CN104983440B - 基于脉冲x射线源的新型乳腺专用ct装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置及其控制方法，其应用于CT扫描仪技术领域，该CT装置包括：外壳，所述外壳内活动设置有转盘，所述转盘上设置有X射线管和平板探测器，所述X射线管为栅控X射线管，所述栅控X射线管上接有控制其进行脉冲曝光的高压发生器；所述外壳上固定有可透过X射线的扫描杯，所述扫描杯设置于转盘的旋转中心的上方，且X射线管和平板探测器分居于所述扫描杯的两侧。本发明曝光时间短，有效的避免了运动伪影的发生；其占空比可以根据需求随意进行调整，降低辐射剂量的同时，也降低了X射线管阳极的散热压力，延长了X射线管的使用寿命。

Description

基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及CT扫描仪技术领域，尤其涉及一种基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置以及一种基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置的控制方法。

背景技术

CT扫描仪是当今社会中较为常用的一种影像诊断仪器，现有的乳腺专用CT扫描仪的成像系统一般是由X射线管和平板探测器组成。平板探测器的本征分辨率很高，尺寸很大，是乳腺CT成像的理想探测器；但是由于平板探测器的探测单元数太多，平板探测器的数据读出需要花费很长时间。例如，目前的平板探测器，在一秒钟内只能采集几十个投影角度的数据，这使得旋转一周需要花费十几秒的采集时间。在探测器的数据读出期间，如果X射线管继续曝光，不但对成像没有帮助，而且增加了被检者的吸收剂量。

针对这个问题，中国发明专利公开号为：CN103750855A，专利名称为：《一种新型乳腺专用CT装置》的专利文件提供了一种方案，其采用机械快门实现脉冲曝光。X射线管一直在曝光，旋转式叶片位于射线出口，通过电机带动叶片旋转，实现周期性的遮挡和暴露，从而实现了脉冲曝光的效果。但上述方案中存在着一些问题：第一，如图1所示机械旋转所获得的脉冲波形的上升和下降时间太长，使得单次曝光时间无法缩得很短，容易导致运动伪影。第二，脉冲的占空比无法随便调整，调整占空比需要更换新的机械快门。第三，机械快门需要与平板探测器的采集过程联动，这使得装置的实现比较复杂。第四，X射线管连续工作，不但增加了X射线管阳极的散热压力，而且缩短了X射线管的使用寿命。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置，包括：

外壳，所述外壳内活动设置有转盘，所述转盘上设置有X射线管和平板探测器，所述X射线管为栅控X射线管，所述栅控X射线管上接有控制其进行脉冲曝光的高压发生器；

所述外壳上固定有可透过X射线的扫描杯，所述扫描杯用于容置被测物，所述扫描杯设置于转盘的旋转中心的上方，且X射线管和平板探测器分居于所述扫描杯的两侧，使X射线管发出的X射线穿过该扫描杯后进入所述平板探测器；

所述扫描杯可拆卸固定于所述外壳上，且扫描杯包括多个直径不相同的扫描杯以适应不同人群的需求；所述外壳上还设有扫描杯大小探测器，所述扫描杯大小探测器与所述高压发生器相接，用于探测所接入的扫描杯的大小，并将扫描杯的大小信息发送至控制系统，所述控制系统根据扫描杯的大小信息配置所述高压发生器的曝光参数。

进一步，所述转盘上设置有平移滑轨，所述平板探测器通过该平移滑轨设置于所述转盘上，所述平板探测器通过该平移滑轨调整其与扫描杯外壁之间的距离。

进一步，所述扫描杯通过可拆卸件固定于所述外壳上。

进一步，所述平板探测器上接有数据采集与处理器。

本发明一种上所述的基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置的控制方法，包括：

将被测物容置于扫描杯中；

在被测物容置于扫描杯中后，驱动转盘进行旋转并记录旋转角度，同时驱动X射线管进行脉冲曝光，脉冲曝光所产生的X射线穿过扫描杯中的被测物后进入平板探测器；

在脉冲曝光结束后，平板探测器开始对所接收到的X射线的数据向数据采集与处理器进行传递；

在平板探测器完成X射线的数据传递后，判断旋转角度是否达到预定值，如果并未达到预定值，则再次驱动X射线管进行脉冲曝光；

所述将被测物容置于扫描杯中之前包括：

根据被测物的大小，选取大小适合的扫描杯；

将选取好的扫描杯放入外壳中，并检测所放入的扫描杯的大小，得到扫描杯的大小信息；

并根据扫描杯的大小信息，配置X射线管每次进行脉冲曝光的曝光时长。

进一步，所述检测所放入的扫描杯的大小，得到扫描杯的大小信息之后包括：

根据扫描杯的大小信息，调整平板探测器的位置，使平板探测器靠近扫描杯的外壁。

进一步，所述驱动转盘进行旋转之前包括：

设定转盘的最高转速。

进一步，所述判断旋转角度是否达到预定值还包括：

如果达到预定值，则进行停机。

本发明采用栅极控制X射线管实现X射线的脉冲发射，其可以把曝光时间控制得很短，有效的避免了运动伪影的发生；其占空比可以根据需求随意进行调整，控制方式较为简单，且其通过脉冲曝光方式直接降低辐射剂量的同时，也降低了X射线管阳极的散热压力，延长了X射线管的使用寿命。

附图说明

图1为现有技术中其曝光光强波形示意图；

图2为本发明新型乳腺专用CT装置的内部结构示意图；

图3为本发明新型乳腺专用CT装置的外部结构示意图；

图4为本发明中新型乳腺专用CT装置的控制方法一个实施例的工作流程示意图；

图5为本发明中新型乳腺专用CT装置的控制方法另一个实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

请参阅图2至图3，本发明一个实施例提供一种基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置，包括：

外壳1，所述外壳1内活动设置有转盘2，该转盘2可在外壳1内旋转，所述转盘2上设置有X射线管3和平板探测器4，所述X射线管3为栅控X射线管，所述栅控X射线管上接有控制其进行脉冲曝光的高压发生器7；所述栅控X射线管为：在阳极靶与阴极之间装有控制栅极的X射线管，其通过控制栅极与阴极之间的电场来控制阴极电子的发射，从而实现X射线管的脉冲发射；

所述外壳1上固定有可透过X射线的扫描杯5，所述扫描杯5用于容置被测物，即乳房；所述扫描杯5设置于转盘2的旋转中心的上方，且X射线管3和平板探测器4分居于所述扫描杯5的两侧，在启动时，X射线管3和平板探测器4将围绕扫描杯5进行旋转，而扫描杯5将与外壳1保持相对静止的关系，X射线管3发出的X射线穿过该扫描杯5后进入所述平板探测器4。

由于交流电的频率是50Hz，故一般电机的最大转速约为3000/分钟。因此如果采用电机控制机械快门的方式来控制曝光时长，这就意味着机械脉冲的上升沿和下降沿时间至少是ms量级，整个波形近似于梯形。而对于30帧/秒的平板探测器4而言，它传递一张图像需要的时间是33ms，这意味着机械脉冲的占空比至少大于10％。整个成像过程的时间在图像传输的基础上至少增加10％。而在本发明中，采用高压发生器7和栅控X射线管3对曝光时长进行控制，对于栅控X射线管而言，其栅控电压脉冲的上升沿和下降沿时间能够控制在亚微秒量级。也就是说，如果曝光时间大于100微秒，则该波形即近似为方波。也就是说，本发明相对于机械快门的方案而言，其曝光时长更短，更为高效，且受检者需要额外吸收的辐射剂量更少，对被测者的损伤更少。

且由于栅控X射线管采用了脉冲工作的方式，所以散热的压力比机械脉冲源小一到两个数量级。这就意味着该源的X射线管3的阳极可以承受比机械脉冲X射线管更大的管电流。当一个投影角度所需要的总的X光子数不变时，管电流越大，曝光时间就可以越短。因此，该栅控X射线管曝光的有效脉冲宽度可以控制在亚毫秒量级，整个成像时间基本由平板探测器4的数据传输时间决定。

进一步，所述转盘2上设置有平移滑轨6，所述平板探测器4通过该平移滑轨6设置于所述转盘2上，所述平板探测器4通过该平移滑轨6调整其与扫描杯5外壁之间的距离。

进一步，所述扫描杯5通过可拆卸件固定于所述外壳1上，在本实施例中，为了适应不同人群的需求，可根据乳房的普遍大小，需要设置多个直径不相同的扫描杯5；其直径可以为：10cm、12cm、14cm、16cm。在实际测量时可实际情况对扫描杯5进行选用。

进一步，所述平板探测器4上接有数据采集与处理器。

进一步，所述外壳1上还设有扫描杯大小探测器，所述扫描杯大小探测器与所述高压发生器7相接，用于探测所接入的扫描杯5的大小，并将扫描杯的大小信息发送至控制系统，所述控制系统根据扫描杯的大小信息配置所述高压发生器7的曝光参数；高压发生器7将根据该曝光参数对栅控X射线管的曝光时长进行控制。为了保证投影图像的信噪比，当成像物体较大时，探测器接收的信号会相对弱一点，曝光时间将长一点，当成像物体较小时，探测器接受的信号相对强一点，曝光时间将短一点。这种通过调节占空比的方法比调节管电流要更容易和更准确一些。可以尽量减少受检者的吸收剂量。

请参阅图4，本发明以一个实施例为例，提供一种基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置的控制方法，包括：

401.放置被测物

受检者将被测物(即乳房)，放入扫描杯中；

402.驱动转盘旋转并记录旋转角度

在被测物容置于扫描杯中后，驱动转盘进行旋转，在旋转的同时记录好旋转角度；

403.X射线管脉冲曝光

高压发生器驱动X射线管进行脉冲曝光，脉冲曝光所产生的X射线穿过扫描杯中的被测物后进入平板探测器；

404.数据传递

在脉冲曝光结束后，平板探测器开始对所接收到的X射线的数据向数据采集与处理器进行传递；

405.判断旋转角度是否达到预定值

在平板探测器完成X射线的数据传递后，判断旋转角度是否达到预定值，如果并未达到预定值，则再次进行步骤403，使高压发生器驱动X射线管进行脉冲曝光，如果达到预定值，则产生停机信号；

406.停机

根据停机信号，控制转盘停止旋转，X射线管关闭。

请参阅图5，本发明以另一个实施例为例，提供一种基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置的控制方法，包括：

501.选取适合的扫描杯

根据被测乳房的大小，选取大小适合的扫描杯；该扫描杯有10cm、12cm、14cm、16cm等多种不同直径的型号可以选择；

502.检测扫描杯的大小

将选取好的扫描杯通过可拆卸件固定于外壳中，并检测所放入的扫描杯的大小，并将扫描杯的大小信息发送至CT扫描仪的控制系统，控制系统根据扫描杯的大小配置高压发生器的曝光参数和平板探测器的位置参数，并对该位置参数进行记录；为了对投影数据进行精确的图像重建，其需要利用到旋转中心到X射线管焦点的距离、旋转中心到平板探测器的距离的参数。而为了保证投影图像的信噪比，当成像物体较大时，平板探测器接收的信号会相对弱一点，其需要的曝光时间将长一点，当成像物体较小时，平板探测器接受的信号相对强一点，其需要的曝光时间将短一点。因此，在本步骤中，其根据扫描杯的大小信息，自动对曝光时长进行配置，使其曝光时长与被测物的大小相匹配，有效的减少受检者的吸收剂量。

503.调整平板探测器的位置

根据平板探测器的位置参数，调整平板探测器的位置，使平板探测器靠近扫描杯的外壁。移动平板探测器，让其贴近扫描杯，通过缩短其与X射线管的距离来提高采集信号的强度，从而可以进一步降低辐射剂量。

504.设定转盘的最高转速

根据平板探测器传输图像的速度(比如30ms/帧)和CT成像旋转一周所需要采集的角度数(比如360个/周)，设定转盘的最高转速。

505.放置被测物

在将选取好的扫描杯放入外壳后，受检者将被测物，放入扫描杯中；

506.驱动转盘旋转并记录旋转角度

在被测物容置于扫描杯中，且转盘的最高转速被设置好后，驱动转盘进行旋转，在旋转的同时记录好旋转角度；

507.X射线管脉冲曝光

在被测物容置于扫描杯中，且平板探测器的位置调整好后，高压发生器根据控制系统所配置的曝光参数，驱动X射线管按曝光时长进行脉冲曝光，脉冲曝光所产生的X射线穿过扫描杯中的被测物后进入平板探测器；

508.数据传递

在脉冲曝光结束后，平板探测器开始对所接收到的X射线的数据向数据采集与处理器进行传递；将所有X射线的数据全部输入数据采集与处理系统，以便于数据采集与图像重建；

509.判断旋转角度是否达到预定值

在平板探测器完成X射线的数据传递后，判断旋转角度是否达到预定值，如果并未达到预定值，则将当前平板探测器的数据清空，并再次进行步骤403，使高压发生器驱动X射线管进行脉冲曝光，如果达到预定值，则产生停机信号；

510.停机

根据停机信号，控制转盘停止旋转，X射线管关闭。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置，其特征在于，包括：外壳，所述外壳内活动设置有转盘，所述转盘上设置有X射线管和平板探测器，所述X射线管为栅控X射线管，所述栅控X射线管上接有控制其进行脉冲曝光的高压发生器；

所述外壳上固定有可透过X射线的扫描杯，所述扫描杯用于容置被测物，所述扫描杯设置于转盘的旋转中心的上方，且X射线管和平板探测器分居于所述扫描杯的两侧，使X射线管发出的X射线穿过该扫描杯后进入所述平板探测器；

所述扫描杯可拆卸固定于所述外壳上，且扫描杯包括多个直径不相同的扫描杯以适应不同人群的需求；所述外壳上还设有扫描杯大小探测器，所述扫描杯大小探测器与所述高压发生器相接，用于探测所接入的扫描杯的大小，并将扫描杯的大小信息发送至控制系统，所述控制系统根据扫描杯的大小信息配置所述高压发生器的曝光参数。

2.如权利要求1所述基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置，其特征在于，所述转盘上设置有平移滑轨，所述平板探测器通过该平移滑轨设置于所述转盘上，所述平板探测器通过该平移滑轨调整其与扫描杯外壁之间的距离。

3.如权利要求2所述基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置，其特征在于，所述扫描杯通过可拆卸件固定于所述外壳上。

4.如权利要求3所述基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置，其特征在于，所述平板探测器上接有数据采集与处理器。

5.一种如权利要求1所述的基于脉冲X射线源的新型乳腺专用CT装置的控制方法，其特征在于，包括：

将被测物容置于扫描杯中；

在被测物容置于扫描杯中后，驱动转盘进行旋转并记录旋转角度，同时驱动X射线管进行脉冲曝光，脉冲曝光所产生的X射线穿过扫描杯中的被测物后进入平板探测器；

在脉冲曝光结束后，平板探测器开始对所接收到的X射线的数据向数据采集与处理器进行传递；

在平板探测器完成X射线的数据传递后，判断旋转角度是否达到预定值，如果并未达到预定值，则再次驱动X射线管进行脉冲曝光；

所述将被测物容置于扫描杯中之前包括：

根据被测物的大小，选取大小适合的扫描杯；

将选取好的扫描杯放入外壳中，并检测所放入的扫描杯的大小，得到扫描杯的大小信息；

根据扫描杯的大小信息，配置X射线管每次进行脉冲曝光的曝光时长。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述检测所放入的扫描杯的大小，得到扫描杯的大小信息之后包括：

根据扫描杯的大小信息，调整平板探测器的位置，使平板探测器靠近扫描杯的外壁。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述驱动转盘进行旋转之前包括：

设定转盘的最高转速。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述判断旋转角度是否达到预定值还包括：

如果达到预定值，则进行停机。