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科普知識:CT電腦斷層掃描的實務運用

2023-02-14

科普知識:CT電腦斷層掃描(Computed Tomography)的實務運用

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在前面的單元內,我們有針對CT電腦斷層掃描進行簡單的介紹,相信有閱讀過的讀者們,對於CT電腦斷層掃描應該都有了簡單和概略上的了解。
若有讀者還沒有閱讀的話,可以按下面的文字連結前往確認。

那麼在接下來的內容部分,我們會針對CT在實際現場上如何去運用進行相關介紹說明。

CT電腦斷層掃描的各領域運用案例

那讓我們來複習一下,所謂的CT電腦斷層掃描是利用游離輻射(電磁波or粒子)的特性對檢測物體進行穿透拍攝,並在進行穿透拍攝時所產生的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,針對掃檢測物體內的結構進行檢視確認。那麼在各領域上,實際上又是怎麼樣去被運用?

  • 工業領域上

    在工業領域上來說,CT電腦斷層掃描多半會被運用在產品研發(PD, Product Development)或是品質管理(QC, Quality Control)上,對產品進行品質抽檢瑕疵檢測、內部結構確認…等上面,來輔助開發、設計人員針對產品的進行修改或是品質提升。那在實際案例上,下面動畫連結內容是利用X光CT斷層掃描機,對汽車引擎零件進行內部結構的剖析和確認。

  • 醫學領域上

    那在醫學領域上,如我們所眾知的多半是會被運用在對於人體或是動物身上,對骨骼內臟…等進行透視拍攝掃描,來提供醫護人員有更客觀的資訊情報來做進一步的醫療判斷。舉例來說像是下面連結動畫內,為日本醫療儀器廠商的RF co.,ltd.在介紹在牙科診所內所運用的牙科用CT X-ray是如何去運用並拍攝患者牙齒骨骼,讓牙醫可以更客觀地去判斷要如何對病患進行治療。

    (* 引用自日本RF co.,ltd Youtube頻道)

  • 學術研究領域上

    而在工業和醫學領域之外,工業用CT也可以被運用在學術研究領域上。舉例來說,也可以運用在像是具有歷史‧文化意義的國寶、貴重古物等的調查維護修理上。像下面的連結動畫內,為日本東京上野的東京國立博物館的調查分析人員,介紹如何去運用X光CT裝置對日本國寶、貴重古物等進行調查和維護。(影片內容雖然為全日文,不擅長外語的讀者可以使用Youtube的字幕系統進行輔助觀看。)

    (* 引用自日本東京國立博物館Youtube頻道)

CT電腦斷層掃描的實際運用

那在前面的說明中,我們瞭解了CT電腦斷層掃描在各領域上的運用案例,那實際的運用上又大概會是如何?
目前,在市面上雖然有多家廠商製造銷售X光CT裝置,但從運用概念上來說是其目的是大同小異。畢竟使用CT電腦斷層掃描的目的,就是要去掃描‧確認對象物內部的結構情況。不過就差異上來說,其實各家廠商所生產的CT設備的差異,僅有其所使用的CT拍攝方式、功率、精度上有不同而已。
在接下來的內容,將會實際使用CT設備進行CT電腦斷層掃描拍攝作業,來帶大家瞭解實務上要怎麼去運用工業用CT。

  • 掃描工具以及對象物

    首先,在此次的CT電腦斷層掃描拍攝上,我們將使用由日本RF co.,ltd.所生產的設備「RF NAOMi-CT 3D系列 工業用CT」,並對一個內容物不明的黑色小盒子進行CT掃描。而這次掃描的最大目的為,在「不打開、不破壞盒子的情況下」來確認其內容物是什麼?
    然而,為什麼需要預先設定目的的原因,其實主要是因為CT的穿透功率設定的問題。因拍攝對象的材質不同,若在進行CT電腦斷層掃描時設定功率過高或過低,很有可能會造成最後成像不明顯的情況發生。而實際詳細的情況,我們將會在下面的內容進行介紹。

 

  • 掃描過程

    首先,將NAOMi-CT的滑門打開後,將黑色小盒子放置入CT設備內。並微調整其位置和角度,以便進行CT攝影和成像。接著,將滑門關上並開啟專用掃描軟體後,隨意設定穿透條件後進行一次”測試掃描”來確認內容物。

    在進行測試掃描後,我們確認到箱內有長條形棒狀物體,但現階段因顯像有些不清楚的關係尚無法判別內容物是什麼。通常在顯像時若所設定之功率不足的情況下,因穿透效果不佳(如同下圖一般)的關係,可能會造成CT裝置在拍攝後的電腦成像結果非常模糊且難以辨別。
    為此,在這邊我們需要稍微調高其功率,來使最後的成像結果可以達到我們的需求。
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    在微調高功率後,與稍早顯像相比清楚了許多。在現在所設定的功率下,我們可以清楚觀察到內部物體的結構和形狀。但目前顯現上只有平面的X光透視圖的關係,接下來將會使用CT拍攝功能來進一步拍攝內容物。
    此外,在這邊補充說明一下。我們可以觀察到雖然因調高功率使穿透率變強且顯像也更明顯,但同時也使原來仍可依稀可看到的黑色小盒子輪廓消失了。這也就是前面內容有所提到,因拍攝對象材質不同在不同的功率下,顯像上會有不明顯或是部分結構消失的情況產生。
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    進行CT拍攝(6倍速) [*實際處理所需時間約為1分半]。
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  • 掃描後處理

    在CT拍攝完成後,由系統自動彙整的成像結果較為粗糙的關係,在這邊我們可以調整一些相關參數,讓實際成像結果更容易辨別。
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    經過相關參數調整後,我們可以清楚確認到其內容物應為「USB硬碟」。
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    接下來我們打開小盒子來確認,在小盒子內的內容物也確實為「USB硬碟」沒錯。那來比對前面對CT的成像結果,我們可以發現其調整的結果也更貼近實際狀態。

    在確認CT拍攝的成像結果與實際內容物一致後,接下來我們就可以對拍攝結果進行任意方向的內部結構確認。隨著三軸方向的斷層軸的移動,可以確認USB內PCB電路板上裝設的電子元件是否正確裝設,或是進一步確認電子元件的內部情況。
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到這邊我們已經達成最大目的,就是在「不打開、不破壞盒子」的情況下,以非破壞性的手法來確認其內容物。除此之外,我們甚至可以進一步去確認到USB硬碟內的晶片實際打線狀況。倘若CT電腦斷層掃描能運用在生產現場上,應可以提供更客觀且非破壞性的方式,來輔助開發、設計人員進行產品的品質抽檢、瑕疵檢測、製程修改…等業務。

最後,說明到這邊,相信大家都已經知道實務上要如何去CT電腦斷層掃描。在下個單元,我們會針對X光CT功率、管制法規以及如何挑選適合的CT設備做進一步說明。

那麼,期待我們在下個單元相見。

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