專利名稱：Ct掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別涉及一種CT掃描儀。
背景技術(shù)：
醫(yī)用CT掃描儀雖然進步很快，但是依然存在一些缺點。一、CT掃描儀龐大笨重?，F(xiàn)有的CT掃描儀采用X射線源(傳統(tǒng)CT球管配上高壓電源有一百多公斤重)和探測器一起旋轉(zhuǎn)的方式進行掃描。由于需要轉(zhuǎn)動的載荷很重，為了保證足夠的剛度和強度，CT掃描儀的轉(zhuǎn)盤、軸承，以及支持系統(tǒng)都要加厚、加重，進而導致整個掃描儀非常笨重。
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二、掃描儀速度提升受限。由于CT球管的旋轉(zhuǎn)受到離心力的制約，雖然現(xiàn)在掃描一周可以在0. 24s內(nèi)完成，但是掃描速度已經(jīng)接近理論極限，很難再實現(xiàn)有效的提高。而這個速度依然不能滿足心血管等運動器官或組織的成像要求。為了提高成像速度，縮短成像時間，必須解決CT球管所受的離心力制約問題。這個問題的解決辦法就是讓X射線源靜止。電子束CT掃描儀就是其中的一個解決方案。但是由于電子束CT掃描儀的特殊構(gòu)造，其電子束是在靶環(huán)外面通過線圈實現(xiàn)的偏轉(zhuǎn)，所以體積龐大，未能實現(xiàn)360度斷層掃描，以及全身任意位置的掃描。隨著納米管技術(shù)的發(fā)展，場發(fā)射陰極逐漸開始應(yīng)用到X射線源中。人們開始利用場發(fā)射陰極制作靜態(tài)X射線源?；趫霭l(fā)射陰極X射線源的新型CT掃描儀方案目前也存在好幾種，不過基本原理相同。它們都是利用場發(fā)射陰極體積小的特點，用許多個小模塊做成可以多焦點發(fā)射的X射線源，取代X射線源的旋轉(zhuǎn)。CN201210211462. 9揭示了一種靜態(tài)能量分辨CT掃描儀，包括電源系統(tǒng)、X射線源系統(tǒng)、探測器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機。X射線源系統(tǒng)包括一環(huán)形X射線源及一環(huán)形前準直器環(huán)形X射線源包括若干基于碳納米管的X射線源模塊，環(huán)形前準直器上分布若干準直器狹縫，每個X射線源模塊對應(yīng)一準直器狹縫。探測器系統(tǒng)包括位于環(huán)形X射線源內(nèi)側(cè)的兩環(huán)形探測器，環(huán)形探測器之間具有狹縫，環(huán)形探測器由若干探測器模塊組成，探測器模塊對X光子進行能量分辨。探測器系統(tǒng)后接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計算機相連。X射線源發(fā)出的X光子依次通過環(huán)形前準直器狹縫與環(huán)形探測器之間的狹縫投射到對面的探測面上(請參閱圖1)。由于環(huán)形探測器所需要的探測器模塊數(shù)太多，導致成本太高，另外，環(huán)形探測器系統(tǒng)無法像傳統(tǒng)CT掃描儀安裝后準直器，吸收康普頓散射光子，所以信噪比也不太好。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種輻射低、成像快、信噪比好的CT掃描儀。本發(fā)明提供的CT掃描儀，包括機架、X射線源、轉(zhuǎn)盤以及探測器系統(tǒng)。X射線源，設(shè)置于所述機架上，由X射線源模塊組成；轉(zhuǎn)盤，設(shè)置于所述X射線源的內(nèi)側(cè)；探測器系統(tǒng)，設(shè)置于轉(zhuǎn)盤上，由多個探測器組成，所述探測器呈弧形，由探測器模塊組成，其中，所述探測器與轉(zhuǎn)盤保持相對靜止，所述轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，所述X射線源在所述機架上保持靜止狀態(tài)。本發(fā)明實施方式中CT掃描儀通過將X射線源固定在機架上，探測器系統(tǒng)固定在轉(zhuǎn)盤上，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤，X射線源保持靜止，有效的提高了成像速度，降低了輻射劑量，減輕了重量。


圖1為本發(fā)明背景技術(shù)中CT掃描儀的結(jié)構(gòu)；圖2為本發(fā)明一實施方式中CT掃描儀的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明一實施方式中CT掃描儀中的X射線源的結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明另一實施方式中CT掃描儀中的X射線源的結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明第三實施方式中CT掃描儀中的X射線源的結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明一實施方式中單個X射線源的工作示意圖；圖7為本發(fā)明一實施方式中轉(zhuǎn)盤、探測器與前準直器的結(jié)構(gòu)關(guān)系圖；圖8為本發(fā)明一實施方式中探測器的結(jié)構(gòu)圖；圖9為本發(fā)明一實施方式中CT掃描儀工作示意圖；圖1OA以及圖1OB為本發(fā)明一實施方式中熱陰極X射線源工作流程時序圖；圖11為本發(fā)明一實施方式中奇數(shù)個探測器與前準直器時探測器中心與焦點平面在軸向上的位置關(guān)系圖；圖12為本發(fā)明一實施方式中偶數(shù)個探測器與前準直器時探測器中心與焦點平面在軸向上的位置關(guān)系圖；圖13為本發(fā)明一實施方式中X射線源示意圖(360個模塊)。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。請參閱圖2，圖2所示為本發(fā)明第一實施方式中CT掃描儀的結(jié)構(gòu)圖。在本實施方式中，CT掃描儀，包括機架(圖未示)、X射線源10、轉(zhuǎn)盤20以及探測器系統(tǒng)。在本發(fā)明其他實施方式中，為了減少病人吸收的輻射劑量，CT掃描儀還包括多個前準直器40。在本實施方式中，X射線源10設(shè)置于所述機架上。請參閱圖3，圖3所示為本發(fā)明實施方式中X射線源10的結(jié)構(gòu)圖。在本實施方式中，X射線源10由X射線源模塊組成。在本實施方式中，X射線源10呈環(huán)形。在本實施方式中，X射線源10的一側(cè)為陽極200有序排列在一起組成的環(huán)，X射線源10的另一側(cè)為陰極100和棚極300有序排列在一起組成的環(huán)。在本實施方式中，X射線源10的內(nèi)徑范圍是20cm 200cm。請參閱圖4，圖4所示為本發(fā)明另一實施方式中X射線源10的結(jié)構(gòu)圖。在本實施方式中，X射線源10由X射線管組成。請參閱圖5，圖5所示為本發(fā)明第三實施方式中X射線源10的具體結(jié)構(gòu)圖。在本實施方式中，X射線源10呈弧形。在本實施方式中，X射線源10由X射線源模塊組成。在本發(fā)明其它實施方式中，X射線源10也可以由X射線管組成。
請參閱圖6，圖6所示為本發(fā)明實施方式中單個X射線源的工作示意圖。在本實施方式中，所述X射線源模塊包括陰極100、陽極200、柵極300以及聚焦極 400。在本實施方式中，陰極100可以采用熱電子發(fā)射方式，也可以采用場發(fā)射方式。在采用熱電子發(fā)射方式時，陰極100采用熱電子發(fā)送效率高的陰極，它包含六硼化鑭陰極、鋇鎢(如鋁酸鹽、鎢酸鹽、鈧酸鹽等)陰極、氧化物(如含Ba、Sr、Ca的三元碳酸鹽)陰極等。在采用場發(fā)射方式時，陰極100采用能夠?qū)崿F(xiàn)場致發(fā)射的陰極，它包括碳納米管陰極、尖錐陣列陰極(六硼化鑭、硅、鎢)、薄膜(金剛石、類金剛石、CNTs等)陰極等。陽極200的材料可以為銅、鎢、鑰、錸、石墨等。在本實施方式中，柵極300設(shè)置于所述陰極100與所述陽極200之間，控制電子的發(fā)射。請參閱圖7，圖1所示為本發(fā)明實施方式中轉(zhuǎn)盤20、探測器30與前準直器40的結(jié)構(gòu)關(guān)系圖。轉(zhuǎn)盤20，設(shè)置于所述X射線源10的外側(cè)。探測器系統(tǒng)，設(shè)置于轉(zhuǎn)盤20上，由多個探測器30組成。多個前準直器40，數(shù)量與所述探測器30的數(shù)量相同，設(shè)置于轉(zhuǎn)盤20上，與所述探測器30錯落放置。在本實施方式中，前準直器40上設(shè)有準直縫。在本實施方式中，所述前準直器40與所述探測器30以及轉(zhuǎn)盤20保持相對靜止，所述轉(zhuǎn)盤20旋轉(zhuǎn)，所述X射線源10在所述機架上保持靜止狀態(tài)。在本發(fā)明其他實施方式中，多個前準直器的數(shù)量也可以與所述X射線源模塊的數(shù)量相同，且固定在所述X射線源10內(nèi)側(cè)的X射線出口處。此時，所述探測器30以及轉(zhuǎn)盤20保持相對靜止，所述轉(zhuǎn)盤20旋轉(zhuǎn)，所述X射線源10與多個前準直器40在所述機架上保持靜止狀態(tài)。請參閱圖8，圖8所示為本發(fā)明實施方式中探測器30的結(jié)構(gòu)圖在本實施方式中，所述探測器30呈弧形，由探測器模塊310組成。在本實施方式中，所述探測器30以其對面的X射線源10上的焦點為圓心。在本實施方式中，前準直器40的視野正好覆蓋對面的探測器30，其作用是通過吸收的方式控制X射線的照射范圍，探測器30接收范圍外的X射線全部被前準直器40吸收掉，其目的是減少病人吸收的輻射劑量。
特別地，當探測器30的數(shù)目為3個，前準直器40的數(shù)目為3個時，三個探測器30可以同時工作。這樣，轉(zhuǎn)盤20只需要旋轉(zhuǎn)三分之一周，就能完成掃描一周的任務(wù)，因此可以降低轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)速度，縮短成像時間。特別地，當探測器30的數(shù)目大于I個時，例如為N個，N個探測器30可以同時工作。這樣，轉(zhuǎn)盤20只需要旋轉(zhuǎn)N分之一周，就能完成掃描一周的任務(wù)，因此可以降低轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)速度，縮短成像時間。請參閱圖9,圖9所示為本發(fā)明實施方式中CT掃描儀工作示意圖。在本實施方式中，CT掃描儀的工作模式如下當陰極為熱電子工作模式(即陰極為熱陰極材料)時，給陰極100加熱，使其達到發(fā)射熱電子的溫度(一般在1000攝氏度以上)，與此同時，在陰極100和柵極300之間加載 電場，電場方向由陰極100指向柵極300，電壓范圍是100V 1000V，目的是抑制熱電子的發(fā)射；在陽極200和柵極300之間加載電場，電場方向由陽極200指向柵極300，電壓范圍是60kV 140kV，用于給進入該區(qū)域的熱電子加速，讓其轟擊陽極200產(chǎn)生X射線。請參閱圖1OA以及圖10B，圖1OA以及圖1OB為本發(fā)明一實施方式中熱陰極X射線源10工作流程時序圖。在本實施方式中，縱坐標上的電場強度指得是熱電子工作模式時柵極和陰極之間的電場強度，縱坐標上的束流強度指得是產(chǎn)生X射線的強度。在本實施方式中，當陰極為熱電子工作模式(即陰極為熱電子材料)時，當轉(zhuǎn)盤20上前準直器40的準直縫對準到某個陽極200焦點時(第i個)，通過控制電路，讓該陽極200焦點所對應(yīng)的陰極100和柵極300之間抑制熱電子發(fā)射的電場強度降低，或者為零(如圖1OA所示)。這時，被抑制的熱電子便發(fā)射出來，穿過柵極300，在柵極300與陽極200之間的高壓電場下加速，轟擊到陽極200上產(chǎn)生X射線。當準直縫轉(zhuǎn)過該焦點時，其對應(yīng)的陰極100和柵極300之間的抑制電場恢復如舊，繼續(xù)抑制該陰極100上的熱電子發(fā)射。隨著轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)，當前準直器40的準直縫對準下一個陽極200焦點(第i+1個)時(如圖1OB所示)，下一個陽極200焦點所對應(yīng)的陰極100和柵極300便開始重復上一個陰極100和柵極300的工作流程。當陰極為場發(fā)射工作模式(即陰極為場發(fā)射材料)時，在陰極100和柵極300之間加載電場，電場方向與熱陰極工作模式相反，由柵極300指向陰極100，電壓范圍是100V 10000V,目的是通過外加強電場將電子從陰極材料中拉出來；在陽極200和柵極300之間加載電場，電場方向由陽極200指向柵極300，電壓范圍是60kV 140kV，用于給進入該區(qū)域的電子加速，讓其轟擊陽極200產(chǎn)生X射線。除了產(chǎn)生電子的方式不同外，基于場發(fā)射陰極的CT掃描儀掃描成像模式和熱陰極一樣，此處不再贅述。在CT掃描儀工作時，X射線源10在機架上處于靜止狀態(tài)，探測器系統(tǒng)和前準直器40跟隨轉(zhuǎn)盤20 —起旋轉(zhuǎn)。在本實施方式中，旋轉(zhuǎn)方向可以順時針，也可以逆時針。請參閱圖11，圖11所示為本發(fā)明實施方式中奇數(shù)個探測器30與前準直器40時探測器中心與焦點平面在軸向上的位置關(guān)系圖。 在本實施方式中，探測器30與前準直器40的數(shù)目是奇數(shù)，X射線從兩個探測器30之間的狹縫出射，透過成像物體60照射到對面的探測器30上，探測器30的中心所在的平面可以與X射線源10的焦點所在的平面重合。請參閱圖12，圖12所示為本發(fā)明實施方式中偶數(shù)個探測器30與前準直器40時探測器中心與焦點平面在軸向上的位置關(guān)系圖。在本實施方式中，探測器30與前準直器40的數(shù)目是偶數(shù)，探測器30的中心所在的平面無法與X射線源10的焦點所在的平面重合，因此X射線無法從兩個探測器30之間的狹縫出射，正好照到對面的探測器40上。在本實施方式中，圖12的X射線源10與探測器30在軸向的位置布局也能實現(xiàn)掃描成像，不過為了保證投影數(shù)據(jù)的完整性，軸向掃描范圍會比圖12布局的寬，因而增加了人體吸收的輻射劑量。請參閱圖13,圖13所示為X射線源10示意圖(360個模塊)。在本實施方式中，X射線源10呈環(huán)形，直徑為120cm，在圓周上等間距分布360個 X射線源模塊，陰極100為熱電子發(fā)射工作模式。每個X射線源模塊上帶有柵極300，X射線源模塊的直徑小于10mm，三個準直器40位于轉(zhuǎn)盤20上。為了描述的方便，將每個陰極100、柵極300和對應(yīng)的陽極200稱為一個X射線源模塊，并進行編號，從I到360。(I)單高壓在整個成像過程中，X射線源10上所有的X射線源模塊的柵極300和陽極200之間的高壓只有一個值，比如140kV，這和傳統(tǒng)CT掃描儀的電壓一樣。(2)雙高壓在整個成像過程中，X射線源10所有的X射線源模塊的柵極300和陽極200之間的高壓依次存在兩個值，分別為第一高壓以及第二高壓，比如奇數(shù)編號的X射線源模塊的高壓是第一高壓，為80kV，偶數(shù)編號的X射線源模塊的高壓是第二高壓，為140kV。在開始采集數(shù)據(jù)時，隨著轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)，三個前前準直器40的準直縫分別對應(yīng)到I號、121號、241號X射線源模塊，三個X射線源模塊在控制電路的操作下，柵極300的電壓下降，熱電子穿過柵極300在第一高壓的加速下打到陽極200上；隨著轉(zhuǎn)盤20的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當三個前準直器40的準直縫離開I號、121號、241號模塊時，3個模塊的柵極300的電壓恢復原值，電子發(fā)射停止；當3個前準直器40的準直縫開始分別對應(yīng)到2號、122號、242號X射線源模塊時，2號、122號、242號X射線源模塊的柵極300的電壓下降，熱電子穿過柵極300在第二高壓的加速下打到陽極200上；依次循環(huán)......⑶三高壓在整個成像過程中，X射線源10所有的X射線源模塊的柵極300和陽極200之間的高壓依次存在三個值，分別為第一階梯電壓、第二階梯電壓以及第三階梯電壓，比如I
號、4 號、......、121 號、124 號、......、241 號、244 號、......等編號為 3n+l (n > = 0)的
X射線源模塊的高壓是第一階梯電壓，為60kV, 2號、5號、.......122號、125號、.......
242號、245號.......等編號為3n+2(n>=0)的X射線源模塊的高壓是第二階梯電壓，
為 90kV,3 號、6 號、....... 123 號、126 號、......>243 號、246 號、......等編號為 3n+3 (n
>=0)的X射線源模塊的高壓是第三階梯電壓，為140kV。其中，n為0到119的整數(shù)。工作過程和雙高壓類似，此處不再贅述。本實施方式中的CT掃描儀采用多個探測器30并行工作的方案，在單位時間內(nèi)采集的投影角度數(shù)保持不變的情況下，降低了轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)速度，進而降低了對轉(zhuǎn)盤20的剛度和強度的要求，可以減輕CT掃描儀的總重量；在轉(zhuǎn)速保持不變的情況下，相對于單個探測器系統(tǒng)，可以有效縮短采集一周投影數(shù)據(jù)所需要的時間。本發(fā)明實施方式中CT掃描儀通過將X射線源10固定在機架上，探測器系統(tǒng)與多個前準直器40固定在轉(zhuǎn)盤20上，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤20，X射線源10保持靜止，避免了笨重的X射線源10的旋轉(zhuǎn)(傳統(tǒng)CT球管配上高壓電源有一百多公斤重)，降低了對CT掃描儀機械系統(tǒng)的要求，有效的提高了成像速度，降低了輻射劑量，減輕了重量。雖然本發(fā)明參照當前的較佳實施方式進行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述較佳實施方式僅用來說明本發(fā)明，并非用來限定本發(fā)明的保護范圍，任何在本發(fā)明的精神和原則范圍之內(nèi)，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CT掃描儀,包括機架；X射線源，設(shè)置于所述機架上，由X射線源模塊組成；轉(zhuǎn)盤，設(shè)置于所述X射線源的內(nèi)側(cè)；探測器系統(tǒng)，設(shè)置于轉(zhuǎn)盤上，由多個探測器組成，所述探測器呈弧形，由探測器模塊組成；其中，所述探測器與所述轉(zhuǎn)盤保持相對靜止，所述轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，所述X射線源在所述機架上保持靜止狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的CT掃描儀，其特征在于，所述X射線源模塊包括陰極、陽極以及柵極，其中每個X射線源模塊的陰極有序排列在一起，每個X射線源模塊的陽極有序排列在一起，每個X射線源模塊的柵極有序排列在一起，形成所述X射線源。
3.如權(quán)利要求1所述的CT掃描儀，其特征在于，還包括多個前準直器，數(shù)量與所述探測器的數(shù)量相同，設(shè)置于所述轉(zhuǎn)盤上，與所述探測器錯落放置。
4.如權(quán)利要求1所述的CT掃描儀，其特征在于，還包括多個前準直器，數(shù)量與所述X射線源模塊的數(shù)量相同，位于X射線源模塊的X射線出口處，與所述X射線源保持靜止狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的CT掃描儀，其特征在于，所述前準直器的視野覆蓋對面的所述探測器，用于約束X射線的出射范圍。
6.如權(quán)利要求5所述的CT掃描儀，其特征在于，所述前準直器上設(shè)有準直縫。
7.如權(quán)利要求6所述的CT掃描儀，其特征在于，所述X射線通過所述準直縫經(jīng)成像物體打在與所述前準直器相對應(yīng)的所述探測器上。
8.如權(quán)利要求2所述的CT掃描儀，其特征在于，所述X射線源中的多個X射線源模塊中的陽極與柵極之間設(shè)有一高電壓。
9.如權(quán)利要求2所述的CT掃描儀，其特征在于，所述X射線源中的奇數(shù)編號的X射線源模塊的陽極與柵極之間設(shè)有第一高電壓，偶數(shù)編號的X射線源模塊的陽極與柵極之間設(shè)有第二高電壓。
10.如權(quán)利要求2所述的CT掃描儀，其特征在于，所述X射線源中的3η+1(η >= O)編號的X射線源模塊的陽極與柵極之間設(shè)有第一階梯電壓，3η+2 (η > = O)編號的X射線源模塊的陽極與柵極之間設(shè)有第二階梯電壓，3η+3(η>= O)編號的X射線源模塊的陽極與柵極之間設(shè)有第三階梯電壓。
全文摘要
一種CT掃描儀，包括機架、X射線源、轉(zhuǎn)盤以及探測器系統(tǒng)。X射線源設(shè)置于機架上，由X射線源模塊組成；轉(zhuǎn)盤，設(shè)置于X射線源的內(nèi)側(cè)；探測器系統(tǒng)，設(shè)置于轉(zhuǎn)盤上，由多個探測器組成，探測器呈弧形，由探測器模塊組成，其中，探測器與轉(zhuǎn)盤保持相對靜止，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，X射線源在機架上保持靜止狀態(tài)。本發(fā)明實施方式中CT掃描儀有效的提高了成像速度，降低了輻射劑量，減輕了重量。
文檔編號A61B6/03GK102988076SQ20121053309
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者代秋聲, 徐如祥, 高飛, 劉猛, 郁朋, 徐品 申請人:蘇州生物醫(yī)學工程技術(shù)研究所