Что такое компьютерная томография?

Что такое КТ?

КТ-сканирование или компьютерная томография (КТ) относится к диагностической процедуре, которая использует рентгеновские лучи.

После открытия рентгеновских лучей немецким физиком Вильгельмом Рентгеном в 1895 году полезность рентгеновской визуализации была признана в различных отраслях промышленности. В настоящее время рентгеновская визуализация (называемая рентгеновским контролем) широко используется в различных областях.

В промышленных приложениях рентгеновские контрольные проверки в основном делятся на два типа: контроль пропускания и КТ-сканирование.

Просвечивающие инспекции следуют тем же принципам, что и обычные рентгеновские обследования, проводимые в больницах, захватывая двухмерные изображения путем обнаружения рентгеновских лучей, которые были ослаблены на основе материала, плотности и толщины передающего вещества с помощью пленки или детектора на принимающей поверхности.

С другой стороны, компьютерная томография, или КТ, включает захват нескольких трансмиссионных изображений вокруг 360° и использование компьютерных расчетов реконструкции для создания поперечных изображений и трехмерных моделей объекта. Это метод цифрового рентгеновского обследования.

Реконструированные 3D-изображения позволяют наблюдать внутреннюю часть объекта в любом поперечном сечении, облегчая такие задачи, как обнаружение дефектов и посторонних предметов внутри изделий и измерение толщины материала. Кроме того, полученные 3D-модели могут быть выведены в виде данных, что позволяет проводить сравнения с данными автоматизированного проектирования (САПР) и использовать их в обратном проектировании.

Применение КТ

В промышленном секторе КТ (компьютерная томография) является широко используемым методом неразрушающего контроля (НК) для контроля качества и разработки продукции.

В таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, энергетика и производство электроники, КТ используется для решения таких задач, как обнаружение внутренних дефектов в литых компонентах и ​​сварных деталях, проверка посторонних предметов внутри изделий и измерение геометрических размеров собранных компонентов.

В производстве компьютерная томография играет решающую роль в разработке продукции и контроле качества, способствуя проверке конструкции, оценке прототипов и исследованиям долговечности и надежности продукции.

Принципы компьютерной томографии

При компьютерной томографии используются рентгеновские лучи, также известные как ионизирующее излучение.

Рентгеновские лучи, имеющие очень короткую длину волны и высокую энергию, могут проникать сквозь объекты. Однако во время прохождения через объекты они сталкиваются с электронами, вращающимися вокруг атомных структур, вызывая затухание. Материалы с высокой плотностью, такие как металлы, демонстрируют высокую скорость затухания, тогда как материалы с низкой плотностью, такие как воздух или пластик, показывают более низкую скорость затухания.

Основной принцип рентгеновского контроля заключается в обнаружении ослабленных рентгеновских лучей на основе материала, плотности и толщины передающего объекта. КТ-сканирование расширяет этот принцип, применяя компьютерные вычисления для реконструкции трехмерных физических распределений объекта с использованием множественной переданной информации (проекционные данные, изображения передачи).

В то время как обычные рентгеновские инспекции создают 2D-изображения, КТ-сканирование использует множественные данные передачи для расчета реконструкции изображения, что позволяет получать 3D-информацию о субъекте.

При получении изображений КТ важно учитывать как аппаратные средства, так и алгоритмы реконструкции. Конфигурация и алгоритм реконструкции оборудования могут различаться в зависимости от метода получения данных изображения, что влияет на время, необходимое для получения одного набора данных по сравнению с традиционными рентгеновскими инспекциями.

Структура КТ-сканера

Компоненты рентгеновского КТ-устройства включают следующие три основных элемента:

• Рентгеновская трубка (и генератор высокого напряжения)
• Детектор
• Аппаратное обеспечение приводной системы, такое как поворотные столы

1. Рентгеновская трубка (и генератор высокого напряжения)

Рентгеновская трубка бывает разных типов в зависимости от требуемой выходной дозы. Для промышленного рентгеновского применения существуют мини-фокусные рентгеновские трубки с фокусным размером в несколько миллиметров, подходящие для крупных деталей в рентгеновской КТ. Наоборот, микрофокусные рентгеновские трубки с фокусными размерами на уровне микрона и нанофокусные рентгеновские трубки с чрезвычайно малыми фокусами в нанометровом диапазоне подходят для рентгеновской КТ небольших изделий, таких как полупроводниковые и чип-компоненты. Выбор зависит от выходной энергии и требований к визуализации.

2. Детектор

Существуют различные типы детекторов, но в промышленной рентгеновской КТ обычно используются датчики Line Detector Array (LDA) и датчики Flat Panel Detector (FPD). Датчики LDA, состоящие из линейно расположенных элементов, захватывают только изображения срезов. Хотя они создают изображения с низким уровнем шума, менее подверженные рассеянному излучению, захват всего объекта требует захвата изображений с несколькими срезами, что делает его трудоемким для приложений полного сканирования.

Датчики FPD, с другой стороны, имеют элементы, расположенные плоско, захватывая большую область за одно сканирование. Хотя они позволяют выполнять быстрое сканирование по сравнению с датчиками LDA, они более восприимчивы к рассеянному излучению, что приводит к немного более шумным изображениям.

3. Аппаратное обеспечение системы привода

В рентгеновской КТ аппаратное обеспечение системы привода для вращения объекта является незаменимым. Вращение объекта на 360° при облучении его рентгеновскими лучами и обнаружении информации о передаче позволяет получать рентгеновские КТ-изображения. Точность системы привода существенно влияет на точность КТ-изображений и уровень шума. Кроме того, скорость привода влияет на время захвата, что делает аппаратное обеспечение критически важным в рентгеновской КТ.

Другая информация о КТ-сканировании

1. Тенденции в КТ-сканировании

В последние годы, с достижениями в области КТ-сканирования, меньшие фокусные точки рентгеновских источников позволили создавать КТ-изображения с еще более высоким разрешением. Доступность подробных КТ-изображений в сочетании с сокращением времени вычислений для реконструкции благодаря улучшенным возможностям обработки привели к разнообразным приложениям в различных областях.

Инновационные приложения включают оценку и структурный анализ прототипов батарей, установленных в гибридных и электрических транспортных средствах. Также растет число случаев, связанных с подробным анализом и устранением неисправностей электронных плат с использованием микрофокусной рентгеновской КТ и нанофокусной рентгеновской КТ.

Визуализация внутренних структур привела к неразрушающему тестированию стеклопластиков (GFRP) и углеродных пластиков (CFRP). КТ-сканирование стало ценным в этих случаях, где ранее проверки проводились путем разрушения изделий для анализа ориентации стеклянных или углеродных волокон.

2. Обратное проектирование

В приложениях обратного проектирования изображения КТ служат основой для создания 3D-данных из изображений КТ для таких инструментов, как САПР. Сравнение данных проектирования с фактической формой и размерами изделий помогает вносить изменения в конструкцию изделий и улучшать процессы. Возможность создания данных САПР из изображений КТ обеспечивает совместимость с 3D-принтерами, что позволяет реализовывать формы продуктов с использованием 3D-принтеров, особенно для продуктов без чертежей дизайна.

Более того, КТ применяется в ранее нетронутых областях, таких как анализ пенной структуры материалов, таких как губки и пеноуретан, сканирование внутренних частей буддийских статуй в археологии и оцифровка скелетов живых организмов, включая рыб.

3. Рабочий процесс КТ

КТ-сканирование обычно включает этапы визуализации, оценки и анализа.