ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ РАДИАЦИОННЫХ ТОМОГРАФОВ

Сканеры
Трехмерная структура объекта реально
реконструируется последовательно, слой за
слоем. В этом случае для реконструкции необ­
ходимо иметь данные ослабления излучения
по траекториям, лежащим в плоскости слоя.
Для эффективной реконструкции этот набор
должен быть полным. Понятие полноты про­
екционных данных базируется на следующем:
- проекционные данные получены по
направлениям с равным угловым интервалом в
пределах 180® или 360®;
- по всем дискретным направлениям по­
лучены равноотстоящие проекционные дан­
ные;
- каждая точка в поперечном сечении
объекта контроля дает вклад в проекционные
данные по всем дискретным угловым направ­
лениям.
От числа и точности проекционных дан­
ных зависит погрешность реконструкции. Ис­
пользуют схемы сканирования, которые мож­
но разбить на несколько классов, традиционно
именуемых поколениями. Поколения разли­
чаются видом относительного движения ис­
точника излучения и детектирующей системы,
числом детекторов, временем сбора проекци­
онных данных.
Наиболее простой является схема 1-го
поколения, включающая источник и детектор
(рис. 3.8.4, а). Система источник (1 ... п) -
детектор (/ ... п) перемещается параллельно
самой себе с щагом Ах. После сканирования
всей области реконструкции при положении
параллельных прямых под углом Л к оси X
система источник-детектор поворачивается на
малый дискретный угол и аналогично проис­
ходит получение новой дискретной проекции.
Процесс сбора заканчивается, когда полный
угол поворота составит 180® или 360®. При
использовании этой схемы за счет возможнос­
ти сильного коллимирования пучка мало вли­
яние рассеянного излучения. Требования к
детектору не являются жесткими. Возможна
калибровка детектора в ходе контроля. Легко
меняется шаг сканирования и угол поворота
системы. Основной недостаток - большое вре­
мя сканирования.
В схеме 2-го поколения (рис. 3.8.4, б)
источник излучения формирует плоский веер­
ный пучок с углом раскрытия' в несколько
градусов. В качестве приемника используется
линейка с несколькими коллиминированными
детекторами. В результате линейного переме­
щения производится измерение данных одно­
временно для стольких наборов параллельных
проекций, сколько детекторов в матрице.
Каждый набор соответствует проекциям 1-го
поколений, повернутым на единичный угол,
образуемый направлениями от фокуса источ­
ника излучения ца. центры соседних детекто­
ров. Поскольку за один цикл линейного пере­
мещения формируется столько параллельных
проекций, сколько детекторов в матрице, вре­
мя сбора проекций сокращается во столько же
раз по сравнению с 1-м поколением.
В схемах 1-го и 2-го поколений должны
формироваться проекции, содержащие ин­
формацию в виде отсчетов, разделенных рав­
ными интервалами, привязанными к коорди­
натам объекта контроля. Это предъявляет оп­
ределенные достаточно высокие требования к
точности линейного перемещения и отсчета
координат в процессе перемещения. Исключе­
ние линейного перемещения осуществляется в
схеме сканирования 3-го поколения (рис.
3.8.4, в). В этой схеме система источник-
матрица детектор9В совершает только враща­
тельное движение вокруг исследуемого объек­
та, или соответственно объект вращается внут­
ри неподвижной системы.
Веерный пучок излучения, формируемый
коллиматором, имеет угол раскрытия, охваты­
вающий максимальный поперечный размер
контролируемого объекта. Прошедшее объект
излучение регистрируется большим числом
детекторов. Отличие 3-го поколения от 1-го и
2-го заключается в том, что проекция форми­
руется одномоментно по данным всех детекто­
ров. Таким образом, формирование парал­
лельных проекций в этой схеме в принципе
невозможно, формируются так называемые
веерные проекции.
Детекторы в этой схеме должны обладать
высокой идентичностью параметров и ста­
бильностью, поскольку прямые источник-
детекторы всегда проходят через объект при
любом возможном положении системы и по­
этому калибровка детекгоров в ходе измерений
не осуществима. Для обеспечения идентичнос­
ти каналов регистрации используют однород­
ные детекторы.
Преимущество схемы 3-го поколения -
одномоментное получение всей проекции.
Поэтому полный набор проекций в угле 360®
получается очень быстро, при непрерывном
относительном вращении объекта и системы
излучатель-приемники. Здесь скорость враще-
.ния обусловлена временем накопления кван­
тов излучения для получения отсчета проек­
ции. Эта схема сканирования наиболее широ­
ко используется в медицинской томографии,
так как время сбора всех проекций составляет
несколько секунд.
Еще более быстродействующей за счет
движения детекторов является схема сканиро­
вания 4-го поколения (рис. 3.8.4, г). В схеме
детекторы размещены неподвижно по окруж­
ности, внутри которой источник излучения
перемещается по окружности меньшего радиу­
са, а в центре находится объект исследований.
Кроме ускорения процесса сканирования пре­
имуществом является возможность калибровки
детекторов в моменты, когда прямая от источ­
ника к детектору не пересекает объект. Наибо­
лее серьезный недостаток - влияние рассеян­
ного излучения на качество реконструкции.
Общее число детекторов составляет 500 - 1000
и более.
Дальнейшим улучшением схемы 4-го по­
коления является схема 5-го поколения (рис.
3.8.4, д). В отличие от 4-го поколения кольцо
детекторов качается в плоскости, параллельной
пучку излучения таким образом, чтобы для
каждого положения источника регистрация
проводилась только наиболее отдаленньвси
детекторами. За счет того, что источник выно­
сится за кольцо детекторов, коэффициент ис­
пользования детекторов возрастает. Одновре­
менно решается проблема равноудаленности
детекторов от источника излучения.
В промьшитенной томографии применя­
ют в основном схемы 2-го поколения, сочета­
ющие относительную простоту и высокое быс­
тродействие, реже 3-го поколения, 4-е и 5-е
поколения практически не применяются.
Для получения томограмм подвижных
объектов используется схема с большим (до
28) количеством источников излучения, кото­
рые включаются и вьпслючаются в определен­
ной последовательности. В этом случае время
полного сбора проекционных данных может
быть -0,01 с.
Диапазон сканеров и их характеристик
весьма широк. Сканеры делят приблизительно
на три группы:
1) для микротомографов;
2) для универсальных томографов;
3) для томографии крупногабаритных
объектов.
Поскольку в большинстве случаев ис­
пользуется схема 2-го поколения, все сканеры
осуществляют типичный набор перемещений -
по X, у, Z У^ ф. Сканеры микротомографо
имеют расход стола при возвратно-
поступательном перемещении по х до 100 мм
при точности позиционирования линейной до
1-5 мкм; перемещение по у ручное или ав­
томатическое для изменения коэффициента
увеличения; вращение по ф осуществляется
дискретно, через 3; 6; 9® или другой угол в
зависимости от числа детекторов в пределах
180 или 360^. Угловая точность позициониро­
вания порядка Г. Самые большие сканеры
имеют расход до нескольких метров при точ­
ности позиционирования 0,1 - 0,3 мм; требо­
вания по угловому перемещению аналогичны.
Масса объекта может достигать 50 т. Одновре­
менно с перемещением осуществляется изме­
рение координат объекта. Движением сканера
управляет компьютер.

                                                       
 Х|ф1игтерист1пл томографов:
точность позиционирования объекта ли­
нейная 0,01 мм; угловая 0,004 - 0,01" ;
перемещение вертикальное до 700 мм;
горизонтальное до 1 500 мм;
угол поворота до 180 или 360 * ;
толщина слоя от 5 до 10 мм;
пространственное разрешение 0,5 - 1 мм
(обычное), 0,25 мм (высокое);
обнаруживают:
пустоты до 0,3 мм^,
включения до 0,03 мм^,
трещины с разрывом до 0,025 мм.
Вьпие рассматривались томографы ста­
ционарные. Это ограничивает возможность их
применения. Портативные передвижные томо­
графы могут бьпъ доставлены к объекту и раз­
мещены во1фуг него.
Компанией изотопных исследований
(ФРГ) совместно с Марбургским университе­
том разработан передвижной томограф MST-3.
Внутренний диаметр, соответствующий
максимальному размеру исследуемых объек­
тов, составляет 700 мм. Источником излучения
является i^^Cs или ^Со, матрица детекторов
имеет три детектора на основе сцинтиллятора
NaJ и ФЭУ. Томограф MST-3 был успешно
применен для томографии деревьев.
Компания Rigaku (Япония) разработала
большой и малый передвижные сканеры для
контроля деревьев и строительных колонн.
Излучателями большого и малого томографов
являются рентгеновские трубки соответственно
350 и 40 - 120 кВ, матрица имеет три детекто­
ра NaJ с ФЭУ. Максимальный диаметр объек­
тов 1 300 мм в большом сканере и 200 мм в
малом.