CT系统参数的精度和稳定性检验

何自翔

（重庆交通大学河海学院 重庆 400074）

1 问题的背景

CT技术可以在不破坏样品的情况下，利用样品对射线能量的吸收特性对生物组织和工程材料的样品进行断层成像，由此获取样品内部的结构信息。CT技术不仅可以用于医学为人类诊断疾病，它也可以效力于工业来检验核心零件的质量。它还被大量地应用于动物实验去推动生物学和药学发展。它更被安装在机场和港口来保护人身和社会的安全。

2 问题的相关信息

X射线的发射器和探测器相对位置固定不变，整个发射-接收系统绕某固定的旋转中心逆时针旋转180次。平行入射的X射线垂直于探测器平面，探测器具有512个单元，每个探测器单元看成一个接收点，且等距排列。

已知探测器单元之间的距离为0.2760mm。依据切线倾斜角度与方向的对应关系，得到每次旋转的角度为1°02′38 ″。

3 分析探测器单元之间的距离参数的精度和稳定性

CT探测器的单元等距分布，已知探测器单元之间的距离d=0.2760。现在随机取20个方向所得到的20组接收信息，可求得该20个方向上各自吸收射线能量的总单元个数n，再通过软件模拟出标定模板在20个方向上投影到探测器上的线长度L，理论上有nd=L，代入20组数据，得到各个方向上各自的距离d。见表1。

现对所得d值进行t检验，得到

说明随机所得的20组数据差异不显著，对20组数据取平均值d’=0.2767mm，相对误差小于0.3%。

表1 单元个数与线长度

综上所述，探测器单元之间的距离参数的精度和稳定性良好。

4 分析X射线的180个方向参数的精度和稳定性

假设CT发射-接收系统每次旋转的角度为定值，通过计算得到JD=1°02′38″，与大量文献所提出的每次角度改变量为1°相近。本文选取特殊角度求直线斜率，通过分析数据，发现第14组所得的斜率与第100组斜率互为相反数，第22组与第108组所得的斜率互为相反数。由第14组接收信息及第22组接收信息求得角度改变量，现由第100组及第108组接收信息求得角度改变量，发现两个数值相等，在经过78个方向的转动后，所得角度改变量依然相等。

综上所述，X射线的180个方向参数的精度和稳定性良好。

5 新模板的设计及参数标定

现有模板为两个均匀固体介质组成的，其形状分别为椭圆形和圆形，

缺点：

（1）缺少X射线穿过棱角时吸收衰减的射线能量信息；

（2）缺少X射线穿过吸收率不同介质时吸收衰减射线能量信息；

（3）起始角度较为特殊，不易设定；

（4）缺少内部中空物体，无法检测空气对射线能量的影响。

针对上述问题，本文设计了新模板，并对其几何信息进行了标定，见图1，其中颜色的深浅表示其吸收率的不同，内部椭圆为中空，并将整个发射-接收系统的放置于正方形托盘的正下方及正上方，新模板不但优化了上述缺点，还使整个装置的后期检查及维护更加便利。

图1 新CT系统模板

6 模型的推广

该模型采用了图像的重建技术，灰度处理技术等，这些技术在工业、交通、医学等方面都有广泛的应用。就图像处理技术的应用，比如：模糊图形的细化，可以采用本模型的滤波处理；图像的匹配可以采用灰度矩阵进行比对；监控系统的图像处理也可以采用本模型。

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