CT实验报告

本实验通过研究CT实验仪的仪器结构、原理，从而掌握CT实验仪的几个性能指标的测试方法，同时学会使用CT实验仪完成一些仪器内部的检查以及图样的处理。并进一步了解CT在工业以及医学上的具体应用以及前景。

【关键词】计算机断层扫描/CT/X射线/医学检测/图像重建 【引言】

1895年11月，德国物理学家伦琴发现X射线后(并由此获得诺贝尔奖)。很快X射线透视就成为医学上诊断疾病的一种重要手段，人们通过X射线透视摄影得到了人体形态学的信息。但由于普通X射线透视摄影是将一个立体的器官(或物体)投射到一个平面上，得到的仅是影像重叠的平面图像。由于人体内部各组织互相重叠，这种二维图像不易确定病变的准确位置。CT的诞生，则解决了这个问题。

1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。1967年，英国电子工程师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。

计算机断层扫描CT是用射线对被检测对象的某一断层(或称薄层)进行扫描，从而得到二维的图像数据。然后经计算机进行数字化图像重建后得到对比度很高的清晰图像。

由断层扫描数据直到建立图像，过程比较复杂，而且对于断层扫描得到的数据，有很多种不同的处理方法。因此对于CT数据的获得以及处理是CT实验的重点和难点。

本实验的物理原理是基于窄束g射线穿过物质时与物质相互作用而产生散射或吸收，使g射线强度发生变化，通过探测器对其强度做扫描测量而得到CT图像。

由物理学中的吸收定律(即朗伯定律)可知，当射线穿过任何物质时，它的强度因与物质中的原子相互作用而减弱，减弱的程度与物质的厚度和组成成分（或吸收系数）有关，其规律可表示为：II0e d X放射源 * I0 探测器 d (1)

吸收定律示意图参见左图

(1)式中I为穿过物质的射线强度，I0为

I 未穿过物质的射线强度，为物质的线性吸收系数；d为穿过物质的厚度。

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样品 图1 吸收定律示意图 物体的线性衰减系数的大小，取决于物体的密度、原子序数和穿透物体的射线能量。在射线能量给定的情况 下，线性衰减系数的分布图像间接地表示了物体的密度分布图像，从而为了解物体内部的结构信息提供依据。

为了得到复杂样品的内部图像(样品由多种物质组成)，在进行实际扫描时，由于不同的物质而表现出不同的值，因而由各个值的总和决定最后所得的射线强度，因此衰减系数如下图所示发生变化：

n我们修改(1)式为： II0ediii1 (2)

实验中进行扫描之后就是计算机进行数据的选择以及图像的重建了。图象重建理论的数学基础是1917年由澳大利亚数学家J.雷当(Radon)创建的。他指出:一个物体内部二维或三维结构信息的分布，能够由该物体的无限多个投影数据来决定。对于CT图象重建过程，就是采用图象重建算法，把由数据采集过程所提供的一系列原始数据转化成物体内部线性衰减系数分布的图像。

为了实现这一过程，目前已存在的图象重建算法有反投影法、级数叠代法、傅里叶变换法、滤波反投影法和反投影滤波法等。其中滤波反投影法具有计算量少、可边采集边重建、图象质量好等优点，因而被大部分CT系统所采用。

图像重建的大致过程如下：

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【实验步骤】

实验开始前首先我们打开射线源，这只需要把开源的钥匙插入源塔的孔中，再轻轻旋转一个角度即可。等到射线源棒弹出并发出清脆的声音，就说明射线源已经打开了。

再把CD-50BGA型CT教学实验仪进行15-30分钟的预热，这样可以有利于高压情况下实验仪器的稳定运行。

接着我们打开电脑上面的实验软件，实验软件的界面如下：

填上相关实验信息，主要材质选择铜；使用扫描方式1；考虑到工件直径不到40毫米，为了精确扫描我们把扫描的视场直径选择40毫米。同时为了获得高分辨率的图片，我们选择输出图片尺寸是128*128。

采样时间是最关键的内容，与光学系统成像原理类似，在相同的一个数据点采样时间越多数据就越详细，这样反映在图片上面的精确度也就越高。因此我们选择0.1秒—0.5秒中最高的采样时间，也就是0.5秒。当然随着采样时间的增加，实验的时间肯定会增加。

我们整个实验的持续时间大约120分钟，采样结束以后在电脑中出现了一个ict格式的数据包，我们把它导入到软件在中进行图像的重建，这样电脑中显示出了一个原始的CT扫描图片（见附页）。

由于原始图片的边缘不够清楚，以及图片本身对比度偏低，我们使用了软件中的图片修改加工的功能对图片进一步完善，这样最终的图片就比较理想了。

【实验总结以及思考】

本次实验我们成功的获得了铜质工件的CT断层扫描图像，而且进行了图片处理。通过本次实验我了解了CT扫描基本原理以及图像重建的过程，而且对于CT的应用有了深刻的认识。

但是通过本次使用我也发现了CT存在的一些局限性。

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首先很多工业上以及医用CT系统是不可移动的，这样要求待检测物体应是可移动的，能放进 X射线CT系统里。这样能够检测的工件大小受到了限制。

其次受到射线源能量的限制，我们扫描过程需要经历比较长的时间才能获得高分辨率的图片，比如限定0.5秒的采样时间，我们对于一个40毫米的区域扫描就用了2个小时的时间，那么如果工件更大扫描的时间会更长，而这个期间工件不能受到任何的移动，这对于工件的扫描环境提出了高要求。

综合来说我认为大型专用和便携式CT需要得到进一步发展，这样才能满足快速便携的检测。

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