医用IT技术:CT(3.1)

前面介绍了CT的历史和CT的组成。今天介绍它的原理,由于部分比较多。所以我把它拆成了单个部件的原理和整体运作的原理。

X射线

产生

我们都知道CT扫描用的射线是X射线,但X射线是怎么产生的呢?我们都知道X射线是伦琴发现的,是在一次偶然的情况下发现的。具体这里就不做介绍了,感兴趣的可以自行去查找资料。其中他做了一个动作------给管子加上高电压,所以X射线的产生肯定和"电"有关了。那具体是怎样的原理呢?简单来说,

X射线是高能电子在极短时间内突然减速所产生的一种电磁波。

就做一个简单的类比,当你在跑步上早八的时候,看着手机,突然前面出现了一棵树,你没有发现撞上去了,发出了一声巨大的响声。这里你是高能电子,这一声巨大的响声就是X射线。

CT中产生X射线的电子用了一个原理,叫做热发射,其原理是金属被加热到一定温度后,电子会从中逃逸。那这个速度到底会有多快呢?粗略的计算,差不多达到了光速的一半。

那你肯定会问了,怎么进行加热?焦耳定律都知道吧,本身金属就是有电阻的,通个高电压不就实现加热了吗。这个电压差平均不多在120千伏左右,相当于12万伏。

然后就是怎么停下来的问题了,最简单的方法就是装一个障碍物,我们把它称为金属靶。电子只要撞上去,速度肯定会在极短时间减小不少,然后X射线就产生了。差不多就是下面这个工作示意图。

控制

不过产生X射线还不够。我们还要控制它的发射量,还有照射面积等。这里只讲传统的控制方法,不讲现代的智能影像技术。

控制它的量比较简单,只需要针对管内的电压(我们称之为管电压)进行调整就行。

控制照射面积主要用到了一种物理的控制方法。就是在X射线源附近加上一些金属挡板,因为X射线无法穿过绝大部分的金属。它就会顺着这些金属挡板进行传播。顺便一提, X射线的发生装置内都是真空的。

另外这里要弄清楚两个概念,一条射线和一束射线。

我们都知道电磁波在均匀介质中是沿直线传播的。一条X射线就是沿一个方向传播的X射线。一束X射线就是由无数个X射线组成的辐射流,它是一个空间性的,截面会具有某种形状,就像我们看灯光秀一样。CT中用的是一束X射线,所以它会产生衍射问题,但是这里不用担心,这几乎可以被探测器给忽略掉。而真正要解决的问题是散射问题,方法也是很多样的,只介绍一种。

工程师们在X射线的射线源处加入了准直器。分别是前准直器和后准直器。前准直器的作用是将射线束从原来截面不规则的图形校成规则图形,从根源上减少了散射的体积。后准直器的作用就相当一个过滤器一样,把那些比较混的杂的X射线给过滤掉,只留下从焦点出发沿直线传播的X射线。(这里的焦点可以类比下抛物线,不做解释)。

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