CN101859608B - 刀片装置及x射线成像仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种结构简单且易于在尺寸上缩小的刀片装置，还公开一种具有这样一种刀片装置的X射线成像仪。所述刀片装置，其用以形成中空的圆锥体状的辐射，所述刀片装置包括一对在垂直于所述圆锥体的轴的第一方向上以一个固定的倾角对称地相对的第一刀片元件(302，304)，一对在垂直于所述圆锥体的轴且垂直于所述第一方向的第二方向上以一个可变的倾角对称地相对的第二刀片元件(306，308)，一对一端分别被固定到所述一对第二刀片元件的相互面对的侧面相反侧的面上的杆件(316，318)，以及用以使所述一对杆件绕对应的支撑轴(326，328)转动的杠杆传动装置(400)。

Description

刀片装置及X射线成像仪
【技术领域】
本发明涉及一种刀片装置和一种X射线成像仪。尤其地，本发明涉及一种刀片装置，其包括四个刀片元件以形成一个两端开放的中空的圆锥体，以及一种具有所述刀片装置的X射线成像仪。
【背景技术】
一种X射线成像仪具有用以调节辐射场的准直器。在准直器的入口侧设置刀片装置用以排除偏焦点辐射，也就是自X射线焦点外射出的X射线。
在所述刀片装置中，利用四个X射线透不过的刀片元件形成一个两端开放的中空的圆锥体。所述圆锥体的尖端面向X射线焦点以免自X射线焦点外射出的X射线进入所述准直器。
所述刀片装置如此构成以致所述圆锥体的形状的调节与由所述准直器实现的辐射场的调节连结在一起，从而不管辐射场是大是小总是允许最佳地排除偏焦点辐射(参见，例如，美国专利4246488的图6、图7中栏7线66到栏9线19)。
【发明内容】
在所述刀片装置中——该刀片装置通过准直器执行调节与辐射场相联结的圆锥体的形状——元件数量由于该装置的复杂结构而增加。因此，所述刀片装置难于在尺寸上缩小，其成本变高。
于是，本发明的一个目的是提供一种结构简单且易于在尺寸上缩小的刀片装置，还提供一种具有这样一种刀片装置的X射线成像仪。
为解决这个问题，本发明的第一方面在于提供一种用以形成一个中空的圆锥体状的辐射的刀片装置，所述刀片装置包括：一对在垂直于该圆锥体的轴的第一方向上以一个固定的倾角对称地相对的第一刀片元件；一对在垂直于该圆锥体的轴且垂直于该第一方向的第二方向上以一个可变的倾角对称地相对的第二刀片元件；一对一端分别被固定到所述一对第二刀片元件的相互面对的侧面相反侧的面上的杆件；以及用以使所述一对杆件绕对应的支撑轴转动的杠杆传动装置。
为解决这个问题，与上述第一方面相结合，本发明的第二方面在于提供一种刀片装置，其中所述杠杆传动装置包括：一对轴向可移动且不可转动的轴元件，所述一对轴元件在其外围分别设螺纹槽且在其前端部分别与所述一对杆件的相对端部配合；一对轴向不可移动且可转动的轮，所述一对轮在其内围分别设螺纹槽且分别与所述一对轴螺纹配合；共有的传输元件，所述传输元件与所述一对轮配合；以及用以驱动所述传输元件的主动轮。
为解决这个问题，与上述第二方面相结合，本发明的第三方面在于提供一种刀片装置，其中所述杠杆传动装置包括一对弹簧，所述弹簧用以促使所述一对杆件的相对端部分别接近所述一对轴元件。
为解决这个问题，与上述第二方面相结合，本发明的第四方面在于提供一种刀片装置，其中所述杠杆传动装置包括拉力传递装置，所述拉力传递装置用以给所述传输元件施加拉力。
为解决这个问题，与上述第四方面相结合，本发明的第五方面在于提供一种刀片装置，其中所述拉力传递装置包括与所述传输元件配合的惰轮和弹簧，所述是弹簧用以促使所述惰轮的轴保持在一个方向以扩大所述传输元件的回路。
为解决这个问题，与上述第五方面相结合，本发明的第六方面在于提供一种刀片装置，其中所述轮是齿轮且所述传输元件是齿形带。
为解决这个问题，与上述第一方面相结合，本发明的第七方面在于提供一种刀片装置，其中所述杠杆传动装置包括可绕所述圆锥体的轴同轴转动的环和一对凸轮元件，所述凸轮形成于所述环的端面以配合所述一对杆件的相对端部。
为解决这个问题，与上述第七方面相结合，本发明的第八方面在于提供一种刀片装置，其中所述杠杆传动装置包括一对弹簧，所述弹簧用以促使所述一对杆件的相对端部分别接近所述一对凸轮元件。
为解决这个问题，与上述第八方面相结合，本发明的第九方面在于提供一种刀片装置，其中所述弹簧是板簧。
为解决这个问题，本发明的第十方面在于提供一种X射线成像仪，所述X射线成像仪具有X射线管、用以排除偏焦点辐射的刀片装置、用以调节辐射场的准直器和X射线接收器，所述刀片装置适于形成一个中空的圆锥体状的辐射，所述刀片装置包括：一对在垂直于所述圆锥体的轴的第一方向上以一个固定的倾角对称地相对的第一刀片元件；一对在垂直于所述圆锥体的轴且垂直于所述第一方向的第二方向上以一个可变的倾角对称地相对的第二刀片元件；一对一端分别被固定到所述一对第二刀片元件的相互面对的侧面相反侧的面上的杆件；以及用以使所述一对杆件绕对应的支撑轴转动的杠杆传动装置。
根据本发明的第一方面，由于用以形成一个中空的圆锥体状的辐射的刀片装置包括一对在垂直于所述圆锥体的轴的第一方向上以一个固定的倾角对称地相对的第一刀片元件、一对在垂直于所述圆锥体的轴且垂直于所述第一方向的第二方向上以一个可变的倾角对称地相对的第二刀片元件、一对一端分别被固定到所述一对第二刀片元件的相互面对的侧面相反侧的面上的杆件，以及用以使所述一对杆件绕对应的支撑轴转动的杠杆传动装置，因而所述刀片装置结构简单且易于在尺寸上缩小。
根据本发明的第十方面，在所述具有X射线管、用以排除偏焦点辐射的刀片装置、用以调节辐射场的准直器和X射线接收器的X射线成像仪中，由于所述刀片装置适于形成一个中空的圆锥体状的辐射且其包括一对在垂直于所述圆锥体的轴的第一方向上以一个固定的倾角对称地相对的第一刀片元件、一对在垂直于所述圆锥体的轴且垂直于所述第一方向的第二方向上以一个可变的倾角对称地相对的第二刀片元件、一对一端分别被固定到所述一对第二刀片元件的相互面对的侧面相反侧的面上的杆件，以及用以使所述一对杆件绕对应的支撑轴转动的杠杆传动装置，因而所述X射线成像仪结构简单且易于在尺寸上缩小。
根据本发明的第二方面，由于所述杠杆传动装置包括：一对轴向可移动且不可转动的轴元件，所述一对轴元件在其外围分别设螺纹槽且在其前端部分别与所述一对杆件的相对端部配合；一对轴向不可移动且可转动的轮，所述一对轮在其内围分别设螺纹槽且分别与所述一对轴螺纹配合；共有的传输元件，所述传输元件与所述一对轮配合；以及用以驱动所述传输元件的主动轮，因而才有可能简化所述杠杆传动装置的结构。
根据本发明的第三方面，由于所述杠杆传动装置包括一对弹簧，所述弹簧用以促使所述一对杆件的相对端部分别接近所述一对轴元件，因而才有可能利用所述一对轴元件的上升及下降促使所述一对杆件的往复枢轴转动。
根据本发明的第四方面，由于所述杠杆传动装置包括用以给所述传输元件施加拉力的拉力传递装置，因而才有可能确保所述传输元件和各个轮之间的配合。
根据本发明的第五方面，由于所述拉力传递装置包括与所述传输元件配合的惰轮和弹簧，所述是弹簧用以促使所述惰轮的轴保持在一个方向以扩大所述传输元件的回路，因而才有可能合适地施加拉力给所述传输元件。
根据本发明的第六方面，由于所述轮是齿轮且所述传输元件是齿形带，因而才有可能确保各个轮和所述传输元件之间的配合。
根据本发明的第七方面，由于所述杠杆传动装置包括可绕所述圆锥体的轴同轴转动的环和一对凸轮元件，所述凸轮形成于所述环的端面以配合所述一对杆件的相对端部，因而才有可能简化所述杠杆传动装置的结构。
根据本发明的第八方面，由于所述杠杆传动装置包括一对弹簧，所述弹簧用以促使所述一对杆件的相对端部分别接近所述一对凸轮元件，因而才有可能利用所述环的转动促使所述一对杆件的往复转动。
根据本发明的第九方面，由于所述弹簧是板簧，因而才有可能实现结构的简化。
【附图说明】
图1是说明X射线成像仪的结构的简图；
图2是说明刀片装置的结构的一个范例的简图；
图3是说明处于拆卸状态下的刀片装置的结构的分解图；
图4是说明轴、导轴和轮之间的关系的简图；
图5是说明随轴的上升和下降刀片元件倾角变化的简图；
图6是说明刀片装置的结构的另一个范例的简图；
图7是说明处于拆卸状态下的刀片装置的结构的分解图；和
图8是说明随环的转动刀片元件倾角变化的简图。
【具体实施例】
下面参考图示详细描述本发明实现的方式。本发明并不仅限于下述实现发明的方式。
图1显示的是X射线成像仪的结构。此仪器是本发明实现方式的一个范例。藉此仪器的结构，图中所说明的是与所述X射线成像仪有关的本发明实现方式的一个范例。
如图1所示，所述X射线成像仪包括X射线管1、用以排除偏焦点辐射的刀片装置3、用以调节辐射场的准直器5和X射线接收器9。X射线管1是本发明所界定的X射线管的一个范例。刀片装置3是本发明所界定的刀片装置的一个范例。准直器5是本发明所界定的准直器的一个范例。X射线接收器9是本发明所界定的X射线接收器的一个范例。
X射线管1包括阳极101和阴极103，X射线是自从阴极103向阳极101释放的电子的碰撞点(焦点)发出。自X射线管1发出的X射线射向物体7以穿过刀片装置3和准直器5给物体拍照。通过物体7的X射线由X射线接收器9接收。
在所述刀片装置中，利用四个X射线透不过的刀片元件形成一个两端开放的中空的圆锥体。所述刀片装置设置在准直器5的入口侧，同时圆锥体的尖端面向X射线的焦点。
准直器5包括刀片501，该刀片501由X射线透不过的材料构成，例如铅。X射线辐射场V取决于由刀片501确定的孔径。刀片501的孔径是可变的，由此X射线的辐射场V是能够调节的。
与辐射场V的调节保持连结，刀片装置3调节所述圆锥体的形状。与辐射场V的扩大保持连结，刀片装置3扩大所述圆锥体尖端的开口，同时，与辐射场V的缩小保持连结，刀片装置3缩小所述圆锥体尖端开口。
图2显示的是所述刀片装置3的结构的一个范例。刀片装置3是本发明实现方式的一个范例。藉刀片装置3的结构，图中所说明的是与所述刀片装置有关的本发明实现方式的一个范例。
在图2中，(a)是透视图，(b)是立体图以及(c)是分解图。分解图(c)按照从上到下的顺序显示的是刀片装置3的顶部结构、中部结构和底部结构。
如图2所示，刀片装置3包括四个刀片元件302、304、306和308。举例来说，刀片元件302、304、306和308是梯形的板件，它们由X射线透不过的材料构成，例如铅。刀片元件302、304、306和308形成一个中空的圆锥体。
刀片元件302和304彼此面对面，关于所述圆锥体的轴对称，并形成一个固定的倾角。刀片元件302和304是本发明界定的一组刀片元件的范例。
刀片元件306和308彼此面对面，关于所述圆锥体的轴对称，并在与刀片元件302和304相互面对的方向正交的方向上形成一个可变的倾角。刀片元件306和308是第二组刀片元件的范例。
刀片装置3包括顶端的底座元件310a和底端的底座元件310b。举例来说，顶端的底座元件310a和底端的底座元件310b各是一个圆形的板件，其由X射线透不过的材料构成，例如铅。
顶端的底座元件310a和底端的底座元件310b相互平行并通过四个柱形的间隔物312a、312b、312c和312d连接。顶端的底座元件310a在其中心形成一个供X射线通过的四边形孔，同时底端的底座元件310b在其中心形成一个供X射线通过的圆形孔。
顶端的底座元件310a支撑刀片元件302、304、306和308。刀片元件302和304由顶端的底座元件310a的一个表面支撑。刀片元件306和308由顶端的底座元件310a的背面支撑并穿过顶端的底座元件310a的孔伸出所述表面。
刀片元件302和304的底座部分沿着所述四边形孔的相对两边安装在顶端的底座元件310a的表面上。由杆形成的杆件316和318的纵长端固定于顶端的底座元件310a的背面，也就是，与刀片元件306和308面对的面相对的面，并且杆件316和318的轴326和328分别由设置在顶端的底座元件310a的背面上的轴承336和338支撑。
换句话说，刀片元件306和308通过杆件316和318的轴326和328以及通过轴承336和338安装在顶端的底座元件310a的背面。因此，刀片元件306和308通过绕轴326和328转动来实现倾角的变化。
传动部分400的尖端和板簧416和418的一端分别从下和从上紧靠杆件316和318的与刀片元件306和308关于轴326和328相对的端部。杆件316和318是本发明界定的一组杆件的范例。传动部分400是本发明界定的杠杆传动装置的范例。板簧416和418是本发明界定的一组弹簧的范例。
传动部分400的尖端上升下降，致使刀片元件306和308分别通过杆件316和318绕轴326和328转动，由此使刀片元件的倾角改变。板簧416和418推动杆件316和318紧靠传动部分400的尖端以使它们保持接触。
在图3中，用透视图说明刀片装置3的拆卸状态。在图3中，(a)是整个刀片装置的分解图，(b)是中部结构的分解图，(c)是刀片元件的分解图，以及(d)是传动部分的分解图。
如图3所示，传动部分400包括一对轴606和608。在轴606和608的外围分别形成有螺纹槽。轴606和608是本发明界定的一组轴元件的范例。
轴606和608由一对平行的导轴616和618轴向可移动地且不可转动地支撑。导轴616和618的底座部分固定于底端的底座元件310b。
一对在其内围形成有螺纹槽的轮626和628分别与轴606和608螺纹配合。轮626和628是在其外围形成有齿的齿轮。轮626和628由底端的底座元件310b轴向不可移动地且可转动地支撑。轮626和628是本发明界定的一组轮的范例。
连同主动轮622和惰轮624，轮626和628形成一个包围底端的底座元件310b上孔的正方形。主动轮622和惰轮624也是齿轮。轮626和628，还有主动轮622和惰轮624，它们每对都是正方形中的运动对偶关系。四个轮的转动轴相互平行。
传输元件630以无止境的方式传输在四个轮622、624、626和628上。电动机634的转动通过减速齿轮632传输到主动轮622。卷簧640的拉力以远离主动轮622的方向施加到惰轮624的转动轴，同时拉力施加到传输元件630，由此轮626和628的皮带传动装置得以建立。
传输元件630是本发明界定的传输元件的范例。主动轮622是本发明界定的主动轮的范例。惰轮624和卷簧640是本发明界定的拉力传递装置的范例。惰轮624是本发明界定的惰轮的范例。卷簧640是本发明界定的弹簧的范例。
传输元件630并不仅限于齿形带。它可以是任何其它适合的传输元件，例如，链条、V型带、平型带或者钢丝。轮622、624、626和628也可以是具有与传输元件相配的外围结构的轮。
图4说明的是轴606(608)、导轴616(618)和轮626(628)之间的关系。在图4中，(a)是显示组装状态的透视图，(b)是显示拆卸状态的透视图，(c)是显示拆卸状态的立体图，(d)是显示运行状态的剖视图，以及(e)是显示运行状态的立体图。
如图4所示，轴606(608)由导轴616(618)支撑，导轴616(618)是偏心轴，并且轴向不可移动的且可转动的轮626(628)与轴606(608)螺纹配合。
在这样的结构中，当轮626(628)转动时，轴606(608)沿导轴直线移动但不转动。轴606(608)的移动方向取决于轮626(628)的转动方向。例如，轴606(608)随轮626(628)的向前转动而上升，且随轮626(628)的反向转动而下降。
图5显示的是随轴606和608的上升下降，刀片元件306和308的倾角变化。在图5(a)中，轴606和608处于最低的状态，其中刀片元件306和308倾斜致使所述圆锥体的尖端孔径变得最大。在图5(b)中，轴606和608处于最高的状态，其中刀片元件306和308倾斜致使所述圆锥体的尖端孔径变得最小。
图6说明的是刀片装置3的结构的另一个范例。刀片装置3是本发明实现方式的一个范例。藉刀片装置3的结构，图中所说明的是与所述刀片装置有关的本发明实现方式的一个范例。
在图6中，(a)是立体图，(b)是剖视图以及(c)是分解图。分解图(c)按照从上到下的顺序显示的是刀片装置3的顶部结构、中部结构和底部结构。分解图(c)是剖视图(b)的分解图。
如图6所示，刀片装置3包括四个刀片元件702、704、706和708。举例来说，刀片元件702、704、706和708是梯形的板件，它们由X射线透不过的材料构成，例如铅。刀片元件702、704、706和708形成一个中空的圆锥体。
刀片元件702和704彼此面对面，关于所述圆锥体的轴对称，并形成一个固定的倾角。刀片元件702和704是本发明界定的第一组刀片元件的范例。
刀片元件706和708彼此面对面，关于所述圆锥体的轴对称，并在与刀片元件702和704相互面对的方向正交的方向上形成一个可变的倾角。刀片元件706和708是本发明界定的第二组刀片元件的范例。
刀片装置3包括底座元件710a、滑动环710b和底座环710c。举例来说，底座元件710a是一个梯状的短圆柱体，其由X射线透不过的材料构成，例如铅。底座元件710a在其梯形的上部端面的中心形成一个供X射线通过的四边形孔。底座元件710a还设槽712a，所述槽712a贯穿其梯形的下部的整个圆周。槽712a的深度方向与底座元件710a的径向方向一致。
底座元件710a支撑刀片元件702、704、706和708。刀片元件702和704安装在底座元件710a的一个端面的表面上。刀片元件706和708安装在底座元件710a的所述端面的背面上并穿过底座元件710a的孔伸出所述表面。
刀片元件702和704的底座部分沿着所述四边形孔的相对两边安装在底座元件710a的表面上。在底座元件710a的背面，由杆形成的杆件716和718的纵长端固定于背面，也就是，与刀片元件706和708面对的面相对的面，并且杆件716和718的轴726和728分别由设置在底座元件710a的背面上的轴承736和738支撑。
换句话说，刀片元件706和708通过杆件716和718的轴726和728并进一步通过轴承736和738安装在底座元件710a的背面。因此，刀片元件706和708通过绕轴726和728转动来实现倾角的变化。
滑动环710b是一个薄的环状板。滑动环710b的内部松散地安装在槽712a内，同时滑动环710b的外部自槽712a突出。底座环710c是一个环状板，其直径大于底座元件710a的外径。所述环的孔用作供X射线通过的孔。
在底座环710c的一个端面上形成有一个向上升起的同轴肋条712c，并且环710b的突出部分与肋条712c连接。因此，底座环710c相对于底座元件710a同轴转动。底座环710c是本发明界定的环的范例。
底座环710c包括一对凸轮716c和718c，其形成于底座环的端面并在肋条712c的内侧。但是，凸轮718c设置在所述部分的这一侧上因此在图中无法显示。凸轮716c和718c是倒转的V形突出物，其自底座环710c的端面向上突出并在底座环710c的圆周方向上倾斜。
具有凸轮716c和718c的底座环710c构成传动部分800。传动部分800是本发明界定的杠杆传动装置的一个范例。凸轮716c和718c是本发明界定的一对凸轮元件的一个范例。
底座环710c是外围有齿的齿轮且其通过与底座环齿轮啮合的齿轮802由电动机804驱动。经电动机804，底座环710c的运行可通过利用滚轮的摩擦或代替齿轮间配合的皮带实现。
传动部分800的凸轮716c和718c从下紧靠杆件716和718的分别与刀片元件706和708关于轴726和728相对的端部，同时板簧816和818的一端从上紧靠所述端部。板簧816和818分别推动杆件716和718紧靠凸轮716c和718c以使它们相互保持接触。杆件716和718是本发明界定的一组杆件的范例。板簧816和818是本发明界定的一组板簧的范例。
在图7中，用透视图说明刀片装置3的拆卸状态。在图7中，(a)是整个刀片装置的分解图以及(b)是刀片元件的分解图。如图7所示，底座环710c具有一对凸轮716c和718c。
用以抬起杆件716和718的相对两端的凸轮716c和718c的高度随底座环710c的转动而变化。也就是说，具有凸轮716c和718c的底座环710c构建一个所谓的滚动凸轮装置，并且每个杆件716和718的转动量被由底座环710c的转动引起的每个凸轮716c和718c的高度变化所改变。
图8显示的是随底座环710c的转动，刀片元件706和708的倾角变化。图8(a)显示的是底座环710c转动致使每个凸轮716c和718c的高度变得最低的状态。在这个状态中，刀片元件706和708倾斜致使所述圆锥体的尖端孔径变得最大。图8(b)显示的是底座环710c转动致使每个凸轮716c和718c的高度变得最高的状态。在这个状态中，刀片元件706和708倾斜致使所述圆锥体的尖端孔径变得最小。

Claims (9)

1.一种刀片装置，用以形成中空的圆锥体状的辐射，其包括：
一对在垂直于所述圆锥体的轴的第一方向上以一个固定的倾角对称地相对的第一刀片元件；
一对在垂直于所述圆锥体的轴且垂直于所述第一方向的第二方向上以一个可变的倾角对称地相对的第二刀片元件；
一对一端分别被固定到所述一对第二刀片元件的相互面对的侧面相反侧的面上的杆件；和
杠杆传动装置，用以使所述一对杆件绕对应的支撑轴转动，
其中，所述杠杆传动装置包括：
一对轴向可移动且不可转动的轴元件，所述一对轴元件在其外围分别设螺纹槽且在其前端部分别与所述一对杆件的相对端部配合；
一对轴向不可移动且可转动的轮，所述一对轮在其内围分别设螺纹槽且分别与所述一对轴螺纹配合；
共有的传输元件，所述传输元件与所述一对轮配合；和
主动轮，用以驱动所述传输元件。
2.根据权利要求1所述的刀片装置，其特征在于：所述杠杆传动装置包括一对弹簧，所述弹簧用以促使所述一对杆件的相对端部分别接近所述一对轴元件。
3.根据权利要求1所述的刀片装置，其特征在于：所述杠杆传动装置包括拉力传递装置，所述拉力传递装置用以给所述传输元件施加拉力。
4.根据权利要求3所述的刀片装置，其特征在于：所述拉力传递装置包括：
惰轮，所述惰轮与所述传输元件配合；和
用以促使所述惰轮的轴保持在一个方向以扩大所述传输元件的回路的弹簧。
5.根据权利要求4所述的刀片装置，其特征在于：所述一对轮、主动轮和惰轮是齿轮，且所述传输元件是齿形带。
6.一种刀片装置，用以形成中空的圆锥体状的辐射，其包括：
一对在垂直于所述圆锥体的轴的第一方向上以一个固定的倾角对称地相对的第一刀片元件；
一对在垂直于所述圆锥体的轴且垂直于所述第一方向的第二方向上以一个可变的倾角对称地相对的第二刀片元件；
一对一端分别被固定到所述一对第二刀片元件的相互面对的侧面相反侧的面上的杆件；和
杠杆传动装置，用以使所述一对杆件绕对应的支撑轴转动，
其中，所述杠杆传动装置包括：
可绕所述圆锥体的轴同轴转动的环；和
一对凸轮元件，所述凸轮元件形成于所述环的端面以配合所述一对杆件的相对端部。
7.根据权利要求6所述的刀片装置，其特征在于：所述杠杆传动装置包括一对弹簧，所述弹簧用以促使所述一对杆件的相对端部分别接近所述一对凸轮元件。
8.根据权利要求7所述的刀片装置，其特征在于：所述弹簧是板簧。
9.一种X射线成像仪，其具有X射线管、用以排除偏焦点辐射的如权利要求1或权利要求6所述的刀片装置、用以调节辐射场的准直器和X射线接收器。
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