CN110279428A - 平板ct机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平板CT机，包括射线发射器和平板探测器，射线发射器采用360°扫描或180°扫描；平板探测器在垂直于其圆周运动的轴线方向的长度大于17英寸。平板探测器选用比DSA用平板探测器更大的长度与宽度，可覆盖人体的单个部位，不再需要螺旋扫描。扫描期间床不运动，且扫描时间大幅缩小，能有效减少运动伪影；大幅降低病人受辐照剂量；空间分辨率、纵向扫描层数大幅提升，是无间隙的扫描，能确保不漏检。采用X射线发射的脉冲控制技术，避免了拖尾与余辉，使得CT机得到的数据更真实，图像更清晰。通过脉冲控制技术或半圈扫描方式，使扫描频率降低一半，并通过重新设计探测器单元数，使得平板CT机有了实际应用的可能。

Description

平板CT机

技术领域

本发明涉及CT设备技术领域，尤其涉及一种平板CT机。

背景技术

CT(Computed Tomography)，即电子计算机断层扫描。现有CT成像基本原理是用X线束对人体检查部位的一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器(analog/digitalconverter)转为数字信号，输入计算机处理。图像形成的处理有如将选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素(voxel)。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵(digital matrix)。数字矩阵可存储于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素(pixel)，并按矩阵排列，即构成CT图像。其中核心的就是CT机探测器与射线发射器。

现有CT机上使用的是结构庞大的CT专用的探测器，大多为稀土陶瓷材质，呈弧形，其探测器结构为一排排的探测器并排分布(下有与之相应的光电转换电路、模数转换电路)，排数由最初的单排，发展到现在的主流128排(个别256排或320排)，每排的有效探测单元数小于900个。

现有的CT机探测器存在以下客观缺点：

1.探测器排数有限，使得旋转扫描360°所能扫描的范围比较窄(现在纵向最宽的探测器为160mm，基本可满足小部位的单圈扫描要求，但还是不能满足大部位的单圈扫描要求)，对一个部位需要多圈螺旋扫描才能完成，扫描时床在运动，容易形成运动伪影。

2.因为螺旋扫描，扫描360°的图像不是一个真正的横断切面，而是有一定层厚的不在同一切面上的断面图像，虽然现在的256排已经能做到625um层厚(最薄400um)，但终究不是等轴图像；存在层间间隔，虽然现在的256排也能通过算法给出625um(最薄400um)厚的层间间隙图像，但终究不是真实的图像。存在对初期的极细微病灶漏检的可能。

3.扫描时间长；病人受辐照的剂量也大。因需多圈扫描，时间较长；也导致病人接受辐射照射的剂量加大。

4.空间分辨率较低，重建图像像素不高。最高分辨率小于24Lp/cm，重建图像像素一般为512*512或1024*1024。

鉴于以上现有CT机的缺陷，很多厂家试图将平板探测器应用于CT机。但目前市面上用于DR与DSA的医用平板探测器的单边尺寸最大为17英寸(约43cm)，完全能满足使用需求，但如果要应用到平板CT机上尺寸还是太小，在横向上无法将腹部与胸部纳入扫描范围；同时，经过尝试得到的图像均不理想，且至今没有找到有效的解决办法，从而无法向市场推广。

发明内容

本发明的目的是为了在一定程度上解决现有技术中存在的至少一个问题，提供一种扫描速度快、图像更真实、图像质量更优、避免漏检、功能更全的平板CT机，其技术方案如下：

平板CT机，其扫描架包括机架、旋转装置、射线发射器和平板探测器，及用于为上述各部件提供支撑、驱动、冷却、电源、控制、数据收发与处理、定位等的其它部件；所述旋转装置设于所述机架内，所述射线发射器和所述平板探测器相对地设于所述旋转装置中并且能够由所述旋转装置带动做同轴圆周上的同步运动；

所述射线发射器采用360°扫描或180°扫描；

所述平板探测器在垂直于其圆周运动的轴线方向的长度大于17英寸(常用25英寸以上)，能够将人体肩宽方向最宽的部位包含在扫描范围内；其圆周运动的轴线方向上的宽度(常用25英寸以上)能够将人体单个部位(四肢可以除外)包含在内，任何单个部位的扫描过程中圴不需要检查床的移动。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，所述射线发射器采用360°扫描的扫描方式时，所述射线发射器采用脉冲控制方式，所述射线发射器的控制电路中设有脉冲调制电路，所述平板探测器的读数脉冲信号通过所述脉冲调制电路调制后用于控制所述射线发射器发射射线；

控制所述射线发射器发射射线的脉冲信号与所述平板探测器读数脉冲信号频率一致，但相位相反；

所述射线发射器发射的射线为所述平板探测器读数脉冲信号控制下的高频部分频率远高于探测器读数频率的双频X射线(高频+低频)，所述射线发射器在所述平板探测器采集数据时发射射线，在所述平板探测器读数时不发射射线。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，控制所述射线发射器发射射线的脉冲信号与所述平板探测器读数脉冲信号均为高低电位时间轴等宽的方波脉冲信号。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，在操作台电脑的控制下，控制所述射线发射器发射射线的脉冲信号与所述平板探测器读数脉冲信号在所述射线发射器与所述平板探测器旋转扫描的前180°和后180°各自需要进行反相。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，所述射线发射器采用180°扫描的扫描方式时，所述扫描架包括C形臂结构；所述射线发射器发射的射线为频率远高于所述平板探测器读数频率的高频X射线，在平板探测器采集与读数的过程中所述射线发射器不停地发射射线。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，采用射线脉冲控制方式扫描的平板CT机或180°扫描方式的平板CT机，当所述平板探测器受读数频率限制时需要重新设计：所述平板CT机采用4K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为1634个，该数量可在±5％范围内浮动；所述平板CT机采用8K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为2312个，该数量可在±5％范围内浮动；所述平板CT机采用16K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为3269个，该数量可在±5％范围内浮动。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，所述射线发射器采用360°扫描的扫描方式且所述射线发射器发射的射线为频率远高于探测器读数频率的高频X射线，在平板探测器采集与读数的过程中所述射线发射器不停地发射射线时，当所述平板探测器受读数频率限制时需要重新设计：所述平板CT机采用4K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为1156个，该数量可在±5％范围内浮动；所述平板CT机采用8K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为1634个，该数量可在±5％范围内浮动；所述平板CT机采用16K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为2312个，该数量可在±5％范围内浮动。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，所述平板CT机还包括制冷装置，所述制冷装置设于所述平板探测器的底部，所述制冷装置能够与所述平板探测器同步旋转；

当所述平板CT机采用360°扫描的扫描方式时，所述制冷装置采用半导体制冷方式。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，所述平板CT机的扫描架上设有多个定位灯，所述定位灯打出的落在肩宽方向上的激光定位线为至少两条，用于对扫描部位进行前、后定位，使扫描部位定位在所述平板探测器的最大探测范围内。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，位于所述平板探测器下方的旋转装置上设有用于平衡所述平板探测器与所述射线发射器的重量的配重块。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，由于平板探测器的宽度增加，即检查床进出机架方向上的宽度增加，相应的射线发射器的发射窗口在该方向上的宽度也需要增加并匹配平板探测器的宽度，可以通过限束器来实现；同样地，旋转装置及机架在检查床进出机架方向上的宽度也要相应地增加。

作为所述的平板CT机的进一步可选的方案，平板CT机除了扫描架以外，还包括电源柜、检查床、操作台电脑、图像工作站等组成部分。由于平板CT机图像像素与扫描层数的大幅提升，以及功能的大幅提升，相应地操作台电脑与图像工作站的计算能力、存储能力也需要大幅提升。

本发明的平板CT机至少具有如下优点：

平板CT机将DSA用的医用动态平板探测器应用于CT机上，以替代现有的CT探测器。平板探测器选用比DSA用平板探测器更大的长度(人体肩宽方向，大于17英寸)，及比现有CT探测器更大的宽度(人体身高方向)，可覆盖人体的单个部位(四肢可以除外)，单个部位扫描只需要扫描360°或180°(四肢可以除外)，不再需要螺旋扫描；扫描期间不再需要检查床的前后运动，且扫描时间大幅缩小，能有效减少运动伪影；大幅降低病人受辐照的剂量；空间分辨率、纵向扫描层数大幅提升，是无间隙的扫描，能确保不漏检。

通过定位灯即可实现定位功能，不再需要定位片的扫描，既节省了工作时间又减少了病人的辐照剂量。

同时，在360°扫描方式时，通过在射线发射器的控制电路中增加脉冲调制电路，用平板探测器读数脉冲信号来控制射线的输出，这样原本高频(相对于平板探测器的读数频率)的射线受低频信号(也就是脉冲信号)的控制，并且脉冲信号频率可变，射线发射器的射线频率与平板探测器的读数频率一致，但相位相反，使得射线发射器在发射射线时平板探测器只采集数据而不读数，读数时不发射射线，且两种信号均为高低电位时间轴等宽的方波脉冲信号，避免了拖尾与余辉，得到的数据更真实，图像更清晰。

优化射线发射器发射射线的工作方案，采用两种脉冲调制信号在后180度与前180度扫描时各自相位反相的技术，可避免读数数据的遗落与重复，保证投影数据的准确。最重要的是，通过360°扫描方式时运用以上脉冲控制技术，或是采用180°扫描方式，相比现有CT机360°扫描方式，使平板CT机可将平板探测器的扫描频率(也称读数频率)降低一半，使平板CT机的应用从技术上变得更容易实现，降低了平板探测器的制造成本与使用成本，并使探测器对散热要求大幅降低。

由于可以采用180°扫描方式，使得平板CT机的扫描架可以做成各种形式的C形臂结构，既可固定，也可移动，可满足各种使用环境条件或成本的要求。

同时给出了解决现实问题的方案：当平板CT机受所述平板探测器读数频率限制时，通过重新设计平板探测器的探测单元数(也称阵元数)而降低对平板探测器读数频率的要求，使平板CT机的应用变得更容易实现，且更进一步降低了平板探测器的制造成本与使用成本，进一步降低探测器的散热成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的平板CT机的扫描架结构示意图。

主要元件符号说明：

1-扫描架；11-机架；111-内孔；12-射线发射器；13-平板探测器；14-旋转装置；15-制冷装置。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种平板CT机的扫描架1，包括机架11、射线发射器12、平板探测器13、旋转装置14和制冷装置15。

机架11上形成有内孔111，射线发射器12和平板探测器13相对地设于旋转装置14中并且能够由旋转装置14带动沿内孔111的轴线做圆周上的运动。

在本实施例中，平板CT机采用360°扫描方式，其扫描架1的大体结构与现有第三代CT机类似。在其它实施例，平板CT机还可以采用180°扫描方式，此时，其扫描架1除可做成与传统CT机类似的结构外，还可以做成各种C形臂的结构。

在本实施例中，扫描架1为平板CT机的主体。机架11以机座为基础，用于安装和承载其它部件。在机架11中设置有各种电源箱、驱动电机、无线发射与接收装置、各种电缆、碳刷、旋转阳极启动电路、KV与mA控制电路、逆变电路以及为扫描提供定位的激光灯等，旋转装置14也通过转轴受其承载。

内孔111形成于机架11上，用于检查床载着被检查物进出扫描架，射线发射器12朝向内孔111发射射线，平板探测器13的探测面朝向内孔111。射线发射器12可以产生X射线。平板探测器13用于接收射线发射器12产生的X射线经被检测物吸收后的剩余的X射线量，并将X射线转化为电信号，再经模数转换为数字信号。制冷装置15用于冷却平板探测器13。旋转装置14用于承载射线发射器12、平板探测器13及制冷装置15，使其组成一个整体旋转。

旋转装置14通过转轴与机架11相连，机架11中设有用于驱动旋转装置14转动的驱动装置，驱动旋转装置14，并由旋转装置14带动射线发射器12、平板探测器13及制冷装置15围绕内孔的轴线同轴、同步转动。

平板探测器13可以由平板探测器模块拼接而成，也可以由整块板(需要重新设计)组成。

由于现有DSA用的17英寸平板探测器大多使用的是4块平板拼接而成(也有整块板的，但像素低很多)，拼接处的图像用软件进行处理，所以简单的办法就是在原来4块拼接的基础上再拼接2块(形成2*3的结构，达到17*26英寸)或4块(形成2*4的结构，达到17*43英寸)或5块(形成3*3的结构，达到26*26英寸)或8块(形成3*4的结构，达到26*34英寸)或12块(形成4*4的结构，达到34*34英寸)，或是利用其它尺寸的平板再拼接，形成各种不同规格的平板，这样技术上容易实现，像素也可增加。但此种拼接的方法由于探测器每行单元数过多，对探测器读数频率的要求过高，现实中难以实现。以26英寸(实际为25.5英寸)长的平板探测器13(约154um探测单元边长，每行约4205个单元)为例，能得到的有意义最大有效投影矩阵值7451*7451；能得到重建图像的像素约为5268*5268；在现有CT机扫描方式下，如1秒完成对17英寸物体扫描360°，需要的扫描频率约为13204Hz；以0.5秒的最小时间完成对17英寸物体扫描360°，需要的扫描频率约为26407Hz，以0.3秒的最小时间完成对17英寸物体扫描360°，需要的扫描频率约为44012Hz，对平板探测器的扫描频率要求太高，实际应用中难以实现。

所以，现实中需要对平板探测器的阵元结构进行重新设计(详见下文)，通过降低阵元数来降低对读数频率的要求。

平板探测器13的尺寸可以根据厂家的需要自行确定。一般由射线发射器12的射线发射角度、机架11中心进出检查床部位的内孔111直径、旋转装置14的直径的大小来决定平板探测器13在垂直于其圆周运动的轴线方向上的长度，以满足人体肩宽方向的扫描；由旋转装置在圆周运动的轴线方向上的宽度来决定平板探测器13在其圆周运动的轴线方向上的宽度，但要以满足人体身高方向上单部位(四肢可以除外)的扫描为前提。平板探测器13的长度大致为现有的CT机的弧形探测器有效探测单元阵列所在的弧对应的弦长，目的是保证体型较大的病人的最宽身体部位扫描包含在探测器的可测范围内。如平板探测器13的长度为26～34英寸、宽度为26～34英寸，但不限于该尺寸，优选可以为26*26英寸。

本实施例中，平板探测器13在垂直于其圆周运动的轴线方向上的长度选用26英寸，宽度选用26英寸。

平板探测器13可选用各种材质。本实施例中，平板探测器13使用碘化铯(Csl)柱状晶体结构的闪烁体涂层的非晶硅平板，因非晶硅的密度分辨率高于非晶硒，虽然在空间分辨率上相对差一些，但由于平板与病人之间的距离及平板尺寸的加大，使得图像有约50％的放大，图像的空间分辨率可提高约50％，相对降低了对平板探测器空间分辨率的要求。

旋转装置14呈圆环状，射线发射器12和平板探测器13相对地设置在旋转装置14中，依靠旋转装置14带动相对机架11转动。射线发射器12和平板探测器13需要通电才能工作，但同时二者需要转动，从而对人体进行环向的扫描。

本实施例中采用360°扫描的方式，并将旋转装置14的传输电源的方式设计成滑环，旋转装置14上有众多相互绝缘的导电环，在机架11中设置与旋转装置14的电性连接触点，如碳刷，与旋转装置14上的导电环形成转动的电性连接，将机架中提供给射线发射器12、平板探测器13和冷却装置15的电源传递至旋转装置14中的导电环，旋转装置14的导电环将电传递至射线发射器12、平板探测器13和冷却装置15中，为射线发射器12、平板探测器13和冷却装置15供电。

在其它实施例中，旋转装置14中的导电装置还可以设计成旧的非螺旋CT机上使用的电源传输方法：通过电缆将电源及各种控制、数据直接连接到射线发射器12、平板探测器13(及冷却装置15)中。此方法比较适宜于采用180°扫描方式的平板CT机，适合于将扫描架做成各种C形臂的结构，可降低成本。

本实施例中，平板探测器13的读数脉冲信号与采集的投影数据的数字信号，及冷却装置15的温度数据与控制信号，均通过各自的无线通讯模块与机架11中的无线接收与发射装置通信，再通过光缆传输至操作台电脑。

机架11上形成有与旋转装置14同轴的圆形内孔111，用于被检查物进出机架11，射线发射器12朝向内孔111发射射线，平板探测器13的探测面朝向内孔111。内孔111的直径尺寸不小于17英寸。

平板CT还包括检查床，检查床在平行于内孔111的轴线方向上移动。

平板CT机还包括制冷装置15，制冷装置15用于冷却平板探测器13，将平板探测器13的工作温度控制在适宜的温度。上述的非晶硅平板材质的平板探测器13要求的工作温度约为17摄氏度，目前应用到DSA的动态平板制冷大多为水冷，制冷主机置于控制柜中，由2条水管连接到平板探测器，这样无法应用到本实施例中以滑环形式的旋转装置14的CT机上。

本实施例中，将制冷装置15集成到旋转装置14中，制冷装置15的制冷单元设于平板探测器13的底部，制冷装置15能够与射线发射器12、平板探测器13同步旋转，与平板探测器13的相对位置固定。

制冷装置15的制冷方式可以是半导体制冷、压缩机加制冷剂制冷、氨制冷等任何一种方式，其电源同样从旋转装置14的导电环中获得。

本实施例中，制冷装置15为半导体制冷方式。半导体制冷的工作原理是基于帕尔帖(Peltier)原理，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的，它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件，制冷速度快，可靠性也比较高。采用半导体制冷方式的本制冷装置15，其制冷单元的冷、热端均采用导热性良好的合金散热件，中间涂有导热硅脂，合金散热件既起散热的作用，也起固定平板探测器13与冷却装置15的作用，并通过散热件固定到旋转装置14上的底座16上；平板探测器的底部直接固定在制冷装置15的制冷单元的冷端合金散热件(涂有导热硅脂)上；制冷装置15的制冷单元的热端采用风扇散热，数排风扇并联，风扇固定在热端的合金散热件上。风扇的电源来自冷却装置15的控制单元(下面提及)，风扇的转速也受其控制。

进一步地，制冷装置15包括控制单元、以及分别与控制单元电性连接的温度传感单元和制冷单元。控制单元设置于旋转装置14的合适位置，为整个制冷装置15提供电源与控制，其本身的电源来自旋转装置14(滑环上的电环)。温度传感器单元至少包括6个温度传感器，均匀地设置于冷却装置15的冷端并紧贴(最好能嵌入)平板探测器13的散热合金件，用于感测平板探测器13各点的温度，保证整个平板探测器13温度一致；控制单元上设有无线通讯模块，温度传感器将感测的平板探测器13的温度通过无线通讯模块传送至机架11的上的无线发射与接收装置，再由光缆传至操作台电脑，操作台电脑再将控制信号通过无线通讯模块发送给控制单元；当所述温度传感器感测到所述平板探测器13的任何部位温度不在预设温度范围内时，所述控制器控制所述制冷单元调节制冷效率，若感测的温度高于目标温度，则提高制冷效率，若感测到的温度与目标温度相等，则保持制冷单元的制冷效率。操作台电脑的显示屏上能够实时地显示平板探测器13各部位的温度，如果平板探测器13的温度高于操作台电脑设置温度2摄氏度，或任何一个温度感应点的温度高出其余感应点2摄氏度，操作台电脑将发出温度错误报警。

平板探测器13在待机状态下和工作状态下可以具有不同的温度标准，如在待机的状态下平板探测器13的温度可以控制在25摄氏度左右，在工作状态下平板探测器13的温度可以控制在17摄氏度，以达到节能降耗的效果。

旋转装置14上的射线发射器12、平板探测器13相对设置，需要发射侧与对面接收侧重量相等，二者重心在同一个圆的同一直径线上，且该圆与旋转装置14的中心圆为同心圆，以保证旋转装置14的转动平衡性。

由于射线发射器12(含球管与高压油箱)的重量比平板探测器13与制冷装置15的重量之和大，在平板侧中心线的旋转装置14上设有配重块，用于精确配重，保证旋转装置14旋转时的平衡。为减轻整体重量，可以将射线发射器12中的2个高压油箱对称地设置于尽量靠近平板探测器13两侧，以减少配重块的重量。

本实施例的平板CT机采用的平板探测器13为平面式，采用立体梯形扫描方式。但如果能将平板探测器13做成孤形更好，采用孤形扫描方式能够有效解决平面式平板探测器因每行的两侧不能垂直接收射线而产生的可能降低光电转换效率的问题，图像质量将更佳。

本实施例中，通过增加机架11上定位灯的数量，使定位灯打出的落在肩宽方向上的激光定位线增加到3条，用于对扫描部位进行前、中、后的定位，使扫描部位定位在平板探测器13的最大探测范围内。由于平板CT机不再需要螺旋扫描，这样通过定位灯就可实现扫描部位的定位功能，使得平板CT机不再需要做定位片的扫描。

由于平板探测器13的宽度增加，即检查床进出机架方向上的宽度增加，相应的射线发射器12的发射窗口在该方向上的宽度也需要增加并匹配平板探测器13的宽度，可以通过限束器来实现；同样地旋转装置14及机架11在检查床进出机架方向上的宽度也要相应地增加。

平板CT机除了扫描架1以外，还包括电源柜、检查床、操作台电脑、图像工作站等组成部分。由于平板CT机图像像素与扫描层数的大幅提升，以及功能的大幅提升，对相应电脑的计算能力与存储能力的要求也将提高。

本实施例还对射线发射器12发射射线的控制方式进行了改进。

现有CT机在扫描时，射线装置发射的射线为高频X射线(相对于平板探测器13的读数频率而言，远高于平板探测器13的读数频率)，在整个扫描360°的过程中不停地发射射线。这样，在探测器读数时还有射线在射向探测器，会产生拖尾效应，给数据带来影响；同时，探测器读数的时间相对于其采集时间相当地短，读数末尾会有残留，产生余辉效应，影响下一个读数的精度；更重要的是，现有CT机由于探测器每行阵元数很少，能得到的投影矩阵数不多，必须以高扫描频率来完成扫描360°，才能获得最大的有效投影矩阵，从而得到最大约1K的图像像素，这就是现有CT机采用读数时间远远小于采集时间(几乎每个读数周期的时间全部用于数据采集)并完整扫描360°的原因。

但对于现有DSA用的平板探测器，由于其每行的阵元数太高，对平板探测器读数频率要求也过高，实际中难以实现，从而限制了将平板探测器应用于CT机，这就是到目前为止还没有可应用的平板CT机的最主要原因；同时，太高的投影矩阵与图像像素暂时还用不上，如果将其投影矩阵与图像像素均降低一半，还能得到很高的图像像素，这就为射线脉冲控制方式下的扫描与180°方式扫描提供了物质基础，此两种方式均可将扫描频率降低一半，从而得到现有CT机扫描方式下一半的投影矩阵与图像像素；也为后面重新设计平板探测器的阵元数量提供了思路。

为避免现有CT机探测器读数过程中还有射线不停地射向探测器产生拖尾现象，以及探测器读数末尾的余辉效应，从而影响其数据的准确性，并使其扫描频率降低一半，在本实施例中，平板CT机的射线发射器12的射线发射控制与平板探测器13的读数控制均采用脉冲调制(或称门控)技术。在现有CT机射线发射器的前级控制电路中增加脉冲调制电路(比如在逆变电路的主直流电源部分加装一场效应管，在探测器读数脉冲信号到达此场效应管的栅极前通过一反相电路进行反相处理，反相处理后的信号变为射线脉冲控制信号，用来控制此场效应管的通断)，用操作台电脑发出的平板探测器13读数脉冲信号来控制射线的输出，这样原本高频的射线受低频信号(在此称控制射线输出的信号为射线脉冲调制信号或射线脉冲控制信号，由平板探测器13读数脉冲信号进行反相后获得)的控制，并且低频频率可变。射线脉冲调制信号与探测器读数脉冲信号均为方波脉冲信号，频率一致，但相位相反。射线脉冲调制信号处于高电位时射线发射器发射射线，平板探测器13的读数脉冲调制信号处于低电位，只采集数据而不读数；当射线脉冲调制信号处于低电位时射线发射器不发射射线，平板探测器13的读数脉冲调制信号处于高电位，不采集数据而进行读数；发射射线时不读数，读数时不发射射线。

本实施例中，射线脉冲调制信号的频率受平板探测器13的读数脉冲调制信号的控制；平板探测器13的读数脉冲调制信号的频率受操作台电脑的扫描条件中要求的投影矩阵值与扫描时间的控制，电脑根据此频率自动给出一个5V的方波脉冲信号(即平板探测器13的读数脉冲调制信号)，可以高低电位时间轴等宽，也可以在扫描180度后进行反相，全由电脑中的软件设置。平板探测器13的读数脉冲调制信号频率的计算公式为：X＝Y/Z/T，其中X为平板探测器13的读数脉冲调制信号频率，Y为要求达到的投影矩阵值，Z为平板探测器13每行的单元数(也称阵元数)，T为扫描360°的时间。

本实施例中，平板探测器13的读数脉冲调制信号与射线发射器12的射线脉冲调制信号除了频率相同而相位相反外，均采用高低电位的时间轴等宽度设计(即高电位时间＝低电位时间)，使射线发射装置12发射射线的时间与平板探测器13的读数时间相等，以在最大限度获取数据与消除余辉效应之间获得平衡。

本实施例采用360°扫描方式，为保证平板CT机均匀地获得360°扫描时切面各轴线的投影，在平板探测器13旋转到180度时，平板探测器13的读数脉冲调制信号与射线脉冲调制信号均需各自进行反相(与前180度相位相反)，以获得在前180度扫描范围内平板探测器13读数时因射线发射器不发射射线及平板探测器不采集而漏掉的轴线的投影数据，否则，后180度的扫描获得的扫描数据很有可能还是重复前180度扫描的数据，而漏掉的还是漏掉。

本实施例中，根据射线脉冲调制信号在电路中的设置位置及其后级电路的延时特性，可能需要在平板探测器13读数脉冲信号电路中增加延时装置，以保证射线脉冲调制信号到达射线发射装置12的时间与平板探测器13读数脉冲信号到达平板探测器13的时间相同。

在其它实施例，也可以采用现有CT机的射线发射方式：射线发射器12发射的射线为高频X射线，在平板探测器13采集与读数的过程中射线发射器12不停地发射射线，要求平板探测器13的读数时间相对于其采集时间相当地短，几乎可以忽略不计。此时，可采用180°扫描的方式，由于只扫描180°，扫描时间缩短一半，使得其可以用同样时间下扫描360°所需探测器读数频率的一半进行扫描，达到使扫描频率降低一半的目的。但此种方式还是存在拖尾与余辉的问题，对图像有一定的影响，需要软件的处理。

然而，尽管通过射线脉冲控制方式或180°扫描方式将平板CT机对探测器读数频率的要求降低了一半，但还是频率过高，且现实中为尽量消除心脏跳动的伪影对扫描时间的要求很高(通常要求0.3秒以内)，扫描时间越短，要求的扫描频率越高，要求的探测器读数频率还是难以实现。以26英寸(实际为25.5英寸)长的平板探测器13(约154um探测单元边长，每行约4205个单元)为例，通过射线脉冲控制方式或180°扫描方式扫描，能得到的有意义最大有效投影矩阵值约5268*5268；能得到重建图像像素约为3725*3725；如1秒完成对17英寸物体扫描360°，需要的扫描频率约为7052Hz；以0.5秒的最小时间完成对17英寸物体扫描360°，需要的扫描频率约为14105Hz，以0.3秒的最小时间完成对17英寸物体扫描360°，需要的扫描频率约为23508Hz，对平板探测器的扫描频率要求还是太高，实际应用中难以实现。

为此，需要重新设计平板探测器13的阵元数量。

采用射线脉冲控制方式扫描的平板CT机或180°扫描方式的平板CT机，当平板探测器13受读数频率限制时需要重新设计：1、采用4K投影矩阵值时，可将每行探测器单元数设计为1634个，允许在±5％范围内浮动；能得到2K(1448*1448)的重建图像像素；需要的平板探测器13读数频率以1秒完成一圈扫描时约为2565Hz，以0.5秒完成一圈扫描时约为5130Hz，以0.3秒完成一圈扫描时约为8551Hz，以上频率随着单元数的浮动而变化，且同样允许在±5％范围内浮动。2、采用8K投影矩阵值时，可将每行探测器单元数设计为2312个，允许在±5％范围内浮动；能得到4K(2048*2048)的重建图像像素；需要的平板探测器13读数频率以1秒完成一圈扫描时约为3630Hz，以0.5秒完成一圈扫描时约为7260Hz，以0.3秒完成一圈扫描时约为12100Hz，以上频率随着单元数的浮动而变化，且同样允许在±5％范围内浮动。3、采用16K投影矩阵值时，可将每行探测器单元数设计为3269个，允许在±5％范围内浮动；能得到8K(2896*2896)的重建图像像素；需要的平板探测器13读数频率以1秒完成一圈扫描时约为5132Hz，以0.5秒完成一圈扫描时约为10265Hz，以0.3秒完成一圈扫描时约为17108Hz，以上频率随着单元数的浮动而变化，且同样允许在±5％范围内浮动。所述平板探测器13的阵元尺寸随平板探测器13的整体尺寸不同而不同，但均是均匀且无间隙地排列；且整个探测器的每行之间也是均匀且无间隙地排列。

采用现有CT机的射线发射器工作方式并扫描360°的平板CT机，射线发射器12发射的射线为频率高于平板探测器13读数频率的X射线，在平板探测器13采集与读数的过程中射线发射器12不停地发射射线，当平板探测器13受读数频率限制时需要重新设计：1、采用4K投影矩阵值时，可将每行探测器有效探测单元数设计为1156个，允许在±5％范围内浮动；能得到2K(1448*1448)的重建图像像素；需要的平板探测器13读数频率以1秒完成一圈扫描时约为3630Hz，以0.5秒完成一圈扫描时约为7260Hz，以0.3秒完成一圈扫描时约为12099Hz，以上频率随着单元数的浮动而变化，且同样允许在±5％范围内浮动。2、采用8K投影矩阵值时，可将每行探测器单元数设计为1634个，允许在±5％范围内浮动；能得到4K(2048*2048)的重建图像像素；需要的平板探测器13读数频率以1秒完成一圈扫描时约为5131Hz，以0.5秒完成一圈扫描时约为10262Hz，以0.3秒完成一圈扫描时约为17102Hz，以上频率随着单元数的浮动而变化，且同样允许在±5％范围内浮动。3、采用16K投影矩阵值时，可将每行探测器单元数设计为2312个，允许在±5％范围内浮动；能得到8K(2896*2896)的重建图像像素；需要的平板探测器13读数频率以1秒完成一圈扫描时约为7260Hz，以0.5秒完成一圈扫描时约为14519Hz，以0.3秒完成一圈扫描时约为24199Hz，以上频率随着单元数的浮动而变化，且同样允许在±5％范围内浮动。所述平板探测器13的阵元尺寸随平板探测器13的整体尺寸不同而不同，但均是均匀且无间隙地排列；且整个探测器的每行之间也是均匀且无间隙地排列。从以上读数频率来看，虽然同样降低了阵元数量，但在相同像素且扫描时间一样的条件下，以上按现有扫描方式设计的平板探测器13需要的读数频率比射线脉冲控制方式扫描的平板CT机或180°扫描方式的平板CT机中的平板探测器13需要的读数频率高很多；像素越高，要求的读数频率越高，也就限制了其在现实中的使用。所以，采用现有CT机的射线发射器工作方式并扫描360°的平板CT机，在现实中难以实际应用，一般不建议采用。

本实施例中，采用射线脉冲控制方式扫描并对平板探测器进行重新设计：采用4K投影矩阵值，可将每行探测器单元数设计为1634个；能得到2K(1448*1448)的重建图像像素；需要的平板探测器13读数频率以1秒完成360°扫描时约为2565Hz，以0.5秒完成360°扫描时约为5130Hz，以0.3秒完成360°扫描时约为8551Hz。

本实施例以现有CT机的总体结构和基本算法为基础，通过将类似但尺寸加大的DSA用的医用动态平板探测器13应用于CT机上，以替代现有的CT探测器。DSA是数字减影血管造影(Digital subtraction angiography)的英文缩写。与现有的CT机相比，本平板CT机硬件上的改变包括：更换了探测器，并相应地调整了与平板探测器13相关的硬件；增加了探测器冷却装置15，使平板探测器13在高速运行时也可以正常工作；对射线发射的控制方法进行了改进，采用了脉冲控制技术、时间轴等宽技术与180度反相技术，避免了拖尾与余辉，保证了图像的清晰。

通过以上脉冲控制下的360°扫描方式(或是其它实施例中的180°扫描方式)，使得扫描频率降低了一半，并通过重新设计平板探测器的阵元数量，进一步降低对平板探测器读数频率的要求，使得平板CT机有了实际应用的可能。

增加了定位灯的数量，使得通过定位灯就能实现定位功能，不再需要做定位片扫描；由于平板CT机图像像素与扫描层数的大幅提升，以及功能的大幅提升，对相应电脑的计算能力的要求也将提高。软件算法可以大致相同，但也需要进行相应的调整，比如采用滤波反投影算法(FBP)中的扇形束反投影法进行图像重建时，由现有CT机扇形扫描中的等夹角型FBP算法变成了等间距型FBP算法。本设计不涉及相应软件的设计。

通过以上技术，显著提升了平板CT机的性能与功能。

本实施例的平板CT机具有如下技术效果：

一、大幅提升CT机的性能。

1.等轴图像，数据更真实。由于平板探测器宽度(Z轴方向，即检查床的移动方向)较大，达到26～34英寸，可覆盖人体的单个部位(四肢可以除外)，任何单个部位扫描只需要扫描360°，不再需要螺旋扫描，能使断面图像真正为一个切面图像(也称等轴图像)，使数据更真实。

2.减少运动伪影。单部位扫描期间不再需要床的前后运动，消除了床移动引起的运动伪影；且单部位扫描时间大幅缩小(大部位扫描由1～5秒提升到0.3～1秒)，能有效减少病人的呼吸等不自主运动引起的运动伪影。

3.能获得高像素的图像，空间分辨率显著提升。以26英寸(实际为25.5英寸)长的平板探测器为例，采用4K投影矩阵值，每行约1634个单元，每个探测器单元边长约396um，其空间分辨率可达到37Lp/cm以上(随着阵元数的增加而增加)；能得到2K(1448*1448)的重建图像像素(随着阵元数的增加而增加)。

4.没有了层间间隙，确保不漏检。由于平板探测器的列与行是一样的排列，没有空隙，且不用螺旋扫描，也就不存在层间间隙，层厚由现有CT机的最低0.4mm减少到约0.26mm(根据探测器单元数不同而不同，最低可达约100um)，360°扫描层数可由目前最高640层，增加到1634层以上(随着阵元数的增加而增加)，纵向(床水平移动方向)扫描层数大幅提升，是无间隙的扫描，能确保不漏检。

5.减少辐照剂量。由于扫描时间的大幅缩短，且采用时间轴等宽脉冲技术，扫描时只有一半的时间在发射射线，病人所受辐射的剂量也大幅减少，使得病人受到的辐射剂量只有现有CT机的约1/10，对于被检查人的健康具有非常重大的意义。

6.通过新射线控制技术(脉冲技术、等宽技术与180度反相技术)的应用，避免了拖尾与余辉，也避免了重复与遗落，得到的数据更真实，图像更清晰。通过360°扫描方式时运用以上脉冲控制技术，或是采用180°扫描方式，相比现有CT机360°扫描方式，使平板CT机可将平板探测器的扫描频率降低一半，降低了对平板探测器读数频率的要求，降低了平板探测器的制造成本；平板探测器的负荷减少一半，将大幅延长其使用寿命，可以降低平板探测器的使用成本；大幅降低了平板探测器工作时产生的热量，从而降低冷却装置的能量消耗。而通过降低平板探测器的阵元数量更进一步降低了平板探测器的扫描频率，从而更进一步降低平板探测器的制造成本、使用成本与散热电耗。通过以上技术的综合应用，使CT机有了实际应用的可能。

7.通过定位灯就可实现扫描部位的定位功能，平板CT机不再需要做定位片的扫描，既大幅节省了工作时间，提高了工作效率，也降低了病人受辐照剂量。

8.整个单部位扫描全程只需扫描360°(或180°)，且采用射线脉冲控制方式的射线发射器只有一半的时间发射射线，射线发射器的工作量大幅降低，使得射线发射器的使用寿命大幅延长，大大降低射线发射器(含球管与高压油箱，其中球管是昂贵的消耗品)的使用成本。同时大幅降低电能消耗，对节能减排有重大意义。

二、平板CT机扫描能直接得到整个扫描部位的立体空间上每个体素的真实像素数据，体素足够小(约264um，最小可达100um)，且不必像现有CT机一样须对层间间隙进行复杂的算法运算来获得图像数据，能通过软件更快速、真实、精准地实现并大幅提升现有高端CT的功能。

1.更清晰更丰富的任意方向断层图像。由于能获得丰富的立体体素数据，能得到像素极高的任意方向的断层图像，包括任意角度的斜面断层图像，还可以获得任意感兴趣的非平面的断层图像，且图像更清晰；扫描架不再需要倾斜来对颈椎与腰椎等部位进行扫描；以电影显示时，影像质量更高，层次更丰富，且能从任意角度看，不限于纵横向。

2.更真实更清晰的透视三维影像。既可以通过软件给出比现有CT更真实的三维图像，也可以获得更清晰的半透明状立体图像(称为透视三维成像，但更建议称为空间上的四维成像，因能看到盒子内部的影像)，在窗宽窗位不变时可旋转观察同一组织及组织内部在扫描部位中的四维影像，也可通过改变窗宽窗位来观察不同组织的四维影像，真正做到一眼看穿看透身体结构与病变位置；还能将病变组织及其病变块单独分离出来进行三维与四维显示。对于临床医生更直观地掌握病情、对病人家属更容易地了解病情方便医患沟通、对教学工作等具有重大的意义。

3.更精准的定位功能。由于有更小体素的真实立体数据，可实现临床上更精准的定位，有助于制定精细的手术方案，经后续的开发还可以将平板CT引入手术室进行精准微创手术，应用到手术导航系统及机器人手术中。

三、平板CT机还可实现DSA、DR(Digital Radiography，直接数字化X射线摄影系统)与数字胃肠机的的所有功能，能完成普放的所有功能需求，实现一机多用。对于病人少而层次高的医院或是层次低而特殊检查与治疗要求少的医院或科研院校具有重要意义。

四、由于可以采用180°扫描方式，使得平板CT机的扫描架可以做成各种形式的C形臂结构，既可固定，也可移动，可满足各种使用环境条件或成本的要求。所以，通过将以上平板探测器应用到DSA，可实现DSA的CT化。

所以，平板CT机是一种扫描速度快、图像更真实、图像质量更优、避免漏检、辐射剂量更低、功能更完善、使用范围更广的平板CT机。将使CT机跳过以排或层论档次的年代，进入平板时代。随着5G时代的来临，尤其是以后量子计算机的投入使用，将使平板CT机中复杂而海量的数据计算及传输变得轻而易举，也为平板CT机的实际应用提供了技术支撑，并可运用人工智能进行自动病理分析并发出报告。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.平板CT机，其特征在于，其扫描架包括机架、旋转装置、射线发射器和平板探测器，所述旋转装置设于所述机架内，所述射线发射器和所述平板探测器相对地设于所述旋转装置中并且能够由所述旋转装置带动做同轴圆周上的同步运动；

所述射线发射器采用360°扫描或180°扫描；

所述平板探测器在垂直于其圆周运动的轴线方向的长度大于17英寸。

2.根据权利要求1所述的平板CT机，其特征在于，所述射线发射器采用360°扫描的扫描方式时，所述射线发射器采用脉冲控制方式，所述射线发射器的控制电路中设有脉冲调制电路，所述平板探测器的读数脉冲信号通过所述脉冲调制电路调制后用于控制所述射线发射器发射射线；

控制所述射线发射器发射射线的脉冲信号与所述平板探测器读数脉冲信号频率一致，但相位相反；

所述射线发射器发射的射线为所述平板探测器读数脉冲信号控制下的高频部分频率高于探测器读数频率的双频X射线，所述射线发射器在所述平板探测器采集数据时发射射线，在所述平板探测器读数时不发射射线。

3.根据权利要求2所述的平板CT机，其特征在于，控制所述射线发射器发射射线的脉冲信号与所述平板探测器读数脉冲信号均为高低电位时间轴等宽的方波脉冲信号。

4.根据权利要求2所述的平板CT机，其特征在于，控制所述射线发射器发射射线的脉冲信号与所述平板探测器读数脉冲信号在所述射线发射器与所述平板探测器旋转扫描的前180°和后180°各自需要进行反相。

5.根据权利要求1所述的平板CT机，其特征在于，所述射线发射器采用180°扫描的扫描方式时，所述扫描架包括C形臂结构；所述射线发射器发射的射线为频率高于所述平板探测器读数频率的X射线，在平板探测器采集与读数的过程中所述射线发射器不停地发射射线。

6.根据权利要求2或5所述的平板CT机，其特征在于，所述平板CT机采用4K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为1634个，该数量可在±5％范围内浮动；所述平板CT机采用8K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为2312个，该数量可在±5％范围内浮动；所述平板CT机采用16K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为3269个，该数量可在±5％范围内浮动。

7.根据权利要求1所述的平板CT机，其特征在于，所述射线发射器采用360°扫描的扫描方式且所述射线发射器发射的射线为频率高于探测器读数频率的X射线，在平板探测器采集与读数的过程中所述射线发射器不停地发射射线时，所述平板CT机采用4K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为1156个，该数量可在±5％范围内浮动；所述平板CT机采用8K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为1634个，该数量可在±5％范围内浮动；所述平板CT机采用16K投影矩阵值时，所述平板探测器的每行探测器单元数量为2312个，该数量可在±5％范围内浮动。

8.根据权利要求1所述的平板CT机，其特征在于，所述平板CT机还包括制冷装置，所述制冷装置设于所述平板探测器的底部，所述制冷装置能够与所述平板探测器同步旋转；当所述平板CT机采用360°扫描的扫描方式时，所述制冷装置采用半导体制冷方式。

9.根据权利要求1所述的平板CT机，其特征在于，所述平板CT机的扫描架上设有多个定位灯，所述定位灯打出的落在肩宽方向上的激光定位线为至少两条，用于对扫描部位进行前、后定位，使扫描部位定位在所述平板探测器的最大探测范围内。