CN116636868A - 静态ct系统及相应的限束机构、限束控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静态CT系统及相应的限束机构、限束控制方法及控制系统。该限束机构包括第一限束器，沿第一方向活动设置于射线源环与探测器环之间，在第一方向上调节限束开口的大小；第二限束器，沿第二方向活动设置于射线源环与探测器环之间，在第二方向上调节限束开口的大小；第三限束器，沿第三方向活动设置于射线源环与探测器环之间，在第三方向上调节限束开口的大小；其中，第一方向为探测器环的中心轴线方向，第二方向为垂直于第一方向的水平方向，第三方向为垂直于第一方向的竖直方向。该限束机构能够在不同方向上控制限束开口的大小，从而与用户的体型大小和不同部位相适应。

Description

静态CT系统及相应的限束机构、限束控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及一种面向静态CT系统的限束机构，同时也涉及相应的限束控制方法及限束控制系统，还涉及包括该限束机构的静态CT系统，属于医疗器械技术领域。

背景技术

早年，申请人率先在业界提出静态CT的解决方案。静态CT系统采用光子流探测器和扫描射线源构成双环结构，以双环结构替代滑环，并利用环形分布的多个固定射线源依次“发光”完成CT扫描及图像重建。

在静态CT系统中，包括由多个射线源围绕扫描孔环形排列组成的射线源环。为了控制射线的光路、降低散射，通常给每个射线源都配置一个限束器(又称准直器，下同)。在静态CT系统的扫描成像过程中，这些限束器的开口方式和大小是完全一致的。这样限束器虽然起到了一定的限制光束的作用，但成像上照射野并没有降到最小合理值，也就是仍然存在射线资源的浪费。冗余的散射线不但降低了图像质量，同时对患者还会造成随机性生物效应。另一方面，随着射线源数量的增加，导致给每个射线源单独配置一个独立的限束器会受空间限制而难以实现，并且每个限束器的运动控制电机及驱动等部件也会成倍数的增加，进而会导致控制系统复杂庞大，同时控制系统出现故障的概率也大大增加。

在专利号为201920223101.3的中国实用新型中，公开了一种用于静态CT成像系统的前准直装置，包括：限束内环、限束外环、至少两个传动组件和多个支撑组件；其中，限束内环和限束外环平行设置在射线源环和探测器环之间；限束外环固定设置；限束内环在传动组件和支撑组件的作用下，可相对于限束外环移动，从而改变限束内环和限束外环之间的限束宽度。上述用于静态CT成像系统的前准直装置，通过传动组件带动限束内环进行移动，可对限束内环和限束外环之间的限束宽度进行连续调节。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种面向静态CT系统的限束机构。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种相应的限束控制方法。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种相应的限束控制系统。

本发明所要解决的再一技术问题在于提供一种包括上述限束机构的静态CT系统。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种面向静态CT系统的限束机构，包括：

第一限束器，沿第一方向活动设置于射线源环与探测器环之间，并与所述射线源环上的射线源相对应，以在所述第一方向上调节限束开口的大小；

第二限束器，沿第二方向活动设置于射线源环与探测器环之间，并与所述射线源环上的射线源相对应，以在所述第二方向上调节所述限束开口的大小；

第三限束器，沿第三方向活动设置于射线源环与探测器环之间，并与所述射线源环上的射线源相对应，以在所述第三方向上调节所述限束开口的大小；

其中，所述第一方向为所述探测器环的中心轴线方向，所述第二方向为垂直于所述第一方向的水平方向，所述第三方向为垂直于所述第一方向的竖直方向。

其中较优地，所述第一限束器、第二限束器和第三限束器沿射线源的射线发射方向层叠设置，相邻两个限束器之间的距离可调。

其中较优地，所述第一限束器、第二限束器和第三限束器之间的位置可任意调换。

其中较优地，所述第一限束器至少包括开合挡板和驱动部，所述开合挡板设置于所述射线源环与探测器环之间并与射线源相对应；所述驱动部与所述开合挡板连接，以驱动所述开合挡板沿所述第一方向开合运动，从而在所述第一方向上调节限束开口的大小；

其中，所述第一限束器、第二限束器和第三限束器的结构不相同。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种限束控制方法，包括如下步骤：

获取用户的体型和待检查部位的形状；

基于所述用户的体型和待检查部位的形状，控制上述限束机构的限束开口的大小，以使多个射线源的射线覆盖范围与所述用户的体型和待检查部位的形状相匹配。

其中较优地，所述获取用户的体型和待检查部位的形状至少包括：

获取用户的身高和体重数据，结合BMI数据预测所述用户的体型和待检查部位的形状；

和/或，通过稀疏或密集的可见光成像方法，得到用户的体型和待检查部位的形状。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种限束控制系统，包括处理器和存储器，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序，用于执行以下操作：

获取用户的体型和待检查部位的形状；

基于所述用户的体型和待检查部位的形状，控制上述限束机构的限束开口的大小，以使多个射线源的射线覆盖范围与所述用户的体型和待检查部位的形状相匹配。

根据本发明实施例的第四方面，提供一种静态CT系统，包括：

射线源环，所述射线源环上沿周向方向间隔设置有多个射线源；

探测器环，设置于所述射线源环内且所述探测器环的中心轴线与所述射线源环的中心轴线重合；

多个上述限束机构，设置于所述射线源环与所述探测器环之间，并分别与多个所述射线源一一对应，以通过调节限束开口控制所述射线源的射线覆盖范围。

其中较优地，多个所述限束机构关于第一轴线对称设置，所述第一轴线经过所述探测器环的中心并与所述第二方向平行。

其中较优地，多个所述限束机构关于第二轴线对称设置，所述第二轴线经过所述探测器环的中心并与所述第三方向平行。

与现有技术相比较，本发明具有以下的技术特点：

1.通过多个限束器分别在不同方向上控制限束开口的大小，以能够根据不同使用场景自由调整静态CT系统的射线照射范围，从而与用户的体型大小和不同部位相适应。

2.静态CT系统的成像视野降低到最小合理值，提高了图像质量；避免射线资源的浪费，降低X射线对患者的随机性生物效应和临床风险。

3.各限束器的相对位置可任意调换，并且相邻两个限束器之间的距离可调，提高对限束开口调节的便利性，以实现限束开口的多级调节，进而提高限束机构的适用性。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的一种面向静态CT系统的限束机构的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的一种面向静态CT系统的限束机构的使用状态图；

图3为本发明的第一实施例中，第一限束器的结构示意图；

图4为本发明第二实施例提供的一种静态CT系统的结构示意图；

图5为本发明第二实施例中，静态CT系统的一种检测状态示意图；

图6为本发明第二实施例中，静态CT系统的另一种检测状态示意图；

图7为本发明第二实施例中，静态CT系统的另一种检测状态示意图；

图8为本发明第二实施例中，静态CT系统的另一种检测状态示意图；

图9为本发明第三实施例提供的一种限束控制方法的流程图；

图10为本发明第四实施例提供的一种限束控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

第一实施例：

如图1所示，本发明第一实施例提供一种面向静态CT系统的限束机构，至少包括第一限束器1、第二限束器2和第三限束器3。其中，各限束器分别用于在不同方向上控制限束开口的大小，从而能够根据不同使用场景自由调整静态CT系统的射线照射范围。

具体的，如图2所示，第一限束器1沿第一方向活动设置于射线源环10与探测器环20之间，并与射线源环10上的射线源101相对应，以在第一方向上调节限束开口的大小。第二限束器2沿第二方向活动设置于射线源环10与探测器环20之间，并与射线源环10上的射线源101相对应，以在第二方向上调节限束开口的大小。第三限束器3沿第三方向活动设置于射线源环10与探测器环20之间，并与射线源环10上的射线源101相对应，以在第三方向上调节限束开口的大小。其中，射线源环10与探测器环20为同心圆环，第一方向为探测器环20的中心轴线方向(即图1中垂直于图片表面的前后方向)，第二方向为垂直于第一方向的水平方向(即图1中的左右方向)，第三方向为垂直于第一方向的竖直方向(即图1中的上下方向)。

由此，在本实施例中，通过在三个方向上对限束开口的大小进行调节，从而可根据实际应用场景对静态CT系统的射线照射范围进行适应性调节。可以理解的是，在上述实施例中，第一限束器1、第二限束器2和第三限束器3沿射线源的射线发射方向层叠设置，并且，第一限束器1、第二限束器2和第三限束器3之间的位置可任意调换。

此外，在上述实施例中，优选地，第一限束器1、第二限束器2和第三限束器3中，相邻两个限束器之间的距离可调。例如：若按照第一限束器1、第二限束器2和第三限束器3进行层叠设置，则第一限束器1与第二限束器2之间的距离可调(该距离指的是：沿探测器环20径向方向的距离)，并且，第二限束器2与第三限束器3之间的距离可调。可以理解的是，若三个限束器之间的位置关系进行了调换，则相邻两个限束器会相应变化。由此，通过在探测器环20径向方向上调节相邻两个限束器之间的距离，从而能够配合各限束器在各自方向上的限束作用，提高对限束开口调节的便利性，以实现限束开口的多级调节，进而提高限束机构的适用性。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，第一限束器1至少包括开合挡板11和驱动部12。开合挡板11设置于射线源环10与探测器环20之间并与射线源相对应；驱动部12与开合挡板11连接，以驱动开合挡板11沿第一方向开合运动，从而在第一方向上调节限束开口110的大小。并且，在该实施例中，第一限束器1、第二限束器2和第三限束器3的结构相同。

可以理解的是，在其他实施例中，第一限束器1的结构可根据需要进行适应性调整，并且，第一限束器1、第二限束器2和第三限束器3的结构可相同也可不同，只要能够实现在上述三个方向上的限束作用即可。

第二实施例：

如图4所示，在上述第一实施例的基础上，本发明第二实施例提供的一种静态CT系统，包括射线源环10、探测器环20和多个上述第一实施例中所述的限束机构30。

具体的，射线源环10上沿周向方向间隔设置有多个射线源101；探测器环20设置于射线源环10内且探测器环20的中心轴线与射线源环10的中心轴线重合；多个限束机构30设置于射线源环10与探测器环20之间，并分别与多个射线源101一一对应，以通过调节限束开口控制射线源的射线覆盖范围。

可以理解的是，在本实施例中，一个限束机构30对应一个射线源101，并且，在三个方向上均具有限束作用，从而能够分别对各个射线源101进行限束控制，使得各个射线源101发出的X射线均能够覆盖合适的范围，以应对多样化的静态CT系统的检查需求。如图5至图8所示，本实施例提供的静态CT系统在使用时，能够利用多个限束机构30分别调节多个射线源101的射线覆盖范围，从而与用户的体型大小和不同部位相适应。

此外，在上述实施例中，多个限束机构30关于第一轴线(即图4中的虚线X)对称设置，第一轴线经过探测器环20的中心并与第二方向平行。并且，多个限束机构30关于第二轴线(即图4中的虚线Y)对称设置，第二轴线经过探测器环20的中心并与第三方向平行。由此，保证了射线覆盖的均匀性，便于探测器环20进行射线采集，并且有利于后期的图像重建。

第三实施例：

如图9所示，在上述第二实施例的基础上，本发明第三实施例提供一种限束控制方法，具体包括步骤S1～S2：

S1：获取用户的体型和待检查部位的形状；

具体的，本实施例中，可通过以下两种方式获取用户的体型和待检查部位的形状：

第一种方式：获取用户的身高和体重数据，结合BMI数据预测用户的体型和待检查部位的形状。

第二种方式：通过稀疏或密集的可见光成像方法，得到用户的体型和待检查部位的形状。其中，稀疏可见光是通过3～4个光学摄像头进行拍照并计算，密集可见光是在每个限束器上扩展一个光学摄像头来拍照和计算体型和形状。

可以理解的是，以上两种方式各有利弊或优缺点，体重信息估算的方法部位形状准确度不高，可见光成像方法受患者着装和衣物影响较大。因此，在实际应用时，可将两者结合起来使用，以得到更准确的结果。

S2：基于用户的体型和待检查部位的形状，控制限束机构的限束开口的大小，以使多个射线源的射线覆盖范围与用户的体型和待检查部位的形状相匹配。

第四实施例：

如图10所示，在上述第三实施例的基础上，本发明第四实施例还提供一种限束控制系统。该限束控制系统包括一个或多个处理器21和存储器22。其中，存储器22与处理器21耦接，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器21执行，使得所述一个或多个处理器21实现如上述实施例中的限束控制方法。

其中，处理器21用于控制该限束控制系统的整体操作，以完成上述限束控制方法的全部或部分步骤。该处理器21可以是中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)芯片等。存储器22用于存储各种类型的数据以支持在该限束控制系统的操作，这些数据例如可以包括用于在该限束控制系统上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器22可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、磁存储器、快闪存储器等。

在一个示例性实施例中，限束控制系统具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现，用于执行上述的限束控制方法，并达到如上述方法一致的技术效果。一种典型的实施例为计算机。具体地说，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

在另一个示例性实施例中，本发明还提供一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述任意一个实施例中的限束控制方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由限束控制系统的处理器执行以完成上述的限束控制方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

需要说明的是，上述多个实施例只是举例，各个实施例的技术方案之间可以进行组合，均在本发明的保护范围内。

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。

上面对本发明所提供的静态CT系统及相应的限束机构、限束控制方法及控制系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种面向静态CT系统的限束机构，其特征在于包括：

第一限束器，沿第一方向活动设置于射线源环与探测器环之间，并与所述射线源环上的射线源相对应，以在所述第一方向上调节限束开口的大小；

第二限束器，沿第二方向活动设置于射线源环与探测器环之间，并与所述射线源环上的射线源相对应，以在所述第二方向上调节所述限束开口的大小；

第三限束器，沿第三方向活动设置于射线源环与探测器环之间，并与所述射线源环上的射线源相对应，以在所述第三方向上调节所述限束开口的大小；

其中，所述第一方向为所述探测器环的中心轴线方向，所述第二方向为垂直于所述第一方向的水平方向，所述第三方向为垂直于所述第一方向的竖直方向。

2.如权利要求1所述的限束机构，其特征在于：

所述第一限束器、第二限束器和第三限束器沿射线源的射线发射方向层叠设置，相邻两个限束器之间的距离可调。

3.如权利要求1所述的限束机构，其特征在于：

所述第一限束器、第二限束器和第三限束器之间的位置可任意调换。

4.如权利要求1所述的限束机构，其特征在于：

所述第一限束器至少包括开合挡板和驱动部，所述开合挡板设置于所述射线源环与探测器环之间并与射线源相对应；所述驱动部与所述开合挡板连接，以驱动所述开合挡板沿所述第一方向开合运动，从而在所述第一方向上调节限束开口的大小；

其中，所述第一限束器、第二限束器和第三限束器的结构不相同。

5.一种限束控制方法，其特征在于包括如下步骤：

获取用户的体型和待检查部位的形状；

基于所述用户的体型和待检查部位的形状，控制限束机构的限束开口的大小，以使多个射线源的射线覆盖范围与所述用户的体型和待检查部位的形状相匹配；

其中，所述限束机构为权利要求1～4中任意一项所述的限束机构。

6.如权利要求5所述的限束控制方法，其特征在于所述获取用户的体型和待检查部位的形状至少包括：

获取用户的身高和体重数据，结合BMI数据预测所述用户的体型和待检查部位的形状；和/或，

通过稀疏或密集的可见光成像方法，得到用户的体型和待检查部位的形状。

7.一种限束控制系统，其特征在于包括处理器和存储器，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序，用于执行以下操作：

获取用户的体型和待检查部位的形状；

基于所述用户的体型和待检查部位的形状，控制限束机构的限束开口的大小，以使多个射线源的射线覆盖范围与所述用户的体型和待检查部位的形状相匹配；

其中，所述限束机构为权利要求1～4中任意一项所述的限束机构。

8.一种静态CT系统，其特征在于包括：

射线源环，所述射线源环上沿周向方向间隔设置有多个射线源；

探测器环，设置于所述射线源环内且所述探测器环的中心轴线与所述射线源环的中心轴线重合；

多个权利要求1～4中任意一项所述的限束机构，设置于所述射线源环与所述探测器环之间，并分别与多个所述射线源一一对应，以通过调节限束开口控制所述射线源的射线覆盖范围。

9.如权利要求8所述的静态CT系统，其特征在于：

多个所述限束机构关于第一轴线对称设置，所述第一轴线经过所述探测器环的中心并与所述第二方向平行。

10.如权利要求9所述的静态CT系统，其特征在于：

多个所述限束机构关于第二轴线对称设置，所述第二轴线经过所述探测器环的中心并与所述第三方向平行。