工业CT技术参数对性能指标的影响
应用闪烁体的分立探测器的主要优点是：闪烁体在射线方向上的深度可以不受限制，从而使射入的大部分X 光子被俘获，提高探测效率。尤其在高能条件下，可以缩短获取时间；因为闪烁体是独立的，所以几乎没有光学的窜扰；同时闪烁体之间还有钨或其他重金属隔片，降低了X 射线的窜扰。若将隔片向前延伸形成准直器还可以挡住散射X 射线；分立探测器可以达到16～ 20 bits 的动态范围，而且不致因为散射和窜扰性能降低。分立探测器的读出速度很快，在微秒量级。同时可以用加速器输出脉冲来选通数据采集，最大限度减小信号上叠加的噪声。分立探测器对于辐射损伤也是最不敏感的。
分立探测器的主要缺点是像素尺寸不可能做得太小，其相邻间隔(节距)一般大于0.1mm；另外价格也要贵一些。
有一些关于CdZnTe 半导体探测器阵列用于工业CT 的报导。半导体探测器俗称为固体电离室，由于本身对X 射线灵敏，无须外加闪烁体，这种探测器尺寸可以做得较小，没有光学的窜扰。如果探测单元之间没有重金属隔片，仍然无法避免散射X 射线的影响。应当说这是一种很有应用前景的CT 探测器，但目前还有余辉过长等一些技术问题需要解决。
1.2.2.2 面探测器
面探测器主要有三种类型：高分辨半导体芯片、平板探测器和图像增强器。半导体芯片又分为CCD 和CMOS。CCD 对X 射线不敏感，表面还要覆盖一层闪烁体将X 射线转换成CCD 敏感的可见光。平板探测器和图像增强器本质上也需要内部的闪烁体先将X 射线转换成这些器件敏感波段的可见光。
半导体芯片具有最小的像素尺寸和最大的探测单元数，像素尺寸可小到10 微米左右，探测单元数量取决于硅单晶的最大尺寸，一般直径在50mm 以上。因为探测单元很小，信号幅度也很小，为了增大测量信号可以将若干探测单元合并。为了扩大有效探测器面积可以用透镜或光纤将它们光学耦合到大面积的闪烁体上。用光纤耦合的方法理论上可以把探测器的有效面积在一个方向上延长到任意需要的长度。使用光学耦合的技术还可以使这些半导体器件远离X 射线束的直接辐照，避免辐照损伤。
用半导体芯片也可以组成线探测器阵列，每个探测单元对应的闪烁体之间没有隔离或者在许多探测单元上覆盖一整条闪烁体，具有面探测器的基本特征，除了像素尺寸小的优点以外，其性能无法与分立探测器相比。图像增强器是一种传统的面探测器，是一种真空器件。名义上的像素尺寸＜100μm，直径152～457mm(6～18in)。读出速度可达15～30 帧/s，是读出速度最快的面探测器。由于图像增强过程中的统计涨落产生的固有噪声，图像质量比较差，一般射线照相灵敏度仅7～8%，在应用计算机进行数据叠加的情况下，射线照相灵敏度可以提高到2%以上。另外的缺点就是易碎和有图像扭曲。
平板探测器通常用表面覆盖数百微米的闪烁晶体（如CsI）的非晶态硅或非晶态硒做成。像素尺寸127 或200μm，平板尺寸最大约45cm（18in ）。读出速度大约3～7.5 帧/s。优点是使用比较简单，没有图像扭曲。图像质量接近于胶片照相，基本上可以作为图像增强器的升级换代产品。主要缺点是表面覆盖的闪烁晶体不能太厚，对高能X 射线探测效率低；难以解决散射和窜扰问题，使动态范围减小。在较高能量应用时，必须对电子电路进行射线屏蔽。一般说使用在150kV 以下的低能效果较好。
面探测器的基本优点是不言而喻的——它有着比线探测器高得多的射线利用率，特别是适合于DR 成像，可以达到实时或准实时的动态照相。面探测器也比较适合用于三维直接成像。所有面探测器由于结构上的原因都有共同的缺点，即射线探测效率低；无法限制散射和窜扰；动态范围小等。高能范围应用效果较差。
1.2.3 样品扫描系统
样品扫描系统形式上像一台没有刀具的数控机床，从本质上说应当说是一个位置数据采集系统，从重要性来看，位置数据与射线探测器测得的射线强度数据并无什么不同。仅仅将它看成一个载物台是不够全面的，尽管设计扫描系统时首先需要考虑的是检测样品的外形尺寸和重量，要有足够的机械强度和驱动力来保证以一定的机械精度和运动速度来完成扫描运动。同样还要考虑，选择最适合的扫描方式和几何布置；确定对机械精度的要求并对各部分的精度要求进行平衡；根据扫描和调试的要求选择合适的传感器以及在计算机软件中对扫描的位置参数作必要的插值或修正等等。
工业CT 常用的扫描方式是平移—旋转(TR)方式和只旋转(RO)方式两种。医学领域内后者比前者更为先进。然而在工业应用领域应当说是各有特点。只旋转扫描方式无疑具有更高的射线利用效率，可以得到更快的成像速度；然而，平移—旋转的扫描方式的伪像水平远低于只旋转扫描方式；可以根据样品大小方便地改变扫描参数（采样数据密度和扫描范围），特别是检测大尺寸样品时其优越性更加明显；源—探测器距离可以较小，提高信号幅度；以及探测器通道少可以降低系统造价便于维护等。该两种扫描方式从系统设计上还是有所不同的，有的系统声称同时具有两种扫描方式的大都还是基于RO 方式的结构，在进行TR 扫描时只是部分避免了RO 扫描的固有缺点——如消除年轮状伪像，并且可以扫描较大样品，但是不一定能采用最佳几何条件。
计算机软件无疑是CT 的核心技术，当数据采集完成以后， CT 图像的质量已经基本确定，不良的计算机软件只能降低CT 图像的质量，而良好的计算机软件能充分利用已有信息，得到尽可能好的结果。
1.3 工业CT 的主要性能指标
制造工业CT 最初的目的是解决用其他无损检测方法检查不出或检测效果不佳的问题。很自然，使用者最关心的显然是用CT 能够检测出的各种缺陷的最小尺寸。然而由于实际问题的复杂性，各种实际条件下的缺陷难以严格描述。为了能比较不同CT 系统的性能引入了空间分辨率和密度分辨率的概念。
类似空间分辨率和密度分辨率的概念，医学界根据本身检测特点常用高对比度分辨力和低对比度分辨力的概念。根据我国国家标准[12]，前者是指物体与匀质环境的X 射线线性衰减系数的相对值＞10%时，CT 图像能分辨该物体的能力；而后者是指物体与匀质环境的X 射线线性衰减系数的相对值＜1%时分辨该物体的能力。
工业CT 的空间分辨率指的是该设备分辨相互紧密靠近物体的能力，用单位长度上的线对数(lp/mm)来表示。常用线对卡或丝状和孔状测试卡进行测定，但是用肉眼观测测试卡测定的方法往往受到测试者的主观影响，比较客观的测定方法是我国军标[9] [10]推荐采用的MTF 方法。
空间分辨率要在两个正交方向上测量：切片平面（x-y）内和垂直于切片平面（x-y）的z 方向上。两者有着巨大差异。
密度分辨率又叫对比度分辨率，是分辨给定面积上映射到CT 图像上射线衰减系数差别的能力，和医学上应用的低对比度分辨力的概念非常接近，取决于CT 图像噪声水平。前面已经提到，低对比度可探测能力（LCD）是CT 和常规射线照相之间的关键区别，这个特性是CT 在临床上迅速得到接受的一个主要因素。工业CT 的情况也差不多，材料中缺陷能否被发现主要取决于这一技术指标，而不是空间分辨率。密度分辨能力的测定也可以用我国军标推荐的方法[10]，即统计标准模体的CT 图像上给定尺寸方块CT 值，求出标准偏差，采用三倍标准偏差为密度分辨能力表示95%以上的可信度。密度分辨能力也有一些传统的测定方法，如利用部分体积效应形成不同平均密度的方法，或制备不同密度的液体试件或固体试件的测试方法。但是液体试件多用盐水制备，密度值往往与工业CT 检测对象相差甚远；固体试件又往往因为成分不同，辐射密度与材料密度有时并没有简单对应关系，同种材料（如石墨）本身各部分密度又未必均匀，都容易引起误会，在实际应用中需要特别注意。
除了上面两个主要技术指标以外，特别需要提到的是CT 伪像。伪像的定义并不像我们能预期的那样清楚。理论上，伪像可被定义为CT 图像中数值与物体真实衰减系数之间的差异。尽管该定义足够宽，以至于能包含几乎所有非理想图像，但它没有多少实际价值。因为根据该定义，几乎CT 产生的所有图像都包含“伪像”。与常规的射线照相相比，CT 系统本质上容易产生伪像。CT 图像是由大量投影生成的，通常要使用大约106个独立测量数据形成一个二维图像。由于反投影过程的本质是将投影中一点映射到图像中一条直线，投影读数的一个误差不像常规射线照相的情形，不再限于局部区域。由于不准确测量的结果就是表现为重建图像中的误差，所以CT 产生伪像的概率明显更高。事实上，我们甚至可以进一步断言，CT 图像中大部分像素都是以某种外形或形式出现的“伪像”。这些误差或伪像对于检测人员有些只是令人烦恼。有些则可能产生误判。在实际应用中，必须着重考虑的是那些影响检测人员判断的差异或伪像。
系统的运行的不理想的条件自然会导致图像上出现伪像，人们通常并没有意识到CT 今天能够成为一种可行的医疗设备（工业CT 也一样）的真正秘密，既不是成千上万篇论文讨论的重建算法，也不是令人“眼花缭乱”的图像显示方法，而是伪像的处理方法。换句话说就是如果不能有效限制或降低伪像的水平，CT 图像可能没有任何实际应用价值。
另外一个重要的技术指标是断层图像的平均生成时间，它主要是由扫描时间（采集数据）与计算时间（图像重建时间）两部分组成的，更广义地还应当考虑改变切片位置和更换样品的时间。前面已经提到检测速度相对比较慢，也就是速度低是工业CT 的一个主要缺点，这主要是因为重建断层图像需要采集庞大的数据量更因为大量数据的计算也需要相当的时间。但目前现代工业CT 使用高端个人计算机已可满足要求，图像重建所需要的时间相对于扫描时间几乎可以忽略。通常工业CT 生成一个断层图像的时间要比医用CT 长得多，大概从以几分钟到几十分钟。
从原理上说，CT 系统生成一个断层图像的时间与其空间分辨率和密度分辨率互相制约的，因此在实际应用中往往只能折衷选取。
工业CT 的主要技术指标还有很多，如软件功能，放射性剂量和系统安全性都十分重要，由于篇幅所限，不再赘述。
2.工业CT 技术参数对性能指标的影响
综上所述密度分辨能力比起空间分辨能力更为重要。然而人们总是特别关注空间分辨能力，所以我们还是从空间分辨率开始。正如大家所知道的，CT 的空间分辨率主要取决于射线源焦点的尺寸、探测器孔径和几何条件；整个机械系统的精度、数据采集系统和重建算法也有一定影响。前者决定了CT 系统空间分辨能力的极限，前者和后者共同的作用决定了系统实际能够达到的空间分辨能力。
2.1 空间分辨率
首先自然想到的是尽量减小探测器的尺寸，因为射线源的选择余地似乎不大。毫无疑问减小探测器尺寸或更精确地说减小探测器有效孔径可以使系统空间分辨率提高，但是需要深入一点定量地考察各种参数的影响。我们可以从分析射线等效束宽计算公式开始，因为射线等效束宽BW 从物理上确定了系统可能达到的极限分辨率(图2)。
图2 射线等效束宽计算
d ——探测器孔径；
M ——几何放大倍数；
M = L / S ；
D——探测器到旋转中心距离；
L ——射线源到探测器距离；
S ——射线源到旋转中心距离。
令 A = D/L；B = S/L=1/M；C=d/a
式中 A ——探测器的几何等效倍率
B ——射线源的几何等效倍率
C ——探测器孔径与射线源尺寸之比
则式(2)可改写为：
表1 不同几何条件下的射线等效束宽（BW/a）的值 
从图3 中可以看出，在射线源尺寸一定时，减小探测器孔径d 可以减小射线等效束宽BW，也就是提高了系统的空间分辨率。同时我们还可以看出减小探测器孔径的时候，射线等效束宽BW 减小的倍率与L/D 密切相关。L/D 较小时，BW 的减小并不显著；只有L/D 较大时，探测器孔径减小，BW 才有显著的变化。即当样品的旋转中心远离探测器的时候，减小探测器孔径或者直接减小探测器的尺寸并不能有效地提高系统空间分辨率，只有当样品的旋转中心足够地靠近探测器的时候，减小探测器孔径或者直接减小探测器的尺寸才能有效地提高系统空间分辨率。还有一个有趣的现象是：当d/a 为0.4～0.5 附近时，当L/D≥4 以后，BW 几乎与L/D 没有关系，也就是说旋转中心的远近与空间分辨率几乎没有关系。 全息投影相关文章:全息投影原理
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