CT实验教学预习报告.doc

CT实验教学预习报告摘要本实验要求了解CT成像实验的基本原理以及数字化图像处理的方法，熟悉CT实验仪的结构及使用方法。实验通过对仪器定标、校准测量的射线强度、选择合适的测量条件，对选定的样品进行扫描，处理图像并打印出结果，最终进行图像重建处理分析。关键词计算机断层成像，CT实验仪，射线，吸收，扫描正文 计算机断层成像(Computed Tomography, 简称 CT)是计算机技术、数字化图像重建技术和核技术相结合的产物。CT作为一种先进的疾病诊断手段广泛应用于医学，同时又作为一种无损检测手段广泛应用于工业领域。一、CT教学实验仪1. 实验仪物理原理基于窄束射线穿过物质时与物质相互作用而产生散射或吸收，使射线强度发生变化，通过探测器对其强度做扫描测量而得到CT图象。本实验仪为三维扫描成象系统。 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，它的强度由于与物质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： (1)式中为穿过物质的射线强度，为未穿过物质的射线强度，为物质的线性吸收系数；为穿过物质的厚度。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。即(1)式可表示为： (2)图1假定一束宽度较细的、强度为I0的射线入射到样品上，探测器能探测到透射后的射线强度为I 。而图2表示在x处得到一透射强度I后放射源和探测器平移d之后又得到一强度为的透射的射线；经过一系列的平移能得到在某一方向上的样品的透射强度。然后旋转某一角度f之后，重复上述操作，又能得到一系列透射强度，然后再旋转某一角度f如此反复，直到旋转了180度为止。由以上的扫描示意图可知，我们通过一系列的平移加旋转扫描，可以得到一系列射线的透射强度I。那我们怎么得到物体内部信息呢？ 平移图2 X-CT扫描示意图图1 吸收定律示意图I0X放射源d *探测器样品I在（2）式中，是物体在处的衰减系数，是在射线方向上部分的长度。当时，（2）式又可以写为： （3）或 （4）积分路径为X射线所经过的路径， 即为射线投影。 如果对图2进行一些改进，加入一系列坐标系，如图3： * 图3 X-CT 扫描示意图C旋转扫描平移扫描探测器(x,y)(x,y)O X射线源 图中，为固定坐标系，而为绕原点旋转的旋转坐标系，其方向总是与X射线的方向相反，则在点（x，y）处样品的衰减系数为（x，y），当X射线源和探测器旋转了角后，扫描到处，则（4）式变为： （5） 扫描的方式和路径都是已知的，且，都可以探测得到，且由图3可知，（）与（）经过联系在一起,所以经过一定的算法就能得到样品内部的衰减系数(在数字图像中称为灰度值，为了方便，以后就不再区分两者的差别)，进而可以知道物体内部的组成成分和结构。 以上CT的基本思想就是第一代CT仪的工作原理。本CT教学实验仪采用的也就是这种平移加旋转的扫描方式。2. 实验装置原理CT教学实验装置原理图如图4，可分为几大部分：（1）机械部分及放射源、探测器部分这部分包括：放射源室及其屏蔽准直部分，探测器及其屏蔽准直部分，样品盒，带动样品运动的三维运动机构，步进电机及其驱动器等。图4 CT教学实验仪的原理图本装置采用的放射源为137Cs，源强为10毫居。放射源放在放射源室里，外面包有铅屏蔽体，屏蔽体上开有准直孔，直径3mm。样品放在样品盒里，里面有弹簧压板将其固定。样品盒放在样品盒架上，通过控制步进电机的转动能够控制样品盒架作平移和旋转运动（即样品作平移和旋转运动）。此运动即相当于放射源和探测器同时作平移和旋转运动（而它们二者之间的相对位置不变）。从源室中射出的射线，经源准直孔后入射到样品区，透射后再经过探测器准直孔入射到探头上，从而被探测器感知。这就是机械部分的工作原理。（2）电路部分 电路部分主要包括五部分：电源、信号采集、信号转换、步进电机控制电路以及计算机接口卡。信号被送入前放、主放大器进行放大，经由幅度分析器进行阈值调节，再通过A/D变换将模拟信号转化为更易存取、处理的数字信号。数字信号经由缓存器、计算机接口卡送入计算机并被记录下来。这样就实现了在线数据获取。在实验数据采集完毕后，将数据存储，以进行下一步的数据离线处理。其中信号采集部分包括一个前置放大器（探测器自带）和主放大器，放大倍数可调。它们的主要功能是将从探测器里出来的电压信号放大，以供下一步A/D变换使用。从主放出来的信号经过一个14位的A/D变换片，由模拟信号转换为数字信号，既而送入一个8K的缓存。缓存器通过接口卡与计算机相连，里面的数据可以直接被计算机读取。电源部分主要包括光电倍增管用高压电源和步进电机驱动器用直流低压电源。步进电机控制电路包括一个信号发生器，一个定时/计数器8253以及信号整形电路（其中信号发生器和8253做在接口卡上）。（3）软件部分 软件部分主要包括数据采集，步进电机的运动控制，图像重建，图象的数字化处理，各种实验数据的文件存取，实验结果打印，图像颜色设置等功能，此外还有一个附加的“软件多道分析