螺旋CT的問世是CT掃描成像技術(shù)中的突破性進展。由于時間短，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中有關名詞定義
（1）螺距 指X線球管旋轉(zhuǎn)1周掃描床前進的縱向長度。
（2）節(jié)距系數(shù)（pitch） 螺距與X線準直寬度的比值，本身無量綱。
（3）掃描時間 指螺旋1圈的時間，目前最快掃描時間可達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圓柱體，在圓柱體表面包裹一張紙，這張紙對X線敏感。掃描紙后我們發(fā)現(xiàn)，包裹紙的每一點都接收到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點是螺旋線的起點，B點是一圈螺旋線的終點，C點是螺旋線旋轉(zhuǎn)180°時的中點。ACB直線是準直的X線的中心線，MN和FG是準直的X線的邊緣線，兩邊線的公垂線ED是準直的X線的幅寬。AB沿母線長度是一個螺距，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。當螺距系數(shù)為1時，是重復覆蓋。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，平鋪在固定機架的圓形槽內(nèi)，在進入旋轉(zhuǎn)部分處放置一個圓柱動滾輪。當旋轉(zhuǎn)機架逆時針旋轉(zhuǎn)時,電纜排線逐漸纏繞在圓柱動滾輪上；當旋轉(zhuǎn)機架反向旋轉(zhuǎn)時，電纜排線又從圓柱動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)機架只能正轉(zhuǎn)一圈然后再反轉(zhuǎn)一圈。盡管采用圓柱動滾輪結(jié)構(gòu)，擴大了電纜排線的彎曲半徑，但畢竟還是處在反復彎曲的應力作用下，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。電刷是一束細金屬絲，具有良好的導電性能和彈性。 滑環(huán)是薄片帶狀結(jié)構(gòu)，嵌在機架旋轉(zhuǎn)支架圓內(nèi)，具有良好的導電性和耐磨性。電刷固定在機架的固定部分，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)機架在旋轉(zhuǎn)的任何時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)生器放在掃描機架外部，這種方式對高壓發(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，麻點就會逐漸擴大，最后造成滑環(huán)損壞。所以人們擔心高壓滑環(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)機架上直接產(chǎn)生的。從機架外部僅送入低壓大電流的交流電供給旋轉(zhuǎn)機架上的高壓發(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機的結(jié)構(gòu)
螺旋CT機的結(jié)構(gòu)如圖3-25所示。
圖3-25 螺旋CT機結(jié)構(gòu)掃描圖
螺旋CT機結(jié)構(gòu)比常規(guī)第3代CT機要簡單得多，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。
掃描架是由固定機架和旋轉(zhuǎn)機架兩部分組成。
固定機架的主要功能是機架傾斜角度控制，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。
掃描床包括對受檢者定位、控制功能，控制掃描床上下運動，進出掃描孔。
操作者控制臺包括計算機、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內(nèi)：電 發(fā)光式觸摸面板、緊急停止按鈕、揚聲器、數(shù)據(jù)及被檢者資料輸入、掃描參數(shù)設置、影像 重建和顯示、磁帶機和照相控制等。
1．掃描機架
掃描機架由兩大部分組成：固定機架和旋轉(zhuǎn)機架。
掃描機架本身是一臺無刷直流伺服電動機，其中固定機架是電機的定子組件，旋轉(zhuǎn)機架是電機的轉(zhuǎn)子組件。
直流電動機的主要優(yōu)點是調(diào)速和起動性能好，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，因而被廣泛應用于各種驅(qū)動裝置和伺服系統(tǒng)中。但一般電動機都有電刷和換向器，其間形成的滑動機械接觸嚴重地影響了精度、性能和可靠性，特別是所產(chǎn)生的火花會引起電干擾、噪聲并造成維護困難。掃描架采用無刷直流電動機結(jié)構(gòu)使其既具有直流電動機的特性又具有交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。無刷直流電動機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和伺服系統(tǒng)提供交流供電電源。
圖3-26 無刷直流電動機工作原理圖
（1）無刷直流電動機工作原理 無刷直流電動機是由電動機、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機定子繞組供電，電動機轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測并提供信號去觸發(fā)電子線路中的功率元件使之導通或截止，從而控制電動機的轉(zhuǎn)動。
現(xiàn)以一臺晶體管開關電路驅(qū)動雙極星形三相繞組為例，說明無刷直流電動機的工作原理，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，通過導磁片的作用使信號線圈獲得較大的感應電壓，并經(jīng)整流、放大加到開關電路功率晶體管的基極上使該管導通，因而與該管串聯(lián)的定子繞組也就與外電源接通。由于導磁片與電動機轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，所以信號線圈Wa、Wb、Wc依次得電，3個晶體管依次導通，使定子三相繞組輪流通電。
當轉(zhuǎn)子處于圖示位置時，位置傳感器Ps的扇形導磁片位于圖示位置處，它的信號線圈W a開始與激磁線圈耦合，便有信號電壓輸出，其余兩個信號線圈Wb、Wc的信號電壓為零。線圈Wa供出的信號電壓使晶體管T1導通，而T2、T3截止。這樣，電樞繞組Ax有電流通過，電樞磁場的方向如Ba所示。電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用就產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)。
圖3-27 無刷直流電動機電原理圖
當電機轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過120°電工角度時，位置傳感器的扇形片也轉(zhuǎn)過同樣的角度，從而使信號線圈Wb開始有信號電壓輸出，Wa、Wc的信號電壓為零。Wb輸出的信號電壓便使晶體管T2開始導通，T1、T3截止。這樣電樞繞組By有電流通過，電樞磁場Ba的方向則順時針變化120°電工角度，轉(zhuǎn)子磁場也同樣順時針轉(zhuǎn)過120°電工角度，所以兩個磁場相互作用的結(jié)果，仍然使轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)。
當轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過240°電工角度后，Wc有信號輸出，T3導通，結(jié)果L2繞組中有電流通過，這時的電樞磁場Ba與轉(zhuǎn)子磁場相互作用的結(jié)果依然使轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)。
當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過360°電工角度后，回到原來起始位置，以后的運動將重復以前的過程，如此循環(huán)下去，無刷直流電動機在電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場的相互作用下，能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并使電機轉(zhuǎn)子按一定的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)。
（2）旋轉(zhuǎn)變壓器 螺旋CT機掃描架的旋轉(zhuǎn)是按32對極直流無刷電動機的原理進行設計，在這個直流無刷電動機中，位置傳感器的任務是由旋轉(zhuǎn)變壓器完成的。旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊固定在機架的旋轉(zhuǎn)部分，兩個副邊繞組固定在機架的固定部分。
在普通的交流變壓器中，原邊和副邊繞組是固定的機械位置關系，原邊和副邊電壓相位關系是不變的。而在旋轉(zhuǎn)變壓器中，因為原邊繞組隨同機架一起旋轉(zhuǎn)，所以原副邊電壓相位關系也產(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。因為在掃描機的旋轉(zhuǎn)變壓器中，轉(zhuǎn)子有150個極對，所以副邊產(chǎn)生150個周期信號。
兩個副邊繞組按90°電工角度安裝，所以兩個副邊繞組分別輸出150個正弦和余弦電壓 信號，每一個周期信號對應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，除了作為電動機本身的位置傳感器外，還能準確地確定X線通過哪一個探測器，哪些探測器收集掃描數(shù)據(jù)，為影像重建的濾波- 反投影算法提供準確的基準。
2.高壓發(fā)生器
在常規(guī)第3代CT機中，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架上，這種結(jié)構(gòu)方式對高壓發(fā)生器提出了嚴格的體積和重量限制。因此，在螺旋CT機中高壓發(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入機架的三相480 V交流電經(jīng)三相橋式整流得到670V直流，供電電流可達85A。
IGBT1～IGBT4是4個大功率觸發(fā)器，分別由4個獨立控制信號控制其通斷。控制信號可以改變開關頻率或者相位，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4.5kV，并能提供11A的電流。這個輸出電壓被加到9級倍乘器上，每一級都是由串聯(lián)的二極管和電容器組成的電壓峰值探測器（2倍壓）， 在第1級末尾把電壓升高到大約9 kV、電流強度5.5 A，9級倍乘器把總電壓升高到82.5 kV 直流電壓，電流輸出能力達0.4 A(圖3-29)。
用這種方法，分別產(chǎn)生正高壓和負高壓加到X線球管的正、負極，這樣球管正、負極之間就獲得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，并把這個分壓信號反饋到X線系統(tǒng)控制處理器，與期望值進行比較，誤差信號用于控制觸發(fā)器的開關頻率或相位，達到穩(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行比較，其誤差信號放大后去控制燈絲變壓器原邊，這樣就達到了穩(wěn)定燈絲電流的目的。
在球管電流控制中，還引入球管實際陽極電流與期望的陽極電流進行比較，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器組成的，它們被安裝在機架的旋轉(zhuǎn)部分。
（1）球管 在螺旋CT機中對球管的要求大大提高，螺旋CT機掃描過程是長時間的持續(xù)曝光，所以對球管的熱容量和散熱效率都很高。在常規(guī)第3代CT機中，由于球管是短時間單次曝光，所以球管熱容量一般在1MHU左右；而螺旋CT機球管則要求在5MHU以上，散熱效率要求每分鐘能達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）高速起動器 用以監(jiān)測球管旋轉(zhuǎn)陽極及熱交換器的工作，監(jiān)測工作狀態(tài)及故障診斷，并提供旋轉(zhuǎn)陽極三種控制方式：加速、運行和制動。高速起動器由高壓電源 650V、高速起動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，以防止焦點過熱。
當球管陽極需要停轉(zhuǎn)時，利用快速制動方式使旋轉(zhuǎn)陽極快速停轉(zhuǎn)，消除可能發(fā)生的諧振運動 ，以防止旋轉(zhuǎn)陽極支撐頸被折斷。
（4）光柵（準直器）、濾線器、補償器 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.探測器
在常規(guī)第3代CT機中探測器基本上都是采用氣體探測器，而在螺旋CT機中，大多數(shù)采用了固體探測器。固體探測器包含有晶體、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，電壓的絕對值與入射的X線強度成正比。
固體探測器與氣體探測器相比，具有較高的效率，總效率可達85%以上，而氣體探測器的效率一般只能達到50%左右，所以采用固體探測器對X線的強度要求相對降低，這樣對被檢 者也能降低輻射劑量，可以使用較低的MAS參數(shù)，延長了球管的壽命，提高了螺CT的螺旋長度。固體探測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機中，在機架的固定部分安裝有4800個探測器，這是目前螺旋CT機中使用探測器最多的機型。這些探測器被分成１２塊母板，每塊母板上安裝有１０個探測器模塊，每個模塊內(nèi)有４０個探測器，它們均勻地排布在固定機架內(nèi)圓弧面內(nèi)，每一度圓心角對應有大約１３個探測器。
５．數(shù)據(jù)采集
這一部分簡要介紹數(shù)據(jù)信號如何從探測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 開關每個探測器模塊上有一組前置放大器開關，開關的通斷狀態(tài)由可編程只讀存儲器選通，受到X線照射的探測器才有可能打開，掃描的任何一個時刻，總有30組開關被打開，形成1200個探測器信號輸出，這些信號被送到V/F 轉(zhuǎn)換電路通道，通道總數(shù)為1200個，為了利用1200個V/F轉(zhuǎn)換通道接納4800個探測器的信號，每個通道就要接受4個探測器的輸出信號，這4個探測器是按相限相對位置分配的， 即通道1可以接納1#、1201#、2401#和3601#探測器的輸出。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個通道，共形成 1200個模/數(shù) 轉(zhuǎn)換通道。轉(zhuǎn)換功能共分2級：第1級首先將探測器輸出的電壓信號（0～－10V）轉(zhuǎn)換成頻率信號（0～－2 MHz）。第2級是信號調(diào)整，它接受已轉(zhuǎn)換的頻率信號和4MHz的時鐘信號，產(chǎn)生2個半字，稱為計數(shù)半字和時間半字，然后這2個半字從V/F轉(zhuǎn)換電路輸出至數(shù)據(jù)預處理電路。這2個半字的表達式為：
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)預處理電路 在這個電路中有4級數(shù)據(jù)處理流水線完成5個處理功能，在送這些數(shù)據(jù)到掃描接口板之前預處理探測器的數(shù)據(jù)。流水線的使用使數(shù)據(jù)處理速度大大提高，因為不同的數(shù)據(jù)塊分處在4級流水線的不同地方，使多塊數(shù)據(jù)在同一時間進行運算 ,使運算工作能夠并聯(lián)進行。這4級流水線的功能是：δ數(shù)據(jù)校正、偏置校正、對數(shù)運算、對數(shù)減法和探測器數(shù)據(jù)平均功能。
①δ數(shù)據(jù)計算 在處理第1個掃描源扇區(qū)數(shù)據(jù)之前，V/F轉(zhuǎn)換電路計數(shù)器被復位到零，處理完第一個源扇區(qū)數(shù)據(jù)后，計數(shù)器的輸出反映了該數(shù)據(jù)的計數(shù)字和時間字真實數(shù)值。對于隨之而來的源扇區(qū)，計數(shù)器不再復位，而是在先前計數(shù)值的基礎上繼續(xù)累加,δ數(shù)據(jù)計數(shù)器既要存儲先前的值，又要存儲當前的值,然后,這兩個數(shù)據(jù)相減，即得到對應通道的當前真實數(shù)值。δ數(shù)據(jù)包括先前和當前數(shù)據(jù)寄存器、δ數(shù)據(jù)減法器和δ數(shù)據(jù)選擇開關.
②偏置數(shù)據(jù)校正 在進行掃描之前，偏置數(shù)據(jù)首先被采集并存儲到偏置寄存器中。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器、偏置乘法器和偏置減法器組成,執(zhí)行以下計算:
CHW(校正值)＝CHW（計數(shù)值）－偏置×THW/221
式中：CHW（計數(shù)值）��數(shù)據(jù)計數(shù)半字
ThW��時間計數(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)采集時間和計算機工作頻率有關。
在掃描期間，偏置計算器執(zhí)行從當前探測器通道計數(shù)器值中減去對應的偏置數(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對數(shù)運算 這一部分將對應上述的計數(shù)半字CHW和時間半字THW進行以2為底的對數(shù)運算，這樣做的目的是將復雜的除法運算轉(zhuǎn)換為簡單的減法運算，因為：
log2CHW－log2THW＝log2CHW/THW
另外，在進行影像重建時，也要求輸入對數(shù)形式的數(shù)據(jù)。
④探測器數(shù)據(jù)平均 為了減少進入影像重建部分的數(shù)據(jù)量同時又能保持4800個探測器所提供的多數(shù)據(jù)優(yōu)點，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，而是存儲到平均存儲器中。如圖3-33所示。
圖3-33 探測器輸出平均算法
第1個掃描源扇區(qū)數(shù)據(jù)，偶數(shù)通道的數(shù)據(jù)被存儲到存儲器中, 奇數(shù)通道的數(shù)據(jù)不用,當掃描機架旋轉(zhuǎn)1個探測器角度以后（0.075°）,將第1個源扇區(qū)存儲的偶數(shù)通道數(shù)據(jù)取出與第2個源扇區(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，同時將第2個源扇區(qū)偶數(shù)通道的數(shù)據(jù)再存儲到存儲器中,以便與第3個源扇區(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)字配對方法可根據(jù)掃描方式進行選擇。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機的軟件功能
螺旋CT機的軟件功能除了具有常規(guī)第3代CT機的所有軟件功能外，還具有更獨特的軟件功能 .例如血管造影、四維成像、虛擬內(nèi)鏡、超級影像、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像素的數(shù)學模擬成像，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作等密度處理，成像立體感強，但并不表示實際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，在光線通過的路程上選擇密度值最大的點，投影到平面影像上,其數(shù)學表達式為：
ζ＝ΣWi·CTi
Wi＝1,當CTi為最大值時
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，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每一個點附加一個可以任意調(diào)整的權(quán)值Wi ，其數(shù)學表達式為：
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)
目前計算機技術(shù)的一個熱門領域是仿真（virtual reality）技術(shù),它利用計算機的高速計算功能和各種多媒體技術(shù)，仿真出現(xiàn)實環(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)學影像領域中的應用。
CTE利用各種計算機技術(shù)，觀察管腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進行彩色編碼，對計算機要求高，儲存量大。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,設置管壁閾值,再用經(jīng)管腔導航技術(shù)在間隔一定距離產(chǎn)生內(nèi)鏡影像并連接而成.
該項技術(shù)應用前景很廣闊。以CT結(jié)腸鏡為例，國外初步臨床應用結(jié)果表明其準確性很高,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)腸癌的預防方面起重要作用。調(diào)查結(jié)果表明，這種無創(chuàng)檢查遠比鋇灌腸或纖維結(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.
在氣管和增強的血管方面，CTE技術(shù)將螺旋掃描資料進行重建后使臨床以“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，可以檢查主動脈狹窄、鈣化和軟斑塊，對支氣管腫瘤、粘液塞、痰栓和異物的評估也非常有利。對評估結(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.超級影像
長期以來，CT影像質(zhì)量的一個難以解決的問題就是X線束的硬化效應，其物理機制是因為X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，但需要復雜的數(shù)學運算，耗時長，難以進入臨床應用.
Picker公司于1997年提出了超級影像技術(shù)，采用硬件和軟件相結(jié)合，在采集影像數(shù)據(jù)的同時，對每一條X線進行實時修正，顯著地減少了波束硬化導致的偽影，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，但卻降低了空間分辨率，并不能提高臨床診斷價值。
采用多層螺旋插值技術(shù)的優(yōu)點在于它消除了后顱凹的偽影，既不降低軟組織的分辨率 ，也不丟失影像細節(jié)，最終提供出高質(zhì)量的顱腦影像。
5．造影計劃系統(tǒng)(SVIP)
螺旋CT掃描大大提高了CT增強掃描的效果。在增強掃描時，通常配合高壓注射器，采用團注式注射造影劑，以期達到最大峰值增強。增強效果的優(yōu)劣主要靠峰值增強時間的掌握。過去,通常是根據(jù)經(jīng)驗，對于所有被檢者采用同一的延遲時間，不考慮個體差異。實際上由于心臟和血管功能的差異，造影劑峰值增強時間有很大差別。有數(shù)據(jù)表明，從造影劑團注開始至胰腺水平主動脈強化達到峰值的時間為11～32s不等，個體差異很大。為了得到最佳的增強效果，最好對每一個被檢者都進行循環(huán)時間測定。
而造影計劃系統(tǒng)就是一個計算機控制的自動循環(huán)時間測定和造影劑計劃系統(tǒng)，它可以自動測量每一個被檢者的峰值增強時間，自動設定掃描延遲時間，使增強效果達到最佳.
例如，在肝臟增強掃描時，可以一次測定動脈相和門靜脈相的延遲時間，得到動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脈相增強影像和門靜脈相的增強影像(圖3-34)。
圖3-34 肝臟增強掃描動靜脈峰值值時相圖
該軟件的功能是大大提高了增強效果，有利于小病灶的檢出和定性，對提高肝癌的治療效果、延長被檢者生存期起到關鍵的作用。
6．全中心掃描方式
在掃描腰椎等部位時，由于重建放大的影響，影像顆粒變粗，這是因為放大影像的同時，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，在2條入射光線之間又插入1條光線，使數(shù)據(jù)量達到107 個。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)掃描和計算機容積采樣，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
該項技術(shù)主要應用于：頭頸部，頸動脈、靜脈，顱內(nèi)動、靜脈；胸部，肺動、靜脈，胸主動脈；腹部，腹主動脈，下腔靜脈，腎動、靜脈，脾動、靜脈；四肢動、靜脈。
臨床應用可歸納如下：①血管性病變。如狹窄、動脈瘤、栓死、畸形、分流等的診斷； ②相鄰血管顯示評價；③在判斷腫瘤來源、性質(zhì)、可切除性方面，尤其在復雜的解剖區(qū)域，有獨特的臨床價值，并有助于判斷對血管的推移、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)。