ct成像与高中物理

Question

如题所述

Answer 1

CT成像的基本原理是使用X射线束对人体的某个层面进行扫描，探测器接收透过该层面的X射线，并将其转化为电信号，再经过模拟到数字的转换，输入计算机进行处理。这个过程类似于将选定的层面划分为多个体积相等的长方体，我们称之为体素(voxel)。通过计算，每个体素的X射线衰减系数或吸收系数被确定，并排列成矩阵，即数字矩阵。这个数字矩阵可以存储在磁盘或光盘中。数字矩阵中的数字随后被转换为不同灰度的像素，这些像素按照矩阵排列，形成了CT图像。
在CT成像中，物体对X射线的吸收起着关键作用。在均匀的物体中，X射线的衰减遵循指数规律。当X射线穿过人体器官或组织时，由于它们由不同的物质成分和密度构成，对X射线的吸收系数也会有所不同。将物体分割成许多小单元体（体素），每个体素的厚度相等，假设这个厚度足够小，使得每个体素可以认为是均匀的，每个体素的吸收系数是一个常数。如果X射线的入射强度I0、透射强度I和体素的厚度l都是已知的，那么可以计算出沿着X射线路径上的吸收系数之和。
为了创建CT图像，必须先确定每个体素的吸收系数。这需要从不同的角度进行多次扫描，以获取足够的数据来建立求解吸收系数的方程。吸收系数是一个物理量，表示CT影像中每个像素所对应的物质对X射线的线性平均衰减量。在实际应用中，通常以水的吸收系数作为基准，因此CT值定义为人体被测组织的吸收系数与水的吸收系数的比值。图像面上各像素的CT值随后被转换为灰度值，形成了CT影像的灰度分布。
CT图像的本质是衰减系数μ成像。通过计算机对获得的投影值进行特定算法处理，可以求解出每个体素的衰减系数值，得到衰减系数值的二维分布（衰减系数矩阵）。根据CT值的定义，将这些体素的衰减系数值转换为对应像素的CT值，得到CT值的二维分布（CT值矩阵）。最后，将图像面上各像素的CT值转换为灰度值，形成了图像面上的灰度分布，即CT影像。