CN218899490U - 旋转准直型静态ct成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种旋转准直型静态CT成像系统，包括：控制系统；设于地面的机架；单个X射线环，X射线环设于机架并且通信连接于扫描时序控制器；单个探测环，单个探测环设于机架并且通信连接于扫描时序控制器；双环准直系统，双环准直系统包括准直驱动装置、旋转架、第一准直环以及第二准直环，准直驱动装置通信连接于准直控制器，旋转架定轴转动地设置于机架并且传动连接于准直驱动装置，第一准直环和第二准直环均固定设置于旋转架以随旋转架同步转动，探测准直区域和X射线准直区域倾斜径向地对应设置。本实用新型能够不仅实现了X射线源的动态准直功能和探测器的动态准直功能，还有效降低了对病人的辐射剂量。

Description

旋转准直型静态CT成像系统

技术领域

本实用新型涉及静态CT技术领域，特别是涉及一种旋转准直型静态CT成像系统。

背景技术

传统的CT由机架、高压发生器、球管以及探测器几大件组成，机架是一个旋转系统，高压发生器、球管以及探测器三个主要元件安装在机架上旋转，电能一般通过滑环传递到旋转机架上，机架移动元件的供电都通过滑环传递电能。机架旋转会带来巨大的加速度，安装在机架上所有的元件都要承受巨大的离心力，会给这些元器件的造成很大的制造难度，并且影响元器件的寿命。CT为了提高其性能，包括时间分辨率和剂量等问题，机架旋转速度越来越快，现在已经成为了限制CT发展的瓶颈，很难再进一步提高。为了突破当前瓶颈，下一代公认的是静态CT。

静态CT在CT的发展历史上被定义为第六代CT。采用全新的成像手段，是创新性无滑环多源CT，可获得超速，超低辐射剂量成像特征和超高清图像，引领CT进入介观成像阶段。

静态CT核心部件包括探测器环和射线源环，其中探测器环配置的环形探测器，由多个光子流探测器组成。射线源环由分布式X射线管或者阵列式一体化射线源组成。

在结构设计上，静态CT不再使用滑环，由探测器环和射线源环组成双环的机械几何结构。其中，射线源环上布置了几十到上百个射线源焦点，探测器环上布置了整环的探测器，使得每个射线源焦点发出的X射线都能由对面的探测器进行成像。射线源环的分布式X射线源焦点在曝光控制时序下轮流发射X射线并由对应的探测器环收集图像，实质上产生了类似螺旋CT设备的射线源旋转投影的效果，从而可以使CT设备的时间分辨率不再依赖机械旋转的速度。

在静态CT中，现有准直器的设计方式遇到了挑战，为了从各个角度对被测目标进行观察，需要X射线源逐个曝光，这样遇到的一个问题是：探测器每次对应的X射线源位置都在高速切换变化，没有办法保证对应的探测器的像素曝光时刻正对着X射线源。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种旋转准直型静态CT成像系统，能够不仅实现了X射线源的动态准直功能和探测器的动态准直功能，还有效降低了对病人的辐射剂量，另外能够极大发挥静态CT的优势和提高静态CT的成像质量。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种旋转准直型静态CT成像系统，包括：

控制系统，控制系统包括CT主机、通信连接于CT主机的扫描时序控制器以及通信连接于CT主机的准直控制器；

设于地面的机架；

单个X射线环，X射线环设于机架并且通信连接于扫描时序控制器，X射线环包括呈圆周阵列的多个X射线源；

单个探测环，单个探测环设于机架并且通信连接于扫描时序控制器，单个探测环同轴布置于X射线环的一侧，探测环包括呈圆周阵列的多个探测器；

双环准直系统，双环准直系统包括准直驱动装置、旋转架、第一准直环以及第二准直环，准直驱动装置通信连接于准直控制器，旋转架定轴转动地设置于机架并且传动连接于准直驱动装置，第一准直环和第二准直环均固定设置于旋转架以随旋转架同步转动，第一准直环具有X射线准直区域并且第一准直环同轴位于X射线环内，第二准直环具有探测准直区域并且第二准直环同轴位于探测环内，探测准直区域和X射线准直区域倾斜径向地对应设置。

优选地，所述探测准直区域的数量为多个且圆周阵列，所述X射线准直区域的数量为多个且圆周阵列，所有探测准直区域和X射线准直区域一一对应。

优选地，所述第一准直环包括第一圆环体以及径向贯通于第一圆环体的准直孔洞结构，准直孔洞结构用于约束由X射线源发射的X射线的发射范围和发射角度。

优选地，所述准直孔洞结构包括弧形狭长孔，弧形狭长孔所对应的圆心位于第一圆环体的轴线上。

优选地，所述第二准直环的探测准直区域具有格栅结构。

优选地，所述X射线源包括弧形延伸的真空管，真空管所对应的圆心位于X射线环的轴线上，真空管径向朝内的管壁上设有允许X射线透过的多个窗口；所述第一准直环的X射线准直区域与至少一个窗口径向对齐。

优选地，所述X射线源还包括位于真空管内的阴极端和阳极靶，阴极端的数量和阳极靶的数量均为多个并且一一对应，至少一个阳极靶径向对齐于单个窗口。

优选地，所述旋转架呈圆环结构，旋转架、第一准直环以及第二准直环同轴设置。

优选地，所有所述探测器沿探测环周向被划分成多组，属于同一组的所有探测器用于同时接收经过探测准直区域的X射线。

如上所述，本实用新型的旋转准直型静态CT成像系统，具有以下有益效果：控制系统包括CT主机、通信连接于CT主机的扫描时序控制器以及通信连接于CT主机的准直控制器，CT主机具有人机交互系统和影像成形系统，扫描时序控制器内的扫描模式程序可以由CT主机输入或修改，准直控制器内的准直模式程序与扫描模式程序相适配。机架设于地面，机架为旋转准直型静态CT成像系统的主要承载、安装结构。本实用新型的旋转准直型静态CT成像系统的主要创新点在于：双环准直系统包括准直驱动装置、旋转架、第一准直环以及第二准直环，准直驱动装置通信连接于准直控制器，旋转架定轴转动地设置于机架并且传动连接于准直驱动装置，第一准直环和第二准直环均固定设置于旋转架以随旋转架同步转动，第一准直环具有X射线准直区域并且第一准直环同轴位于X射线环内，第二准直环具有探测准直区域并且第二准直环同轴位于探测环内，探测准直区域和X射线准直区域倾斜径向地对应设置。也就是说，在X射线环按预设扫描顺序切换不同的X射线发射点时，准直驱动装置在准直控制器的控制下驱使旋转架进行高速旋转，进而驱使第一准直环和第二准直环同步高速旋转，从而使第一准直环的X射线准直区域能够跟随、径向对准上述X射线发射点，第二准直环的探测准直区域能够跟随、径向对准X射线探测点，当X射线源逐点曝光时，探测器的探测点也在不断变换，第一准直环和第二准直环同步高速旋转，能够保证在每一个曝光点，第一准直环的X射线准直区域能够对射出的X射线进行精确准直，减少X射线的剂量；第二准直环的探测准直区域能够射入的X射线进行精确准直，能够有效防止杂乱X射线对图像质量的影响，提高图像质量。这种设计方式既实现了X射线源的准直功能和探测器的准直功能，又有效降低了对病人的辐射剂量。因此，本实用新型的旋转准直型静态CT成像系统能够不仅实现了X射线源的动态准直功能和探测器的动态准直功能，还有效降低了对病人的辐射剂量，另外能够极大发挥静态CT的优势和提高静态CT的成像质量。

附图说明

图1显示为本实用新型的旋转准直型静态CT成像系统的立体图；

图2显示为本实用新型的旋转准直型静态CT成像系统的主视图；

图3显示为沿图2中A-A线的剖视图；

图4显示为图3中B部分的放大图；

图5显示为双环准直系统的立体图；

图6显示为X射线环的立体图；

图7显示为X射线源的立体图；

图8显示为X射线源的局部剖视图。

元件标号说明

1                       控制系统

11                      CT主机

12                      扫描时序控制器

13                      准直控制器

2                       机架

3                       X射线环

31                      X射线源

311                     真空管

312                     阴极端

313                     阳极靶

314                     温度传感器

315                     窗口

4                       探测环

41                      探测器

5                       双环准直系统

51                      第一准直环

511                     第一圆环体

512                     弧形狭长孔

52                      第二准直环

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型提供一种旋转准直型静态CT成像系统，该旋转准直型静态CT成像系统的基础成像原理是这样的：利用X射线束与灵敏度极高的X射线探测器对人体的某一部位进行逐层的断面扫描，由X射线探测器上的闪烁材料接收透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，放大后再经模拟/数字转换处理转为数字信号，输入计算机进行处理。在计算机中，将选定层面分成若干个体积相同的立方体，称之为体素(Voxel)。逐层断面扫描所得到的信息经计算后，获得每个体素的X射线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即体素数字矩阵。将体素数字矩阵中的数字信息转为由黑到白不等灰度的小方块，在二维投影上称为像素(Pixel)，按照断层方式排列即构成CT影像。

在现有静态CT中，需要将X射线源和探测器固定布置在整个环状机架上，为了最大化利用X射线和空间，同时减小剂量，最好的办法是使用多排探测器。当使用多排探测器时，为了减少杂乱X射线的影响，需要在探测器前安装准直器，由于现有静态CT的X射线源和探测器均处于固定状态，X射线源和探测器的相对方向需要不断变换，现有准直器已经不在适用。

为了满足静态CT的准直需求，

本实用新型提出了在静态CT上使用高速旋转的动态准直结构来达到对逐个曝光的X射线源和探测器进行准直的目的。即，

如图1、图2以及图3所示，本实用新型提供一种旋转准直型静态CT成像系统，包括：

控制系统1，控制系统1包括CT主机11、通信连接于CT主机11的扫描时序控制器12以及通信连接于CT主机11的准直控制器13；

设于地面的机架2；

单个X射线环3，X射线环3设于机架2并且通信连接于扫描时序控制器12，X射线环3包括呈圆周阵列的多个X射线源31；

单个探测环4，单个探测环4设于机架2并且通信连接于扫描时序控制器12，单个探测环4同轴布置于X射线环3的一侧，探测环4包括呈圆周阵列的多个探测器41；

双环准直系统5(具体参见图5)，双环准直系统5包括准直驱动装置、旋转架、第一准直环51以及第二准直环52，准直驱动装置通信连接于准直控制器13，旋转架定轴转动地设置于机架2并且传动连接于准直驱动装置，第一准直环51和第二准直环52均固定设置于旋转架以随旋转架同步转动，第一准直环51具有X射线准直区域并且第一准直环51同轴位于X射线环3内，第二准直环52具有探测准直区域并且第二准直环52同轴位于探测环4内，探测准直区域和X射线准直区域倾斜径向地对应设置。

在本实用新型中，控制系统1包括CT主机11、通信连接于CT主机11的扫描时序控制器12以及通信连接于CT主机11的准直控制器13，CT主机11具有人机交互系统和影像成形系统，扫描时序控制器12内的扫描模式程序可以由CT主机11输入或修改，准直控制器13内的准直模式程序与扫描模式程序相适配。机架2设于地面，机架2为旋转准直型静态CT成像系统的主要承载、安装结构。本实用新型的旋转准直型静态CT成像系统的主要创新点在于：双环准直系统5包括准直驱动装置(未予图示)、旋转架(未予图示)、第一准直环51以及第二准直环52，准直驱动装置通信连接于准直控制器13，旋转架定轴转动地设置于机架2并且传动连接于准直驱动装置，第一准直环51和第二准直环52均固定设置于旋转架以随旋转架同步转动，第一准直环51具有X射线准直区域并且第一准直环51同轴位于X射线环3内，第二准直环52具有探测准直区域并且第二准直环52同轴位于探测环4内，探测准直区域和X射线准直区域倾斜径向地对应设置。也就是说，

在X射线环3按预设扫描顺序切换不同的X射线发射点时，准直驱动装置在准直控制器13的控制下驱使旋转架进行高速旋转，进而驱使第一准直环51和第二准直环52同步高速旋转，从而使第一准直环51的X射线准直区域能够跟随、径向对准上述X射线发射点，第二准直环52的探测准直区域能够跟随、径向对准X射线探测点，当X射线源31逐点曝光时，探测器41的探测点也在不断变换，第一准直环51和第二准直环52同步高速旋转，能够保证在每一个曝光点，第一准直环51的X射线准直区域能够对射出的X射线进行精确准直，减少X射线的剂量；第二准直环52的探测准直区域能够射入的X射线进行精确准直，能够有效防止杂乱X射线对图像质量的影响，提高图像质量。这种设计方式既实现了X射线源31的准直功能和探测器41的准直功能，又有效降低了对病人的辐射剂量。

因此，本实用新型的旋转准直型静态CT成像系统能够不仅实现了X射线源31的动态准直功能和探测器41的动态准直功能，还有效降低了对病人的辐射剂量，另外能够极大发挥静态CT的优势和提高静态CT的成像质量。

当所有上述探测器41其中的至少两个能够同时发射X射线，上述探测准直区域的数量为多个且圆周阵列，上述X射线准直区域的数量为多个且圆周阵列，所有探测准直区域和X射线准直区域一一对应。运行时，准直驱动装置在准直控制器13的控制下驱使旋转架进行高速旋转，第一准直环51和第二准直环52同步高速旋转，第一准直环51的多个X射线准直区域能够分别跟随、径向对准多个上述X射线发射点，第二准直环52的多个探测准直区域能够分别跟随、径向对准多个上述X射线探测点。

为了简化上述第一准直环51的结构，上述第一准直环51包括第一圆环体511以及径向贯通于第一圆环体511的准直孔洞结构，准直孔洞结构用于约束由X射线源31发射的X射线的发射范围和发射角度。

为了形成窄束X射线，上述准直孔洞结构包括弧形狭长孔512，弧形狭长孔512所对应的圆心位于第一圆环体511的轴线上。

为了避免X射线的散射或反射影响成像质量，上述第二准直环52的探测准直区域具有格栅结构。

如图4、图6、图7以及图8所示，作为上述X射线源31的一种实施例：上述X射线源31包括真空管311，真空管311内设有发射电子束的阴极端312、被电子束轰击的阳极靶313以及控制电子束运动轨迹的偏转结构。偏转结构可以电磁线圈。

作为上述X射线源31的一种实施例，上述X射线源31还包括栅极，可以使用栅极控制电子束的动态运动轨迹，直接改变倾斜照射角度。该栅极可以同时实现多个功能，一个是改变焦点位置，实现倾斜照射角度的调整功能，另一个是控制电子束的强度，实现电流动态控制的功能，可以降低阳极靶313的局部温度，提高阳极靶313的寿命。此外，X射线源31还需要高压发生器来驱动。

为了检测上述阳极靶313的温度，上述X射线源31还包括温度传感器314，温度传感器314设于阳极靶313背向阴极端312的一侧并且通信连接于CT主机11。

为了减小上述X射线环3的外径尺寸，上述阴极端312和阳极靶313沿平行于X射线环3轴线的方向对齐布置，上述真空管311径向朝内的管壁上设有窗口315，窗口315沿X射线环3径向对齐于阳极靶313，阳极靶313为厚靶结构以将由电子束轰击产生的X射线从电子束的轰击面射向窗口315。

进一步的，为了提升上述X射线源31的紧凑度，上述真空管311以X射线环3轴线为圆心线圆弧延伸，上述阴极端312的数量和阳极靶313的数量均为多个并且一一对应，所有阴极端312沿真空管311的延伸方向依次排列，所有阳极靶313沿真空管311的延伸方向依次排列。

由于上述阳极靶313为厚靶结构，为了使X射线从电子束的轰击面射向窗口315，上述阳极靶313被电子束轰击的侧面为楔形面。

为了提高上述X射线源31的集成度，上述X射线源31包括弧形延伸的真空管311，真空管311所对应的圆心位于X射线环3的轴线上，真空管311径向朝内的管壁上设有允许X射线透过的多个窗口315；上述第一准直环51的X射线准直区域与至少一个窗口315径向对齐。例如，单个真空管311上设有弧形阵列的三个窗口315，单个X射线准直区域可以至对齐于单个窗口315，可以同时对齐于两个窗口315，还可以同时对齐于三个窗口315，从而调节扫描范围和辐射剂量。

为了提高上述X射线源31的集成度，上述X射线源31还包括位于真空管311内的阴极端312和阳极靶313，阴极端312的数量和阳极靶313的数量均为多个并且一一对应，至少一个阳极靶313径向对齐于单个窗口315。

为了提高上述第一准直环51和第二准直环52之间的连接稳固性，上述旋转架呈圆环结构，旋转架、第一准直环51以及第二准直环52同轴设置。

此外，所有上述探测器41沿探测环4周向被划分成多组，属于同一组的所有探测器41用于同时接收经过探测准直区域的X射线。

本实用新型还提供一种采用上述旋转准直型静态CT成像系统的准直方法，包括以下步骤：

在CT主机11上设置预设扫描程序；

X射线环3的至少一个X射线源31在扫描时序控制器12的控制下按预设扫描程序发射窄束X射线；与此同时，准直驱动装置在准直控制器13的控制下驱动旋转架，第一准直环51和第二准直环52在旋转架的带动下同步旋转，并且基于预设扫描程序，第一准直环51的X射线准直区域始终径向对齐于正在发射X射线的X射线源31，第二准直环52的探测准直区域始终径向对齐于正在探测X射线的探测器；

所有探测器41所采集的曝光信息反馈至CT主机11，在CT主机11中形成被测物体的CT影像。

本实用新型的准直方法能够不仅实现了X射线源31的动态准直功能和探测器41的动态准直功能，还有效降低了对病人的辐射剂量，另外能够极大发挥静态CT的优势和提高静态CT的成像质量。

综上所述，本实用新型旋转准直型静态CT成像系统，能够不仅实现了X射线源的动态准直功能和探测器的动态准直功能，还有效降低了对病人的辐射剂量，另外能够极大发挥静态CT的优势和提高静态CT的成像质量。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种旋转准直型静态CT成像系统，其特征在于，包括：

控制系统(1)，控制系统(1)包括CT主机(11)、通信连接于CT主机(11)的扫描时序控制器(12)以及通信连接于CT主机(11)的准直控制器(13)；

设于地面的机架(2)；

单个X射线环(3)，X射线环(3)设于机架(2)并且通信连接于扫描时序控制器(12)，X射线环(3)包括呈圆周阵列的多个X射线源(31)；

单个探测环(4)，单个探测环(4)设于机架(2)并且通信连接于扫描时序控制器(12)，单个探测环(4)同轴布置于X射线环(3)的一侧，探测环(4)包括呈圆周阵列的多个探测器(41)；

双环准直系统(5)，双环准直系统(5)包括准直驱动装置、旋转架、第一准直环(51)以及第二准直环(52)，准直驱动装置通信连接于准直控制器(13)，旋转架定轴转动地设置于机架(2)并且传动连接于准直驱动装置，第一准直环(51)和第二准直环(52)均固定设置于旋转架以随旋转架同步转动，第一准直环(51)具有X射线准直区域并且第一准直环(51)同轴位于X射线环(3)内，第二准直环(52)具有探测准直区域并且第二准直环(52)同轴位于探测环(4)内，探测准直区域和X射线准直区域倾斜径向地对应设置。

2.根据权利要求1所述的旋转准直型静态CT成像系统，其特征在于：所述探测准直区域的数量为多个且圆周阵列，所述X射线准直区域的数量为多个且圆周阵列，所有探测准直区域和X射线准直区域一一对应。

3.根据权利要求1所述的旋转准直型静态CT成像系统，其特征在于：所述第一准直环(51)包括第一圆环体(511)以及径向贯通于第一圆环体(511)的准直孔洞结构，准直孔洞结构用于约束由X射线源(31)发射的X射线的发射范围和发射角度。

4.根据权利要求3所述的旋转准直型静态CT成像系统，其特征在于：所述准直孔洞结构包括弧形狭长孔(512)，弧形狭长孔(512)所对应的圆心位于第一圆环体(511)的轴线上。

5.根据权利要求1所述的旋转准直型静态CT成像系统，其特征在于：所述第二准直环(52)的探测准直区域具有格栅结构。

6.根据权利要求1所述的旋转准直型静态CT成像系统，其特征在于：所述X射线源(31)包括弧形延伸的真空管(311)，真空管(311)所对应的圆心位于X射线环(3)的轴线上，真空管(311)径向朝内的管壁上设有允许X射线透过的多个窗口(315)；所述第一准直环(51)的X射线准直区域与至少一个窗口(315)径向对齐。

7.根据权利要求6所述的旋转准直型静态CT成像系统，其特征在于：所述X射线源(31)还包括位于真空管(311)内的阴极端(312)和阳极靶(313)，阴极端(312)的数量和阳极靶(313)的数量均为多个并且一一对应，至少一个阳极靶(313)径向对齐于单个窗口(315)。

8.根据权利要求1所述的旋转准直型静态CT成像系统，其特征在于：所述旋转架呈圆环结构，旋转架、第一准直环(51)以及第二准直环(52)同轴设置。

9.根据权利要求1所述的旋转准直型静态CT成像系统，其特征在于：所有所述探测器(41)沿探测环(4)周向被划分成多组，属于同一组的所有探测器(41)用于同时接收经过探测准直区域的X射线。

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