CN102626317B - X射线成像设备 - Google Patents

Abstract

一种X射线成像设备，包括射线源吊臂及光阑；所述射线源吊臂用于固定射线源，所述射线源具有发射口，X射线从所述发射口发射出；所述光阑设置在所述射线源的发射口处，用于调节所述射线源发射的X射线。上述X射线设备中，通过在射线源前设置能调节X射线光束大小的光阑，在扫描时，通过光阑实时调节X射线光束的大小，使X射线光束仅覆盖需要被成像的区域，消除了多于的X射线，减少X射线辐射所带来的不必要伤害。

Description

X射线成像设备

【技术领域】

本发明涉及核成像技术领域，特别是涉及一种X射线成像设备。

【背景技术】

X射线成像技术是射线探测技术，计算机技术和计算物理相结合的一门高新技术，其成像原理为利用物体各部分对X线的衰减不同这一特性，由X射线探测器接收X射线通过物体后的射线强度并将其数字化，从而反映不同的组织结构。全景摄影、CT扫描均为X射线成像的不同模式，通过不同的机械扫描方式实现。射线源和探测器分别安装在被扫描组织的两侧，方向相对。当射线源产生的X射线穿过被扫描组织，透过组织的剩余射线为探测器所接收。探测器对X射线高度敏感，它将接收到的X射线先变成模拟信号，再变换为数字信号，然后输入计算机的中央处理系统，经过相对应的重建算法重现二维或三维的图像，再经显示设备显示出来。

传统的X射线成像技术中，感兴趣区域是中被测者需要被成像的部位。为了对感兴趣区域进行扫描，被测者要接收大范围的X射线的照射，往往会吸收大量的X射线。X射线所具有的物理、化学和生化作用，引起各种效应，具有危害性。因此，大范围的照射X射线，必然有很多X射线是多余的，而这些多余的X射线的辐射会对被测者造成不必要的伤害。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种减少X射线辐射所带来的不必要伤害的X射线成像设备。

一种X射线成像设备，包括射线源吊臂及光阑；所述射线源吊臂用于固定射线源，所述射线源具有发射口，X射线从所述发射口发射出；所述光阑设置在所述射线源的发射口处，用于调节所述射线源发射的X射线。

在其中一个实施例中，还包括底座、支架及横梁；所述支架固定在所述底座上，包括支架主体及升降装置；所述支架主体上设置有滑轨；所述升降装置可滑动连接于所述滑轨上；所述横梁一端固定在所述升降装置上，通过所述升降装置与所述支架相连接；所述射线源吊臂固定在所述横梁远离所述升降装置的另一端。

在其中一个实施例中，所述射线源吊臂两端弯曲形成“U”字形结构，中部可转动连接在所述横梁远离所述支架的一端；所述射线源吊臂一端用于固定所述射线源，另一端固定用于接收所述射线源发射出的X射线的探测器。

在其中一个实施例中，还包括头部定位装置及悬臂；所述头部定位装置用于在扫描时调整并定位被测者头部的位置，使被测者头部处于所述射线源与所述探测器之间；所述悬臂一端与所述头部定位装置连接，另一端固定在所述升降装置上，所述头部定位装置通过所述悬臂及所述升降装置可滑动的连接在所述支架上。

在其中一个实施例中，所述头部定位装置包括牙托结构、二头部定位杆及调节器；所述牙托结构包括牙托安装座及牙托；所述牙托固定在所述牙托安装座上；每个头部定位杆一端可转动连接在所述牙托安装座上；所述调节器与所述牙托安装座连接，用于调节所述牙托结构的位置，所述调节器固定在所述悬臂的一端。

在其中一个实施例中，还包括底部定位装置，位于所述头部定位装置下方，用于调节被测者的位置。

在其中一个实施例中，所述光阑包括第一安装板、第一遮光板及第二遮光板；所述第一安装板设置有两条平行的第一滑轨，所述第一安装板在所述第一滑轨之间开设有第一通孔，所述射线源发射的X射线从所述第一通孔穿射出；所述第一遮光板，可移动地连接于所述两条第一滑轨上；所述第二遮光板，可移动地连接于所述两条第一滑轨上，所述第一遮光板及第二遮光板通过相对的移动调节从第一通孔穿射出的X射线。

在其中一个实施例中，所述光阑还包括第一动力件、第一主动轮、第一从动轮、第一双头螺杆及二第一螺母；所述第一主动轮与所述第一动力件连接，所述第一动力件带动所述第一主动轮转动；所述第一从动轮与所述第一主动轮配合，所述第一主动轮带动所述第一从动轮转动；所述第一双头螺杆一端与所述第一从动轮连接，所述第一从动轮带动所述第一双头螺杆转动，所述第一双头螺杆两端分别开设有旋紧方向相反的螺纹；所述二第一螺母分别与所述第一双头螺杆的两端螺合，所述第一遮光板及第二遮光板分别与两第一螺母相连接；其中，第一双头螺杆转动时，第一螺母旋进或旋出，进而使所述第一遮光板与所述第二遮光板之间相向或背向移动。

在其中一个实施例中，所述光阑还包括第二安装板、第三遮光板及第四遮光板；所述第二安装板，设置在第一安装板一侧，设置有两条平行的第二滑轨，所述第一安装板在所述第二滑轨之间开设有与所述第一通孔相对应的第二通孔，所述射线源发射的X射线从所述第一及第二通孔穿射出；所述第三遮光板，可移动地连接于所述两条第二滑轨上；所述第四遮光板，可移动地连接于所述两条第二滑轨上，所述第三遮光板及第四遮光板通过相对的移动调节从第二通孔穿射出的X射线。

在其中一个实施例中，所述光阑还包括第二动力件、第二主动轮、第二从动轮、第二双头螺杆及二第二螺母；所述第二主动轮与所述第二动力件连接，所述第二动力件带动所述第二主动轮转动；所述第二从动轮与所述第二主动轮配合，所述第二主动轮带动所述第二从动轮转动；所述第二双头螺杆一端与所述第二从动轮连接，所述第二从动轮带动所述第二双头螺杆转动，所述第二双头螺杆两端分别开设有旋紧方向相反的螺纹；所述二第二螺母，分别与所述第二双头螺杆的两端螺合，所述第三遮光板及第四遮光板分别与两第二螺母相连接；其中，第二双头螺杆转动时，第二螺母旋进或旋出，进而使所述第三遮光板与所述第四遮光板之间相向或背向移动。

上述X射线设备中，通过在射线源前设置能调节X射线光束大小的光阑，在扫描时，通过光阑实时调节X射线光束的大小，使X射线光束仅覆盖需要被成像的区域，消除了多于的X射线，减少X射线辐射所带来的不必要伤害。

【附图说明】

图1为X射线成像的示意图；

图2为一实施例的X射线成像设备的示意图；

图3为图2所示光阑的工作原理图；

图4为图2所示光阑的前视图；

图5为图2所示光阑的结构图；

图6为图2所示X射线成像设备的工作原理图；

图7为图2所示射线源吊臂的结构示意图；

图8为图2所示X射线成像设备的侧视图；

图9为图2所示X射线成像设备的前视图；

图10为图2所示头部定位装置的结构示意图；

图11为图2所示头部定位装置的结构示意图；

图12为另一实施例该X射线成像设备的工作示意图；

图13为再一实施例该X射线成像设备的工作示意图。

【具体实施方式】

为了解决传统的X射线成像技术中，大范围的照射X射线，多余的X射线的辐射对被测者造成不必要的伤害的问题，提出了一种减少X射线辐射所带来的不必要伤害的X射线成像设备。

根据X射线成像技术知识，请参阅图1，射线源11产生的X射线照射到被测者上，被测者上不同部分对X射线吸收的程度不同，X射线穿透被测者最终投射到探测器13上，探测器13将接收到的X射线先转变成模拟信号，再转化为数字信号后输入计算机的中央处理系统，经过相对应的重建算法重现二维或三维的图像，并通过显示设备显示出来。从图1中可以看出，为了覆盖整个被测者需要被扫描的区域，传统的X射线成像技术会释放出太多多于的X射线，这些射线会造成不必要的损害。

请参阅图2，本实施例的X射线成像设备100，包括射线源110、光阑120、探测器130、底座140、支架150、横梁160、射线源吊臂170、头部定位装置180、悬臂190及底部定位装置210。

射线源110具有发射口111，用于发射X射线。光阑120设置在射线源110的发射口111处，光阑120用于调节射线源110发射的X射线。探测器130正对与发射口111，用于接收光阑120调节后的X射线。

光阑120如图3所示，光阑120包括第一遮光板121、第二遮光板122、第三遮光板123及第四遮光板124，中部形成透光孔125。第一遮光板121及第二遮光板122可以在一个方向上相向或背向运动，第三遮光板123及第四遮光板124也可以相向或背向运动，运动的方向与第一遮光板121及第二遮光板122垂直，进而可以调整透光孔125的大小。由于X射线透过透光孔125发射出，通过调节第一遮光板121、第二遮光板122、第三遮光板123及第四遮光板124的位置即可调整发射出的X射线光束的大小。

需要注意的是，如果只需要在一个方向上调节射出的X射线，可以省去第一遮光板121、第二遮光板122或第三遮光板123、第四遮光板124中的一组。第三遮光板123及第四遮光板124移动的方向也可以不与第一遮光板121及第二遮光板122移动的方向垂直，只需在垂直X射线发射方向上移动方向不同向即可。遮光板的可以由具有X射线高吸收能力的材料(如铅等)制成。

具体的，请参阅图4，光阑120还包括第一安装板310、第一动力件320、第一主动轮330、第一从动轮340、第一双头螺杆350及两第一螺母360。

第一安装板310大致为方形，设置有两条平行的第一滑轨311，第一安装板310在两第一滑轨311之间开设第一通孔313，射线源110发射的X射线从第一通孔313穿射出。

第一遮光板121及第二遮光板122可移动地连接于两条第一滑轨上。第一遮光板121及第二遮光板122通过相对的移动调整其遮挡的第一通孔313的大小，进而调节从第一通孔313穿射出的X射线。

第一动力件320与第一主动轮330连接，第一动力件320提供动力，带动第一主动轮330转动。第一从动轮340与第一主动轮330通过传动带(图未标)相配合，第一主动轮330带动第一从动轮340转动。第一主动轮330也可以通过直接与第一从动轮340齿纹啮合的方式，带动第一从动轮340转动。

第一双头螺杆350两端分别开设有旋紧方向相反的螺纹(图未示)，一端与第一从动轮340连接，第一从动轮340带动第一双头螺杆350转动。两第一螺母360，分别与第一双头螺杆350的两端螺合，第一遮光板121及第二遮光板122分别与两第一螺母360相连接。第一双头螺杆350转动时，第一螺母360旋进或旋出，进而使第一遮光板121与第二遮光板122之间相向或背向移动。通过第一遮光板121与第二遮光板122之间相向或背向移动，控制第一通孔313被遮挡的面积，进而控制从第一通孔313穿射出的X射线光束的大小。

请参阅图5，光阑120还包括第二安装板410、第二动力件420、第二主动轮430、第二从动轮440、第二双头螺杆(图未示)及两第二螺母(图未示)。

第二安装板410的结构与第一安装版结构相似，大致为方形，设置在第一安装版310的一侧。设置有两条平行的第二滑轨411，第二滑轨411的设置方向与第一滑轨311不同，最好形成垂直关系。第二安装板410在第二滑轨411之间开设第二通孔，射线源110发射的X射线依次通过第二通孔及第一通孔313，最终被探测器130接收。

第三遮光板123及第四遮光板124可移动地连接于两条第二滑轨上。第三遮光板123及第四遮光板124通过相对的移动调整其遮挡的第二通孔的大小，进而调节从第二通孔穿射出的X射线。

第二动力件420与第二主动轮430连接，第二动力件420提供动力，带动第二主动轮430转动。第二从动轮440与第二主动轮430通过传动带(图未标)相配合，第二主动轮430带动第二从动轮440转动。第一主动轮330也可以通过直接与第一从动轮340齿纹啮合的方式，带动第一从动轮340转动。

第二双头螺杆(图未示)两端分别开设有旋紧方向相反的螺纹，一端与第二从动轮440连接，第二从动轮440带动第二双头螺杆转动。两第二螺母(图未示)分别与第二双头螺杆的两端螺合，第三遮光板123及第四遮光板124分别与两第二螺母相连接。第二双头螺杆转动时，第二螺母旋进或旋出，进而使第三遮光板123与第四遮光板124之间相向或背向移动。通过第三遮光板123与第四遮光板124之间相向或背向移动，控制第二通孔被遮挡的面积，进而控制从第二通孔穿射出的X射线光束的大小。

上述各电机都与外界系统相连接，接收外界系统的控制。

请参阅图6，以简单的对“U”形物体进行扫描为例来，射线源110从一个角度对“U”形物体进行扫描，通过调节光阑120，使扫描光束仅覆盖“U”形物体，而不产生多于的X射线。当射线源110及探测器130改变扫描角度时，继续调节光阑120，再次使扫描光束仅覆盖“U”形物体，而不会对“U”形物体以外的区域产生影响。

上述X射线设备中，通过在射线源110前设置能调节X射线光束大小的光阑120，在扫描时，通过光阑120实时调节X射线光束的大小，使X射线光束仅覆盖需要被成像的区域，消除了多于的X射线，减少X射线辐射所带来的不必要伤害。

请再次参阅图2，在X射线成像设备100中，支架150固定在底座140上，支架150包括支架主体151及升降装置153，支架151主体上设置有滑轨(图未标)。升降装置153可滑动连接于滑轨上。横梁160的一端固定在升降装置153上，横梁160通过升降装置153与支架150相连接。

射线源吊臂170两端弯曲形成“U”字形结构，中部可转动连接在横梁160远离支架150的一端，射线源110及探测器130分别固定在射线源吊臂170的两端，使探测器130正对射线源110的发射口。请参阅图7，X射线成像设备100还包括射线源吊臂电机171、射线源吊臂传动带173。射线源吊臂电机171由外界系统所控制，输出动力通过射线源吊臂传动带173传递至射线源吊臂170，使射线源吊臂170产生转动。

请参阅图8和图9所示，为了在对被测者头部扫描时对其进行固定，防止头部微小运动导致成像失真，同时在扫描时随扫描角度变换被测者头部位置，在扫描时采用头部定位装置180调整并定位被测者头部的位置。头部定位装置180用于在扫描时调整并定位被测者头部的位置，使被测者头部处于射线源110与探测器130之间。

X射线成像设备100还包括悬臂190，悬臂190一端与头部定位装置180连接，另一端固定在升降装置153上。头部定位装置180通过悬臂190及升降装置153可滑动的连接在支架150上。

头部定位装置180的具体结构请参阅图10。头部定位装置180包括牙托结构182、调节器184，扫描时，被测者头部与牙托结构182接触，防止扫描过程中产生微小的移动。牙托结构182的位置可以由调节器184进行调节，继而调节被测者头部的位置。

牙托结构182具体包括牙托安装座1822及牙托1824，牙托1824固定在牙托安装座1822上。头部定位装置180还包括两头部定位杆186，用于在扫描时夹持于被测者头部两侧，使被测者头部固定。头部定位杆186一端可转动连接在牙托安装座1822上，两头部定位杆186通过联动结构(图未示)连接在一起，保证两头部定位杆186开合的角度相同。

调节器184固定在悬臂190的一端，并与牙托安装座1822连接。如图11所示，调节器184由多个电机(图未标)、传动带(图未标)、主动轮(图未标)、从动轮(图未标)、至少三个方向上设置的滑轨(图未标)及固定板(图未标)，各个电机都与外界控制系统相连，根据外界的指令产生动力控制调节牙托结构182的位置。

请再次参阅图8及图9，X射线成像设备100还包括底部定位装置210。底部定位装210位于头部定位装置下方，可以在水平面上移动，来调节被测者的位置。底部定位装置210上可以设置座椅(图未标)，可以使被测者坐着接收扫描检查。

请再次参阅图1，在扫描患者头部时，被测者直接站在底部定位装置210上或坐在设置在底部定位装置210的座椅上，通过升降装置153控制横梁160及头部定位装置180的位置，使患者能将自己的头部处于射线源110与探测器130之间，且能与头部定位装置180相接触。当被测者头部定位与头部定位装置180之后，通过头部定位装置180以及底部定位装置210的微调进行精确定位。定位完成后，射线源吊臂170便可以轴175为中心转动对被测者进行多角度的扫描。在上述所有调节移动中，移动的速度都设定在一个合适的值，保证被测者不会因惯性而失去平衡。

在一实施例中，请参阅图12，对人头部“U”形的牙弓进行全景扫描时，先对物体进行预扫描，得到牙弓大概的尺寸模型，然后根据尺寸模型拟合出一条基准线17，基准线17形状因需被检测的物体的尺寸而异，在射线源110与探测器130所处的平面上，线上的各点根据“U”形牙弓在这平面上的形状拟合出得到。基准线17以线的形式反映了牙弓在射线源110与探测器130所在的平面上的形状。

射线源吊臂170的转动中心轴175在射线源110与探测器130所处水平面上为扫描中心点1751，射线源110与探测器130绕扫描中心点1751转动。在扫描时，从牙弓的一端开始，通过头部定位装置180及底部定位装置210的调节，将X射线扫描中心点1751定位在基准线17的a点上，射线源110发出X射线，对牙弓进行扫描。扫描完成后，调整扫描角度，并通过头部定位装置180及底部定位装置210对被测者进行位置调整，使X射线扫描中心点1751再次定位在基准线17上，射线源110发射X射线，完成在b点的扫描；之后继续对c点、d点、e点等扫描，得到a点、b点、c点等各角度的牙弓的扫描信息。

在多角度扫描时，根据牙弓尺寸模型确定基准线，并采取通过调节头部定位装置180及底部定位装置210调节被测者的位置，将扫描中心点定位在牙弓的基准线上，使得每次扫描牙弓至探测器130的距离基本一致，最终重建所得的二维图像的放大倍率也基本一致，采集的多幅图像经过计算机处理得到牙弓的全景图像。

如果感兴趣区域仅为“U”形牙弓的部分区域，需对牙弓进行局部CT扫描时，根据牙弓的尺寸模型，确定牙弓的局部区域的尺寸及中心的位置。请参阅图13，需要成像为局部区域20，通过前述预扫描步骤建立的牙弓尺寸模型，来确定“U”形牙弓的尺寸和中心位置21。

将前述扫描中心点1751定位在中心位置21上，然后射线源110以其为中心进行旋转扫描，同时探测器130也相应的做旋转运动，扫描完成后系统经过三维重建得到三维CT结构图像。扫描的方式可以为脉冲式扫描，也可以进行连续扫描。

在进行全景扫描或局部CT时，光阑120都会根据牙弓或牙弓局部区域的尺寸对X射线进行调节，使射线仅局限在牙弓或者是牙弓的局部区域20上。该X射线成像设备100的光阑120在各个模式的扫描中，能根据扫描方式、扫描部位、扫描物的大小形状等不同，对射线源发射出的X射线进行调整，防止多余射线的产生，减少不必要的伤害。

需要指出的是，对于三维CT成像，如果感兴趣区域为整个“U”形牙弓，则根据牙弓尺寸模型确定整个“U”形牙弓的中心位置，将扫描中心点定位在该中心位置上，以扫描中心点为中心旋转，并根据整个牙弓的尺寸实时调节X射线光束，对被测物体进行旋转扫描，得到被测物体的扫描信息，扫描完成后系统经过三维重建得到三维CT结构图像。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种X射线成像设备，其特征在于，包括：

射线源吊臂，用于固定射线源，所述射线源具有发射口，X射线从所述发射口发射出；及

光阑，设置在所述射线源的发射口处，所述光阑用于调节所述射线源发射的X射线；所述光阑包括：

第一安装板，设置有两条平行的第一滑轨，所述第一安装板在所述第一滑轨之间开设有第一通孔，所述射线源发射的X射线从所述第一通孔穿射出；

第一遮光板，可移动地连接于所述两条第一滑轨上；及

第二遮光板，可移动地连接于所述两条第一滑轨上，所述第一遮光板及第二遮光板通过相对的移动调节从第一通孔穿射出的X射线

所述光阑还包括：

第一动力件；

第一主动轮，与所述第一动力件连接，所述第一动力件带动所述第一主动轮转动；

第一从动轮，与所述第一主动轮配合，所述第一主动轮带动所述第一从动轮转动；

第一双头螺杆，一端与所述第一从动轮连接，所述第一从动轮带动所述第一双头螺杆转动，所述第一双头螺杆两端分别开设有旋紧方向相反的螺纹；及

二第一螺母，分别与所述第一双头螺杆的两端螺合，所述第一遮光板及第二遮光板分别与两第一螺母相连接；

其中，第一双头螺杆转动时，第一螺母旋进或旋出，进而使所述第一遮光板与所述第二遮光板之间相向或背向移动。

2.根据权利要求1所述的X射线成像设备，其特征在于，还包括：

底座；

支架，固定在所述底座上，所述支架包括：

支架主体，所述支架主体上设置有滑轨；及

升降装置，所述升降装置可滑动连接于所述滑轨上；

横梁，一端固定在所述升降装置上，所述横梁通过所述升降装置与所述支架相连接；所述射线源吊臂固定在所述横梁远离所述升降装置的另一端。

3.根据权利要求2所述的X射线成像设备，其特征在于，所述射线源吊臂两端弯曲形成“U”字形结构，中部可转动连接在所述横梁远离所述支架的一端；所述射线源吊臂一端用于固定所述射线源，另一端固定用于接收所述射线源发射出的X射线的探测器。

4.根据权利要求3所述的X射线成像设备，其特征在于，还包括：

头部定位装置，用于在扫描时调整并定位被测者头部的位置，使被测者头部处于所述射线源与所述探测器之间；

悬臂，一端与所述头部定位装置连接，另一端固定在所述升降装置上，所述头部定位装置通过所述悬臂及所述升降装置可滑动的连接在所述支架上。

5.根据权利要求4所述的X射线成像设备，其特征在于，所述头部定位装置包括：

牙托结构，包括：

牙托安装座；及

牙托，固定在所述牙托安装座上；

二头部定位杆，每个头部定位杆一端可转动连接在所述牙托安装座上；及调节器，与所述牙托安装座连接，用于调节所述牙托结构的位置，所述调节器固定在所述悬臂的一端。

6.根据权利要求4所述的X射线成像设备，其特征在于，还包括：

底部定位装置，位于所述头部定位装置下方，用于调节被测者的位置。

7.根据权利要求1所述的X射线成像设备，其特征在于，所述光阑还包括：

第二安装板，设置在第一安装板一侧，设置有两条平行的第二滑轨，所述第二安装板在所述第二滑轨之间开设有与所述第一通孔相对应的第二通孔，所述射线源发射的X射线从所述第一及第二通孔穿射出；

第三遮光板，可移动地连接于所述两条第二滑轨上；及

第四遮光板，可移动地连接于所述两条第二滑轨上，所述第三遮光板及第四遮光板通过相对的移动调节从第二通孔穿射出的X射线。

8.根据权利要求7所述的X射线成像设备，其特征在于，所述光阑还包括：

第二动力件；

第二主动轮，与所述第二动力件连接，所述第二动力件带动所述第二主动轮转动；

第二从动轮，与所述第二主动轮配合，所述第二主动轮带动所述第二从动轮转动；

第二双头螺杆，一端与所述第二从动轮连接，所述第二从动轮带动所述第二双头螺杆转动，所述第二双头螺杆两端分别开设有旋紧方向相反的螺纹；及

二第二螺母，分别与所述第二双头螺杆的两端螺合，所述第三遮光板及第四遮光板分别与两第二螺母相连接；

其中，第二双头螺杆转动时，第二螺母旋进或旋出，进而使所述第三遮光板与所述第四遮光板之间相向或背向移动。

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