CN112730477B - 一种ct前准直器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种CT前准直器及其制造方法，属于射线CT系统技术领域，解决了现有的探测器不能有效过滤无效射线，导致探测器的信噪比较低的问题。本发明的CT前准直器的制造方法，包括以下步骤：步骤1：确定前准直器缝隙的形状；步骤2：根据确定的前准直器的缝隙形状，加工前准直器。本发明前准直器的缝隙由两条曲线形成，该两条曲线由多排探测器最外侧两排的探测器边缘线向前准直器缝隙所在的平面沿射线方向投影形成，从而使得前准直器在保证对探测器的射线覆盖的前提下，减少无效射线的通过，减少散射并提高成像质量；本发明采用计算机建模确定前准直器缝隙的形状，对于探测器组为不规则形状的情形，也能够确定合适的前准直器的缝隙形状。

Description

一种CT前准直器及其制造方法

技术领域

本发明涉及射线CT系统技术领域，尤其涉及一种CT前准直器及其制造方法。

背景技术

射线CT系统被广泛应用于医疗、安检、无损检测等领域，在CT系统中，产生锥形放射线束的射线源和检测放射线的探测器围绕被检对象旋转中心旋转或者被检对象自身旋转，一般有两个前、后两个准直器，其中，前准直器主要设置在射线源端，通过缝隙宽度来约束射线源发射出来的X射线的范围，一方面减少不必要的散射，提高信噪比，形成更好的图像质量；另一方面能减少不必要的射线辐射，避免对操作人员造成辐射伤害。

现有的前准直器缝隙一般为长方形条状，由于射线沿直线传播，射线源发射出的射线通过前准直器后，射线束为棱台形。CT设备为减小设备外形尺寸，并使得被测物的放大比一致，探测器一般沿弧形排列，被测物在探测器组的回转中心上，前准直器平行于探测器弧形外侧边缘所在平面。因此，为了使射线覆盖准直器全部有效接收范围，会有部分射线照射到探测器接收范围以外。只有直线照射在探测器接收晶体范围内的射线为有效射线，范围外的射线会导致额外的空间散射，尤其是照射在探测器范围外又在探测器附近的射线，会因探测器附近物质的大量散射而影响探测器的信噪比，影响探测器的成像质量。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种CT前准直器及其制造方法，以解决现有的探测器不能有效过滤无效射线，导致探测器的信噪比较低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种CT前准直器的制造方法，包括以下步骤：

步骤1：确定前准直器缝隙的形状；

步骤2：根据确定的前准直器的缝隙形状，加工前准直器。

进一步地，步骤1中，将探测器能够接收射线的区域的边缘曲线的端点与射线源焦点连线，形成的区域为有效射线区域，所述有效射线区域与前准直器的交线为前准直器缝隙的形状。

进一步地，步骤2中，所述加工为铣削加工。

一种CT前准直器，所述CT前准直器安装在CT检测装置上，所述前准直器位于CT探测器的射线源和探测器组之间；所述前准直器的缝隙由两条曲线形成，所述曲线的形状根据上述技术方案所述的制造方法确定。

进一步地，所述前准直器为六面体，设定六面体靠近射线源的一面为上底，靠近探测器组的一面为下底，平行于上底和下底的面为水平面，垂直于上底和下底且与缝隙的长度方向一致的面为垂直面；所述六面体在垂直面上的投影为梯形。

进一步地，所述前准直器的缝隙在垂直面上的投影为梯形。

进一步地，所述前准直器包括四个侧板和一个底板，所述缝隙设在底板上。

进一步地，所述四个侧板和一个底板组成一面开口的箱体，所述开口靠近射线源，所述底板靠近探测器组。

进一步地，所述曲线为前准直器高度方向上距离射线源最远的面与有效射线区域的交线。

进一步地，所述前准直器的材料为铅或钨。

进一步地，所述前准直器的缝隙在前准直器相互平行的两个侧面上的投影为梯形。

进一步地，所述前准直器的缝隙在前准直器的高度范围内，组成缝隙的两条曲线在每个水平面上都是该水平面与有效射线区域的交线。

进一步地，所述前准直器的缝隙在任意一个侧板上的投影都为长方形。

本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明的CT前准直器的缝隙为曲线缝隙，相对于缝隙为直线的前准直器，在等辐射强度面上减少的辐射面积为15％，即能够减少15％的无效辐射量。

(2)本发明的CT前准直器能够减少无效射线，从而减少环境辐射，提高信噪比，提高探测器的成像质量。

(3)本发明的CT前准直器的制造方法，使用计算机建模，根据探测器在前准直器所在平面的投影确定前准直器缝隙的形状，对于探测器组为不规则形状的情形，也能够确定合适的前准直器的缝隙形状，适用性较强。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例的射线CT系统的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明实施例的探测器接收射线的示意图；

图4为本发明实施例的前准直器的示意图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6为图4的C-C剖视图；

图7为本发明另一实施例的前准直器的示意图；

图8为图7的B-B剖视图。

附图标记：

1-射线源，2-前准直器，3-被测物，4-探测器组。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”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一体地连接，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。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。

为了便于说明，设定图1中左右方向为X轴，向右为X轴正方向，上下方向为Y轴，向上为Y轴正方向，垂直于XY平面的轴为Z轴；射线穿过前准直器的方向(Y方向)为准直器的高度方向。

现有的前准直器的缝隙一般为长方形条状，由于射线沿直线传播，射线源发射出的射线通过前准直器后，射线束为棱台形，射线束在XZ平面上的截面为方形，在XY平面上的截面为等腰梯形，其余的射线被前准直器屏蔽。

CT检测装置为减小设备外形尺寸，并使得被测物的放大比一致，探测器一般为沿弧形排列的一组，被测物位于探测器组的回转中心上，前准直器平行于边缘探测器的侧边所在平面，即前准直器在XZ平面上。因此，在Y方向上，边缘探测器距离前准直器的距离小于中间探测器距离前准直器的距离，从而使得在XZ平面上，射线束在边缘探测器所在平面的截面的面积小于在中间探测器所在平面的截面的面积。

为了保证射线源发出的射线束能够覆盖探测器全部的有效范围，在Z轴方向，射线束在边缘探测器所在平面的尺寸与探测器在Z轴方向的尺寸相同，从而使得射线束在中间探测器所在平面的尺寸大于探测器在Z轴方向的尺寸，也就是说，射线源在中间探测器所在平面上存在无效射线。无效射线的存在一方面增加了环境辐射，另一方面影响了探测器的成像质量。

实施例1

鉴于以上内容，本发明的一个实施例，如图1至图3所示，公开了一种CT前准直器的制造方法，包括以下步骤：

步骤1：确定前准直器缝隙的形状：

CT检测装置中，射线源1发出的射线为锥束或锥扇束，其锥顶为射线源焦点；探测器组4是由多个探测器成一排或多排的一组探测器，如图1所示。目前CT检测装置中，为减小设备外形尺寸，并使得被测物的放大比一致，探测器组4通常为沿回转方向圆心指向射线源1的多排弧形排列，被测物3位于回转圆心。

探测器包括晶体部分和电路板部分，晶体部分能够接收射线，为探测器有效区域，如图3所示，探测器有效区域的两边缘曲线分别与射线焦点形成2个直纹面，探测器组4的两个边缘探测器的边缘线分别与射线焦点形成2个三角形平面，4个面(2个直纹面和2个三角形平面)封闭出一个指向射线源焦点方向的封闭区域，为有效射线区域，封闭区域内的射线为有效射线，封闭区域以外的由射线源1发出的射线皆不能照射在探测器有效区域内，为无效射线。因此，当前准直器2的内侧缝隙与前准直器所在的平面的封闭区域重合时，从该缝隙中通过的射线为有效射线，既能保证对探测器组4的射线覆盖，又能最大约束射线源发射出来的X射线的范围。因此，此时前准直器缝隙的形状为理想的缝隙形状。

使用计算机建立射线源焦点和探测器组4的模型，将探测器有效区域的两条边缘曲线的端点及两个边缘探测器的边缘线的端点分别与射线源焦点连线，形成的4个面与探测器有效区域组成封闭区域；然后通过前准直器2在XZ平面上的位置，得到前准直器2与该封闭区域相交的曲线，从而确定前准直器缝隙的形状。

步骤2：根据确定的前准直器的缝隙形状，加工前准直器：

本发明实施例中，前准直器的缝隙采用铣床铣削加工。

具体地，对于缝隙形状沿前准直器高度方向(Y方向)一致的前准直器，可采用铣床直接铣削加工出步骤1确定的缝隙形状。对于缝隙形状沿前准直器高度方向(Y方向)不一致的前准直器，将前准直器沿缝隙的长度方向分为两部分，分别铣削加工出设计的缝隙形状，然后将两部分拼接，形成完整的前准直器。

需要说明的是，本发明实施例的前准直器缝隙形状的确定以弧形的探测器组4为例说明，但本发明的CT前准直器的制造方法所适用的CT检测装置不限于探测器组4为弧形的CT检测装置，对于任何规则或不规则排列的探测器组，都可以使用本制造方法，获得合适的前准直器，使得前准直器的缝隙既能够保证对探测器组的射线覆盖，又能约束射线源发射的X射线的范围。

实施例2

本发明的一个实施例，如图4至图6所示，公开了一种CT前准直器，前准直器的缝隙由两条曲线形成，曲线的形状根据实施例1中的制造方法确定。

本发明实施例中，前准直器由重金属材料制成，使得前准直器能够阻挡多余的射线而只允许有效射线通过。优选地，前准直器由铅或钨制成。

本发明实施例中，整个前准直器高度范围内(Y方向)，前准直器缝隙的两条长边在每个XZ平面上都是由实施例1所述的两条曲线形成，也就是说，前准直器的缝隙形状与有效射线的形状一致，从而使得进入前准直器的射线能够完全通过前准直器，且都为有效射线。

本发明实施例中，由于射线束沿前准直器在XY平面的投影为梯形，因此，前准直器的缝隙在XY平面上的投影也为梯形。

进一步地，本发明实施例中，前准直器为六面体，六面体的上底和下底相互平行，上底靠近射线源1，下底靠近探测器组4。前准直器的缝隙贯穿上底和下底。

进一步地，前准直器在XY平面上的投影为等腰梯形，从而使得前准直器在缝隙短边方向上的壁厚为定值，一方面保证了前准直器能够阻挡多余的射线，另一方面减少制造前准直器所需的材料，节约了成本。前准直器在XY平面上的投影为长方形，便于加工。

本发明实施例的前准直器加工时，将前准直器沿缝隙的长度方向分为两部分，分别用铣床铣削加工出设定的形状，然后将两部分拼接，形成完整的前准直器。

实施例3

本发明的一个实施例，如图7至图8所示，公开了另一种CT前准直器，前准直器的缝隙由两条曲线形成，曲线的形状根据实施例1中的制造方法确定。

本发明实施例的前准直器包括四块长方形侧板和一块长方形底板，四块侧板两两平行，形成一面开口的箱体，底板上沿高度方向设有缝隙，缝隙在XY面上的投影为长方形。

使用时，前准直器开口的一面朝向射线源1布置，底板朝向探测器组4布置。射线从开口处进入前准直器，从底板上的缝隙通过，被探测器组4接收。射线照射到前准直器上后，通过底板上的缝隙的射线为有效射线，散射的射线进入箱体后被前准直器阻挡，减少射线的空间散射。

本发明实施例中，准直器由铅、钨等重金属材料制成，使得前准直器能够阻挡多余的射线而只允许有效射线通过。

本发明实施例中，准直器的缝隙的长边为两条曲线，所述曲线为实施例1中前准直器高度方向上距射线源1最远的XZ平面上的两条曲线。一方面使得通过准直器的射线全部为有效射线，无效射线在进入前准直器后被前准直器阻挡，另一方面，缝隙的形状沿前准直器高度方向一致，易于加工，能够直接通过铣削获得，降低了加工成本。

综上所述，本发明实施例提供的一种CT前准直器及其制造方法，前准直器的缝隙由两条曲线形成，此两条曲线由多排探测器最外侧两排的探测器边缘线向前准直器缝隙所在的平面沿射线方向投影形成，从而使得前准直器在保证对探测器的射线覆盖的前提下，减少无效射线的通过，减少环境辐射，减少散射并提高成像质量；本发明实施例的CT前准直器的制造方法，采用计算机建模确定前准直器缝隙的形状，对于探测器组为不规则形状的情形，也能够确定合适的前准直器的缝隙形状，适用性较强。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种CT前准直器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定前准直器缝隙的形状；

步骤2：根据确定的前准直器的缝隙形状，加工前准直器；

步骤1中，将CT的探测器组(4)能够接收射线的区域的边缘曲线的端点与射线源焦点连线，形成的区域为有效射线区域，所述有效射线区域与前准直器的交线为前准直器缝隙的形状，所述探测器组(4)能够接收射线的区域为探测器组(4)的有效区域；

步骤1中，使用计算机建立射线源焦点和所述探测器组(4)的模型，将所述探测器组(4)的有效区域的两条边缘曲线的端点及两个边缘探测器的边缘线的端点分别与射线源焦点连线，形成的4个面与所述探测器组(4)的有效区域组成封闭区域；然后通过前准直器在XZ平面上的位置，得到前准直器与该封闭区域相交的曲线，确定前准直器缝隙的形状；

步骤2中，所述加工为铣削加工，所述铣削加工为将前准直器沿缝隙的长度方向分为两部分，分别铣削加工出步骤1确定的缝隙形状，然后将所述两部分拼接，形成完整的前准直器；

所述制造方法形成的前准直器位于CT的射线源(1)和探测器组(4)之间；所述前准直器的缝隙由两条曲线形成，所述曲线的形状根据所述制造方法确定；

所述前准直器包括四个侧板和一个底板，所述缝隙设在底板上；

所述四个侧板两两平行，所述四个侧板和一个底板组成一面开口的箱体，所述开口靠近射线源(1)，所述底板靠近探测器组(4)。

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