CN110353712B - 一种滤波器、调节ct系统射线束的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤波器、调节CT系统射线束的方法及装置，其中，所述滤波器为中心凹型结构，且其上表面为凹型曲面。本发明中，通过改变现有CT系统的扫描架中滤波器的结构，实现对X线球管发出的锥形射线束连续调制，有效地控制射线束的照射范围，更好的控制射线束，并且不需要额外增加机构，占用空间更小，同时使得扫描时CT扫描的无效扫描区域降到最低，减少整个扫描剂量，并保证有效区域的图像质量。

Description

一种滤波器、调节CT系统射线束的方法及装置

技术领域

本发明涉及医学成像技术领域，尤其涉及的是一种调节CT系统射线束的方法及装置。

背景技术

目前的大多数CT检查，通常都是采用的螺旋扫描方式，但是这个扫描方式由于锥形束的特点，为了完全覆盖扫描区域，必须要多扫描一段范围，普通CT系统的螺旋扫描会因为无效扫描区域的影像，给人体带来额外的辐射剂量，这个区域的大小和排数(锥角)成正比。这个问题在16排以下的CT系统中并不明显，因为锥形束的锥角很小，现有技术中的CT系统滤波器结构如图1所示，当锥形束的锥角较大时则不能起到有效控制，对于现在越来越多排数的多排CT系统，这个问题变得尤为突出，由于无效区域的大小和排数成正比，因此排数越多，无线区域越大，比如64排及以上系统，如果不采用任何措施，无效扫描区域会变得很大。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种调节CT系统射线束的方法及装置，旨在解决现有技术中CT系统无法调制锥形束的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种用于调节CT系统射线束的滤波器，其中，所述滤波器为中心凹型结构，且其上表面为凹型曲面，且其厚度从中心位置至边缘位置逐步增加。

所述的用于调节CT系统射线束的滤波器，其中，所述滤波器的上表面为凹型曲面，下表面为四边形，且所述下表面与和其相邻的四个侧面均为平面，四个侧面中相对应的两个侧面相互对称。

所述的用于调节CT系统射线束的滤波器，其中，所述滤波器的上表面为凹型曲面，下表面为凹型曲面，且所述下表面与和其相邻的四个侧面均为斜面，四个侧面中相对应的两个侧面相互不对称。

所述的用于调节CT系统射线束的滤波器，其中，所述滤波器的厚度从中心位置至边缘位置均匀增加。

一种利用所述的滤波器调节CT系统射线束的方法，其中，包括：

当启动所述CT系统进行射线束进行扫描时，利用所述滤波器对所述射线束的扫描范围进行调节。

所述的调节CT系统射线束的方法，其中，所述利用所述滤波器对所述射线束的扫描范围进行调节的步骤包括：

控制所述滤波器随着所述射线束左右移动，对所述射线束发出的锥形束的形状进行调节。

所述的调节CT系统射线束的方法，其中，所述控制滤波器随着所述射线束从左到右移动的步骤包括：

当所述射线束左右移动时，控制所述滤波器相对所述射线束向左移动，挡住所述射线束右边部分的扫描射线、或者控制所述滤波器相对所述射线束向右移动，挡住所述射线束左边部分的扫描射线。

所述的调节CT系统射线束的方法，其中，所述控制所述滤波器相对所述射线束向左移动的移动距离与所述射线束范围之间的关系为：

f(dx)＝x；g(dx)＝x_max；

其中，sid为X射线源到旋转中轴的距离，R是重建区域的半径，f(dx)是所述射线束右边界，g(dx)是所述射线束的左边界，z是X射线的光源焦点距离扫描开始位置的距离；x_max是所述射线束向左移动的最大移动距离，x是所述射线束向左移动的移动距离，dx是控制所述滤波器相对所述射线束中心的距离。

所述的调节CT系统射线束的方法，其中，所述控制所述滤波器相对所述射线束向右移动的移动距离与所述射线束范围之间的关系为：

g(dx)＝x；f(dx)＝-x_max；

其中，sid为X射线源到旋转中轴的距离，R是重建区域的半径，f(dx)是所述射线束右边界，g(dx)是所述射线束的左边界，z是X射线的光源焦点距离扫描开始位置的距离；-x_max是所述射线束向右移动的最大移动距离，x是所述射线束向左移动的移动距离，dx是控制所述滤波器相对所述射线束中心的距离。

一种调节CT系统射线束的装置，包括扫描架，其中：所述扫描架包括X线球管、电机和如权利要求1-4任一项所述的滤波器；

所述X线球管，用于发射扫描射线束进行扫描；

所述电机，用于当射线束进行扫描时，驱动所述滤波器左右运动；

所述滤波器，用于当射线束左右移动时，对所述射线束的扫描范围进行调制。

有益效果：本发明所提供的调节CT系统射线束的方法及装置，相较于现有技术，本发明方法通过改变现有CT系统的扫描架中滤波器的结构，实现对X线球管发出的锥形射线束连续调制，能够有更大的移动范围，更好的控制射线束，同时使得扫描时CT扫描的无效扫描区域降到最低，减少整个扫描剂量，并保证有效区域的图像质量。

附图说明

图1是锥形束螺旋扫描中的扫描区域和有效扫描范围的示意图；

图2是现有技术中CT系统滤波器的结构图；

图3是本发明用于调节CT系统射线束的滤波器的结构图；

图4是本发明利用滤波器调节CT系统射线束的方法的较佳应用实施例的流程图；

图5a是本发明滤波器放置在射线束中间位置对其进行调制的示意图；

图5b是本发明滤波器放置在射线束右侧位置对其进行调制的示意图；

图5c是本发明滤波放置在射线束左侧位置对其进行调制的示意图；

图6是本发明所述滤波器对射线束进行调制的过程示意图；

图7a是本发明滤波器位于射线束左侧时锥形束范围的调制关系图；

图7b是本发明滤波器位于射线束右侧时锥形束范围的调制关系图；

图8是本发明滤波器随着射线束的扫描开始阶段的计算过程图；

图9是本发明滤波器随着射线束的扫描结束阶段的计算过程图；

图10本发明一种调节CT系统射线束的装置的较佳实施例的功能原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。

本发明改进中的滤波器与传统的滤波器不同，传统滤波器如图2所示，其上表面呈曲面状，其以中心线为起点，两侧的厚度逐渐增加的滤波器的厚度实现对射线束不同程度的调制。但是其仅仅是基于两个方向上的射线束调制。

参见图3所示，本实施例所提供的滤波器呈中心凹型，且其厚度从中心位置至边缘位置逐步增加，使用其对射线束进行调制时，滤波器的厚度满足过滤后射线束的强度在所需调制的范围内便可，也即是所述滤波器厚度与射线束的强度成反比例关系，整个滤波器的厚度，可以是对称的也可以是不对称的。

进一步的，本实施例的滤波器可以设置有四个侧面，所述滤波器在四个侧面方向呈厚度不均匀，其中间厚度适中，两边比较厚可以实现以滤波器为中心的对锥形束四个方向上的调制，通过本发明滤波器的左右移动实现对锥形束的调制，通过对锥形束形状的调制可以减少对无效扫描区域的辐射剂量，并保证有效区域的图像质量。

较佳的，请参见图3，图3是本发明用于调节CT系统射线束的滤波器的结构图。如图3所示，该滤波器为中心凹形结构，且其上表面为凹型曲面，下表面为四边形，且下表面与和其相邻的四个侧面均为平面，其中，滤波器四个侧面中相对应的两个侧面相互对称。该滤波器上表面凹型曲面延伸至四个侧面顶端，四个侧面顶端高度一致，四个侧面上端均为开口向上的弧形，下端均为直边，且凹型曲面的中心与下表面之间的厚度均匀增加，整体呈3D曲面，滤波器四个侧面厚度最大，中心位置厚度最小。

作为进一步的方案，滤波器还可设置为中心凹型结构，且其上表面为四边形，下表面为开口向下的凹型曲面，与上表面与相邻的四个侧面均为互相平行的平面，其厚度由中心位置向下表面四个底端逐渐增大。

作为进一步的方案，滤波器还可设置为中心凹形结构，且其上下表面均为凹型曲面，并且滤波器四个侧面还可为曲面，四个侧面上端为开口向上的弧形，下端为开口向下的弧形，同时凹型曲面各个顶点之间的高度也可不一致，但是其中心位置与上下表面的厚度呈均匀增加，其结构相比较传统滤波器而言对锥形射线束有更好的调制作用，同时在重量上相对于传统滤波器更轻。

通过将滤波器上表面和/或者下表面设置为凹型曲面，可以对照射的射线束起到一定的缓冲过渡作用，在实际操作时可以通过移动滤波器来调节射线束的大小，同时整个滤波器一体成型，其结构较为简单，制造起来方便，实际使用时可根据具体情况选择合适的滤波器。

基于上述的用于调节CT系统射线束的滤波器，本发明还提供了一种利用滤波器调节CT系统射线束的方法，如图4所示，为本发明的利用滤波器调节CT系统射线束的方法的流程图。所述方法包括：

当启动所述CT系统进行射线束进行扫描时，利用所述滤波器对所述射线束的扫描范围进行调节。

CT系统扫通电后，扫描架对X线球管预热，X线球管发出X扫描射线束做快速连续360度旋转扫描，此时扫描射线束范围较大，可根据实际要扫描的范围通过系统控制滤波器动作，以对X射线束的扫描范围进行相应调节。

进一步地，所述利用所述滤波器对所述射线束的扫描范围进行调节的步骤包括：

控制所述滤波器随着所述射线束左右移动，对所述射线束发出的锥形束的形状进行调节。

如图4所示，当开始扫描时，X线球管发出锥形射线束，滤波器相对X线球管发出的射线束进行相对运动，通过滤波器的左右移动有效地保证了扫描的有效区域，避开了不需要扫描的区域，减少整体的扫描计量的同时，并保证有效区域的图像质量。

进一步地，所述控制滤波器随着所述射线束从左到右移动的步骤包括：

当所述射线束左右移动时，控制所述滤波器相对所述射线束向左移动，挡住所述射线束右边部分的扫描射线、或者控制所述滤波器相对所述射线束向右移动，挡住所述射线束左边部分的扫描射线。

具体的，图5a-5c所示，为利用本实施例所述滤波器进行射线束调制的示意图，如图5a所示，为滤波器设置在X射线发射器下方，用于对射线束发出的射线束进行调制的示意图，结合图5b所示，当滤波器相对X线球管照射锥形束向右移动，因为滤波器的特殊形状，滤波器左边较厚部分挡住射线束，右边射线束保持正常输出，右边的射线束强度强于左边，同理，如图5c所示,当需被扫描区域为左侧时，滤波器相对X线球管照射锥形束向左移动，右边射线束被滤波器较厚部分挡住，左边射线束经过滤波器较薄部分正常输出，如图5a所示,当需被扫描区域较大时，X线球管平移到滤波器中间时，锥形束全面打开覆盖扫描区域。

结合图6所示，因为滤波器拥有不同厚度的部分，通过移动滤波器来对锥形束进行控制，厚的部分可以挡住射线束，薄的部分保证正常的输出，并且由于滤波器的凹型曲面的中心与下表面之间的厚度程均匀增加，中间的区域可以起到过渡作用，可以使锥形束的变换有平滑的过度，起到控制射线束照射强度的作用，避免了射线束的突然增大而导致被照射者受到伤害。

进一步地，所述控制所述滤波器相对所述射线束向左移动的移动距离与所述射线束范围之间的关系为：

f(dx)＝x；g(dx)＝x_max；

其中，sid为X射线源到旋转中轴的距离，R是重建区域的半径，f(dx)是所述射线束右边界，g(dx)是所述射线束的左边界，z是X射线的光源焦点距离扫描开始位置的距离；x_max是所述射线束向左移动的最大移动距离，x是所述射线束向左移动的移动距离，dx是控制所述滤波器相对所述射线束向左运动的距离；

进一步地，所述控制所述滤波器相对所述射线束向右移动的移动距离与所述射线束范围之间的关系为：

g(dx)＝x；f(dx)＝-x_max；

其中，sid为X射线源到旋转中轴的距离，R是重建区域的半径，f(dx)是所述射线束右边界，g(dx)是所述射线束的左边界，z是X射线的光源焦点距离扫描开始位置的距离；-x_max是所述射线束向右移动的最大移动距离，x是所述射线束向左移动的移动距离，dx是控制所述滤波器相对所述射线束向左运动的距离；

如图7a和图7b所示，滤波器移动和锥形束范围的调制关系中，当滤波器在横向有偏移的时候，锥形束的左边界和右边届的位置X被改变。具体的对应关系是f和g函数。这样当dx＝0，也就是滤波器在中心位置，没有移动的时候，x射线束开口最大。

如图8所示，当滤波器向左移动时，滤波器相对所述射线束向左移动的移动距离与所述射线束范围之间的关系满足；

f(dx)＝x；g(dx)＝x_max。

如图9所示，当滤波器向右移动时，滤波器相对所述射线束向左移动的移动距离与所述射线束范围之间的关系满足；

g(dx)＝x；f(dx)＝-x_max。

下面以本实施例的具体应用场景为例，对本发明所述的滤波器及其调节射线束的方法进行更加详细的说明。

在实际使用时，CT系统运行，此时扫描架驱动X线球管呈螺旋状前进，快速、不间断地扫描，X线球发出锥形束，由于锥形束的特点，为了完全覆盖扫描区域，会多扫描一段范围，此时电机驱动滤波器与X线球管发出的锥形射线束进行相对运动，具体扫描一块区域时，如开始位置区域较大，实际只需锥形射线束左边部分作为开始扫描区域即可，驱动滤波器相对于射线束向左边移动，这时锥形射线束右边部分照射在滤波器厚度最大的位置，因此右边射线束被遮挡住，左边射线束通过滤波器中心厚度较薄位置则正常照射。

同样，当扫描射线束到达扫描结束位置时，实际只需要锥形射线束右边部分即可，滤波器相对射线束向右移动，滤波器左边较厚部分挡住左边射线束，右边射线束得到有效照射，其中，当需要照射的区域较大时，可以控制滤波器移动到射线束的中间位置，滤波器中心位置厚度较薄，这样射线束的开口得以最大，射线束全面打开照射，同时，控制滤波器要移动的距离可以通过实际需要扫描的区域调节，越靠近滤波器外侧射线束越衰减，滤波器中心位置照射范围最大，可根据实际使用时需要照射的区域调节滤波器的左右移动，实现对锥形束形状的改变，来达到锥形束在开始和结束位置时准确照射有效区域，尽量减少对无效区域的照射。

基于上述的用于调节CT系统射线束的滤波器，本发明还提供了一种调节CT系统射线束的装置，如图10所示，为本发明的调节CT系统射线束的装置的结构框图。该装置包括扫描架900，其中，所述扫描架900包括X线球管901、电机902和上述的滤波器903；X线球管901和滤波器903都被固定在机架的转子上，滤波器903是通过固定在转子上的导轨和电机902进行移动的。

所述电机902，用于当射线束进行扫描时，驱动所述滤波器左右运动；

所述滤波器903，用于当射线束左右移动时，对所述射线束的扫描范围进行调制；

在通常的CT系统中的滤波器是由电机902驱动的，用以切换滤波器903的不同类型，同样，本申请中同样可以利用原有的步进电机来驱动本申请中的滤波器，将本发明所提供的滤波器替换现有技术中的滤波器，以达到调制锥形束的目的，在原有电机控制下只需改变滤波器就可以达到本申请的效果。

综上所述，本发明提供了一种滤波器、调节CT系统射线束的方法及装置，通过改变现有CT系统的扫描架中滤波器的结构，实现对X线球管发出的锥形射线束连续调制，有效地控制射线束的照射范围，更好的控制射线束，并且不需要额外增加机构，占用空间更小，同时使得扫描时CT扫描的无效扫描区域降到最低，减少整个扫描剂量，并保证有效区域的图像质量。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于调节CT系统射线束的滤波器，其特征在于，所述滤波器为中心凹型结构，且其厚度从中心位置至边缘位置逐步增加；

所述滤波器的上表面为凹型曲面，下表面为凹型曲面，且所述下表面与和其相邻的四个侧面均为曲面，四个侧面上端为开口向上的弧形，下端为开口向下的弧形，凹型曲面各个顶点之间的高度不一致；

所述滤波器的厚度从中心位置至边缘位置均匀增加，通过滤波器的左右移动实现对CT系统射线束的调制。

2.一种利用如权利要求1所述的滤波器调节CT系统射线束的方法，其特征在于，包括：

当启动所述CT系统的射线束进行扫描时，利用所述滤波器对所述射线束的扫描范围进行调节；

所述利用所述滤波器对所述射线束的扫描范围进行调节的步骤包括：

控制所述滤波器随着所述射线束左右移动，对所述射线束发出的锥形束的形状进行调节；

所述控制滤波器随着所述射线束左右移动的步骤包括：

当所述射线束左右移动时，控制所述滤波器相对所述射线束向左移动，挡住所述射线束右边部分的扫描射线、或者控制所述滤波器相对所述射线束向右移动，挡住所述射线束左边部分的扫描射线；

通过移动滤波器来对锥形束进行控制，厚的部分挡住射线束，薄的部分保证正常的输出，由于滤波器的凹型曲面的中心位置与上下表面之间的厚度呈均匀增加，中间的区域起到过渡作用，使锥形束的变换有平滑的过渡。

3.根据权利要求2所述的调节CT系统射线束的方法，其特征在于，所述控制所述滤波器相对所述射线束向左移动的移动距离与所述射线束范围之间的关系为：

f(dx)＝x；g(dx)＝x_max；

其中，sid为X射线源到旋转中轴的距离，R是重建区域的半径，f(dx)是所述射线束右边界，g(dx)是所述射线束的左边界，z是X射线的光源焦点距离扫描开始位置的距离；x_max是所述射线束向左移动的最大移动距离，x是所述射线束向左移动的移动距离，dx是控制所述滤波器相对所述射线束中心的距离。

4.根据权利要求2所述的调节CT系统射线束的方法，其特征在于，所述控制所述滤波器相对所述射线束向右移动的移动距离与所述射线束范围之间的关系为：

g(dx)＝x；f(dx)＝-x_max；

其中，sid为X射线源到旋转中轴的距离，R是重建区域的半径，f(dx)是所述射线束右边界，g(dx)是所述射线束的左边界，z是X射线的光源焦点距离扫描开始位置的距离；-x_max是所述射线束向右移动的最大移动距离，x是所述射线束向左移动的移动距离，dx是控制所述滤波器相对所述射线束中心向左运动的距离。

5.一种调节CT系统射线束的装置，包括扫描架，其特征在于：所述扫描架包括X线球管、电机和如权利要求1所述的滤波器；

所述X线球管，用于发射扫描射线束进行扫描；

所述电机，用于当射线束进行扫描时，驱动所述滤波器左右运动；

所述滤波器，用于当射线束左右移动时，对所述射线束的扫描范围进行调制。