CN1362049A - 定向能束焊接的计算机x射线断层摄影术探测器准直仪 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施例是一种制造用于计算机X射线断层摄影术(CT)成像系统的患者后准直仪的方法,该方法包括以下步骤:利用至少一个定向能束焊接机将准直板边缘焊接到顶部导轨上;以及利用所述至少一个定向能束焊接机将准直板边缘焊接到底部导轨上。上述实施例为制造CT成像系统所用的患者后准直仪提供了一种有效并且比需要采用准确定位准直板的精确梳齿的实施例成本更低的方法。

Description

定向能束焊接的计算机X射线断层摄影术探测器准直仪

技术领域    本发明一般涉及计算机X射线断层摄影术成像系统，更具体地说，涉及用于这种系统的患者后准直仪以及制造这种准直仪的方法。

技术背景    在至少一种已知的计算机X射线断层摄影术(CT)成像系统配置中，X射线源投射出扇形射束，该射束经校准后处于通常称为“成像平面”的笛卡尔坐标系的X-Y平面内。X射束穿透成像对象、如患者。被对象衰减后的射束照射到辐射探测器阵列上，探测器阵列接收到的衰减射束的辐射强度取决于对象使X射束衰减的程度。阵列中每个探测器单元都产生一个独立电信号，它是在探测器位置上射束衰减的测量值。分别获得所有探测器的衰减测量值而产生透射分布。

在已知的第三代CT系统中，X射线源和探测器阵列与扫描架(gantry)一起在成像平面内绕要成像的对象旋转，使得X射束与对象相交的角度持续变化。在一个扫描架角度下从探测器阵列得出的一组X射线衰减测量值、即投影数据称为一幅“视图”。对象的一次“扫描”包括在不同扫描架角度或视角下、X射线源和探测器旋转一周得到的一组视图。在轴向扫描中，处理投影数据而建立与穿过对象而取的二维切片对应的图像。在本领域中，从一组投影数据中重建图像的方法称为过滤反投影技术。这种处理方法把衰减测量值从扫描转换成称为“CT数”或“Hounsfield单位”的整数，并将其用于控制阴极射线管显示器上相应像素的亮度。

在一种多切片成像系统中，探测器包括多个平行的探测器行，其中每行包括多个独立的探测器单元。一个多切片探测器能够提供多幅表现一定体积的对象的图像。多幅图像中的每幅图像对应与该体积的单独“切片”。切片厚度或孔径取决于探测器行的宽度。而且众所周知，选择性地组合来自多个相邻探测器行(即“宏行”)的数据可得到表现不同选定厚度的切片的特征的图像。

众所周知，提供的多切片CT探测器带有患者后准直仪。这些准直仪包括许多精确校直的板和线，用于校准照射在各个闪烁探测器单元上的X射线、以及衰减照射在各个闪烁探测器单元之间的X射线。在一种已知系统中，准直板的准直和这些线的安装是利用定位所用的各种构件上的缝和槽、以及用于粘合的粘合剂来完成的。目前，准直板和线的精确准直所要求的制造步骤大大增加了制造成本。例如，制造一种已知的准直仪，为了插入准直板，需要带有精确的缝、缝间距以及缝定位的上下梳齿。已知的患者后准直仪中没有采用焊接，因为焊接过程本身会引起准直板变形。

因此，需要为CT成像系统提供精确对准的患者后准直仪以及比那些需要精确梳齿的方法更有效、更廉价的制造方法。

发明内容    因而，在本发明的一个实施例中提供了一种制造计算机X射线断层摄影术(CT)成像系统所用的患者后准直仪的方法，该方法包括以下步骤：利用至少一个定向能束焊接机把准直板边缘焊接到顶部导轨；以及利用至少一个定向能束焊接机将准直板边缘焊接到底部导轨。

上述实施例提供了一种有效、并且比需要用到准确定位各个板的精确梳齿的实施例更廉价的、制造CT成像系统所用的患者后准直仪的方法。

附图说明

图1是CT成像系统的示意图；

图2是图1所示系统的原理框图；

图3是图1所示系统的多切片探测器阵列的示意图；

图4是图3所示探测器阵列的探测器模块的示意图；

图5是本发明的一个实施例中准直板焊接到准直仪的导轨上的横剖视图；

图6是由各部分构成的本发明的患者后准直仪实施例的横剖视图；

图7是本发明的患者后准直仪实施例的各部分的辐射状安排的示意图；

图8是图5的局部放大图，说明了在一个实施例中如何利用钢丝补偿z方向的间距偏差；

图9是图5所示准直仪和焊接机结构的俯视图；

图10是将一个实施例中的准直仪用激光焊接到梳齿和任选的钼衬垫上的示意图。

具体实施方式    参考图1和图2，所示计算机X射线断层摄影术(CT)成像系统10包括代表“第三代”CT扫描器的扫描架12。扫描架12具有X射线源14，后者向扫描架12的相对侧上的探测器阵列18投射X射束16。探测器阵列18由探测器单元20构成，所有探测器单元共同检测穿透对象22、如某个内科病人投射的X射线。每个探测器单元20产生表示照射的X射束的强度和由此由穿透患者22而产生的射束衰减的电信号。在获取X射线投影数据的扫描期间，扫描架12及装配在其上的元件绕旋转中心24旋转。探测器阵列18可制造成单切片或多切片的配置。在多切片配置中，探测器阵列18有多行探测器单元20，图2中仅示出其中一行。

扫描架12的旋转和X射线源14的工作都由CT系统10的控制机构26来控制。控制机构26包括：向X射线源14提供电力和定时信号的X射线控制器28；以及控制扫描架12的旋转速度和位置的扫描架电动机控制器30。控制机构26中的数据采集系统(DAS)32对来自探测器单元20的模拟数据进行抽样，并且将数据转换为数字信号以备后续处理。图像重构器34从DAS 32接收抽样并数字化后的X射线数据，并且执行高速图像重构。重构的图像作为计算机36的输入而被计算机保存到海量存储器38中。

计算机36还经由带键板的控制台40接收操作员发出的命令和扫描参数。相关的阴极射线管显示器42使操作员可以观察重构的图像以及来自计算机36的其他数据。操作员所提供的命令和参数被计算机36用来向DAS 32、X射线控制器28以及扫描架电动机控制器30提供控制信号和信息。另外，计算机36操作工作台电动机控制器44，后者控制电动工作台46使患者22在扫描架12中定位。具体来讲，工作台46使患者22的各部分穿过扫描架开口48。

在一个实施例中，参考图3和图4，探测器阵列18包括多个模块50。每个模块50包括闪烁器阵列52和光电二极管阵列54。探测器单元20包括光电二极管阵列54中的一个光电二极管和闪烁器阵列中相应的一个闪烁器。探测器阵列18的各个模块50都包含探测器单元20的16×16阵列，而探测器阵列18包含57个这样的模块50。因而探测器阵列18能够同时获取多达16幅图像切片的投影数据。

在一个实施例中，参考图5，为了使穿透对象或患者22后的X射线16准直，在探测器阵列18之上设置患者后准直仪56。患者后准直仪56包括顶部导轨58、与顶部导轨58隔开且与之平行的底部导轨60。在各导轨58和60之间沿径向安排多个准直板62(例如，钨板)。(图5是穿过一个准直板62的患者后准直仪56的横剖视图。)为了把准直板装在导轨58和60上，利用至少一个定向能束焊接机64将准直板62在相对各端边缘焊接到导轨58和60上。使用边缘焊接防止了准直板歪出图5的平面。避免了其他焊接方法、包括没有专门指在准直板62边缘的激光焊接中固有的变形。适当类型的定向能束焊接机64包括那些利用包含光子的定向能束65的焊接机(如激光束焊接机)和那些利用粒子的焊接机(如电子束焊接机)。定向能束65是将其能量集中在单个点上的细能束。(图5想要表示的是指在不同位置如66、68、70和72的窄射束65，而不是两个扇形的能束)。

具体地说，准直板62的后上角66、前上角68、后下角70和前下角72都是通过图5的平面中的定向能束焊接被边缘焊接的。后上角66和后下角70分别被边缘焊接到顶部导轨58的后面74和底部导轨60的后面76。前上角68和前下角72分别被边缘焊接到顶部导轨58的前面78和底部导轨60的前面80。

参考图6，在一个实施例中，通过组装多个组件来预制准直仪。对于每个准直仪组件，利用至少一个定向能束焊接机把多个准直板62分别边缘焊接到弯曲的金属(例如钢)顶段82和底段84。各段82和84都分别具有比导轨58和60小的横截面积和长度，而构成准直仪的组件86。然后把组件86沿径向排列在顶部导轨58和底部导轨60之间并固定在顶部导轨58和底部导轨60上。(图7中说明了组件86的径向排列，其中，把顶视图中实际看不到的准直板62表示成虚线。)顶段82固定在顶部或上部导轨58上，而底段84固定在底部或下部导轨60上。导线92(比如钨丝)也以垂直于准直板62的后边缘88的方向固定在准直板62上。

用固定装置(未示出)使准直板62和导轨58、60(或段82、84)互为基准地定位。这种固定装置起到与传统患者后准直仪中梳齿基本相同的作用。但是，与梳齿不同的是，仅仅在患者后准直仪56的焊接期间才需要固定装置。固定装置不是而且也不成为准直仪56的一部分，在需要时可再使用该固定装置。没有必要使用衬垫，如在至少一种已知的患者后准直仪中使用的钼衬垫。

在一个实施例中，用两个定向能束焊接机64、90将准直板62焊接到导轨58和60上。在另一个实施例中，使用两个焊接机64、90将准直板62焊接到段82和84上。其中一个焊接机负责后面焊接，另一个则负责前面焊接。

对于多切片探测器阵列18，衰减线92(例如钨丝)从准直板62的后边缘88上间隔开的槽94中穿过准直仪56。线92在探测器行之间提供对X射线的衰减。在本发明的一个实施例中，用定向能束焊接机64将线92焊接到准直板62上。在另一个实施例中，定向能束焊接机的精确性使得可以使用不带槽94的准直板62。线92垂直于后边缘88而穿过准直板62，并且例如通过使用固定装置、相对于准直板精确定位。然后利用定向能束焊接机64将线94焊接到准直板62上。

在一个实施例中，用激光焊接机作为焊接机64和90，并且在程序控制下计算机精确地对准和操作其焊接点。

图8是图5的区域96的放大图，说明在一个实施例中如何用线98(例如钢丝)来补偿z方向上的准直板62的高度和/或导轨58、60的间距公差。把线98插入顶部导轨58或底部导轨60中至少一个与准直板62之间的斜缝100(选择导轨58和60中哪一个或两者都选是设计选择)。线98一侧焊接在选择的导轨58(或60)上，而另一侧焊接在准直板62上。线98到选定的导轨58(或60)的焊接点至少在斜缝100中。在一个使用了焊接的线98的实施例中，省去了68处的焊接点。同时在本发明的一个分段实施例中，在至少一个段82或84与准直板62之间、而不是在导轨58或60与板62之间设置斜缝100。形成斜缝100的倒角可以或者在板62中、或者在相对的段或导轨中、或者在两者中。

图9是图5(或图6)中所示准直仪和激光焊接结构的x-y平面的俯视图，其中示出段82(如果使用)和焊接到导轨58(或段82)上的一个准直板62的位置的假想轮廓[从准直仪56的顶部既不会真正看到段82(如果使用)，也看不到准直板62]。图9说明与探测器阵列18的曲率相对应的准直仪56的曲率。准直仪56中的准直板62的安排是这样的，以便提供对探测器阵列18的同一行或切片中彼此相邻的探测器单元20之间的准直。

如图10所示，在另一个实施例中，激光焊接与梳齿102结合起来使用，梳齿102固定到导轨58或60中至少一个和任选衬垫、如钼衬垫104、106、108上。在图10所示的实施例中，准直板62定位在梳齿102、110的缝中，定向能束焊接机64、90焊接112、114和116这几个区。在一个实施例中，焊接机64也用于将线92焊接到线槽94中。

显然，本发明的各种实施例提供了一种有效且更廉价的生产患者后准直仪的制造方法。焊接的准直仪本身较为便宜，并且无论梳齿是不是准直仪的一部分，它都潜在地比采用粘合剂的准直仪更耐用。尽管借助各种特定的实施例描述了本发明，但本领域的技术人员会认识到在权利要求的精神和范围内可以对本发明加以修改。

Claims (32)

1.一种制造用于计算机X射线断层摄影术(CT)成像系统的患者后准直仪的方法，所述方法包括以下步骤：

利用至少一个定向能束焊接机将准直板边缘焊接到顶部导轨上；以及

利用所述至少一个定向能束焊接机将所述准直板边缘焊接到底部导轨上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：将所述准直板以及所述顶部导轨和底部导轨定位在固定装置中，以便在焊接期间使所述准直板以及所述顶部和底部导轨互为基准地定位。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述顶部导轨和所述底部导轨均有前面和后面，所述准直板均有前上角、后上角、前下角和后下角，并且每个边缘焊接步骤包括利用一对定向能束焊接机将准直板的所述前上角和所述前下角分别边缘焊接到所述顶部导轨的所述前面和所述底部导轨的所述前面，以及将所述准直板的所述后上角和所述后下角分别边缘焊接到所述顶部导轨的所述后面和所述底部导轨的所述后面。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述焊接的准直板为钨板。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括使衰减线穿过所述准直板中的各个槽的步骤。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括利用定向能束焊接机把所述衰减线焊接到所述准直板上的步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述衰减线为钨丝。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述准直板是无凹槽的，并且所述方法还包括使衰减线横跨过所述准直板、利用固定装置使所述线相对于所述准直板定位、并且利用定向能束焊接机将所述衰减线焊接到所述准直板上的步骤。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述边缘焊接步骤中的至少一个步骤包括将线插入所述准直板与从所述顶部导轨和所述底部导轨中选择的至少一个导轨之间的斜缝中、将所述线焊接到至少在所述斜缝中的所述至少一个选择的导轨上、并且把所述线焊接到所述准直板上的步骤。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述线为钢丝。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括将所述准直板插入固定在至少一个所述导轨上的梳齿中的步骤。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少一个定向能束焊接机包括激光焊接机。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少一个定向能束焊接机包括电子束焊接机。

14.一种用于制造计算机X射线断层摄影术(CT)成像系统所用的患者后准直仪的方法，所述方法包括以下步骤：

预制所述患者后准直仪的多个组件，每个组件是通过利用至少一个定向能束焊接机将多个准直板中每一个都边缘焊接到第一弯曲的金属段上、以及利用至少一个定向能束焊接机将所述多个准直板中每一个都边缘焊接到第二弯曲的金属段上的步骤预制的，所述第一弯曲的金属段由此成为所述预制段的顶部而所述第二弯曲的金属段由此成为所述预制段的底部；

在顶部导轨和底部导轨之间沿径向排列所述多个预制的组件；以及

将所述多个预制组件中每一个的所述顶部固定到所述顶部导轨上，并且将所述多个预制段中每一个的所述底部固定到所述底部导轨上。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于还包括将衰减线穿过所述准直板中各个槽的步骤。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于还包括利用定向能束焊接机将所述衰减线焊接到所述准直板上的步骤。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述衰减线为钨丝。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述准直板是无凹槽的，并且所述方法还包括将衰减线横跨所述准直板、利用固定装置将所述线相对于所述准直板定位、以及利用定向能束焊接机将所述衰减线焊接到所述准直板上的步骤。

19.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述边缘焊接步骤中至少一个步骤包括将线插入所述准直板与从所述第一弯曲金属段和所述第二弯曲金属段中选择的至少一个弯曲金属段之间的斜缝中、将所述线焊接到所述斜缝中的至少一个所选弯曲金属段上、以及将所述线焊接到所述准直板上的步骤。

20.一种用于计算机X射线断层摄影术(CT)成像系统的辐射探测器的患者后准直仪，所述准直仪包括顶部导轨、底部导轨和一组准直板，每个所述准直板一端被边缘焊接到所述顶部导轨上而另一端被边缘焊接到所述底部导轨上。

21.如权利要求20所述的患者后准直仪，其特征在于：所述顶部导轨和所述底部导轨均有前面和后面，并且每个所述准直板都有前上角、后上角、前下角和后下角，每个所述前上角和所述前下角分别被边缘焊接到所述顶部导轨的所述前面和所述底部导轨的所述前面，并且每个所述后上角和所述后下角分别被边缘焊接到所述顶部导轨的所述后面和所述底部导轨的所述后面。

22.如权利要求20所述的患者后准直仪，其特征在于：所述边缘焊接的准直板为钨板。

23.如权利要求20所述的患者后准直仪，其特征在于：所述准直板有槽，并且该准直仪还包括穿过所述准直板中的所述槽的衰减线。

24.如权利要求23所述的患者后准直仪，其特征在于：所述衰减线被焊接到所述准直板上。

25.如权利要求24所述的患者后准直仪，其特征在于：所述衰减线为钨丝。

26.如权利要求20所述的患者后准直仪，其特征在于：所述准直板是无凹槽的，并且所述患者后准直仪还包括横跨所述准直板并焊接在所述准直板上的衰减线。

27.如权利要求20所述的患者后准直仪，其特征在于：在所述准直板与所述顶部导轨和所述底部导轨中至少一个之间有斜缝，而且还包括在所述斜缝中、被焊接到所述至少一个导轨和各个所述准直板上的导线。

28.一种用于计算机X射线断层摄影术(CT)成像系统的患者后准直仪，所述准直仪包括：

所述患者后准直仪的多个组件，每个所述组件包括顶部金属段、底部金属段和多个准直板，每个所述准直板都被边缘焊接到所述顶部金属段和所述底部金属段上，

顶部导轨和底部导轨，所述多个组件沿径向排列在所述顶部导轨与所述底部导轨之间，并且每个所述组件被固定到所述顶部导轨和所述底部导轨两者上。

29.如权利要求28所述的患者后准直仪，其特征在于：所述准直板有槽，所述准直仪还包括穿过所述槽的衰减线。

30.如权利要求29所述的患者后准直仪，其特征在于：所述衰减线被焊接到所述准直板上。

31.如权利要求30所述的患者后准直仪，其特征在于：所述衰减线为钨丝。

32.如权利要求28所述的患者后准直仪，其特征在于：所述准直板是无槽的，并且所述准直仪还包括横跨所述准直板并且焊接在所述准直板上的衰减线。

Images