CT系統(tǒng)參數(shù)的精度和穩(wěn)定性檢驗

何自翔

（重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 重慶 400074）

1 問題的背景

CT技術(shù)可以在不破壞樣品的情況下，利用樣品對射線能量的吸收特性對生物組織和工程材料的樣品進(jìn)行斷層成像，由此獲取樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息。CT技術(shù)不僅可以用于醫(yī)學(xué)為人類診斷疾病，它也可以效力于工業(yè)來檢驗核心零件的質(zhì)量。它還被大量地應(yīng)用于動物實驗去推動生物學(xué)和藥學(xué)發(fā)展。它更被安裝在機(jī)場和港口來保護(hù)人身和社會的安全。

2 問題的相關(guān)信息

X射線的發(fā)射器和探測器相對位置固定不變，整個發(fā)射-接收系統(tǒng)繞某固定的旋轉(zhuǎn)中心逆時針旋轉(zhuǎn)180次。平行入射的X射線垂直于探測器平面，探測器具有512個單元，每個探測器單元看成一個接收點，且等距排列。

已知探測器單元之間的距離為0.2760mm。依據(jù)切線傾斜角度與方向的對應(yīng)關(guān)系，得到每次旋轉(zhuǎn)的角度為1°02′38 ″。

3 分析探測器單元之間的距離參數(shù)的精度和穩(wěn)定性

CT探測器的單元等距分布，已知探測器單元之間的距離d=0.2760。現(xiàn)在隨機(jī)取20個方向所得到的20組接收信息，可求得該20個方向上各自吸收射線能量的總單元個數(shù)n，再通過軟件模擬出標(biāo)定模板在20個方向上投影到探測器上的線長度L，理論上有nd=L，代入20組數(shù)據(jù)，得到各個方向上各自的距離d。見表1。

現(xiàn)對所得d值進(jìn)行t檢驗，得到

說明隨機(jī)所得的20組數(shù)據(jù)差異不顯著，對20組數(shù)據(jù)取平均值d’=0.2767mm，相對誤差小于0.3%。

表1 單元個數(shù)與線長度

綜上所述，探測器單元之間的距離參數(shù)的精度和穩(wěn)定性良好。

4 分析X射線的180個方向參數(shù)的精度和穩(wěn)定性

假設(shè)CT發(fā)射-接收系統(tǒng)每次旋轉(zhuǎn)的角度為定值，通過計算得到JD=1°02′38″，與大量文獻(xiàn)所提出的每次角度改變量為1°相近。本文選取特殊角度求直線斜率，通過分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)第14組所得的斜率與第100組斜率互為相反數(shù)，第22組與第108組所得的斜率互為相反數(shù)。由第14組接收信息及第22組接收信息求得角度改變量，現(xiàn)由第100組及第108組接收信息求得角度改變量，發(fā)現(xiàn)兩個數(shù)值相等，在經(jīng)過78個方向的轉(zhuǎn)動后，所得角度改變量依然相等。

綜上所述，X射線的180個方向參數(shù)的精度和穩(wěn)定性良好。

5 新模板的設(shè)計及參數(shù)標(biāo)定

現(xiàn)有模板為兩個均勻固體介質(zhì)組成的，其形狀分別為橢圓形和圓形，

缺點：

（1）缺少X射線穿過棱角時吸收衰減的射線能量信息；

（2）缺少X射線穿過吸收率不同介質(zhì)時吸收衰減射線能量信息；

（3）起始角度較為特殊，不易設(shè)定；

（4）缺少內(nèi)部中空物體，無法檢測空氣對射線能量的影響。

針對上述問題，本文設(shè)計了新模板，并對其幾何信息進(jìn)行了標(biāo)定，見圖1，其中顏色的深淺表示其吸收率的不同，內(nèi)部橢圓為中空，并將整個發(fā)射-接收系統(tǒng)的放置于正方形托盤的正下方及正上方，新模板不但優(yōu)化了上述缺點，還使整個裝置的后期檢查及維護(hù)更加便利。

圖1 新CT系統(tǒng)模板

6 模型的推廣

該模型采用了圖像的重建技術(shù)，灰度處理技術(shù)等，這些技術(shù)在工業(yè)、交通、醫(yī)學(xué)等方面都有廣泛的應(yīng)用。就圖像處理技術(shù)的應(yīng)用，比如：模糊圖形的細(xì)化，可以采用本模型的濾波處理；圖像的匹配可以采用灰度矩陣進(jìn)行比對；監(jiān)控系統(tǒng)的圖像處理也可以采用本模型。

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