CN117045268A - 一种快速扫描ct及其控制方法、校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速扫描CT及其控制方法、校准方法，快速扫描CT包括：电子枪、偏转线圈和扫描架组件；扫描架组件包括：同心设置的阳极靶环、前准直器环和探测器环；偏转线圈可沿扫描架组件的轴向转动，将电子枪发射的电子束流偏转至阳极靶环的不同位置；阳极靶环在电子束流的撞击下发出X射线，经前准直器环照射至探测器环的相应位置；电子束流的路径为真空状态。通过电子枪经偏转线圈向阳极板盘发射电子束流，由偏转线圈的磁场变化带动电子束流方向变化，实现了CT的快速扫描。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种快速扫描CT及其控制方法、校准方法。
背景技术
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。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。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快速扫描CT及其控制方法、校准方法，通过电子枪经偏转线圈向阳极板盘发射电子束流，由偏转线圈的磁场变化带动电子束流方向变化，实现了CT的快速扫描。
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快速扫描CT，包括：电子枪、偏转线圈和扫描架组件；
所述扫描架组件包括：同心设置的阳极靶环、前准直器环和探测器环；
所述偏转线圈可沿所述扫描架组件的轴向转动，将所述电子枪发射的电子束流偏转至所述阳极靶环的不同位置；
所述阳极靶环在所述电子束流的撞击下发出X射线，经所述前准直器环照射至所述探测器环的相应位置；
所述电子束流的路径为真空状态。
进一步地，所述电子枪包括：直流电子枪或射频微波电子枪。
进一步地，所述电子枪的阴极包括：光阴极、热阴极、冷阴极或碳纳米管阴极。
进一步地，所述快速扫描CT还包括：聚焦线圈；
所述聚焦线圈设置于所述电子枪和所述偏转线圈之间。
进一步地，所述聚焦线圈包括：一个或者多个磁四级透镜。
进一步地，所述偏转线圈包括：两个方向正交的二级磁铁或两个方向正交的电极组。
进一步地，所述扫描架组件还包括：后准直器和设置于其上的后准直器环；
所述后准直器环可沿所述扫描架组件的轴向转动；
所述后准直器始终与所述电子束流和所述阳极靶环撞击处保持相对位置。
进一步地，所述快速扫描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电子枪的一侧；
所述阳极靶环远离所述电子枪的一侧与所述冷却组件的冷却剂接触。
相应地，本发明实施例的第二方面还提供了一种快速扫描CT控制方法，用于控制上述任一所述的快速扫描CT，包括如下步骤：
获取偏转线圈的转动速度和位置信息；
获取探测器环的检测信号；
依据所述偏转线圈的所述转动速度和所述位置信息，对所述检测信号进行图像重建。
相应地，本发明实施例的第三方面还提供了一种快速扫描CT校准方法，对上述任一所述的快速扫描CT进行校准，包括如下步骤：
获取所述快速扫描CT空载时电子束流扫描对应的探测器环测试信号；
获取所述快速扫描CT正常运行时的探测器环运行信号；
依据所述探测器环测试信号对所述探测器环运行信号进行校准，得到消除误差后的探测器环校准信号，用于图像重建。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过电子枪经偏转线圈向阳极板盘发射电子束流，由偏转线圈的磁场变化带动电子束流方向变化，实现了CT的快速扫描。
附图说明
图1是本发明实施例提供的快速扫描CT原理示意图；
图2是本发明实施例提供的扫描架组件示意图；
图3是本发明实施例提供的快速扫描CT控制示意图。
附图标记：
1、电子枪，2、偏转线圈，3、扫描架组件，31、阳极靶环，32、前准直器环，33、探测器环，34、后准直器。
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1和图2，本发明实施例的第一方面提供了一种快速扫描CT，包括：电子枪1、偏转线圈2和扫描架组件3；扫描架组件3包括：同心设置的阳极靶环31、前准直器环32和探测器环33；偏转线圈2可沿扫描架组件3的轴向转动，将电子枪1发射的电子束流偏转至阳极靶环31的不同位置；阳极靶环31在电子束流的撞击下发出X射线，经前准直器环32照射至探测器环33的相应位置；电子束流的路径为真空状态。
X射线扫描通过电子束直接在阳极靶环31上扫描得到，电子束由电子枪1产生，扫描由电子束偏转线圈2实现，由于偏转线圈2的磁场变化速度远高于CT设计中扫描架旋转速度，因此也可实现快速扫描。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，本发明所述CT可以得到更清晰的扫描成像。
在上述技术方案中，将旋转阳极变为固定的阳极靶环31，阳极为固定部件，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技术方案中不再存在，X射线源的故障率也就会降低。
进一步地，电子枪1包括：直流电子枪1或射频微波电子枪1。
进一步地，电子枪1的阴极包括：光阴极、热阴极、冷阴极或碳纳米管阴极。
进一步地，快速扫描CT还包括：聚焦线圈；聚焦线圈设置于电子枪1和偏转线圈2之间。聚焦线圈可由一个或多个磁四级透镜组成，用于使电子束流发射度达到设定指标。聚焦线圈也可采用其它可达到同一目的的器件组成。
可选的，聚焦线圈包括：一个或者多个磁四级透镜。
进一步地，偏转线圈2包括：两个方向正交的二级磁铁或两个方向正交的电极组。
电子束流经过偏转线圈2后运行，直至与阳极靶环31在设定位置撞击，发出X射线。阳极靶环31撞击后发出的X射线通过前准直器控制X射线发射角度，然后穿过CT检查床上的病人，经过后准直器34滤去散射X射线，进入探测器，获得光电信号。光电信号被光电信号采集系统采集，发至CT控制计算机。偏转线圈2控制电子束流沿阳极靶环31运行，每运行一周相当于X射线进行一次扫描，得到一张X射线图像。
进一步地，扫描架组件3还包括：后准直器34和设置于其上的后准直器环；后准直器环可沿扫描架组件3的轴向转动；后准直器34始终与电子束流和阳极靶环31撞击处保持相对位置。后准直器34安装在CT扫描架的可旋转的环上。
为获得更好的图像质量，还在X射线产生点相对位置放置后准直器34，减少探测器接收的散射X射线，增强CT图像的对比图，提高图像质量。
后准直器环的旋转速度及位置与电子束流偏转线圈2的参数都由CT控制计算机控制，确保后准直器34始终处于电子束流撞击点的相对位置。
进一步地，阳极靶环31的电子束流撞击处为铼钨合金。
阳极靶环31为固定部件，靶环正面为电子撞击面，电子撞击轨迹处为铼钨合金以提高X射线产率。
进一步地，快速扫描CT还包括：冷却组件；冷却组件设置于阳极靶环31远离电子枪1的一侧；阳极靶环31远离电子枪1的一侧与冷却组件的冷却剂接触。
阳极靶环31背面直接与冷却液接触，依靠热传导及冷却液热对流带走电子束流撞击产生热量，阳极靶环31背面可以不处于真空状态。
阳极靶环31的背面直接与冷却剂接触，阳极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。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使用效率。
在本实施例中，探测器环33布满整个环形，保证各个角度发射X射线都能进行探测。
可选的，探测器是个部分圆环，后准直器34装在探测器上。探测器及后准直器34可以在CT扫描架上与X光焦点同步地高速旋转。
相应地，本发明实施例的第二方面还提供了一种快速扫描CT控制方法，用于控制上述任一的快速扫描CT，包括如下步骤：
步骤S110，获取偏转线圈2的转动速度和位置信息。
步骤S120，获取探测器环33的检测信号。
步骤S130，依据偏转线圈2的转动速度和位置信息，对检测信号进行图像重建。
请参照图3，CT控制计算机对偏转线圈2与后准直器34进行控制，使偏转线圈2控制的电子束流在靶环上落点与后准直器34处于相对位置。
偏转线圈2与后准直器34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射线的发出与否及束流大小由电子枪1决定，CT控制计算机向电子枪1发送开始/停止信号来对电子枪1进行开关控制，通过对CT电源的控制来控制电子枪1发射电子束流的强弱，电子枪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电子枪1状态、后准直器34位置以及偏转线圈2控制的电子束流与阳极靶环31撞击位置，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34覆盖的探测器的信号。
相应地，本发明实施例的第三方面还提供了一种快速扫描CT校准方法，对上述快速扫描CT进行校准，包括如下步骤：
步骤S210，获取快速扫描CT空载时电子束流扫描对应的探测器环33测试信号。
步骤S220，获取快速扫描CT正常运行时的探测器环33运行信号。
步骤S230，依据探测器环33测试信号对探测器环33运行信号进行校准，得到消除误差后的探测器环33校准信号，用于图像重建。
CT机正式工作前可以实施校准。
校准是为了消除阳极靶环31的加工误差、温度升高后由于热膨胀带来的位置误差、偏转线圈2控制电子束流落点的位置误差、后准直器34的位置误差、探测器环33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电子束流扫描至时的探测器信号。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快速扫描CT及其控制方法、校准方法，包括：电子枪、偏转线圈和扫描架组件；扫描架组件包括：同心设置的阳极靶环、前准直器环和探测器环；偏转线圈可沿扫描架组件的轴向转动，将电子枪发射的电子束流偏转至阳极靶环的不同位置；阳极靶环在电子束流的撞击下发出X射线，经前准直器环照射至探测器环的相应位置；电子束流的路径为真空状态。上述技术方案具备如下效果：
通过电子枪经偏转线圈向阳极板盘发射电子束流，由偏转线圈的磁场变化带动电子束流方向变化，实现了CT的快速扫描。
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 (10)
1.一种快速扫描CT，其特征在于，包括：电子枪(1)、偏转线圈(2)和扫描架组件(3)；
所述扫描架组件(3)包括：同心设置的阳极靶环(31)、前准直器环(32)和探测器环(33)；
所述偏转线圈(2)可沿所述扫描架组件(3)的轴向转动，将所述电子枪(1)发射的电子束流偏转至所述阳极靶环(31)的不同位置；
所述阳极靶环(31)在所述电子束流的撞击下发出X射线，经所述前准直器环(32)照射至所述探测器环(33)的相应位置；
所述电子束流的路径为真空状态。
2.根据权利要求1所述的快速扫描CT，其特征在于，
所述电子枪(1)包括：直流电子枪或射频微波电子枪。
3.根据权利要求1所述的快速扫描CT，其特征在于，
所述电子枪(1)的阴极包括：光阴极、热阴极、冷阴极或碳纳米管阴极。
4.根据权利要求1所述的快速扫描CT，其特征在于，还包括：聚焦线圈；
所述聚焦线圈设置于所述电子枪和所述偏转线圈之间。
5.根据权利要求4所述的快速扫描CT，其特征在于，
所述聚焦线圈包括：一个或者多个磁四级透镜。
6.根据权利要求1所述的快速扫描CT，其特征在于，
所述偏转线圈(2)包括：两个方向正交的二级磁铁或两个方向正交的电极组。
7.根据权利要求1所述的快速扫描CT，其特征在于，
所述扫描架组件(3)还包括：后准直器(34)和设置于其上的后准直器环；
所述后准直器环可沿所述扫描架组件的轴向转动；
所述后准直器(34)始终与所述电子束流和所述阳极靶环(31)撞击处保持相对位置。
8.根据权利要求1所述的快速扫描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(31)远离所述电子枪(1)的一侧；
所述阳极靶环(31)远离所述电子枪(1)的一侧与所述冷却组件(5)的冷却剂接触。
9.一种快速扫描CT控制方法，其特征在于，控制如权利要求1-8任一所述的快速扫描CT，包括如下步骤：
获取偏转线圈(2)的转动速度和位置信息；
获取探测器环(33)的检测信号；
依据所述偏转线圈(2)的所述转动速度和所述位置信息，对所述检测信号进行图像重建。
10.一种快速扫描CT校准方法，其特征在于，对权利要求1-8任一所述的快速扫描CT进行校准，包括如下步骤：
获取所述快速扫描CT空载时电子束流扫描对应的探测器环(33)测试信号；
获取所述快速扫描CT正常运行时的探测器环(33)运行信号；
依据所述探测器环(33)测试信号对所述探测器环(33)运行信号进行校准，得到消除误差后的所述探测器环(33)校准信号，用于图像重建。
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