CN103349555A

CN103349555A - X射线滤过器、x射线滤过系统及移动ct扫描仪

Info

Publication number: CN103349555A
Application number: CN2013101517608A
Authority: CN
Inventors: 徐如祥; 代秋声; 高枫; 张涛
Original assignee: General Hospital Of Beijing Military Command P L A
Current assignee: General Hospital Of Beijing Military Command P L A
Priority date: 2013-04-27
Filing date: 2013-04-27
Publication date: 2013-10-16
Also published as: WO2014172933A1

Abstract

本发明公开了一种X射线滤过器、X射线滤过系统及移动CT扫描仪，该X射线滤过器，包括方形本体，所述方形本体的上端面沿其长度延长方向上开设有凹槽，以在所述方形本体上形成中心对称的楔形部。该X射线滤过系统，包括：X射线源，所述X射线源的X射线出射光路上设有上述的X射线滤过器。该移动CT扫描仪，包括上述的X射线滤过系统。本发明的X射线滤过器的性能更优异，能够很好发挥X射线滤过器的功能，防止X射线对被检人体的伤害。

Description

X射线滤过器、X射线滤过系统及移动CT扫描仪

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种X射线滤过器、X射线滤过系统及移动CT扫描仪。

背景技术

滤过器的主要作用是减少对CT成像无用的低能X光子的辐射剂量对被检人体的伤害。在X射线管和人体之间放置滤过器是CT系统设计所必须采取的基本安全措施。

目前还没有一种性能优异的X射线滤过器。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种性能优异的X射线滤过器。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种X射线滤过器，包括方形本体，所述方形本体的上端面沿其长度延长方向上开设有凹槽，以在所述方形本体上形成中心对称的楔形部。

本发明还提供一种X射线滤过系统，包括：X射线源，所述X射线源的X射线出射光路上设有上述的X射线滤过器。

本发明提供的另一种方案：一种移动CT扫描仪，包括上述的X射线滤过系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的X射线滤过器的性能更优异，能够很好发挥X射线滤过器的功能，防止X射线对被检人体的伤害，可以用于X射线滤过系统及移动CT扫描仪上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的X射线滤过器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的X射线滤过器的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的X光子与20cm厚水模作用后反射、沉积和透射的能量份额图；

图4为本发明实施例提供的材料为铜的滤过器的信噪比计算结果（能量积分模式）图；

图5为本发明实施例提供的材料为铝的滤过器的信噪比计算结果（能量积分模式）图；

图6为本发明实施例提供的120keV的X光子透过不同厚度铜板的能量份额图。

附图标记：

1-方形本体；

2-凹槽，20中心平面区域，21边缘圆弧区域。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，一种X射线滤过器，包括方形本体1，方形本体1上端面沿其长度延长方向上开设有凹槽2，以在方形本体1上形成中心对称的楔形部。

通过设置本发明的X射线滤过器，能够防止X射线对被检人体的伤害。

具体地，基于上述实施例，凹槽2包括：中心平面区域20以及对接中心平面区域20两侧的边缘圆弧区域21。

凹槽的侧壁为弧形，设计合理，仅在上端面设置凹槽，下端面为一平面，便于加工，且性能优异。

凹槽上述形状的设置，使得本发明X射线滤过器的性能增强。

具体地，基于上述实施例，方形本体1的材料为铜或铝，提升了滤过器的性能。

具体地，基于上述实施例，参见图1和图2，中心平面区域20的厚度H为0.4-0.6mm。

通过设置凹槽的中心平面区域厚度H为0.4-0.6mm，提升了滤过器的性能。

具体地，基于上述实施例，边缘圆弧区域21的最大厚度H1为8-12mm。

通过设置边缘圆弧区域的厚度，达到提高滤过器的性能的目的。具体地，作为优选，中心平面区域20的厚度为0.5mm，和/或，边缘圆弧区域21的最大厚度为10mm。

滤过器主要有两个功能，一是吸收低能X射线，降低人体吸收的剂量，二是调整探测器所接收到的X射线束流的均匀性，同时有效降低人体边缘区域皮肤表面的有效剂量，本发明为了实现滤过器的两大功能，需要对滤过器的三个参数进行计算：材料、中心平面区域的厚度H、边缘圆弧区域的厚度H1。其中，材料和中心平面区域的厚度H是头部CT扫描仪的滤过器优化设计的关键。采用铜的性能优于铝的性能。

具体地，基于上述实施例，方形本体1下端面也设有凹槽，下端面的凹槽与上端面的凹槽相对称。凹槽的两侧均有开口。本发明的X射线滤过器可以采用蝶形，同样能够起到防止X射线伤害人体的作用。

滤过器的过滤过程比较复杂。虽然低能X光子穿过滤过器，大部分能够被直接吸收，但是部分高能X光子穿过滤过器时会发生散射。这些散射X光子，即使它们的能量是在成像所需要的能量区间，也只能当着噪声处理。因为CT成像是利用焦点和探测器单元的连线来提供X光子的空间路径信息，从而实现图像重建。发生散射的X光子丢失了焦点的位置信息，故无法用于图像重建。因此，直接模拟电子束打靶产生的X光子穿过不同参数的滤过器，通过观察过滤后的X光子的能谱来比较滤过器的优劣的方法，无法真实反映真正有助于CT成像的X光子的数量。另外，直接通过剂量仪来测试经过不同滤过器的X光子束在穿过体模前后的剂量值来选择滤过器也是不准确的，甚至误差更大，因为散射光子的影响同样没有剔除，而且其误差通过测试过程被放大。

为了解决上述问题，从信噪比的角度出发，本发明提供一个计算公式和模拟计算方法用于滤过器的优化设计。材料和中心平面区域厚度值可用该式来设计。计算公式见下式：

通过下述公式设计确定滤过器方形本体的材料和中心平面区域厚度：

I_{E} (M, H) = \frac{{&Integral;}_{E_{1}}^{E_{2}} ρ (E) P (E, M, H) EdE}{{&Integral;}_{E_{0}}^{E_{1}} ρ (E) P (E, M, H) EdE + {&Integral;}_{E_{0}}^{E_{2}} ρ (E) S (E, M, H) EdE + B_{E}}

其中，E为X光子的能量，M为滤过器的材料，H为滤过器中心平面区域的厚度；P(E,M,H)表示能量为E的X光子穿过材料为M、厚度为H的滤过器后未发生散射的比例；

S(E,M,H)表示能量为E的X光子穿过材料为M、厚度为H的滤过器后发生散射的比例；

ρ(E)表示电子打靶产生的X光子数目的能谱密度分布，其在整个能量区间的积分值为1；

E0为能谱中的能量最小值，E2为能谱中的能量最大值，E1为能量截至点，即能量在[E0，E1]区间的X光子都是滤过器的过滤对象；

B为本底辐射和探测器噪声之和与入射光子数的相对比例，

为与本底辐射和探测器噪声相等效的X光子的平均能量。B和

可以通过实验测量得到。

下面为模拟了X光子穿过20cm厚水层的物理过程，统计了反射、沉积和透射的能量比例，计算结果见图3。从图中可以看出，随着能量的降低，在水模中沉积的能量越来越高。当能量降至30keV时，从水模中透射出的X光子的能量比值接近于0。因此，30keV以下能量的X光子对人体的断层成像基本没有贡献，只是增加了人体的吸收剂量，需要用滤过器将其滤掉。图3中，□——反射份额；△——沉积份额；〇——透射份额。

滤过器的信噪比计算结果见

图5为本发明实施例提供的材料为铝的滤过器的信噪比计算结果（能量积分模式）图；和图5。从图中可以看出，滤过器中心平面区域的厚度是存在最优厚度值的，而且铜的信噪比要优于铝的信噪比。但是，最优厚度值对本底辐射和探测器噪声很敏感。随着BE值的增加，不但信噪比下降很快，而且最优厚度值也随之减小。这说明当BE值增加时，只有采用让透过滤过器的有用光子数的绝对数值增加的方式才能获取相对较高的信噪比。同理，还可以推断，如果CT的束流强度减弱，则滤过器中心平面区域的最优厚度值也会随之变小。因为辐射本底和探测器噪声近似为常数，如果束流强度减弱，则噪声就相对增强，也必须采用让透过滤过器的有用光子数的绝对数值增加的方式才能获取相对较高的信噪比。

图4和图5中：

△——电子能量140keV，过滤阈值40keV，噪声为0；

——电子能量140keV，过滤阈值50keV，噪声为0；

〇——电子能量140keV，过滤阈值40keV，噪声0.01×60keV；

*——电子能量100keV，过滤阈值40keV，噪声0.01×60keV。

从图中还可以看出，随着入射电子能量的降低，信噪比下降很快，不过滤过器中心平面区域的最优厚度值变化不大。随着能量阈值的增大，最优厚度值也随之增大，此时的信噪比减幅很大。这说明当过滤的X光子的能量越大时，需要的滤过器就越厚，但是此时通过滤过器的有用光子份额将显著减少。

根据上面的计算结果分析可知，在满足滤过器的第一个功能时，铜比铝更合适，因此采用铜来计算滤过器边缘的厚度值。由于X光子的透过比例和能量密切相关，能量越高，透过的比例越高，所以我们计算了120keV的X光子透过不同厚度铜板的能量比值，结果见图6。

计算结果表明，当Cu厚度为10mm时，120keV的X光子透过的能量份额已经小于10％了。由于能量在100keV以上的X光子数目很少，滤过器外围还有前准直器过滤探测器接受范围外的X光子，为了减少此处所占用的空间，因此，10mm可以作为滤过器边缘厚度的设计参考值。这再次说明，用铜做滤过器材料将优于铝，因为它能够使滤过器设计的更小巧。

综合上面的计算结果，滤过器设计方案如下：材料为铜，边缘厚度10mm，即为边缘圆弧区域的厚度，中心平面区域厚度取0.5mm，用于头部CT成像。滤过器的具体形状将根据X线管的焦点离窗口的距离和离旋转中心的距离以及装调的便利性来确定。优选楔形或蝶形。

本发明还提供一种X射线滤过系统，包括：X射线源，所述X射线源的X射线出射光路上设有上述的X射线滤过器。X射线滤过器用于放置在X射线源和被检人体之间，防止X射线源对被检人体的伤害。

本发明提供的另一种方案：一种移动CT扫描仪，包括上述的X射线滤过系统。本发明的X射线滤过器用于移动CT扫描仪上，防止X射线对于被检人体的伤害。

在本发明上述各实施例中，实施例的序号仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims

1.一种X射线滤过器，其特征在于，包括方形本体，所述方形本体的上端面沿其长度延长方向上开设有凹槽，以在所述方形本体上形成中心对称的楔形部。

2.根据权利要求1所述的X射线滤过器，其特征在于，所述凹槽包括：中心平面区域以及对接所述中心平面区域两侧的边缘圆弧区域。

3.根据权利要求1或2所述的X射线滤过器，其特征在于，所述方形本体的材料为铜或铝。

4.根据权利要求3所述的X射线滤过器，其特征在于，所述中心平面区域的厚度为0.4-0.6mm。

5.根据权利要求3所述的X射线滤过器，其特征在于，所述边缘圆弧区域的最大厚度为8-12mm。

6.根据权利要求3所述的X射线滤过器，其特征在于，所述中心平面区域的厚度为0.5mm，和/或，所述边缘圆弧区域的最大厚度为10mm。

7.根据权利要求3所述的X射线滤过器，其特征在于，所述方形本体的下端面也设有与上端面的凹槽对称的凹槽。

8.根据权利要求3所述的X射线滤过器，其特征在于，其特征在于，采用下式确定所述方形本体的材料和所述中心平面区域的厚度：

I_{E} (M, H) = \frac{{&Integral;}_{E_{1}}^{E_{2}} ρ (E) P (E, M, H) EdE}{{&Integral;}_{E_{0}}^{E_{1}} ρ (E) P (E, M, H) EdE + {&Integral;}_{E_{0}}^{E_{2}} ρ (E) S (E, M, H) EdE + B_{E}}

其中，E为X光子的能量，M表示方形本体的材料，H为滤过器中心平面区域的厚度；P(E,M,H)表示能量为E的X光子穿过材料为M、厚度为H的方形滤过器本体后未发生散射的比例；

B为本底辐射和探测器噪声之和与入射光子数的相对比例，

为与本底辐射和探测器噪声相等效的X光子的平均能量。

9.一种X射线滤过系统，其特征在于，包括：X射线源，所述X射线源的X射线出射光路上设有如权利要求1-8任一项所述的X射线滤过器。

10.一种移动CT扫描仪，其特征在于，包括如权利要求9所述的X射线滤过系统。