陳孝章近代物理實驗報告之CT實驗

CT實驗報告陳孝章物理091班09180120【摘要】CT教學實驗的實驗要求我們了解工業(yè)CT機的基本結構以及組成部分，要求理解計算機斷層成像的基本原理，還要求掌握CT教學試驗儀的使用方法。本次實驗一共有三個實驗內(nèi)容：計算機斷層成像實驗，伽馬射線的衰減規(guī)律實驗和原子核衰變的量子統(tǒng)計特性實驗。【關鍵詞】CT計算機成像衰變實驗教學量子統(tǒng)計【引言】本實驗的主要任務是利用CT來探測物體的具體形狀和結構。在此實驗開始之前我有幾個關于實驗原理的疑問。問題一：光子打到被探測的物體后會怎么樣？問題二：為什么用CT能夠探測出物體的大小形狀和結構？問題三：在做這個實驗的時候需要怎么樣才能減少輻射？通過做完這個實驗，我通過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驗前提出的問題。對于問題一：光子打在被探測物體后，由于物體的不同屬性和結構，一部分光子被物體吸收了，另一部分穿過原子的間隙出去了，我們可以根據(jù)射出的光子數(shù)與射入的光子數(shù)的比例分析出被測物體的一些性質。對于問題二：因為由于問題一可知，根據(jù)出去的光子數(shù)與射入的光子數(shù)可以分析被探測物體在某一方向上的厚度，那么通過360度不同方位的掃描就可以知道整個物體的形狀的信息。對于問題三:在做實驗的時候，我們在開啟放射性源的時候，放射性口不能對著有人的地方，手不要在放射性口附近等。【正文】CT系統(tǒng)的組成CT系統(tǒng)由射線源系統(tǒng)，探測器系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，機械掃描運動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，計算機圖像系統(tǒng)等部分組成。CT系統(tǒng)的示意圖如下：CT設備主要有以下三部分：①掃描部分由X線管、探測器和掃描架組成；②計算機系統(tǒng)，將掃描收集到的信息數(shù)據(jù)進行貯存運算；③圖像顯示和存儲系統(tǒng)，將經(jīng)計算機處理、重建的圖像顯示在電視屏上或用多幅照相機或激光照相機將圖像攝下。探測器從原始的1個發(fā)展到現(xiàn)在的多達4800個。掃描方式也從平移/旋轉、旋轉/旋轉、旋轉/固定，發(fā)展到新近開發(fā)的螺旋CT掃描（spiralCTscan）。計算機容量大、運算快，可達到立即重建圖像。由于掃描時間短，可避免運動產(chǎn)生的偽影，例如，呼吸運動的干擾，可提高圖像質量；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。掃描時間可短到40ms以下，每秒可獲得多幀圖像。由于掃描時間很短，可攝得電影圖像，能避免運動所造成的偽影。二．CT系統(tǒng)的實驗原理I0I0X放射源d*探測器樣品I平移X-CT掃描示意圖，如下：平移由吸收定律可知，一束初始強度為I0的射線穿越密度為ρ的均勻物質后，其強度減弱為 其中μm為質量吸收系數(shù)，與物質種類和射線能量有關，D為射線喜愛物質中的行程，亦即被測部位的橫向線段，當穿越多種物質時，則亦即射線強度衰減為不同物質吸收作用能夠的指數(shù)和，它是被被測物拋面圖像重建最主要的信息來源，如令Di→0，則又可寫為：或者：積分路徑L指射線所經(jīng)過的路徑，為射線投影。若要得到整個物質的值分布，必須用掃描方式，如圖3，在x處得到特設強度I后放射源和探測器平移d之后又得到一強度I＇的投射的γ射線，經(jīng)過一系列的平移就能得到某一方向上的樣品的透射強度，然后旋轉一定角度Ф，如此反復操作，一直旋到１８０ｏ為止，這樣就得到了一系列投射強度Ｉ，根據(jù)記錄到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的圖像重建算法就能得到μ（ｘ，ｙ），從而獲得樣品內(nèi)部的詳細信息。三．實驗步驟打開計算機，初始化系統(tǒng)軟件。調(diào)整樣品的初始位置，手動調(diào)整水平和垂直方向。雙擊CT圖標，啟動CT程序。單擊“初始化設置”鍵，在彈出的對話框里輸入初始化參數(shù)（典型實驗參數(shù)可設置如下：平移掃描總長50mm，平移掃描步長1mm，旋轉掃描步長6度，垂直掃描總長8mm，垂直掃描步長4mm，掃描時間為20*（1/10）=2秒，旋轉步進電機細分數(shù)是10，而平移步進電機的細分數(shù)為40，注意：步進電機的細分數(shù)是按照機械設備上盒子中的驅動器設置來調(diào)節(jié)的，最好由老師來確定，學生不需調(diào)節(jié)），在設置掃描時間和層數(shù)（垂直掃描總長/垂直掃描步長）時可參考在對話框右下角顯示的時間。單擊“確定”按鈕進行初始化。選擇菜單項里的“設置”項，單擊“平移電機前進”，使平移步進電機移到初始位置（移到最靠近實驗者的方向，直到碰到行程開關自動停止），鼠標單擊“電機停止”確認步進電機停止。打開控制機箱電源。單擊“開始采集”鍵，彈出采集對話框，在對話框里輸入正確的信息，按“確定”鍵進行采集。采集完一層保存數(shù)據(jù)。單擊“圖像重建”按鈕，彈出一個詢問用戶是否用本系統(tǒng)的圖像重建模塊的對話框，選擇“是”進入圖像重建。重建”完畢后，選擇菜單項里的“圖象顯示”項，選擇所感興趣的圖像，單擊對應的按鈕，如果彈出對話框的話，根據(jù)提示輸入合適的信息，按“確定”鍵可以查看掃描結果（包括橫截面圖，豎截面圖以及立體圖），同時用“文件”