工业CT技术的综述Word文件下载.docx

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其结构工作原理如图1所示。

射线源提供CT扫描成象的能量线束用以穿透试件，根据射线在试件内的衰减情况实现以各点的衰减系数表征的CT图象重建。

与射线源紧密相关的前直准器用以将射线源发出的锥形射线束处理成扇形射束。

后直准器用以屏蔽散射信号，改进接受数据质量。

射线源常用X射线机和直线加速器，统称电子辐射发生器。

电子回旋加速器从原则上说可以作CT的射线源，但是因为强度低，几乎没有得到实际的应用。

X射线机的峰值射线能量和强度都是可调的，实际应用的峰值射线能量范围从几KeV到450KeV；

直线加速器的峰值射线能量一般不可调，实际应用的峰值射线能量范围从1～16MeV，更高的能量虽可以达到，主要仅用于实验。

电子辐射发生器的共同优点是切断电源以后就不再产生射线，这种内在的安全性对于工业现场使用是非常有益的。

电子辐射发生器的焦点尺寸为几微米到几毫米。

在高能电子束转换为X射线的过程中，仅有小部分能量转换为X射线，大部分能量都转换成了热，焦点尺寸越小，阳极靶上局部功率密度越大，局部温度也越高。

实际应用的功率是以阳极靶可以长期工作所能耐受的功率密度确定的。

因此，小焦点乃至微焦点的的射线源的使用功率或最大电压都要比大焦点的射线源低。

电子辐射发生器的共同缺点是X射线能谱的多色性，这种连续能谱的X射线会引起衰减过程中的能谱硬化，导致各种与硬化相关的伪像。

图1-1ICT工作原理简图

机械扫描系统实现CT扫描时试件的旋转或平移，以及射线源——试件——探测器空间位置的调整，它包括机械实现部分及电器控制系统。

探测器系统用来测量穿过试件的射线信号，经放大和模数转换后送进计算机进行图象重建。

ICT机一般使用数百个到上千个探测器，排列成线状。

探测器数量越多，每次采样的点数也就越多，有利于缩短扫描时间、提高图象分辨率。

计算机系统用于扫描过程控制、参数调整，完成图象重建、显示及处理等。

屏蔽设施用于射线安全防护，一般小型设备自带屏蔽设施，大型设备则需在现场安装屏蔽设施。

二、CT图像特点

CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的象素按矩阵排列所构成。

这些象素反映的是相应体素的X线吸收系数。

不同CT装置所得图像的象素大小及数目不同。

大小可以是1.0×

1.0mm，0.5×

0.5mm不等；

数目可以是256×

256，即65536个，或512×

512，即262144个不等。

显然，象素越小，数目越多，构成图像越细致，即空间分辨力（spatialresolution）高。

CT图像的空间分辨力不如X线图像高。

CT图像是以不同的灰度来表示，反映对X线的吸收程度。

但是CT与X线图像相比，CT的密度分辨力高，即有高的密度分辨力（densityresolutiln）。

大家知道，CT的成像速度很大程度上取决于扫描速度和重建速度。

针对扫描速度，医学上gantry旋转的速度是很快的，往往一圈只用0.1秒或者更少。

这意味着每个view的曝光时间很短，如果射线的强度不高，势必导致高强度的量子噪声，而事实上，医学管头的mA数可达几百。

因此保证了射线强度较高，故所成CT并非噪声很大。

针对工业CT，目前市场上产品的扫描速度都很慢，且常采用步进扫描。

为什么工业的扫描速度不能做快要想取得高的扫描速度，一是要求转台旋转速度快，二要求探测器数据采集速度快，而目前工业上用的探测器的采集贞频也可以很高啊。

也可以实时采集。

到底是什么因素制约了工业CT的扫描速度呢

相对而言，医疗CT更强调密度分辨率，而工业CT更强调空间分辨率；

从应用角度看，工业CT上对成像时间的要求不那么高，这是由于工业CT检测的对象是不动的，因此即使用是最慢的旋转速度也不会影像图像的质量。

此外，工业CT中，对转台的转动和平移精度要求非常高，能够高速旋转并且具有高精度的的机械运动机构代价也比较高。

被测工件有各种各样，密度各异，对X射线的阻挡能力也差异很大，有的需要X光机，有的需要高能加速器，因为要保证每个探测器吸收足的透照射线；

花费如此大的代价（高功率X光机，快速数据采集、快速高效探测）去追求成像速度是得不偿失的。

而医用CT滑环转速可以达到2r/s，最高可到4r/s。

但其承载能力一般在几百kg，再大的话轴承的抗压（考虑重力及离心力）就是难题。

工业CT一般能量和功率都较高，450kev的X光机一般都有专门的冷却系统了，很难集成。

因此也很难使用滑环系统，加速器就更不用说了。

转台旋转有其自身的限制，但并不像你说的一定使用步进电机，伺服电机也经常被使用。

因此工业CT在这一点上说没有必要增加成本去高速采集图像。

而医疗CT检测的人是活的,活的人会动的,特别是心脏,一直是跳到的；

此外，由于检测对象是人体，对吸收剂量要求尽可能的少，很显示扫描时间越长吸收剂量越多，对人体越不利，

由于人体密度小便于射线穿透，所以普通150KV的X光机就可以，而这个射线源可以通过特殊技术，可以通过电子束旋转来实现，因此扫描速度可以做非常快，即它把机械扫描转换到了电子束扫描。

因此,医疗CT扫描一圈的时间越短,由于对象的运动造成的运动伪影就越小,基于此,医疗CT的一个重要指标就是扫描时间。

追求的是越短越好。

三、CT机的主要技术指标

１、扫描方式

单束平移－旋转方式；

窄扇形束平移－旋转方式；

宽扇形束旋转－旋转方式；

宽扇形束静止－旋转方式；

螺旋扫描方式；

动态空间扫描方式；

电子束扫描方式。

２、机架孔径

机架孔径越大越好。

它影响着机架的倾角，一般CT机的机架孔径在600—720mm范围。

３、准直器

准直器位于Ｘ线管的前方，由一些铜片、铝片组成，可以大幅度地减少散射线的干扰，在计算机的控制下，控制准直器开口的宽度，从而决定扫描层的厚度。

因此，准直器既可减少患者的放射剂量，又可提高图像质量，还决定切层的厚度。

在ＣＴ扫描机中准直器分为２种；

一种是Ｘ线管侧准直器，另一种是探测器侧准直器，这两个准直器必须精确地对准。

Ｘ线管侧准直器的设计很重要。

因为Ｘ线管焦点的几何投影有一个半影的作用，焦点越大，半影越大；

焦点大时准直器的设计复杂，常采用多层准直器。

探测器侧准直器位于探测器的前方，用于减少散射线并限制切层厚度。

准直器孔径的尺寸决定了被检体的切层厚度，常见ＣＴ机扫描所得厚度为２、３、５、８、１０和１３mm。

准直器决定像素的厚度，但不能决定像素的长和宽。

像素的长和宽同扫描野的尺寸、采样间隔及计算软件有关。

４、硬磁盘容量

磁盘容量大小决定着对图像数据的存储量。

一般在100到数百个兆比特（Mb）。

５、高对比分辨率

它表示CT机在高对比情况下，对物体空间大小（几何尺寸）的鉴别能力。

该指标有两种表示方式。

即线对/厘米（LP/cm）和线径/毫米（mm/mm）。

６、探测器数目

总的来讲，探测器的数目越多，扫描时间就越短，且收集的数据也越多，它直接影响着图像质量的高低。

７、球管热容量

X线球管的热容量大，表示承受的工作时间电流大，连续工作时间可延长，所以CT机所用X线球管的热容量越大越好。

标示单位有KHU和MHC。

８、球管焦点

在CT扫描成像过程中，焦点小可提高图像质量。

CT所用X线球管有单焦点和双焦点两种。

９、扫描时间和扫描周期

扫描周期通常包括扫描时间、数据采集系统的数据处理和恢复时间、扫描装置重新定位时间等。

除上述例举的指标外，还有机架倾角、管电压、管电流、探测器种类。

机器功率、安装面积、机房温度要求等指标。

掌握了这些技术指标，有利于对每台CT机的性能进行比较评估或选购。

四、描述CT图像质量参数

１、对比度分辨率

对比度分辨率是当细节与背景之间具有低对比度时，将一定大小的细节从背景中鉴别出来的能力。

对比度是表示不同物质密度差异，表现在图像上像素间的对比度是它们灰度间的黑白程度的对比度。

对比度常采用两种定义形式，所以给出两种不同的结果。

当a和b分别为最大值和最小值时，a和b之间的对比度可定义如下：

根据调制深度定义：

根据相对对比度定义：

当a和b分别是110和100时，根据上述两种定义计算得到的对比度分别是4.76%和9.09%,它们之间大约相差2倍。

对比度是由Ｘ线的质决定的，而对比度分辨率是由ＣＴ成像系统的噪声所影响的，因此常常用噪声的标准偏差表示它。

然而，固有噪声只有在没有伪像的图象中才有可能测量，因而不易直接计算出对比度的分辨率。

五、应用领域　　　

人们通常所说的CT实际上就是指X射线CT，即“X射线电子计算机扫描术”，如今这种技术已经广泛应用于临床；

计量：

无损内表面测量、逆向工程、零部件检测、3D图形分析、CAD对比；

无损测试：

失效分析、孔洞检测和分析、

裂缝检测和测量、分层检测、密度识别、内部测量点信息、法医鉴定。

X射线是医用CT和工业CT的基础。

早在2003年，德尔福公司就在考虑将医学领域中使用的CT计算机扫描技术应用到汽车工业领域中。

研发人员想利用X光扫描技术对汽车零部件进行数字化分析，并将工件扫描得到的数据与CAD设计数据进行比较，在计算机的屏幕上进行质量分析和制造公差的检验。

4年时间过去了，工程师们几乎实现了预定的目的。

第一台计算机CT扫描设备已于2005年投入使用，并已经成为汽车连接技术重要的研发工具，在德尔福公司的三大领域中有着广泛地应用：

即模具制造的优化；

设计与工件的可视化对比，复杂几何尺寸的测量；

利用X射线揭示隐藏的运动过程。

应用计算机CT扫描技术可以进行非常有效的测量，而测量也是这种技术最重要的功能。

经验证，CT扫描技术不但能够满足汽车连接技术中典型的测量任务（尺寸测量、材料检验），并且还有着很好的可重复性能和可再现性能。

根据德尔福公司的报告，CT扫描技术的应用将使产品研发过程中复杂零件的检测从3～4周缩短到几天，这将是测量技术和质量检验技术的一次革命；

同时，CT技术在扫描工件的同时就可以把数字化信息数据保存起来。

因此，在上述检测中，费时费力的书面检测记录也将被完全省略。

除此以外，德尔福公司还保证该技术可以在全球的企业中作为标准而实施，有优秀的开放性。

2、CT在医疗领域未来的发展

1、增加容积覆盖范围在CT获取高分辨率心脏图像发展过程中，探测器Z轴的覆盖范围有了显著增加，Z轴覆盖范围决定了在1次心动周期中采集的图像的总的厚度，因此，Z轴覆盖范围越大，则采集过程中需要的心动周期数越少。

目前的64排CT

Z轴覆盖范围为19.2mm或40mm。

未来的320排CT设计中探测器Z轴的覆盖范围有了显著增加，使得在1次心跳中采集的图像的总的厚度达到160mm，从而能在1次心跳内完成对整个心脏的扫描，对严重心律失常的病人可以避免错层及阶梯状伪影的发生，进1步提高图象质量。

320排CT另1个好处是可以在进行心肌灌注检查时增大扫描的心肌范围，获得大范围、全器官的同步动态容积数据采集和分析。

但现在有关多层CT心肌灌注的研究经验在临床上的应用非常有限。

如果想在将来可能问世的宽探测器容积覆盖的新型CT上进行心肌灌注检查的话，在当今CT上还有很多基础性研究需要进行。

2、降低射线剂量前面提到，在CT的未来发展中，实现扫描剂量的最小化是发展重点。

心电控制的剂量调节方案是指在心电门控下的非重要期相中降低辐射量，只有在需要重建的期相中才必须达到1定的球管输出值。

通常采用这种方法可以使得射线辐射剂量控制在10mSv之内，这是1个可以接受的剂量，但是仍然高于有创的常规血管造影诊断检查。

前瞻性心电触发联合“步进和采集”的轴位采集方式可以给与患者更小的剂量，原因在于扫描是仅仅在以往所选心脏周期中进行。

但是，它不能提供连续容积覆盖，而且，不同期相的心脏重建图像不能进行功能性评估。

由于心电触发轴位扫描取决于1个可靠的患者的R－R间期，这种方法在严重心律不齐的患者中无法应用。

另1种降低辐射剂量的方法是调整管电压。

因对比噪音比会随着管电压的减小而增加。

因此，要想获得理想的对比噪音比，患者剂量可因为选择较低的管电压80-100千伏而减小，CT辐射剂量指数揭示了使用80千伏的条件可以减少65%的曝光剂量。

另外，辐射剂量可以依据增加的螺距值而减少，在扫描时螺距值可以进行适当的调整。

总之，随着CT设备的进1步发展，未来其在临床的应用将更加广泛和深入。

宽度：

更宽的覆盖范围

理论上覆盖范围越宽越好，现在最宽的是4Omm，如果未来能有8Omm，甚至160mm的探测器宽度。

速度：

更快的扫描速度

超快速的扫描速度无疑可以带来很多的应用天地，也是各厂家不断努力提高的。

精度：

更高的分辨率

图像分辨率直接影响检测的准确性。

此外，射线量的增加可以帮助提高图像的精度。

传统CT测量的对象是综合信号，未来的能谱CT通过全新的探测器设计和采集，理论上通过对不同物质的能量解析，提高对密度相近，而性质迥异的组织成分的鉴别诊断。

CT的技术发展在短短的30

年内突飞猛进，开拓了厂阔的临床应用天地。

人类探索未来、未知领域的脚步将永远不会停息，多维分析、多种检查手段数据的融合、CAD技术的贯穿将推动整个影像界的美好愿景。

结束语

随着工业的迅速发展，对产品的质量检验要求越来越高。

工业CT作为一种先进的检测工具，可以显示被测工件的断面图象，并有着较高的检测灵敏度和空间分辨率，它可对缺陷进行定位和测量，动态范围宽，在无损检测中起着很重要的作用。

目前，工业CT被广泛应用于各个领域，如铸件、锻件、焊接件、陶瓷及冶金产品的检测以及计量：

无损内表面测量、逆向工程、零部件检测、3D图形分析、CAD对比等领域，工业CT有着良好的应用前景。