CT設備與CT成像性能(為什么說CT的空間分辨力不如普通X線成像)

這篇文章給大家聊聊關于CT設備與CT成像性能，以及為什么說CT的空間分辨力不如普通X線成像對應的知識點，希望對各位有所幫助，不要忘了收藏本站哦。

本文目錄

1. 工業(yè)CT與醫(yī)用CT性能要求差別
2. CT與TMT醫(yī)用紅外熱成像儀設備有什么區(qū)別
3. 為什么說CT的空間分辨力不如普通X線成像

一、工業(yè)CT與醫(yī)用CT性能要求差別

本文主要是幫助那些不十分熟悉工業(yè)CT物理原理的讀者理解工業(yè)CT技術參數對性能指標的影響，以便在選擇和購買工業(yè)CT設備時，能恰如其分地提出技術要求，合理地在性能和價格之間取得折衷。

1工業(yè)CT的基本特點

1.1工業(yè)CT概述

CT即計算機斷層成像技術，是英語Computed Tomography的縮寫。而tomography一詞源于希臘字tomos，意思是一種能對單個平面照相，同時去除其他平面結構影響的X射線照相技術。用傳統(tǒng)人體透視方法，三維的人體沿X射線的方向被壓縮成了兩維的圖像，體內所有骨骼結構和組織都重疊在一起，使得感興趣對象的清晰程度大為下降。這樣盡管它有極好的空間分辨率（分辨緊鄰的高反差物體的能力），可是最后只有很差的低反差分辨率（從背景上區(qū)分低反差物體的能力）。因此導致了傳統(tǒng)斷層成像技術的出現[8]。

傳統(tǒng)斷層成像的基本原理如圖1所示。先考慮病人體內兩個孤立的點A和B：A點在焦平面上而B點在焦平面以外。A點和B點投射到X膠片上的陰影對應地標注為A1和B1，如圖 1(a)。這時膠片上生成的圖像和傳統(tǒng)照相完全沒有區(qū)別，然后使X射線源和X膠片同步地沿相反方向運動（例如如圖所示，X射線源向左運動而X膠片向右運動）到第二個位置。我們要確保固定點A生成的陰影A2與A點在第一位置生成的陰影A1重合。這一點很容易通過設置X射線源和X膠片移動的距離，使它們正比于對A點相應的距離來實現，如圖 1(b)。然而固定點B在第二位置生成的陰影B2與B1是不重合的。這就是因為B點不在焦平面上，從B點到X射線源和B點到膠片的距離比偏離了對A點相應的距離比。當X射線源和膠片沿一條直線（自然是相反方向）連續(xù)運動時，B點生成的陰影形成了一個直線段，這個性質對焦平面以外上下的任何點都是適用的。應該注意到不聚焦的那些點生成的陰影強度降低了，這是由于陰影分布到一個擴展了的面積上。而所有焦平面上的點都保持了原來膠片上的圖像位置，其陰影仍然是一個點，相應的強度沒有減小。

圖1傳統(tǒng)斷層成像的原理

雖然這種斷層成像技術在生成清晰的感興趣平面的圖像方面取得一些成功，但它們并沒有增加物體的反差，也不能根本上去除焦平面以外的其他結構。明顯損害了圖像的質量。

現代斷層成像技術——即CT，是基于從多個投影數據應用計算機重建圖像的一種方法，現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）的投影數據，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”以外其他結構對感興趣剖面的干擾，“焦平面”內結構的對比度得到了明顯的增強；同時斷層圖像中圖像強度（灰度）數值能真正與被檢對象材料的輻射密度產生對應的關系，發(fā)現被檢對象內部輻射密度的微小變化。事實上，低對比度可探測能力（LCD）是CT和常規(guī)射線照相之間的關鍵區(qū)別。這也是CT在臨床上迅速得到接受的最主要因素。

需要強調的是，除了CT技術以外的所有無損檢測技術都沒有這個能力。因為沒有重疊結構的干擾，圖像的解釋要比傳統(tǒng)射線照相容易得多。新的購買者能很快看懂CT的結果因此從上世紀70年代初英國EMI出現世界上第一臺醫(yī)用CT掃描設備以來，CT技術一直迅速發(fā)展?，F在CT已成為最常用的臨床診斷工具之一。而近年來螺旋CT的出現又使這個技術前進一大步。

工業(yè)CT的基本原理與醫(yī)用CT相同，因此也具有醫(yī)用CT所有的基本特點。其檢測圖像沒有被檢測的“切片”以外結構材料的干擾可發(fā)現檢測對象內部極小的材料密度變化。同時圖像的解釋要比傳統(tǒng)射線照相容易得多。

因此工業(yè)CT也被廣泛用來檢查機械零部件內部結構或裝配正確性，還可以用于非破壞測量零件內部尺寸。近年來，鑒于各種其他無損檢測手段的大量研究沒有得到令人滿意的結果，工業(yè)CT又被認為是檢查毒品和爆炸物最有應用前景的手段。

值得注意的是CT檢測得到的是輻射密度分布圖像，更專業(yè)一些應當稱之為射線線性衰減系數的分布圖像。由于在大多數情況下輻射密度與材料密度有近似的對應關系，人們往往把CT圖像誤認為就是一般（材料）密度的分布圖像。這種混淆在很多實際應用情況下并無很大害處，然而在精確定量分析檢測結果時就有可能導致一些錯覺。

由于檢測對象的不同，工業(yè)CT與醫(yī)用CT差別很大，以至從外表上幾乎看不出多少相似的地方。醫(yī)用CT的檢測對象基本上是人體或器官，材料密度和外形尺寸的變化范圍相對比較小。但是工業(yè)CT的檢測對象就要廣泛得多，從微米級的集成電路到超過一米的大型工件，從密度低于水的木材或其它多孔材料到高原子序數的重金屬材料都是CT檢測對象；關心的檢測要求從各類內部缺陷到裝配結構和尺寸測量，也各不相同。這就使不同用途的工業(yè)CT系統(tǒng)所用的射線源、射線探測器和系統(tǒng)結構很不相同，甚至工業(yè)CT系統(tǒng)之間的外形也大不相同。從這個意義上說，理解工業(yè)CT比理解醫(yī)用CT也許更加困難。

工業(yè)CT的缺點是因為其技術復雜，設備價格相對高昂。設備的使用和維護相對難度也較大。另外重建斷層圖像需要采集的數據量龐大檢測速度較慢。

1.2工業(yè)CT的主要部件和它們的特點

一個工業(yè)CT系統(tǒng)至少應當包括射線源，輻射探測器，樣品掃描系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)（硬件和軟件）等。

1.2.1射線源的種類

射線源常用X射線機和直線加速器，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，但是因為強度低，幾乎沒有得到實際的應用。X射線機的峰值射線能量和強度都是可調的，實際應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，實際應用的峰值射線能量范圍從1～16MeV，更高的能量雖可以達到，主要僅用于實驗。電子輻射發(fā)生器的共同優(yōu)點是切斷電源以后就不再產生射線，這種內在的安全性對于工業(yè)現場使用是非常有益的。電子輻射發(fā)生器的焦點尺寸為幾微米到幾毫米。在高能電子束轉換為X射線的過程中，僅有小部分能量轉換為X射線，大部分能量都轉換成了熱，焦點尺寸越小，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，小焦點乃至微焦點的的射線源的使用功率或最大電壓都要比大焦點的射線源低。電子輻射發(fā)生器的共同缺點是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，導致各種與硬化相關的偽像。

同位素輻射源的最大優(yōu)點是它的能譜簡單，同時有消耗電能很少，設備體積小且相對簡單，而且輸出穩(wěn)定的特點。但是其缺點是輻射源的強度低，為了提高源的強度必須加大源的體積，導致“焦點”尺寸增大。在工業(yè)CT中較少實際應用。

同步輻射本來是連續(xù)能譜，經過單色器選擇可以得到定向的幾乎單能的高強度X射線，因此可以做成高空間分辨率的CT系統(tǒng)。但是由于射線能量為20KeV到30KeV，實際只能用于檢測1mm左右的小樣品，用于一些特殊的場合。

1.2.2輻射探測器

工業(yè)CT所用的探測器有兩個主要的類型——分立探測器和面探測器

1.2.2.1分立探測器

常用的X射線探測器有氣體和閃爍兩大類。

氣體探測器具有天然的準直特性，限制了散射線的影響；幾乎沒有竄擾；且器件一致性好。缺點是探測效率不易提高，高能應用有一定限制；其次探測單元間隔為數毫米，對于有些應用顯得太大。

應用更為廣泛的還是閃爍探測器。閃爍探測器的光電轉換部分可以選用光電倍增管或光電二極管。前者有極好的信號噪聲比，但是因為器件尺寸大，難以達到很高的集成度，造價也高。工業(yè)CT中應用最廣泛的是閃爍體—光電二極管組合。

應用閃爍體的分立探測器的主要優(yōu)點是：閃爍體在射線方向上的深度可以不受限制，從而使射入的大部分X光子被俘獲，提高探測效率。尤其在高能條件下，可以縮短獲取時間；因為閃爍體是獨立的，所以幾乎沒有光學的竄擾；同時閃爍體之間還有鎢或其他重金屬隔片，降低了X射線的竄擾。若將隔片向前延伸形成準直器還可以擋住散射X射線；分立探測器可以達到16～ 20 bits的動態(tài)范圍，而且不致因為散射和竄擾性能降低。分立探測器的讀出速度很快，在微秒量級。同時可以用加速器輸出脈沖來選通數據采集，最大限度減小信號上疊加的噪聲。分立探測器對于輻射損傷也是最不敏感的。

分立探測器的主要缺點是像素尺寸不可能做得太小，其相鄰間隔(節(jié)距)一般大于0.1mm；另外價格也要貴一些。

有一些關于CdZnTe半導體探測器陣列用于工業(yè)CT的報導。半導體探測器俗稱為固體電離室，由于本身對X射線靈敏，無須外加閃爍體，這種探測器尺寸可以做得較小，沒有光學的竄擾。如果探測單元之間沒有重金屬隔片，仍然無法避免散射X射線的影響。應當說這是一種很有應用前景的CT探測器，但目前還有余輝過長等一些技術問題需要解決。

1.2.2.2面探測器

面探測器主要有三種類型：高分辨半導體芯片、平板探測器和圖像增強器。半導體芯片又分為CCD和CMOS。CCD對X射線不敏感，表面還要覆蓋一層閃爍體將X射線轉換成CCD敏感的可見光。平板探測器和圖像增強器本質上也需要內部的閃爍體先將X射線轉換成這些器件敏感波段的可見光。

半導體芯片具有最小的像素尺寸和最大的探測單元數，像素尺寸可小到10微米左右，探測單元數量取決于硅單晶的最大尺寸，一般直徑在50mm以上。因為探測單元很小，信號幅度也很小，為了增大測量信號可以將若干探測單元合并。為了擴大有效探測器面積可以用透鏡或光纖將它們光學耦合到大面積的閃爍體上。用光纖耦合的方法理論上可以把探測器的有效面積在一個方向上延長到任意需要的長度。使用光學耦合的技術還可以使這些半導體器件遠離X射線束的直接輻照，避免輻照損傷。

用半導體芯片也可以組成線探測器陣列，每個探測單元對應的閃爍體之間沒有隔離或者在許多探測單元上覆蓋一整條閃爍體，具有面探測器的基本特征，除了像素尺寸小的優(yōu)點以外，其性能無法與分立探測器相比。圖像增強器是一種傳統(tǒng)的面探測器，是一種真空器件。名義上的像素尺寸＜100μm，直徑152～457mm(6～18in)。讀出速度可達15～30幀/s，是讀出速度最快的面探測器。由于圖像增強過程中的統(tǒng)計漲落產生的固有噪聲，圖像質量比較差，一般射線照相靈敏度僅7～8%，在應用計算機進行數據疊加的情況下，射線照相靈敏度可以提高到2%以上。另外的缺點就是易碎和有圖像扭曲。

二、CT與TMT醫(yī)用紅外熱成像儀設備有什么區(qū)別

CT是結構影像，TMT紅外熱成像是功能影像，兩種設備功能不沖突，紅外熱成像儀可以在早早期發(fā)現一些病變，在疾病剛形成的時候就可以發(fā)現，在疾病初期的時候就進行干預，比如說一般的腫瘤，CT和B超要0.5厘米以上才能發(fā)現，而紅外熱像儀在0.1厘米的時候就能發(fā)現，而且可以覆蓋全身每個系統(tǒng)和臟器，最主要的是安全，無創(chuàng)，對人體沒有任何傷害，老人，小孩，孕婦都可以放心檢查。

三、為什么說CT的空間分辨力不如普通X線成像

空間分辨率，重點在空間，由于X線平片是收集了人體某個位置的全部信息（胸部X線正位片包含信息很多，能夠觀察到肺野、肺門、心臟、縱膈、肋骨、鎖骨、氣管、大動脈等等大量信息），采集的空間大，觀察相鄰組織間的關系非常好，故而可以大概理解為空間分辨率高。但是由于各種人體組織的重疊覆蓋，細微的內部結構觀察的并不能盡如人意，比如你想看看肺野里面的某處的具體密度信息，抱歉，平片還達不到能夠觀察這個的地步，所以相應的密度分辨率低。CT為計算機斷層成像，可以理解為它把平片按照自己的觀察重點劃分為很多的斷層，然后掃描每個斷層，可以得到每個斷層內的具體密度信息，但是由于是斷層成像，每張圖像都是某個斷層圖像，不經過后處理技術的話不能很好的體現出空間上的各個組織結構之間的關系，而且有些部位即使經過了后處理技術也不能達到平片的空間分辨率水平，所以可以大概理解為空間分辨率不及平片，各有優(yōu)劣，相互結合才能更好的診斷疾病。我們都知道CT的密度分辨率要比普通X線高20倍，這個比較容易理解，我們看腹部CT可以分辨出密度差別的各種臟器，而X線腹部平片的信息很少，這個我想主要是由于密度分辨力高的原因。但是說CT的空間分辨力低于普通X線，書上給出的數據顯示普通CT極限分辨率為10LP/cm，而普通X線的空間分辨力達10--15LP/mm，這個數據顯示X線要比CT空間分辨率要高10--15倍，但是我們的視覺為什么看不出來，就是CT的薄層高分辨掃描也不如普通X線嗎還是這個是通過測量得到的。

文章到此結束，如果本次分享的CT設備與CT成像性能和為什么說CT的空間分辨力不如普通X線成像的問題解決了您的問題，那么我們由衷的感到高興！