CN117045267A - 一种光阴极快速扫描ct及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光阴极快速扫描CT及其控制方法，包括：激光器、旋转反射镜和扫描架组件；扫描架组件包括：反射镜环、光阴极环、阳极靶环、前准直器环和探测器环，反射镜环包括若干个反射镜，光阴极环包括若干个与反射镜一一对应的光阴极；旋转反射镜可沿扫描架组件中心轴向转动，并在转动时将激光器发射的激光经反射镜环的不同反射镜上反射至光阴极环的对应光阴极上，光阴极环接收激光并发射电子束流至阳极靶环，阳极靶环发出的X射线经前准直器照射至探测器环的相应位置。通过采用激光器激发光阴极发射电子，通过激光器照射不同的光阴极实现不同光阴极发射电子束流，实现了X射线的快速扫描，提高了CT的成像速度和成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种光阴极快速扫描CT及其控制方法。
背景技术
如图1所示，目前CT采用旋转阳极X射线管方案，阳极散热主要通过辐射进行，散热效率较低，因此CT正常工作时有一部分热量会留存在阳极上。当CT连续工作时，阳极留存热量会越来越多，当达到额定阳极储热容量时，CT就必须停机等待阳极散热，这样会影响CT使用效率；目前CT使用的X射线管安装在CT扫描架上，X射线管目前每秒最多可旋转2.5圈，因此目前CT每秒最多可得到2.5张扫描图像。目前X射线管使用的是旋转阳极，阳极通过轴承与X射线管固定部分连接，如果轴承损坏，整个X射线管就会损坏；目前X射线管最大的故障原因是轴承损坏。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种光阴极快速扫描CT及其控制方法，通过采用激光器激发光阴极发射电子，通过激光器照射不同的光阴极实现不同光阴极发射电子束流，实现了X射线的快速扫描，提高了CT的成像速度和成像质量。
为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种光阴极快速扫描CT，包括：激光器、旋转反射镜和扫描架组件；
所述扫描架组件包括：反射镜环、光阴极环、阳极靶环、前准直器环和探测器环，所述反射镜环包括若干个反射镜，所述光阴极环包括若干个与所述反射镜一一对应的光阴极；
所述旋转反射镜可沿所述扫描架组件中心轴向转动，并在转动时将所述激光器发射的所述激光经所述反射镜环的不同反射镜上反射至所述光阴极环的对应所述光阴极上，所述光阴极环接收所述激光并发射电子束流至所述阳极靶环，所述阳极靶环发出的X射线经所述前准直器照射至所述探测器环的相应位置。
进一步地，所述扫描架组件还包括：后准直器和后准直器环；
所述后准直器设置于所述后准直器环朝向中心侧一侧；
所述后准直器环可沿轴向与所述旋转反射镜同步旋转，使所述后准直器始终位于与所述激光入射所述光阴极相对的位置。
进一步地，所述光阴极快速扫描CT还包括：聚焦透镜组件；
所述聚焦透镜组件设置于所述激光器和所述旋转反射镜之间。
进一步地，所述光阴极快速扫描CT还包括：冷却组件；
所述冷却组件设置于所述阳极靶环远离所述激光器的一侧；
所述阳极靶环远离所述激光器的一侧与所述冷却组件的冷却液直接接触。
进一步地，所述反射镜环上的若干个所述反射镜为椭球曲面镜；
所述椭球曲面镜的两个焦点分别为相对应的所述光阴极的中心位置与所述反射镜的所述激光的入射位置。
进一步地，所述阳极靶环在所述电子束流撞击点处采用钨铼合金。
进一步地，所述光阴极快速扫描CT还包括：电子聚焦组件；
所述电子聚焦组件分别设置于所述若干个光阴极的相应位置。
进一步地，所述电子聚焦组件包括：偏置栅极和/或聚焦线圈。
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种光阴极快速扫描CT控制方法，用于控制上述任一所述的光阴极快速扫描CT，包括如下步骤：
获取激光器的状态信息及旋转反射镜的转速信息和/或位置信息；
依据所述旋转反射镜的预设转速及对应位置，对所述旋转反射镜的转速进行调整；
获取探测器环接收的X射线的检测信息，依据所述检测信息进行图像重建。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过采用激光器激发光阴极发射电子，通过激光器照射不同的光阴极实现不同光阴极发射电子束流，实现了X射线的快速扫描，提高了CT的成像速度和成像质量。
附图说明
图1是现有的电子束快速扫描方案原理图；
图2是本发明实施例提供的光阴极快速扫描CT示意图；
图3是本发明实施例提供的扫描架示意图；
图4是本发明实施例提供的光阴极示意图；
图5是本发明实施例提供的光阴极快速扫描CT控制流程示意图。
附图标记：
1、激光器，2、旋转反射镜，3、扫描架组件，31、反射镜环，32、光阴极环，33、阳极靶环，34、前准直器环，35、探测器环，36、后准直器，4、聚焦透镜组件，5、冷却组件，6、电子聚焦组件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参照图2、图3和图4,本发明实施例的第一方面提供了一种光阴极快速扫描CT，包括：激光器1、旋转反射镜2和扫描架组件3；扫描架组件3包括：反射镜环31、光阴极环32、阳极靶环33、前准直器环34和探测器环35，反射镜环31包括若干个反射镜，光阴极环32包括若干个与反射镜一一对应的光阴极；旋转反射镜2可沿扫描架组件3中心轴向转动，并在转动时将激光器1发射的激光经反射镜环31的不同反射镜上反射至光阴极环32的对应光阴极上，光阴极环32接收激光并发射电子束流至阳极靶环33，阳极靶环33发出的X射线经前准直器环34照射至探测器环35的相应位置。
CT工作时需要X射线从360度照射病人，因此X射线源每旋转一周可得到一张CT扫描图像；目前CT使用的X射线管安装在CT扫描架上，X射线管目前每秒最多可旋转2.5圈，因此目前CT每秒最多可得到2.5张扫描图像。为了进一步提高CT的扫描速度，本发明通过采用激光器1激发光阴极发射电子，通过激光器1照射不同的光阴极实现不同光阴极发射电子束流，实现了X射线的快速扫描，提高了CT的成像速度和成像质量。
光阴极与阳极靶环33之间加高压，高压值等于CT发射X光所需的X射线管管电压值，当激光照射至光阴极上时，光阴极发射电子。光阴极发射的电子束流撞击到阳极靶环33表面时会在撞击点发出X射线。X射线通过前准直器环34后透过CT检查床，照射到相对位置探测器上，探测器接收到X射线后将X射线信号传递到CT控制计算机，然后成像。
激光光路上反射镜可沿轴向快速旋转，这样实现激光依次照射至反射镜环31上各个反射镜，从而让激光依次照射到各个光阴极上，实现X射线从阳极靶环33各个发射点依次发射。
由于反射镜可以很快速度旋转，因此激光对反射镜的扫描速度可以很快，这样实现了X射线的快速扫描。
整个激光光路与阴极、阳极部分需要处于真空状态，阳极背面与冷却液接触，不需要处于真空状态。
具体的，阳极靶环33为固定部件，不再通过轴承与其它部份连接，因此X射线源中不再具有轴承这一部件，那么传统旋转阳极X射线管中最大的故障原因在本发明中不存在，X射线源的故障率也就会降低。
进一步地，扫描架组件3还包括：后准直器36和后准直器36环；后准直器36设置于后准直器36环朝向中心侧一侧；后准直器36环可沿轴向与旋转反射镜2同步旋转，使后准直器36始终位于与激光入射光阴极相对的位置。
后准直器36用于减少入射至探测器的散射光，降低噪声，增加成像对比度，提高图像质量。后准直器36安装在一个旋转环上，可绕轴向进行旋转。后准直器36旋转与激光光路系统中旋转反射镜2旋转同步，使后准直器36始终在激光入射光阴极对面位置。
进一步地，光阴极快速扫描CT还包括：聚焦透镜组件4；聚焦透镜组件4设置于激光器1和旋转反射镜2之间。
进一步地，光阴极快速扫描CT还包括：冷却组件5；冷却组件5设置于阳极靶环33远离激光器1的一侧；阳极靶环33远离激光器1的一侧与冷却组件5的冷却液直接接触，以提高散热效率。
阳极靶环33背面直接与冷却剂接触，阳极靶环33的散热不再主要通过热辐射进行，主要通过对冷却剂的热传导进行，散热效率提高很多。本发明中的CT在运行时阳极由于电子束撞击产生的热量基本都会通过冷却液带走，阳极中基本没有热量留存，因此CT可以连续运行，不用停机散热，提高了CT的使用效率。
进一步地，反射镜环31上的若干个反射镜为椭球曲面镜；椭球曲面镜的两个焦点分别为相对应的光阴极的中心位置与反射镜的激光的入射位置。使照射到反射镜上的激光能发射至光阴极中心。反射镜环31可以使光阴极出射电子束流质量提高。也可使激光直接照射至光阴极上，产生出射电子，此时反射镜环31不再需要。
进一步地，阳极靶环33在电子束流撞击点处采用钨铼合金，提高X射线产率。
进一步地，光阴极快速扫描CT还包括：电子聚焦组件6；电子聚焦组件6分别设置于若干个光阴极的相应位置。
进一步地，电子聚焦组件6包括：偏置栅极和/或聚焦线圈。
上述技术方案中，CT的X射线扫描通过扫描架上不同光阴极发射电子实现，X射线扫描速度与光阴极发射电子的切换速度相关；光阴极发射电子由激光来激发，激光相当于光阴极发射电子的开关，当激光照射不同光阴极时，各个光阴极之间就实现了发射电子的切换，切换速度与激光照射的扫描速度相同。激光照射方向与激光光路相关，当光路中反射镜方向变化时出射激光方向也随之变化；
旋转反射镜2方向变化速度可以非常快，因此激光方向变化速度也可以非常快，那么光阴极发射电子切换速度也随之会非常快，这样实现了X射线的快速扫描。CT的X射线扫描速度很快，因此CT成像速度也可以远大于传统CT，因此在对人体器官以及其它一些传统CT会产生运动伪影的场景下成像时，CT可以得到更清晰的扫描成像。
相应地，请参照图5，本发明实施例的第二方面提供了一种光阴极快速扫描CT控制方法，用于控制上述任一的光阴极快速扫描CT，包括如下步骤：
S100，获取激光器1的状态信息及旋转反射镜2的转速信息和/或位置信息。
S200，依据预设转速及对应位置，对旋转反射镜2的转速进行调整。
S300，获取探测器环35接收的X射线的检测信息，依据检测信息进行图像重建。
通过CT控制计算机对旋转反射镜2与后准直器36(如有)进行控制，使旋转反射镜2与后准直器36的旋转速度一致，同时后准直器36处于激光入射点相对位置。
旋转反射镜2与后准直器36实时向CT控制计算机发送速度及位置信息，如果与设定数值有差异，则由CT控制计算机计算改变量，实时进行控制。
X射线的发出与否由激光器1决定，CT控制计算机向激光器1发送开始/停止信号来对激光器1进行控制，激光器1向CT控制计算机发送自身状态。
CT控制计算机根据收到的激光器1状态、后准直器36位置以及旋转反射镜2状态，向光电信号采集系统发送指令，对相应探测器收到的X射线信号进行采集，采集来的数据在CT控制计算机中实现图像重建。
CT控制计算机只采集被后准直器36覆盖的探测器的信号，如无后准直器36，则根据光阴极X射线源的X射线空间分布以及图像重建算法所需，采集足够使图像清晰度达到要求的部分探测器信号。
CT机正式工作前可以实施校准：
校准是为了消除阳极靶环33的加工误差、温度升高后由于热膨胀带来的位置误差、光阴极的位置误差、反射镜环31(如有)上反射镜的制造误差与位置误差、后准直器36(如有)的位置误差、探测器环35上探测器的位置误差与光电信号转化系数差异。
校准时CT检查床上空载，CT机其余部分按正常工作开启，待CT机各部分达到正常工作温度后采集不同光阴极发射电子束流时的探测器信号。被采集信号作为校准信号。
CT机正式工作时，扫描病人得到的探测器信号与相应条件下相应探测器的校准信号对比，得到消除误差后的检测信号用于图像重建。
本发明实施例旨在保护一种光阴极快速扫描CT及其控制方法，包括：激光器、旋转反射镜和扫描架组件；扫描架组件包括：反射镜环、光阴极环、阳极靶环、前准直器环和探测器环，反射镜环包括若干个反射镜，光阴极环包括若干个与反射镜一一对应的光阴极；旋转反射镜可沿扫描架组件中心轴向转动，并在转动时将激光器发射的激光经反射镜环的不同反射镜上反射至光阴极环的对应光阴极上，光阴极环接收激光并发射电子束流至阳极靶环，阳极靶环发出的X射线经前准直器照射至探测器环的相应位置。上述技术方案具备如下效果：
通过采用激光器激发光阴极发射电子，通过激光器照射不同的光阴极实现不同光阴极发射电子束流，实现了X射线的快速扫描，提高了CT的成像速度和成像质量。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (9)
1.一种光阴极快速扫描CT，其特征在于，包括：激光器(1)、旋转反射镜(2)和扫描架组件(3)；
所述扫描架组件(3)包括：反射镜环(31)、光阴极环(32)、阳极靶环(33)、前准直器环(34)和探测器环(35)，所述反射镜环(31)包括若干个反射镜，所述光阴极环(32)包括若干个与所述反射镜一一对应的光阴极；
所述旋转反射镜(2)可沿所述扫描架组件(3)中心轴向转动，并在转动时将所述激光器(1)发射的所述激光经所述反射镜环(31)的不同反射镜上反射至所述光阴极环(32)的对应所述光阴极上，所述光阴极环(32)接收所述激光并发射电子束流至所述阳极靶环(33)，所述阳极靶环(33)发出的X射线经所述前准直器(34)照射至所述探测器环(35)的相应位置。
2.根据权利要求1所述的光阴极快速扫描CT，其特征在于，
所述扫描架组件(3)还包括：后准直器(36)和后准直器环；
所述后准直器(36)设置于所述后准直器环朝向中心侧一侧；
所述后准直器(36)环可沿轴向与所述旋转反射镜(2)同步旋转，使所述后准直器(36)始终位于与所述激光入射所述光阴极相对的位置。
3.根据权利要求1所述的光阴极快速扫描CT，其特征在于，还包括：聚焦透镜组件(4)；
所述聚焦透镜组(4)件设置于所述激光器(1)和所述旋转反射镜(2)之间。
4.根据权利要求1所述的光阴极快速扫描CT，其特征在于，还包括：冷却组件(5)；
所述冷却组件(5)设置于所述阳极靶环(33)远离所述激光器(1)的一侧；
所述阳极靶环(33)远离所述激光器(1)的一侧与所述冷却组件(5)的冷却液直接接触。
5.根据权利要求1所述的光阴极快速扫描CT，其特征在于，
所述反射镜环(31)上的若干个所述反射镜为椭球曲面镜；
所述椭球曲面镜的两个焦点分别为相对应的所述光阴极的中心位置与所述反射镜的所述激光的入射位置。
6.根据权利要求1所述的光阴极快速扫描CT，其特征在于，
所述阳极靶环(33)在所述电子束流撞击点处采用钨铼合金。
7.根据权利要求1所述的光阴极快速扫描CT，其特征在于，还包括：电子聚焦组件(6)；
所述电子聚焦组件(6)分别设置于所述若干个光阴极的相应位置。
8.根据权利要求7所述的光阴极快速扫描CT，其特征在于，
所述电子聚焦组件(6)包括：偏置栅极和/或聚焦线圈。
9.一种光阴极快速扫描CT控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-8任一所述的光阴极快速扫描CT，包括如下步骤：
获取激光器(1)的状态信息及旋转反射镜(2)的转速信息和/或位置信息；
依据所述旋转反射镜(2)的预设转速及对应位置，对所述旋转反射镜(2)的转速进行调整；
获取探测器环(35)接收的X射线的检测信息，依据所述检测信息进行图像重建。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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