CN1352919A - 准直器控制方法和设备,以及x线ct设备 - Google Patents

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Abstract

为了控制准直器使X线在X线探测器上的照射位置保持恒定,扇形束(400)在探测器单元阵列(24)中沿多个探测器单元排的并排排列方向上的照射位置误差被检测出来(101),而且,根据检测误差控制准直器(103)使扇形束的照射位置保持在一个恒定的位置上。

Description

准直器控制方法和设备，以及X线CT设备
技术领域
本发明涉及一种准直器控制方法和设备，以及一种X线CT(计算机断层)设备，而更具体而言，它涉及用于限定X线束在X线探测器上照射位置的准直器的控制方法和设备，以及一个包含这种准直器控制设备的X线CT设备。
背景技术
X线CT设备利用X线发射/探测设备，采集关于成像物体的多视角透射X线信号，并根据透射X线信号，利用图象生成设备生成物体的断层图象。
X线发射设备利用准直器，把自X线球管焦点处发射出的圆锥形X线束变为扇形X线束，并把扇形X线束投射向成像空间。
X线探测设备利用多通道X线探测器探测穿过成像空间的X线，该探测器包括沿X线束的扇形延展方向以阵列形式排列的多个X线探测器单元。此X线发射/探测设备绕物体旋转(扫描)以采集多视角透射X线信号。
数种多通道X线探测器类型之一是探测器单元阵列，它包括沿扇形X线束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排以使X线束被该探测器单元阵列的多个排同时接收。由于这种X线探测器能够利用一次扫描同时得到多层X线探测信号，所以，它被用作进行高效率多层扫描的X线探测器。
这种X线探测器包括X线探测器单元阵列，该阵列包括两排并能同时获得两层投影数据。在这种X线探测器中，阵列中的两排互相平行紧密排列，并被沿X线束的厚度方向相等分开的X线束照射。照射阵列中的两排的X线束在物体扫描中心的厚度决定断层图象的层厚。
由于使用时温度升高X线球管发生热膨胀等造成的X线焦点偏移，这种偏移导致X线束通过准直器孔缝后沿厚度方向发生位移。当X线束沿厚度方向发生偏移，阵列中两排的X线束厚度变得不相等。两帧断层图象的层厚因此不再相等。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种准直器控制方法和设备以使X线在探测器上的照射位置保持恒定，以及包括这种准直器控制设备的X线CT设备。
(1)解决上述问题的一个方面，本发明是一种准直器控制方法，包括以下步骤：利用准直器把自X线球管焦点发射的X线变为扇形束，并把扇形束投射到探测器单元阵列，它包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；并根据检测到的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合。
(2)解决上述问题的另一方面，本发明是一种准直器控制设备，包括：用于产生发射自焦点的X线的X线球管；把X线变为扇形束的准直器；探测器单元阵列，其包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；误差检测装置，用以检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；以及控制装置，用以根据检测到的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合。
(3)解决上述问题的另一方面，本发明是一种X线CT设备，包括：用于产生发射自焦点的X线的X线球管；把X线变为扇形束的准直器；探测器单元阵列，其包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；误差检测设备，用以检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；控制设备，用于根据检测到的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合；信号采集设备，用于利用X线发射/探测系统采集多视角X线探测信号，所述系统包括围绕与扇形束厚度方向平行的轴旋转的X线球管、准直器和探测器单元阵列；以及断层图象生成设备，用于根据X线探测信号生成扇形束截取的层面的断层图象。
在本发明所述(1)--(3)方面中，由于能够检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上的X线照射位置误差，并且，根据检测误差控制准直器而使X线束的照射位置和预定照射位置相吻合，因而可使X线在探测器单元阵列上的照射位置保持恒定。
在本发明的诸方面中，优选者是根据X线探测的信号的差与这些X线探测的信号的和的比例来检测误差，该X线探测的信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测，因为，这样可以得到与X线探测的信号大小无关的误差测量。
(4)解决上述问题的另一方面，本发明是一种准直器控制方法，包括以下步骤：利用准直器把自X线球管焦点发射的X线变为扇形束，并把扇形束投射到探测器单元阵列，它包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；并根据检测到的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合，其中，当误差在第一区域时，不进行控制，当误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出第二区域时，采用比第一比例增益大的第二增益进行控制。
(5)解决上述问题的另一方面，本发明是一种准直器控制设备，包括：产生发射自焦点的X线的X线球管；把X线变为扇形束的准直器；探测器单元阵列，其包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；误差检测装置，用于检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；以及控制装置，用于根据检测到的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合。其中，当误差在第一区域时，控制装置不进行控制，当误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出第二区域时，采用比第一比例增益大的第二增益进行控制。
(6)解决上述问题的另一方面，本发明是一种X线CT设备，包括：产生发射自焦点的X线的X线球管；把X线变为扇形束的准直器；探测器单元阵列，包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；误差检测设备，用于检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；控制设备，用于根据检测到的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合，其中，当误差在第一区域时，控制设备不进行控制，当误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出第二区域时，采用比第一比例增益大的第二增益进行控制；信号采集设备，用于利用X线发射/探测系统采集多视角X线探测的信号，所述系统包括围绕与扇形束厚度方向平行的轴旋转的X线球管、准直器和探测器单元阵列；以及断层图象生成设备，用于根据X线探测信号生成扇形束截取的层面的断层图象。
在本发明所述(4)--(6)方面中，因为，在检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上的X线照射位置误差，并根据检测误差控制准直器而使X线束的照射位置和预定照射位置相吻合时，当误差在第一区域时，不进行控制，当误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出第二区域时，采用比第一比例增益大的第二增益进行控制，使X线在探测器单元阵列上的照射位置保持恒定的这种控制能够快速而稳定地进行。
在本发明的诸方面中，优选者是根据X线探测的信号的差与这些X线探测的信号的和的比例来检测误差，该X线探测的信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测，因为，这样可以得到与X线探测信号大小无关的误差测量。
(7)解决上述问题的另一方面，本发明是一种准直器控制方法，包括以下步骤：利用准直器把自X线球管焦点发射的X线变为扇形束，并把扇形束投射到探测器单元阵列，探测器单元阵列包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；并根据检测到的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合；去除检测误差的高频分量；并根据去除了高频分量后的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合。
(8)解决上述问题的另一方面，本发明是一种准直器控制设备，包括：产生发射自焦点的X线的X线球管；把X线变为扇形束的准直器；探测器单元阵列，其包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；误差检测装置，其用于检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上的照射位置和预定照射位置之间的误差；高频分量去除装置，用于去除检测误差中的高频分量；以及控制装置，其根据去除了高频分量后的误差来控制准直器，使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合。
(9)解决上述问题的另一方面，本发明是一种X线CT设备，包括：产生发射自焦点的X线的X线球管；把X线变为扇形束的准直器；探测器单元阵列，其包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；误差检测设备，其用于检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；高频分量去除设备，用于去除检测误差中的高频分量；控制设备，根据去除高频分量后的误差来控制准直器，使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合；信号采集设备用于利用X线发射/探测系统采集多视角X线探测信号，所述系统包括围绕与扇形束厚度方向平行的轴旋转的X线球管、准直器和探测器单元阵列；以及断层图象生成设备，用于根据X线探测的信号生成扇形束截取的层面的断层图象。
在本发明所述方面(7)--(9)中，由于可以检测在探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上X线束的照射位置误差，并且，根据去除高频分量后的误差来控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合，所以，X线束在探测器单元阵列上的照射位置能够免受误差中高频分量的影响而保持恒定。
在本发明的诸方面中，优选者是根据X线探测的信号的差与这样X线探测的信号的和的比例来检测误差，该X线探测的信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测，因为，这样可以得到与X线探测信号大小无关的误差测量。
而且，高频分量的去除可用平均处理或低通滤波实现。
(10)解决上述问题的另一方面，本发明是一种准直器控制方法，包括以下步骤：利用准直器把自X线球管焦点发射的X线变为扇形束，并把扇形束投射到探测器单元阵列，它包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；去除检测误差的高频分量；并根据去除了高频分量后的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合，其中，当误差在第一区域时，不进行控制，当误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出第二区域时，采用比第一比例增益大的第二增益进行控制。
(11)解决上述问题的另一方面，本发明是一种准直器控制设备，包括：产生发射自焦点的X线的X线球管；把X线变为扇形束的准直器；探测器单元阵列，其包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；误差检测装置，用于检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；高频分量去除装置用以去除检测误差中的高频分量；以及控制装置，其根据去除了高频分量后的误差来控制准直器，使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合，其中，当误差在第一区域时，控制装置不进行控制，当误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出第二区域时，采用比第一比例增益大的第二增益进行控制。
(12)解决上述问题的另一方面，本发明是一种X线CT设备，包括：产生发射自焦点的X线的X线球管；把X线变为扇形束的准直器；探测器单元阵列，其包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；误差检测设备，用于检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；高频分量去除设备，用于去除检测误差中的高频分量；控制设备，根据去除高频分量后的误差来控制准直器，使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合，其中，当误差在第一区域时，控制设备不进行控制，当误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出第二区域时，采用比第一比例增益大的第二增益进行控制；信号采集设备用于利用X线发射/探测系统采集多视角X线探测信号，所述系统包括围绕与扇形束厚度方向平行的轴旋转的X线球管、准直器和探测器单元阵列；以及断层图象生成设备，用于根据X线探测信号生成扇形束截取的层面的断层图象。
在本发明所述方面(10)--(12)中，因为，在检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上的X线照射位置误差，并根据去除高频分量后的误差来控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合时，当误差在第一区域时，不进行控制，当误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出第二区域时，采用比第一比例增益大的第二增益进行控制，所以，使X线在探测器单元阵列上的照射位置保持恒定的这种控制能够免受误差中高频分量的影响而快速且稳定地进行。
在本发明的诸方面中，优选者是根据X线探测的信号的差与这些X线探测信号的和的比例来检测误差，该X线探测的信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测，因为，这样可以得到与X线探测信号大小无关的误差测量。
而且，高频分量的去除可用平均处理或低通滤波实现。
如上所具体叙述，本发明能够提供一种准直器控制方法和设备以使X线在X线探测器上的照射位置保持恒定，以及一种包括该准直器控制设备的X线CT设备。
如附图所示，从本发明的优选实施方案的以下描述中，本发明的目的和优点会更加明了。
附图简述
图1是与依照本发明的一个实施方案的设备的框图。
图2是图1所示设备的探测器阵列的示意图。
图3-6是图1所示设备的X线发射/探测设备的示意图。
图7是依照本发明的一种实施方案的设备的框图。
图8和9是准直器控制比例增益的举例曲线说明。
图10是依照本发明的一种实施方案的设备的框图。
具体实施方式
现参照附图将本发明的几种实施方案进行具体描述。应当指出，本发明并不限于这些实施方案。图1是本发明的一个实施方案的X线CT设备的框图。该设备的配置体现了依照本发明的一种实施方案。该设备的工作体现了依照本发明的方法的一种实施方案。
如图1所示，该设备包括一个扫描机架2，一个成像用床4和一个操作台6。扫描机架2是本发明的信号采集设备的一个实施方案。机架2有一个X线球管20。X线球管20是本发明的X线球管的一个实施方案。自X线球管20发射的X线(图中未标)被准直器22变为，例如，扇形X线束，即扇形束，并被投射到探测器阵列24上。准直器22是本发明的准直器的一个实施方案。
该探测器阵列24有沿扇形X线束的延展方向以直线形式排成阵列的多个X线探测器单元。探测器阵列24是本发明的探测器单元阵列的一种实施方案。探测器阵列24的构造将在以后具体描述。X线球管20，准直器22和探测器阵列22一起组成一种X线发射/探测设备，这将在以后具体描述。
探测器阵列24与数据收集部分26相连接，用于收集探测器阵列24中各个X线探测器单元探测的数据。X线球管20的X线的发射由X线控制器28控制。X线球管20和X线控制器28的连接关系在图中被省略。准直器22由准直器控制器30控制。准直器22和准直器30的连接关系在图中被省略。
从X线球管20到准直器控制器30的上述组件安装在扫描机架2的旋转部分34上。旋转部分34的旋转由旋转控制器36控制。旋转部分34和旋转控制器36的连接关系在图中被忽略。
成像用床4将用于承载被成像的物体(图中未标)进入或离开扫描机架2的X线的照射区域。该物体和X线照射区域的关系将在以后具体描述。
操作台6有一个数据处理设备60，它包括，比如一台计算机。数据处理设备60与控制接口62相连接，后者再与扫描机架2和成像用床4相连接。数据处理设备60通过控制接口控制62控制扫描机架2和成像用床4。
扫描机架2中的数据收集部分26，X线控制器28，准直器控制器30和旋转控制器36通过控制接口62进行控制。这些部分与控制接口62的各个连接在图中被忽略。
数据处理设备60还与数据收集缓冲器64相连接，后者再与扫描机架2中的数据收集部分26相连接。数据收集设备26收集到的数据通过数据收集缓冲器64输给数据处理设备60。
数据处理设备60应用通过数据收集缓冲器64收集的多视角透射X线信号进行图象重建。比如，图象重建用一种滤波反投影技术进行。数据处理设备60是本发明的断层图象设备生成设备的一种实施方案。
数据处理设备60还与储存设备66相连接，用于储存数种数据、重建的图象、执行本设备功能的程序，等等。
数据处理设备60还与显示重建图象和来自数据处理设备60的其它信息的显示设备68、以及依据操作者提供给数据处理设备60的若干条指令和信息而运行的操作设备70相连接。操作者通过使用显示设备68和操作设备70交互地操作本设备。
图2用示意图显示了探测器阵列24的构造。如图所示，该探测器阵列24是一个具有以阵列形式排列的多个X线探测器单元24(ik)的多通道X线探测器。
该多个X线探测器单元24(ik)共同组成一个柱状凹面曲线的X线照射表面。参考符号‘i’表示通道数比如‘i’＝1-1000。参考符号‘k’表示排数比如‘k’＝1，2。具有相同排数‘k’的X线探测器单元24(ik)共同组成探测器单元排。X线单元阵列24并不限于有两排，但是可以多于两排而分为两组。尽管下文对具有两排的探测器阵列24例子进行描述，具有更多排的探测器阵列是同样原理。
在探测器阵列24端点的一定数目的通道是每排中的参考通道25。该参考通道25位于成像中被投射物体的范围的外侧。
例如，每个X线探测器单元24(ik)由一个闪烁体和一个光电二极管组合而成。应当指出，X线探测器单元24(ik)不限于此，例如，此外可以是应用碲化镉(CdTe)或类似物的一种半导体X线探测器单元，或者，是应用氙气(Xe)的电离室X线探测器单元。
图3显示了X线发射/探测设备中X线球管20、准直器22和探测器阵列24的关系。图3(a)是扫描机架2的前视图而(b)是扫描机架2的侧视图。如图所示，从X线球管20发射的X线被准直器22变为扇形X线束400，并投射到探测器阵列24上。
图3(a)中，显示了扇形X线束400的范围。X线束400的延展方向与探测器阵列24中的通道的直线型排列方向相同。图3(b)中，显示了扇形X线束400的厚度。X线束400的厚度方向与探测器阵列24中排的并排排列方向(K方向)相同。
如图4实例所示，置于成像用床4上的物体8被载入X线辐射空间，该物体的体轴相交该X线束400的扇形平面。扫描机架2有一圆柱形结构其中包含X线发射/探测设备。
X线辐射空间构成于扫描机架2的圆柱形结构的内部空间。被X线束400截取的物体8的图象被投射到探测器阵列24上。穿过物体8的X线被探测器阵列24探测。X线束400透过物体8的层厚’th’通过准直器22的缝隙的张开程度调整。
X线发射/探测设备由围绕物体8的体轴旋转(或扫描)同时保持其相互关系的X线球管20，准直器22和探测器阵列组成。每个扫描旋转收集多个(比如大约1000)视角投影数据。投影数据的收集由探测器阵列24，数据收集部分26和数据收集缓冲器64的系统完成。
根据数据收集缓冲器64中收集到的两层投影数据，该两层的断层图象生成、或图象重建，由数据处理设备60完成。图象的重建用滤波反投影技术通过如处理一次扫描旋转得到的比如1000个视角投影数据来完成。
图5和6是更具体地描述X线束400投射到探测器阵列24上的示意图。如图5所示，X线探测器242和244上的投影图象的层厚‘th’可以通过沿使孔径变窄方向移动准直器22中的准直块220和222使其减小。
类似地，如图6所示，层厚‘th’可以通过使沿孔径变宽方向移动准直器22中的准直块220和222使其增加。这种层厚的调整由听命于数据处理设备60的指令的准直器控制器30来完成。
而且，沿k方向探测器准直器阵列24上的照射位置可以通过在k方向同时移动决定k方向上层厚‘th’的两个准直器块220和224并保持其位置相互关系得以调整。与X线焦点的偏移有关的照射位置的变化能够因此得以校正和自动控制，X线束总是照射到一个恒定的位置上。
在k方向上照射位置的调整可以通过在k方向上相对于准直器22移动探测器阵列24来完成，如虚线箭头所示，而不是移动准直器块220和222。这样使在层厚方向上层厚调整的机制和照射位置控制的机制能分别提供，因而允许多种控制。
另一方面，如果所有这些机制均被用于准直器22，控制的系统可以集成并且达到所要求的构造的简化。可以很容易地认识到，上述这两种装置可以结合起来完成照射位置的调整。下文中，这种自动控制照射位置的功能有时会被称之为自动准直器。
图7显示了有关自动准直器的本设备的框图。X线束400在k方向上的照射位置的误差由所示的误差检测部分101检测到。误差检测部分101根据探测器阵列24中两排参考通道25的输出检测照射位置误差。
误差检测通过应用来自两排参考通道25的X线束400的X线探测信号A和B，用以下方程求得误差‘e’来完成： e = A - B A + B . - - - - ( 1 ) 因此可以得到与X线探测信号大小无关的误差测量。误差检测部分101由数据处理设备60的一个功能完成。误差检测部分101是本发明的误差检测装置的一个实施方案。它也是本发明的误差检测设备的一个实施方案。
该误差检测信号输入到控制部分103。控制部分103然后反馈控制准直器22使误差‘e’变为零。如图8中实例所示，自控制部分103的控制输出与误差‘e’成正比。该输入一输出的特性曲线的斜率代表控制的比例增益G。下文中比例增益有时被简称为增益。
当误差‘e’为零时，以下方程成立：
       A＝B                                  (2)即，X线束400在两排参考通道上的照射量相等。此时，X线束400在探测器阵列24中两探测器单元排上的投射量是等分的。
控制部分103由数据处理设备60和准直器控制器30的功能完成。控制部分103是本发明的控制装置的一个实施方案。它也是本发明的控制设备的一个实施方案。
探测器24中两探测器单元排的X线探测信号在信号采集部分107被收集，并且根据收集的信号，断层图象在断层图象生成部分111中被生成。因此，可以得到具有相等层厚的两帧断层图象。
信号采集部分107由数据收集部分26、旋转控制器36和数据收集缓冲器64完成。该信号采集部分107是本发明的数据采集设备的一个实施方案。断层图象生成部分111由数据处理设备的一个功能来完成。该断层图象生成部分111是本发明的断层图象生成设备的一个实施方案。
控制部分103的增益可以根据所述误差而变化。具体地，如图9中实例所示，增益被置为零，当
      |e|≤α1，               (3)
增益被置为G1(G1≠0)，当
       α1＜|e|≤α2，        (4)
而且，增益被置为G2(＞G1)，当
      |e|＞α2，               (5)
上述方程中，α1是误差的允许值。它也是第一增益转换点。α2是第二增益转换点。
相应地，当该误差‘e’等于或小于允许值α1时，不进行所述控制，即，提供一个‘中性区域’。控制因而得以稳定。当‘e’大于允许值α1并等于或小于α2时，反馈控制利用增益G1进行以使误差‘e’回到允许值。当‘e’超过α2时，反馈控制用比增益G1大的增益G2进行以使误差‘e’比用增益G1控制时更快地回来。
因此通过根据该误差改变增益，同时具有稳定性和快速性的准直器控制可以实现。应当指出，增益的转换并不限于图9所示的三步，可以有两步或者比三步多。
误差‘e’包含高频分量。高频分量主要由于X线球管中阳极旋转时偶尔发生的焦点位置的很小变动。因为阳极进行高速旋转，例如，大约8000-12000rpm，焦点的变动包含高频分量。由于这种变动与温度变化而伴随发生的X线焦点位移无关，实现跟随这种变动的控制是无意义的，或者会降低控制的稳定性。所以，在输入误差‘e’到控制部分103之前，高频分量被去除以进一步提高控制的稳定性。
图10显示了提供这种高频分量去除方法的本设备的框图。图10中与图7中相同的部分被标以相同的参考数字，而且解释也因此省略。
如图所示，高频去除部分105位于误差检测部分101和控制部分103之间。高频去除部分105去除自误差检测部分101输入的误差‘e’中的高频分量并把不包含高频分量的误差信号输入给控制部分103。
高频去除部分105由数据处理设备60的一个功能完成。高频去除部分105是本发明的高频分量去除装置的一个实施方案。它也是本发明的高频分量去除设备的一个实施方案。
高频去除部分105中的高频分量的去除是通过，例如，确定时间序列中得到的数据的平均值完成的。例如，16个时间序列中的数值移动平均值被当作均值，移动平均数值的数量并不限于16个而可以是任何其它合适的值。之后，在与视角数据相同的时序下得到误差‘e’的数据。因此，误差‘e’对例如每16个视角进行移动平均。
该移动平均可以使用适当的权重进行加权，而不是简单的移动平均。而且，代替求平均值，高频分量的去除可以通过对时间序列数据进行低通滤波完成。
因此通过用高频去除部分105去除误差‘e’中包含的高频分量，照射位置的控制能够得以稳定。通过使照射位置稳定，两帧断层图象的层厚变得相等而且稳定，因此使得到的图象具有好的质量。
尽管参照优选实施方案对本发明进行了叙述，实施方案的多个变种和替代可由那些本行业一般的技术人员制造出来，而不脱离本发明的范围。因此，本发明的范围不仅包括上述实施方案，而且包括与所附的权利要求有关的全部实施方案。
在不脱离本发明实质和范围的情况下，还可以定义本发明许多不同的实施方案。应当理解，本发明不限于说明中所述的特定实施方案，除非所附权利要求中有限定。

Claims (36)

1.一种准直器控制方法，包括如下步骤：
利用准直器把自X线球管焦点发射的X线变为扇形束，并把扇形束投射到探测器单元阵列，该探测器单元阵列包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；以及
根据所述检测到的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合。
2.如权利要求1所定义的准直器控制方法，还包括：
根据X线探测的信号的差与所述X线探测的信号的和的比例来检测所述误差，该X线探测的信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测。
3.一种准置器控制方法，包括如下步骤：
利用准直器把自X线球管焦点发射的X线变为扇形束，并把扇形束投射到探测器单元阵列，该探测器单元阵列包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；以及
根据所述检测到的误差控制准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合，其中，当所述误差在第一区域时，不进行控制，当所述误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域时，采用第一比例增益进行控制，而当所述误差超出第二区域时，采用比第一比例增益大的第二增益进行控制。
4.如权利要求3所定义的准直器控制方法，还包括：
根据所述X线探测的信号的差与所述X线探测的信号的和的比例来检测误差，该X线探测信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测。
5.一种准置器控制方法，包括如下步骤：
利用准直器把自X线球管焦点发射的X线变为扇形束，并把所述扇形束投射到探测器单元阵列，该探测器单元阵列包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上所述扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；
去除该所述检测到的误差中的高频分量；并
根据去除了高频分量后的所述误差控制所述准直器使扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合。
6.如权利要求5所定义的准直器控制方法，还包括：
根据X线探测的信号的差与所述X线探测的信号的和的比例来检测误差，该X线探测的信号由所述探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测。
7.如权利要求5所定义的准直器控制方法，还包括：
用平均处理去除所述高频分量。
8.如权利要求5所定义的准直器控制方法，还包括：
用低通滤波去除所述高频分量。
9.一种准直器控制方法，包括如下步骤：
利用准直器把自X线球管焦点发射的X线变为扇形束，并把扇形束投射到探测器单元阵列，该探测器单元阵列包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；
将所述检测到的误差中的高频分量去除，以及
根据去除了高频分量后的误差控制所述准直器使所述扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合，其中，当误差在第一区域时，不进行控制，当误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域内时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出第二区域时，采用比第一比例增益大的第二增益进行控制。
10.如权利要求9所定义的准直器控制方法，还包括：
根据X线探测的信号的差与所述X线探测的信号的和的比例来检测误差，该X线探测的信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测。
11.如权利要求9所定义的准直器控制方法，还包括：
用平均处理去除所述高频分量。
12.如权利要求9所定义的准直器控制方法，还包括：
用低通滤波处理去除高频分量。
13.一种准直器控制设备，包括：
产生发射自焦点的X线的X线球管；
把所述X线变为扇形束的准直器；
探测器单元阵列，包括沿所述扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个该探测器单元排包括沿所述扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
误差检测装置，用于检测所述探测器单元阵列上沿所述探测器单元排并排排列方向上所述扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；以及
控制装置，用于根据所述检测到的误差控制所述准直器使所述扇形束的照射位置和预定照射位置相吻合。
14.如权利要求13所定义的一种准直器控制设备，其中：
所述误差检测装置根据X线探测的信号的差与所述X线探测的信号的和的比例来检测误差，该X线探测信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测。
15.一种准直器控制设备，包括：
产生发射自焦点的X线的X线球管；
把所述X线变为扇形束的准直器；
探测器单元阵列，包括沿所述扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
误差检测装置，用于检测所述探测器单元阵列上沿所述探测器单元排并排排列方向上所述扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；以及
控制装置，用于根据所述检测到的误差控制所述准直器使所述扇形束的照射位置和所述预定照射位置相吻合；其中，当误差在第一区域时，所述控制装置不进行控制，当误差超出所述第一区域并在比所述第一区域大的第二区域内时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出所述第二区域时，采用比所述第一比例增益大的第二增益进行控制。
16.如权利要求15所定义的一种准直器控制设备，其中：
所述误差检测装置根据X线探测的信号的差与X线探测的信号的和的比例来检测所述误差，该X线探测的信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测。
17.一种准直器控制设备，包括：
产生发射自焦点的X线的X线球管；
把所述X线变为扇形束的准直器；
探测器单元阵列，包括沿所述扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿所述扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
误差检测装置，用于检测探测器单元阵列上沿探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；
高频分量去除装置，用于去除所述检测到的误差中的高频分量；以及
控制装置，根据去除了高频分量后的所述误差来控制所述准直器，使所述扇形束的照射位置和所述预定照射位置相吻合。
18.如权利要求17所定义的一种准直器控制设备，其中：
所述误差检测装置根据X线探测的信号的差与所述X线探测的信号的和的比例来检测误差，该X线探测的信号由所述探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测。
19.如权利要求17所定义的一种准直器控制设备，其中：
所述高频分量去除装置应用平均处理去除高频分量。
20.如权利要求17所定义的一种准直器控制设备，其中：
所述高频分量去除装置应用低通滤波去除高频分量。
21.一种准直器控制设备，包括：
产生发射自焦点的X线的X线球管；
把所述X线变为扇形束的准直器；
探测器单元阵列，包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
误差检测装置，用于检测所述探测器单元阵列上沿所述探测器单元排并排排列方向上所述扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；
高频分量去除装置，用于去除所述检测到的误差中的高频分量；以及
控制装置，根据去除了高频分量后的所述误差来控制准直器，使所述扇形束的照射位置和所述预定照射位置相吻合，其中，当误差在第一区域时，所述控制装置不进行控制，当误差超出所述第一区域并在比所述第一区域大的第二区域内时，采用第一比例增益进行控制，而当误差超出所述第二区域时，采用比所述第一比例增益大的第二增益进行控制。
22.如权利要求21所定义的一种准直器控制设备，其中：
所述误差检测装置根据X线探测的信号的差与所述X线探测的信号的和的比例来检测所述误差，该X线探测的信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测。
23.如权利要求21所定义的一种准直器控制设备，其中：
所述高频分量去除装置应用平均处理去除高频分量。
24.如权利要求21所定义的一种准直器控制设备，其中：
所述高频分量去除装置使用低通滤波去除高频分量。
25.一种X线CT设备，包括：
产生发射自焦点的X线的X线球管；
把所述X线变为扇形束的准直器；
探测器单元阵列，包括沿所述扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿所述扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
误差检测设备，用于检测所述探测器单元阵列上沿所述探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；
控制设备，用于根据所述检测到的误差控制所述准直器使所述扇形束的照射位置和所述预定照射位置相吻合。
信号采集设备，利用X线发射/探测系统采集多视角X线探测信号，该系统包括围绕与所述扇形束厚度方向平行的轴旋转的所述X线球管、所述准直器和所述探测器单元阵列；以及
断层图象生成设备，用于根据所述X线探测的信号生成由所述扇形束截取的层面的断层图象。
26.如权利要求25所定义的X线CT设备，其中：
所述误差检测设备根据X线探测的信号的差与所述X线探测的信号的和的比例来检测所述误差，该X线探测的信号由所述探测器单元排的并排排列方向上相邻的所述X线探测器单元进行探测。
27.一种X线CT设备，包括：
产生发射自焦点的X线的X线球管；
把所述X线变为扇形束的准直器；
探测器单元阵列，包括沿所述扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
误差检测设备，用于检测所述探测器单元阵列上沿所述探测器单元排并排排列方向上所述扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；
控制设备，用于根据所述检测到的误差控制所述准直器使所述扇形束的照射位置和所述预定照射位置相吻合，其中，当所述误差在第一区域时，所述控制设备不进行控制，当所述误差超出第一区域并在比第一区域大的第二区域内时，采用所述第一比例增益进行控制，而当所述误差超出第二区域时，采用比所述第一比例增益大的第二增益进行控制。
信号采集设备，利用X线发射/探测系统采集多视角X线探测的信号，该系统包括围绕与扇形束厚度方向平行的轴旋转的所述X线球管，所述准直器和所述探测器单元阵列；以及
断层图象生成设备，用于根据X线探测的信号生成由所述扇形束截取的层面的断层图象。
28.如权利要求27所定义的X线CT设备，其中：
所述误差检测设备根据X线探测的信号的差与所述X线探测信号的和的比例来检测所述误差，该X线探测的信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测。
29.一种X线CT设备，包括：
产生发射自焦点的X线的X线球管；
把X线变为扇形束的准直器；
探测器单元阵列，包括沿扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿所述扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
误差检测设备，用于检测所述探测器单元阵列上沿所述探测器单元排并排排列方向上所述扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；
高频分量去除设备，用于去除所述检测到的误差中的高频分量。
控制设备，根据去除了高频分量后的所述误差来控制所述准直器，使所述扇形束的照射位置和所述预定照射位置相吻合。
信号采集设备，利用X线发射/探测系统采集多视角X线探测信号，该系统包括围绕与所述扇形束厚度方向平行的轴旋转的所述X线球管、所述准直器和所述探测器单元阵列；以及
断层图象生成设备，用于根据所述X线探测的信号生成由所述扇形束截取的层面的断层图象。
30.如权利要求29所定义的X线CT设备，其中：
所述误差检测设备根据X线探测的信号的差与所述X线探测的信号的和的比例来检测所述误差，该X线探测的信号由所述探测器单元排的并排排列方向上相邻的所述X线探测器单元进行探测。
31.如权利要求29所定义的X线CT设备，其中：
所述高频分量去除设备使用平均处理去除高频分量。
32.如权利要求29所定义的X线CT设备，其中：
所述高频分量去除设备使用低通滤波去除高频分量。
33.一种X线CT设备，包括：
产生发射自焦点的X线的X线球管；
把X线变为扇形束的准直器；
探测器单元阵列，包括沿所述扇形束的厚度方向并排排列的多个探测器单元排，每个探测器单元排包括沿所述扇形束的延展方向以直线形式排列的多个X线探测器单元；
误差检测设备，用于检测所述探测器单元阵列上沿所述探测器单元排并排排列方向上扇形束的照射位置和预定照射位置之间的误差；
高频分量去除设备，用于去除所述检测到的误差中的高频分量。
控制设备，根据去除了高频分量后的所述误差来控制所述准直器，使所述扇形束的照射位置和所述预定照射位置相吻合，其中，当所述误差在第一区域时，所述控制设备不进行控制，当所述误差超出所述第一区域并在比所述第一区域大的第二区域内时，采用第一比例增益进行控制，而当所述误差超出所述第二区域时，采用比所述第一比例增益大的第二增益进行控制；
信号采集设备，利用X线发射/探测系统采集多视角X线探测信号，该系统包括围绕与所述扇形束厚度方向平行的轴旋转的所述X线球管，所述准直器和所述探测器单元阵列；以及
断层图象生成设备，用于根据所述X线探测信号生成由所述扇形束截取的层面的断层图象。
34.如权利要求33所定义的X线CT设备，其中：
所述误差检测设备根据X线探测的信号的差与所述X线探测信号的和的比例来检测所述误差，该X线探测的信号由探测器单元排的并排排列方向上相邻的X线探测器单元进行探测。
35.如权利要求33所定义的X线CT设备，其中：
所述高频分量去除设备使用平均处理去除高频分量。
36.如权利要求33所定义的X线CT设备，其中：
所述高频分量去除设备应用低通滤波去除高频分量。
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