工業(yè)CT工作原理

電子計算機(jī)體層攝影(Computed tomography，簡稱CT)是近十年來發(fā)展迅速的電子計算機(jī)和X線相結(jié)合的一項新穎的診斷新技術(shù)。其原理是基于從多個投影數(shù)據(jù)應(yīng)用計算機(jī)重建圖像的一種方法，現(xiàn)代斷層成像過程中僅僅采集通過特定剖面(被檢測對象的薄層，或稱為切片)的投影數(shù)據(jù)，用來重建該剖面的圖像，因此也就從根本上消除了傳統(tǒng)斷層成像的“焦平面”以外其他結(jié)構(gòu)對感興趣剖面的干擾，“焦平面”內(nèi)結(jié)構(gòu)的對比度得到了明顯的增強(qiáng);同時斷層圖像中圖像強(qiáng)度(灰度)數(shù)值能真正與被檢對象材料的輻射密度產(chǎn)生對應(yīng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)被檢對象內(nèi)部輻射密度的微小變化。工業(yè)CT機(jī)一般由射線源、機(jī)械掃描系統(tǒng)、探測器系統(tǒng)、計算機(jī)系統(tǒng)和屏蔽設(shè)施等部分組成。其結(jié)構(gòu)工作原理如圖1所示。 射線源提供CT掃描成象的能量線束用以穿透試件，根據(jù)射線在試件內(nèi)的衰減情況實現(xiàn)以各點(diǎn)的衰減系數(shù)表征的CT圖象重建。與射線源緊密相關(guān)的前直準(zhǔn)器用以將射線源發(fā)出的錐形射線束處理成扇形射束。后直準(zhǔn)器用以屏蔽散射信號，改進(jìn)接受數(shù)據(jù)質(zhì)量。射線源常用X 射線機(jī)和直線加速器，統(tǒng)稱電子輻射發(fā)生器。 
      電子回旋加速器從原則上說可以作CT 的射線源，但是因為強(qiáng)度低，幾乎沒有得到實際的應(yīng)用。X 射線機(jī)的峰值射線能量和強(qiáng)度都是可調(diào)的，實際應(yīng)用的峰值射線能量范圍從幾KeV 到450KeV;直線加速器的峰值射線能量一般不可調(diào)，實際應(yīng)用的峰值射線能量范圍從1 ～16MeV，更高的能量雖可以達(dá)到，主要僅用于實驗。電子輻射發(fā)生器的共同優(yōu)點(diǎn)是切斷電源以后就不再產(chǎn)生射線，這種內(nèi)在的安全性對于工業(yè)現(xiàn)場使用是非常有益的。電子輻射發(fā)生器的焦點(diǎn)尺寸為幾微米到幾毫米。在高能電子束轉(zhuǎn)換為X 射線的過程中，僅有小部分能量轉(zhuǎn)換為X 射線，大部分能量都轉(zhuǎn)換成了熱，焦點(diǎn)尺寸越小，陽極靶上局部功率密度越大，局部溫度也越高。實際應(yīng)用的功率是以陽極靶可以長期工作所能耐受的功率密度確定的。因此，小焦點(diǎn)乃至微焦點(diǎn)的的射線源的使用功率或zui大電壓都要比大焦點(diǎn)的射線源低。電子輻射發(fā)生器的共同缺點(diǎn)是X 射線能譜的多色性，這種連續(xù)能譜的X 射線會引起衰減過程中的能譜硬化，導(dǎo)致各種與硬化相關(guān)的偽像。 
     機(jī)械掃描系統(tǒng)實現(xiàn)CT掃描時試件的旋轉(zhuǎn)或平移，以及射線源——試件——探測器空間位置的調(diào)整，它包括機(jī)械實現(xiàn)部分及電器控制系統(tǒng)。 探測器系統(tǒng)用來測量穿過試件的射線信號，經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送進(jìn)計算機(jī)進(jìn)行圖象重建。ICT機(jī)一般使用數(shù)百個到上千個探測器，排列成線狀。探測器數(shù)量越多，每次采樣的點(diǎn)數(shù)也就越多，有利于縮短掃描時間、提高圖象分辨率。 計算機(jī)系統(tǒng)用于掃描過程控制、參數(shù)調(diào)整，完成圖象重建、顯示及處理等。 屏蔽設(shè)施用于射線安全防護(hù)，一般小型設(shè)備自帶屏蔽設(shè)施，大型設(shè)備則需在現(xiàn)場安裝屏蔽設(shè)施。