CN1323643C - X－射线分布调节滤光设备和使用该设备的x－射线ct设备 - Google Patents

X－射线分布调节滤光设备和使用该设备的x－射线ct设备 Download PDF

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Abstract

为实现提供能够输送所需的X-射线强度分布或将X-射线分布调节到所需的轮廓的X-射线分布调节滤光设备的目的，作为X-射线分布调节滤光设备的蝴蝶结滤光器具有基底部分和倾斜部分的固定部分、被构造成在中心点上可转动地倾斜的第一和第二可移动部分和第一和第二可变形部分，通过固定部分、可移动部分和可扩展的波纹管界定的可变形部分的腔体填充以流体，其中通过倾斜在中心点上转动的可移动部分使固定部分的倾斜面和可移动部分的平面彼此接近或远离以改变在可移动部分的腔体中的流体的量和改变蝴蝶结滤光器的X-射线吸收部分的截面形状。

Description

X-射线分布调节滤光设备和使用该设备的X-射线CT设备
发明领域
一般地说本发明涉及X-射线CT设备和在X-射线CT设备中使用的X-射线分布调节滤光设备(通称为蝴蝶结滤光器(bowtie filter))
背景技术
在X-射线CT设备中使用的X-射线源输出具有一定的能量宽度的X-射线。穿透对象的X-射线的线性吸收系数取决于X-射线能量，已经显示存在束硬化(BH)效应，这种效应意味着对象的透射长度越大，平均能量趋向于越高。因此，X-射线的透射强度(即在X-射线CT设备中产生通过X-射线检测器所检测的信号的投影信息的值)与透射长度不是成比例而是呈非线性关系。
由于BH效应造成了杯形效应(cupping effect)，这种杯形效应在X-射线CT设备中的重构的图像的中心部分上产生了强度下降，因此必须校正来自X-射线检测器的检测信号，并且通过对X-射线检测器的每个通道计算出产生均匀的强度的重构的图像的投影信息的值的校正系数来完成这种校正。
对于在较高的精度等级下的校正，使用模型。作为一种模型，选择一种圆柱模型，这种圆柱模型的多个部分具有大到足够基本覆盖整个视场(FOV)的不同的直径并被设置在图像的中心，因此来自模型的这些部分的投影信息用于增加使用校正系数的校正精度。
对于这种在它们偏离在X-射线源和X-射线检测器之间的中心轴时扩散(分散)的X-射线，为了使穿透对象(或模型)的X-射线的强度均匀化或调节X-射线的轮廓，X-射线源的X-射线发射部分具有X-射线分布调节滤光设备(通称为蝴蝶结滤光器)，由此使X-射线强度尽可能均匀而与距中心轴的距离无关。
[专利参考文献1]
日本专利申请公开No.2002-102217
然而，设置在FOV中的对象的部位的截面形状从一个对象到另一个对象可能完全不同。例如，即使相同的对象，在头部、胸部和躯干之间的截面形状也显著不同。当然，成人和儿童在总的截面形状上也完全不同。
因此，即使通过使用X-射线分布调节滤光设备(通称为蝴蝶结滤光器)调节X-射线强度分布，仍然需要进行进一步的适当的调节以考虑在对象的总体尺寸的差别和相同对象的部位的差别。
特别是近年来，人们已经要求以X-射线CT设备实现甚至更加精确的断层成像，根据对象的检查(成像)部位不同对X-射线分布的适当调节需要与使用前述的模型的投影信息值的精确的逐个通道的校正一起进行。
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供一种能够提供所需的X-射线强度分布或将X-射线分布调节到所需的轮廓的X-射线分布调节滤光设备。
本发明还要提供一种通过使用这种X-射线分布调节滤光设备进行高精度成像的X-射线CT设备。
根据本发明的第一方面，一种X-射线分布调节滤光设备，为了调节从X-射线源发射的X-射线的透射强度的分布并从X-射线的中心轴朝外扩展预定的形状，该X-射线分布调节滤光设备具有沿中心轴具有预定的曲率的曲面，并包括由X-射线吸收材料形成的X-射线吸收部分，其中通过改变X-射线分布调节滤光设备的X-射线吸收部分的形状调节X-射线的透射强度的分布。
可取的是，X-射线分布调节滤光设备具有固定部分，该固定部分包括基底部分和倾斜部分，该基底部分沿中心轴线的厚度均匀，该倾斜部分链接到基底部分或与其整体形成，对称地形成在中心轴周围并在中心轴两侧上，而且每个都具有相对于基底部分的平面具有预定的倾斜的倾斜面；形成在中心轴的两侧上的第一和第二可移动部分，每个可移动部分被构造成通过中心轴并在垂直于中心轴的平面上可倾斜，在固定部分的倾斜表面的一侧端被耦合的位置的中心点上枢转，并具有设置在与固定部分的倾斜表面相对的侧面上设置的平面和与该平面相对的曲面；和第一和第二可变形部分，该第一和第二可变形部分具有每个与固定部分的每个倾斜表面的耦合位置相对的相对端，和与该相对端相对并设置在第一和第二可移动部分的平面的端部之间以根据第一和第二可移动部分的枢转扩展或收缩的可扩展装置，其中通过固定部分的倾斜表面、可移动部分的平面和可扩展装置界定的腔以流体填充以将腔的里面保持在填充状态，其中固定部分和可移动部分由X-射线吸收材料形成以构成X-射线吸收部分，和通过在中心点上枢转的第一和第二部分可移动部分的倾斜使固定部分的倾斜表面和可移动部分的平面彼此接近或远离以改变可移动部分的腔体中的流体的量并改变X-射线分布调节滤光设备的X-射线吸收部分的截面形状。
可取的是，X-射线分布调节滤光设备应该具有绕中心轴对称成形并具有弯曲的内壁的基本X-射线分布调节滤光部分和绕中心轴对称成形并具有第一弯曲的外壁和第一弯曲的内壁的可拆卸X-射线分布调节滤光部分，该第一弯曲的外壁的形状与基本X-射线分布调节滤光部分的弯曲的内壁的形状相同，该第一弯曲的内壁在与第一弯曲的外壁相对的表面上，该可拆卸X-射线分布调节滤光部分能够插入到基本X-射线分布调节滤光部分的里面或从其中取出，第一弯曲的外壁沿基本X-射线分布调节滤光部分的弯曲的内壁延伸，其中基本X-射线分布调节滤光部分和可拆卸X-射线分布调节滤光部分都由能够吸收X-射线的材料形成，可拆卸X-射线分布调节滤光部分插入到基本X-射线分布调节滤光部分中或从其中取下使X-射线分布调节滤光设备的X-射线吸收部分的截面形状改变。
根据本发明的第二方面，提供一种X-射线CT设备，包括X-射线源；X-射线检测装置；和X-射线分布调节滤光设备，为调节从X-射线源中发射并从链接X-射线源的焦点位置和X-射线检测装置的中心的X-射线的中心轴在与该中心轴垂直的平面上以预定的形状分散的X-射线的透射强度的分布，该X-射线分布调节滤光设备沿中心轴具有弯曲的表面，并包括由X-射线吸收材料形成的X-射线吸收部分，其中所说的X-射线的透射强度的分布可通过改变X-射线分布调节滤光设备的X-射线吸收部分的截面形状调节。
作为上述的蝴蝶结滤光器(bowtie fillter)，总可以从上述的多种形式中选择一个。
根据本发明的第三方面，提供一种X-射线CT设备，包括X-射线源；X-射线检测装置；和X-射线分布调节滤光设备，为调节从X-射线源中发射并从链接X-射线源的焦点位置和X-射线检测装置的中心的X-射线的中心轴在与该中心轴垂直的平面上以预定的形状分散的X-射线的透射强度的分布，该X-射线分布调节滤光设备沿中心轴具有弯曲的表面，并包括由X-射线吸收材料形成的X-射线吸收部分；和通过改变X-射线分布调节滤光设备的X-射线吸收部分相对于X-射线源的焦点位置的位置调节透射过X-射线吸收部分的X-射线的透射强度的分布的X-射线分布调节滤光设备控制部分。
作为上述的蝴蝶结滤光器，总可以从上述的多种形式中选择一个。
使用根据本发明的X-射线分布调节滤光设备可能获得任何所需的X-射线强度调节特性。
此外，在X-射线CT设备中使用根据本发明的X-射线分布调节滤光设备可以获得较高精度的拾取图像。
通过在附图中所示的本发明的优选实施例的描述，将会清楚本发明的进一步目的和优点。
附图说明
附图1所示为根据本发明作为实施CT设备的一种模式的X-射线CT设备的总体结构的方块图。
附图2所示为在附图1中所示的X-射线CT设备中在X-射线管、X-射线检测器和X-射线分布调节滤光设备(蝴蝶结滤光器)之间的位置关系。
附图3所示为在附图1和附图2中所示的X-射线CT设备的原理图。
附图4(A)至4(C)所示为对象的形状和蝴蝶结滤光器(X-射线吸收部分)的所需的截面形状的实例。
附图5所示为实现在附图4(A)至4(C)所示的所需的蝴蝶结滤光器实例的形状和特征(X-射线吸收部分)的第一实施模式中的蝴蝶结滤光器的形状和使用它的X-射线CT设备的部分示意结构图。
附图6所示为实现在附图4(A)至4(C)所示的所需的蝴蝶结滤光器实例的形状和特征(X-射线吸收部分)的第二实施模式中的蝴蝶结滤光器的形状的结构图，其中附图6(A)为剖面视图，附图6(B)为轮廓图。
附图7(A)和7(B)所示为说明在附图6(A)所示的第一实施模式中的蝴蝶结滤光器的操作模式的截面视图。
附图8所示为实现在附图4(A)至4(C)所示的所需的蝴蝶结滤光器实例的形状和特征(X-射线吸收部分)的第二实施模式中的蝴蝶结滤光器的形状的结构图，其中附图8(A)为剖面视图，附图8(B)为轮廓图。
附图9(A)至9(C)所示为在附图8(A)和8(B)中所示的蝴蝶结滤光器的组合的状态。
附图10(A)和10(B)所示为在实施本发明的第四模式中通过蝴蝶结滤光器进行的X-射线强度分布调节的方法。
附图11所示为用于在实施附图10(A)和10(B)所示的本发明的第四模式中的蝴蝶结滤光器的X-射线强度分布调节方法的一个具体实例的附图。
具体实施方式
下文参考附图描述实施本发明以提供X-射线CT设备和在该X-射线CT设备中使用的X-射线分布调节滤光设备(通称为蝴蝶结滤光器)的优选模式。
参考附图1至3描述在这种实施模式中X-射线CT设备的总体结构。
附图1所示为X-射线CT设备的总体结构。附图2所示为在附图1中所示的X-射线CT设备的部分剖面图；和附图3所示为通过在附图1中所示的X-射线CT设备处理的原理图。
在附图1中所示的X-射线CT设备具有扫描架2、成像床4和操作台6。
扫描架
扫描架2具有旋转部分34和旋转该旋转部分34的旋转控制器36。
如附图2的放大的截面视图所示，在旋转部分34中设置通过孔29彼此相对的X-射线管20和X-射线检测器24。旋转部分34进一步安装有蝴蝶结滤光器21(附图2和附图3)、准直器22(附图2和附图3)、准直控制器30、X-射线控制器28和数据采集部分26。顺便指出，蝴蝶结滤光器21和准直器22的相对位置可以颠倒。此外，蝴蝶结滤光器21的凹面的取向可以与图中所示的方向相反。
在要进行检查时，将对象50置于孔29中，或者在要进行校准时，将模型置于孔29中(在下文的描述中仅针对对象50)。所设置的对象50安装在置于旋转部分34的中心的孔29中的托架(未示)上。
X-射线管20对应于根据本发明的X-射线源，X-射线检测器24对应于根据本发明的X-射线检测装置。
顺便指出，为了方面的缘故，在本说明书的下面对实施模式的描述中，虽然实现X-射线分布调节滤光设备的模式对应于前述的蝴蝶结滤光器21，但是并不使用术语“X-射线分布调节滤光设备”，而是使用术语“蝴蝶结滤光器”。
在旋转部分34通过旋转控制器36控制的同时旋转。在这种旋转中，从X-射线管20朝X-射线检测器24发射X-射线，通过X-射线检测器24检测已经透射对象50的X-射线，并且数据采集部分26通过X-射线检测器24采集检测的结果。
通过操作台6处理检测的结果作为每个视图的投影信息。
来自X-射线管20的X-射线辐射受X-射线控制器28控制。从X-射线管20辐射的X-射线通过准直器22整形以使其具有预定的形状(或轮廓)，例如扇形的X-射线束，即扇形束X-射线。准直器22由准直控制器30控制。
蝴蝶结滤光器21控制在连接X-射线管20的焦点FP和中心轴的中心轴X0的两侧上呈扇形扩展并朝X-射线检测器24导向的X-射线的强度，以使其在X-射线检测器24的所有的通道上均等，由此该X-射线通过孔29入射在X-射线检测器24上。
为此，蝴蝶结滤光器21由吸收X-射线的材料形成，并具有根据X-射线的辐射分布轮廓和X-射线检测器24的形状所界定的预定的曲率的凹面(或曲面)。因此，它具有其厚度小于在中心轴X0周围的部分并朝周边增加的厚度的曲面。
下文将详细地描述蝴蝶结滤光器21和其它的各种蝴蝶结滤光器(根据本发明的X-射线分布调节滤光设备)。
对于将要描述的蝴蝶结滤光器21和其它的各种蝴蝶结滤光器(根据本发明的X-射线分布调节滤光设备)，提供一种蝴蝶结滤光器控制部分40(附图2和附图3)。下文也详细地描述蝴蝶结滤光器控制部分40。
顺便指出，虽然在本发明中的X-射线分布调节滤光设备对应于在实施模式中所描述的蝴蝶结滤光器，但是X-射线分布调节滤光设备控制装置对应于蝴蝶结滤光器控制部分40。
此外，如上文所描述，蝴蝶结滤光器21和准直器22的相对位置可以颠倒。
此外，蝴蝶结滤光器21的凹面的取向可以与所示的取向相反。
如附图2所示，X-射线检测器24具有在扇形束X-射线扩展方向上以阵列的形式设置的X-射线检测元件的多个通道。这样，X-射线检测器24被作为多通道检测器构造，其中多个通道的X-射线检测元件以阵列的形式设置，它形成了具有圆柱形凹面X-射线入射面的总体形状。X-射线检测器24例如由闪烁器和光电二极管的组合构成。顺便指出，X-射线检测器24可以由使用碲化镉(CdTe)等的半导体X-射线检测元件或使用Xc气体的离子化室型的检测元件构成。
X-射线检测器24与数据采集部分26连接。数据采集部分26采集X-射线检测器24的单个的X-射线检测元件所检测的数据。
操作台
操作台6具有数据处理单元60、控制接口62、数据采集缓冲器64、存储器单元66、显示单元68和操作单元70。
数据处理单元60例如由具有高数据计算和处理功能的计算机构成。数据处理单元60与控制接口62连接。
控制接口62与扫描架2的成像床4连接。数据处理单元60通过控制接口62控制扫描架2。因此，在扫描架2中的数据采集部分26、X-射线控制器28、准直控制器30和旋转控制器36都由数据处理单元60通过控制接口62控制。
数据处理单元60与数据采集缓冲器64连接。数据采集缓冲器64与扫描架2的数据采集部分26连接。通过数据采集部分26采集的数据通过数据采集缓冲器64输入到数据处理单元60。
数据处理单元60通过使用通过数据采集缓冲器64采集的透射X-射线信号(即投影的信息)重构图像。数据处理单元60与存储器单元66连接。存储器单元66存储采集到数据采集缓冲器64中的投影的信息、重构的断层信息和在这种实施模式中实现X-射线CT设备的功能的程序。
数据处理单元60与显示单元68和操作单元70连接。显示单元68显示从数据处理单元60输出的断层信息和其它项目的信息。操作单元70由操作员操作，给数据处理单元60输入各种指令和信息的项目。在这种实施模式下操作员使用显示单元68和操作单元70交互地操作X-射线CT设备。
成像床
通过控制接口62连接到数据处理单元60的成像床4安装有操作X-射线CT设备的各种开关和操作仪表和显示由操作台6处理的X-射线CT图像的显示单元。
蝴蝶结滤光器的优选形状
如上文所述，从X-射线管20辐射的X-射线穿过模拟人体的模型，调节X-射线的强度以使在X-射线检测器24的所有通道上的强度分布均匀。对于作为X-射线分布调节滤光设备的蝴蝶结滤光器21，可取的是具有允许根据对象50的大小、要检查的部位(要成像的部位)和要检查的对象50的部位的构造适当地调节从X-射线管20发射的X-射线的分布的形状。
因此，蝴蝶结滤光器的形状被设计成无论任何部位X-射线都可以穿过，(人体的厚度)+(蝴蝶结滤光器的厚度)为恒定。
例如，如附图4(A)至(C)所示，可取的是，以所示的形状替换蝴蝶结滤光器21的截面形状即凹形和具有凹形的X-射线吸收部分的厚度以与其总尺寸小于躯干(腹部)的基本的圆形的头部和其总尺寸大于头部的尺寸的椭圆的胸部和躯干(腹部)匹配。
下文描述其中蝴蝶结滤光器21的截面形状(凹形和厚度)即X-射线吸收部分的形状实质改变的实施模式。
第一实施模式
附图5所示为通过在附图1的X-射线管20和X-射线检测器24之间的截面的剖视图显示了选择在实施本发明的第一模式中的蝴蝶结滤光器的X-射线吸收部分的方法。
在实施本发明的第一模式中在X-射线管20和准直器22之间设置蝴蝶结滤光器100。在实施本发明的第一模式中作为X-射线分布调节滤光设备的蝴蝶结滤光器100可以手动或通过马达51在箭头所示的方向上移动。
设置X-射线管20和X-射线检测器24之间的蝴蝶结滤光器100的截面即X-射线吸收部分的截面形状可以被基本上改变，通过事先链接具有在附图4(A)至4(C)所示的三个不同的X-射线吸收部分的单元蝴蝶结滤光器BF1至BF3并在箭头的方向上移动它们，由此改变的X-射线分布调节的效果。
蝴蝶结滤光器100的凹面(曲面)的取向可以与附图4和附图5所示的取向相反。
作为举例，虽然在附图5中所示的蝴蝶结滤光器100表示其中它仅由构成蝴蝶结滤光器BF1至BF3的组合的三个不同的X-射线吸收部分构成的情况，但是组合的蝴蝶结滤光器的数量和每个蝴蝶结滤光器的截面形状和尺寸可以选择以与对象的状态适当地匹配。
在参考附图5所述的第一实施模式中，可以调节在中心轴X0的周围在垂直于附图5的图面的方向上从X-射线管20到X-射线检测器24的X-射线强度分布。可取的是，如附图2所示，使从它的一端到另一端其间放入X-射线检测器24的中间部分的X-射线检测器24的所有的通道的光接收强度基本均匀。
通过使用在第一实施模式中的蝴蝶结滤光器100，不仅可以对对象50进行成像，而且还可以应用模型通过执行束硬化校准X-射线检测器24的每个通道，基于校准的结果对对象50进行成像、将图像数据采集到数据采集部分26中、通过数据处理单元60产生重构的图像，由此获得了高精度的X-射线CT设备。
第二实施模式
附图6所示为在实施本发明的第二模式中作为X-射线分布调节滤光设备的蝴蝶结滤光器200的结构。
附图6(A)所示为在实施本发明的第二模式中的蝴蝶结滤光器200的截面视图，附图6(B)所示为沿在附图6(A)中的X1-X1线该蝴蝶结滤光器的截面轮廓。
在附图6(A)和6(B)中所示的蝴蝶结滤光器200被构造成绕通过中心点O的中心轴X0横向地对称，并具有固定部分210、可变形部分220、可移动部分230和可移动轴240。
虽然左右可移动部分230和可变形部分220都不需要对称，但是所示的情况是作为优选的实例在这个实施模式中它们是横向地对称。
固定部分210具有基底部分211和倾斜部分212。基底部分211和倾斜部分212可以形成为在通过虚线所示的位置上彼此链接的分离的部件或从开始整体地形成。
作为吸收X-射线的X-射线吸收部分(滤光器)的固定部分210由X-射线吸收材料比如碳粉或铝形成。
在两侧上的倾斜部分212具有绕中心轴X0横向地对称形状的倾斜面213。倾斜面213相对于固定部分210的平面的角度由α表示。
耦合在两侧上的倾斜部分212的中心轴X0的位置称为中心点O。中心点O对应于其厚度最小的在固定部分210的中心上的部分或者在固定部分210的两侧上具有下文要描述的对称形状的两个倾斜面213耦合的位置。可移动部分230被构造成在这个中心点O上可移动地在枢轴上转动。
在蝴蝶结滤光器200设置在X-射线管20和X-射线检测器24之间时，将在附图6(A)所示的中心点O和中心轴X0和在附图2中所示的中心轴X0设置成彼此相遇。
每个可移动部分230具有通过平面231、曲面232和端面233界定的形状。曲面232形成为在附图4(A)至4(C)中所示的各种蝴蝶结滤光器(X-射线吸收部分)的凹面(曲面)的调整和统一得到的标准曲面。
可移动部分230是由与固定部分210相同或类似的X-射线吸收材料形成的X-射线吸收部分。
可移动部分230绕中心轴X0具有横向对称的形状，并且彼此独立的两个可移动部分230中的每个固定到固定部分210以绕固定部分210的中心点O可倾斜。
此外，为防止透射的X-射线量变化和被固定到绕固定部分210的中心点O可倾斜的可移动部分230的固定部分的它们的透射使X-射线的分布特征变形，如附图6(B)所示，优选通过固定部件290将可移动部分230的倾斜的中心固定在蝴蝶结滤光器200的X-射线透射的外部。
每个可变形部分220具有固定在固定部分210的倾斜面213的外部端(除了前述的耦合位置的另一端)和可移动部分230的平面231之间的可扩展装置(例如波纹管221)，并且由倾斜面213、平面231和波纹管221界定的腔体以具有较低的X-射线吸收特征并具有较低的粘度的流体(或液体)280填充。作为这种流体280，例如可以使用溶解在碳液中的碳流体。
由于可扩展的波纹管221不传输X-射线，因此在选择波纹管221的材料时不需要考虑X-射线透射率，并且任何可扩展的耐久的材料都可用于波纹管221。作为这种材料，例如可以使用弹性橡胶。
作为在本发明中使用的可扩展装置并不限于波纹管221，它还可以是能够扩展和收缩的东西比如囊袋。因此，作为在本发明中使用的可扩展装置，可从各种变形中选择，只要在前述的腔体中填充流体280时它膨胀并且在流体280从该腔体中排出时它收缩并且不阻碍下文描述的可移动部分230的操作即可。
蝴蝶结滤光器200进一步具有管250、流体容纳部分260和移动可移动轴240的可动装置270。顺便指出，管250、流体容纳部分260和可动装置270可包括在X-射线CT设备中而不是在蝴蝶结滤光器200中。然而，在这种实施模式中，将蝴蝶领结形滤光设备作为包括了管250、流体容纳部分260和可动装置270的设备对待。
虽然流体容纳部分260在附图6(A)中的两个位置示出，但是它实际是在两侧上公共的一个单元。
可动装置270可以是手动机构或使用马达、螺杆等的机械机构，只要它通过可移动轴240可以倾斜可移动部分230即可。在实施如下文描述的自动控制的地方，可使用自动可控制的机械机构作为可动装置270。
可变形部分220通过管250链接到流体容纳部分260。流体容纳部分260将预定的压力施加到具有较低的X-射线吸收特征的流体280中以保持在可变形部分220的腔体中的压力恒定。
在通过可动装置270旋转可移动轴240时可移动部分230绕中心点O倾斜，可移动部分230的平面231接近固定部分210的倾斜面213或离开它。
可移动部分230的平面231接近固定部分210的倾斜面213或它们离开固定部分210的倾斜面213使波纹管221扩展或收缩，可变形部分220的腔体的体积由此变化。
在可变形部分220的腔体的体积变得更小时，在腔体中的流体280被挤压出以通过管250流进流体容纳部分260。相反在可变形部分220的腔体中的体积变得更大时，在流体容纳部分260中在预定的压力下的流体280通过管250流进可变形部分220的腔体并填充该腔体。
流体容纳部分260不阻碍前述的可移动部分230的可移动性，但挤压流体280以使流体280与可移动部分230一致地适当地填充可变形部分220的腔体。
附图7(A)和7(B)所示为其中蝴蝶结滤光器200操作的方式的实例。
附图7(A)所示为在蝴蝶结滤光器200的两侧上的可移动部分230变到最窄的状态，而附图7(B)所示为在蝴蝶结滤光器200的两侧上的可移动部分230膨胀到最大的状态。
在附图7(A)所示的状态，可变形部分的腔体填充了流体280，在与中心轴X0正交的x方向上的蝴蝶结滤光器200的厚度h(或高度或深度)处于它的最大；在附图7(B)所示的状态中，几乎所有的流体280已经排放到可变形部分220的腔体的外面，蝴蝶结滤光器200的厚度h最小。这样，在蝴蝶结滤光器200的X-射线吸收部分(固定部分210和可移动部分230)的截面形状变化并且在中心轴X0上的厚度在x方向上变化时，可以改变穿过蝴蝶结滤光器200的X-射线吸收部分的X-射线的量。
这样，蝴蝶结滤光器200的X-射线吸收部分的截面形状通过以可动装置270倾斜可移动轴240来改变。
可取的是，通过可动装置270倾斜可移动轴240，蝴蝶结滤光器200的X-射线吸收部分可以连续地改变成多种不同的形状。
蝴蝶结滤光器200在x方向上的厚度(或高度或深度)由下式确定。
h(x，θ)＝h0+h1(x)+h2(x，θ)+h3(x，θ)        ...(1)
符号h0表示固定部分210的基底部分211的厚度，它的值恒定，独立于在x方向上的位置。
符号h1(x)表示在x方向上固定部分210的倾斜部分212的厚度，由于倾斜部分212相对于基底部分211的平面的倾斜角度α是已知的，因此倾斜部分212的厚度h1(x)可以根据x方向上的位置计算。
符号h2(x，θ)表示在x方向上可变形部分220的厚度，它是在可变形部分220的腔体根据通过可动装置270使可移动轴240已经倾斜的角度θ已经变化时沿中心轴X0的厚度。h2(x，θ)的值可以从在可移动轴240的x方向上的倾斜角度θ和位置x中计算。
符号h3(x，θ)表示在x方向上可移动部分230的厚度，它是根据通过可动装置270使可移动轴240已经倾斜的角度θ反映可移动部分230的倾斜沿中心轴X0的厚度。h3(x，θ)的值可以从在可移动轴240的x方向上的倾斜角度θ和位置x中计算。
h1(x)、h2(x，θ)和h3(x，θ)都事先计算，应用到等式1，并通过使用在x方向的倾斜角度θ和位置x作为参数，在存储器中可以存储所制成表格的蝴蝶结滤光器200的高度(深度)。可替换的是，通过使用计算机在每个单个的场合可以计算对应于倾斜角度θ的厚度。
为通过使用前述存储在存储器中制成表格的值或参考单个计算的结果并使计算机例如执行处理，获得蝴蝶结滤光器200的所需的形状，可以知道应该使用可动装置270使可移动轴240倾斜多少。
蝴蝶结滤光器控制部分
为了自动执行由这种蝴蝶结滤光器200的可移动部分230和固定部分210构造的X-射线吸收部分的形状控制，将蝴蝶结滤光器控制部分40增加到参考附图1描述的扫描架2中。蝴蝶结滤光器控制部分40在附图2和附图3中示出。
例如由存储器和计算机构成蝴蝶结滤光器控制部分40将通过在x方向的倾斜角度θ和位置x作为参数事先计算的以表格的形式的蝴蝶结滤光器200在x方向上的前述的厚度h存储在存储器中。蝴蝶结滤光器控制部分40从存储器中反向地导出倾斜角度θ用于将蝴蝶结滤光器200整形到所需的方式，并基于所导出的结果驱动可动装置270。当然，在这种情况下，可动装置270具有能够倾斜可移动轴240的控制的马达和通过可动装置270倾斜可移动轴240所要求的倾斜角度的蝴蝶结滤光器控制部分40。
顺便指出，蝴蝶结滤光器控制部分40表示用于实施本发明的一种模式的X-射线分布调节滤光设备的控制装置。
通过在实施本发明的第二模式中使用蝴蝶结滤光器200，可以提供其X-射线吸收部分在形状上可自动或手动地连续地变化的蝴蝶结滤光器(X-射线分布调节滤光设备)。
此外，在通过使用蝴蝶结滤光器(X-射线分布调节滤光设备)并进一步根据对象的类型和对象的要检查的部位使用蝴蝶结滤光器控制部分40来自由地且连续地改变蝴蝶结滤光器的X-射线吸收部分的形状时，可以按照需要调整X-射线强度分布。结果，可以获得更加精确的成像结果并可以提供更高等级的重构的图像。
此外，这种蝴蝶结滤光器200也可以应用到使用模型等的束硬化的处理中。
虽然作为实例在上述的第二实施模式中的蝴蝶结滤光器200中左右可移动部分230倾斜相同的角度，但是也可以改变左右可移动部分230的倾斜角度。或者也可以使左右可移动部分230的曲面232的曲率不同。
此外，可以使固定部分210的左右倾斜部分212的倾斜角度不同。
因此，为了实现X-射线吸收部分所需的形状和形状变化，所需的形状的固定部分210和可移动部分230制备成使可移动部分230能够倾斜以便实现所需的形状。
为比较第二实施模式中的蝴蝶结滤光器和在第一实施模式中的蝴蝶结滤光器，第二实施模式具有的优点是仅一个蝴蝶结滤光器就足够并且X-射线吸收部分可以连续地改变形状。
第三实施模式
参考附图8和附图9描述作为在第三实施模式中的X-射线分布调节滤光设备的蝴蝶结滤光器。
附图8(A)所示为在第三实施模式中的蝴蝶结滤光器的截面视图，附图8(B)所示为在附图8(A)中所示的蝴蝶结滤光器的轮廓。
在第三实施模式中的蝴蝶结滤光器300具有平面312和弯曲的内壁311的基本蝴蝶结滤光器310、具有弯曲的外壁331和弯曲的内壁332的第一可拆卸蝴蝶结滤光器330、具有弯曲的外壁341和弯曲的内壁342的第二可拆卸蝴蝶结滤光器340、具有弯曲的外壁351的内部导向部件350和平且厚的底部导向部件320。
基本蝴蝶结滤光器310对应于根据本发明的基本的X-射线分布调节滤光器部分，第一可拆卸蝴蝶结滤光器330对应于根据本发明的可拆卸X-射线分布调节滤光部分，以及第二可拆卸蝴蝶结滤光器340对应于根据本发明的第二可拆卸X-射线分布调节滤光部分。
基本蝴蝶结滤光器310、第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340实质构成了X-射线吸收部分。
作为本发明的实质原理，虽然底部导向部件320和内部导向部件350不是必不可少的条件，但是提供它们以稳定地且平滑地实现第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340的插入和取下。
在底部导向部件320中形成导向槽以使第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340在附图8(A)的图面垂直交叉的方向上可滑动。
设置基本蝴蝶结滤光器310中的内部导向部件350设置成在它和基本蝴蝶结滤光器310之间稳定且平滑地实现第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340的插入和取下。
底部导向部件320和内部导向部件350由具有较低的X-射线吸收特征的材料形成，比如发泡材料。因此，由于对于底部导向部件320和内部导向部件350优选在X-射线吸收方面最小，因此它们由具有较低的X-射线吸收特性的材料形成。
基本蝴蝶结滤光器310的弯曲的内壁311具有与第一可拆卸蝴蝶结滤光器330的弯曲的外壁331基本相同的形状。
第一可拆卸蝴蝶结滤光器330的弯曲的内壁332具有与第二可拆卸蝴蝶结滤光器340的弯曲的外壁341基本相同的形状。
第二可拆卸蝴蝶结滤光器340的弯曲的内壁342具有与内部导向部件350的弯曲的外壁351基本相同的形状。
基本蝴蝶结滤光器310、第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340都由适当的X-射线吸收材料比如在第一和第二实施模式中的蝴蝶结滤光器的材料形成。
附图9(A)所示为没有插入在基本蝴蝶结滤光器310和内部导向部件350之间的第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340中的状态。
这是将第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340从通过使用连接到第一可拆卸蝴蝶结滤光器330的轴335和连接到第二可拆卸蝴蝶结滤光器340的轴345由基本蝴蝶结滤光器310和内部导向部件350界定的空间和基本蝴蝶结滤光器310中取出的状态。这个状态代表由基本蝴蝶结滤光器310单独界定的第一基本分布调节特性。
附图9(B)所示为第一可拆卸蝴蝶结滤光器330插入在基本蝴蝶结滤光器310和内部导向部件350之间的状态的截面视图。
通过在附图8(B)所示的箭头的方向上移动连接到第一可拆卸蝴蝶结滤光器330的轴335，第一可拆卸蝴蝶结滤光器330可以连同基本蝴蝶结滤光器310的弯曲的内壁311容纳在基本蝴蝶结滤光器310的弯曲的内壁311和内部导向部件350的弯曲的外壁351之间。
由于弯曲的内壁311的形状和弯曲的外壁331的形状相同，因此在第一可拆卸蝴蝶结滤光器330容纳在基本蝴蝶结滤光器310中时，形成了基本蝴蝶结滤光器310和第一可拆卸蝴蝶结滤光器330以实质整体的状态构造的状态。
这就使蝴蝶结滤光器300显示出了由以整体的方式组合的基本蝴蝶结滤光器310和第一可拆卸蝴蝶结滤光器330界定的第二分布调节特性。
附图9(C)所示为在第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340插入在基本蝴蝶结滤光器310和内部导向部件350中的状态的截面视图。
通过在附图8(B)所示的箭头的方向上移动连接到第二可拆卸蝴蝶结滤光器340的轴345，第二可拆卸蝴蝶结滤光器340可以连同第一可拆卸蝴蝶结滤光器330的弯曲的内壁332容纳在第一可拆卸蝴蝶结滤光器330的弯曲的内壁332和内部导向部件350的弯曲的外壁351之间。
由于弯曲的内壁332的形状和弯曲的外壁351的形状相同，因此在第二可拆卸蝴蝶结滤光器340容纳在第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和内部导向部件350之间的空间中时，形成了基本蝴蝶结滤光器310、第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340以实质整体的状态构造的状态。
这就使蝴蝶结滤光器300显示出了由以整体的方式组合的基本蝴蝶结滤光器310、第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340界定的第三分布调节特性。
如上文所述，在实施本发明的第三模式中的X-射线分布调节滤光设备的蝴蝶结滤光器300，通过在基本蝴蝶结滤光器310中适当插入第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340或从其中取下它可以改变具有多个强度分布调节特性的蝴蝶结滤光器300。
如果驱动轴335和345的驱动装置(具有马达和螺杆并且它的螺杆随着马达的旋转而转动以通过轴335和/或轴345使第一可拆卸蝴蝶结滤光器330、第二可拆卸蝴蝶结滤光器340滑动)连接并且通过使用驱动装置和蝴蝶结滤光器控制部分40插入或取下第一可拆卸蝴蝶结滤光器330和第二可拆卸蝴蝶结滤光器340，则可以自动构造具有所需的形状(例如根据要成像的对象50的部位)的蝴蝶结滤光器300并获得所需的X-射线强度分布的特性。
结果，在参考附图1至附图3描述的X-射线CT设备中，可以获得对象50或模型的拾取图像。
第四实施模式
参考附图10和11描述在第四实施模式中作为X-射线分布调节滤光设备的蝴蝶结滤光器。附图10(A)和10(B)所示为蝴蝶结滤光器21沿中心轴X0相对于X-射线管20的焦点位置FP移动的情况和在该情况下的X-射线分布。
由于从X-射线管20中发射的X-射线以扇形朝X-射线检测器24扩散，因此透射过蝴蝶结滤光器21时的吸收量随着蝴蝶结滤光器21的位置沿中心轴X0变化，这取决于蝴蝶结滤光器21的形状和位置。因此，即使使用相同截面形状的蝴蝶结滤光器21，如附图10(A)和10(B)所示，通过改变蝴蝶结滤光器21相对于X-射线管20从d1至d2的焦点位置的位置可以改变X-射线强度Ix的分布。
附图11所示为基于上文的发现沿蝴蝶结滤光器21的中心轴X0移动它的方法的一个具体实例。
蝴蝶结滤光器21被装配成沿在两侧上提供的两个导轨部件401垂直滑动。
螺母402嵌入在蝴蝶结滤光器21中，并装配上与这个螺母402啮合的旋转螺杆403。旋转螺杆403的端部连接马达404以转动旋转螺杆402。
例如通过蝴蝶结滤光器控制部分40旋转马达404。马达404的旋转可以通过螺母402沿两个导向部件401上下移动蝴蝶结滤光器21，在旋转的过程中旋转螺杆403与螺母啮合。结果，蝴蝶结滤光器21可以相对于X-射线管20的焦点位置FP移动所需的距离，如附图10(A)和10(B)所示。
导向部件401、螺母402、旋转螺杆403和马达404称为蝴蝶结滤光器21的移动装置，而蝴蝶结滤光器控制部分40称为运动控制装置。
如果在附图11中所示的蝴蝶结滤光器21和驱动装置应用到参考附图1至附图3所描述的X-射线CT设备中，则可以获得高精度的拾取图像。
此外，在第四实施模式中，还可以既不使用马达404也不使用蝴蝶结滤光器控制部分40，但通过手动旋转螺杆403来手动转动X-射线强度分布到上文所描述的分布可以获得与上文所描述的分布类似的X-射线强度分布。
第五实施模式
如在第四实施模式中所使用的蝴蝶结滤光器21，可以使用如第二或第三实施模式中所描述的蝴蝶结滤光器100、200或300替代具有固定的弯曲形的上文描述的蝴蝶结滤光器。
由于蝴蝶结滤光器100、蝴蝶结滤光器200或蝴蝶结滤光器300本身可以调节X-射线透射特性，因此蝴蝶结滤光器的这种X-射线透射特性的变化和位置调节的组合可以按照需要改变X-射线透射特性或X-射线分布调节特性。
虽然这种调节方法比较复杂，但使用蝴蝶结滤光器控制部分40将使它变得容易。因此，从该蝴蝶结滤光器的位置变化中得到的特性和蝴蝶结滤光器的特性事先被测量，并将测量结果存储在蝴蝶结滤光器控制部分40的存储器中。
在对象50或模型要精确成像时，参考存储在蝴蝶结滤光器控制部分40的存储器中的数据，并且在蝴蝶结滤光器控制部分40调节蝴蝶结滤光器的形状和特性的同时，调节蝴蝶结滤光器的位置。
根据本发明的X-射线分布调节滤光设备(蝴蝶结滤光器)和X-射线CT设备的实施并不限于上文描述并示出的实施模式的实例，在不脱离本发明的技术范围内可以做出各种修改。

Claims (10)

1.一种X-射线分布调节滤光设备，为了调节从X-射线源发射的X-射线的透射强度的分布并从X-射线的中心轴以预定的形状朝外扩展，该X-射线分布调节滤光设备包括沿所述中心轴具有预定的曲率的曲面，并包括由X-射线吸收材料形成的X-射线吸收部分，其中：
至少利用形成于所述中心轴两侧上的、在垂直于所述中心轴的平面上可倾斜的第一和第二部分来形成所述曲面的所述预定的曲率；以及
通过使所述第一和第二可移动部分倾斜来改变X-射线分布调节滤光设备的所述X-射线吸收部分的形状，从而调节X-射线的透射强度的所述分布。
2.根据权利要求1所述的X-射线分布调节滤光设备，包括：
固定部分，该固定部分包括基底部分和倾斜部分，该基底部分沿所述中心轴线厚度均匀，该倾斜部分链接到该基底部分或与其整体形成，对称地形成在所述中心轴周围并在所述中心轴两侧上，而且每个都具有相对于所述基底部分的平面具有预定的倾斜的倾斜面；
其中所述第一和第二可移动部分均被构造成通过所述中心轴，在所述固定部分的所述倾斜表面的一侧端被耦合的位置的中心点上枢转，并具有在与所述固定部分的所述倾斜表面相对的侧面上设置的平面和与该平面相对的曲面；和
第一和第二可变形部分，该第一和第二可变形部分具有每个与所述固定部分的每个所述倾斜面的所述耦合位置相对的相对端，和与该相对端相对设置在所述第一和第二可移动部分的平面的端部之间以根据所述第一和第二可移动部分的枢转扩展或收缩的可扩展装置，其中通过所述固定部分的所述倾斜面、所述可移动部分的所述平面和所述可扩展装置界定的腔以流体填充以将所述腔的里面保持在填充状态，其中：
所述固定部分和所述可移动部分由X-射线吸收材料形成以构成所述X-射线吸收部分，和
通过在所述中心点上枢转的所述第一和第二部分可移动部分的倾斜使所述固定部分的所述倾斜面和所述可移动部分的所述平面彼此接近或远离以改变所述可移动部分的腔体中的所述流体的量并改变X-射线分布调节滤光设备的所述X-射线吸收部分的截面形状。
3.根据权利要求2所述的X-射线分布调节滤光设备，包括：
将所述流体挤压到所述腔体中以所述流体填充所述腔体而不妨碍所述可移动部分的旋转并响应所述可移动部分的旋转的流体容纳部分；和
旋转所述可移动部分的可移动装置。
4.根据权利要求3所述的X-射线分布调节滤光设备，其中：
通过可移动装置持续地倾斜所述可移动部分以持续地改变X-射线分布调节滤光设备的所述X-射线吸收部分的截面形状。
5.根据权利要求1所述的X-射线分布调节滤光设备，包括：
绕所述中心轴对称成形并具有弯曲的内壁的基本X-射线分布调节滤光部分；和
绕所述中心轴对称成形并具有第一弯曲的外壁和第一弯曲的内壁的可拆卸X-射线分布调节滤光部分，该第一弯曲的外壁的形状与所述基本X-射线分布调节滤光部分的所述弯曲的内壁的形状相同，该第一弯曲的内壁在与第一弯曲的外壁相对的面上，该可拆卸X-射线分布调节滤光部分能够插入到所述基本X-射线分布调节滤光部分的里面或从其中取出，所述第一弯曲的外壁沿所述基本X-射线分布调节滤光部分的所述弯曲的内壁延伸，其中：
所述基本X-射线分布调节滤光部分和所述可拆卸X-射线分布调节滤光部分都由能够吸收X-射线的材料形成，和
所述可拆卸X-射线分布调节滤光部分插入到所述基本X-射线分布调节滤光部分中或从其中取下使X-射线分布调节滤光设备的所述X-射线吸收部分的截面形状改变。
6.一种X-射线CT设备，包括：
X-射线源；
X-射线检测装置；和
X-射线分布调节滤光设备，为调节从所述X-射线源中发射并从链接所述X-射线源的焦点位置和所述X-射线检测装置的中心的X-射线的中心轴在与所述中心轴垂直的平面上以预定的形状分散的X-射线的透射强度的分布，该X-射线分布调节滤光设备包括至少利用形成于所述中心轴两侧上的、在垂直于所述中心轴的平面上可倾斜的第一和第二可移动部分形成的沿所述中心轴的弯曲面，并具有由X-射线吸收材料形成的X-射线吸收部分，其中所述X-射线的透射强度的分布可通过使所述第一和第二可移动部分倾斜来所述改变X-射线分布调节滤光设备的所述X-射线吸收部分的截面形状而加以调节。
7.根据权利要求6所述的X-射线CT设备，
其中所述X-射线分布调节滤光设备包括：
固定部分，该固定部分包括基底部分和倾斜部分，该基底部分沿所述中心轴线的厚度均匀，该倾斜部分链接到基底部分或与其整体形成，对称地形成在所述中心轴周围并在所述中心轴两侧上，而且每个都具有相对于所述基底部分的平面具有预定的倾斜的倾斜面；
其中，所述第一和第二可移动部分均被构造成通过所述中心轴，在所述固定部分的所述倾斜表面的一侧端被耦合的位置的中心点上枢转，并具有在与所述固定部分的所述倾斜表面相对侧上设置的平面和与该平面相对的曲面；和
第一和第二可变形部分，该第一和第二可变形部分具有每个与所述固定部分的每个所述倾斜面的所述耦合位置相对的相对端和，与该相对端相对、设置在所述第一和第二可移动部分的平面的端部之间、根据所述第一和第二可移动部分的旋转扩展或收缩的可扩展装置，其中通过所述固定部分的所述倾斜面、所述可移动部分的所述平面和所述可扩展装置界定的腔以流体填充，以将所述腔的里面保持在填充状态，其中：
所述固定部分和所述可移动部分由X-射线吸收材料形成以构成所述X-射线吸收部分，和
通过在所述中心点上旋转的所述第一和第二部分可移动部分的倾斜使所述固定部分的所述倾斜表面和所述可移动部分的平面彼此接近或远离以改变所述可移动部分的腔体中的所述流体的量并改变X-射线分布调节滤光设备的所述X-射线吸收部分的截面形状。
8.根据权利要求7所述的X-射线CT设备，包括：
将所述流体挤压到所述腔体中以所述流体填充所述腔体而不妨碍所述可移动部分的旋转并响应所述可移动部分的旋转的流体容纳部分；和
旋转所述可移动部分的可移动装置。
9.根据权利要求8所述的X-射线CT设备，其中：
通过所述可移动装置持续地倾斜所述可移动部分以持续地改变X-射线分布调节滤光设备的所述X-射线吸收部分的截面形状。
10.一种X-射线CT设备，包括：
X-射线源；
X-射线检测装置；和
X-射线分布调节滤光设备，为调节从所述X-射线源中发射并从链接所述X-射线源的焦点位置和所述X-射线检测装置的中心的X-射线的中心轴在与所述中心轴垂直的平面上以预定的形状分散的X-射线的透射强度的分布，该X-射线分布调节滤光设备具有至少利用形成于所述中心轴两侧上的、在垂直于所述中心轴的平面上可倾斜的第一和第二可移动部分形成的沿所述中心轴的弯曲面，并包括由X-射线吸收材料形成的X-射线吸收部分；和
通过使所述第一和第二可移动部分倾斜来改变所述X-射线分布调节滤光设备的所述X-射线吸收部分相对于所述X-射线源的焦点位置的位置，从而调节透射过所述X-射线吸收部分的X-射线的透射强度的分布的X-射线分布调节滤光设备控制部分。
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