CN105232070A - 多功能计算机断层扫描系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机X射线成像技术领域，为提供既能检测板状物体，也能检测非板状物体，实现两种功能的系统。为此，本发明采取的技术方案是，多功能计算机断层扫描系统，包括射线源系统，样品台系统，以及探测器系统；其中射线源系统由射线源，凸轮机构，平移升降台，中空旋转台组成；样品台系统由载物台面和支撑架组成；探测器系统主要由C型臂和平板探测器构成；待扫描样品置于载物台面上，射线源通过凸轮机构连接在平移升降台上，凸轮机构能够改变射线源的出光方向，平移升降台能进行平移，升降运动，从而改变射线源在三维空间的位置。本发明主要应用于计算机X射线成像场合。

Description

多功能计算机断层扫描系统

技术领域

本发明涉及计算机X射线成像领域，特别是一种能分别实现计算机断层成像技术(ComputedTomography,简称为CT)和计算机分层成像技术(ComputedLaminography,简称为CL)功能的扫描系统。具体讲，涉及多功能计算机断层扫描系统。

背景技术

自1972年英国工程师Hounsfield发明CT以来，CT技术已经广泛用于工业领域、安检领域、医用领域和生物医学领域中，但是近年来在工程检测中,针对板壳结构,如印刷电路板、航空、航天器上的蜂窝胶接板、卫星上的太阳能帆板等,其长、宽尺寸均为米级或近米级,而其厚度仅为几毫米到几十毫米,苛刻的可靠性要求和昂贵的造价,使得其缺陷、结构形态检测必须借助于一种有效的CT技术，传统CT技术由于X射线沿着板状被检物体长轴方向而无法穿透物体，因此探测器接收不到有效的数据，无法进行图像重建。CL是一种专门针对板状结构物体的扫描检测技术，CL系统进行扫描时，X射线沿与板状样品平面法线成一定角度的方向穿过，因此避免了传统CT技术中X射线无法穿透的情况。但是针对CL扫描技术，不得不单独设计一种装置，专门用于检测板状物体，而非板状的样品还得借助于CT扫描装置，因而大大增加了技术成本。

发明内容

为克服技术的不足，提供既能检测板状物体，也能检测非板状物体，实现两种功能的系统。为此，本发明采取的技术方案是，多功能计算机断层扫描系统，包括射线源系统，样品台系统，以及探测器系统；其中射线源系统由射线源，凸轮机构，平移升降台，中空旋转台组成；样品台系统由载物台面和支撑架组成；探测器系统主要由C型臂和平板探测器构成；待扫描样品置于载物台面上，射线源通过凸轮机构连接在平移升降台上，凸轮机构能够改变射线源的出光方向，平移升降台能进行平移，升降运动，从而改变射线源在三维空间的位置；平移升降台固定于中空旋转台上，中空旋转台能带动平移升降台进行旋转，因此相当于带动射线源旋转；若要实现CL扫描功能，通过平移升降台改变射线源的位置，使射线源处于载物台面斜下方，同时改变射线源出光方向，使产生的锥束X射线与带扫描样品成一定角度即能实现；若要实现CT扫描功能，调整射线源的位置，使射线源中心与载物台面基本处于同一水平面，同时改变射线源的出光方向，即可实现CT扫描功能；利用C型臂上的平板探测器采集数据，通过计算机对采集的数据进行处理并重建，得到三维重建图像。

平板探测器能在C型臂上滑动，所述探测器系统中C型臂能360°旋转，平板探测器的平面始终与所述射线源中心射束相垂直，并与射线源保持同步运动。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：

传统的CT技术和CL技术分别在两套装置上实现，这样增加了技术成本，因此本发明根据调整平移升降台的高度和X射线源的出光方向，在一套装置上，分别实现了CT和CL扫描功能。

附图说明

图1为本发明实施例中所述CL扫描检测系统的三维直角坐标系示意图。

图2为本发明实施例中所述CL扫描检测系统的xoz截面图。

图3为本发明实施例中所述CT扫描检测系统的三维直角坐标系示意图。

图4为本发明实施例中所述CT扫描检测系统的xoz截面图。

具体实施方式

本发明提供了一种能在一套装置实现两种功能的系统，机构简单，成本低廉。

本发明所采用的技术方案：一种多功能计算机断层扫描系统，该扫描系统包括：射线源系统，样品台系统，以及探测器系统。其中射线源系统由射线源，凸轮机构，平移升降台，中空旋转台组成。样品台系统由载物台面和支撑架组成。探测器系统主要由C型臂和平板探测器构成。使用时，包括如下步骤：

1)将待扫描样品置于载物台面上。

2)射线源通过凸轮机构连接在平移升降台上，凸轮机构能够改变射线源的出光方向，平移升降台能进行平移，升降运动，从而改变射线源在三维空间的位置。平移升降台固定于中空旋转台上，中空旋转台能带动平移升降台进行旋转，因此相当于带动射线源旋转。若要实现CL扫描功能，通过平移升降台改变射线源的位置，使射线源处于载物台面斜下方，同时改变射线源出光方向，使产生的锥束X射线与带扫描样品成一定角度即能实现。若要实现CT扫描功能，调整射线源的位置，使射线源中心与载物台面基本处于同一水平面，同时改变射线源的出光方向，即可实现CT扫描功能。

3)相应的旋转C型臂，利用C型臂上的平板探测器采集数据，通过计算机对采集的数据进行处理并重建，得到三维重建图像。简单来说，即是射线源系统中射线源产生X射线，探测器系统采集通过样品后的X射线衰减数据，然后通过计算机完成对衰减数据的重建，由于该系统可以调节射线源的位置和出光方向，因而可以在该系统上分别实现CT和CL扫描功能。

所述样品台系统中支撑架是直角形的，底面固定点位于中空旋转台外。

所述射线源系统中射线源通过凸轮机构连接平移升降台。

所述射线源的出光方向是可调的。

所述射线源系统中平移升降台主要由三维直角坐标系中水平X方向伺服电机，Y方向伺服电机以及Z方向伺服电机构成，能使射线源实现水平X方向，Y方向以及Z轴方向的运动。

所述射线源系统中平移升降台固定在中空旋转台上。

所述探测器系统中平板探测器能在C型臂上滑动。

所述探测器系统中C型臂能360°旋转。

所述探测器系统中平板探测器的平面始终与所述射线源中心射束相垂直，并与射线源保持同步运动。

改变射线源的位置和射线源的出光方向，能分别实现计算机断层CT扫描和计算机层析CL扫描。

若实现CL扫描，步骤如下：设三维空间坐标系X，Y，Z，所述载物台面中心置于坐标原点；所述中空旋转台固定于所述载物台面的正下方；所述中空旋转台能载着平移升降台绕着Z轴进行360°旋转；所述平移升降台能载着射线源在三维空间进行平移和升降运动；所述射线源通过凸轮机构连接在所述平移升降台上，改变凸轮机构即能改变射线源出光方向；所述射线源出光方向与Z轴成一定夹角；所述C型臂位于所述载物台面的正上方；所述C型臂能绕着Z轴旋转；所述平板探测器能在所述C型臂上滑动；所述平板探测器中心与射线源，样品中心在一条直线上；所述平板探测器所在平面垂直于所述直线。中空旋转台载着平移升降台旋转，即相当于射线源绕着Z轴旋转，旋转过程中始终与带扫描样品成一定夹角，从而实现CL扫描功能。

若实现CT扫描，步骤如下：将所述平移升降台升到与所述载物台面等高的位置；所述待扫描物体置于所述载物台面上；通过凸轮机构改变射线源出光方向，使锥束X射线中心线在旋转过程中(非360°旋转)始终垂直Z轴；扫描过程中所述中空旋转台能载着射线源绕着载物台面进行旋转；所述C型臂做相应的运动，平板探测器接收衰减数据，实现CT扫描功能。

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

所述CL扫描系统包括射线源系统，样品台系统，以及探测器系统。如图1所示为本发明实施例中所述CL扫描检测系统的三维直角坐标系示意图。射线源系统包括：中空旋转台5，平移升降台6，凸轮机构7，以及射线源8。样品台系统包括：载物台面3，支撑架4。探测器系统包括：C型臂1，平板探测器2。其中中空旋转台5位于载物台面3的正下方，载物台面3固定在支撑架4上，支撑架4固定于中空旋转台5外面,处在C型臂旋转范围以内。平移升降台6固定在中空旋转台5上，为保持平衡，相应位置加载有配重。射线源8通过凸轮机构连接在平移升降台6上，平移升降台6能在X,Y方向平移，Z向升降。对应的平板探测器2通过滑轮装置连接在C型臂1上，同样相应位置有配重，以保持平衡。射线源8的开口方向与载物台面3成一定夹角α，如图2所示。用于发射锥束X射线，载物台面3上放置板状样品9，X射线成一定角度穿透样品。C型臂1位于载物台面3的正上方；所述载物台面3的正上方设置有固定架，所述固定架与所述C型转臂2相连，用于固定所述C型臂2，并使所述C型臂2做圆周旋转运动，形成围绕所述载物台面3的半球面；所述C型臂1上设置有滑轮，所述平板探测器2通过滑轮连接在C型臂上，利用该滑轮在所述C型转1上滑动；且所述平板探测器2结合其在所述C型臂1上的滑动以及所述C型臂1的圆周旋转运动，可活动于所形成半球面的任意位置。

其中CL扫描检测方法如下：

如图2所示，板状样品9固定在载物台面3上，射线源8位于载物台面3斜下方，发射锥束X射线，锥束X射线中心线与载物台面3成一定角度α，平板探测器2位于C型臂1上，调整扫描装置，使射线源8的中心，样品9的中心，平板探测器2的中心在一条直线上，平板探测器2所在平面垂直于该直线。启动射线源8和中空旋转台5，使射线源8绕着Z轴进行旋转扫描，扫描一次旋转360度，C型臂1上的平板探测器2中心始终保持与射线源8的中心，样品9的中心在一条直线上，在扫描过程中接收数据。一次完整扫描结束后，通过平移升降台6(如图1所示)在X轴方向的平移，改变射线源的位置(即射线源绕着Z轴旋转半径发生变化)，以不同的半径分别进行完整扫描，可以得到多组不同的数据，得到最佳的图像重建结果。而对平移升降台6进行升降运动，改变射线源8与载物台面3在Z轴方向的垂直距离,可以形成不同的放大比，提高分辨力。

而对于非板状样品9，如图3所示为本发明实施例中所述CT扫描检测系统的三维直角坐标系示意图。这里我们通过改变平移升降台6在Z轴方向的位置，使射线源8中心与样品9中心点在同一水平面上，相应的改变探测器2的位置，使探测器2的中心，射线源8的中心与样品9中心点在同一直线上，并且通过凸轮机构，改变射线源的开口方向，使射线源指向样品9发射X射线，穿透样品，从而实现CT扫描检测功能。具体CT扫描检测方法如下：

如图4所示为本发明实施例中所述CT扫描检测系统的xoz截面图。启动平移升降台6，将射线源8中心升到与样品9中心O点等高位置停下，然后改变X射线源8的开口方向，使射线源8指向样品9，发射锥束X射线，启动C型臂1，调整平板探测器2的位置，使平板探测器2的中心，射线源8中心与样品9中心在同一直线上。扫描过程中，射线源8绕着Z轴进行旋转扫描，由于支撑架4的原因，这里的扫描并未采用360°旋转扫描，旋转角度小于360°，但由理论可知，该种扫描方式同样可以重建CT图像。平板探测器2进行相应的运动，接收数据。通过平移升降台6在X方向的平移，即改变绕着Z轴旋转半径，进行多组完整扫描，可以形成不同放大比，提高成像分辨力。

Claims (2)

1.一种多功能计算机断层扫描系统，其特征是，包括射线源系统，样品台系统，以及探测器系统；其中射线源系统由射线源，凸轮机构，平移升降台，中空旋转台组成；样品台系统由载物台面和支撑架组成；探测器系统主要由C型臂和平板探测器构成；待扫描样品置于载物台面上，射线源通过凸轮机构连接在平移升降台上，凸轮机构能够改变射线源的出光方向，平移升降台能进行平移，升降运动，从而改变射线源在三维空间的位置；平移升降台固定于中空旋转台上，中空旋转台能带动平移升降台进行旋转，因此相当于带动射线源旋转；若要实现CL扫描功能，通过平移升降台改变射线源的位置，使射线源处于载物台面斜下方，同时改变射线源出光方向，使产生的锥束X射线与带扫描样品成一定角度即能实现；若要实现CT扫描功能，调整射线源的位置，使射线源中心与载物台面基本处于同一水平面，同时改变射线源的出光方向，即可实现CT扫描功能；利用C型臂上的平板探测器采集数据，通过计算机对采集的数据进行处理并重建，得到三维重建图像。

2.如权利要求1所述的多功能计算机断层扫描系统，其特征是，平板探测器能在C型臂上滑动，所述探测器系统中C型臂能360°旋转，平板探测器的平面始终与所述射线源中心射束相垂直，并与射线源保持同步运动。