CT培训教程RTF

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第一讲CT的发展历史及基本原理
一、CT的发展历史及基本原理
１８９５年，英国人伦琴发现了Ｘ射线，奠定了医学放射学的物理基础；1970年,英国EMI公司的工程师Hounsfild 研制成功了第一台CT ,从此放射诊断学进入了CT时代。

CT（Computed Tomography）利用了不同的物质对X射线具有不同的衰减特性。

X射线发生器发射出X射线，通过人体衰减的X射线的数据由检测器采集得到，通过计算机对这些数据进行处理，重建出人体的断层图象。

根据扫描方式来划分CT的发展，大致可以分为五代：
第一代：单光源，单个检测器，平移加旋转的运动。

如下图：
旋转
第二代：采用了扇形的X射线和多个检测器（典型数目为30个），运动形式仍为平移加旋转的运动。

如下图：
rotate
rotate
move
第三代：也是单X射线源及扇形线束，但扇形线束的张角较大，检测器可多达500 多个，X射线和检测器的组合装置饶着病人旋转，连续采集数据，不必再做平移运动。

rotate
第四代：采用环形检测器阵列。

数据采集时，检测器不动，一个X射线源在检测器阵列的内侧的圆周上做旋转运动。

环形检测器阵列
第五代：通过电磁场来偏转电子束，取消了传统的CT 的机械旋转装置，可动态实时地扫描图象。

二、大阿尔派CT-C2000的发展
东大阿尔派数字医疗系统公司成立一年多来取得了很大的发展,我们首先推出的大型医疗设备CT-CT2000在市场获得了很大的成功,赢得了用户的好评。

东大阿尔派CT-C2000的发展过程，科研人员从维修CT开始，到仿制CT，然后自己独立研制CT，最后把CT 商品化，推向市场。

1994年，在郑全录，江根苗等老师的努力下，研制成功了CT I 型机；1997年，又推出了II型机，命名为CT-C2000，采用集优化生产方式进行生产，把CT-C2000投入市场，成为中国首家拥有自主版权的CT生产厂家，在国内外引起了很大的轰动。

三、东大阿尔派CT-C2000的基本工作原理
CT作为大型的医疗设备，综合了X射线物理学，机械，电气，计算机软件各学科的知识。

下面简单描述一下东大阿尔派CT-C2000的基本工作原理。

东大阿尔派CT-C2000由扫描机架，扫描床，高压柜和计算机系统组成。

高压柜产生直流高压输出到扫描机架上的X线球管，球管产生X线以45度角通过上准直器呈扇形束发射，扇形X线穿过人体时会产生不同程度的衰减。

根据不同的需要可以通过上准直器把X线的厚度调节为10毫米，5毫米或2毫米。

检测器接收到衰减信号后，检测器内氙气电离产生电流输出，经过数据采集系统的采集和处理后传送给计算机系统，计算机系统对这些数据进行计算，重建出人体的断层图象。

1．数据采集
数据采集过程中，采用的是连续脉冲方式，图象数据来自检测器，采集分时（view）信号的来源有三种：静止采集时,采用DAS接口板的时钟分频；平片扫描时，用扫描床的编码器进行分频；旋转采集时，用旋转编码器产生分频信号，起始信号由小旗产生。

切片厚度板负责X线球管的曝光控制，曝光计数信号的产生，球管的散热，定位灯的供电和控制。

目前所用的检测器为弧型气体检测器，为512路检测器，气体为氙气，用300V进行供电。

另外一个检测器为球管下的monitor盒中辅助检测器，其用钽片来电离X线采集数据，该数据作为未经衰减X线的强度。

（作为X射线衰减的基准值）
扫描床由控制面板和扫描逻辑板控制，因为扫描床的水平光电编码器的1码=0.25毫米,所以其定位精度为0.25mm。

2．数据传输
数据通路大体如下图：
除了32块DAS 板的数据是串联传输外，其他的均为并联传输方式。

3．数据处理
CT 的图象重建基本思想是,通过收集附加的数据来补偿投影成像的内在的信息损失,以重建深度分辨率。

CT-C2000对数据的补偿就是进行各种校正，这些校正主要有：对运动系统的校正，对射线均匀程度的校正（通过monitor 来采集基准值），校正检测器的基准值，校正检测器的电路输出增益，对检测器和电路的非线性的校正，对机械装置的误差进行校正（几何校正），物体对射束的衰减(硬化校正）。

目前,我们的软件是把X 线源当作是单色光，物质对其的衰减是线性的前提下进行的，为了进一步提高图象的质量，以后我们还要对射束的硬化效应进行校正（射束的硬化效应是相同的物质对具有不同能量的X 射线的衰减程度不一样）。

还需要补充散焦校正（X 射线的小孔成像特性，图象的颗粒粗和它有一定的联系）和的校正等等。

散焦校正是X 射线的小孔成像特性，图象的颗粒粗和它有一定的联系；散射效应是X 射线穿过物体时改变方向发生折射现象。

四、对CT 技术发展前景的瞭望
扫描高速化，图象显示实时化，图象的视觉虚拟现实化是CT 的发展方向。

目前商品化的CT 中的佼佼者是螺旋CT ，它采用滑环技术，可以一个方向旋转扫描，进行数据的采集，这就克服了由于绕线的关系引起的往复旋转的机械问题，大大缩短了扫描的时间。

螺旋CT 的关键技术是滑环技术，滑环技术可以分为高压滑环和低压滑环。

高压滑环是扫描机架外置高压系统，通过滑环把高压传输给球管，这对滑环的绝缘和制造工艺的要求比较高，目前采用这种技术的有东芝；低压滑环则采用了板载高压技术，就是把高压发生器集成到扫描机架上，这就要求高压系统小型化，对高压系统的要求提高了，目前采用这种技术的有GE 、西门子等。

高速的扫描，高速的数据采集要求检测器的电离时间短，电离还原时间快，目前先进的检测器都采用固态检测器，主要是钨酸铬固态检测器。

数据传送采用光电耦合技术和数据无线传送方式，飞利浦公司的CT 采用的是后者。

诊断台 界面 接口 建像机 扫描逻辑板 控制面板 切片厚度板 DASIO 32块DAS 板 MONITOR
第二讲CT的高压系统
一．高压系统简介
X射线的发生需要两个条件：高速运动的粒子流和适当的阻止粒子运动的障碍物。

只要是X线设备都要用到X线高压系统。

比如X光机、X光刀、CT和DSA等等。

高压系统一般由高压发生器和X线管组成。

对于X线管，目前一般使用的是高真空热阴极X线管，它主要由阴极和阳极组成。

阴极主要由灯丝及聚焦装置组成，起电子发射器的作用。

阳极是X线管中的电子制动体，即承受高速的电子冲击而产生X线的地方。

目前常用的有固定阳极和旋转阳极。

固定阳极一般用于小功率的的X线机。

旋转阳极由于散热能力好，所以焦点要求小、功率大、曝光时间短的诊断设备一般用旋转阳极球管。

有关高压发生系统有工频高压发生系统和中频高压发生系统。

工频高压发生系统是将常用的50Hz 的市电直接变成高压，这种高压发生系统体积大、维修困难。

中频高压发生系统则先将工频电压经整流、滤波变成低纹波系数的直流电压，然后通过逆变换产生数千Hz的中频电压，再经升压、整流、滤波，输出高压。

它的特点是体积小、电压纹波小、启动时间快。

二．高压系统的组成及工作原理
东大阿尔派CT-C2000所用的高压系统是加拿大的CPI公司的HF350高压发生系统。

其组成如下：
B
C
N
简而言之，这套系统就是提供了四种电源：X线管旋转阳极电流、X线管阴极灯丝电流、系统正负12V的工作电源和供给X线管的正负75KV的高压。

1. 系统的工作流程
2. 逆变过程
逆变有全桥、半桥和单端三种实现方式。

CPI的逆变电路如下图：
它其实是一种较为简单的单端逆变电路，SCR1和SCR2两个可控硅作为开关，轮流导通进行逆变。

3. 高压坦克
高压坦克由三部分组成：变压器、倍压整流电路和取样反馈电路。

其实，高压坦克中有一大部分是空的。

取样反馈电路的反馈电压大概为7.5伏左右。

4．高压系统的常见故障
由于CPI的HF350并不是为CT设计的，而是为X线机设计的，所以他放射射线的时间不能太长。

而CT的放射射线进行扫描的时间较长，这样就对系统有一些伤害，特别是灯丝电流板，经常扫烧断险丝，甚至烧毁电路板。

因此，我们对灯丝电流板作了一些改进，使其适应CT的需要。

对于球管的故障，首先是听球管的声音是否异常，正常情况下，球管转动的声音是均匀的。

其次，旋转阳极的电机的转速为2700转/秒，如果，放射射线后三秒钟就无其旋转声音，说明旋转阳极的电机有问题。

再次，球管的曝光次数超过十万次后，如果图象出现伪影或图象颗粒粗的现象，则可以考虑球管是否已经老化。

还有是如果体部的图象好而头部的中心有伪影，则有可能是灯丝老化的缘故。

三、控制电路的功能简介
1、接口板
(1)接口信号的作用。

Connector closed 8秒延时，接触器闭合有效。

ROTOR fault。

ROTOR defeat 供固定阳极使用，被屏蔽。

ROTOR BOOST time 4.5秒延时，可以由用户设定，但不得大于5秒。

Ready X-ray允许灯亮。

Fil fault Fil current 小于2A时有效。

Beam fault 故障灯亮，原因：KV过压，或逆变中产生的电流过流,或高压头接触不良引起电弧。

KV REF 10V=150kV (在高压接口板上)。

FIL REF 1V=1.0Ma。

Beam Current 1V=100mA。

Beam Voltage 1V=20kV。

FIL Current 1V=1A（反馈电流）。

KV EN 千伏使能信号。

prep 旋转阳极启动。

X-ray 曝光一次
(2)控制关系
Beam fault FIL fault Under V
Under Voltage 信号来自辅助驱动板，该信号有效时表示没有系统工作的正负12伏的电源，接触器未闭合。

以上四个信号只要一个有效，Ready 信号就无效。

Ready
X-ray KV
2.旋转阳极板
定时电路所发出的信号就是ROTOR BOOST TIME 信号，它决定了可控硅导通角改变的时间。

3.灯丝电流板
灯丝电流板的总体框图如下：
设定
第三讲扫描逻辑板
扫描逻辑板是东大阿尔派CT-C2000中最重要的一块PCB板，他负责协调四大部件的工作，同时还负责扫描时的数据通信任务。

下面就它与其他部件的关系做一概述。

一．接口信号的意义及走向
参见PCB图纸扫描逻辑板CTPG-001S。

接口J1008: 和扫描床相连接。

其中信号名称以“AR”开始的为控制面板的按键信号，“AL”开始的为限位信号，后面所连接的单词为床相关的动作。

AUP0、ADOWN为床升降继电器的控制信号；
ATLTR、ATRNVEL和床伺服器相连，控制床的速度；
0A0、0B0和床的光电编码器相连，用于床位记数；
+TRIN0、-TRIN0用于控制床的方向；
ZIN CLOCK、ZOUT CLOCK表示是进/退床的编码；
APOS0、ANEG0用于限制扫描机架的正倾和反倾。

接口J1002：From I/O卡，和计算机系统相连：
SHCCL0、SHCL1用于发送时钟信号；
SHCLR0、SHCLR1用于返回时钟信号；
SELA0、SELA1：被外设选中；
AREADY0、AREADY1：总线信号；
INT0、INT1：中断信号。

接口J1001为电源插口。

接口J1003和切片厚度板相连：
SHCCL0、SHCL1用于发送时钟信号；
SHCLR0、SHCLR1用于返回时钟信号；
MARKER0、MARKER1为定位灯信号；
接口J1013和高压系统连接。

接口J1010的连接情况如下：
MANUAL1、ROTANA、ROTGND、DCM2的扫描机架的旋转伺服器相连接；
SCAN0/1、VIEW0/1和扫描逻辑板连接。

二．
扫描逻辑板
三．和扫描机架的关系
扫描机架有两种动作：旋转和倾斜；这两种动作均由扫描逻辑板控制，同时，扫描机架向扫描逻辑板返回自己的位置和速度信号。

1.倾斜
如下图，扫描逻辑板传出的APOS0、ANEG0信号就是控制继电器正倾或反倾，SL1、SL2、SL3和角度取样电阻均在凸轮上。

2.旋转
手动
自动
扫描机架旋转加速时，先经过4度的OPTION 速度，再经过RC 积分速度，在到达小旗前达到正常速度；减速时，到达420度，经过RC 积分速度，最后4度经过OPTION 速度刹车。

在发出旋转命令时，扫描逻辑板先通过SENSOR-C 判断旋转方向，再通过ROTANA 向伺服器发出速度。

旋转的角度取样根据光电编码器发回的脉冲计算，1度等于4个码。

当光电编码器和减速机脱落时，扫描机架旋转就会一直保持OPTION 速度；旋转时，光电编码器所发出的脉冲是等距、均匀的，当光电编码器和减速机脱落时，脉冲就会变得不均匀，这就表现为时间通道不均匀；脉冲过窄时，会出现丢失VIEW 的情况，旋转完毕RDRQ 不满足720个数据，高压就不会停止，通过静采来补充达到720个VIEW 。

第四讲高压控制系统一．总框图
系统接口的信号及意义：
1．Current VOL J12.15←J1.8
2．Overtemp J12.10←J1.21
3．Cooling J12.32←J1.w
4．InterLock 未使用
5．Romote J12.13←J1.12
6．STANBY J12.31←J1.r
7．TABILITY J12.14←J1.10 (高压稳定)
扫描逻辑板到高压控制系统的高压底板的信号：
1．Operat0 J12.3→J1.f
2. STANDBY0 J12.20→ J1. 7
3. current_reset J12.4→ J1.h J1.10
4. 10mA J12.24→J4.p
5. 20mA J12.7→J4.u
6. 20KV J12.11→J2.w
7. 40KV J12.29→2.19
8. 80KV J12.12→J2.20
9. 100KV J12.20→J2.11
10．X-RAY J12.22→J4.C
高压底板到高压控制系统的接口板的信号
J14.21: GND J14.2 : Boost Time ←J4.17
Ready1 : J14.3→J4.3 ready0 : J14.22→J4.r
Beam fault : J14.5→J4.w /Beam fault : J14.24→J4.19
KV_REF : J14.7←J4.f GND : J14.28
FIL_REF : J14.9 GND : J14.26
BEAM_back : J14.8→J4.8 管电流保护 GND：J13.30 KV_back : J14.12 J4.12 GND：J14.31
Current_back : J14.13→J4.10 GND : J14.32 X_RAY : J14.35←J4.3 Prep : J14.34←J4.4
二． 电压设定板的信号流程和信号接口 1．框图
2. 各组接口及信号
R_20KV : J2.w ←J12.11 H_20KV : J2.x ←J15.10 R_40KV : J2.19←J15.21 H_40KV : J2.y ←J15.29 R_80KV : J2.20
←J12.12 H_80KV : J2.21←J15.11 R_100KV : J2.11←J12.30 H_100KV : J2.10←J15.30
/remote : J2.n ←J1.5
三． 高压系统板 1． 框图
手动
遥控 /
2． 各信号及接口
（1）/ready : J1.1←J4.J
（2）/TEMP_OVLD : J1.2←J4.18 灯丝过流
(3) /H_operate : J1.6←J15.2
（4）/cur_ovld : J1.3←J4.11 mA 过流 （5）/R_STBY : J1.7←J12.22 （6）/H_STBY : J1.8←J15.1
（7）/H_TEMP_OVLD : J1.9←J15.9
(8) STABILITY : J1.10←J12.14
（9）remote : J1.12←J12.13
（10）cur_ovld : J1.19←J12.15



















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