C-arm CBCT是一类被广泛应用的X射线血管造影成像系统。该系统提供的冠脉血管的三维重建图像对于心血管疾病的介入式治疗和诊断具有重要的意义。本论文工作主要通过两大类不同的途径来改善冠脉血管三维重建图像的质量。第一类途径,对成像系统的采样几何进行校正,系统的非理想采样轨迹可能会导致三维重建产生图像伪影,几何校正工作则修正了该非理想采样几何,这部分工作将在先进的Artis-Zeego C-arm系统上进行。第二类途径,提出了一种新的基于二维投影数据运动补偿修正的三维重建方法。本论文提出了一种简化系统矩阵的方法。第一部分工作,提出了一种新的简化距离索引投影算子以简化系统矩阵的计算,该算子提高了计算速度,同时不降低准确度。第二部分工作,根据冠脉血管重建的特点,根据提出的简化距离索引算子,提出一种新的基于投影数据FDK重建阈值分割的系统矩阵简化计算法,与经典的稀疏矩阵分解存储法、基于投影数据的系统矩阵简化法相比,该方法进一步减少了系统矩阵的存储空间,提高了重建算法的计算效率。本论文针对Artis-Zeego系统,提出了一种新颖并完整的数据采样几何的校正算法。首先,本论文算法利用经典的圆柱螺旋标定物,提出了一种几何参数估计算法。该标定物在普通的实验环境下便于获得。该解析算法通过估计成像几何的三个中间参数矢量来求解所有几何参数。为了稳健地估计中间参数矢量,提出计算轴及轴平行轴上的投影点。模拟数据实验结果显示,本论文提出的方法较之原方法更加准确且提高了计算效率。其次,本论文算法将所有投影几何参数转换到系统定义的C-arm坐标系下。本论文算法通过最小化标定物放置而产生的视觉震荡来估计C-arm坐标系的位置,变换后的几何参数将独立于标定物的位置和方向。该步骤可以简化临床几何标定前的系统中心（isocentre）对齐操作步骤。最后,Artis-Zeego系统比传统的C-arm系统更加灵活,它能够提供更多的工作位置,例如:近头边、左边、右边、操作台旋转15度、操作台旋转30度。本论文工作中,选取了三个代表性的工作位置进行实验,它们是:近头边、左边、操作台旋转30度。本论文算法系统并客观地考虑了所有的可能因素,对不同的工作位置提出了不同的投影几何运动模型。这些模型不仅可以对几何进行精细化的求解,同时可以预测估计出任意采样角度下的几何参数。该运动模型可以简化临床中的几何校正工作。临床实验结果显示,本论文提出的运动模型有着较好的估计精度;近头边工作位置有着最小的几何偏移,左边工作位置有着较小的偏移,这两类工作位置的采样轨迹可以被建模为一个平均刚性运动;操作台30度工作位置的采样有着较大的几何偏移,它的运动轨迹可以被建模为附加冗余平移量的刚性运动。对比其他几何校正方法,本论文提出的方法由于模型的预测功能,可以有效避免标定物标记点投影重叠带来的影响,获得更为准确稳定的估计几何。本论文提出了一种新颖并完整的二维运动补偿重建方法。该方法通过修正投影图像的冗余运动来增加重建的可用投影图数量。整个方法过程包括5个步骤,它们分别是:最大灰度前向投影,投影图像预处理,配准,初始重建,补偿图像重建。最大灰度前向投影采用第二章提出的简化距离索引算子()来生成三维对象的最大灰度前向投影,该算子使得前向投影的生成更加高效;本论文提出的投影图像预处理算法可以简单、自动、有效地提取冠脉血管结构;关键性的配准算法采用了多特征互信息（-MI）及刚性罚函数（RP）作为目标函数,该方法可以避免血管中心线的提取,并且较之互信息（MI）配准更加准确和稳健,同时,本论文方法将先进的自适应随机梯度下降算法（ASGD）应用于多特性互信息（-MI）的目标函数优化,该方法比梯度下降法（GD）更加稳健并且计算量更少;对于重建算法部分,本论文采用了基于₀先验的迭代重建算法,另外,将提出的简化系统矩阵方法应用于重建算法,有效地减少了存储空间并提高了计算效率。实验结果显示,对于最优相位角和非最优相位角的三维重建图像,本论文方法在图像视觉上的改进效果都是十分明显的,重建图像的对比度和细节都得到加强;对于未经运动补偿修正的重建,增加门控窗的宽度将显著地增加重建图像的伪影;而采用运动补偿重建后,较宽的门控窗可得到更高质量的重建图像;与ECG门控及其他运动补偿重建方法对比,本论文提出的运动补偿重建方法获得了更高质量的三维图像;权衡图像质量与计算效率,门控窗宽度比0.6为临床数据的合适选择（最优相位角）。图像质量的改善提高了血管可视化效果,增加了冠脉血管三维图像的临床应用可能,将重建方法应用于不同的心跳相位上,则可以获得一个三维图像的四维动态序列,该序列可以用来分析冠脉血管的动态特性,对于心血管疾病的介入式手术的诊断和治疗具有重大意义。实验工作验证了几何校正工作对于冠脉血管三维重建的重要性和必要性,模拟数据结果证明几何校正工作是必不可少的环节,几何校正工作与重建算法工作的结合运用将会使得冠脉血管的三维重建图像更加准确。