CT技术在安检领域的应用与原理

1 引 言WsK安检之家

CT技术自从本世纪70年代问世以来，由于其在物质探测方面有着巨大的优势，在医疗、工业、军事、地质等行业得到了广泛的应用。随着世界范围内的各类恐怖袭击事件的不断发生， 爆炸物检测领域正在成为CT技术应用的一片新天地。WsK安检之家

在这个特殊的市场中，CT技术不仅得到了应用，而且有了新的技术创新动力和市场驱动源泉。国际上已有该类产品问世并投入实际运行， 相关的政府机构也出台了一系列的认证标准。WsK安检之家

本文介绍了近年来世界范围内爆炸物检测领域的市场背景。在详细的描述了CT技术的基本原理和应用领域后，结合当前市场的发展状况， 介绍了CT技术在该领域的应用前景和技术发展趋势。 作为检测爆炸物的一个有效手段，CT技术将在国际安全领域发挥重要的作用。  爆炸物检测领域行业分析 近年来，受动荡的世界格局的影响， 公共安全越来越成为各国政府关注的焦点。 恐怖事件在全世界范围内以各种形式不断发生。WsK安检之家

2001年9月11日美国纽约世界贸易中心发生骇人听闻的“9.11”事件，造成数千人丧生，经济损失更是难以估量。WsK安检之家

2004年2月俄罗斯发生地铁爆炸案，死亡人数过百；2004年3月，西班牙发生震惊世界的马德里火车站爆炸案，死亡人数超过200人。 这一系列事件都表明了恐怖活动是全世界各国政府都必须密切关注的问题。 为对付日益猖獗的恐怖活动，各国纷纷出台相应政策。 1974年美国国会通过了反劫机行动法案，要求美国联邦航空局（FAA）在航空安全领域开展研究、开发计划，反对恐怖威胁。WsK安检之家

1991 ～ 1996年期间，美国FAA投资约1.5亿美元用于探测爆炸物技术的研发。“9.11”恐怖袭击事件之后不久， 美国国会就通过了《机场和运输安全法案》，并决定机场安检工作由联邦政府直接管辖。该法规定在旅客登机之前，必须要保证每一件将运上美国航班的行李都接受爆炸物检测。WsK安检之家

但是由于爆炸物种类繁多， 且物质形态也千差万别，因此单纯采用传统的X射线辐射成像法难以快速有效的进行分辨。目前国际上爆炸物检测技术的研究主要集中在X射线技术、热中子分析、核四极矩共振及蒸气微粒探测等方向，其中以X射线技术为基础的CT型爆炸物检测研究及应用相对更为成熟。WsK安检之家

爆炸物检测领域是一个全球范围内的巨大市场，每年由于恐怖主义活动的始终存在，这个市场的需求量有不断上升的趋势。WsK安检之家

CT技术作为一项相对成熟的技术 ，是爆炸物检测领域解决方案中的重要环节。据德国schleifring公司统计，自2001年起至现在，CT型爆炸物检测设备全球需求量平均每年为1500台以上，并且还将进一步提高。WsK安检之家

3 CT技术原理 CT（Computed Tomography），WsK安检之家

即计算机断层扫描技术，其最初的思想要追溯到1917年 奥地利数学家Radon的贡献，而当代的投影图像精确重建的数学方法是由美国物理学家科玛克(Cormack)于1964年确立的[1]。WsK安检之家

3.1 CT的物理和数学模型 WsK安检之家

取一理想的X射线源和探测器，在两者之间放置被检物体。测量X射线源的强度I0 以及经过物体衰减后的强度I, 假定物体分段均匀，且各部分的衰减系数分别为µi， 对应厚度为di，则有下式成立（见图1）： ∑==− n ii ide II1 0µWsK安检之家

（1）WsK安检之家

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图1WsK安检之家

射线穿过不均匀物质的吸收规律 第一代CT机的数学原理示意图,见图2所示。由于待测物体不均匀，因此吸收系数µ沿不同部位的变化可看作yx, 的函数，即),(yxµ。其中，yx,代表断层平面的一个固定的直角坐标系，x为平移扫描方向，y为射线束方向。当旋转一个ϕ∆后，第二个直角坐标系 11,yx和原来选择的第一个坐标系处于同一平面，原点相同。在第二个直角坐标系中， 仍以1x方向为平移扫描方向， 1y方向为射线束方向。WsK安检之家

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图2WsK安检之家

CT的数学原理 当射线源和探测器围绕固定待测物体旋转时，在某一旋转角度ϕ下，在水平位置'x上， 探测到的射线强度为： )'),(exp()',(0∫−=dyyxIxIµϕWsK安检之家

（2） 将（2）式改写为： ∫= '),())',(/ln(0dyyxxIIµϕWsK安检之家

（3） 等式WsK安检之家

（3）的左侧含有已测得的I 和0I值，而等式右侧含有未知量µ 。此时的工作是要从一个线性积分方程中解出未知数µ。如何求解µ，这就是CT中的图像重建问题。 由于涉及到大量的运算， 只有在计算机问世后才得以广泛应用，因此被称为计算机断层扫描技术，这个反演的过程就是三维重建算法技术，包括变换法和迭代法。变换法中的卷积反投影法为当前普遍采用的一种重建算法。