陳孝章近代物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告之CT實(shí)驗(yàn)

CT實(shí)驗(yàn)報(bào)告陳孝章物理091班09180120【摘要】CT教學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)要求我們了解工業(yè)CT機(jī)的基本結(jié)構(gòu)以及組成部分，要求理解計(jì)算機(jī)斷層成像的基本原理，還要求掌握CT教學(xué)試驗(yàn)儀的使用方法。本次實(shí)驗(yàn)一共有三個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：計(jì)算機(jī)斷層成像實(shí)驗(yàn)，伽馬射線的衰減規(guī)律實(shí)驗(yàn)和原子核衰變的量子統(tǒng)計(jì)特性實(shí)驗(yàn)?！娟P(guān)鍵詞】CT計(jì)算機(jī)成像衰變實(shí)驗(yàn)教學(xué)量子統(tǒng)計(jì)【引言】本實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是利用CT來(lái)探測(cè)物體的具體形狀和結(jié)構(gòu)。在此實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前我有幾個(gè)關(guān)于實(shí)驗(yàn)原理的疑問(wèn)。問(wèn)題一：光子打到被探測(cè)的物體后會(huì)怎么樣？問(wèn)題二：為什么用CT能夠探測(cè)出物體的大小形狀和結(jié)構(gòu)？問(wèn)題三：在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候需要怎么樣才能減少輻射？通過(guò)做完這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我通過(guò)老師給我的解釋以及自己的一些理解，我現(xiàn)在給出上面自己在實(shí)驗(yàn)前提出的問(wèn)題。對(duì)于問(wèn)題一：光子打在被探測(cè)物體后，由于物體的不同屬性和結(jié)構(gòu)，一部分光子被物體吸收了，另一部分穿過(guò)原子的間隙出去了，我們可以根據(jù)射出的光子數(shù)與射入的光子數(shù)的比例分析出被測(cè)物體的一些性質(zhì)。對(duì)于問(wèn)題二：因?yàn)橛捎趩?wèn)題一可知，根據(jù)出去的光子數(shù)與射入的光子數(shù)可以分析被探測(cè)物體在某一方向上的厚度，那么通過(guò)360度不同方位的掃描就可以知道整個(gè)物體的形狀的信息。對(duì)于問(wèn)題三:在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我們?cè)陂_(kāi)啟放射性源的時(shí)候，放射性口不能對(duì)著有人的地方，手不要在放射性口附近等?！菊摹緾T系統(tǒng)的組成CT系統(tǒng)由射線源系統(tǒng)，探測(cè)器系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，機(jī)械掃描運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)圖像系統(tǒng)等部分組成。CT系統(tǒng)的示意圖如下：CT設(shè)備主要有以下三部分：①掃描部分由X線管、探測(cè)器和掃描架組成；②計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將掃描收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行貯存運(yùn)算；③圖像顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)，將經(jīng)計(jì)算機(jī)處理、重建的圖像顯示在電視屏上或用多幅照相機(jī)或激光照相機(jī)將圖像攝下。探測(cè)器從原始的1個(gè)發(fā)展到現(xiàn)在的多達(dá)4800個(gè)。掃描方式也從平移/旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)/固定，發(fā)展到新近開(kāi)發(fā)的螺旋CT掃描（spiralCTscan）。計(jì)算機(jī)容量大、運(yùn)算快，可達(dá)到立即重建圖像。由于掃描時(shí)間短，可避免運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影，例如，呼吸運(yùn)動(dòng)的干擾，可提高圖像質(zhì)量；層面是連續(xù)的，所以不致于漏掉病變，而且可行三維重建，注射造影劑作血管造影可得CT血管造影（Ctangiography，CTA）。超高速CT掃描所用掃描方式與前者完全不同。掃描時(shí)間可短到40ms以下，每秒可獲得多幀圖像。由于掃描時(shí)間很短，可攝得電影圖像，能避免運(yùn)動(dòng)所造成的偽影。二．CT系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)原理I0I0X放射源d*探測(cè)器樣品I平移X-CT掃描示意圖，如下：平移由吸收定律可知，一束初始強(qiáng)度為I0的射線穿越密度為ρ的均勻物質(zhì)后，其強(qiáng)度減弱為 其中μm為質(zhì)量吸收系數(shù)，與物質(zhì)種類和射線能量有關(guān)，D為射線喜愛(ài)物質(zhì)中的行程，亦即被測(cè)部位的橫向線段，當(dāng)穿越多種物質(zhì)時(shí)，則亦即射線強(qiáng)度衰減為不同物質(zhì)吸收作用能夠的指數(shù)和，它是被被測(cè)物拋面圖像重建最主要的信息來(lái)源，如令Di→0，則又可寫為：或者：積分路徑L指射線所經(jīng)過(guò)的路徑，為射線投影。若要得到整個(gè)物質(zhì)的值分布，必須用掃描方式，如圖3，在x處得到特設(shè)強(qiáng)度I后放射源和探測(cè)器平移d之后又得到一強(qiáng)度I＇的投射的γ射線，經(jīng)過(guò)一系列的平移就能得到某一方向上的樣品的透射強(qiáng)度，然后旋轉(zhuǎn)一定角度Ф，如此反復(fù)操作，一直旋到１８０ｏ為止，這樣就得到了一系列投射強(qiáng)度Ｉ，根據(jù)記錄到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)一定的圖像重建算法就能得到μ（ｘ，ｙ），從而獲得樣品內(nèi)部的詳細(xì)信息。三．實(shí)驗(yàn)步驟打開(kāi)計(jì)算機(jī)，初始化系統(tǒng)軟件。調(diào)整樣品的初始位置，手動(dòng)調(diào)整水平和垂直方向。雙擊CT圖標(biāo)，啟動(dòng)CT程序。單擊“初始化設(shè)置”鍵，在彈出的對(duì)話框里輸入初始化參數(shù)（典型實(shí)驗(yàn)參數(shù)可設(shè)置如下：平移掃描總長(zhǎng)50mm，平移掃描步長(zhǎng)1mm，旋轉(zhuǎn)掃描步長(zhǎng)6度，垂直掃描總長(zhǎng)8mm，垂直掃描步長(zhǎng)4mm，掃描時(shí)間為20*（1/10）=2秒，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)是10，而平移步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)為40，注意：步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)是按照機(jī)械設(shè)備上盒子中的驅(qū)動(dòng)器設(shè)置來(lái)調(diào)節(jié)的，最好由老師來(lái)確定，學(xué)生不需調(diào)節(jié)），在設(shè)置掃描時(shí)間和層數(shù)（垂直掃描總長(zhǎng)/垂直掃描步長(zhǎng)）時(shí)可參考在對(duì)話框右下角顯示的時(shí)間。單擊“確定”按鈕進(jìn)行初始化。選擇菜單項(xiàng)里的“設(shè)置”項(xiàng)，單擊“平移電機(jī)前進(jìn)”，使平移步進(jìn)電機(jī)移到初始位置（移到最靠近實(shí)驗(yàn)者的方向，直到碰到行程開(kāi)關(guān)自動(dòng)停止），鼠標(biāo)單擊“電機(jī)停止”確認(rèn)步進(jìn)電機(jī)停止。打開(kāi)控制機(jī)箱電源。單擊“開(kāi)始采集”鍵，彈出采集對(duì)話框，在對(duì)話框里輸入正確的信息，按“確定”鍵進(jìn)行采集。采集完一層保存數(shù)據(jù)。單擊“圖像重建”按鈕，彈出一個(gè)詢問(wèn)用戶是否用本系統(tǒng)的圖像重建模塊的對(duì)話框，選擇“是”進(jìn)入圖像重建。重建”完畢后，選擇菜單項(xiàng)里的“圖象顯示”項(xiàng)，選擇所感興趣的圖像，單擊對(duì)應(yīng)的按鈕，如果彈出對(duì)話框的話，根據(jù)提示輸入合適的信息，按“確定”鍵可以查看掃描結(jié)果（包括橫截面圖，豎截面圖以及立體圖），同時(shí)用“文件”