CT機(jī)種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，但其工作原理都是一致的。目前市場(chǎng)上流行的CT機(jī)大部分是第3代CT機(jī)。近年來，第4代CT機(jī)、螺旋CT機(jī)已經(jīng)大批上市，第3代CT機(jī)大有被淘汰的趨勢(shì)。下面簡(jiǎn)單介紹第3代CT機(jī)的基本結(jié)構(gòu).
    一、CT機(jī)的構(gòu)成
    第3代CT機(jī)的組成模型如圖3-14所示。 
 

圖3-14 第3代CT機(jī)組成模型

    (1)掃描床  掃描床是完成掃描任務(wù)的運(yùn)載被檢者的工具，具有垂直運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和水平縱向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，它能按程序的要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)出掃描架孔徑，完成自動(dòng)定位檢測(cè)對(duì)象的掃描位置。
    (2)掃描架  掃描架是CT機(jī)的重要組成部分，上面裝有X線球管、濾線器、 準(zhǔn)直器、參考探測(cè)器、探測(cè)器及各種電子線路，掃描架能做旋轉(zhuǎn)、前后傾斜運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)角度可達(dá)±20°～±30°，具有幾何放大功能的掃描架還可以作直線運(yùn)動(dòng)，以改變球管和掃描物體之間的距離。
    (3)高壓發(fā)生器  它為X線球管提供正常工作電壓(±80 kV)和球管燈絲工作電流。
    (4)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)  是CT機(jī)的心臟，是產(chǎn)生掃描運(yùn)動(dòng)、處理數(shù)據(jù)、重建影像的控制中心。
    (5)操作臺(tái)  控制整機(jī)電源通斷，輸入工作指令，拷貝掃描數(shù)據(jù)，根據(jù)診斷要求對(duì)影像進(jìn)行各種技術(shù)處理，例如放大、病灶體積測(cè)量、三維成像等。
    (6)照相機(jī)  作掃描機(jī)的最后輸出終端，掃描數(shù)據(jù)以膠片作為永久保存的方式。
    (7)其他  包括大磁盤系統(tǒng)、磁帶機(jī)、軟盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)機(jī)等.
    二、電路系統(tǒng)
    1.整機(jī)供電系統(tǒng)
    CT機(jī)整機(jī)供電原理如圖3-15所示。 
 

圖3-15 第3代CT整機(jī)電源分配圖

    三相380V市電經(jīng)主 電源開關(guān)引入電源配電柜后，進(jìn)入電源變壓器，主電源變壓器采用星形接法，每相繞組有5個(gè)抽頭，分別接至5個(gè)交流接觸器的觸點(diǎn)，根據(jù)輸入三相市電的波動(dòng)情況，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的交流 接觸器工作，以接通相應(yīng)的觸點(diǎn)和抽頭，使市電波動(dòng)在+6%～－5%范圍內(nèi)時(shí)，確保系統(tǒng)供電電壓穩(wěn)定在380V的水平上。穩(wěn)定后的電壓再通過自動(dòng)斷路器饋送給各子系統(tǒng)。
    2.系統(tǒng)接地
    CT機(jī)采用三相五線制供電，除三相主電源外，還有三相星形連接的中線和地線，該機(jī)地線用專用線引至配電房三相中點(diǎn)接點(diǎn)上，不另鋪設(shè)地線.在用儀器對(duì)CT機(jī)進(jìn)行檢修時(shí)，所有使用儀器，不得另行接地。
    3.掃描架電路
    掃描架的運(yùn)動(dòng)，包括機(jī)架的旋轉(zhuǎn)，傾斜角度，幾何放大，控制光柵開口的大小，掃描床上、下、前、后運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)首先由計(jì)算機(jī)發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，由控制電路控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)構(gòu)，完成上述各種運(yùn)動(dòng)。為了使運(yùn)動(dòng)速度穩(wěn)定，電機(jī)軸裝有測(cè)速發(fā)電機(jī)，輸出信號(hào)反饋至控制電路。 

圖3-16 掃描架電路方框圖

    為了防止因故障而損壞電氣和機(jī)械部件，機(jī)架電路中設(shè)有保護(hù)電路和誤差指示電路，一旦某一運(yùn)動(dòng)部分出現(xiàn)故障，立即切斷相應(yīng)的供電電源。
    4.探測(cè)器電路
    探測(cè)器電路主要是提供一系列的直流電源：+450V、±15V、±5V，這些電源分別加給電離室、前置放大器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路。
    5.高壓發(fā)生器電路
    高壓發(fā)生器電路方框圖見圖3-17。 

圖3-17 高壓發(fā)生電路方框圖

    三相380V市電經(jīng)主電源變壓器調(diào)整后直接輸入到三相高壓變壓器原邊，原邊采用星形接法。副邊分2組，一組是三角形接法，一組是星形接法。三角形接法一組輸出經(jīng)三相橋式整流后產(chǎn)生+80kV；星形接法的一組輸出經(jīng)三相橋式整流后產(chǎn)生－80kV。正、負(fù)高壓經(jīng)四極管控制后分別加至球管正、負(fù)極上，高壓高達(dá)160kV。
    6.燈絲控制電路
    球管燈絲控制電路如圖3-18所示。 
 

圖3-18 球管燈絲電路方框圖

    燈絲控制電路主要是在給定高壓、給定焦點(diǎn)的條件下，計(jì)算并產(chǎn)生期望的陽極電流。功能發(fā)生器的作用是在一定的高壓下通過特定的函數(shù)使陽極電流Ia 表示成燈絲電流If 的函數(shù)。為此，必須為功能發(fā)生器提供陽極電壓和期望陽極電流2個(gè)參數(shù)。據(jù)此，功能發(fā)生器產(chǎn)生3個(gè)輸出信號(hào)：①陽極電流Ia=F(If),恒定高壓為70 kV；②70 kV線相對(duì)于非70 kV線的平行移位；③70 kV線移位后進(jìn)行斜率校正。以上3個(gè)信號(hào)迭加后，產(chǎn)生一定的電壓，該 電壓1V對(duì)應(yīng)于燈絲電流If=1A。
    燈絲電流處理器分別接收燈絲電流和燈絲電壓的反饋信號(hào)。如果只接收燈絲電流信號(hào)，該電路就成為燈絲電流的恒流控制電路。當(dāng)燈絲阻抗增加時(shí)，球管的陽極電流也增加。燈絲消耗功率P=。隨著R的增加，功率消耗線性上升，燈絲溫度上升，使陽極電流增加；如果燈絲電流處理器只接收燈絲電壓反饋信號(hào)，該電路就成為燈絲電壓穩(wěn)壓器，當(dāng)燈絲電阻增加時(shí)，燈絲消耗功率P(=U2/R)反而會(huì)下降，同時(shí)引起燈絲溫度下降，使陽極電流下降。而燈絲電流處理器既接收燈絲電壓反饋信號(hào)，又接收燈絲電流反饋信號(hào)，它們的比例分別是75%和25%，結(jié)果達(dá)到控制燈絲電流的目的。
    球管在實(shí)際工作時(shí)，通過測(cè)量球管陽極電流，并將實(shí)際測(cè)量值與期望的陽極電流進(jìn)行比較，比較結(jié)果送到控制器2。進(jìn)一步調(diào)整燈絲電流，使實(shí)際測(cè)量的陽極電流等于期望的陽極電流值。
    7.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電路
    計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方框圖見圖3-19。 
 

圖3-19 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方框圖

    計(jì)算機(jī)的主要功能是控制掃描器進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，收集并處理掃描數(shù)據(jù)，重建影像，顯示結(jié)果。
    掃描器的掃描運(yùn)動(dòng)主要是控制機(jī)器的旋轉(zhuǎn)、傾斜，掃描床運(yùn)動(dòng)，控制機(jī)械、電氣、溫度偏差不超過規(guī)定的范圍。
    數(shù)據(jù)采集主要是指將收集到的來自探測(cè)器系列的掃描數(shù)據(jù)，進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)到磁盤中 。
    影像重建包括從磁盤中調(diào)出原始數(shù)據(jù)送到陣列處理器，很快確定被掃描對(duì)象斷層上各像素的衰減值,它具有很強(qiáng)的運(yùn)算功能，然后再把這些信息存儲(chǔ)到磁盤中，以備調(diào)用.
    影像重建電路方框圖見圖3-20。 

圖3-20 影像重建電路方框圖

    陣列處理器是高速算術(shù)運(yùn)算器。反投影處理器的主要功能就是在反向涂抹原始掃描數(shù)據(jù)進(jìn)入影像處理器時(shí)，對(duì)應(yīng)某一個(gè)掃描物體斷層中的像素Px，找出哪些數(shù)據(jù)應(yīng)該影響該像素及其加權(quán)系數(shù)，加權(quán)系數(shù)取決于距離旋轉(zhuǎn)中心的距離。反投影控制器用來完成對(duì)反投影的控制作用。它是專用微處理器，并具有專門的硬件，如快速總線、接口控制、存儲(chǔ)器和地址發(fā)生器。
    剖面變換器是把來自陣列處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插處理，并計(jì)算逐次內(nèi)插和變換數(shù)據(jù)之間 的差異，傳送到剖面存儲(chǔ)器。
    地址發(fā)生器用于定位數(shù)據(jù)，產(chǎn)生加權(quán)系數(shù)。
    三、掃描過程及影像的產(chǎn)生
    掃描過程及影像產(chǎn)生過程方框圖見圖3-21。
    1．機(jī)架旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)備工作就緒后，按下曝光鍵，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)掃 描架從起始位置（－44°）進(jìn)入加速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，直到球管通過0°位置，掃描達(dá)到正常轉(zhuǎn)速。從0°到360°位置，旋轉(zhuǎn)速度恒定不變。360°位置以后，掃描架減速運(yùn)行，直到404°位置，掃描架停止旋轉(zhuǎn)。在掃描架以恒速旋轉(zhuǎn)過程中，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)通過齒輪系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)位置編碼器，機(jī)架每旋轉(zhuǎn)0.6°產(chǎn)生一個(gè)位置脈沖，旋轉(zhuǎn)1周共產(chǎn)生600個(gè)位置脈沖。每一個(gè)脈沖激發(fā)1次高壓發(fā)生器，使球管發(fā)射X線，產(chǎn)生1個(gè)測(cè)量剖面。每個(gè)剖面包含有576個(gè)探測(cè)器的測(cè)量數(shù)據(jù)，這就是后來重建影像時(shí)的原始數(shù)據(jù)。
    2．高壓發(fā)生器
    掃描架在旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的位置脈沖經(jīng)光電耦合電路傳輸?shù)礁邏喊l(fā)生器單元，以脈沖的上升沿為起點(diǎn)，高壓發(fā)生器送出一個(gè)定時(shí)信號(hào)到四極管箱，該信號(hào)處于高電平時(shí)，四極管箱產(chǎn)生高壓脈沖。定時(shí)信號(hào)也同時(shí)被送到探測(cè)器電路。
    3. 球管
    當(dāng)高壓加到球管正、負(fù)極時(shí)，就發(fā)射X線，管電流強(qiáng)度取決于管子的型式、千伏數(shù)(電壓)和球管的燈絲溫度。
    4．濾線器
    球管發(fā)射的X線，首先通過濾線器(由一些銅片、鋁片組成)。 計(jì)算機(jī)根據(jù)掃描參數(shù)進(jìn)行選擇。X線通過濾線器后，接著通過線束整形器，其形狀是中間薄、邊緣厚，用以補(bǔ)償一般掃描物體中間厚、邊緣薄的現(xiàn)象。
    5．光柵
    X線是由光柵進(jìn)行準(zhǔn)直的。光柵在計(jì)算機(jī)的控制下，控制開口寬度，以便給出所要求的掃描厚度。 

圖3-21 掃描過程及影像產(chǎn)生過程方框圖

    6．參考探測(cè)器
    由光柵開口處穿出的X線被參考探測(cè)器接收。參考探測(cè)器被密封在一個(gè)約一個(gè)大氣壓的密封倉里。在X線作用期間，參考探測(cè)器產(chǎn)生一定的信號(hào)輸出，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于入射組織的X線的初始強(qiáng)度。
    7．掃描物體
    每一束X線以一定的角度和位置穿過掃描物體進(jìn)入陣列探測(cè)器室，掃描物體的每一點(diǎn)都受到大量X線的影響。影像重建的反投影過程恰恰是利用了這一事 實(shí)而得到最后的影像。因此，球管和探測(cè)器必須準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)到與掃描平面相平行的程度。否則，無法產(chǎn)生準(zhǔn)確真實(shí)的影像。
    8．陣列探測(cè)器
    陣列探測(cè)器被密封在一個(gè)大約20個(gè)大氣壓的密封倉里，里 面充滿氙氣，每個(gè)氙氣原子含有大量的電子（54個(gè)），這些電子在受到X線光子的轟擊時(shí)，很容易形成自由電子。由于氙氣的密度大，倉內(nèi)壓力又高，大部分X線能量被氙氣所吸收，氣體的電離量取決于X線的強(qiáng)度。
    探測(cè)器是用577個(gè)平行板隔成576個(gè)小室，這些平行排列的板所形成的小室恰好指向X線球管 的焦點(diǎn)。這些平行板的一半被聯(lián)結(jié)到前置放大器的輸入端，另一半被聯(lián)結(jié)到450 V電源上,如圖3-22所示。 
 

圖3-22 探測(cè)器室聯(lián)結(jié)及前至放大器

    當(dāng)氙氣分子被X線光子轟擊電離時(shí)，在高壓作用下，便產(chǎn)生一定的電流。電流強(qiáng)度隨入射的X線能量而變化，最大電流為1.4×10－6 A，最小電流只有10－12 A。
    9．前置放大器
    前置放大器共有576個(gè)通道，接收來自探測(cè)器的微小電流。參考探測(cè)器有獨(dú)立的前置放大器。這些微弱的電流經(jīng)高增益放大器進(jìn)行積分，積分時(shí)間大約是4ms，前置放大器的輸出幅度可從幾毫伏到10V。再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，變成二進(jìn)制16位數(shù)字量。這就是原始數(shù)據(jù)，經(jīng)光電耦合傳輸?shù)接?jì)算機(jī),并存儲(chǔ)到磁盤中。
    10．影像重建
    這個(gè)過程可分成3個(gè)階段：
    第1階段是把原始數(shù)據(jù)進(jìn)行偏置校正，把576個(gè)16位字分別減去對(duì)應(yīng)無X線時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量值以毫伏(mV)為單位。毫伏數(shù)高表示低吸收系數(shù)，毫伏數(shù)低表示高吸收系數(shù)。但是沒有辦法區(qū)別1cm厚的骨和10cm厚的脂肪之間的吸收系數(shù)不同。因?yàn)樵诖饲闆r下，兩種條件吸收X線的量可能是完全相同的。為了克服這一問題，引入了預(yù)處理過程。在這一過程中，把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成mμ－d值。它表示探測(cè)器的輸出既受吸收系數(shù)mμ又受物體厚度d的影響，這一過程是由工廠定標(biāo)來完成的。
    第2階段就是進(jìn)行褶積濾波，確定校正函數(shù)。
    第3階段就是進(jìn)行反投影。因?yàn)槊恳粭lX線通過一定的掃描物體像素，反投影系統(tǒng)能準(zhǔn)確地確定每個(gè)像素受到哪些X線的影響。
    反投影的輸出稱為影像數(shù)據(jù)，以單位H來表示。高H值表示高密度，低H值表示低密度。反投 影過程實(shí)質(zhì)上是從mμ－d中分離出mμ（吸收系數(shù)）值來。再現(xiàn)了掃描物體的吸收系數(shù)。