CN102379716A - 一种静态ct扫描仪系统及其扫描方法 - Google Patents

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邢晓曼
代秋声
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Abstract

一种静态CT扫描仪系统，包括电力系统、X射线源系统、探测器系统、数据采集系统和计算机，探测器系统用于接收X射线源系统发射的X射线束，数据采集系统连接探测器系统，计算机连接数据采集系统，电力系统分别连接X射线源系统、探测器系统和数据采集系统，X射线源系统包括若干个基于碳纳米管的X射线源模块，若干个X射线源模块均匀分布在一环形轨道上，并每个X射线源模块下方对应设置有一准直器；探测器系统包括若干个探测器模块，若干个探测器模块的探测面构成一环形圈然后与环形轨道平行放置；X射线源系统可通过准直器的准直器夹缝将发射的X射线束投射到探测器系统的探测面上。本发明结构简单，扫描一周的时间短。

Description

一种静态CT扫描仪系统及其扫描方法
 
技术领域
本发明属于CT扫描仪领域。
 
背景技术
CT在临床中有广泛应用。为了实现断层成像，现在使用的CT有两种方案，第一种方案是CT球管围绕人体做旋转运动，在不同视角获取成像物体的投影图像（见图1）；第二种方案是使用一个大型特制扫描电子束X线管，通过偏转线圈控制电子束轰击靶的位置，进而获得不同视角的投影图像（见图2）。
无论第一种方案还是第二种方案，其X射线的产生原理基本相同。给灯丝加热，当灯丝温度达到上千摄氏度时发射热电子，热电子在电场力作用下加速撞击阳极，从而产生X射线（见图2和图3）。
对于第一种方案而言，由于CT球管的旋转受到离心力的制约，虽然现在扫描一周可以在0.27s内完成，但是扫描速度已经接近理论极限，很难再实现有效的提高。而这个速度依然不能满足心血管、冠状动脉等运动器官或组织的成像要求。此外，CT球管和探测器旋转的成像方式导致系统电力输送和数据传输都存在困难，需要采用一些特殊的技术来实现，增加了系统的复杂程度。
对于第二种方案而言，虽然其成像速度很快，但是其电子束是在靶环外面通过线圈实现的偏转，所以体积非常庞大，而且未能实现360度断层扫描，以及全身任意位置的扫描。
以上两种成像方案中通过热发射电子产生X射线的方式存在很多问题。无论是第一种方案还是第二种方案，其X射线源和相关辅助设施的体积和重量都很大。热发射产生电子的模式导致其启动速度慢。在要求脉冲式同步扫描（比如心律特定相位的扫描）时，它不能够关闭电子源，只能通过调整偏压，抑制电子撞击阳极靶，或者在射线出口设置机械门控的方式，从而增加了X射线源的复杂程度。
 
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明旨在提供一种静态CT扫描仪系统及其扫描方法，该扫描仪系扫描一周所用时间比现有CT扫描仪的时间更短，突破CT球管旋转成像方案的速度极限，可以从根本上解决现有CT所遇到的运动伪影问题。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
利用强电场下电子可以通过隧道效应穿过材料表面势垒发生放电现象的原理，人们使用碳纳米管研制出了场发射电子源，然后利用该电子源研制X射线源。
该X射线源原理如下：碳纳米管在外加强电场的作用下产生场致发射, 然后电子在电场的加速下轰击阳极产生X 射线。
采用碳纳米管后的X 射线源具有许多优点:时间响应快, 可以随时开启, 无须加热灯丝电源, 射线源体积减小等。
目前，碳纳米管具有很低的场发射开启电场强度(1-3 V/μm)和很高的场发射电流密度(~1A/cm2)，可在普通高真空度(~10-5Pa)下长期稳定工作。
一种静态CT扫描仪系统，包括电力系统、X射线源系统、探测器系统、数据采集系统和计算机，所述探测器系统用于接收所述X射线源系统发射的X射线束，所述数据采集系统连接所述探测器系统，所述计算机连接所述数据采集系统，所述电力系统分别连接所述X射线源系统、探测器系统和数据采集系统用于提供所需的高压和普通电源，所述X射线源系统包括若干个基于碳纳米管的X射线源模块，所述的若干个X射线源模块均匀分布在一环形轨道上，并每个X射线源模块下方对应设置有一准直器；所述探测器系统包括若干个探测器模块，所述的若干个探测器模块的探测面构成一环形圈然后与所述环形轨道平行放置；所述X射线源系统可通过所述准直器的准直器夹缝将发射的X射线束投射到所述探测器系统的探测面上。
进一步的，所述准直器夹缝的形状在环形平面方向成等腰梯形、在垂直于环形平面方向成梯形，所述X射线源模块通过所述准直器夹缝可保证所发射的X射线束只覆盖所述探测器模块的探测面在所述环形轨道轴线方向上的宽度。
一般而言，当成像物体的尺寸比较大时，需要的视野比较大，这个时候能够同时工作的X射线源模块的数目就比较少；当成像物体的尺寸比较小时，需要的视野也比较小，这个时候能够同时工作的X射线源模块的数目就比较多，可以进一步缩短成像时间。基于这个想法，本发明的准直器为一种具有多种狭缝尺寸的环形准直器，对于不同尺寸的扫描物体，自动进行切换。
一种静态CT扫描仪系统的扫描方法，首先，打开一个X射线源模块；然后，沿顺时针或逆时针方向逐个打开其他的X射线源模块。
一种静态CT扫描仪系统的扫描方法，首先，打开至少两个X射线源模块，同时保证打开的X射线源模块所发射的X射线束在探测器系统上的覆盖范围互不重叠；然后，按照上述各X射线源模块确定的位置同时沿顺时针或逆时针方向打开其他的X射线源模块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、基于本发明制造的CT扫描仪将比现有CT扫描仪的结构简单，取消了滑环，避免了传统的旋转成像方案中CT球管和探测器旋转所遇到的电力传输和数据传输等问题。
2、本发明扫描一周所用时间比现有CT扫描仪的时间更短，突破CT球管旋转成像方案的速度极限，可以从根本上解决现有CT所遇到的运动伪影问题。
3、基于碳纳米管的场发射阴极的X射线源的模块化设计使得系统的维护更容易，能耗更小，运营成本更低。如果某个模块出现故障，只需要更换该模块，而不要像现在的CT系统，需要更换整个球管。
4、另外，本发明的快速开关特性可灵活变换扫描模式，轻松实现多种扫描模式，提高扫描效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为CT球管旋转成像示意图。
图2为电子束偏转打靶成像示意图。
图3为CT球管结构示意图
图4为本发明的框架结构图
图5为本发明的X射线源系统和探测器系统的结构示意图
图6为本发明的准直器的夹缝在环形平面方结构示意图。
图7为本发明的准直器的夹缝在垂直于环形平面方结构示意图。
图8为本发明的准直器环结构示意图。
图中标号说明：1.电力系统，2.X射线源系统，201、X射线源模块，3.探测器系统，301、探测器模块，4.数据采集系统，5.计算机，6.环形轨道，7.准直器，701、准直器夹缝，a.宽度，8、准直器环，。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
实施例1：
参见图4及图5所示，一种静态CT扫描仪系统，包括电力系统1、X射线源系统2、探测器系统3、数据采集系统4和计算机5，所述探测器系统3用于接收所述X射线源系统2发射的X射线束，所述数据采集系统4连接所述探测器系统3，所述计算机5连接所述数据采集系统4，所述电力系统1分别连接所述X射线源系统2、探测器系统3和数据采集系统4用于提供所需的高压和普通电源，所述X射线源系统2包括若干个基于碳纳米管的X射线源模块201，所述的若干个X射线源模块201均匀分布在一环形轨道6上，并每个X射线源模块201下方对应设置有一准直器7；所述探测器系统3包括若干个探测器模块301，所述的若干个探测器模块301的探测面构成一环形圈然后与所述环形轨道6平行放置；所述X射线源系统2可通过所述准直器7的准直器夹缝701将发射的X射线束投射到所述探测器系统3的探测面上。
进一步的，所述环形轨道6为圆形，其直径范围为0.5米～1.5米，优选的为1米。
进一步的，结合图6、图7所示，所述准直器夹缝701的形状在环形平面方向成等腰梯形、在垂直于环形平面方向成梯形，所述X射线源模块201通过所述准直器夹缝701可保证所发射的X射线束只覆盖所述探测器模块301的探测面在所述环形轨道轴线方向上的宽度a。
优选的，参见图8所示，所述准直器7上设置有多个不同尺寸的准直器夹缝701，并所述的准直器7构成一准直器环8。
实施例2：
一种静态CT扫描仪系统的扫描方法，首先，打开一个X射线源模块；然后，沿顺时针或逆时针方向逐个打开其他的X射线源模块。
实施例3：
一种静态CT扫描仪系统的扫描方法，首先，打开至少两个X射线源模块，同时保证打开的X射线源模块所发射的X射线束在探测器系统上的覆盖范围互不重叠；然后，按照上述各X射线源模块确定的位置同时沿顺时针或逆时针方向打开其他的X射线源模块。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 一种静态CT扫描仪系统，包括电力系统（1）、X射线源系统（2）、探测器系统（3）、数据采集系统（4）和计算机（5），所述探测器系统（3）用于接收所述X射线源系统（2）发射的X射线束，所述数据采集系统（4）连接所述探测器系统（3），所述计算机（5）连接所述数据采集系统（4），所述电力系统（1）分别连接所述X射线源系统（2）、探测器系统（3）和数据采集系统（4）用于提供所需的高压和普通电源，其特征在于：所述X射线源系统（2）包括若干个基于碳纳米管的X射线源模块（201），所述的若干个X射线源模块（201）均匀分布在一环形轨道（6）上，并每个X射线源模块（201）下方对应设置有一准直器（7）；所述探测器系统（3）包括若干个探测器模块（301），所述的若干个探测器模块（301）的探测面构成一环形圈然后与所述环形轨道（6）平行放置；所述X射线源系统（2）可通过所述准直器（7）的准直器夹缝（701）将发射的X射线束投射到所述探测器系统（3）的探测面上。
2. 根据权利要求1所述的静态CT扫描仪系统，其特征在于：所述准直器夹缝（701）的形状在环形平面方向成等腰梯形、在垂直于环形平面方向成梯形，所述X射线源模块（201）通过所述准直器夹缝（701）可保证所发射的X射线束只覆盖所述探测器模块（301）的探测面在所述环形轨道轴线方向上的宽度（a）。
3. 根据权利要求1或2所述的静态CT扫描仪系统，其特征在于：所述准直器（7）上设置有多个不同尺寸的准直器夹缝（701），并所述的准直器（7）构成一准直器环（8）。
4. 一种根据权利要求1或2所述的静态CT扫描仪系统的扫描方法，其特征在于：首先，打开一个X射线源模块；然后，沿顺时针或逆时针方向逐个打开其他的X射线源模块。
5. 一种根据权利要求1或2所述的静态CT扫描仪系统的扫描方法，其特征在于：首先，打开至少两个X射线源模块，同时保证打开的X射线源模块所发射的X射线束在探测器系统上的覆盖范围互不重叠；然后，按照上述各X射线源模块确定的位置同时沿顺时针或逆时针方向打开其他的X射线源模块。
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