X 射 線 電 腦 斷 層 掃 描 層 析 技 術(shù) ( C o m p u t e d Tomography)，簡(jiǎn)稱CT，原理是用X射線進(jìn)行拍照，不過做一次CT檢查，相當(dāng)于在同一部位分不同層、多個(gè)角度進(jìn)行X射線立體化掃描，并由計(jì)算機(jī)合成三維立體圖像，電腦斷層掃描能夠更加深入地針對(duì)某一器官某一位置的病變進(jìn)行檢查。通常來講，CT機(jī)主要用于對(duì)頭顱、胸腔以及腹腔器官進(jìn)行掃描，以鑒定肺部感染、肺癌、腦部腫瘤、血管瘤，以及造影劑檢查心血管狹窄堵塞引起的心肌梗塞等疾病，尤其對(duì)于早期肺癌的診斷，CT是最佳的選擇。

　　1 CT成像原理及CT機(jī)上的自動(dòng)化

　　CT成像的基本原理是用X光線束對(duì)人體檢查部位一定厚度的層面進(jìn)行分層掃描，由探測(cè)器接收透過該層面的X線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂?，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)處理，圖像形成的處理有如將選定層面分成若干個(gè)體積相同的長(zhǎng)方體體素(Voxel)。掃描所得信息經(jīng)計(jì)算而獲得每個(gè)體素的X線衰減系數(shù)或吸收系數(shù)，再排列成矩陣，把數(shù)字矩陣轉(zhuǎn)為由黑到白不等灰度的小方塊，即像素(Pixel)，并按矩陣排列，從而構(gòu)成CT圖像。

　　在X線穿透人體器官或組織時(shí)，由于人體器官或組織是由多種物質(zhì)成分和不同的密度構(gòu)成的，所以各點(diǎn)對(duì)X線的吸收系數(shù)是不同的。CT成像裝置要從不同角度方向上進(jìn)行多次分層掃描，來獲取足夠的數(shù)據(jù)建立求解吸收系數(shù)的方程。

　　因此，CT機(jī)上的自動(dòng)化大致包括：多角度傳感器、分層次掃描(三維運(yùn)動(dòng)控制)，以及角度變化與分層掃描的多軸同步聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制。系統(tǒng)工作流程包括：

　　(1)檢查床體的移動(dòng)，上下與前進(jìn)退出，這里的移動(dòng)位置就是多軸運(yùn)動(dòng)控制的自動(dòng)化位置控制;

　　(2)X光射線發(fā)射管(俗稱“槍”)和接收成像板(俗稱“靶”)的相對(duì)同步掃描和角度變化的同步聯(lián)動(dòng)，這里的掃描對(duì)位就有位置控制，“槍”與“靶”的位置同步與角度變化對(duì)齊同步就有自動(dòng)化同步聯(lián)動(dòng)控制，并且由于角度的傾斜，同步中還要做位移隨角度傾斜的補(bǔ)償計(jì)算，才能夠準(zhǔn)確合成影像。

　　而且，這一部分的位置控制對(duì)于精度與可靠性要求很高，如果位置錯(cuò)了，不僅僅影響檢查的準(zhǔn)確性，也有可能損壞機(jī)器，或者造成對(duì)病人的傷害。因?yàn)閄射線對(duì)人體有一定的傷害，因此必須時(shí)間要短，效率要高，并獲得高質(zhì)量的CT成像。

　　目前常見的CT有64層、128層和256層，每一層的位置控制分層，相當(dāng)于數(shù)碼像素，就是由絕對(duì)值多圈編碼器反饋輸出信號(hào)完成。層數(shù)越多分得越細(xì)，CT圖像的質(zhì)量越高，但是對(duì)于編碼器輸出精度要求也就越高，而且不允許有錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，這對(duì)于提供的編碼器要求是很高的。

　　尤其是“槍”與“靶”的自動(dòng)化同步對(duì)位，以及與床體的自動(dòng)化同步聯(lián)動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算，一定要做機(jī)械末端閉環(huán)，反饋的傳感器數(shù)據(jù)輸出要一定同步準(zhǔn)確，重復(fù)精度一定要高，數(shù)據(jù)一定不能有錯(cuò)，這是CT圖像能夠成像的關(guān)鍵。

　　2 多軸同步控制技術(shù)

　　(1)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)負(fù)載軸的機(jī)械末端需要傳感器反饋，并且數(shù)據(jù)可靠性要保證，才能確保同步控制的可靠性。同步控制的可靠性非常重要，因?yàn)槿魏我粋€(gè)運(yùn)動(dòng)負(fù)載軸反饋數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，或者控制上的失誤，都會(huì)造成同步任務(wù)失敗與損失，甚至?xí)斐稍O(shè)備的損壞。所以每一個(gè)運(yùn)動(dòng)負(fù)載機(jī)械末端的傳感器反饋是不能省的，目前以可靠性、實(shí)用性而言，一般選用了機(jī)械式絕對(duì)值多圈編碼器為多。

　　在CT設(shè)備中一旦同步掃描任務(wù)失敗，病人就需要多做一次X光劑量，這是不被允許的，因?yàn)槎啻蔚腦光照射對(duì)人體會(huì)造成傷害。

　　(2)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)負(fù)載軸上的絕對(duì)值多圈編碼器的數(shù)據(jù)應(yīng)該是無時(shí)差的硬件并行同時(shí)采集，例如多路硬件連接的到達(dá)同步位置比較器，或者選用同步數(shù)據(jù)采集器轉(zhuǎn)換為總線，進(jìn)入上位機(jī)控制器做同步位置比較。目前也有使用工業(yè)以太網(wǎng)上傳到上位機(jī)控制器。

　　(3)重復(fù)精度與數(shù)據(jù)的可靠性，這是對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性、安全性的需要。而在多軸運(yùn)動(dòng)控制中，有些是不同運(yùn)動(dòng)方向、不同的位置移動(dòng)比例關(guān)系，非線性的計(jì)算或者補(bǔ)償，但是仍然要遵循運(yùn)動(dòng)控制軌跡設(shè)計(jì)的控制，稱為同步聯(lián)動(dòng)控制。

　　如果反饋數(shù)據(jù)有時(shí)差，甚至缺少一個(gè)負(fù)載軸的閉環(huán)數(shù)據(jù)反饋，那么運(yùn)動(dòng)行走的軌跡就會(huì)有鋸齒形邊(因?yàn)闀r(shí)差關(guān)系)，或者在糾正偏差時(shí)引起糾偏振蕩(因?yàn)闀r(shí)差關(guān)系)。例如在CT自動(dòng)化控制中，就是一個(gè)五軸的運(yùn)動(dòng)控制同步聯(lián)動(dòng)控制，包括發(fā)射門機(jī)的傾斜與旋轉(zhuǎn)角度、床體的三維運(yùn)動(dòng)控制。如果發(fā)生同步時(shí)差，合成的影像將會(huì)產(chǎn)生重影、“鬼影”，導(dǎo)致CT影像合成失敗。

　　3 對(duì)編碼器的要求

　　CT醫(yī)學(xué)影像設(shè)備對(duì)于絕對(duì)值多圈編碼器的核心要求有：重復(fù)精度高、高可靠性、不許出錯(cuò)。

　　目前，其他的醫(yī)學(xué)影像檢查手段還有核磁共振檢查(簡(jiǎn)稱MRI)、數(shù)字X光照相(簡(jiǎn)稱DR)等，這些設(shè)備也都需要用到絕對(duì)值多圈編碼器，它們對(duì)于編碼器的性能要求也大致同樣，同時(shí)也需要大量的國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品普及應(yīng)用。

　　我國(guó)目前每百萬人口的CT保有量與發(fā)達(dá)國(guó)家比較還很低，需大量普及CT設(shè)備，醫(yī)學(xué)影像CT早期檢查篩選的普及化，可以大幅度提高肺癌的早期發(fā)現(xiàn)率，提高肺癌患者的生存率。這些醫(yī)學(xué)影像檢查設(shè)備如果能夠?qū)崿F(xiàn)大量的國(guó)產(chǎn)化制造，就可以實(shí)現(xiàn)全民醫(yī)療的早期檢查，提高我國(guó)居民的整體健康水平，解決老百姓“看病貴”的實(shí)際難題，造福社會(huì)和人民。