大光的漂浮天空: 技術筆記：Micro CT 電腦斷層掃瞄系統

牙齒 Micro CT掃描成果

因工作需要，有機會於12月17日，在台達DELab 協助下(連結)，利用其高端Micro CT電腦斷層掃瞄系統，掃描兩顆牙齒樣本。對工程師來說，接觸新科技總是讓人興奮不已，藉此機會紀錄CT相關概念及當天作業情形。

首先映入眼簾的是由貨櫃屋改建的行動實驗室，內有兩台最新型micro CT，桌上型μCT-100X，體積約一公尺見方箱型，以及立地形μCT-100，這台體積更大，為兩個圓筒套合在一起，造型與醫院CT神似，應該是為了後續更大型樣品預做準備。兩台掃描機體旁都另附有伺服器等級工作電腦以及台達開發的影像處理軟體進行影像處理。

靜態樣本掃描機，右測是24吋螢幕，可見得此機器之龐大

右方為活體掃描機，儼然有大型CT外型，左側為熱情的技術人員

專案經理曾敏原先生解釋，桌上型與立地形原理類似，桌上型μCT-100X是以拍攝四、五公分見方靜態物體為主；更大型的樣品或活體(如老鼠)，則適合備有麻醉設備和幫浦以及更多影像處理系統的立地形μCT-100。以我們提供的牙齒樣本來說，體積不大且為靜態物體，適合以μCT-100X進行掃描。

CT最重要的兩個項目，一是X光源，另外則是顯影方式。以下面這個DIY專案為例(連結連結)，X光由右下方電壓轟擊靶材產生，電子束會以角度非常小的扇形射向圖中冷凍肉雞，依材質特性，電子束會被阻擋或穿透，穿透部分擊中後方螢光感測板(phosphor screen)，轉換為可見光，最後由左下方普通相機拍得這些影像，再由軟體進行重建。

類似概念套用至μCT-100X，各個元件狀況如下，X光源在右方，經過圓形過濾鏡後，射向畫面中間牙齒樣本，畫面左側為螢光感測板，若樣本體積太大，可以調整物體位置。

別擔心，這片玻璃是含鉛玻璃，可阻擋X光。由圖中牙齒大小可看出整台機器之碩大。

因為光源類似扇形，所以只要調整樣本和感測器的位置，就能拍攝出不同放大倍率和解析度的影像。有經驗的技術人員會依照樣本體積不同，選擇合適位置，達到拍攝需求。

樣品下方支架為產品配件，保麗龍僅是配合牙齒臨時製作。

校正過程除了要計算物體距離，還要考量不同物體對X光的吸收和穿透程度，例如拍攝岩石和電路板和老鼠的設定自然不同，以往這些都要依靠技術人員經驗，現有軟體已經將其數位化，並且將各種物件的屬性以屬性方式存在系統中，方便使用者挑選，大大將低操作門檻。

畫面左方可看到數種預設物品可供挑選

開始進入拍攝階段，包含各種校正與處理時間，目前每張照片時間需七至十秒，結果如下。此為一個物件在同一平面的X光照片。

初步校正後，可看到2D影像

取得平面影像僅是第一步，若要產生立體模型，概念上只要固定光源和感測器模組，讓待測物進行360度自轉，過程中同時拍攝各個角度的影像，透過3D重建理論，無論是單純的填充和消去、傅立葉轉換，或是迭代法，就可將這些影像轉換為物體內部各座標點的密度訊息。

重建概念

即使我們對相關數學方程式不熟悉，憑直覺也能推論出，物體自轉角度越精細，重建的效果會越好。目前μCT-100X是使用高精密度馬達，以每隔0.5度拍攝一組影像的方式，組合720組影像成為微米等級資訊，全程約需2小時。比較特別的是，因為是臨時搭建的貨櫃屋，過程中為避免震動改變各個元件位置，還需時刻留意避免跑跳等較大動作。

重建的第一個動作是框選合適區域，前先選擇MASK區域，減少無謂空間浪費

為了確保重建的品質和速度，硬體方面，掃描機選用工業級主機(含92M超大記憶體和高級GPU顯卡)，軟體方面，台達自行研發的軟體除了能完成立體重建，更能動態瀏覽包含表面、內部切片，以及打光模式下各種顯示功能。若要輸出檔案，也能選擇TIFF或DICOM(醫學影像專用格式，一顆牙齒的DICOM約為6G)。對一般使用者來說，即使沒有上述軟體，也有其他選項(連結)，例如Mango。