CN110108732A - 小型化x射线多模快速成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化X射线多模快速成像装置,包括:外壳、设置于所述外壳内部的X射线光源与安装架,以及沿X射线光源的光路方向依次设置的样品台、相位光栅、吸收光栅和探测器;所述样品台用于放置样品,其设置在所述安装架上;所述相位光栅和吸收光栅均通过两端连接的位置调节机构设置在所述安装架上,且依次处于所述样品台下方;所述探测器处于所述样品台下方,用于探测并收集样品信息。本发明的小型化X射线多模快速成像装置与现有小型化X射线成像装置相比,本发明增加了光栅相衬成像功能,可以同时获取被检物体的吸收,折射以及散射图像,增加了软组织和钙化点的分辨能力。
Description
技术领域
本发明涉及X射线成像技术领域,特别涉及一种小型化X射线多模快速成像装置。
背景技术
小型化X射线快速成像装置,如美国(Faxitron)飞科思创推出的数字式X射线标本成像系统,可以直接放置与放射科、手术室、病理科进行快速标本检测,降低手术时间,提高手术效率。但是,常规的X射线成像装置对软组织的区分度和识别能力较低,特别是无法肿瘤组织和正常组织。
X射线相位衬度成像方法,相对于传统基于吸收的成像方法,因其对于人体软组织等低原子序数物质有明显优势,自提出以来引起了各方面的广泛关注。从上世纪90年代开始,X射线相衬成像主要有晶体干涉仪方法、衍射增强方法、同轴方法以及光栅干涉仪方法。由于X射线相移探测要求X射线光源有比较高的相干性,所以刚开始都是在同步辐射上完成的。在2006年,Pfeiffer等人从可见光的相位测量得到启发,在原有的基于两块光栅的Talbot干涉仪基础上增加了一块源光栅,提出了可以使用普通光源的Talbot-Lau干涉仪。由于该方法摆脱了庞大而昂贵的同步辐射光源以及低功率的微焦点光源,真正使X射线相衬成像应用于医学成像、无损检测等成为了可能。光栅相衬成像方法,其最大特点就是可以同时获取被检物体的吸收,折射以及散射图像,三种信息可以反映物质的不同特征,且相互补充。现有的小型化X射线成像装置缺少相衬成像功能。
参考文献:
【1】Majdak-Paredes E J,Schaverien M V,Szychta P,et al.Intra-operativedigital specimen radiology reduces re-operation rates in therapeuticmammaplasty for breast cancer[J].Breast,2015,24(5):556-559.
【2】Pfeiffer F,Weitkamp T,Bunk O,et al.Phase retrieval anddifferential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray sources[J].Nature Physics,2006,2(4):258-261.
【3】Sztrókay,Anikó,Herzen J,Auweter S D,et al.Assessment of grating-based X-ray phase-contrast CT for differentiation of invasive ductalcarcinoma and ductal carcinoma in situ in an experimental ex vivo set-up[J].European Radiology,2013,23(2):381-387.
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种小型化X射线多模快速成像装置。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种小型化X射线多模快速成像装置,包括:外壳、设置于所述外壳内部的X射线光源与安装架,以及沿X射线光源的光路方向依次设置的样品台、相位光栅、吸收光栅和探测器;
所述样品台用于放置样品,其设置在所述安装架上;
所述相位光栅和吸收光栅均通过两端连接的位置调节机构设置在所述安装架上,且依次处于所述样品台下方;
所述探测器处于所述样品台下方,用于探测并收集样品信息。
优选的是,所述X射线光源与相位光栅、吸收光栅的配置满足Talbot光栅系统的参数要求,具体为满足以下公式:
其中,n为Talbot阶数,n=1,3,5,…;dn为n阶talbot距离,λ为X射线波长,p1、p2分别为相位光栅、吸收光栅的周期,L为X射线光源与相位光栅之间的距离,D为相位光栅、吸收光栅之间的距离。
优选的是,所述位置调节机构包括沿垂直方向固定设置在所述安装架的内壁上的直线导轨、可滑动设置在所述直线导轨上的滑块、固接在所述滑块上的用于与所述相位光栅或吸收光栅的一端连接的光栅安装块、设置在所述滑块下方的用于调节所述滑块在所述直线导轨上的垂直方向的位置的调节组件以及可滑动设置在所述直线导轨上且与所述滑块上端固接的锁紧组件。
优选的是,所述调节组件包括固接在所述直线导轨上且处于所述滑块下方的调节块、开设在所述调节块内的调节腔、可沿垂直方向滑动设置在所述调节腔内的楔形块、卡设在所述楔形块底部的倾斜面和调节腔的内壁之间的调节球、沿水平方向开设在所述调节块内且与所述调节腔连通的螺纹孔及配合插设在所述螺纹孔内且内端伸入所述调节腔以与所述调节球顶贴的调节螺柱。
优选的是,所述楔形块的上表面与所述滑块顶贴,所述楔形块的与所述调节腔内壁和直线导轨接触的两侧面上均设置有滚轮;所述调节螺柱用于推动所述调节球沿水平方向移动,以通过所述调节球与所述楔形块的倾斜面配合带动所述楔形块沿垂直方向向上移动,从而推动所述滑块沿垂直方向向上移动。
优选的是,所述锁紧组件包括可沿垂直方向滑动设置在所述直线导轨上的锁紧块、沿水平方向开设在所述锁紧块内的通孔及配合插设在所述通孔内的锁紧柱。
优选的是,所述锁紧块上与所述直线导轨接触的第一侧壁上开设有与所述通孔连通的容纳槽,所述锁紧柱的第一端穿过所述通孔伸入容纳槽内。
优选的是,所述锁紧柱的第一端上连接有卡盘,所述锁紧柱上套设有弹簧,且所述弹簧卡设在所述卡盘与所述容纳槽的内壁之间;所述卡盘上设置有用于与所述直线导轨的侧壁顶贴的弧形弹片。
优选的是,所述锁紧柱的第二端上连接有拉盘,所述拉盘上设置有插柱,所述锁紧块的第二侧壁上开设有供所述插柱配合插入的插孔,所述第二侧壁与第一侧壁相对。
优选的是,所述锁紧块的上方还设置有与所述直线导轨固接的挡板,所述挡板和锁紧块之间连接有压簧。
本发明的有益效果是:本发明的小型化X射线多模快速成像装置与现有小型化X射线成像装置相比,本发明增加了光栅相衬成像功能,可以同时获取被检物体的吸收,折射以及散射图像,增加了软组织和钙化点的分辨能力。本发明通过设置位置调节机构能实现相位光栅和吸收光栅位置的方便调节,本发明结构简单,易于制造,具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的小型化X射线多模快速成像装置的结构示意图;
图2为本发明的位置调节机构的结构示意图;
图3为本发明的锁紧组件的结构示意图;
图4为本发明的锁紧组件处于解锁状态时的结构示意图;
图5为本发明的锁紧块的侧视图;
图6为本发明的锁紧块的剖视图;
图7为本发明的锁紧柱的结构示意图。
附图标记说明:
1—外壳;2—X射线光源;3—安装架;4—样品台;5—相位光栅;6—吸收光栅;7—探测器;8—位置调节机构;9—样品;80—直线导轨;81—滑块;82—光栅安装块;83—调节组件;84—锁紧组件;85—调节块;86—挡板;87—压簧;830—调节腔;831—楔形块;832—调节球;833—螺纹孔;834—调节螺柱;835—倾斜面;836—滚轮;840—锁紧块;841—通孔;842—锁紧柱;843—容纳槽;844—卡盘;845—弹簧;846—拉盘;847—插柱;8420—锁紧柱的第一端;8421—弧形弹片;8440—锁紧块的第一侧壁;8441—锁紧块的第二侧壁;8442—插孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示,本实施例的一种小型化X射线多模快速成像装置,包括:外壳1、设置于外壳1内部的X射线光源2与安装架3,以及沿X射线光源2的光路方向依次设置的样品台4、相位光栅5、吸收光栅6和探测器7;
样品台4用于放置样品9,其设置在安装架3上;
相位光栅5和吸收光栅6均通过两端连接的位置调节机构8设置在安装架3上,且依次处于样品台4下方;
探测器7处于样品台4下方,用于探测并收集样品9信息。
其中,X射线光源2与相位光栅5、吸收光栅6的配置满足Talbot光栅系统的参数要求,具体为满足以下公式:
其中,n为Talbot阶数,n=1,3,5,…;dn为n阶talbot距离,λ为X射线波长,p1、p2分别为相位光栅5、吸收光栅6的周期,L为X射线光源2与相位光栅5之间的距离,D为相位光栅5、吸收光栅6之间的距离。
相位光栅5透射X射线,以通过talbot效应形成干涉强度分布,吸收光栅6用于遮蔽由相位光栅5形成的干涉强度分布以产生波纹,探测器7用于检测由吸收光栅6产生的波纹强度分布的信息,从而收集样品9信息。本装置中增加了光栅相衬成像功能,可以同时获取被检物体的吸收,折射以及散射图像,增加了软组织和钙化点的分辨能力。
其中,相位光栅5和吸收光栅6均可通过位置调节机构8实现垂直方向位置的调节,以使X射线光源2与相位光栅5、吸收光栅6的配置满足上述的光学参数要求。
在一种实施例中,样品台具有电动平移的功能,可电动控制垂直移动,用样品台的平移代替光栅的步进,能减低对机械精度要求。需要理解的是,样品台的电动平移功能与光栅的位置调节机构并不冲突,在安装时可通过位置调节机构调节好光栅的位置,检测过程中可利用电动控制样品台垂直移动。
在一种实施例中,参照图2-7,位置调节机构8包括沿垂直方向固定设置在安装架3的内壁上的直线导轨80、可滑动设置在直线导轨80上的滑块81、固接在滑块81上的用于与相位光栅5或吸收光栅6的一端连接的光栅安装块82、设置在滑块81下方的用于调节滑块81在直线导轨80上的垂直方向的位置的调节组件83以及可滑动设置在直线导轨80上且与滑块81上端固接的锁紧组件84。
其中,调节组件83包括固接在直线导轨80上且处于滑块81下方的调节块85、开设在调节块85内的调节腔830、可沿垂直方向滑动设置在调节腔830内的楔形块831、卡设在楔形块831底部的倾斜面835和调节腔830的内壁之间的调节球832、沿水平方向开设在调节块85内且与调节腔830连通的螺纹孔833及配合插设在螺纹孔833内且内端伸入调节腔830以与调节球832顶贴的调节螺柱834。调节螺柱834与调节球832通过弧形面接触。调节螺柱834的右端还设置有调节帽。
其中,楔形块831的上表面与滑块81顶贴,楔形块831的与调节腔830内壁和直线导轨80接触的两侧面上均设置有滚轮836,楔形块831左右侧面通过滚轮836与调节腔830内壁和直线导轨80接触,使楔形块831上下滑动更加顺畅;调节螺柱834用于推动调节球832沿水平方向移动,以通过调节球832与楔形块831的倾斜面835配合带动楔形块831沿垂直方向向上移动,从而推动滑块81沿垂直方向向上移动。
在进一步优选的实施例中,参照图3-7,锁紧组件84包括可沿垂直方向滑动设置在直线导轨80上的锁紧块840、沿水平方向开设在锁紧块840内的通孔841及配合插设在通孔841内的锁紧柱842。
其中,锁紧块840上与直线导轨80接触的第一侧壁8440上开设有与通孔841连通的容纳槽843,锁紧柱的第一端8420穿过通孔841伸入容纳槽843内。
其中,锁紧柱的第一端8420上连接有卡盘844,锁紧柱842上套设有弹簧845,且弹簧845卡设在卡盘844与容纳槽843的内壁之间;卡盘844上设置有用于与直线导轨80的侧壁顶贴的弧形弹片8421。弹簧845压紧在卡盘844和容纳槽843右侧的内壁之间。
其中,锁紧柱842的第二端上连接有拉盘846,拉盘846上设置有插柱847,锁紧块的第二侧壁8441上开设有供插柱847配合插入的插孔8442,第二侧壁8441与第一侧壁8440相对。
其中,锁紧块840的上方还设置有与直线导轨80固接的挡板86,挡板86和锁紧块840之间连接有压簧87。
利用位置调节机构8可实现相位光栅5和吸收光栅6位置的精确调节,在优选的实施例中,相位光栅5和吸收光栅6两端均设置一个位置调节机构8。参照图2-7,以相位光栅5两端的两位置调节机构8为例进行说明。例如,当需要调节相位光栅5使其垂直向上移动时,先松开锁紧组件84,对调节组件83解锁(后面详细说明锁紧组件84的锁紧与解锁原理),滑块81可上下滑动,然后旋转调节螺柱834,调节螺柱834与调节块85螺纹配合,使调节螺柱834向右移动(调节螺柱834伸入调节腔830),推动调节球832向右移动,调节球832顶压楔形块831底部的倾斜面835,使楔形块831向上移动,从而推动滑块81向上滑动,调节至适宜位置后停止旋转调节螺柱834,并通过锁紧组件84锁紧。通过相同的调节相位光栅5两端的两位置调节机构8,从而使相位光栅5向上移动至合适位置。当需要向下调节相位光栅5时,原理相同,反向转动调节螺柱834,通过滑块81的重力以及压簧87向下的弹力作用,滑块81向下移动,组合通过锁紧组件84锁紧。其中,通过调节球832与楔形块831底部的倾斜面835配合将水平运动转化为垂直运动,更为重要的是缩小了滑块81上下运动的行程,即将调节螺柱834的大行程位移转换为滑块81的小行程位移(调节螺柱834向右运动一大段,滑块81也只会向上运动一小段),从而能实现滑块81上下运动的精确调节。其中,压簧87保持压缩状态,对滑块81始终具有向下的弹力作用,压簧87的设置既能为滑块81向下运动提供回程动力,又能提供预紧力,使滑块81和楔形块831之间保持紧贴,增加调节精度。
利用锁紧组件84实现滑块81的锁紧,保证调节好光栅位置后不会移动,其锁紧原理为:例如,当调节好相位光栅5的位置后,转动拉盘846,使拉盘846右侧的插柱847对准锁紧块840上的插孔8442,然后松开拉盘846,在锁紧柱842右端的弹簧845的拉力作用下,锁紧柱842向右移动,插柱847插入插孔8442内,锁紧柱842右端顶贴在直线导轨80上,使锁紧块840上下运动被限制,实现锁紧(如图2或3)。当解锁时,向左拉动拉盘846,使锁紧柱842向左移动,插柱847脱离插孔8442,锁紧柱842右端的卡盘844向左移动压缩弹簧845,锁紧柱842右端脱离直线导轨80,锁紧块840可上下运动,解除锁紧(如图4)。其中,锁紧柱842右端的弹片能便于锁紧柱842压紧直线导轨80,使锁紧更加牢固。
本发明通过上述位置调节机构8能实现相位光栅5和吸收光栅6垂直位置的精确调节,以满足光学参数的要求,且调节好后锁紧方便、牢固。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节。
Claims (10)
1.一种小型化X射线多模快速成像装置,其特征在于,包括:外壳、设置于所述外壳内部的X射线光源与安装架,以及沿X射线光源的光路方向依次设置的样品台、相位光栅、吸收光栅和探测器;
所述样品台用于放置样品,其设置在所述安装架上;
所述相位光栅和吸收光栅均通过两端连接的位置调节机构设置在所述安装架上,且依次处于所述样品台下方;
所述探测器处于所述样品台下方,用于探测并收集样品信息。
2.根据权利要求1所述的小型化X射线多模快速成像装置,其特征在于,所述X射线光源与相位光栅、吸收光栅的配置满足Talbot光栅系统的参数要求,具体为满足以下公式:
其中,n为Talbot阶数,n=1,3,5,…;dn为n阶talbot距离,λ为X射线波长,p1、p2分别为相位光栅、吸收光栅的周期,L为X射线光源与相位光栅之间的距离,D为相位光栅、吸收光栅之间的距离。
3.根据权利要求1所述的小型化X射线多模快速成像装置,其特征在于,所述位置调节机构包括沿垂直方向固定设置在所述安装架的内壁上的直线导轨、可滑动设置在所述直线导轨上的滑块、固接在所述滑块上的用于与所述相位光栅或吸收光栅的一端连接的光栅安装块、设置在所述滑块下方的用于调节所述滑块在所述直线导轨上的垂直方向的位置的调节组件以及可滑动设置在所述直线导轨上且与所述滑块上端固接的锁紧组件。
4.根据权利要求2所述的小型化X射线多模快速成像装置,其特征在于,所述调节组件包括固接在所述直线导轨上且处于所述滑块下方的调节块、开设在所述调节块内的调节腔、可沿垂直方向滑动设置在所述调节腔内的楔形块、卡设在所述楔形块底部的倾斜面和调节腔的内壁之间的调节球、沿水平方向开设在所述调节块内且与所述调节腔连通的螺纹孔及配合插设在所述螺纹孔内且内端伸入所述调节腔以与所述调节球顶贴的调节螺柱。
5.根据权利要求4所述的小型化X射线多模快速成像装置,其特征在于,所述楔形块的上表面与所述滑块顶贴,所述楔形块的与所述调节腔内壁和直线导轨接触的两侧面上均设置有滚轮;所述调节螺柱用于推动所述调节球沿水平方向移动,以通过所述调节球与所述楔形块的倾斜面配合带动所述楔形块沿垂直方向向上移动,从而推动所述滑块沿垂直方向向上移动。
6.根据权利要求5所述的小型化X射线多模快速成像装置,其特征在于,所述锁紧组件包括可沿垂直方向滑动设置在所述直线导轨上的锁紧块、沿水平方向开设在所述锁紧块内的通孔及配合插设在所述通孔内的锁紧柱。
7.根据权利要求6所述的小型化X射线多模快速成像装置,其特征在于,所述锁紧块上与所述直线导轨接触的第一侧壁上开设有与所述通孔连通的容纳槽,所述锁紧柱的第一端穿过所述通孔伸入容纳槽内。
8.根据权利要求7所述的小型化X射线多模快速成像装置,其特征在于,所述锁紧柱的第一端上连接有卡盘,所述锁紧柱上套设有弹簧,且所述弹簧卡设在所述卡盘与所述容纳槽的内壁之间;所述卡盘上设置有用于与所述直线导轨的侧壁顶贴的弧形弹片。
9.根据权利要求8所述的小型化X射线多模快速成像装置,其特征在于,所述锁紧柱的第二端上连接有拉盘,所述拉盘上设置有插柱,所述锁紧块的第二侧壁上开设有供所述插柱配合插入的插孔,所述第二侧壁与第一侧壁相对。
10.根据权利要求9所述的小型化X射线多模快速成像装置,其特征在于,所述锁紧块的上方还设置有与所述直线导轨固接的挡板,所述挡板和锁紧块之间连接有压簧。
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