像有严重的条纹状伪影，会影响血管内CT值的均一性（图2-8A）。VHD技术消除了这类伪影（图2-8B），并保证了心肌和血管内CT值的均一性。

通过VHD技术作为核心的全新数据处理流程，不仅消除了在宽体探测器边缘图像中容易产生的锥形束伪影，并且还满足在高机架转速条件下和灌注等定量研究中进行精准成像的要求。