[科普中國]-三維CT成像

三維CT成像是相對于二維CT來說的，將原來平面的圖像變得立體起來，圖像立體感強(qiáng)、結(jié)構(gòu)關(guān)系清晰。

簡介三維CT成像是相對于二維CT來說的，將原來平面的圖像變得立體起來，圖像立體感強(qiáng)、結(jié)構(gòu)關(guān)系清晰1。

CT仿真關(guān)鍵問題幾何信息模型的定義是CT仿真一直探討的關(guān)鍵問題，樣本幾何信息描述手段有兩種:幾何模型定義語言和CAD軟件輔助建模。

（1）幾何模型定義語言在早期的樣本模型中使用。它事先定義了諸如橢圓體、圓柱體、立方體、錐體等幾種簡單的基本幾何形狀，同時定義它們之間的拓?fù)潢P(guān)系和位置、方向等信息，通過這些基本模型的布爾運(yùn)算組合成所需的檢測樣本。幾何模型定義語言來定義樣本幾何信息的建模方法簡單、仿真計算速度快，可以有效的驗(yàn)證各種圖象重建算法的正確性，因此在醫(yī)學(xué)研究中得到普遍的應(yīng)用。但

（2）對于工業(yè)等領(lǐng)域中常面對的復(fù)雜、高精度的幾何形體，采用幾何模型定義語言是無法正確完整的描述樣本的。因此人們逐漸趨向于CAD軟件輔助進(jìn)行樣本的幾何建模。CAD樣本模型可描述非常復(fù)雜的三維實(shí)體，能夠快速、高精度地生成樣本的表面三角面片網(wǎng)格模型。CAD模型在CT仿真中的應(yīng)用大大提高了CT仿真的應(yīng)用水平，也是樣本建模的發(fā)展方向2。

國外相關(guān)研究在ICT技術(shù)的應(yīng)用研究方面，國外早期的研究可以追溯到20世紀(jì)70年代，許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)在CT(或ICT)方面做了大量卓有成效的研究工作。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，ICT已得到越來越多的重視、研究和應(yīng)用。尤其是在三維CT方面有很大的發(fā)展。

在CT應(yīng)用研究方面，美國的Rochester大學(xué)、California大學(xué)，法國的ERSF實(shí)驗(yàn)室等都取得相當(dāng)?shù)某删?。其中Rochester大學(xué)實(shí)現(xiàn)了基于平板式探測器的錐形束體積CT(CBVCT-Cone Beam Volume CT)仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)不但仿真了CT的衰減投影成像模型，還仿真了CT的散射成像模型。Rochester大學(xué)的研究人員還基于該仿真系統(tǒng)，研究了CBVCT原樣機(jī)，在血管造影術(shù)、胸部成像等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展開了有效的研究。

在CT的應(yīng)用推廣方面，美國是世界上ICT技術(shù)研究及設(shè)備研制最先進(jìn)的國家，其中ARACOR公司專門研究和生產(chǎn)用于大型國防構(gòu)件的ICT系統(tǒng)，1988年就為HillAFB研制出射線能量為2MeV的ICT1500型高能X射線ICT系統(tǒng)，并在1990年將該產(chǎn)品升級為9MeV能量，可對1.5m直徑的固體火箭發(fā)動機(jī)進(jìn)行CT重建。1995年ARACOR公司生產(chǎn)的1CT2500型CT系統(tǒng)采用15MeV直線加速器產(chǎn)生高能X射線，能夠?qū)χ睆?.5m的固體火箭發(fā)動機(jī)進(jìn)行CT重建，是世界上最大的高能X射線線陣探測器ICT系統(tǒng)；該公司的Model 4100型CT可以用于機(jī)場、港口貨物集裝箱與安全檢查；ACTIS-300型CT可應(yīng)用于零件的無損檢測。另外，美國的V.J.Technologies公司、德國的YXLON依科視朗)公司都有各自的ICT系列產(chǎn)品，可以適應(yīng)不同場合的需求，其技術(shù)水平也較高。

此外日本、英國、法國和加拿大等國家的ICT技術(shù)水平先進(jìn)、設(shè)備精良，ICT已經(jīng)發(fā)展到第五代，ICT高科技產(chǎn)業(yè)下逐步形成，國外應(yīng)用ICT的主要部門主要是石油、鋼鐵、電子和軍事工業(yè)1。

我國相關(guān)研究從國內(nèi)來看，我國從1985年起開始研制ICT設(shè)備，較國外起步晚近20年。1993年，重慶大學(xué)、中科院高能研究所、西南ICT研究中心合作研制成功我國首臺Y射線ICT XN-1300機(jī)；1996年，在清華大學(xué)誕生了國內(nèi)第一套三維ICT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；東北大學(xué)、東南大學(xué)也相繼開展ICT系統(tǒng)研制。在CT技術(shù)的軟件研究方面，多年醫(yī)學(xué)CT研究和應(yīng)用已作了許多寶貴的探索。CT圖像的處理、三維建模技術(shù)和可視化方面的研究方面己獲得許多成熟或可用的理論方法。尤其值得一提的是，在切片圖像三維CAD建模方面，西北工業(yè)大學(xué)從1994年開始，在國內(nèi)率先嘗試將ICT技術(shù)應(yīng)用于CAD/CAM領(lǐng)域。先后獲得了航空院校自選課題基金、航空科學(xué)基金和國家自然科學(xué)基金的資助。在基于ICT的仿真技術(shù)、應(yīng)用等方面做了大量深入的研究。

在CT的應(yīng)用推廣方面，國內(nèi)的北京優(yōu)聯(lián)斯特公司依靠中國科學(xué)院高能物理研究所的技術(shù)產(chǎn)生ICT裝置，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

在航空工業(yè)的無損檢測領(lǐng)域，工廠中仍然沿用傳統(tǒng)的無損檢測方法，效率低下。ICT的研究和應(yīng)用仍然很落后，沒有相應(yīng)的檢測設(shè)備和檢測工藝2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所