CN111948232A - X射线计算机断层扫描装置及x射线计算机断层扫描摄像方法 - Google Patents

X射线计算机断层扫描装置及x射线计算机断层扫描摄像方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种X射线计算机断层扫描装置及X射线计算机断层扫描摄像方法，能够通过使被摄体在旋转平台上移动而连续地执行X射线CT摄像。一种X射线计算机断层扫描装置，基于投影数据，对被摄体的断层图像进行重构，所述投影数据是一边使被摄体旋转，一边对被摄体照射X射线而获取，所述X射线计算机断层扫描装置包括：X射线源，产生X射线；X射线检测器，用于检测从X射线源照射并穿过被摄体的X射线；旋转平台(21)，以第一旋转轴为中心旋转，所述第一旋转轴与从X射线源到X射线检测器的X射线的光轴正交；以及旋转单元，配设于旋转平台(21)上，对被摄体进行支撑，以与第一旋转轴正交的第二旋转轴为中心旋转。

Description

X射线计算机断层扫描装置及X射线计算机断层扫描摄像方法
技术领域
本发明涉及一种X射线计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)装置及X射线CT摄像方法。
背景技术
产业用的X射线CT装置是用于无损地进行各种制品的内部结构的观察及三维形状的测定的装置，且通过如下的方式来三维地观察所述被摄体的内部结构：在彼此相对配置的X射线源与X射线检测器之间，配置载置工业制品等被摄体的旋转平台，通过使旋转平台以朝向铅垂方向的旋转轴为中心旋转，而收集来自被摄体的周围的各方向的X射线投影数据，然后，对断层图像进行重构(参照专利文献1)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2005-351879号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在如上所述的X射线CT装置中，旋转平台上的被摄体相对于旋转平台以规定的姿势固定，因此为了变更被摄体的姿势，必须暂时中断X射线CT摄像。例如，在使用具有立方体形状的电池作为被摄体，观察其角部的内部结构的情况下，通过在从X射线源到X射线检测器的X射线的光路中只配置应进行观察的被摄体的角部，而能够更清晰地拍摄角部的区域。在这种情况下，为了拍摄被摄体的多个角部，每当拍摄角部时，都必须中断X射线CT摄像，变更被摄体的姿势。
本发明是为了解决所述问题而完成，其目的在于提供一种X射线CT装置及X射线CT摄像方法，通过使被摄体在旋转平台上移动，而能够连续地执行X射线CT摄像。
[解决问题的技术手段]
本发明的第一形态涉及一种X射线CT装置，基于投影数据，对被摄体的断层图像进行重构，所述投影数据是一边使所述被摄体旋转，一边对所述被摄体照射X射线而获取，所述X射线CT装置包括：X射线源，产生X射线；X射线检测器，用于检测从所述X射线源照射并穿过所述被摄体的X射线；旋转平台，以第一旋转轴为中心旋转，所述第一旋转轴与从所述X射线源到所述X射线检测器的X射线的光轴正交；以及旋转单元，配设于所述旋转平台上，对所述被摄体进行支撑，以与所述第一旋转轴正交的第二旋转轴为中心旋转。
[发明的效果]
根据本发明的第一形态，通过使被摄体以与旋转平台的旋转轴正交的旋转轴为中心旋转，使被摄体在旋转平台上移动，能够连续地执行对被摄体的不同区域的X射线CT摄像。
附图说明
图1是本发明实施方式的X射线CT装置的概要图。
图2是旋转单元的立体图。
图3是旋转单元的立体图。
图4是支撑构件50的立体图。
图5是支撑构件50的立体图。
图6是表示对被摄体100进行X射线CT摄像的状态的说明图。
图7是表示对被摄体100进行X射线CT摄像的状态的说明图。
符号的说明
10：壳体
11：X射线源
12：X射线检测器
21：旋转平台
22：Y平台
23：X平台
30：控制部
41：底座板
43：支撑支柱
45：旋转构件
46：孔部
48：手柄
50：支撑构件
51：本体
57：螺钉
58：抵接部
61：定位用突起
63：旋钮
65：螺孔
100：被摄体
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明实施方式的X射线CT装置的概要图。再者，图1中，表示了已拆下后述旋转单元的状态。
所述X射线CT装置是执行利用X射线的计算机断层摄像(Computed Tomography，CT)的装置。所述X射线CT装置包括：X射线源11，包括呈圆锥状照射X射线的X射线管；X射线检测器12，与X射线源11相向配置，用于检测从X射线源11照射并穿过后述被摄体100(参照图4)的X射线；移动机构，包括用于载置被摄体100的旋转平台21；以及控制部30。X射线源11、X射线检测器12及移动机构收纳于包括X射线非透射构件的壳体10内。
移动机构包括：基台24，能够沿配设于平板26上的一对导轨(guide rail)25移动；X平台23，能够相对于基台24在X方向上移动；Y平台22，能够相对于X平台23在Y方向上移动；以及旋转平台21，在Y平台22上以朝向铅垂方向(Z方向)的第一旋转轴为中心旋转。X平台23、Y平台22及旋转平台21能够相对于基台24在上下方向(Z方向)上移动。
支撑于后述旋转单元的支撑构件50(参照图4及图5)的被摄体100通过X平台23及Y平台22而在相互正交的X方向、Y方向上水平移动，并且通过旋转平台21，而以朝向铅垂方向的旋转轴为中心向R方向旋转。再者，通过使基台24沿导轨25在与X射线源11接近或远离的方向上移动，来变更由X射线检测器12所检测的被摄体100的投影像的放大率。
控制部30是用于进行整个X射线CT装置的控制的构件，包括X射线控制器31、移动机构控制器32、图像处理部33及个人计算机(personal computer)34。X射线控制器31根据被摄体100的材质或X射线透射特性，对供给至X射线源11的X射线管的管电压或管电流进行控制。移动机构控制器32对移动机构及后述旋转单元的各部的移动进行控制。图像处理部33基于X射线检测器12所检测到的X射线，制作X射线图像。这些X射线控制器31、移动机构控制器32、图像处理部33是在个人计算机34的控制下设置。已通过图像处理部33而进行图像处理的X射线图像被撷取至个人计算机34。在个人计算机34中，基于所撷取的X射线图像数据，构建断层图像，所述断层图像是以沿X-Y平面的面切片的图像，所述X-Y平面与朝向铅垂方向(Z方向)的第一旋转轴正交。
图2及图3是用于使被摄体100以第二旋转轴为中心旋转的旋转单元的立体图，所述第二旋转轴与第一旋转轴正交且朝向水平方向(与图1所示的X-Y平面平行的方向)。此处，图2及图3是从互不相同的方向观察旋转单元的立体图。再者，在图2中，表示了安装有用于支撑被摄体100的支撑构件50的状态，在图3中表示已拆下支撑构件50的状态。
所述旋转单元包括：底座板(base plate)41，在旋转平台21上定位并载置；支撑支柱43，立设于所述底座板41上；旋转构件45，通过附设于支撑支柱43的马达(motor)44的驱动，而以第二旋转轴为中心旋转；以及一对把手42，附设于底座板41。所述旋转单元根据需要，在旋转平台21上定位、载置而使用。另外，在不使用旋转单元的情况，被摄体100直接载置于旋转平台21上。
图4及图5是用于支撑被摄体100的支撑构件50的立体图。此处，图4及图5是从互不相同的方向观察支撑构件50的立体图。再者，在图4中，以虚拟线表示了利用支撑构件50支撑被摄体100的状态，在图5中表示了已拆下被摄体100的状态。
所述支撑构件50作为用于相对于旋转单元支撑被摄体100的夹具(jig)而使用。关于所述支撑构件50，对应于被摄体100的尺寸，准备各种支撑构件。再者，在所述实施方式中，使用具有立方体形状的电池，作为被摄体100。
所述支撑构件50具有如下的构成：在本体51的端部，附设有被摄体100的支承部52、支承部53、支承部54、支承部56。在支承部52，固定着弹性构件59。另外，在支承部54的与本体51为相反侧的端部，连结着与螺钉57螺合的螺钉支撑部55。在螺钉57的一端，设置有旋钮(knob)63，在另一端，设置有与被摄体100的抵接部58。另外，如图5所示，在本体51的与螺钉支撑部55为相反侧，设置有定位用突起61及定位用孔62，所述定位用突起61及定位用孔62是将所述支撑构件50固定于图2及图3所示的旋转构件45时使用。在定位用突起61，形成有螺孔65。
利用所述支撑构件50支撑被摄体100时，在支承部54的上部，将被摄体100配置于弹性构件59与支承部53之间，所述弹性构件59固定于支承部52。接着，利用旋钮63使螺钉57旋转，通过抵接部58对被摄体100进行按压，利用抵接部58及本体51夹持被摄体100的彼此相对的一对面，借此将被摄体100固定于支撑构件50。再者，为了防止在被摄体100的固定之后螺钉57松开，也可以在旋钮63与螺钉支撑部55之间，设置防松开用的螺母(nut)。
当将支撑着被摄体100的支撑构件50安装于旋转构件45时，通过将定位用突起61插入至形成于旋转构件45的孔部46(参照图3)，并且将设置于旋转构件45的定位销47(参照图3)插入至形成于支撑构件50的本体51的定位用孔62，而相对于旋转构件45对支撑构件50进行定位。接着，通过使固定螺栓(未图示)与螺孔65螺合，而相对于旋转构件45对支撑构件50进行固定，所述固定螺栓与图2所示的手柄(handle)48连结，所述螺孔65形成于支撑构件50中的定位用突起61。
其次，说明如下的操作：利用具有如上所述的构成的X射线CT装置，进行X射线CT摄像，以获得被摄体100的角部的断层图像。图6及图7是表示对被摄体100进行X射线CT摄像的状态的说明图。
当进行X射线CT摄像，以获得包括电池的被摄体100的角部的断层图像时，也可以如图6所示，在被摄体100的上表面及下表面朝向水平方向，其它面朝向铅垂方向的状态下，一边以轴99为中心在R方向上旋转，一边进行X射线CT摄像，所述轴99在图6中以一点划线表示，朝向铅垂方向。但是，在所述情况下，如图6中以虚线所示，被摄体100的角部以外的区域也配置于从X射线源11到X射线检测器12的X射线的光轴上，所以对不需要的区域也会进行X射线摄像。
在这种情况下，如图7所示，以倾斜的状态配置被摄体100，使被摄体100的短边侧的四个角部a、b、c、d之中的一个角部与从X射线源11到X射线检测器12的X射线的光轴平行地配置，在所述状态下，使被摄体100以轴99为中心在R方向上旋转，所述轴99在图7中以一点划线表示，朝向铅垂方向。因此，被摄体100的角部在与X射线的光轴平行的平面内旋转，能够只在被摄体100的角部附近的区域照射X射线而执行X射线CT摄像，所以能够获得更加高精细的断层图像。
在进行如上所述的X射线CT摄像时，如图5所示，将被摄体100安装于支撑构件50。接着，将支撑着被摄体100的支撑构件50，安装于图2及图3所示的旋转单元的旋转构件45。然后，通过使基台24沿一对导轨25移动，而调整由X射线检测器12所检测的被摄体100的投影像的放大率。接着，通过使X平台23及Y平台22移动，并且使旋转单元的旋转构件45旋转，而使被摄体100的四个角部a、b、c、d之中的一个角部a，配置于与从X射线源11到X射线检测器12的X射线的光轴平行的平面上。
在所述状态下，一边使旋转平台21旋转，一边从X射线源11照射X射线，利用X射线检测器12，来检测穿过被摄体100的X射线。在通过旋转平台21的驱动而使被摄体100以第一旋转轴为中心进行例如360度旋转的期间，执行所述X射线摄像操作之后，停止X射线摄像操作。接着，通过旋转单元而使被摄体100以第二旋转轴为中心旋转，而使下一个角部b配置于与从X射线源11到X射线检测器12的X射线的光轴平行的平面上，所述第二旋转轴与第一旋转轴正交且朝向水平方向。接着，再次一边使旋转平台21旋转，一边从X射线源11照射X射线，利用X射线检测器12来检测穿过被摄体100的X射线。通过将如上所述的操作重复四次，能够更清晰地对被摄体100的四个角部a、b、c、d进行X射线CT摄像。
再者，在所述实施方式中，支撑构件50采用如下的构成，即，通过利用抵接部58及本体51夹持具有立方体形状的被摄体100的彼此相对的一对面，而将被摄体100固定于支撑构件50，但是也可以利用其它机构，将被摄体100固定于支撑构件50。
另外，在所述实施方式中，利用支撑构件50来支撑单个被摄体100，但是也可以设为通过支撑构件50来支撑多个被摄体，利用旋转单元将多个被摄体依次配置于X射线的光轴上，连续地执行对多个被摄体的X射线CT摄像。例如，也可以作为支撑机构，像摩天轮一样支撑多个被摄体，一边使它们旋转，一边连续地进行X射线CT摄像。
本领域技术人员可理解，所述例示性的实施方式是以下的形态的具体例。
本发明第一形态的X射线CT装置是基于投影数据，对被摄体的断层图像进行重构的X射线CT装置，所述投影数据是一边使所述被摄体旋转，一边对所述被摄体照射X射线而获取，所述X射线CT装置包括：X射线源，产生X射线；X射线检测器，用于检测从所述X射线源照射并穿过所述被摄体的X射线；旋转平台，以第一旋转轴为中心旋转，所述第一旋转轴与从所述X射线源到所述X射线检测器的X射线的光轴正交；以及旋转单元，配设于所述旋转平台上，对所述被摄体进行支撑，以与所述第一旋转轴正交的第二旋转轴为中心旋转。
根据本发明第一形态的X射线CT装置，通过使被摄体以与旋转平台的旋转轴正交的旋转轴为中心旋转，使被摄体在旋转平台上移动，能够连续地执行对被摄体的不同区域的X射线CT摄像。
本发明第一形态的变形例的X射线CT摄像装置中，所述旋转单元包括：旋转构件，以所述第二旋转轴为中心旋转；以及支撑构件，相对于所述旋转构件拆装自如地构成，对所述被摄体进行支撑。
根据如上所述的形态，能够利用支撑构件将被摄体容易地安装于旋转构件。
本发明第一形态的另一变形例的X射线CT摄像装置中，所述被摄体具有立方体形状，所述支撑构件通过夹持所述被摄体的彼此相对的一对面，而对所述被摄体进行固定。
根据如上所述的形态，能够容易地对具有立方体形状的被摄体进行固定。
本发明另一形态的X射线CT摄像方法是使用以上所述的形态的X射线CT装置进行X射线CT摄像的方法，所述被摄体具有立方体形状，通过所述旋转平台而使所述被摄体以所述第一旋转轴为中心旋转，而进行X射线CT摄像，然后，通过所述旋转单元而使所述被摄体以所述第二旋转轴为中心旋转，通过反复多次进行以上所述的操作，来获得所述被摄体的角部的断层图像。
本发明另一形态的变形例的X射线CT摄像方法中，所述被摄体是具有立体形状的电池。
根据本发明另一形态的X射线CT摄像方法，能够对具有立方体形状的电池等被摄体的多个角部，连续地执行X射线CT摄像。
再者，以上所述的记载用于说明本发明的实施方式，而不是对本发明进行限定。

Claims (5)

1.一种X射线计算机断层扫描装置，基于投影数据，对被摄体的断层图像进行重构，所述投影数据是一边使所述被摄体旋转，一边对所述被摄体照射X射线而获取，所述X射线计算机断层扫描装置，其特征在于，包括：
X射线源，产生X射线；
X射线检测器，用于检测从所述X射线源照射并穿过所述被摄体的X射线；
旋转平台，以第一旋转轴为中心旋转，所述第一旋转轴与从所述X射线源到所述X射线检测器的X射线的光轴正交；以及
旋转单元，配设于所述旋转平台上，对所述被摄体进行支撑，以与所述第一旋转轴正交的第二旋转轴为中心旋转。
2.根据权利要求1所述的X射线计算机断层扫描装置，其中
所述旋转单元包括：
旋转构件，以所述第二旋转轴为中心旋转；以及
支撑构件，相对于所述旋转构件拆装自如地构成，对所述被摄体进行支撑。
3.根据权利要求2所述的X射线计算机断层扫描装置，其中
所述被摄体具有立方体形状，
所述支撑构件通过夹持所述被摄体的彼此相对的一对面，而对所述被摄体进行固定。
4.一种X射线计算机断层扫描摄像方法，使用根据权利要求1至3中任一项所述的X射线计算机断层扫描装置而进行X射线计算机断层扫描摄像，其特征在于，
所述被摄体具有立方体形状，
利用所述旋转平台使所述被摄体以所述第一旋转轴为中心旋转而进行X射线计算机断层扫描摄像之后，利用所述旋转单元使所述被摄体以所述第二旋转轴为中心旋转，通过反复多次进行如上所述的操作，来获得所述被摄体的角部的断层图像。
5.根据权利要求4所述的X射线计算机断层扫描摄像方法，其中
所述被摄体是具有立体形状的电池。
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