陈孝章近代物理实验报告之CT实验VIP

CT实验报告陈孝章物理091班09180120【摘要】CT教学实验的实验要求我们了解工业CT机的基本结构以及组成部分，要求理解计算机断层成像的基本原理，还要求掌握CT教学试验仪的使用方法。本次实验一共有三个实验内容：计算机断层成像实验，伽马射线的衰减规律实验和原子核衰变的量子统计特性实验。【关键词】CT计算机成像衰变实验教学量子统计【引言】本实验的主要任务是利用CT来探测物体的具体形状和结构。在此实验开始之前我有几个关于实验原理的疑问。问题一：光子打到被探测的物体后会怎么样？问题二：为什么用CT能够探测出物体的大小形状和结构？问题三：在做这个实验的时候需要怎么样才能减少辐射？通过做完这个实验，我通过老师给我的解释以及自己的一些理解，我现在给出上面自己在实验前提出的问题。对于问题一：光子打在被探测物体后，由于物体的不同属性和结构，一部分光子被物体吸收了，另一部分穿过原子的间隙出去了，我们可以根据射出的光子数与射入的光子数的比例分析出被测物体的一些性质。对于问题二：因为由于问题一可知，根据出去的光子数与射入的光子数可以分析被探测物体在某一方向上的厚度，那么通过360度不同方位的扫描就可以知道整个物体的形状的信息。对于问题三:在做实验的时候，我们在开启放射性源的时候，放射性口不能对着有人的地方，手不要在放射性口附近等。【正文】CT系统的组成CT系统由射线源系统，探测器系统，数据采集系统，机械扫描运动系统，控制系统，计算机图像系统等部分组成。CT系统的示意图如下：CT设备主要有以下三部分：①扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成；②计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存运算；③图像显示和存储系统，将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。探测器从原始的1个发展到现在的多达4800个。扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定，发展到新近开发的螺旋CT扫描（spiralCTscan）。计算机容量大、运算快，可达到立即重建图像。由于扫描时间短，可避免运动产生的伪影，例如，呼吸运动的干扰，可提高图像质量；层面是连续的，所以不致于漏掉病变，而且可行三维重建，注射造影剂作血管造影可得CT血管造影（Ctangiography，CTA）。超高速CT扫描所用扫描方式与前者完全不同。扫描时间可短到40ms以下，每秒可获得多帧图像。由于扫描时间很短，可摄得电影图像，能避免运动所造成的伪影。二．CT系统的实验原理I0I0X放射源d*探测器样品I平移X-CT扫描示意图，如下：平移由吸收定律可知，一束初始强度为I0的射线穿越密度为ρ的均匀物质后，其强度减弱为 其中μm为质量吸收系数，与物质种类和射线能量有关，D为射线喜爱物质中的行程，亦即被测部位的横向线段，当穿越多种物质时，则亦即射线强度衰减为不同物质吸收作用能够的指数和，它是被被测物抛面图像重建最主要的信息来源，如令Di→0，则又可写为：或者：积分路径L指射线所经过的路径，为射线投影。若要得到整个物质的值分布，必须用扫描方式，如图3，在x处得到特设强度I后放射源和探测器平移d之后又得到一强度I＇的投射的γ射线，经过一系列的平移就能得到某一方向上的样品的透射强度，然后旋转一定角度Ф，如此反复操作，一直旋到１８０ｏ为止，这样就得到了一系列投射强度Ｉ，根据记录到的数据，经过一定的图像重建算法就能得到μ（ｘ，ｙ），从而获得样品内部的详细信息。三．实验步骤打开计算机，初始化系统软件。调整样品的初始位置，手动调整水平和垂直方向。双击CT图标，启动CT程序。单击“初始化设置”键，在弹出的对话框里输入初始化参数（典型实验参数可设置如下：平移扫描总长50mm，平移扫描步长1mm，旋转扫描步长6度，垂直扫描总长8mm，垂直扫描步长4mm，扫描时间为20*（1/10）=2秒，旋转步进电机细分数是10，而平移步进电机的细分数为40，注意：步进电机的细分数是按照机械设备上盒子中的驱动器设置来调节的，最好由老师来确定，学生不需调节），在设置扫描时间和层数（垂直扫描总长/垂直扫描步长）时可参考在对话框右下角显示的时间。单击“确定”按钮进行初始化。选择菜单项里的“设置”项，单击“平移电机前进”，使平移步进电机移到初始位置（移到最靠近实验者的方向，直到碰到行程开关自动停止），鼠标单击“电机停止”确认步进电机停止。打开控制机箱电源。单击“开始采集”键，弹出采集对话框，在对话框里输入正确的信息，按“确定”键进行采集。采集完一层保存数据。单击“图像重建”按钮，弹出一个询问用户是否用本系统的图像重建模块的对话框，选择“是”进入图像重建。重建”完毕后，选择菜单项里的“图象显示”项，选择所感兴趣的图像，单击对应的按钮，如果弹出对话框的话，根据提示输入合适的信息，按“确定”键可以查看扫描结果（包括横截面图，竖截面图以及立体图），同时用“文件”“保存图象数据”来保存图象数据。如果图象有毛刺、不光滑或对比度不高可用菜单项中的“图象处理”“图象平滑”、“低频滤波”或“提高对比度”来处理，以上过程可反复使用。看图象是可以选择“图象显示”“横截面缩放”、“竖截面缩放”或“立体图缩放”“100%”、“200%”，“300%”来缩放图象。有打印机，可以用“文件”“打印”功能打印试验结果。四．实验注意事项：1．实验结束后，关闭放射源室开关。2．探测器高压不超过900V。3．线性放大器输出幅度不超过2V。4．严格遵守放射源的安全操作规程，不得擅自打开铅罐后盖及仪器罩。5.在本实验中，我们要注意的最重要的操作规则是1）不得擅自打开放射源的屏蔽罐后盖；2）不得擅自打开仪器罩（尤其是在