螺旋CT的問世是CT掃描成像技術(shù)中的突破性進(jìn)展。由于時(shí)間短，掃描無層隔，可以得到容積掃描信息，因而能夠獲得清晰的多維重建影像。三維影像重建能立體地顯示解剖結(jié)構(gòu)及病變，毗鄰關(guān)系明確。CT內(nèi)視技術(shù)可起到內(nèi)窺鏡的作用，所以有CT內(nèi)窺鏡之說；另一種功能是CT血管造影，這些成像技術(shù)明顯提高了影像診斷的水平，引起了人們的關(guān)注與興趣。
一、螺旋CT的定義
1．定義
螺旋CT是以X線球管繞被檢查物體勻速旋轉(zhuǎn)，被檢查物體勻速前進(jìn)為特征的掃描過程。X線在被檢查物體上留下的軌跡是螺旋曲線，故稱為螺旋CT。如圖3-23所示。
圖3-23 螺旋掃描表面軌跡圖
2．螺旋CT中有關(guān)名詞定義
（1）螺距 指X線球管旋轉(zhuǎn)1周掃描床前進(jìn)的縱向長(zhǎng)度。
（2）節(jié)距系數(shù)（pitch） 螺距與X線準(zhǔn)直寬度的比值，本身無量綱。
（3）掃描時(shí)間 指螺旋1圈的時(shí)間，目前最快掃描時(shí)間可達(dá)0.75 s。
（4）切片厚度 指影像重建所選擇的厚度，與常規(guī)第3代CT的切片厚度意義不同。
（5）容積數(shù)據(jù) CT掃描收集數(shù)據(jù)的本身就是容積數(shù)據(jù)，但在常規(guī)第3代CT中的容積 數(shù)據(jù)是指掃描切片厚度范圍內(nèi)的容積數(shù)據(jù)，而螺旋CT是在掃描范圍內(nèi)的物體全部數(shù)據(jù)。換句話說，是無遺漏地收集到掃描物體的數(shù)據(jù)。因此掃描后，可以在掃描物體任意部分重建影像， 假定掃描物體是一個(gè)圓柱體，在圓柱體表面包裹一張紙，這張紙對(duì)X線敏感。掃描紙后我們發(fā)現(xiàn)，包裹紙的每一點(diǎn)都接收到X線。這說明在螺旋掃描過程中圓柱體內(nèi)每一個(gè)體積元素都有X線穿過。
圖3-24 螺旋掃描X線軌跡展開圖
圖3-24就是圓柱體外表面包裹紙的展開圖，它沿圓柱母線AC′B直線切開，斜線ACB就是一圈螺旋線的展開曲線，結(jié)果是一條直線。A點(diǎn)是螺旋線的起點(diǎn)，B點(diǎn)是一圈螺旋線的終點(diǎn)，C點(diǎn)是螺旋線旋轉(zhuǎn)180°時(shí)的中點(diǎn)。ACB直線是準(zhǔn)直的X線的中心線，MN和FG是準(zhǔn)直的X線的邊緣線，兩邊線的公垂線ED是準(zhǔn)直的X線的幅寬。AB沿母線長(zhǎng)度是一個(gè)螺距，AB和DE的比值是螺距系數(shù)（pitch）。圖3-24中的螺距系數(shù)是2， 圖中直實(shí)線表示在圓柱體表面入射的X線區(qū)域（FDGBNEMA區(qū)域所示）。直虛線所表示的區(qū)域是X線穿出的區(qū)域（MENC′E′M′A′和FDGQH兩區(qū)域），圖上清楚地看到，直線和虛線區(qū)域全部覆蓋了圓柱表面所有區(qū)域，而且這是螺距系數(shù)為2的最極限的情況。當(dāng)螺距系數(shù)為1時(shí)，是重復(fù)覆蓋。一般螺距系數(shù)選擇范圍是從0.5～2 。
3．滑環(huán)
螺旋CT和常規(guī)第3代CT的本質(zhì)區(qū)別就是滑環(huán)的引入。第3代常規(guī)CT中，機(jī)架的旋轉(zhuǎn)部分和固定部分的電源和數(shù)據(jù)傳輸靠的是電纜線傳輸，這種傳輸方式是把電纜線連成一排，平鋪在固定機(jī)架的圓形槽內(nèi)，在進(jìn)入旋轉(zhuǎn)部分處放置一個(gè)圓柱動(dòng)滾輪。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),電纜排線逐漸纏繞在圓柱動(dòng)滾輪上；當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)架反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電纜排線又從圓柱動(dòng)滾輪上逐漸展開并鋪在圓形槽里。這種結(jié)構(gòu)方式?jīng)Q定了旋轉(zhuǎn)機(jī)架只能正轉(zhuǎn)一圈然后再反轉(zhuǎn)一圈。盡管采用圓柱動(dòng)滾輪結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了電纜排線的彎曲半徑，但畢竟還是處在反復(fù)彎曲的應(yīng)力作用下，電纜排線內(nèi)部出現(xiàn)折斷的現(xiàn)象還是屢見不鮮。
滑環(huán)結(jié)構(gòu)是由電刷和滑環(huán)組成的。電刷是一束細(xì)金屬絲，具有良好的導(dǎo)電性能和彈性。 滑環(huán)是薄片帶狀結(jié)構(gòu)，嵌在機(jī)架旋轉(zhuǎn)支架圓內(nèi)，具有良好的導(dǎo)電性和耐磨性。電刷固定在機(jī)架的固定部分，這樣，電源和數(shù)據(jù)通過電刷傳輸給滑環(huán)。這種滑環(huán)結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)架在旋轉(zhuǎn)的任何時(shí)刻都能可靠地完成電源和數(shù)據(jù)傳輸。
（1）高壓滑環(huán) 這種滑環(huán)指的是球管高壓直接傳輸方式，這種結(jié)構(gòu)把產(chǎn)生球管高壓的高壓發(fā)生器放在掃描機(jī)架外部，這種方式對(duì)高壓發(fā)生器的要求較低，可以不考慮高壓發(fā)生器的體積、重量、結(jié)構(gòu)和高壓控制。但是高壓直接通過滑環(huán)進(jìn)入球管，一方面高壓易于吸附灰塵，使電刷和滑環(huán)變臟；另一方面高壓易打火，一旦滑環(huán)上出現(xiàn)了灼傷麻點(diǎn)，麻點(diǎn)就會(huì)逐漸擴(kuò)大，最后造成滑環(huán)損壞。所以人們擔(dān)心高壓滑環(huán)的安全及壽命。
（2）低壓滑環(huán) 這種滑環(huán)指的是球管高壓是在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上直接產(chǎn)生的。從機(jī)架外部?jī)H送入低壓大電流的交流電供給旋轉(zhuǎn)機(jī)架上的高壓發(fā)生器，由于滑環(huán)要 提供大電流，所以電刷要粗大，滑環(huán)也要寬大。同時(shí)要求高壓發(fā)生器要體積小、重量輕。這一要求使高壓發(fā)生器必須采用交流－直流－交流變換，提高變壓器的工作頻率，或直接采用交流、整流倍壓提升高壓方式。
二、螺旋CT機(jī)的結(jié)構(gòu)
螺旋CT機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3-25所示。
圖3-25 螺旋CT機(jī)結(jié)構(gòu)掃描圖
螺旋CT機(jī)結(jié)構(gòu)比常規(guī)第3代CT機(jī)要簡(jiǎn)單得多，一般稱三件套系統(tǒng)，主要組成部分是掃描架、掃描床和操作者控制臺(tái)。
掃描架是由固定機(jī)架和旋轉(zhuǎn)機(jī)架兩部分組成。
固定機(jī)架的主要功能是機(jī)架傾斜角度控制，控制掃描架旋轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)收集和掃描器接口。
旋轉(zhuǎn)機(jī)架的主要功能是X線的產(chǎn)生和控制，例如高壓產(chǎn)生、轉(zhuǎn)子和熱交換器控制、 X線光束 成形控制等。
掃描床包括對(duì)受檢者定位、控制功能，控制掃描床上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)出掃描孔。
操作者控制臺(tái)包括計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)控制和通信。下面的一些功能也包含在操作者控制臺(tái)內(nèi)：電 發(fā)光式觸摸面板、緊急停止按鈕、揚(yáng)聲器、數(shù)據(jù)及被檢者資料輸入、掃描參數(shù)設(shè)置、影像 重建和顯示、磁帶機(jī)和照相控制等。
1．掃描機(jī)架
掃描機(jī)架由兩大部分組成：固定機(jī)架和旋轉(zhuǎn)機(jī)架。
掃描機(jī)架本身是一臺(tái)無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)，其中固定機(jī)架是電機(jī)的定子組件，旋轉(zhuǎn)機(jī)架是電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件。
直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速和起動(dòng)性能好，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，因而被廣泛應(yīng)用于各種驅(qū)動(dòng)裝置和伺服系統(tǒng)中。但一般電動(dòng)機(jī)都有電刷和換向器，其間形成的滑動(dòng)機(jī)械接觸嚴(yán)重地影響了精度、性能和可靠性，特別是所產(chǎn)生的火花會(huì)引起電干擾、噪聲并造成維護(hù)困難。掃描架采用無刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)使其既具有直流電動(dòng)機(jī)的特性又具有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。無刷直流電動(dòng)機(jī)利用位置傳感器和電子控制線路取代電刷和滑環(huán)換向器。機(jī)架旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速度由伺服放大器、伺服電源控制。3 kVA隔離變壓器專門為馬達(dá)和伺服系統(tǒng)提供交流供電電源。
圖3-26 無刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖
（1）無刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理 無刷直流電動(dòng)機(jī)是由電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子控制線路組成，框圖見圖3-26。
圖中直流電源通過電子線路向電動(dòng)機(jī)定子繞組供電，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測(cè)并提供信號(hào)去觸發(fā)電子線路中的功率元件使之導(dǎo)通或截止，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
現(xiàn)以一臺(tái)晶體管開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)雙極星形三相繞組為例，說明無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理，如圖3-27所示。
圖中位置傳感器是電磁式，激磁線圈由高頻振蕩器供電，通過導(dǎo)磁片的作用使信號(hào)線圈獲得較大的感應(yīng)電壓，并經(jīng)整流、放大加到開關(guān)電路功率晶體管的基極上使該管導(dǎo)通，因而與該管串聯(lián)的定子繞組也就與外電源接通。由于導(dǎo)磁片與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，所以信號(hào)線圈Wa、Wb、Wc依次得電，3個(gè)晶體管依次導(dǎo)通，使定子三相繞組輪流通電。
當(dāng)轉(zhuǎn)子處于圖示位置時(shí)，位置傳感器Ps的扇形導(dǎo)磁片位于圖示位置處，它的信號(hào)線圈W a開始與激磁線圈耦合，便有信號(hào)電壓輸出，其余兩個(gè)信號(hào)線圈Wb、Wc的信號(hào)電壓為零。線圈Wa供出的信號(hào)電壓使晶體管T1導(dǎo)通，而T2、T3截止。這樣，電樞繞組Ax有電流通過，電樞磁場(chǎng)的方向如Ba所示。電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用就產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
圖3-27 無刷直流電動(dòng)機(jī)電原理圖
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過120°電工角度時(shí)，位置傳感器的扇形片也轉(zhuǎn)過同樣的角度，從而使信號(hào)線圈Wb開始有信號(hào)電壓輸出，Wa、Wc的信號(hào)電壓為零。Wb輸出的信號(hào)電壓便使晶體管T2開始導(dǎo)通，T1、T3截止。這樣電樞繞組By有電流通過，電樞磁場(chǎng)Ba的方向則順時(shí)針變化120°電工角度，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)也同樣順時(shí)針轉(zhuǎn)過120°電工角度，所以兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，仍然使轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過240°電工角度后，Wc有信號(hào)輸出，T3導(dǎo)通，結(jié)果L2繞組中有電流通過，這時(shí)的電樞磁場(chǎng)Ba與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果依然使轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過360°電工角度后，回到原來起始位置，以后的運(yùn)動(dòng)將重復(fù)以前的過程，如此循環(huán)下去，無刷直流電動(dòng)機(jī)在電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用下，能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并使電機(jī)轉(zhuǎn)子按一定的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)。
（2）旋轉(zhuǎn)變壓器 螺旋CT機(jī)掃描架的旋轉(zhuǎn)是按32對(duì)極直流無刷電動(dòng)機(jī)的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，在這個(gè)直流無刷電動(dòng)機(jī)中，位置傳感器的任務(wù)是由旋轉(zhuǎn)變壓器完成的。旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊固定在機(jī)架的旋轉(zhuǎn)部分，兩個(gè)副邊繞組固定在機(jī)架的固定部分。
在普通的交流變壓器中，原邊和副邊繞組是固定的機(jī)械位置關(guān)系，原邊和副邊電壓相位關(guān)系是不變的。而在旋轉(zhuǎn)變壓器中，因?yàn)樵吚@組隨同機(jī)架一起旋轉(zhuǎn)，所以原副邊電壓相位關(guān)系也產(chǎn)生周期性變化，變化的周期數(shù)與轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)相關(guān)。因?yàn)樵趻呙铏C(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器中，轉(zhuǎn)子有150個(gè)極對(duì)，所以副邊產(chǎn)生150個(gè)周期信號(hào)。
兩個(gè)副邊繞組按90°電工角度安裝，所以兩個(gè)副邊繞組分別輸出150個(gè)正弦和余弦電壓 信號(hào)，每一個(gè)周期信號(hào)對(duì)應(yīng)2.4°空間角度變化，這樣就能很精確地確定轉(zhuǎn)子的幾何位置。
利用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置傳感器，除了作為電動(dòng)機(jī)本身的位置傳感器外，還能準(zhǔn)確地確定X線通過哪一個(gè)探測(cè)器，哪些探測(cè)器收集掃描數(shù)據(jù)，為影像重建的濾波- 反投影算法提供準(zhǔn)確的基準(zhǔn)。
2.高壓發(fā)生器
在常規(guī)第3代CT機(jī)中，高壓發(fā)生器是安放在掃描架的外部，不受體積、重量的限制。因此，這些高壓發(fā)生器直接把進(jìn)入的市電380V三相交流電輸入到變壓器的原邊，經(jīng)升壓后進(jìn)行三相橋式整流分別產(chǎn)生±80kV的高壓，供給X線球管。而在低壓滑環(huán)結(jié)構(gòu)的螺旋CT中，由于高壓發(fā)生器被安放在螺旋機(jī)架上，這種結(jié)構(gòu)方式對(duì)高壓發(fā)生器提出了嚴(yán)格的體積和重量限制。因此，在螺旋CT機(jī)中高壓發(fā)生器的高壓變壓器多是采用交流-直流-交流變換器再經(jīng)倍壓整流方法，獲得期望的X線球管高壓。
（1）高壓變壓器 高壓變壓器的工作原理如圖3-28所示。
圖3-28 高壓變壓器工作原理她
圖中直流電源是由進(jìn)入機(jī)架的三相480 V交流電經(jīng)三相橋式整流得到670V直流，供電電流可達(dá)85A。
IGBT1～I(xiàn)GBT4是4個(gè)大功率觸發(fā)器，分別由4個(gè)獨(dú)立控制信號(hào)控制其通斷?？刂菩盘?hào)可以改變開關(guān)頻率或者相位，根據(jù)輸出功率大小而變化。
變壓器副邊輸出高頻交流電壓，其峰值可達(dá)4.5kV，并能提供11A的電流。這個(gè)輸出電壓被加到9級(jí)倍乘器上，每一級(jí)都是由串聯(lián)的二極管和電容器組成的電壓峰值探測(cè)器（2倍壓）， 在第1級(jí)末尾把電壓升高到大約9 kV、電流強(qiáng)度5.5 A，9級(jí)倍乘器把總電壓升高到82.5 kV 直流電壓，電流輸出能力達(dá)0.4 A(圖3-29)。
用這種方法，分別產(chǎn)生正高壓和負(fù)高壓加到X線球管的正、負(fù)極，這樣球管正、負(fù)極之間就獲得165kV的高壓。
（2）高壓閉路控制 高壓大小數(shù)值是由X線系統(tǒng)控制處理器給出期望值高壓 ，1V表示20 kV高壓。高壓產(chǎn)生后，通過電阻分壓，分壓比為20000：1，并把這個(gè)分壓信號(hào)反饋到X線系統(tǒng)控制處理器，與期望值進(jìn)行比較，誤差信號(hào)用于控制觸發(fā)器的開關(guān)頻率或相位，達(dá)到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的(圖3-30)。
圖3-30 高壓穩(wěn)定控制原理圖
圖3-29 高壓倍乘原理圖
（3）球管電流閉路控制 X線球管的陽極電流大小取決于球管的燈絲溫度和施加的高壓值。球管高壓已有高壓閉路控制，要控制球管陽極電流只需控制球管燈絲度，而燈絲溫度控制是由控制燈絲電流實(shí)現(xiàn)的，如圖3-31所示。
圖3-31 球管電流閉路控制原理圖
圖3-31中，T1是球管燈絲電源變壓器，副邊產(chǎn)生的交流電壓經(jīng)單相橋式整流后加到球管燈絲電路上，為燈絲提供電流。在T1的副邊串有變壓器T2的原邊線圈，該線圈的電流值大小反映了燈絲電流的數(shù)值。經(jīng)T2副邊整流、放大處理后，與期望的燈絲電流值進(jìn)行比較，其誤差信號(hào)放大后去控制燈絲變壓器原邊，這樣就達(dá)到了穩(wěn)定燈絲電流的目的。
在球管電流控制中，還引入球管實(shí)際陽極電流與期望的陽極電流進(jìn)行比較，其比較結(jié)
果放大后，調(diào)整燈絲期望電流值。
3.球管組件
球管組件是由球管、熱交換器和高速起動(dòng)器組成的，它們被安裝在機(jī)架的旋轉(zhuǎn)部分。
（1）球管 在螺旋CT機(jī)中對(duì)球管的要求大大提高，螺旋CT機(jī)掃描過程是長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)曝光，所以對(duì)球管的熱容量和散熱效率都很高。在常規(guī)第3代CT機(jī)中，由于球管是短時(shí)間單次曝光，所以球管熱容量一般在1MHU左右；而螺旋CT機(jī)球管則要求在5MHU以上，散熱效率要求每分鐘能達(dá)700kHU以上。
（2）熱交換器 熱交換器是球管的冷卻系統(tǒng)，球管消耗功率的1～2%用來產(chǎn)生X線，98%以上產(chǎn)生了熱量。球管冷卻是借助冷卻油降溫的，通過注入球管冷油同時(shí)吸出球管中的熱油循環(huán)方法，使球管溫度限制在一定范圍內(nèi)。
（3）高速起動(dòng)器 用以監(jiān)測(cè)球管旋轉(zhuǎn)陽極及熱交換器的工作，監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)及故障診斷，并提供旋轉(zhuǎn)陽極三種控制方式：加速、運(yùn)行和制動(dòng)。高速起動(dòng)器由高壓電源 650V、高速起動(dòng)功率控制器和變換邏輯控制器組成。
球管陽極被密封在球管管芯玻璃殼內(nèi)，陽極高速旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)每分鐘1萬轉(zhuǎn)，陽極旋轉(zhuǎn)是為了避免陰極發(fā)射的電子流總是轟擊陽極的固定點(diǎn)，以防止焦點(diǎn)過熱。
當(dāng)球管陽極需要停轉(zhuǎn)時(shí)，利用快速制動(dòng)方式使旋轉(zhuǎn)陽極快速停轉(zhuǎn)，消除可能發(fā)生的諧振運(yùn)動(dòng) ，以防止旋轉(zhuǎn)陽極支撐頸被折斷。
（4）光柵（準(zhǔn)直器）、濾線器、補(bǔ)償器 這些組件都是用來控制X線的厚度 、寬度和質(zhì)量，它們和常規(guī)非螺旋CT沒有區(qū)別。
4.探測(cè)器
在常規(guī)第3代CT機(jī)中探測(cè)器基本上都是采用氣體探測(cè)器，而在螺旋CT機(jī)中，大多數(shù)采用了固體探測(cè)器。固體探測(cè)器包含有晶體、光敏二極管和前置放大器，X線轟擊晶體后，晶體將x線能量轉(zhuǎn)換成光能，然后又被光敏二極管轉(zhuǎn)換成電流，電流數(shù)值一般從零到500nA，二極管輸出的電流加到前置放大器的輸入端，在其輸出端產(chǎn)生零到－10 V的電壓，電壓的絕對(duì)值與入射的X線強(qiáng)度成正比。
固體探測(cè)器與氣體探測(cè)器相比，具有較高的效率，總效率可達(dá)85%以上，而氣體探測(cè)器的效率一般只能達(dá)到50%左右，所以采用固體探測(cè)器對(duì)X線的強(qiáng)度要求相對(duì)降低，這樣對(duì)被檢 者也能降低輻射劑量，可以使用較低的MAS參數(shù)，延長(zhǎng)了球管的壽命，提高了螺CT的螺旋長(zhǎng)度。固體探測(cè)器目前使用的材料有碘化鈉、碘化銫、鎢酸鎘和鍺酸鉍等。在PQ6000螺旋CT機(jī)中，在機(jī)架的固定部分安裝有4800個(gè)探測(cè)器，這是目前螺旋CT機(jī)中使用探測(cè)器最多的機(jī)型。這些探測(cè)器被分成１２塊母板，每塊母板上安裝有１０個(gè)探測(cè)器模塊，每個(gè)模塊內(nèi)有４０個(gè)探測(cè)器，它們均勻地排布在固定機(jī)架內(nèi)圓弧面內(nèi)，每一度圓心角對(duì)應(yīng)有大約１３個(gè)探測(cè)器。
５．?dāng)?shù)據(jù)采集
這一部分簡(jiǎn)要介紹數(shù)據(jù)信號(hào)如何從探測(cè)器傳送到掃描接口板的(圖3-32)。
圖3-32 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖
（1）前置放大器 開關(guān)每個(gè)探測(cè)器模塊上有一組前置放大器開關(guān)，開關(guān)的通斷狀態(tài)由可編程只讀存儲(chǔ)器選通，受到X線照射的探測(cè)器才有可能打開，掃描的任何一個(gè)時(shí)刻，總有30組開關(guān)被打開，形成1200個(gè)探測(cè)器信號(hào)輸出，這些信號(hào)被送到V/F 轉(zhuǎn)換電路通道，通道總數(shù)為1200個(gè)，為了利用1200個(gè)V/F轉(zhuǎn)換通道接納4800個(gè)探測(cè)器的信號(hào)，每個(gè)通道就要接受4個(gè)探測(cè)器的輸出信號(hào)，這4個(gè)探測(cè)器是按相限相對(duì)位置分配的， 即通道1可以接納1#、1201#、2401#和3601#探測(cè)器的輸出。同理，通道2接收2#、1? 202#、2402#和3602#，……通道1200接收1200#、2400#、3600#和4800#探測(cè)器的輸出。
（2）模/數(shù)轉(zhuǎn)換 V/F轉(zhuǎn)換電路板共有12塊，每塊包含有100個(gè)通道，共形成 1200個(gè)模/數(shù) 轉(zhuǎn)換通道。轉(zhuǎn)換功能共分2級(jí)：第1級(jí)首先將探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)（0～－10V）轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)（0～－2 MHz）。第2級(jí)是信號(hào)調(diào)整，它接受已轉(zhuǎn)換的頻率信號(hào)和4MHz的時(shí)鐘信號(hào)，產(chǎn)生2個(gè)半字，稱為計(jì)數(shù)半字和時(shí)間半字，然后這2個(gè)半字從V/F轉(zhuǎn)換電路輸出至數(shù)據(jù)預(yù)處理電路。這2個(gè)半字的表達(dá)式為：
CHW＝轉(zhuǎn)換頻率×數(shù)據(jù)間隔－１
THW＝CHW整數(shù)部分×4×106/轉(zhuǎn)換頻率
（3）數(shù)據(jù)預(yù)處理電路 在這個(gè)電路中有4級(jí)數(shù)據(jù)處理流水線完成5個(gè)處理功能，在送這些數(shù)據(jù)到掃描接口板之前預(yù)處理探測(cè)器的數(shù)據(jù)。流水線的使用使數(shù)據(jù)處理速度大大提高，因?yàn)椴煌臄?shù)據(jù)塊分處在4級(jí)流水線的不同地方，使多塊數(shù)據(jù)在同一時(shí)間進(jìn)行運(yùn)算 ,使運(yùn)算工作能夠并聯(lián)進(jìn)行。這4級(jí)流水線的功能是：δ數(shù)據(jù)校正、偏置校正、對(duì)數(shù)運(yùn)算、對(duì)數(shù)減法和探測(cè)器數(shù)據(jù)平均功能。
①δ數(shù)據(jù)計(jì)算 在處理第1個(gè)掃描源扇區(qū)數(shù)據(jù)之前，V/F轉(zhuǎn)換電路計(jì)數(shù)器被復(fù)位到零，處理完第一個(gè)源扇區(qū)數(shù)據(jù)后，計(jì)數(shù)器的輸出反映了該數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)字和時(shí)間字真實(shí)數(shù)值。對(duì)于隨之而來的源扇區(qū)，計(jì)數(shù)器不再復(fù)位，而是在先前計(jì)數(shù)值的基礎(chǔ)上繼續(xù)累加,δ數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器既要存儲(chǔ)先前的值，又要存儲(chǔ)當(dāng)前的值,然后,這兩個(gè)數(shù)據(jù)相減，即得到對(duì)應(yīng)通道的當(dāng)前真實(shí)數(shù)值。δ數(shù)據(jù)包括先前和當(dāng)前數(shù)據(jù)寄存器、δ數(shù)據(jù)減法器和δ數(shù)據(jù)選擇開關(guān).
②偏置數(shù)據(jù)校正 在進(jìn)行掃描之前，偏置數(shù)據(jù)首先被采集并存儲(chǔ)到偏置寄存器中。偏置數(shù)據(jù)的采集是在無X線的情況下，收到的探測(cè)器前置放大器固有偏置數(shù)據(jù)和外部注入的偏置數(shù)據(jù)總和。這一部分由偏置存儲(chǔ)器、偏置乘法器和偏置減法器組成,執(zhí)行以下計(jì)算:
CHW(校正值)＝CHW（計(jì)數(shù)值）－偏置×THW/221
式中：CHW（計(jì)數(shù)值）��數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)半字
ThW��時(shí)間計(jì)數(shù)半字
偏置��存入偏置寄存器中的值
221��系數(shù)，該系數(shù)選取與偏置數(shù)據(jù)采集時(shí)間和計(jì)算機(jī)工作頻率有關(guān)。
在掃描期間，偏置計(jì)算器執(zhí)行從當(dāng)前探測(cè)器通道計(jì)數(shù)器值中減去對(duì)應(yīng)的偏置數(shù)據(jù)與注入的偏置數(shù)據(jù)之和，其輸出客觀地反映了X線通量的大小。
③對(duì)數(shù)運(yùn)算 這一部分將對(duì)應(yīng)上述的計(jì)數(shù)半字CHW和時(shí)間半字THW進(jìn)行以2為底的對(duì)數(shù)運(yùn)算，這樣做的目的是將復(fù)雜的除法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的減法運(yùn)算，因?yàn)椋?br />
log2CHW－log2THW＝log2CHW/THW
另外，在進(jìn)行影像重建時(shí)，也要求輸入對(duì)數(shù)形式的數(shù)據(jù)。
④探測(cè)器數(shù)據(jù)平均 為了減少進(jìn)入影像重建部分的數(shù)據(jù)量同時(shí)又能保持4800個(gè)探測(cè)器所提供的多數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)，這里采用了壓縮技術(shù)，既減少數(shù)據(jù)量又不降低影像質(zhì)量。
數(shù)據(jù)經(jīng)過前述的流水線處理后，不直接送到掃描接口板，而是存儲(chǔ)到平均存儲(chǔ)器中。如圖3-33所示。
圖3-33 探測(cè)器輸出平均算法
第1個(gè)掃描源扇區(qū)數(shù)據(jù)，偶數(shù)通道的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中, 奇數(shù)通道的數(shù)據(jù)不用,當(dāng)掃描機(jī)架旋轉(zhuǎn)1個(gè)探測(cè)器角度以后（0.075°）,將第1個(gè)源扇區(qū)存儲(chǔ)的偶數(shù)通道數(shù)據(jù)取出與第2個(gè)源扇區(qū)的奇數(shù)通道數(shù)據(jù)相加并除以2，將結(jié)果送到掃描接口板，同時(shí)將第2個(gè)源扇區(qū)偶數(shù)通道的數(shù)據(jù)再存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中,以便與第3個(gè)源扇區(qū)的奇數(shù)通道數(shù)據(jù)相加平均，以次類推.平均過的源扇區(qū)數(shù)據(jù)被送到掃描接口板，在那里將源扇區(qū)數(shù)據(jù)16位 數(shù)據(jù)字裝訂成32位數(shù)據(jù)字,32位數(shù)據(jù)字配對(duì)方法可根據(jù)掃描方式進(jìn)行選擇。這些被重新裝訂的數(shù)據(jù)字就是影像重建的原始數(shù)據(jù)。
三、螺旋CT機(jī)的軟件功能
螺旋CT機(jī)的軟件功能除了具有常規(guī)第3代CT機(jī)的所有軟件功能外，還具有更獨(dú)特的軟件功能 .例如血管造影、四維成像、虛擬內(nèi)鏡、超級(jí)影像、多層螺旋插值、全中心掃描方式等。
1．四維成像和四維血管造影
以往的三維成像和三維血管造影采用2種方法：最大密度投影（MIP）和表面陰影投影（SSD ）。SSD是掃描物體表面相對(duì)像素的數(shù)學(xué)模擬成像，首先規(guī)定成像的上下閾值，超過規(guī)定閾值以外的像素當(dāng)作等密度處理，成像立體感強(qiáng)，但并不表示實(shí)際X線衰減值。分辨率受閾值選擇的影響。MIP是在立體影像投影時(shí)，在光線通過的路程上選擇密度值最大的點(diǎn)，投影到平面影像上,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
ζ＝ΣWi·CTi
Wi＝1,當(dāng)CTi為最大值時(shí)
Wi＝0,其他密度
由于MIP的投影方式，MIP只能顯示立體影像中密度最大的點(diǎn)，其余結(jié)構(gòu)如隱藏在鈣
化斑后的血管狹窄就不能被顯示。所以上述2種方法只能利用CT點(diǎn)陣影像信息的10%。所謂四維成像和四維血管造影，又稱光線合成（ray compositing）或者立體描繪技術(shù)（volum etric rendering），是近年來開發(fā)的技術(shù)，它在光線投影通過的路程上對(duì)每一個(gè)點(diǎn)附加一個(gè)可以任意調(diào)整的權(quán)值Wi ，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
ζ＝ΣWi·CTi
Wi任意調(diào)整
由此可見，四維方式利用了立體影像的全部數(shù)據(jù)，通過調(diào)整Wi可以得到各種效果.例如：全骨骼系統(tǒng)的Wi=0，可以使骨骼系統(tǒng)全部消失，使軟組織和血管系統(tǒng)凸現(xiàn)。令鈣化斑的Wi=0，使鈣化斑消失，使血管狹窄部分凸現(xiàn)出來。
2．虛擬內(nèi)窺鏡(CTE)
目前計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)熱門領(lǐng)域是仿真（virtual reality）技術(shù),它利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算功能和各種多媒體技術(shù)，仿真出現(xiàn)實(shí)環(huán)境，給人以身臨其境的感覺。虛擬內(nèi)鏡就是仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中的應(yīng)用。
CTE利用各種計(jì)算機(jī)技術(shù)，觀察管腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進(jìn)行彩色編碼，對(duì)計(jì)算機(jī)要求高，儲(chǔ)存量大。其做法是先做螺旋掃描，重建出軸位、冠狀位、矢狀位及內(nèi)窺鏡圖，后者采用光線算法,設(shè)置管壁閾值,再用經(jīng)管腔導(dǎo)航技術(shù)在間隔一定距離產(chǎn)生內(nèi)鏡影像并連接而成.
該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用前景很廣闊。以CT結(jié)腸鏡為例，國外初步臨床應(yīng)用結(jié)果表明其準(zhǔn)確性很高,能發(fā)現(xiàn)5mm大小的息肉。它很可能作為腸息肉無創(chuàng)性普查的工具而在結(jié)腸癌的預(yù)防方面起重要作用。調(diào)查結(jié)果表明，這種無創(chuàng)檢查遠(yuǎn)比鋇灌腸或纖維結(jié)腸鏡更易為被檢者所接受，因此臨床應(yīng)用潛力很大。但目前還有些技術(shù)問題如偽影去除等亟待解決.
在氣管和增強(qiáng)的血管方面，CTE技術(shù)將螺旋掃描資料進(jìn)行重建后使臨床以“飛越”方式洞察支氣管、血管的內(nèi)部結(jié)構(gòu).
該技術(shù)在普查方面十分有用，可以檢查主動(dòng)脈狹窄、鈣化和軟斑塊，對(duì)支氣管腫瘤、粘液塞、痰栓和異物的評(píng)估也非常有利。對(duì)評(píng)估結(jié)腸息肉、腫瘤等占位病變，梗阻或套迭以及潰瘍和瘺道也同樣有益.
若將CTE和四維成像技術(shù)相結(jié)合，可以使管腔結(jié)構(gòu)變成透明狀態(tài)，從而可以看到管腔壁后面的解剖結(jié)構(gòu)。
3.超級(jí)影像
長(zhǎng)期以來，CT影像質(zhì)量的一個(gè)難以解決的問題就是X線束的硬化效應(yīng)，其物理機(jī)制是因?yàn)閄線頻譜不純，使衰減系數(shù)非線形。因此在骨骼和軟組織的邊 界常常出現(xiàn)帶狀偽影，尤其是尖銳骨骼。理論上，這一問題可用迭代算法予以解決，但需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，耗時(shí)長(zhǎng)，難以進(jìn)入臨床應(yīng)用.
Picker公司于1997年提出了超級(jí)影像技術(shù)，采用硬件和軟件相結(jié)合，在采集影像數(shù)據(jù)的同時(shí)，對(duì)每一條X線進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，顯著地減少了波束硬化導(dǎo)致的偽影，使骨骼和軟組織邊界更為清晰，提高了骨骼和軟組織邊界的小病灶的檢出率。
4．多層螺旋插值
后顱凹部位的成像是CT的最大困難之一。由于尖銳骨骼造成的部分容積效應(yīng)使影像出現(xiàn)放射狀的偽影，往往掩蓋了較小病變。薄層掃描部分容積效應(yīng)較小，但薄層掃描X線劑量低，軟組織分辨率很差，一般適用于骨骼系統(tǒng)。一度曾采用平滑技術(shù)來消除后顱凹偽影，可是平滑技術(shù)不能增加信息量，在使影像變得“好看”的同時(shí)，但卻降低了空間分辨率，并不能提高臨床診斷價(jià)值。
采用多層螺旋插值技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于它消除了后顱凹的偽影，既不降低軟組織的分辨率 ，也不丟失影像細(xì)節(jié)，最終提供出高質(zhì)量的顱腦影像。
5．造影計(jì)劃系統(tǒng)(SVIP)
螺旋CT掃描大大提高了CT增強(qiáng)掃描的效果。在增強(qiáng)掃描時(shí)，通常配合高壓注射器，采用團(tuán)注式注射造影劑，以期達(dá)到最大峰值增強(qiáng)。增強(qiáng)效果的優(yōu)劣主要靠峰值增強(qiáng)時(shí)間的掌握。過去,通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于所有被檢者采用同一的延遲時(shí)間，不考慮個(gè)體差異。實(shí)際上由于心臟和血管功能的差異，造影劑峰值增強(qiáng)時(shí)間有很大差別。有數(shù)據(jù)表明，從造影劑團(tuán)注開始至胰腺水平主動(dòng)脈強(qiáng)化達(dá)到峰值的時(shí)間為11～32s不等，個(gè)體差異很大。為了得到最佳的增強(qiáng)效果，最好對(duì)每一個(gè)被檢者都進(jìn)行循環(huán)時(shí)間測(cè)定。
而造影計(jì)劃系統(tǒng)就是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)循環(huán)時(shí)間測(cè)定和造影劑計(jì)劃系統(tǒng)，它可以自動(dòng)測(cè)量每一個(gè)被檢者的峰值增強(qiáng)時(shí)間，自動(dòng)設(shè)定掃描延遲時(shí)間，使增強(qiáng)效果達(dá)到最佳.
例如，在肝臟增強(qiáng)掃描時(shí)，可以一次測(cè)定動(dòng)脈相和門靜脈相的延遲時(shí)間，得到動(dòng)脈相掃描窗和門靜脈相掃描窗，再利用螺旋掃描的雙相掃描方式，就可以一次得到肝臟的動(dòng)脈相增強(qiáng)影像和門靜脈相的增強(qiáng)影像(圖3-34)。
圖3-34 肝臟增強(qiáng)掃描動(dòng)靜脈峰值值時(shí)相圖
該軟件的功能是大大提高了增強(qiáng)效果，有利于小病灶的檢出和定性，對(duì)提高肝癌的治療效果、延長(zhǎng)被檢者生存期起到關(guān)鍵的作用。
6．全中心掃描方式
在掃描腰椎等部位時(shí)，由于重建放大的影響，影像顆粒變粗，這是因?yàn)榉糯笥跋竦耐瑫r(shí)，沒有增加數(shù)據(jù)量，只是幾何尺寸等比放大(圖3-35)。
在全中心掃描方式時(shí)，在2條入射光線之間又插入1條光線，使數(shù)據(jù)量達(dá)到107 個(gè)。因此，大大提高了影像質(zhì)量。
7.螺旋CT血管成像術(shù)
由于螺旋CT連續(xù)掃描和計(jì)算機(jī)容積采樣，使CT血管成像術(shù)成為可能，所得重建血管影像十分接近常規(guī)血管造影影像，而且速度快、價(jià)格低，幾乎無創(chuàng)傷。它可以多次在不同平面不同角度任意重建影像。通過影像后處理可以消除不必要的重迭組織，具有優(yōu)良的軟組織分辨率。利用血管腔內(nèi)顯示技術(shù)，能描繪血管壁上的病變，顯示管腔大小，相關(guān)的鈣化和周圍軟組織病變。
圖3-35 全中心腰椎掃描與普通掃描比較示意圖
該項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于：頭頸部，頸動(dòng)脈、靜脈，顱內(nèi)動(dòng)、靜脈；胸部，肺動(dòng)、靜脈，胸主動(dòng)脈；腹部，腹主動(dòng)脈，下腔靜脈，腎動(dòng)、靜脈，脾動(dòng)、靜脈；四肢動(dòng)、靜脈。
臨床應(yīng)用可歸納如下：①血管性病變。如狹窄、動(dòng)脈瘤、栓死、畸形、分流等的診斷； ②相鄰血管顯示評(píng)價(jià)；③在判斷腫瘤來源、性質(zhì)、可切除性方面，尤其在復(fù)雜的解剖區(qū)域，有獨(dú)特的臨床價(jià)值，并有助于判斷對(duì)血管的推移、壓迫和包繞侵犯?？梢哉f，隨著螺旋CT成像術(shù)的不斷發(fā)展和完善，基本上可以取代常規(guī)血管造影術(shù)。