陈蓓蓓ct实验报告.docVIP

CT实验教学报告 陈蓓蓓 物理082班 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 引言 自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。于是，美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。1967年，英国电子工程师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。10月4日，医院用它检查了第一个病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后，放射诊断学上最重要的成就。因此，亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学或医学奖。而今，CT已广泛运用于医疗诊断上。 ?? 正文 计算机断层成像(Computed Tomography, 简称 CT)是计算机技术1、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。 实验原理 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(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(……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