CN114947917A - 基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro‑CT装置，包括样品回转系统；多自由度平移台，包括X方向平移台、Y方向平移台和Z方向平移台；成像系统，包括高分辨率探测器、平板探测器和X射线源，高分辨率探测器和平板探测器设置在样品仓一侧，X射线源设置在样品仓另一侧；成像系统转台，用于带动高分辨率探测器、平板探测器和X射线源在竖直平面内围绕样品仓360°旋转；成像系统调节机构，用于调节高分辨率探测器、平板探测器和X射线源的位置；本申请装配简单方便，在传统结构的基础上，重新提出一种新型Micro‑CT结构，大大提升了离体或活体扫描时图像的拍摄质量，同时在进行离体扫描拍摄时可自由调节系统放大倍率。
Description
技术领域
本发明涉及CT成像技术领域，具体为基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置。
背景技术
随着计算机的飞速发展，利用计算机技术进行小动物模型的研究已经成为人类疾病研究的一个重要内容，由此各种专门用于小动物成像的仪器层出不穷。
CT技术作为现代医学成像和工业无损检测的重要技术之一，非常适合用于小动物的无损在体研究。传统CT在病人的临床医学诊断中起到了革命性作用，但小动物成像往往要求成像系统的空间分辨率达到几十甚至几微米级别，所以传统临床医用CT基本无法满足。Micro-CT得益于微米级焦斑大小的X射线源和高灵敏度的CCD探测器，其空间分辨率相较于传统CT获得了巨大提升，所以在小动物成像领域内得到广泛应用。
Micro-CT主要由三部分组成：X射线源、转台、探测器。现有的Micro-CT结构形式主要包含立式结构与机架式结构两种，立式结构一般需要将样品竖直放置在射线源与探测器之间，样品下的回转台驱动样品回转一周获得样品各角度的投影信息，这种设计方式结构简单，进行高精度旋转时具有较高的稳定性，但通常只能对离体样品进行扫描，难以满足小动物活体成像的需求，机架式结构类似于传统的医用CT结构，样品只需水平放置于成像系统之间，成像系统围绕样品进行旋转采集重建所需的投影信息，很好的满足了活体成像的需求，但往往活离体成像对探测器的要求不尽相同，故单纯的机架式结构也无法较好满足高分辨的离体扫描。
一般用于活体成像的平板探测器像素都在几十微米左右，同时其帧率与视野大小也是在进行活体成像时不可或缺的，对于需要进行更高分辨率分析的离体样本，使用CCD相机才能将成像系统的空间分辨率提升至几微米级别，故基于双探测器切换的机架式离活一体Micro-CT成像系统得到了发展，然而在此系统的实际应用中，因为探测器切换前后系统难以保持不变的配重平衡条件，所以对成像系统的转台要求极高，在探测器切换以及位置变动的系统偏载情况下，转台往往无法在整个回转周期内保持较高精度，导致CT系统几何参数发生变动，最后重建出的断层图像将会产生伪影。
发明内容
为解决现有技术的不足，本申请提供了基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置，包括，
样品回转系统，包括样品仓和带动所述样品仓旋转的旋转机构；
多自由度平移台，包括X方向平移台、Y方向平移台和Z方向平移台，所述Y方向平移台设置在所述X方向平移台上，所述Z方向平移台设在所述Y方向平移台上，所述旋转机构设置在所述Z方向平移台上；
成像系统，包括高分辨率探测器、平板探测器和X射线源，所述高分辨率探测器和所述平板探测器设置在所述样品仓一侧，所述X射线源设置在样品仓另一侧；
成像系统转台，所述成像系统设置在所述成像系统转台上，用于带动所述高分辨率探测器、所述平板探测器和所述X射线源在竖直平面内围绕所述样品仓360°旋转；
成像系统调节机构，设置在所述成像系统转台上用于调节所述高分辨率探测器、所述平板探测器和所述X射线源的位置；
其中，所述多自由度平移台与所述成像系转台统相对设置。
进一步的，所述多自由度平移台还包括平移台底座，所述X方向平移台包括设置在所述平移台底座上的第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端通过丝杆设置横移板，所述Y方向平移台包括设置在所述横移板上的第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出端通过丝杆设置纵移板，所述Z方向平移台包括设置在所述纵移板上的第三伺服电机，所述第三伺服电机的输出端通过升降丝杆设置X状升降平台，所述旋转机构设置在所述X状升降平台上。
进一步的，所述旋转机构包括安装支架、第四伺服电机和第一立式旋转板，所述第四伺服电机设置在安装支架上，第四伺服电机的输出端通过传动组件连接所述第一立式旋转板，所述样品仓连接至第一立式旋转板。
进一步的，所述成像系统转台包括转台底座，所述转台底座上设置立板，所述立板上设置第五伺服电机，所述第五伺服电机的输出端设置第二立式旋转板，所述成像系统和所述成像系统调节机构均设置所述第二立式旋转板上。
进一步的，所述成像系统调节机构包括上下相对设置的探测器调节组件和射线源调节组件，所述探测器调节组件用于调节所述高分辨率探测器和所述平板探测器位置，所述射线源组件用于调节所述X射线源位置。
进一步的，所述探测器调节组件包括第六伺服电机，所述第六伺服电机的输出端通过丝杆设置第一移动板，所述第一移动板上设置第七伺服电机，所述第七伺服电机的输出端通过丝杆设置安装板，所述高分辨率探测器和所述平板探测器设置在所述安装板上，其中，所述第一移动板的移动方向和所述安装板的移动方向相互垂直。
进一步的，所述射线源调节组件包括第八伺服电机，所述第八伺服电机的输出端通过丝杆设置第二移动板，所述X射线源安装在所述第二移动板上，其中，第二移动板的可移动方向与所述第一移动板的可移动方向一致。
本申请的有益之处在于：提供的基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置结构清晰明了，装配简单方便，在立式结构与机架式结构Micro-CT的基础上，取其精华，化繁为简，重新提出一种新型架卧复合式Micro-CT结构，此结构在具备高灵活性与适应性的基础上，大大提升了离体或活体扫描时图像的拍摄质量，同时在进行离体扫描拍摄时可自由调节系统放大倍率，最大限度地发挥系统性能，具有很高的实用价值和经济价值。
附图说明
图1为本申请基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置一种实施例结构示意图；
图2为图1另一视角结构示意图；
图3为图1中多自由度平移台和旋转机构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。
参见图1-3，本实施例提供了基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置，包括：样品回转系统，包括样品仓10和带动样品仓10旋转的旋转机构11；多自由度平移台，包括X方向平移台12、Y方向平移台13和Z方向平移台14，Y方向平移台设置在X方向平移台上，Z方向平移台设在Y方向平移台上，旋转机构11设置在Z方向平移台14上；成像系统，包括高分辨率探测器16、平板探测器15和X射线源17，高分辨率探测器和平板探测器设置在样品仓一侧，X射线源设置在样品仓另一侧；成像系统转台，成像系统设置在成像系统转台上，用于带动高分辨率探测器16、平板探测器15和X射线源17在竖直平面内围绕样品仓10进行360°旋转；成像系统调节机构，设置在成像系统转台上用于调节高分辨率探测器、平板探测器和X射线源的位置；其中，多自由度平移台与成像系转台统相对设置。
具体而言，多自由度平移台还包括平移台底座25，X方向平移台12包括设置在平移台底座上的第一伺服电机121，第一伺服电机的输出端通过丝杆设置横移板122，Y方向平移台13包括设置在横移板122上的第二伺服电机131，第二伺服电机131的输出端通过丝杆设置纵移板132，Z方向平移台14包括设置在纵移板132上的第三伺服电机141，第三伺服电机141的输出端通过升降丝杆设置X状升降平台142，旋转机构11设置在X状升降平台142上。
具体而言，旋转机构11包括安装支架114、第四伺服电机111和第一立式旋转板112，安装支架114设置在X状升降平台142上，第四伺服电机111设置在安装支架114上，第四伺服电机的输出端通过传动组件连接第一立式旋转板112，样品仓10连接至第一立式旋转板112。
作为优选的，传动组件采用蜗轮蜗杆结构，其蜗杆端面连接有同步带轮，第四伺服电机111的输出端通过同步带113向蜗杆传输动力，蜗杆驱动蜗轮实现第一立式旋转板的旋转。
具体而言，成像系统转台包括转台底座26，转台底座呈L型设置，底端与平移台底座25连接，上端设置立板27，立板27上设置第五伺服电机28，第五伺服电机28的输出端设置第二立式旋转板24，成像系统和成像系统调节机构均设置第二立式旋转板上。
具体而言，成像系统调节机构包括上下相对设置的探测器调节组件和射线源调节组件， 探测器调节组件包括第六伺服电机18，第六伺服电机18的输出端通过丝杆设置第一移动板19，第一移动板19上设置第七伺服电机20，第七伺服电机20的输出端通过丝杆设置安装板21，高分辨率探测器16和平板探测器15设置在安装板21上，其中，第一移动板19的移动方向和安装板21的移动方向相互垂直；射线源调节组件包括第八伺服电机22，第八伺服电机22的输出端通过丝杆设置第二移动板23，X射线源17安装在第二移动板23上，其中，第二移动板23的可移动方向与第一移动板19的可移动方向一致。
具体使用时，应先根据样本类型选择合适的扫面床，当样本在样品仓10内放置和固定完毕后，如果需要进行离体高分辨率扫描，就打开X射线源17，调节X方向平移台12使样品进入探测器视野，再使用Y方向平移台13将样本调节水平方向至视野中心位置，之后可根据样品的ROI调节Z方向平移台14来调节系统放大倍率，来取得最佳分辨率效果，其中ROI为扫描的感兴趣区域；如果需要进行活体扫描，此时同样调节X方向平移台12使样品进入视野中，调节Y方向平移台13将水平方向上移至中心位置，不同的是，为了使系统满足锥形束重建算法的几何位置要求，且最后的样品位于断层图像的中心位置，此时要将成像系统转台旋转90度，调节Z方向平移台使样本在竖直方向上处于探测器视野的中心位置，这样成像系统转台便可以样本为中心带动成像系统进行360旋转，完成活体图像的采集，成像系统调节机构可用于对高分辨率探测器16、平板探测器15和X射线源17进行调节。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置，其特征在于：包括，
样品回转系统，包括样品仓和带动所述样品仓旋转的旋转机构；
多自由度平移台，包括X方向平移台、Y方向平移台和Z方向平移台，所述Y方向平移台设置在所述X方向平移台上，所述Z方向平移台设在所述Y方向平移台上，所述旋转机构设置在所述Z方向平移台上；
成像系统，包括高分辨率探测器、平板探测器和X射线源，所述高分辨率探测器和所述平板探测器设置在所述样品仓一侧，所述X射线源设置在样品仓另一侧；
成像系统转台，所述成像系统设置在所述成像系统转台上，用于带动所述高分辨率探测器、所述平板探测器和所述X射线源在竖直平面内围绕所述样品仓360°旋转；
成像系统调节机构，设置在所述成像系统转台上用于调节所述高分辨率探测器、所述平板探测器和所述X射线源的位置；
其中，所述多自由度平移台与所述成像系转台统相对设置。
2.根据权利要求1所述的基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置，其特征在于：所述多自由度平移台还包括平移台底座，所述X方向平移台包括设置在所述平移台底座上的第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端通过丝杆设置横移板，所述Y方向平移台包括设置在所述横移板上的第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出端通过丝杆设置纵移板，所述Z方向平移台包括设置在所述纵移板上的第三伺服电机，所述第三伺服电机的输出端通过升降丝杆设置X状升降平台，所述旋转机构设置在所述X状升降平台上。
3.根据权利要求1所述的基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置，其特征在于：所述旋转机构包括安装支架、第四伺服电机和第一立式旋转板，所述第四伺服电机设置在安装支架上，第四伺服电机的输出端通过传动组件连接所述第一立式旋转板，所述样品仓连接至第一立式旋转板。
4.根据权利要求1所述的基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置，其特征在于：所述成像系统转台包括转台底座，所述转台底座上设置立板，所述立板上设置第五伺服电机，所述第五伺服电机的输出端设置第二立式旋转板，所述成像系统和所述成像系统调节机构均设置所述第二立式旋转板上。
5.根据权利要求1所述的基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置，其特征在于：所述成像系统调节机构包括上下相对设置的探测器调节组件和射线源调节组件，所述探测器调节组件用于调节所述高分辨率探测器和所述平板探测器位置，所述射线源组件用于调节所述X射线源位置。
6.根据权利要求5所述的基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置，其特征在于：所述探测器调节组件包括第六伺服电机，所述第六伺服电机的输出端通过丝杆设置第一移动板，所述第一移动板上设置第七伺服电机，所述第七伺服电机的输出端通过丝杆设置安装板，所述高分辨率探测器和所述平板探测器设置在所述安装板上，其中，所述第一移动板的移动方向和所述安装板的移动方向相互垂直。
7.根据权利要求6所述的基于成像系统与样品回转系统的离活一体Micro-CT装置，其特征在于：所述射线源调节组件包括第八伺服电机，所述第八伺服电机的输出端通过丝杆设置第二移动板，所述X射线源安装在所述第二移动板上，其中，第二移动板的可移动方向与所述第一移动板的可移动方向一致。
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