CN109199425A - 一种用于脑部软组织检测的移动平板ct成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，包括X射线源、平板探测器，平板探测器用于接收X射线信号，并将X射线信号转换为相应的电信号；数据采集模块，与探测器连接，用于将探测器输出的电信号转换为投影数据并将探测器自身温度信息转化为探测器温度值；控制模块，用于将探测器温度值控制在目标温度范围内，并启动X射线源工作；图像重建模块，与数据采集模块连接，用于根据投影数据重建断层摄影图像。本发明的移动平板CT成像系统通过对成像系统软、硬件结构的优化，有效减弱图像伪影，保证检测图像质量，从而有效地实现对脑部软组织的有效检测。

Description

一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统

技术领域

本发明涉及医疗领域，尤其是一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统。

背景技术

移动平板CT是适用于患者头部和四肢的X射线计算机断层扫描装置。大型医院的因为患者人数较多，脑外伤急性期，优先选择CT平扫以了解结构损伤和颅内出血，可清晰地看到脑中鲜血的轮廓，包括硬脑膜外的、硬模下的和脑实质的损伤。现有的CT系统使医护现场的脑外伤成像成为可能，但大部分现有系统只适合进行骨成像。移动平板CT在用于软组织、脑、血液等成像时对比度很低；投影数据的采集不能满足采样需求，使得投影数据本质上是欠采样的，会导致图像的边缘附件出现混叠条纹。混叠伪影会影响对于视野的精细结构的诊断。散射的存在使CT值被低估，降低了软组织对比度，同时使得图像的均匀性较差，容易导致误诊。

由于平板CT采用大面积平板探测器，其散射效应是二维的，受到的散射影响比临床CT大得多。散射的存在使CT值被低估，其最大的坏处是降低了软组织对比度，同时使得图像的均匀性较差，容易导致误诊。因此，有效减弱平板CT成像过程中的伪影是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对工作过程中现有技术中存在的缺陷，而提供一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统。本发明的移动平板CT成像系统通过对成像系统软、硬件结构的优化，有效减弱图像伪影，保证检测图像质量。

本发明的技术方案为：一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，包括X射线源、平板探测器、机架，其特征在于，所述机架包括基座、旋转支架和转盘，所述旋转支架安装在所述基座的上部，所述转盘安装在所述旋转支架的中心位置；所述转盘的上部安装设置有所述X射线源，所述转盘的底部设置有所述平板探测器，所述转盘在所述旋转支架上360°慢速旋转，带动安装在所述转盘上的X射线源和平板探测器围绕患者的病灶区域进行旋转；

所述平板探测器，用于接收X射线信号，并将所述X射线信号转换为相应的电信号以及感应获取探测器自身温度信息；数据采集模块，与所述探测器连接，用于将所述探测器输出的电信号转换为投影数据并将探测器自身温度信息转化为探测器温度值；控制模块，用于将探测器温度值控制在目标温度范围内，并启动X射线源工作；图像重建模块，与所述数据采集模块连接，用于根据所述投影数据重建断层摄影图像。数据采集、重建计算机以及后处理为同一计算机，布置在转盘上。会有一套屏幕、鼠标、键盘，安装在一个可移动的小计算机桌上，该桌子可方便地收入整机中方便移动。数据采集、重建计算机的视频信号通过滑环千兆网络输出到屏幕，鼠标、键盘与计算机采用无线通讯。

更进一步的，所述平板探测器为动态平板型的X射线平板探测器，所述平板探测器通过平板探测器基座安装在所述转盘的底部，所述平板探测器基座的四周和所述平板探测器基座的底部设置有调整所述平板探测器位置的调节装置，所述平板探测器的上面设置有防散栅，所述平板探测器的后面设置有温度检测系统、风冷散热系统、冗余射线屏蔽层；所述温度检测系统内包括置于探测器支架后表面的若干个加热单元和置于平板探测器支架上的温度传感器，所述温度传感器用于获取空气温度。

更进一步的，当探测器的温度低于目标温度范围的下限值时，则所述控制模块控制所述加热单元对所述探测器升温；当探测器的温度高于目标温度范围的上限值时，则所述控制模块控制所述风冷散热系统对所述探测器降温。

更进一步的，在成像扫描前，根据探测器自身温度信息获取探测器转化温度值，并判断扫描前探测器温度值是否在目标温度范围内，如果条件满足，则执行CT扫描；否则，则调节扫描前探测器的温度至目标温度范围内。

更进一步的，所述防散栅厚度为3mm的平板，所述防散栅通过螺栓固定在所述平板探测器的表面。

更进一步的，所述X射线源为脉冲式固定阳极X射线源，所述旋转支架为接触式滑环式旋转支架。

更进一步的，所述X射线源的前端设置有前直准器，所述前直准器为开口覆盖所述X射线源的条状铅屏蔽，所述前直准器独立安装在所述转盘上。

更进一步的，所述转盘上设置有激光定位系统，所述激光定位系统由三组十字线定位灯组成，所述三组十字线定位灯分别设置在所述转盘的左右两侧和所述转盘正上方，所述转盘上还设置有光源灯。

更进一步的，所述基座的底部设置有用于移动平板CT的车轮，所述基座的底部还设置有用于支撑所述基座的固定支撑。

更进一步的，一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）所述平板探测器通过所述旋转支架安装在所述转盘上，所述平板探测器的后面设置有所述冗余射线屏蔽层，降低环境中X射线剂量，使得操作人员不会受到辐射剂量；所述平板探测器表面距离X射线源的焦点距离为600-1000mm，安装精度控制在0-2mm，通过所述旋转支架X轴方向和Z轴方向微调，使用定位销固定安装位置；

（2）所述X射线源焦点距离旋转中心500-530mm，安装精度控制在0-2mm，所述X射线源通过所述旋转支架安装在所述转盘上，所述射线源通过所述旋转支架X轴方向和Z轴方向微调，使用定位销固定安装位置；

（3）所述激光定位系统的激光束通过所述平板探测器的中心的轴线与旋转中心相交，所述激光定位系统与所述光源灯的光源夹角为10°-30°。

本发明的用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统的的成像方法为，在成像扫描前，根据探测器自身温度信息获取探测器转化温度值，并判断扫描前探测器温度值是否在目标温度范围内，如果条件满足，则执行CT扫描；否则，则调节扫描前探测器的温度至目标温度范围内。

更进一步地，还包括，在CT扫描过程中，根据探测器自身温度信息获取探测器转化温度值，并判断扫描过程中探测器的温度是否在目标温度范围内，如果条件满足，则继续执行CT扫描；否则，则控制所述CT系统进入待机调整状态，调节扫描中探测器的温度至目标温度范围。

更进一步地，所述的根据探测器自身温度信息获取探测器转化温度值通过如下关系式实现：T＝(S-S0)/R+T0 其中，T表示探测器转化温度值，T0表示空气温度值，S0表示探测器初始化温度信息，S表示探测器上电后的温度信息，R表示增益值，其中，R＝10。

更进一步地，还包括在扫描过程中，采用PID控制方法使所述探测器温度维持在目标温度范围。

本发明的有益效果是：移动平板CT体积小重量轻可移动性好，一次旋转扫描能覆盖整个器官、各个方向一致成像，能够满足大型医院的急诊室、中型和小型医院的使用。

1.X射线源采用脉冲式固定阳极X射线源，其焦点小于临床CT,保证空间分辨率优于临床CT，满足骨科CT的特殊要求；脉冲式，满足低剂量的要求；

2.平板探测器采用大灵敏区域、动态平板探测器，具有集成程度高，满足CT快速采集的需求；

3.旋转支架采用滑环结构，具有旋转速度稳定、平稳的需求。

4.平板探测器通过内部的热敏感元物理参数变化感应获取内部温度信息，通过该温度信息可以线性刻度转化得到探测器真实温度值，温度信息反馈高效、快速，避免了环境温度对测量温度的影响；在成像扫描前检测探测器的温度探测器的温度，将处于室温的探测器调整至目标温度范围，排除了室温对成像的干扰；在扫描期间采用PID控制调节探测器的温度维持在目标温度范围，如果监测到温度异常，则控制CT系统至待机调整状态，直到探测器温度达到目标温度才进行成像扫描，既克服了温度波动对扫描成像的干扰，又避免了不必要的X射线辐射。

5.本发明的平板CT系统对机械精度要求非常高，否则容易产生伪影。而机械的加工与安装总存在误差，将通过先进的机械调整算法和调整机构设计来确定球管、探测器的几何位置，以保证几何满足要求，避免混叠伪影。

附图说明

图1是本发明的一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统的结构示意图。

图2是本发明的一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统后视图的结构示意图。

图3是本发明的一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统的前直准器安装结构试图。

图4为CT系统成像方法流程图；

图中：1是X射线源、2是平板探测器、3是机架、11是前直准器、21是平板探测器基座、22是调节装置、23是防散栅、24是温度检测装置、25是风冷散热系统、26是余射线屏蔽层、31是基座、32是旋转支架、33是转盘、311是车轮、312是固定支撑、331是激光定位系统、332是光源灯。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2、3所示，一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，包括X射线源1、平板探测器2、机架3，其特征在于：所述机架3包括基座31、旋转支架32和转盘33，所述旋转支架32安装在所述基座31的上部，所述转盘33安装在所述旋转支架32的中心位置；所述转盘33的上部安装设置有所述X射线源1，所述转盘33的底部设置有所述平板探测器2，所述转盘33在所述旋转支架32上360°慢速旋转，带动安装在所述转盘33上的X射线源1和平板探测器2围绕患者的病灶区域进行旋转。所述平板探测器2为动态平板型的X射线平板探测器，所述平板探测器2通过平板探测器基座21安装在所述转盘33的底部，所述平板探测器基座21的四周和所述平板探测器基座21的底部设置有调整所述平板探测器2位置的调节装置22，所述平板探测器2的上面设置有防散栅23，所述平板探测器2的后面设置有温度检测系统24、风冷散热系统25和冗余射线屏蔽层26。所述防散栅23厚度为3mm的平板，所述防散栅23通过螺栓固定在所述平板探测器2的表面。所述X射线源1为脉冲式固定阳极X射线源，所述旋转支架32为接触式滑环式旋转支架。所述X射线源1的前端设置有前直准器11，所述前直准器11为开口覆盖所述X射线源1的条状铅屏蔽，所述前直准器11独立安装在所述转盘33上。所述转盘33上设置有激光定位系统331，所述激光定位系统331由三组十字线定位灯组成，所述激光定位系统331分别设置在所述转盘33的左右两侧和所述转盘33正上方，所述转盘33上还设置有光源灯332。所述基座31的底部设置有用于移动平板CT的车轮311，所述基座31的底部还设置有用于支撑所述基座31的固定支撑312。

上述一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统的使用方法，可以采取以下实施例体现：

实施例1：

一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统的使用方法，包括以下步骤：

（1）所述平板探测器2通过所述旋转支架32安装在所述转盘33上，所述平板探测器2的后面设置有所述冗余射线屏蔽层26，降低环境中X射线剂量，使得操作人员不会受到辐射剂量；所述平板探测器2表面距离X射线源1的焦点距离为600mm，安装精度控制在0mm，通过所述旋转支架32的X轴方向和Z轴方向微调，使用定位销固定安装位置；

（2）所述X射线源1的焦点距离旋转中心500mm，安装精度控制在0mm，所述X射线源1通过所述旋转支架32安装在所述转盘33上，所述射线源1通过所述旋转支架32的X轴方向和Z轴方向微调，使用定位销固定安装位置；

（3）所述激光定位系统331的激光束通过所述平板探测器2的中心的轴线与旋转中心相交，所述激光定位系统与所述光源灯的光源夹角为10°。

实施例2：

一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统的使用方法，包括以下步骤：

（1）所述平板探测器2通过所述旋转支架32安装在所述转盘33上，所述平板探测器2的后面设置有所述冗余射线屏蔽层26，降低环境中X射线剂量，使得操作人员不会受到辐射剂量；所述平板探测器2表面距离X射线源1的焦点距离为800mm，安装精度控制在1mm，通过所述旋转支架32的X轴方向和Z轴方向微调，使用定位销固定安装位置；

（2）所述X射线源1的焦点距离旋转中心515mm，安装精度控制在1mm，所述X射线源1通过所述旋转支架32安装在所述转盘33上，所述射线源1通过所述旋转支架32的X轴方向和Z轴方向微调，使用定位销固定安装位置；

（3）所述激光定位系统331的激光束通过所述平板探测器2的中心的轴线与旋转中心相交，所述激光定位系统与所述光源灯的光源夹角为20°。

实施例3：

一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统的使用方法，包括以下步骤：

（1）所述平板探测器2通过所述旋转支架32安装在所述转盘33上，所述平板探测器2的后面设置有所述冗余射线屏蔽层26，降低环境中X射线剂量，使得操作人员不会受到辐射剂量；所述平板探测器2表面距离X射线源1的焦点距离为1000mm，安装精度控制在2mm，通过所述旋转支架32的X轴方向和Z轴方向微调，使用定位销固定安装位置；

（2）所述X射线源1的焦点距离旋转中心530mm，安装精度控制在2mm，所述X射线源1通过所述旋转支架32安装在所述转盘33上，所述射线源1通过所述旋转支架32的X轴方向和Z轴方向微调，使用定位销固定安装位置；

（3）所述激光定位系统331的激光束通过所述平板探测器2的中心的轴线与旋转中心相交，所述激光定位系统与所述光源灯的光源夹角为30°。

如图4所示，冷机状态下(成像扫描前)，控制模块向数据采集模块下发温度刻度命令，设置在金属基底表面的温度传感器获取探测器系统周围的空气温度值T0，该空气温度值为S1-S5探测器获取的数据均值，在本实施例中T0＝25℃。

探测器内部的热敏感元将冷机状态下感知的温度信息发送至数据采集模块，此时的数据只包含成像扫描前温度信息S0，在此实施例中S0＝350，此时成像扫描前温度信息S0与空气温度值T0是对应的。探测器此时工作在温度刻度模式，首先判断扫描前温度值是否在目标温度范围内，如果条件满足，则执行CT扫描；否则，则调节探测器的温度，直到条件满足。此时数据采集芯片中存储的温度信息时温度值为25℃时的信息，与探测器的目标温度值36℃差距较大，需要升高探测器的温度。控制模块在接收到金属基底表面的温度传感器探测的温度信息后，会加大温度调节模块中的加热条电流的通入产生热量，升高探测器周围的空气温度，探测器的温度由于与周围环境的热量交换也会逐渐升高。在加热过程中，探测器中的热敏感元的物理参数也会不断变化，从而产生反应温度变化的信息S。数据采集模块不断接受来自探测器自身温度信息，通过“coretemp”功能根据探测器自身温度信息获取探测器转化温度值，具体公式为：T＝(S-S0)/R+T0，R表示增益值，R的范围可以根据实际情况在5-15内变化，本实施例中优选为R＝10。通过上述过程调节探测器扫描前温度值至目标温度范围内(36±1.5℃)，CT系统进入成像扫描期，从而排除成像初期室温的影响。需要说明的是，数据采集模块采用的是非易失性的Flash内存芯片，在没有电流供应的条件下也能够长期保存数据，增强了系统的可靠性。

控制模块发出扫描成像命令发出后，高压发生器控制CT球管发出X射线信号，同时探测器检测到发出的X射线信号并产生电信号并连续产生探测器自身温度信息，数据采集模块将电信号经过A/D转换产生投影数据同时将此时探测器自身温度信息转化为探测器温度值(温度信息转化过程与前面所述温度转化过程相同)，即数据采集模块存储的数据中同时包含成像数据和温度数据。数据采集模块通过数据通信接口(DIF)板将存储的投影数据和探测器温度值发送至控制模块，然后控制模块根据探测器温度值采用PID控制调节温度调节模块，使探测器温度维持在目标温度范围内。其中PID控制的基本原理是：以探测器自身温度信息转化来的探测器温度值作为PID控制的测量信号，以目标温度作为给定值，根据测量信号与给定值的偏差进行比例(Proportional，P)、积分(Integral，I)、微分(Derivative，D)运算，在此具体实施例中，采用的具体公式为：

H = P [ e + I ∫ 0 t ( e ) d τ + D d e d t ] ]]>

其中，H表示输出的温度控制变化量，e表示给定值与测量信号的差值，P、I、D分别为比例、积分和微分运算中的调节系数，t为调节时间。通过上述过程，控制模块输出某个恰当的控制信号给温度调节模块(加热条或风扇中的至少一个)，使得探测器的温度始终维持在目标范围内，达到自动控制的效果。在整个调节过程中，探测器中的热敏感元连续不断产生探测器自身温度信息，并反馈给控制模块。

在扫描过程中，如果控制模块监测到探测器的温度信息转换的温度值不在目标温度范围内，则此时控制模块控制X射线源停止产生X射线信号且停止成像数据采集，CT系统进入待机调整状态，具体为：当控制模块监测到探测器温度信息转化来的温度值高于目标温度范围的上限值，控制模块控制CT球管停止发射X射线，探测器只由内部热敏感元产生温度信息，控制模块则控制风扇运行，增大系统外冷空气向CT系统内流动，促进CT系统内外的热量交互，降低探测器的温度至目标温度范围内，并将CT系统的工作模式从待机调整状态转变为扫描状态；当控制模块监测到探测器温度信息转化来的温度值低于目标温度范围的下限值，控制模块控制CT球管停止发射X射线，探测器只由内部热敏感元产生温度信息，控制模块控制加热条运行，对探测器周围的空气加热，逐渐升高探测器温度直至到达目标温度范围内，并将CT系统的工作模式从待机调整状态转变为扫描状态。需要指出的是，上述调节过程的同时需判断扫描是否完成，此时如果扫描数据采集完成，则控制模块控制X射线停止发射X射线信号，图像数据采集和温度采集数据停止，整个系统工作停止。以上调节过程持续整个成像间期，直至成像结束，期间探测器内部的温度变化都会被探测器中的热敏感元感应产生温度信息，完全不同于传统需要传感器感知探测器周围环境温度的方法，不易受器件材料传导性的影响，避免了探测器温度变化传递到温度传感器的延时，获取数据实时性更高，更精确；在扫描过程中，连续监测探测器的温度变化，当监测到温度异常时，则停止扫描进入待机调整状态，既保证了成像图像不受温度波动的影响又避免了受测者不必要的射线辐射。

需要说明的是，设置于金属基底框架表面的多个温度探测器在整个温度调节过程中也连续反馈探测器周围的温度，控制模块将由温度传感器获取的温度值与数据采集芯片转换的温度值进行比较，如果两者相差过大，例如：数据采集芯片转换的温度值在目标温度范围内，而温度传感器获取的温度值超过最大设定温度值，则说明探测器中的热敏感元可能出现故障，此时应当停止扫描。

移动平板CT体积小重量轻可移动性好，一次旋转扫描能覆盖整个器官、各个方向一致成像，能够满足大型医院的急诊室、中型和小型医院的使用。X射线源1采用脉冲式固定阳极X射线源，其焦点小于临床CT,保证空间分辨率优于临床CT，满足骨科CT的特殊要求；脉冲式，满足低剂量的要求；平板探测器2采用大灵敏区域、动态平板探测器，具有集成程度高，满足CT快速采集的需求；旋转支架32采用滑环结构，具有旋转速度稳定、平稳的需求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用发明方案范围内，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，包括X射线源、平板探测器、机架，其特征在于：所述机架包括基座、旋转支架和转盘，所述旋转支架安装在所述基座的上部，所述转盘安装在所述旋转支架的中心位置；所述转盘的上部安装设置有所述X射线源，所述转盘的底部设置有所述平板探测器，所述转盘在所述旋转支架上360°慢速旋转，带动安装在所述转盘上的X射线源和平板探测器围绕患者的病灶区域进行旋转；

所述平板探测器，用于接收X射线信号，并将所述X射线信号转换为相应的电信号以及感应获取探测器自身温度信息；数据采集模块，与所述探测器连接，用于将所述探测器输出的电信号转换为投影数据并将探测器自身温度信息转化为探测器温度值；控制模块，用于将探测器温度值控制在目标温度范围内，并启动X射线源工作；图像重建模块，与所述数据采集模块连接，用于根据所述投影数据重建断层摄影图像。

2.根据权利要求1所述的一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，其特征在于：所述平板探测器为动态平板型的X射线平板探测器，所述平板探测器通过平板探测器基座安装在所述转盘的底部，所述平板探测器基座的四周和所述平板探测器基座的底部设置有调整所述平板探测器位置的调节装置，所述平板探测器的上面设置有防散栅，所述平板探测器的后面设置有温度检测系统、风冷散热系统、冗余射线屏蔽层；所述温度检测系统内包括置于探测器支架后表面的若干个加热单元和置于平板探测器支架上的温度传感器，所述温度传感器用于获取空气温度。

3.根据权利要求2所述的一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，其特征在于：当探测器的温度低于目标温度范围的下限值时，则所述控制模块控制所述加热单元对所述探测器升温；当探测器的温度高于目标温度范围的上限值时，则所述控制模块控制所述风冷散热系统对所述探测器降温。

4.根据权利要求3所述的一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，其特征在于：在成像扫描前，根据探测器自身温度信息获取探测器转化温度值，并判断扫描前探测器温度值是否在目标温度范围内，如果条件满足，则执行CT扫描；否则，则调节扫描前探测器的温度至目标温度范围内。

5.根据权利要求2所述的一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，其特征在于：所述防散栅厚度为3mm的平板，所述防散栅通过螺栓固定在所述平板探测器的表面。

6.根据权利要求1所述的一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，其特征在于：所述X射线源为脉冲式固定阳极X射线源，所述旋转支架为接触式滑环式旋转支架。

7.根据权利要求1所述的一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，其特征在于：所述X射线源的前端设置有前直准器，所述前直准器为开口覆盖所述X射线源的条状铅屏蔽，所述前直准器独立安装在所述转盘上。

8.根据权利要求1所述的一种用于脑部软组织检测的移动平板CT成像系统，其特征在于：所述转盘上设置有激光定位系统，所述激光定位系统由三组十字线定位灯组成，所述三组十字线定位灯分别设置在所述转盘的左右两侧和所述转盘正上方，所述转盘上还设置有光源灯；所述基座的底部设置有用于移动平板CT的车轮，所述基座的底部还设置有用于支撑所述基座的固定支撑。