如何提升计算机断层扫描(CT)的最大扫描容积?

在工业CT发展早期,探测器尺寸直接限制了可扫描容积的上限,超出范围则会产生重建伪影。待检物体必须全程位于X射线束锥(光束锥)范围内。焦点-探测器距离的物理限制,进一步制约了放大倍数与体素精度的提升。针对这些限制,可通过以下技术手段突破:

ROI|scan(感兴趣区扫描)

该技术仅重建大型物体中位于X射线束锥全程覆盖的部分,其余区域虽在物理上超出扫描范围,但通过算法优化仍可保证重建质量。即使物体整体尺寸远大于探测器覆盖范围,也能精准获取目标区域的完整数据。

ROI scan
X-ray source: X射线源 Object: 目标物体 Detector: 探测器 ROI(Region of Interest): 感兴趣区域 FOD(Field of Detection): 焦距物距 FDD(Focal Detector Distance): 焦距探测距离 D:探测器直径 dROI:感兴趣区域直径
Virtual|detector(虚拟探测器)

通过物理移动探测器实现其有效尺寸的动态扩展。例如:探测器向右移动采集大型图像的右半部分,随后向左移动采集左半部分。在大型设备中,探测器可在三、四或五个位置间移动,进一步拓宽扫描范围。因此,每个投影由两个或多个部分组成,在重建之前由软件精确拼接。这种投影的宽度可以达到 1.5 米或 60 英寸。

虚拟探测器
X-ray source:X射线源 Object:目标物体 Detector:探测器 ROI:感兴趣区域 FOD: 焦距物距 FDD: 焦距探测距离 2D:两倍探测器直径 Detector movement:探测器移动范围 d:直径
Multi|scan(多次扫描)

若说虚拟探测器技术拓展了扫描宽度,多次扫描功能则专攻高度延伸。系统通过多次扫描覆盖物体的目标高度,在扫描之间,样品被精确地移动,以便在重建软件中自动拼接时,单个体积能够完美契合。这仅受限于设备外壳高度与垂直轴的行程范围。

多次扫描
X-ray source:X射线源 Sample:样品 Digital detector array: 数字探测器阵列 (step-by-step) rotation:(逐步)旋转 x-ray cone beam: X射线锥形束 sample z-shift: 样品Z轴位移 tube control: 管控 CNC object stage: CNC样品台 Data acquisition: 数据采集 Computed tomography /volume reconstruction: 计算机断层扫描 / 体积重建
X-offset|scan(X轴偏移扫描)

当设备尺寸不足以支持虚拟探测器,或样品宽度仍然超出范围时,可采用此技术。扫描过程中样品被旋转至偏离中心位置,使得投影数据仅捕获样品的一半多。但经过适当处理后,重建的体积几乎可与 Virtual|Detector扫描相媲美。

X轴偏移扫描
X-ray source: X射线源 Object: 目标物体 Detector: 探测器 Axis offset:轴偏移 ROI(Region of Interest): 感兴趣区域 FOD(Field of Detection): 焦距物距 FDD(Focal Detector Distance): 焦距探测距离
X射线系统机柜空间优化方案

当然,在检测过程中,样品需要能通过门体而且可能很难搬运。所以,我们采用全高门设计,既可完全开启门体,又能上翻柜顶,配合起重机辅助,可确保工作人员轻松完成装卸操作。通过精心规划空间布局,可使机柜内部有效使用空间最大化,甚至让实验室占地面积相同的机柜展现出更大的内部可用空间。

X射线