專利名稱：X射線ct系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及X射線計算機斷層(CT)系統(tǒng)，或更具體地說，涉及一種使用在掃描架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的X照射/檢測設備獲取來自對象的表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號、并基于發(fā)射的X射線信號重建圖像的X射線CT系統(tǒng)。
背景技術：
X射線CT系統(tǒng)被設計成使用在掃描架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的X照射/檢測設備，獲取來自對象的表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號。X照射/檢測設備的旋轉(zhuǎn)稱為掃描。源自旋轉(zhuǎn)的X照射/檢測設備的振動影響重建圖像的質(zhì)量。X照射/檢測設備調(diào)整其平衡，以便使振動最小化。根據(jù)水平方向發(fā)生的振動，實現(xiàn)平衡調(diào)整。在獨立于掃描架的底盤上支撐用于檢測水平振動的傳感器，以使該傳感器能檢測X照射/檢測設備的絕對位移(例如參考專利文獻1)。
日本未經(jīng)審查的專利申請公開號2001-276039(第3-4頁，圖4-6)發(fā)明內(nèi)容如果通過調(diào)整平衡不能完全消除X照射/檢測設備的振動，則掃描的同時測量X照射/檢測設備的振動。必須基于測量值來校正發(fā)射的X射線信號。由于X照射/檢測設備并不總是在水平方向振動，所以測量水平方向的振動是不夠的。
此外，X照射/檢測設備在掃描架內(nèi)旋轉(zhuǎn)。因此，為了在獨立于掃描架的底盤上支撐檢測絕對位移的傳感器，需要與掃描架內(nèi)部結(jié)構(gòu)不干擾的專用支撐機構(gòu)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種X射線CT系統(tǒng)，其不受三維絕對位移引起的重建圖像質(zhì)量下降的影響，所述三維絕對位移源自X照射/檢測設備在旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生的X照射/檢測設備的振動。本發(fā)明的另一目的是提供一種不需要支撐振動傳感器的專用支撐機構(gòu)的X射線CT系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種X射線CT系統(tǒng)，其使用在掃描架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的X照射/檢測設備獲取來自對象的表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號，并基于所述發(fā)射的X射線信號重建圖像。所述X射線CT系統(tǒng)包括測量裝置，用于使用掃描架中包括的傳感器來測量X照射/檢測設備的三維絕對位移，所述三維絕對位移源自旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生的振動；以及校正裝置，用于基于測量裝置測量的值來校正表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號。
優(yōu)選地，傳感器包括三個合成變換器，所述三個合成變換器檢測X照射/檢測設備在基坐標系的三個各自軸向上產(chǎn)生的位移，以便能有效地測量X照射/檢測設備的三維絕對位移。
優(yōu)選地，合成變換器包括慣性速度變換器，其檢測掃描架的位移；渦流變換器，其檢測X照射/檢測設備相對于掃描架的位移；以及加法器，其將變換器產(chǎn)生的檢測信號累加起來，以便能測量X照射/檢測設備的絕對位移。
優(yōu)選地，測量裝置將測量值與X照射/檢測設備的各旋轉(zhuǎn)角相關聯(lián)地存儲在存儲器中。這便于校正裝置要執(zhí)行的發(fā)射的X射線信號的校正。
優(yōu)選地，校正裝置相對于視圖中心校正發(fā)射的X射線信號的分量，以便能產(chǎn)生不受振動影響的重建圖像。
優(yōu)選地，包括報警裝置，所述報警裝置用于基于測量裝置測量的值發(fā)出報警，以便能調(diào)整X照射/檢測設備的平衡。
根據(jù)本發(fā)明，一種X射線CT系統(tǒng)使用在掃描架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的X照射/檢測設備獲取來自對象的表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號，并基于發(fā)射的X射線信號重建圖像。所述X射線CT系統(tǒng)包括測量裝置，用于使用掃描架中包括的傳感器來測量X照射/檢測設備的三維絕對位移，所述三維絕對位移源自在旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生的振動；以及校正裝置，其基于測量裝置所測量的值來校正表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號。因此，所述X射線CT系統(tǒng)不受三維絕對位移引起的重建圖像質(zhì)量下降的影響，所述三維絕對位移源自X照射/檢測設備在旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生的振動。此外，所述X射線CT系統(tǒng)不需要用于支撐振動傳感器的專用支撐機構(gòu)。


圖1示出了根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的X射線CT系統(tǒng)的配置；圖2示出了根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的X射線CT系統(tǒng)中包括的X照射/檢測設備的配置；圖3示出了根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的X射線CT系統(tǒng)中包括的X射線檢測器的X射線入射面的結(jié)構(gòu)；圖4示出了根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的X射線CT系統(tǒng)中包括的轉(zhuǎn)子組件的結(jié)構(gòu)；圖5是示出根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的X射線CT系統(tǒng)中包括的轉(zhuǎn)子組件的構(gòu)件的分解圖；圖6示出了根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的X射線CT系統(tǒng)中包括的轉(zhuǎn)子組件的動態(tài)模型；圖7示出了根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的用于檢測X射線CT系統(tǒng)中包括的轉(zhuǎn)子的位移的轉(zhuǎn)子和傳感器；圖8是示出根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的用于檢測X射線CT系統(tǒng)中包括的轉(zhuǎn)子的位移的傳感器的框圖；圖9示出了根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的X射線CT系統(tǒng)中包括的渦流變換器的主要部分的原理；
圖10示出了根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的X射線CT系統(tǒng)中包括的慣性速度變換器的主要部分的原理；圖11是示出根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的X射線CT系統(tǒng)就轉(zhuǎn)子的位移測量而言的框圖。
圖12是描述根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例的X射線CT系統(tǒng)所執(zhí)行的操作的流程圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式。要注意的是，本發(fā)明并不局限于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式。圖1說明性地示出了X射線CT系統(tǒng)的配置。本系統(tǒng)是實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例。本系統(tǒng)的配置是在X射線CT系統(tǒng)中實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例。
本系統(tǒng)包括掃描架100、工作臺200和操作員控制臺300。在掃描架100中，X照射/檢測設備110掃描對象10(當其躺在工作臺200上時被帶進掃描架中)，獲取表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號，并將該信號傳送到操作員控制臺300。操作員控制臺300基于從掃描架100接收的發(fā)射的X射線信號來重建圖像，并在顯示器302上顯示圖像。
掃描架100是在本發(fā)明中包括的掃描架的示例。X照射/檢測設備110是在本發(fā)明中包括的X照射/檢測設備的示例。X照射/檢測設備110在掃描架100內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
操作員控制臺300控制掃描架100和工作臺200的轉(zhuǎn)動。在操作員控制臺300的控制下，掃描架100根據(jù)預定的掃描條件掃描對象。工作臺200將對象10定位在射線照相空間內(nèi)，以便掃描預定區(qū)域。為了定位，內(nèi)置位置調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)臺面202的高度和置于臺面上的支架206水平移動的距離。
為了調(diào)節(jié)臺面202的高度，以接點作為中心來回擺動支撐柱206，其中在接點處支撐柱連接到底座208。支撐柱206的擺動使臺面202在垂直和水平方向移動。支架204在臺面202上以水平方向移動。根據(jù)掃描條件，用傾斜的掃描架100實現(xiàn)掃描。由內(nèi)置傾斜機構(gòu)來實現(xiàn)使掃描架100傾斜。
圖2說明性地示出了X照射/檢測設備110的配置。在X照射/檢測設備110中，X射線檢測器150檢測從X射線管130中的焦點132照射的X射線134。
準直儀(未示出)將X射線134重新合成錐形束X射線。X射線檢測器150具有X射線入射面152，該X射線入射面152與錐形束X射線的擴展一起二維擴展。使X射線入射面152彎曲，好像形成一部分圓柱體一樣。圓柱體的中心軸通過焦點132。
X照射/檢測設備110繞通過射線照相中心的中心軸(即等角點)旋轉(zhuǎn)。中心軸平行于X射線檢測器150形成的一部分圓柱體的中心軸。
將用于旋轉(zhuǎn)的中心軸方向看作z方向，將連接等角點O和焦點132的方向看作y方向，并將垂直于z和y方向的方向看作x方向。x、y和z軸用作將z軸作為中心軸的旋轉(zhuǎn)坐標系的三個軸。
圖3是說明性示出X射線檢測器150的X射線入射面152的平面圖。X射線入射面152具有在x和z方向二維配置的檢測單元154。即，由二維陣列的檢測單元154實現(xiàn)X射線入射面152。
檢測單元154為X射線檢測器150提供檢測通道。因此，X射線檢測器150是多通道X射線檢測器。每一個檢測單元154都是例如閃爍器和光電二極管的組合。
X照射/檢測設備110由結(jié)合在掃描架100中的轉(zhuǎn)子組件支撐。圖4和圖5示出了該轉(zhuǎn)子組件的結(jié)構(gòu)。圖4是組件圖，且圖5是分解圖。
轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子402。轉(zhuǎn)子402是環(huán)形結(jié)構(gòu)，并用軸承404附在托座(bracket)406上，軸承404位于二者之間，以使轉(zhuǎn)子能自由旋轉(zhuǎn)。托座406固定在機架(未示出)上。
由驅(qū)動裝置(未示出)驅(qū)動轉(zhuǎn)子402旋轉(zhuǎn)。X照射/檢測設備110安裝在轉(zhuǎn)子402上。具有安裝在其上的X照射/檢測設備110的轉(zhuǎn)子402是掃描架100的旋轉(zhuǎn)部分。固定于機架的托座406是掃描架100的固定部分。
在基坐標系中，Z軸與轉(zhuǎn)子組件的中心軸相關聯(lián)，Y軸與其垂直軸相關聯(lián)，且X軸與其水平軸相關聯(lián)?；鴺讼凳鞘褂玫妆P作為基的坐標系。測量所述坐標系中轉(zhuǎn)子402的三維位移會在后面描述?；鴺讼抵械奈灰剖墙^對位移。
用圖6所示的動態(tài)模型表示轉(zhuǎn)子組件。在此情況下，轉(zhuǎn)子組件具有表示轉(zhuǎn)子402和X射線照射/檢測設備的塊422、以及表示托座406的另一塊462，用彼此平行排列且包含在軸承404中的彈簧442和阻尼器444連接這兩個塊。
圖7示出用在檢測轉(zhuǎn)子402的三維絕對位移中的傳感器的布置。作為傳感器，采用三個傳感器502、504和506。使用連接機構(gòu)(未示出)將傳感器附在托座406上。傳感器502、504和506是在本發(fā)明中包括的傳感器的示例。
傳感器502檢測轉(zhuǎn)子402在Z方向產(chǎn)生的位移，并以非接觸方式在Z方向與轉(zhuǎn)子402的端面相對。傳感器504檢測轉(zhuǎn)子402在Y方向產(chǎn)生的位移，并以非接觸方式在Y方向與轉(zhuǎn)子402的周邊相對。傳感器506檢測轉(zhuǎn)子402在X方向產(chǎn)生的位移，并以非接觸方式在X方向與轉(zhuǎn)子402的周邊相對。
用合成變換器實現(xiàn)傳感器。如圖8所示，合成變換器的每一個都包括渦流變換器602、慣性速度變換器604和將變換器產(chǎn)生的檢測信號累加的加法器606。
在渦流變換器602中，圖9所示主要部分的結(jié)構(gòu)給出其原理，電流流進線圈622，以便在以非接觸方式與線圈相對的檢測對象624中產(chǎn)生渦流。線圈622提供的電感隨與距離檢測對象624為d處的改變所引起的渦流的改變而改變。利用電感中的改變。
相關電子電路將線圈622的電感轉(zhuǎn)換為位移。渦流變換器602的輸出信號表示檢測對象產(chǎn)生的位移。渦流變換器602附在托座406上，并將轉(zhuǎn)子402看作檢測對象。因此，檢測轉(zhuǎn)子402相對于托座406所產(chǎn)生的相對位移。
在慣性速度變換器604中，如圖10所示主要部分的結(jié)構(gòu)給出其原理，彈簧650支撐用砝碼642增強其慣性的線圈644，以使該線圈與包含在檢測對象648中的磁路646中的磁通量互相聯(lián)系起來。當磁路646與檢測對象648一起在線圈的軸向振動時，在線圈644中感應到電壓。利用感應的電壓。
相關電子電路將線圈644的感應電壓轉(zhuǎn)換為位移。慣性速度變換器604的輸出信號表示托座406產(chǎn)生的位移，慣性速度變換器附在該托座上，即掃描架的固定。該位移是絕對位移。
加法器606將渦流變換器602的輸出信號與慣性速度變換器604的輸出信號累加起來，由此將托座406的絕對位移加到轉(zhuǎn)子402相對于托座406的相對位移上。因此，產(chǎn)生表示轉(zhuǎn)子402絕對位移的信號。
如上所述，傳感器502、504和506檢測轉(zhuǎn)子402在Z、Y和X方向產(chǎn)生的絕對位移。轉(zhuǎn)子402的絕對位移正是X照射/檢測設備110的絕對位移。
用于檢測X照射/檢測設備110絕對位移的傳感器附在托座406上。因此，與用于在獨立于掃描架的底盤上支撐傳感器的支撐機構(gòu)不同，該支撐機構(gòu)不必是任何專用機構(gòu)。
渦流變換器602是本發(fā)明中包括的渦流變換器的示例。慣性速度變換器604是本發(fā)明中包括的慣性速度變換器的示例。加法器606是本發(fā)明中包括的加法器的示例。由于用合成變換器實現(xiàn)傳感器502、504和506，所以能有效測量轉(zhuǎn)子402的三維絕對位移。
此外，合成變換器包括檢測掃描架固定部分位移的慣性速度變換器、檢測掃描架旋轉(zhuǎn)部分相對于其固定部分位移的渦流變換器、以及將變換器產(chǎn)生的檢測信號累加起來的加法器。因此，能有效檢測旋轉(zhuǎn)部分的絕對位移。
圖11是示出本系統(tǒng)就轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的位移的測量而言的框圖。傳感器500具有從電源裝置710提供的動力，并檢測轉(zhuǎn)子402的三維絕對位移d，該三維絕對位移源自旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生的振動。傳感器500一般指三個傳感器502、504和506。放大器裝置720對傳感器500產(chǎn)生的檢測信號u進行放大。放大器裝置720包括分別與三個傳感器502、504和506相關聯(lián)的三個放大器。數(shù)據(jù)獲取裝置730將放大器裝置720中包括的三個放大器的輸出信號作為數(shù)字數(shù)據(jù)項獲取。該數(shù)據(jù)項表示指示轉(zhuǎn)子402的三維絕對位移的測量值。
絕對位移測量的同時，旋轉(zhuǎn)角傳感器740檢測轉(zhuǎn)子402產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角。旋轉(zhuǎn)角傳感器740包括旋轉(zhuǎn)編碼器和相關電子電路。數(shù)據(jù)獲取裝置730還將旋轉(zhuǎn)角檢測信號作為數(shù)字數(shù)據(jù)獲取。該數(shù)據(jù)表示旋轉(zhuǎn)角的測量值。
數(shù)據(jù)獲取裝置730獲取的絕對位移測量值和旋轉(zhuǎn)角測量值存儲在存儲器750中。在存儲器750中，以電子表格(spreadsheet)形式將絕對位移與旋轉(zhuǎn)角相關聯(lián)。因此，與轉(zhuǎn)子402的各旋轉(zhuǎn)角相關聯(lián)地存儲三維絕對位移。由傳感器500、電源裝置710、放大器裝置720、數(shù)據(jù)獲取裝置730、旋轉(zhuǎn)角傳感器740和存儲器750組成的X射線CT系統(tǒng)的一部分是本發(fā)明中包括的測量裝置的示例。存儲器750是本發(fā)明中包括的存儲器的示例。
數(shù)據(jù)校正裝置760使用存儲在存儲器750中的三維絕對位移和旋轉(zhuǎn)角的測量值來校正發(fā)射的X射線信號。此外，平衡調(diào)整裝置770使用該測量值調(diào)整轉(zhuǎn)子402的平衡。數(shù)據(jù)校正裝置760是本發(fā)明中包括的校正裝置的示例。由于與旋轉(zhuǎn)角相關聯(lián)地將三維絕對位移的測量值存儲在存儲器中，所以容易校正發(fā)射的X射線信號。
下面將描述在本系統(tǒng)中執(zhí)行的操作。圖12是描述在該系統(tǒng)中要執(zhí)行的操作的流程圖。首先，在步驟801執(zhí)行初步測量。通過相對于各旋轉(zhuǎn)角測量轉(zhuǎn)子402的三維絕對位移，同時緩慢旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子402以使轉(zhuǎn)子不振動，來實現(xiàn)初步測量。從而，相對于各旋轉(zhuǎn)角測量轉(zhuǎn)子402的靜態(tài)三維絕對位移。
在步驟803，確定是否允許靜態(tài)和動態(tài)平衡?；陬A定閾值實現(xiàn)該確定。關于閾值，對于靜態(tài)和動態(tài)平衡可采用同一閾值，或因此可采用獨立閾值。
如果不允許靜態(tài)和動態(tài)平衡，則在步驟805發(fā)出報警。該報警伴隨著其靜態(tài)和動態(tài)失衡的大小指示。在操作員控制臺300的控制下，顯示器302完成該指示。由操作員控制臺300和顯示器302組成的X射線CT系統(tǒng)的一部分是本發(fā)明中包括的報警裝置的示例。在步驟807基于報警和指示調(diào)整平衡。
用沒被帶進掃描架腔(bore)中的對象來執(zhí)行以初步測量開始并以平衡調(diào)整結(jié)束的工作。在工廠調(diào)節(jié)產(chǎn)品的步驟，或在操作點安裝產(chǎn)品時，執(zhí)行該工作。另外，可定期執(zhí)行或在維護時任意執(zhí)行該工作。
如果允許靜態(tài)和動態(tài)平衡，則在步驟809執(zhí)行掃描。從而，轉(zhuǎn)子402以正常速度旋轉(zhuǎn)，并且安裝在轉(zhuǎn)子上的X照射/檢測設備獲取來自對象的表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號。
掃描的同時，在步驟811測量絕對位移。從而，測量在掃描期間每一時刻發(fā)生的三維絕對位移。相對于各旋轉(zhuǎn)角存儲指示三維絕對位移的測量值。
基于該測量值，在步驟813校正數(shù)據(jù)。通過校正表示視圖中心(即旋轉(zhuǎn)角中心)的各發(fā)射的X射線信號的分量，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)校正。發(fā)射的X射線信號分量所表示的視圖中心明顯保持不變。實際上，視圖中心與轉(zhuǎn)子402的三維絕對位移一起改變。因此，使用通過測量三維絕對位移所獲得的值，來校正表示視圖中心的發(fā)射的X射線信號的分量。
完成校正之后，發(fā)射的X射線信號用于在步驟815重建圖像。由于表示視圖中心的信號分量的校正，所以抵消了發(fā)射的X射線信號分量所表示的視圖中心中的X、Y和Z方向的誤差。因此，重建圖像享有高質(zhì)量。
10對象100掃描架110X照射/檢測設備130X射線管132焦點134X射線150X射線檢測器152X射線入射面154檢測單元200工作臺202臺面204支架206支撐柱300操作員控制臺402轉(zhuǎn)子404軸承406托座502，504，506傳感器602渦流變換器604慣性速度變換器606加法器622線圈624檢測對象644線圈646磁路648檢測對象650彈簧
710電源裝置720放大器裝置730數(shù)據(jù)獲取裝置740旋轉(zhuǎn)角傳感器750存儲器760數(shù)據(jù)校正裝置770平衡調(diào)整裝置
權利要求
1.一種X射線CT系統(tǒng)，其使用在掃描架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的X照射/檢測設備獲取來自對象的表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號，并基于所述發(fā)射的X射線信號重建圖像，所述X射線CT系統(tǒng)包括測量裝置，用于使用包含在所述掃描架中的傳感器來測量所述X照射/檢測設備的三維絕對位移，所述三維絕對位移源自旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生的振動；以及校正裝置，用于基于所述測量裝置測量的值來校正表示視圖的所述多個發(fā)射的X射線信號。
2.如權利要求1所述的X射線CT系統(tǒng)，其中用三個合成變換器實現(xiàn)所述傳感器，所述三個合成變換器檢測所述X照射/檢測設備在基坐標系的三個軸向上產(chǎn)生的各自的位移。
3.如權利要求2所述的X射線CT系統(tǒng)，其中所述合成變換器包括慣性速度變換器，檢測所述掃描架的位移；渦流變換器，檢測所述X照射/檢測設備相對于所述掃描架的位移；以及加法器，將由所述變換器產(chǎn)生的檢測信號累加。
4.如權利要求1-3中任一項所述的X射線CT系統(tǒng)，其中所述測量裝置將測量值與所述X照射/檢測設備產(chǎn)生的各旋轉(zhuǎn)角相關聯(lián)地存儲在存儲器中。
5.如權利要求1-4中任一項所述的X射線CT系統(tǒng)，其中所述校正裝置校正表示視圖中心的發(fā)射的X射線信號的分量。
6.如權利要求1-5中任一項所述的X射線CT系統(tǒng)，還包括報警裝置，所述報警裝置用于根據(jù)所述測量裝置測量的值發(fā)出報警。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種X射線CT系統(tǒng)，其不受三維絕對位移引起的重建圖像質(zhì)量下降的影響，該三維絕對位移源自X照射/檢測設備旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生的振動。X射線CT系統(tǒng)使用在掃描架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的X照射/檢測設備獲取來自對象的表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號，并基于發(fā)射的X射線信號重建圖像，該X射線CT系統(tǒng)包括測量設備，使用包含在掃描架中的傳感器來測量源自旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生的振動的X照射/檢測設備的三維絕對位移；以及校正設備，基于測量設備測量的值校正表示視圖的多個發(fā)射的X射線信號。用將相應位移轉(zhuǎn)換為電信號的三個合成變換器實現(xiàn)傳感器，其中該相應位移是由X照射/檢測設備在基坐標系的三個軸向產(chǎn)生的。
文檔編號G01N23/04GK1883390SQ20051008119
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權日2005年6月23日
發(fā)明者張笑妍, 楊艷國 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術有限公司