工业CT 的主要部件和它们的特点

      一个工业CT 系统至少应当包括辐射探测器，射线源，样品扫描系统，计算机系统（硬件和软件）等。

1、 辐射探测器

       工业CT 所用的探测器有两个主要的类型——分立探测器和面探测器

2、射线源的种类

       射线源常用X 射线机和直线加速器，统称电子辐射发生器。电子回旋加速器从原则上说可以作CT 的射线源，但是因为强度低，几乎没有得到实际的应用。X 射线机的峰值射线能量和强度都是可调的，实际应用的峰值射线能量范围从几KeV 到450KeV；直线加速器的峰值射线能量一般不可调，实际应用的峰值射线能量范围从1 ～16MeV，更高的能量虽可以达到，主要仅用于实验。电子辐射发生器的共同优点是切断电源以后就不再产生射线，这种内在的安全性对于工业现场使用是非常有益的。电子辐射发生器的焦点尺寸为几微米到几毫米。在高能电子束转换为X 射线的过程中，仅有小部分能量转换为X 射线，大部分能量都转换成了热，焦点尺寸越小，阳极靶上局部功率密度越大，局部温度也越高。实际应用的功率是以阳极靶可以长期工作所能耐受的功率密度确定的。因此，小焦点乃至微焦点的的射线源的使用功率或最大电压都要比大焦点的射线源低。电子辐射发生器的共同缺点是X 射线能谱的多色性，这种连续能谱的X 射线会引起衰减过程中的能谱硬化，导致各种与硬化相关的伪像。

       同位素辐射源的最大优点是它的能谱简单，同时有消耗电能很少，设备体积小且相对简单，而且输出稳定的特点。但是其缺点是辐射源的强度低，为了提高源的强度必须加大源的体积，导致“焦点”尺寸增大。在工业CT 中较少实际应用。

       同步辐射本来是连续能谱，经过单色器选择可以得到定向的几乎单能的高强度X 射线，因此可以做成高空间分辨率的CT 系统。但是由于射线能量为20KeV 到30KeV，实际只能用于检测1mm 左右的小样品，用于一些特殊的场合。

3、 分立探测器

       常用的X 射线探测器有气体和闪烁两大类。

       气体探测器具有天然的准直特性，限制了散射线的影响；几乎没有窜扰；且器件一致性好。缺点是探测效率不易提高，高能应用有一定限制；其次探测单元间隔为数毫米，对于有些应用显得太大。

       应用更为广泛的还是闪烁探测器。闪烁探测器的光电转换部分可以选用光电倍增管或光电二极管。前者有极好的信号噪声比，但是因为器件尺寸大，难以达到很高的集成度，造价也高。工业CT 中应用最广泛的是闪烁体—光电二极管组合。

       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。

4、 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。