科普知識：CT電腦斷層掃描的差異與應用案例
在前面的幾個單元內，我們有針對CT電腦斷層掃描、實務運用、輻射法規規範、設備評估要點進行簡單介紹，相信有閱讀過的讀者們，對於CT電腦斷層掃描應該都有概略上的了解。
若有讀者還沒有閱讀過的話，可以按下面的文字連結前往確認。
那麼，在這個單元內，我們將針對CT相關的應用案例進行說明。
X光(X-ray)與CT電腦斷層掃描(Computed Tomography scan)的差異
隨著科技日新月異，在非破壞性檢測技術上來說，除了前面單元內所介紹的CT電腦斷層掃描(Computed Tomography scan)之外，常見的技術還有像是X光(X-ray)、磁振造影(MRI, Magnetic Resonance Imaging)、超音波檢查(Ultrasonography)…etc。但本單元主題為CT電腦斷層掃描的關係，在下面內容僅會針對X光和CT電腦斷層進行簡單比較和說明介紹。
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什麼是X光(X-ray)?
X光(X-ray)又稱為X射線，為能量強且可破壞生物分子細胞的游離輻射(Ionizing radiation)的一種。在波長上來說，會比紫外線(Ultraviolet)的波長來的短，但比伽瑪射線(Gamma ray)的波長來的長。
而在技術原理來說，於X光設備內會從X光射源產生具方向性的X光，隨後會被引導穿透檢測標的物，並將其結果映射至X光膠片(X-ray film)或IP成像板(Imaging Plate)上。通常於拍攝過程中，會採單張拍攝(One shot)或持續性拍攝方式對檢測標的物進行結構確認。
在技術應用上來說，會運用於人體醫療用途的醫療用X光機(Medical X-ray scanner)、於機場海關對行李進行安全檢查的行李X光機(X-ray baggage scanner)、PCB基板錫焊情況確認的PCB X光機(PCB X-Ray Inspection Machine)、以及對工業製品的內部結構缺陷進行檢視的工業用X光機(Industrial X-ray detector)…etc。 -
什麼是CT電腦斷層掃描(Computed Tomography scan)?
CT電腦斷層掃描(Computed Tomography scan)，又被稱為CT或X光CT(X-Ray Computed Tomography)。在技術原理上與X光相同，是利用游離輻射(電磁波or粒子)的特性對檢測標的物進行穿透拍攝。
但不同的地方在於進行穿透拍攝時，會將所產生的3D資料用電腦進行重組和重建。讓使用者可以以非破壞性的手段，針對掃檢測標的物內的結構進行檢視確認。通常於拍攝過程中，會於短時間採連續拍攝(Burst shot)方式對檢測標的物進行結構確認。
在技術應用上來說，與X光相同的會被運用於人體醫療用途上的醫療用X光CT(Medical X-ray CT)、動物‧寵物醫療的獸醫用X光CT(Veterinary X-ray CT)、工業製品的內部結構缺陷進行檢視的工業用CT(Industrial X-ray CT)…etc。(* 引用自RF Channels頻道)
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X光與CT電腦斷層掃描的差異
雖然X光與CT電腦斷層掃描皆是採用游離輻射的特性，以非破壞性方式對拍攝物件進行檢測。但嚴密上來說，X光(X-ray)僅能以2D平面方式，以特定角度對拍攝物件採單張拍攝(One shot)方式進行拍攝。在拍攝張數上通常僅會拍攝1張，且拍攝後僅能從固定之拍攝角度對成像結果進行確認。
而CT電腦斷層掃描(Computed Tomography scan)則是會將拍攝裝置或是拍攝物件進行360°旋轉的同時，在極短的時間進行連續拍攝(Burst shot)。在拍攝張數上會拍攝約300~1000張以上(※)，且拍攝後可從任意角度方向對成像結果進行確認。
(※ 依製造廠商、設備規格、拍攝模式…etc的不同，所拍攝之張數可能會有變動。)
X光CT電腦斷層掃描應用案例
而在前面幾個單元內已所提及到的，X光CT電腦斷層掃描設備除了被廣泛使用於工業領域(Industrial)和醫療領域(Medical)之外，亦能應用於其他領域或需求用途上。但具體上來說，又是怎麼樣的被應用？
在下面的內容內，將會針對工業領域(Industrial)和醫療領域(Medical)之外的實際應用案例進行介紹，希望相關內容可以有助大家更加瞭解X光CT電腦斷層掃描，並確認該種技術是否適合應用於相關業務之中。
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焊接技術驗證(Verification of weld)
該案例由日本群馬縣伊勢市的株式會社前野(Asano co., ltd.)所提供。
於影片內容內，技術人員針對鋁焊(Aluminum welding)的「MIG焊接(又稱金屬惰性氣體焊, Metal inert gas welding)」以及「TIG焊接(又稱惰性氣體保護焊, Tungsten inert gas welding)」的2種焊接技術的測試片，使用X光CT電腦斷層掃描設備進行比較。
一般來說，於進行焊接時若母材表面上的水分、油分、生鏽、鍍膜…etc物質清潔不完全的話，進行焊接過程中就將其與焊材一起焊入母材內。而因這些物質會因焊接時的高溫而氣化的關係，於母材與和焊材之間就有可能產生氣孔缺陷(Blow hole)。
在影片內我們可以很明顯確認MIG焊接和TIG焊接的差異，而技術人員在確認這些差異之後，後續就可以針對表面處理、焊接工法、問題原因…etc進行檢討和改善。
更詳細的內容部分，可參照下面影片連結說明。(* 引用自株式会社浅野頻道)
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土木工學研究(Research on Freeze-Thaw in Soil Pavement)
該案例由日本國立大學法人信州大學工學部水環境‧土木工學科 河村 隆 教授(Professor Takashi Kawamura)所提供。
於文章內容中河村教授有所提及到的，過去他們在分析由土和水泥(Cement)混合而成的土質路面材料(Soil-based pavement material)時，為了模擬水分於滲入後因低溫而凝固膨脹並造成路面龜裂的現象，必須花費大量的時間將檢驗樣品重複進行結凍和溶解後，才能從檢驗樣品剝落的碎片來分析材料劣化的狀態，且在結凍過程中無法觀察到內部的結構狀態。
但在導入X光CT電腦斷層掃描設備後，於結凍的狀態下也能直接對內部結構進行確認的關係，這有助於研究人員對結凍時的土壤變化進行更深度的研究。
更詳細的內容部分，可參照下面連結說明。 -
動物骨骼模型複製(Replication of Animal Skeletal Models)
該案例由日本Ampho合資公司 CEO 佐佐木 彰央(Akio Sasaki)所提供。
於文章內容有所提及的，該公司有別以傳統使用黏土或熔膠擷取動物骨骼形狀後再製作模型，是採用3D掃描機(3D scan)取得骨骼結構3D資訊後，再以3D列印機(3D printer)列印出，並於最後以手工方式對模型進行加工和上色。
而因3D掃描器僅能取得骨骼結構表面的3D資訊，而無法取得內部資訊的關係，最終選擇導入可以以非破壞性方式進行內部結構檢測的X光CT電腦斷層掃描來取得相關資訊。而這除了能減輕原本製作模型時的負擔之外，同時也能對保管於容器內的珍貴標本(冷凍標本、浸泡標本)，在不取出容器的情況下以最小幅度的接觸取得3D資訊。
更詳細的內容部分，可參照下面連結說明。 -
醫學研究(Medical research)
該案例是由日本三菱氣體化學股份有限公司新潟研究所 Nur Syafiqah Mohamad Ishak 博士等人所發表的醫學研究。
內容概要上，為於實驗用小白鼠的飼料內添加抗氧化物質PQQ(PQQ, Pyrroloquinoline quinon)，並以X光CT電腦斷層掃描來觀察其細胞上的變化過程。由於相關內容為醫療研究論文的關係，在這邊我們不贅述。
(* 引用自 Nur Syafiqah Mohamad Ishak, Midori Kikuchi, Kazuto Ikemoto. “Dietary pyrroloquinoline quinone hinders aging progression in male mice and D-galactose-induced cells”. 2024, 3-2, FIGURE 2有興趣的業界朋友們，可參照下面連結內說明內容。
- Dietary pyrroloquinoline quinone hinders aging progression in male mice and D-galactose-induced cells
https://www.frontiersin.org/journals/aging/articles/10.3389/fragi.2024.1351860/full
- Dietary pyrroloquinoline quinone hinders aging progression in male mice and D-galactose-induced cells
說明到這邊，相信讀者們對於X光與CT電腦斷層掃描的差異，以及其相關應用案例，有更進一步的認知和瞭解了。希望這些資訊，有助於您評估‧理解CT電腦斷層掃描設備。最後，關於CT電腦斷層掃描的單元，到這邊我們全數會告一個段落。未來若還有關於資訊，會在彙整後再與大家分享。那麼，期待我們未來再相見。
