CN107818833A - 一种医用cbs‑ct机的平板探测器的准直器及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种医用CBS‑CT机的平板探测器的准直器及其加工方法，后准直器包括m片合金钢切片，每片合金钢切片的一个表面上沿高度方向具有n个依次平行排列、贯通的直槽，开槽的合金钢切片紧密叠加，前一片合金钢切片没有直槽的表面紧贴后一片合金钢片的开槽的表面，从而在每个直槽处形成贯通的m×n个呈矩阵排列的槽孔，槽孔为准直孔，所有合金钢切片垂直于平板探测器的下表面放置。后准直器为多片叠加，解决了现有技术中厚整块加工难的问题，也解决了后准直器孔多、孔径小而很难加工的问题。加工成本被大大降低，仅需5万元人民币即加工一套后准直器。本发明的后准直器突破了原有后准直器的加工技术，大大降低了加工成本，便于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种准直器，具体涉及一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器及其加工方法，属于医疗器械领域。
背景技术
CT，即“计算机X线断层摄影机”，主要由X线体层扫描装置和计算机系统构成。前者主要由产生X线束的发生器和球管、X射线球管的准直器以及接收和检测X线的探测器、探测器阵列的准直器组成。CT工作原理为：X线探测系统利用计算机处理探测器得到的信息，并输出到显示的荧光屏上显示出图像。在CT机中，我们把X射线球管的准直器简称为前准直器，把探测器阵列的准直器简称为后准直器。后准直器是CT机的关键部件之一。
在基于射线透射原理的传统CT机和螺旋CT机中，探测器是线性阵列，它与X射线球管分别位于被扫描人体的两侧。一般来说，它们用的后准直器易于设计与加工制造。但传统CT机和螺旋CT机也存在着一些问题，例如设备昂贵，辐射剂量大；设备要求有精密的扫描床，操作复杂；设备无法应用于现场，有些部位还不能使用这些CT机。而本发明人发明的一种基于康普顿背散射扫描技术的医用CT机(申请号：201410426026.2)(简称CBS-CT机)可以解决上述问题。CBS-CT机基于射线康普顿背散射扫描(Compton Backscatter Scanning，CBS)原理，其探测器是二维的平板探测器，与X射线管都位于被扫描人体的同一侧。但是，CBS—CT机的后准直器设计加工制造存在一系列技术难题。例如：1)有效面积为15cm×15cm以上的平板探测器，其像素达到数万至数十万个，相应的后准直器的准直孔就多达数万个至数十万个，现有技术通常采用的一整个厚整块方式的准直器，加工难度很大，而且费用相当高，若交由国外整体加工，则加工费高达数十万元至上百万元，还不一定能达到技术要求。2)当前准直器的材料一般为钨合金和钼钛锆，但若想达到每个准直孔长约30～40mm、孔径0.20～0.50mm的要求，加工很难。3)后准直器组成部分的布置关系以及与平板探测器的连接关系等具体问题也需要解决，因为这些特征直接影响CT图像重建算法及图像效果。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，由多个开槽的合金钢切片依次紧密叠加构成无数个阵列排列的准直孔，不仅满足后准直器的要求而且加工费用非常低。本发明还涉及其加工方法。
本发明的技术方案：
一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，其特征在于包括m片合金钢切片，每片所述合金钢切片上在一个表面具有n个依次平行排列、贯通的直槽，所述合金钢切片紧密叠加，前一片合金钢切片没有直槽的表面紧贴后一片合金钢片的开槽的表面，从而在每个直槽处形成贯通的共m×n个呈矩阵排列的槽孔，所述槽孔为准直孔，所有所述合金钢切片垂直于所述平板探测器的下表面放置。
所述直槽和所述合金钢切片的个数为128个，每片所述合金钢切片的厚度为1.016mm，所述直槽的深度为所述准直孔的孔径，为0.508mm。
所述直槽和所述合金钢切片的个数还可以为256个，每片所述合金钢切片的厚度为0.508mm，所述直槽的深度为所述准直孔的孔径，为0.254mm。
优选的，所述合金钢切片的材料为铬锰钼矾特种钢或铬锰矾特种钢或SKD61钢。
所述准直孔的孔深为20-50mm。
所述一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器还包括中空的框架，所有所述合金钢切片固定于所述框架内，所述框架的厚度与所述合金钢切片的高度基本相等。
所述一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器还包括多个螺钉和锁紧垫块，所有所述合金钢切片通过所述螺钉和锁紧垫块固定在所述框架上。
所述一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器还包括两个调整板，分别为左调整板和右调整板，分别通过螺栓连接于所述平板探测器的两侧，所述框架套接于所述左调整板和右调整板之间。
所述左调整板和右调整板上具有与所述螺栓配合使用的多个长圆孔。
一种加工上述的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器的方法，其特征在于首先用磨床加工m片合金钢切片，然后再把每片所述合金钢切片沿高度方向在一个表面开n个依次平行排列、贯通的直槽，最后将所述合金钢切片紧密叠加，前一片合金钢切片没有直槽的表面紧贴后一片合金钢片的开槽的表面，从而在每个直槽处形成贯通的呈矩阵排列的m×n个槽孔，为准直孔，所有所述合金钢切片垂直于所述平板探测器的下表面放置。
本发明的有益技术效果：
本发明的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器(简称后准直器)，由多片开设有多个直槽的合金钢切片紧密叠加，从而形成沿高度方向上贯通的大量阵列排列的准直孔。不同于以往准直器的整块式结构，本发明后准直器创造性的改为多片切片叠加的拼接方式，不仅可以形成满足后准直器的要求的准直孔孔径和孔深，而且相对于现有技术的一整块加工方式，加工难度降低。解决了现有技术中厚整块加工难的问题，也解决了后准直器孔多、孔径小而很难加工的问题。另外，加工一套上述后准直器仅需5万元人民币，相对于现有技术中的十万元至上百万元的高昂的加工费用，加工成本被大大降低，突破了原有后准直器的加工技术和加工成本，便于大规模推广应用。所有所述合金钢切片垂直于所述平板探测器的下表面放置，从而使得所有准直孔都基本垂直于平板探测器有效表面，从而沿准直孔路径进入的光线也垂直于平板探测器的有效表面，被其接收，完成CBS-CT机成像。
优选的，所述准直孔的孔径为0.508mm，形成128×128的像元矩阵，满足CBS-CT机图像清晰度要求。
优选的，所述准直孔的孔径为0.254mm，形成256×256的像元矩阵，CBS-CT机图像更清晰。
合金钢切片所选材料为铬锰钼矾特种钢或铬锰矾特种钢或SKD61钢，既便于加工，又能满足CBS-CT机要求。
优选的，所述准直孔的孔深为20-50mm，即光线需在后准直器内经过的光路长度为20-50mm，保证只有垂直于平板探测器的散射光线才能入射到平板探测器中，消除干扰。
左、右调整板连接后准直器与平板探测器。其上的长圆孔使得后准直器的框架可相对于平板探测器在x、y和z轴三个方向上进行一定的位置调整，从而使所有准直孔都垂直于所述平板探测器的表面，以符合图像重建算法要求。
本发明的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器的加工方法，分多片合金钢片分别制作，先将每个切片开槽，然后再叠加的方式形成无数个贯通的准直孔，完成一套平板探测器的准直器的加工。该加工方法工艺简化，而且加工成本低，解决了现有技术中后准直器厚整块加工难的问题，也解决了后准直器孔多、孔径小而很难加工的问题。
附图说明
图1为具有128个直槽的合金钢切片图；
图2为图1的俯视图；
图3为图2的局部放大图；
图4为32片合金钢切片叠加的立体图；
图5为32片合金钢切片叠加的俯视图；
图6为图5的局部放大图；
图7为合金钢片与框架组合图；
图8为后准直器的左调整板的立体图；
图9为左调整板的主视图；
图10为后准直器的右调整板的立体图；
图11为右调整板的主视图；
图12为扫描头的几何示意图。
附图编号：1-X射线管；2-前准直器；3-平板探测器；4-后准直器；41-合金钢切片；411-直槽；412-准直孔；42-框架；421-螺钉；51-左调整板；52-右调整板；511-孔。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明的内容，将结合附图通过具体实施例说明。
实施例1
本实施例中的医用CBS-CT机的平板探测器3有效面积为146mm×146mm，像素尺寸为0.127mm。设计的平板探测器3的准直器(简称后准直器4)的准直孔412孔径为0.508mm，孔深30mm，每个0.508mm的准直孔412对准平板探测器3的四个像素。
如图1-6、图12所示，后准直器4包括开槽的128片(图4仅示出32片)合金钢切片41。每片所述合金钢切片41的材料为铬锰钼矾特种钢，厚度d1为1.016mm，高h为30mm。每片所述合金钢切片41的一个表面上沿高度方向具有128个依次平行排列、贯通的直槽411。所有开槽的合金钢切片41之间紧密叠加，前一片合金钢片41的后平面紧贴后一片合金钢片41的开槽的前表面，从而在每个直槽411处形成贯通的小孔，为准直孔412。128片、每片具有128个直槽411的合金钢片41依次前后紧密叠加形成上表面至下表面贯通的呈矩阵排列的128×128个准直孔412，所述直槽411的深度d2为所述准直孔412的孔径，为0.508mm，所述合金钢切片41的高度为所述准直孔412的孔深，为30mm。上述紧密排列的每片合金钢切片41紧贴并垂直于所述平板探测器3的下表面放置在所述平板探测器3的下方，从而几乎每个准直孔412垂直于所述平板探测器3表面有效区域。
使用时，需将后准直器4配接到平板探测器3上，本实施例中通过框架42和调整板。
如图7所示，所述框架42为中空的，紧密叠加的所述合金钢切片41位于中空部位，四周用框架42固定。合金钢切片41的高度方向沿框架42的厚度方向延伸。阵列排列的合金钢切片41整体的上表面和下表面的四周用螺钉421和锁紧垫块(未示出)固定在框架42上。
如图8-11所示，调整板包括两个，为左调整板51和右调整板52，分别位于平板探测器3的两侧，通过螺栓分别连接，所述后准直器4的框架42套接于所述左调整板51和右调整板52之间固定。所述左调整板51和右调整板52上均具有多个与螺栓配合使用的孔511，孔511为长圆孔，使得后准直器4的框架42可相对于平板探测器3在x、y和z轴三个方向上进行一定的位置调整，从而使所有准直孔412都垂直于所述平板探测器3的下表面，以符合图像重建算法要求。
配接好的后准直器4和平板探测器3作为整体安装在医用CBS-CT机的扫描头上。如图12所示，其中前准直器2的轴线与后准直器4探测平面的法线在同一平面内，二者的焦点即为被检测人体应在的位置。从而后准直器4与X射线管1都位于被扫描人体的同一侧。
上述医用CBS-CT机的平板探测器的准直器的加工工艺为：
先用磨床加工共128片合金钢切片41，材料铬锰钼矾特种钢，每片厚为1.016mm，高为30mm，然后再把每片的一个表面开128个直槽411，槽深为0.508mm。为避免产生累积误差，可分别由长度两侧向中间切。
然后加工尺寸精确的框架42，材质为S45C钢，把128片开过128个直槽411的切片锁紧，并加螺钉421和锁紧垫块(未示出)。
再安装左调整板51和右调整板52，材质为镀锌板，使后准直器4与平板探测器3紧密配合，且确保所有准直孔412都垂直于平板探测器3表面有效区域，以符合图像重建算法要求。
按上述工艺流程制成了准直孔412孔径为0.508mm的后准直器4，像元矩阵为128×128。
接着，按CBS—CT机扫描头设计要求，将后准直器4和平板探测器3配接好的整体安装到扫描头上。这样扫描头整体往下垂直运动作CT扫描时，后准直器4始终接收垂直于平板探测器3的散射射线。
实施例2
本实施例中的医用CBS-CT机的平板探测器3有效面积为146mm×146mm，像素尺寸为0.127mm。设计的平板探测器3的准直器(以下简称后准直器4)的准直孔412孔径为0.254mm，孔深45mm，每个0.254mm的准直孔412对准平板探测器3的两个像素。
本实施例中的后准直器4的结构基本与实施例1中相同，区别如下：每片合金钢切片41上的直槽411为256个，相应的合金钢切片41的个数为256个。每片所述合金钢切片41的材料为SKD61钢，厚度d1为0.508mm，高h为45mm。256片、每片具有256个直槽411的合金钢片41依次前后紧密叠加形成上表面至下表面贯通的呈矩阵排列的256×256个准直孔412，所述直槽411的深度d2为所述准直孔412的孔径，为0.254mm，所述准直孔412的孔深为45mm。上述紧密排列的每片合金钢切片41紧贴并垂直于所述平板探测器3的下表面放置在所述平板探测器3的下方，从而几乎每个准直孔412垂直于所述平板探测器3表面有效区域。
上述医用CBS-CT机的平板探测器的准直器的加工工艺为：
先用磨床加工共256片合金钢切片41，材料SKD61钢，每片厚为0.508mm，高为45mm，然后再把每片的一个表面开256个直槽411，槽深为0.254mm。为避免产生累积误差，可分别由长度两侧向中间切。
然后加工尺寸精确的框架42，材质为S45C钢，把256片开过256个直槽411的切片锁紧，并加螺钉421和锁紧垫块(未示出)。
再安装左调整板51和右调整板52，材质为镀锌板，使后准直器4与平板探测器3紧密配合，且确保所有准直孔412都垂直于平板探测器3表面有效区域，以符合图像重建算法要求。
按上述工艺流程制成了准直孔412孔径为0.254mm的后准直器4，像元矩阵为256×256。
接着，按CBS-CT机扫描头设计要求，将后准直器4和平板探测器3配接好的整体安装到扫描头上。这样扫描头整体往下垂直运动作CT扫描时，后准直器4始终接收垂直于平板探测器3的散射射线。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，例如合金钢切片的尺寸、直槽的个数等都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，其特征在于包括m片合金钢切片，每片所述合金钢切片上在一个表面具有n个依次平行排列、贯通的直槽，所述合金钢切片依次紧密叠加，前一片合金钢切片没有直槽的表面紧贴后一片合金钢片的开槽的表面，从而在每个直槽处形成贯通的共m×n个呈矩阵排列的槽孔，所述槽孔为准直孔，所有所述合金钢切片垂直于所述平板探测器的下表面放置。
2.根据权利要求1所述的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，其特征在于所述直槽和所述合金钢切片的个数为128个，每片所述合金钢切片的厚度为1.016mm，所述直槽的深度为所述准直孔的孔径，为0.508mm。
3.根据权利要求1所述的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，其特征在于所述直槽和所述合金钢切片的个数为256个，每片所述合金钢切片的厚度为0.508mm，所述直槽的深度为所述准直孔的孔径，为0.254mm。
4.根据权利要求1所述的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，其特征在于所述合金钢切片的材料为铬锰钼矾特种钢或铬锰矾特种钢或SKD61钢。
5.根据权利要求1所述的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，其特征在于所述准直孔的孔深为20-50mm。
6.根据权利要求1所述的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，其特征在于包括中空的框架，所有所述合金钢切片固定于所述框架内，所述框架的厚度与所述合金钢切片的高度基本相等。
7.根据权利要求6所述的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，其特征在于包括多个螺钉和锁紧垫块，所有所述合金钢切片通过所述螺钉和锁紧垫块固定在所述框架上。
8.根据权利要求6所述的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，其特征在于包括两个调整板，分别为左调整板和右调整板，分别通过螺栓连接于所述平板探测器的两侧，所述框架套接于所述左调整板和右调整板之间。
9.根据权利要求7所述的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器，其特征在于所述左调整板和右调整板上具有与所述螺栓配合使用的多个长圆孔。
10.一种加工权利要求1-9任一所述的一种医用CBS-CT机的平板探测器的准直器的方法，其特征在于首先用磨床加工m片合金钢切片，然后再把每片所述合金钢切片沿高度方向在一个表面开n个依次平行排列、贯通的直槽，最后将所述合金钢切片依次紧密叠加，前一片合金钢切片没有直槽的表面紧贴后一片合金钢片的开槽的表面，从而在每个直槽处形成贯通的呈矩阵排列的m×n个槽孔，为准直孔，所有所述合金钢切片垂直于所述平板探测器的下表面放置。
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