CN207610995U - 一种用于计算机断层扫描成像系统的测试平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于计算机断层扫描成像系统的测试平台。该测试平台包括主控装置、X射线源、载物台、探测器及处理装置；X射线源上、载物台上设置有相应的运动装置,探测器上设置有第一位置调节装置，X射线源、探测器、处理装置、运动装置分别与主控装置连接；载物台、探测器分别安装在工作台的导轨上，分别用于调整X射线源与探测器之间距离和射线源和被测物体之间的距离；根据不同的X射线源与探测器组合，配置相应的运动装置的运动参数，实现被测物体分别在正射线和斜射线条件下的轴扫断层图像与螺旋扫断层图像，重建出满足多种成像需求的图像。

Description

一种用于计算机断层扫描成像系统的测试平台

技术领域

本实用新型涉及一种用于计算机断层扫描成像系统的测试平台，属于辐射成像技术领域。

背景技术

传统的CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)成像系统是通过机械运动的方式带动X射线源和探测器围绕被检测物做旋转运动，从而获得一系列的原始投影数据。如图1和图2所示，通过X射线源1发出的X射线束对被测物体2某部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器3接收透过该层面的X射线束并转化为可见光，然后通过一系列的处理转化为数字信号传输至计算机进行图像处理，从而形成被测物体2某部位的断层图像。

目前，传统的CT成像系统一般采用将X射线源和探测器安装在机架上，然后使X射线源和探测器围绕被测物体中心进行旋转，从而获取被测物体2某部位的断层图像。随着CT成像技术的发展，目前更多采用螺旋CT成像系统获取被测物体连续多个断面的断层图像。

无论在传统的CT成像系统还是螺旋CT成像系统中，X射线源的中心线均需要对准探测器的中心位置(如图2所示)，才能获取被测物体某一断面或连续多个断面的断层图像。由于受制于机械及CT成像系统的旋转极限速度的影响(不同厂家略有区别)，造成CT成像系统的时间分辨率、空间分辨率、密度分辨率等不高，容易产生运动伪影。因此，迫切需要设计一种快速测试工装，用于完成对不同的X射线源和探测器组合的测试，重建出满足多种成像需求的图像。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种用于计算机断层扫描系统的测试平台。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种用于计算机断层扫描系统的测试平台，包括主控装置、X射线源、载物台、探测器及处理装置；所述X射线源上设置有第一运动装置、第二运动装置，所述载物台上设置有第三运动装置、第四运动装置,所述探测器上设置有第一位置调节装置，所述X射线源、所述探测器、所述处理装置、所述第一运动装置、所述第二运动装置、所述第三运动装置、所述第四运动装置分别与所述主控装置连接；所述载物台、所述探测器分别安装在工作台的导轨上，分别用于调整所述X 射线源与所述探测器之间距离和所述射线源和被测物体之间的距离；

根据不同的所述X射线源与所述探测器组合，配置相应的运动装置的运动参数，实现所述被测物体分别在正射线和斜射线条件下的轴扫断层图像与螺旋扫断层图像。

其中较优地，所述第一运动装置包括第一电机、俯仰转台及第一旋转编码器，所述俯仰转台通过第一联轴器与所述第一电机连接，所述俯仰转台与所述X射线源连接。

其中较优地，所述第二运动装置包括第二电机、第一升降传动机构及第一位移传感器，所述第一升降传动机构通过第二联轴器与所述第二电机连接，所述第一升降传动机构与所述X射线源连接。

其中较优地，所述第三运动装置包括第三电机、传动机构及第二旋转编码器，所述第三电机通过第三联轴器与所述传动机构连接，所述传动机构与所述载物台连接，通过所述第三电机驱动所述传动机构带动所述载物台旋转。

其中较优地，所述第四运动装置包括第四电机、第二升降传动机构及第二位移传感器，所述第二升降传动机构通过第四联轴器与所述第四电机连接，所述第二升降传动机构与所述载物台连接。

其中较优地，所述载物台上还分别设置有第二位置调节装置和第三位置调节装置，所述第二位置调节装置采用螺钉，通过调整所述螺钉调整所述载物台的水平度。

其中较优地，所述第三位置调节装置采用垫板，所述垫板用于配合所述第四运动装置使所述被测物体与所述X射线源同一高度。

其中较优地，所述主控装置为主控制器，所述主控制器设置有第一运动控制器、第二运动控制器、第三运动控制器、第四运动控制器，所述第一运动控制器与所述第一电机连接，所述第二运动控制器与所述第二电机连接，所述第三运动控制器与所述第三电机连接，所述第四运动控制器与所述第四电机连接；主控制器分别与所述X射线源、所述探测器、处理装置、所述第一旋转编码器、所述第一位移传感器、所述第二旋转编码器及所述第二位移传感器连接。

本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台可以切换不同的X射线源和探测器组合，通过调整X射线源和探测器的距离、被测物体和探测器的距离，并通过该测试平台灵活配置各运动装置的运动参数，在第一位置调节装置的配合下，调整X射线源对准探测器中心位置后与水平线之间的角度，可以实现被测物体在正射线和斜射线条件下的轴扫和螺旋扫断层图像，完成对不同的X射线源和探测器组合的测试，重建出满足多种成像需求的图像。

附图说明

图1为传统CT成像系统的原理示意图；

图2为图1示出的传统CT成像系统的等效原理示意图；

图3为本实用新型提供的计算机断层扫描成像系统测试平台的结构示意图；

图4为本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台中，主控装置的原理图；

图5为本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台中，载物台的结构示意图；

图6为本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台中，X射线源的结构示意图；

图7为本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台中，探测器的结构示意图；

图8为本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试方法的流程图；

图9为本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台的原理示意图；

图10为图9示出的计算机断层扫描成像系统测试平台的等效原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术内容做进一步的详细说明。

如图3和图4所示，本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台包括主控装置4、X射线源1、载物台5、探测器3及处理装置20；其中，在X射线源1上设置有第一运动装置6、第二运动装置7，在载物台5上设置有第三运动装置8、第四运动装置9,在探测器3上设置有第一位置调节装置10，X射线源1、探测器3、处理装置 20、第一运动装置6、第二运动装置7、第三运动装置8、第四运动装置9分别与主控装置连接。将载物台5、探测器3分别安装在工作台 14的导轨11上，使得载物台5、探测器3可以沿导轨11进行移动。通过本计算机断层扫描成像系统的测试平台可以快速切换不同的X射线源1和探测器3组合，并根据X射线源1和探测器3灵活配置第一运动装置6、第二运动装置7、第三运动装置8、第四运动装置9的运动参数，不仅可以实现被测物体2在正射线(X射线源1的中心线对准探测器3的中心位置后，与水平线之间的夹角为0°)条件下的轴扫和螺旋扫断层图像，还可以实现被测物体2在斜射线(X射线源1的中心线对准探测器3的中心位置后，与水平线之间的夹角大于0°)条件下的轴扫和螺旋扫断层图像，从而重建出满足多种成像需求的图像。

在本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台中，如图3和图5所示，在X射线源1上设置的第一运动装置6为射线源俯仰运动装置，该射线源俯仰运动装置包括第一电机601、俯仰转台603 及第一旋转编码器602，俯仰转台603通过第一联轴器与第一电机601 连接，俯仰转台603还与X射线源1连接，通过第一电机601驱动俯仰转台603带动X射线源1上下转动；在X射线源1上设置的第二运动装置7为射线源直线运动装置，该射线源直线运动装置包括第二电机701、第一升降传动机构(设置在套筒12的内部)及第一位移传感器702，第一升降传动机构通过第二联轴器与第二电机701连接，第一升降传动机构还与X射线源1连接，通过第二电机701驱动第一升降传动结构带动X射线源1沿竖直方向上下移动。X射线源1通过套筒12固定在基座13上，移动基座13将射线源1设置到预设位置，即可以实现将射线源1正对探测器3和载物台5。

如图6所示，在载物台5上设置有第三运动装置8为载物台旋转运动装置，该载物台旋转运动装置包括第三电机801、传动机构及第二旋转编码器802，第三电机801通过第三联轴器与传动机构连接，传动机构还与载物台5连接，通过第三电机801驱动传动机构带动载物台旋转360°。在载物台5上设置有第四运动装置9为载物台直线运动装置，该载物台直线运动装置包括第四电机901、第二升降传动机构903、限位开关18及第二位移传感器902，第二升降传动机构903 通过第四联轴器与第四电机901连接，第二升降传动机构903还与载物台5连接，通过第四电机901驱动第二升降传动机构903带动载物台5沿竖直方向上下移动；限位开关18分别设置在第二升降传动机构 903的极限位置，限位开关18可以采用光电开关，光电开关可以与主控装置4连接，当第二升降传动机构903运动的位置达到最低位置或最高位置的限位开关18时将关闭第四电机901。通过主控装置4可以使载物台直线运动装置和载物台旋转运动装置实现同步运动，从而形成一种螺旋运动轨迹。第二升降传动机构903与第一升降传动机构均可以采用丝杠模组结构。在载物台5上还分别设置有第二位置调节装置15和第三位置调节装置16，第二位置调节装置15可以采用螺钉，通过调整螺钉可以调整载物台5的水平度(调整载物台5到水平位置或者倾斜位置)。第三位置调节装置16可以采用垫板，当载物台直线运动装置无法满足使被测物体2与X射线源1同一高度时，通过不同规格的垫板可以进一步辅助调整被测物体2的高度，使得被测物体2 与X射线源1的高度一致。在载物台底部设置有滑块17，将该滑块17 安装在导轨11上，使得载物台沿导轨11进行移动，从而调整SOD(X 射线源1至被测物体之间的距离)值。

在本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台中，探测器3可以为平板探测器、弧形探测器(如图7所示)等。通过探测器3接收来自X射线源1投影到探测器3上的图像信息，并将所接收的图像信息转化成处理装置20能接收的图像数据，并通过主控装置4传输到处理装置20，处理装置20接收到该图像数据后将其进行处理，最终将完整的图像进行呈现，方便工作人员根据所显示的图像进行具体的分析。其中，处理装置20可以采用计算机实现，通过在计算机上安装与不同的探测器相匹配的图像处理软件，实现对所接收的图像数据进行处理，并将完整的图像呈现在计算机屏幕上。图像处理软件为现有成熟技术，在此不再赘述。

在本实用新型的一个实施例中，以弧形探测器为例，如图7所示，弧形探测器包括安装支架302、信号处理板303、信号传输板304及若干个尺寸相同的矩形探测器检出板301组成。安装支架302的内圆面是由若干个小平面拟合成的多边形轮廓，探测器检出板301一一安装在该小平面上，并且，探测器检出板301与信号处理板303连接，信号处理板303与信号传输板304连接，信号传输板304与主控装置4 连接。由于探测器感光面由若干个探测器检出板301沿圆周方向拼接而成，拼接间隙足够小到能使探测器感光面近似模拟弧面，并且弧形探测器的外表面有一层感光材料，感光材料外围还将安装一层弧形薄碳纤维板达到避光目的。通过弧形探测器外表面的感光材料可以将接收的X射线束转化为可见光，并经过信号处理板303转化为数字信号后，通过信号传输板304、及主控装置4传输到处理装置20进行处理，从而重建出满足多种成像需求的图像。

如图7所示，在弧形探测器上设置的第一位置调节装置10可以采用不同规格尺寸的支座，通过支座可以实现使弧形探测器处于不同的高度，并且该支座与X射线源直线运动装置配合使用，实现使X射线源1的中心线对准探测器3的中心位置后，与水平线之间具有不同的角度，该角度可以根据实际测试需求而定。在支座底部设置有滑块19，将该滑块17安装在导轨11上，使得弧形探测器沿导轨11进行移动，从而调整SID值(X射线源1至探测器3之间的距离)值。第一位置调节装置10还可以采用第五电机、第三升降传动机构及第三位移传感器，第三升降传动机构通过第五联轴器与第五电机连接，第三升降传动机构还与探测器3连接，通过第五电机驱动第三升降传动结构带动探测器3沿竖直方向上下移动；该第一位置调节装置10与X射线源直线运动装置配合使用，实现使X射线源1的中心线对准探测器3的中心位置后，与水平线之间具有不同的角度，该角度可以根据实际测试需求而定。同样，可以将第三升降传动机构设置在套筒内，在套筒的底部设置滑块19，滑块19的功能同上。

在本实用新型的一个实施例中，主控装置4是以FPGA芯片为核心的主控制器，该主控制器4具有很高的实时性及抗干扰能力，从而提高了整体控制的可靠性。如图4所示，主控制器4设置有第一运动控制器401、第二运动控制器402、第三运动控制器403、第四运动控制器404。其中，第一运动控制器401为X射线源俯仰运动控制器，第二运动控制器402为X射线源直线运动控制器，第三运动控制器403 为载物台旋转运动控制器，第四运动控制器404为载物台直线运动控制器。第一运动控制器401与第一电机601连接，第二运动控制器402 与第二电机701连接，第三运动控制器403与第三电机801连接，第四运动控制器404与第四电机901连接。主控制器4分别与X射线源 1、探测器3、计算机、第一旋转编码器602、第一位移传感器702、第二旋转编码器802及第二位移传感器902连接。当第一位置调节装置10采用第五电机、第三升降传动机构及第三位移传感器时，需要在上述主控制器4的控制原理基础上设置第五运动控制器，第五运动控制器与第五电机连接，主控制器4还与第三位移传感器连接。通过第一旋转编码器602、第一位移传感器702能将X射线源1的位置及时反馈给主控制器4，通过主控制器4分别控制对应的电机进行工作，使X射线源1能够运动至预设位置。通过第二位移传感器902能将载物台5的位置及时反馈给主控制器4，通过主控制器4分别控制对应的电机进行工作，使载物台5能够运动至预设位置。通过第二旋转编码器802能将载物台5的位置及时反馈给主控制器4，通过主控制器4 控制对应的电机带动载物平台5转动。通过第三位移传感器能将探测器3的位置及时反馈给主控制器4，通过主控制器4控制对应的电机进行工作，使探测器3能够运动至预设位置。主控制器4还可以控制 X射线源1的透射程度与曝光时序。由于主控制器4与探测器3连接，所以，主控制器4还可以控制探测器3的工作时序。根据实际需求，通过在计算机的操作界面输入并调整各电机的运动参数实现被测物体2在正射线(X射线源1的中心线对准探测器3的中心位置后，与水平线之间的夹角为0°)条件下的轴扫和螺旋扫断层图像，还可以实现被测物体2在斜射线(X射线源1的中心线对准探测器3的中心位置后，与水平线之间的夹角大于0°)条件下的轴扫和螺旋扫断层图像，从而实现在同一X射线源1和探测器3的情况下重建出满足多种成像需求的图像；还可以实现在同一X射线源1的情况下，更换不同的探测器 3重建出满足多种成像需求的图像；还可以在同一探测器3的情况下，更换不同的X射线源1重建出满足多种成像需求的图像；还可以更换不同的X射线源1和探测器3，重建出满足多种成像需求的图像。

本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台主要用于模拟静态成像，但不限于模拟此种成像方式，还可以通过该计算机断层扫描成像系统的测试平台模拟实现更多的成像方式。下面以静态成像方式为例，并且针对同一X射线源1和探测器3，对本计算机断层扫描成像系统的测试平台的测试方法进行详细介绍。

如图8所示，本实用新型所提供的计算机断层扫描成像系统测试平台的测试方法包括如下步骤：

步骤S1：根据所需获取的被测物体的断层图像类型，调整SID值和SOD值；

由于被测物体1的断层图像类型包括X射线源1对准探测器3的中心位置且与水平线之间的夹角为0°时获取的被测物体2某一断面 (轴扫功能)或连续多个断面(螺旋扫功能)的断层图像，及X射线源1对准探测器3的中心位置后与水平线之间的夹角大于0°时获取的被测物体2某一断面(轴扫功能)或连续多个断面(螺旋扫功能)的断层图像。被测物体2不同种类的断层图像，可能对应不同的SID值和SOD值，因此，需要根据所需获取的被测物体2的断层图像类型，沿导轨11移动载物台5和探测器3，实现调整SID(X射线源1和探测器3之间的距离)值和SOD(X射线源1和被测物体2之间的距离) 值。

步骤S2：根据SID值和SOD值，调整X射线源的中心线对准探测器的中心位置；

若要使X射线源1对准探测器3的中心位置且与水平线之间的夹角为0°，可以在处理装置20上设置第二电机701和第一电机601的运动参数，并通过主控装置4的第二运动控制器402和第一运动控制器401对应驱动第二电机701和第一电机601将X射线源1的中心线调整到对准探测器3的中心位置。因此，在实际需求下，可以根据不同组的SID值和SOD值，调整X射线源的中心线对准探测器的中心位置。

如图9所示，当探测器3的中心对准被测物体2的中心处，而X 光射线源1位于探测器3的外环，若要使X射线源1对准探测器3的中心位置后与水平线之间的夹角大于0°，首先利用探测器3的第一位置调节装置10使探测器3到达预定高度，然后在处理装置20上设置第二电机701和第一电机601的运动参数，通过主控装置4的第二运动控制器402驱动第二电机701将X射线源1调整到合适位置，最后通过主控装置4的第一运动控制器401驱动第一电机601使X射线源 1转动一定角度，保证X射线源1的中心线能够对准探测器3的中心位置，使X射线源1对准探测器3的中心位置后与水平线之间的夹角大于0°(如图10所示)。因此，可以在同一组SID值和SOD值情况下，调整X射线源1对准探测器3的中心位置后与水平线之间具有不同的角度。

步骤S3：根据所需获取的被测物体的断层图像类型，调整载物台上被测物体的扫描位置；

当需要获取被测物体2的轴扫断层图像(包括正射线和斜射线的轴扫断层图像)时，可以在处理装置20上设置第四电机901的运动参数，并通过主控装置4的第四运动控制器404驱动第四电机901将载物台5上被测物体2所需要扫描的断面层对准探测器3和X射线源1 的中心位置后，关闭第四电机901；

当需要获取被测物体2的螺旋扫断层图像(包括正射线和斜射线的螺旋扫断层图像)时，可以在处理装置20上设置第四电机901的运动参数，通过主控装置4的第四运动控制器404驱动第四电机901将被测物体2所需要扫描的某段距离(具有一定厚度的断层)的起点调整到和探测器3同一高度。被测物体2所需要扫描的某段距离由X射线源1的前准直调整得到。

步骤S4：通过计算机设定X射线源的曝光参数后启动曝光，同时控制载物台上的运动装置动作，获取被测物体的轴扫断层图像与螺旋扫断层图像。

当需要获取被测物体2的轴扫断层图像(包括正射线和斜射线的轴扫断层图像)时，通过计算机设定X射线源1的曝光参数后启动曝光，在处理装置20上设置第三电机801的运动参数，同时通过主控装置4的第三运动控制器403驱动第三电机801使被测物体2旋转360°，探测器3将接收到来自被测物体2的360°范围内不同角度的若干个光信号，并通过一系列图像处理(与探测器3对应的图像处理软件进行处理)后得到被测物体2的某一断面的断层图像。

当需要获取被测物体2的螺旋扫断层图像(包括正射线和斜射线的螺旋扫断层图像)时，通过计算机设定X射线源1的曝光参数后启动曝光，在处理装置20上设置第三电机801和第四电机901的运动参数，通过主控装置4的第三运动控制器403与第四运动控制器404分别同步驱动第三电机801和第四电机901，使被测物体2旋转360°的同时还同步沿竖直方向向上运动，探测器3将接收到来自被测物体2 连续多个断面的360°范围内的若干光信号，并经过一系列图像处理 (与探测器3对应的图像处理软件进行处理)后得到多幅断层图像。相比于轴扫，螺旋扫能一次扫描被测物体一段距离内的多幅断层图像，扫描时间更短，辐射剂量更低，通过处理还能形成三维图像。

本实用新型所提供的计算机断层扫描系统测试平台可以切换不同的X射线源和探测器组合，通过调整X射线源和探测器的距离、被测物体和探测器的距离，并通过该测试平台灵活配置各运动装置的运动参数，在第一位置调节装置的配合下，调整X射线源对准探测器中心位置后与水平线之间的角度，可以实现被测物体在正射线和斜射线条件下的轴扫和螺旋扫断层图像，完成对不同的X射线源和探测器组合的测试，重建出满足多种成像需求的图像。

以上对本实用新型所提供的用于计算机断层扫描系统的测试平台进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本实用新型专利权的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于计算机断层扫描成像系统的测试平台，其特征在于包括主控装置、X射线源、载物台、探测器及处理装置；所述X射线源上设置有第一运动装置、第二运动装置，所述载物台上设置有第三运动装置、第四运动装置,所述探测器上设置有第一位置调节装置，所述X射线源、所述探测器、所述处理装置、所述第一运动装置、所述第二运动装置、所述第三运动装置、所述第四运动装置分别与所述主控装置连接；所述载物台、所述探测器分别安装在工作台的导轨上，分别用于调整所述X射线源与所述探测器之间距离和所述射线源和被测物体之间的距离；

根据不同的所述X射线源与所述探测器组合，配置相应的运动装置的运动参数，实现所述被测物体分别在正射线和斜射线条件下的轴扫断层图像与螺旋扫断层图像。

2.如权利要求1所述的用于计算机断层扫描成像系统的测试平台，其特征在于：

所述第一运动装置包括第一电机、俯仰转台及第一旋转编码器，所述俯仰转台通过第一联轴器与所述第一电机连接，所述俯仰转台与所述X射线源连接。

3.如权利要求2所述的用于计算机断层扫描成像系统的测试平台，其特征在于：

所述第二运动装置包括第二电机、第一升降传动机构及第一位移传感器，所述第一升降传动机构通过第二联轴器与所述第二电机连接，所述第一升降传动机构与所述X射线源连接。

4.如权利要求3所述的用于计算机断层扫描成像系统的测试平台，其特征在于：

所述第三运动装置包括第三电机、传动机构及第二旋转编码器，所述第三电机通过第三联轴器与所述传动机构连接，所述传动机构与所述载物台连接，通过所述第三电机驱动所述传动机构带动所述载物台旋转。

5.如权利要求4所述的用于计算机断层扫描成像系统的测试平台，其特征在于：

所述第四运动装置包括第四电机、第二升降传动机构及第二位移传感器，所述第二升降传动机构通过第四联轴器与所述第四电机连接，所述第二升降传动机构与所述载物台连接。

6.如权利要求5所述的用于计算机断层扫描成像系统的测试平台，其特征在于：

所述载物台上还分别设置有第二位置调节装置和第三位置调节装置，所述第二位置调节装置采用螺钉，通过调整所述螺钉调整所述载物台的水平度。

7.如权利要求6所述的用于计算机断层扫描成像系统的测试平台，其特征在于：

所述第三位置调节装置采用垫板，所述垫板用于配合所述第四运动装置使所述被测物体与所述X射线源同一高度。

8.如权利要求7所述的用于计算机断层扫描成像系统的测试平台，其特征在于：

所述主控装置为主控制器，所述主控制器设置有第一运动控制器、第二运动控制器、第三运动控制器、第四运动控制器，所述第一运动控制器与所述第一电机连接，所述第二运动控制器与所述第二电机连接，所述第三运动控制器与所述第三电机连接，所述第四运动控制器与所述第四电机连接；主控制器分别与所述X射线源、所述探测器、处理装置、所述第一旋转编码器、所述第一位移传感器、所述第二旋转编码器及所述第二位移传感器连接。