CT教学实验仪实验说明书.doc

CT教学实验仪实验指示书一、putedTomography,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。CT首先用于医学,它是医学诊断史上的重大技术革命,标志着辐射成像技术进入了一个以计算机重建图像为基础的新阶段。1895年11月,德国物理学家伦琴博士()发现X射线后(并由此获得诺贝尔奖)。很快X射线***就成为医学上诊断疾病的一种重要手段,人们通过X射线***摄影得到了人体形态学的信息。但由于普通X射线***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。XCT完全不同于X射线诊断仪在胶片上投影重叠成像,而是用X射线对被检测对象的某一断层(或称薄层)进行扫描,然后经计算机进行数字化图像处理后可得到对比度很高的清晰图像。就严格的图像理论而言,由断层扫描数据直到建立图像,过程比较复杂。图1给出了CT扫描成像示意图。可以看出,CT的功能就是将人体中某一断层中的组织分布情况,经过射线对该断层的扫描,探测和数据采集系统对信息的收集,计算机对数据的处理和显示,从而建立该断层的组织图像。为此,必须依赖特定的图像重建算法求解出数以万计像素上的密度值,这就要求有足够的原始数据,因此射线源必须从目标物的各个方向探测射线所受到的衰减情况,由目标的一系列投影(射线穿过人体薄层为探测器所接收,称为目标投影),建立起目标内部的组织图象。这个过程就是通常所谓的扫描。1971年9月,英国EMI公司中心研究室主任豪斯菲尔德(Hounsfield)研究成功第一台用于临床的头颅XCT机。1973年六月,美国麻萨诸塞州综合医院建成了美国第一台头颅XCT机。1974年10月,美国乔治大学医学中心建成了第一台人体全身检测的XCT机。在上述开创性工作以后,医用CT经历了五代发展过程,其主要目的都是为了提高图像的清晰度,降低数据获取时间,降低由投影数据到建立图像矩阵的时间。鉴于计算机断层装置在医学上的重大贡献,豪斯菲尔德博士(Hounsfield,英国)和科玛克博士(Cormack,美国)获得1979年度诺贝尔医学奖。二、实验原理本实验的物理原理是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2X-CT扫描示意图平移图1吸收定律示意图II0样品X放射源探测器*d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?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3X-CT扫描示意图C旋转扫描平移扫描探测器Ф(x,y)(x’,y’)OX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φ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φ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。三、实验装置与相关仪器CT教学实验装置原理图如图4,可分为几大部分:(一)、机械部分及放射