專利名稱：X射線計算機(jī)層析攝影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在醫(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域通過用X射線束掃描受檢體獲得受檢體內(nèi)部三維圖像的X射線CT(計算機(jī)層析攝影)裝置，尤其涉及進(jìn)行螺旋狀掃描(螺旋掃描)的X射線CT裝置。
X射線CT裝置對于受檢體的某一平面(切片面)，從該平面內(nèi)360°各個方向照射X射線束，檢測該透過X射線強(qiáng)度，獲得來自360°各個方向的投影數(shù)據(jù)，通過對該投影數(shù)據(jù)逆投影，再現(xiàn)該切片面上的X射線吸收率分布(斷層像)。要獲得X射線束在360°方向上的投影數(shù)據(jù)，通常使X射線管在受檢體周圍上述切片面上沿圓形軌跡旋轉(zhuǎn)，將該X射線管所產(chǎn)生的X射線束向旋轉(zhuǎn)中心軸輻射。接下來設(shè)法在該旋轉(zhuǎn)中心軸附近配置受檢體，由與X射線管隔著受檢體相對配置的X射線檢測器，來檢測透過受檢體的X射線。由此便可進(jìn)行X射線束對于受檢體上述切片面的掃描，獲得投影數(shù)據(jù)。X射線檢測器采用多個檢測元件排列形成部分圓弧，做整體旋轉(zhuǎn)，并保持與X射線管隔著受檢體相向配置的位置關(guān)系不變，或者將許多檢測元件固定不動地配置于整個圓周上。
根據(jù)提高X射線利用效率的觀點，最好將該X射線檢測器的檢測元件在與上述切片面正交的方向上也做成多列并排的二維陣列?，F(xiàn)在市場推出的具體的X射線CT裝置的例子，已知有檢測元件并排成2列，可同時采集2個切片數(shù)據(jù)的裝置。此外，還在試制采用X射線圖像增強(qiáng)器作為X射線檢測器，做到不論切片面方向還是與之正交的方向都可以連續(xù)檢測X射線入射位置的X射線CT裝置。
最近還知道有所謂的螺旋掃描型X射線CT裝置。它是一種一邊旋轉(zhuǎn)X射線管，X射線按圓周方向掃描，一邊沿與切片面正交的方向移動受檢體，從而由X射線束對不只是如上所述的一個切片面，而是對與之正交的方向上具有某一寬度的三維空間作螺旋型掃描，將采集的數(shù)據(jù)逆投影為螺旋形狀，從而再現(xiàn)與受檢體有關(guān)的三維圖像的裝置。
若采用上述將檢測元件形成為二維陣列的X射線檢測器來構(gòu)成螺旋掃描型X射線CT裝置的話，便為

圖1所示的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，龍門10內(nèi)置有單焦點X射線管17和X射線檢測器12，龍門10的中央部分設(shè)有隧道部(圖中省略)。而且由未圖示的旋轉(zhuǎn)支持部支持，一邊保持X射線管17與X射線檢測器12隔著該隧道部而處于相對位置的位置關(guān)系，一邊做整體旋轉(zhuǎn)。本例當(dāng)中，通過沿上述旋轉(zhuǎn)圓周所形成的平面的法向并排設(shè)置5列X射線檢測元件，構(gòu)成X射線檢測器12。受檢體41載置于床體42的床面上，通過該床面的移動(沿圖面左右方向)，將受檢體41插入龍門10的隧道部。
這里假定X射線管17與X射線檢測器12所旋轉(zhuǎn)的平面(切片部)為X-Y面，與該面正交的方向(旋轉(zhuǎn)中心軸方向)為Z的話，該Z方向為受檢體41的體軸方向，即插入受檢體41的方向。X射線管17與X射線檢測器12旋轉(zhuǎn)過程中受檢體41沿Z向移動的話，就變成如圖2所示，由X射線管17出射的X射線束對于受檢體14進(jìn)行螺旋型掃描，因而獲得的不只是與受檢體41的體軸正交的一個切片面，而是對于體軸方向具有某一厚度的整個立體獲得X射線透過數(shù)據(jù)。這時螺旋掃描的節(jié)距不可以如圖1所示的X射線檢測器12的總體寬度(Z向?qū)挾?D那么大(粗)，而是如圖2所示為一個檢測元件寬度d那么小。因此，象這樣按螺旋型獲得的數(shù)據(jù)投影為螺旋形狀的話，就可以再現(xiàn)上述掃描范圍內(nèi)受檢體41的三維圖像。
如上所述的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)如圖1所示，是以X射線管17的一點F0為焦點產(chǎn)生X射線束，從該焦點F0出射的呈圓錐狀彌散的X射線束入射到5列檢測元件組成的X射線檢測器12上，獲得數(shù)據(jù)的。因而螺旋掃描的節(jié)距變粗的話，數(shù)據(jù)取得方向(X射線束方向)未垂直入射至Z軸的X射線束所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就包含很多，因而有再現(xiàn)圖像中發(fā)生假像(artifact)的問題。因此，綜上所述不可以加大螺旋掃描的節(jié)距，因而要想獲得在體軸方向有一定長度的三維區(qū)域的數(shù)據(jù)時，掃描就需要很長時間。
本發(fā)明針對上述問題，其目的在于提供一種可以避免再現(xiàn)圖像中產(chǎn)生假像，并且通過加大螺旋掃描節(jié)距，在短時間內(nèi)結(jié)束螺旋掃描的X射線CT裝置。
本發(fā)明為了達(dá)到此目的，采用以下構(gòu)成。
本發(fā)明是一種用X射線束掃描受檢體，獲得受檢體內(nèi)部三維圖像的X射線CT裝置，所述裝置包括以下組成部分在一平面上沿圓形軌跡旋轉(zhuǎn)，并在相對該旋轉(zhuǎn)平面正交的方向上有多個X射線焦點(焦點位置)的X射線發(fā)生裝置；與所述X射線發(fā)生裝置相對配置，并且在沿所述旋轉(zhuǎn)平面周邊的方向和與所述旋轉(zhuǎn)平面正交的方向這兩方向上，兩維排列有多個檢測元件的X射線檢測裝置；保持所述X射線發(fā)生裝置以及所述X射線檢測裝置相互位置關(guān)系不變，驅(qū)動它們旋轉(zhuǎn)，并輸出角度信息的旋轉(zhuǎn)控制裝置；在所述X射線發(fā)生裝置旋轉(zhuǎn)過程中，使所述X射線發(fā)生裝置與所述X射線檢測裝置之間空間插入的受檢體相對于所述X射線發(fā)生裝置和所述X射線檢測裝置在所述旋轉(zhuǎn)平面正交的方向上移動，所述X射線發(fā)生裝置每旋轉(zhuǎn)一圈，其移動距離至少在所述各檢測元件旋轉(zhuǎn)平面正交方向跨越一個檢測元件的寬度，并且輸出表示所述距離的移動量信息的移動裝置；根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)控制裝置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，依次切換所述X射線發(fā)生裝置多個焦點位置，并輸出焦點位置信息的X射線焦點位置控制裝置；根據(jù)所述X射線檢測裝置得到的數(shù)據(jù)，所述旋轉(zhuǎn)控制裝置得到的角度信息，所述移動裝置得到的移動量信息，以及所述X射線焦點位置控制裝置得到的焦點位置信息，將所述數(shù)據(jù)逆投影為螺旋狀，再現(xiàn)與受檢體有關(guān)的三維圖像的圖像再現(xiàn)裝置。
具有多個X射線焦點(焦點裝置)的X射線發(fā)生裝置和與X射線發(fā)生裝置相對配置的X射線檢測裝置可以由旋轉(zhuǎn)控制裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時相互位置關(guān)系不變。旋轉(zhuǎn)控制裝置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動過程中，移動裝置使受檢體相對于X射線發(fā)生裝置以及X射線檢測裝置作相對移動。也就是進(jìn)行螺旋掃描。該受檢體的相對移動量等于X射線發(fā)生裝置每旋轉(zhuǎn)一圈，至少在X射線檢測裝置各檢測元件旋轉(zhuǎn)平面正交方向跨越一個檢測元件的寬度(此移動距離稱為螺旋掃描的節(jié)距)。此時X射線焦點位置控制裝置隨旋轉(zhuǎn)控制裝置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，依次切換X射線發(fā)生裝置的多個焦點位置。
具體來說，根據(jù)旋轉(zhuǎn)控制裝置的X射線發(fā)生裝置和X射線檢測裝置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，依次切換X射線發(fā)生裝置多個焦點位置，由此，即使加大螺旋掃描的節(jié)距，X射線發(fā)生裝置處于某個旋轉(zhuǎn)角度的X射線焦點在受檢體移動方向上的位置(焦點位置)，也并不是按每一這種節(jié)距分散開的，而是每一節(jié)距內(nèi)有多個X射線焦點。因而，這意味著即使加大螺旋掃描節(jié)距，由X射線檢測裝置檢測的X射線束方向的傾斜，即投影數(shù)據(jù)取得方向的傾斜也不變大。因而，采用該投影數(shù)據(jù)再現(xiàn)的圖像不發(fā)生假像。
而且，本發(fā)明裝置最好是，所述X射線檢測裝置在所述X射線發(fā)生裝置各焦點位置的相對位置上排列個數(shù)與焦點位置數(shù)相當(dāng)?shù)乃鰴z測元件來構(gòu)成。
通過在X射線發(fā)生裝置各焦點位置的相對位置上排列個數(shù)與焦點位置數(shù)相當(dāng)?shù)腦射線檢測裝置檢測元件，各焦點位置出射的X射線束便垂直入射到相對應(yīng)的各檢測元件，因而采用投影數(shù)據(jù)再現(xiàn)出的圖像不發(fā)生假像。
而且，本發(fā)明裝置最好是，所述移動裝置每當(dāng)所述X射線發(fā)生裝置旋轉(zhuǎn)一圈，就使受檢體移動相當(dāng)于所述X射線檢測裝置在所述旋轉(zhuǎn)平面正交方向上寬度的距離，或是相當(dāng)于該寬度2倍的距離。
X射線發(fā)生裝置每旋轉(zhuǎn)一圈，使X射線發(fā)生裝置和X射線檢測裝置同受檢體的相對移動相當(dāng)于X射線檢測裝置旋轉(zhuǎn)平面正交方向?qū)挾然?倍該寬度的距離，再現(xiàn)圖像也沒有假像發(fā)生。因而，受檢體在體軸方向上的移動速度(掃描速度)加快，可以在受檢體體軸方向以較短時間對具有更大厚度的三維區(qū)域整體作螺旋掃描。
此外，本發(fā)明裝置最好是，所述X射線發(fā)生裝置包括以下組成繞與所述旋轉(zhuǎn)平面正交的軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極圓筒；使電子束與該圓筒碰撞，以產(chǎn)生X射線束的電子束碰撞裝置；使所述電子束在所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒軸向上偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)裝置。
采用旋轉(zhuǎn)陽極圓筒作為具有多個焦點的X射線發(fā)生裝置，并以靜電方式或電磁方式使與此碰撞的電子束偏轉(zhuǎn)，來構(gòu)成X射線管的話，就可以在實際應(yīng)用中極為容易地實現(xiàn)。
而且，本發(fā)明裝置最好是，所述X射線管的偏轉(zhuǎn)裝置將相反方向上產(chǎn)生磁通的2個磁場偏轉(zhuǎn)線圈串列配置在所述電子束碰撞裝置與所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒之間構(gòu)成，以便所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒的軸與磁通正交，通過切換所述2個磁場偏轉(zhuǎn)用線圈的磁通方向，使電子束垂直照射到所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒的同時偏轉(zhuǎn)。
電子束碰撞裝置照射的電子束通過串列配置在電子束碰撞裝置與旋轉(zhuǎn)陽極圓筒之間的兩個磁場偏轉(zhuǎn)線圈，由最初的磁場偏轉(zhuǎn)線圈使軌跡按規(guī)定曲率偏轉(zhuǎn)，然后由后一線圈使軌跡按最初偏轉(zhuǎn)方向的逆向偏轉(zhuǎn)，電子束就可對旋轉(zhuǎn)陽極圓筒垂直照射。因而，可以使該X射線管照射的電子束截面形狀不論焦點位置如何基本呈圓形這種規(guī)定形狀。因而，可以防止電子束截面呈橢圓等形狀，不至于使再現(xiàn)圖像質(zhì)量變差。
而且，本發(fā)明裝置最好是，所述X射線發(fā)生裝置為包括以下組成的X射線管繞與所述旋轉(zhuǎn)平面正交的軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極圓筒；使電子束與該圓筒分別不同位置碰撞以產(chǎn)生X射線束的2個電子束碰撞裝置；分別使所述2束電子束分別在所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒的軸向偏轉(zhuǎn)的2個偏轉(zhuǎn)裝置，而且該X射線發(fā)生裝置使2束偏轉(zhuǎn)電子束交替發(fā)射。
通過具備2個電子束碰撞裝置交替發(fā)射2束偏轉(zhuǎn)電子束，就可以在某一電子束依次切換焦點位置，回歸最初焦點位置的方向轉(zhuǎn)換期間，依次切換另一電子束的焦點位置來照射電子束。因而，在時間方向可以高效率地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。此外，若使2束偏轉(zhuǎn)電子束各自的能量不同(高能量與低能量)，就可以獲得得各不相同的X射線CT像，從而能夠很容易獲得在臨床上有意義的圖像。
此外，本發(fā)明裝置最好是，所述X射線管的2個偏轉(zhuǎn)裝置分別將互相相反方向上產(chǎn)生磁通的2個磁場偏轉(zhuǎn)線圈串列配置在所述電子束碰撞裝置與所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒之間構(gòu)成，以便所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒的軸與磁通正交，并通過切換所述2個磁場偏轉(zhuǎn)線圈的磁通方向，使電子束垂直照射到所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒的同時偏轉(zhuǎn)。
本發(fā)明裝置最好還包括一移動式準(zhǔn)直儀，同所述X射線焦點位置控制裝置對焦點位置的切換相關(guān)聯(lián)移動，只將所切換的焦點位置的X射線照射范圍限制在所述X射線檢測裝置的所述旋轉(zhuǎn)平面正交方向的寬度以內(nèi)。
超出X射線檢測裝置寬度的照射不僅沒有意義，而且造成過多的X射線檢測裝置檢測不到的這種X射線束，即雜散一次X射線束對受檢體過劑量的X射線曝射。因此可以由移動式準(zhǔn)直儀減少雜散一次X射線的比例，來防止對受檢體過劑量的X射線曝射。
本發(fā)明裝置，最好所述移動式準(zhǔn)直儀包括在圓周附近形成多個縫隙的圓板，以規(guī)定速度旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述圓板的驅(qū)動裝置，和檢測所述圓板旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的傳感器，而且所述X射線焦點位置控制裝置隨所述旋轉(zhuǎn)狀態(tài)連動切換焦點位置。
移動式準(zhǔn)直儀的移動需要與焦點位置的切換同步。因此，形成有縫隙的圓板由驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，由傳感器檢測這種旋轉(zhuǎn)。X射線焦點位置控制裝置與該檢測出的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)連動，切換X射線發(fā)生裝置的焦點位置。只要用驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動圓板，就可以移動縫隙，從而能以簡單的結(jié)構(gòu)成移動式準(zhǔn)直儀。
本發(fā)明裝置，最好所述移動式準(zhǔn)直儀具有2片所述圓板，并重疊構(gòu)成為各個圓板的一部分重合，而且構(gòu)成為所述圓板各自的縫隙在所述X射線發(fā)生裝置各焦點位置上重合。
圓板只是一片時，隨著圓板的旋轉(zhuǎn)，縫隙由于朝向相對于X射線檢測裝置各元件傾斜方向，因而對稱性變差。具體來說，對于當(dāng)中部分的焦點位置和該焦點位置兩端方向的焦點位置而言，焦點位置離開當(dāng)中部分，所以準(zhǔn)直效率變差。因此，通過將2片圓板重合，就可以使當(dāng)中部分焦點位置的縫隙形狀與該焦點位置兩端方向的焦點位置的縫隙形狀的差異盡可能小。因而能夠改善準(zhǔn)直儀的對稱性。
為便于說明，圖示了目前認(rèn)為較佳的若干形態(tài)，但應(yīng)理解，本發(fā)明并不由如圖所示組成和方案限定。
圖1是現(xiàn)有例的模式化X射線CT裝置截面圖。
圖2是示出現(xiàn)有例螺旋掃描的模式化側(cè)面圖。
圖3是本發(fā)明一實施例的模式化斜視圖。
圖4是該實施例的模式化截面圖。
圖5是示出該實施例螺旋掃描的模式化側(cè)面圖。
圖6A和6B是示出Z方向焦點位置的模式圖。
圖7A和7B是示出X射線焦點移動軌跡例子的模式圖。
圖8是表示X射線發(fā)生量變化的時間圖。
圖9是表示該實施例的控制和數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)的模式圖。
圖10A和10B是示意該實施例X射線束的模式圖。
圖11A和11B是示意現(xiàn)有例X射線束的模式圖。
圖12是示意本發(fā)明另一實施例X射線束的模式圖。
圖13是模式化表示一例X射線管的截面圖。
圖14是從另一方向觀看的圖13X射線管模式化表示的截面圖。
圖15是表示另一例偏轉(zhuǎn)裝置的模式化斜視圖。
圖16是模式化表示另一例X射線管的截面圖。
圖17是表示采用圖16的X射線管時X射線焦點移動軌跡例子的模式圖。
圖18是采用移動式準(zhǔn)直儀另一實施例的模式圖。
圖19是表示移動式準(zhǔn)真儀組成例的平面模式圖。
圖20是表示移動式準(zhǔn)直儀另一組成例的平面模式圖。
以下根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的較佳實施例。
第一實施例以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明較佳的一個實施例。如圖3所示，X射線管11與X射線檢測器12相對配置，一起旋轉(zhuǎn)，保持該位置關(guān)系不變(旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)省略)。以該旋轉(zhuǎn)圓周構(gòu)成的平面為X-Y平面，以與此平面正交的方向為Z方向。在X射線管11與X射線檢測器12之間的空間，沿方向插入受檢體41。
X射線管11做成沿Z向移動自如，使其X射線焦點位置變成為Z向某個寬度D內(nèi)內(nèi)的各位置F1—F5(后面參照圖13以后的附圖詳細(xì)說明這種X射線管11的組成)。X射線管11如上所述旋轉(zhuǎn)，因而X射線焦點在環(huán)狀帶(此帶是虛擬的)21上移動。
X射線檢測器12具有一檢測面，有效靈敏區(qū)Z向的總寬度為D(參見圖4)，在X-Y平面內(nèi)呈圓弧狀，在這樣彎曲的檢測面上排列著多個檢測元件(本實施例中每一列為512個)。本實施例中各檢測元件的有效靈敏區(qū)Z向?qū)挾葹閐，該檢測元件在Z方向上排成5列121—125(d＝D/5)。因此構(gòu)成為可同時采集5列(5層切片)每一列具有512個取樣點的投影數(shù)據(jù)。
另外，X射線檢測器12將個數(shù)與焦點位置數(shù)(5列)相當(dāng)?shù)母髁袡z測元件121—125，配置于與X射線管11各焦點位置F1—F5相對位置上構(gòu)成。通過這樣構(gòu)成，各焦點位置F1—F5出射的X射線束垂直入射至相應(yīng)的各檢測元件，因而采用投影數(shù)據(jù)再現(xiàn)的圖像中不發(fā)生假像。
該X射線11與X射線檢測器12如圖4所示置于龍門10內(nèi)，龍門10內(nèi)的中央部分設(shè)有隧道部(圖中省略)，X射線管11與X射線檢測器12隔著該隧道部可由未圖示的旋轉(zhuǎn)裝置保持，一邊確保相對位置關(guān)系不變，一邊一起旋轉(zhuǎn)。由龍門10內(nèi)配置的準(zhǔn)直儀13使X射線束在受檢體41體軸方向(切片厚度方向)上準(zhǔn)直。受檢體41載于床體42的床面上，通過在Z方向上移動該床面，使受檢體14相對于龍門10的隧道部沿Z向移動。
這里，該受檢體41的移動量定為X射線管11以及X射線檢測器12每旋轉(zhuǎn)一圈移動D，由此便如圖5所示，進(jìn)行節(jié)距為D的螺旋掃描。因此，觀察處于某個旋轉(zhuǎn)角度βn時的X射線管11的話，X射線管11本身的位置如圖6A所示，隨螺旋掃描每次在Z方向移動距離D。但在X射線管11的內(nèi)部，X射線焦點如上所述在焦點位置F1—F5各位置高速移動，因而隨這種節(jié)距為D的旋轉(zhuǎn)掃描，Z向X射線焦點間隔還是為d(＝D/5)，對于X射線焦點而言，與進(jìn)行節(jié)距為d的螺旋掃描相同。另外，采用如圖1所示現(xiàn)有的焦點位置固定的X射線管17時，該焦點F0的Z向位置如圖6B所示，與螺旋掃描節(jié)距D為相同間隔。
X射線管11中，X射線焦點(焦點位置)高速往復(fù)移動，該X射線管11在圓形軌道上移動，因而X射線焦點在圖3、圖7A或圖7B所示的帶21的面上運動(其移動軌跡由22、23表示)。圖7A中，僅在焦點位置以某一方向移動時(實線表示的去路)產(chǎn)生X射線，焦點位置以相反方向移動時(虛線表示的來路)停止X射線發(fā)生。圖7B中，去路和來路都產(chǎn)生X射線。因而，X射線不停，可有效利用。
當(dāng)如圖7A所示X射線時通時斷時，X射線發(fā)生量如圖8所示。圖8中，βn表示視角(如圖3所示的X射線管11的旋轉(zhuǎn)角度)。這里假定獲得360個每1°視角的投影數(shù)據(jù)。就是說，X射線管11旋轉(zhuǎn)一圈中，在與β1到β360各個視角對應(yīng)的360個期間T1內(nèi)X射線通，這中間的期間T2則斷。在期間T1內(nèi)X射線焦點沿某一方向移動(去路)，期間T2沿相反方向返回(來路)。再將期間T1細(xì)分成五等分的話，這五個細(xì)分期間使分別與焦點位置F1、F2、F3、F4、F5對應(yīng)。
這種X射線管11的X射線通斷控制如圖9所示由X射線控制裝置32控制。而該X射線管11的各個X射線焦點位置F1—F5則由X射線焦點位置控制裝置33控制。在龍門10中使X射線管11與X射線檢測器12旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置由旋轉(zhuǎn)控制裝置31控制，與床體42的床面移動有關(guān)的控制由床體控制裝置43控制。而且，這些床體控制裝置43、旋轉(zhuǎn)控制裝置31、X射線控制裝置32以及X射線焦點位置控制裝置33由CPU35統(tǒng)一控制。
例如在X射線管11旋轉(zhuǎn)角度為1°、應(yīng)收集視角β1數(shù)據(jù)的期間T1內(nèi)，X射線如圖8所示處于通狀態(tài)，X射線焦點位置控制裝置33在這期間T1內(nèi)使X射線焦點從F1高速移動至F5。因此，該X射線焦點位置控制裝置33輸出的表示X射線焦點處于哪一位置的焦點位置信息(或者也可以是將期間T1五等分的各個定時信號)送至A/D變換器34。該A/D變換器34在每列X射線檢測器12都設(shè)置。這里，X射線檢測器12如圖3所示在Z方向排列有5列(121—125)，所以A/D變換器34有5個。因此，在焦點位置處于F1的時間，同時由這5個A/D變換器34進(jìn)行取樣和A/D變換，將第一列至第五列各列同時獲得的5×512個數(shù)據(jù)，連同來自X射線焦點位置控制裝置33的焦點位置信息(這里用F1表示)、來自旋轉(zhuǎn)控制裝置31的角度信息(此時用β1表示)和來自床體控制裝置43的移動量信息(表示Z向受檢體41的位置)，送入數(shù)據(jù)采集存儲器36。令在視角β1、焦點位置F1采集的5×512個數(shù)據(jù)為(β1，F(xiàn)1)。
在焦點位置F2—F5重復(fù)與上述焦點位置F1時的數(shù)據(jù)采集相同的數(shù)據(jù)采集。于是，每圈在360個視角β1—β360重復(fù)對焦點位置F1—F5的數(shù)據(jù)采集，獲得與各個(βn，F(xiàn)i)(n為0—360，i為1—5)相應(yīng)的5×512的二維數(shù)據(jù)。此外，還重復(fù)M次旋轉(zhuǎn)進(jìn)行這種數(shù)據(jù)采集(該旋轉(zhuǎn)過程中受檢體41每旋轉(zhuǎn)一圈移動距離D)。
這樣，當(dāng)X射線管視角為0°時，如圖10A所示，就可獲得分別從5個焦點位置F1—F5發(fā)射，分別入射到5列X射線檢測元件(121—125)的X射線束的共計25個投影數(shù)據(jù)。分別就受檢測41中心軸附近的Z向各位置Z1—Z5來看便明白，可獲得垂直通過該位置Z1—Z5的X射線束的數(shù)據(jù)。
接下來，X射線管視角為180°時，如圖10B左側(cè)所示，可獲得分別從位于下側(cè)的5個焦點位置F1—F5向上發(fā)射，分別入射到位于上側(cè)的5列X射線檢測元件(121—125)的X射線束的共計25個投影數(shù)據(jù)。此時受檢體41在Z方向上向左側(cè)移動了距離D/2，因而以該受檢本作為參照的話，X射線束便向右側(cè)偏移3D/2。
旋轉(zhuǎn)到360°時，如圖10A右側(cè)所示，接下來再在些基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)180°時(即從最初開始旋轉(zhuǎn)了540°時)，便如圖10B右側(cè)所示，從圖10A、10B所示的這些X射線束可以看出，不論哪種旋轉(zhuǎn)角度，對于受檢體41中中心軸附近的Z1—Z12各位置來說，都獲得了與Z軸正交的X射線束的數(shù)據(jù)。
將這種X射線透過數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)采集存儲器36中的話，圖像再現(xiàn)裝置37首先對(βn，F(xiàn)i)各自對應(yīng)的5×512的二維數(shù)據(jù)進(jìn)行二維卷積運算，然后，分別逆投影為原空間體積格子的各個格點。也就是說，沿取得數(shù)據(jù)的X射線束通過路徑，分別逆投影5×512個數(shù)據(jù)。每旋轉(zhuǎn)一圈就對各個Fi和βn重復(fù)上述運算。在原空間各點上，通過從至少180°各方向?qū)?shù)據(jù)逆投影，重現(xiàn)這一點的圖像數(shù)據(jù)。接著按每一圈重復(fù)M次這種操作，就能重現(xiàn)扣除M次旋轉(zhuǎn)中掃描區(qū)域兩端分別為D/2的總寬度D后，Z方向上寬度為D×M的區(qū)域的三維數(shù)據(jù)。
為了便于比較，說明如同以往(圖1)那樣X射線焦點僅僅是一點F0，螺旋掃描節(jié)距為D的情況。前面說明過，這時隨著螺旋掃描，對于某個視角如圖6B所示，焦點間隔為D。因此，視角為0°時，如圖11A左側(cè)所示，可采集從一點F0向下輻射，入射到5列檢測元件每一列的X射線的數(shù)據(jù)。視角為180°時，如圖11B左側(cè)所示，可采集X射線束處于向右偏移D/2的位置，從下側(cè)F0點向上輻射，入射到5列檢測元件每一列的X射線束的數(shù)據(jù)。360°時，處于相對圖11A左側(cè)X射線束向右偏移D的位置，與其左側(cè)相同進(jìn)行X射線束的數(shù)據(jù)采集。540°時，處于相對圖11B左側(cè)X射線束向右偏移D的位置，與其左側(cè)相同進(jìn)行X射線束的數(shù)據(jù)采集。
從這些圖11A、圖11B可以清楚，若著眼于例如Z軸上Z5與Z6的中點附近，視角為180°附近可獲得與Z軸正交的X射線束的數(shù)據(jù)，但通過該著眼點的X射線在其他視角下偏離與Z正交的方向。該著眼點在視角90°—270°范圍以內(nèi)有X射線束通過，但視角為90°時只有焦點F0所發(fā)射的5束X射線當(dāng)中最右側(cè)的一束通過該著眼點，視角為270°時只有焦點F0所發(fā)射的5束X射線束當(dāng)中最左側(cè)的一束通過此著眼點。而且，這一結(jié)論適用于Z軸上所有點，所以Z1—Z12各切片面的至少180°以內(nèi)的投影數(shù)據(jù)當(dāng)中，嚴(yán)格意義上屬于該切片面上的(與Z軸正交的)只不過是一個視角(180°視角)，其它所有視角的投影數(shù)據(jù)非但不與Z軸正交。而且與該正交方向有很大偏差。因此，若對這種180°以內(nèi)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行逆投影再現(xiàn)圖像的話，這種再現(xiàn)圖像就會發(fā)生假像。
與此相反，使X射線焦點在各焦點位置F1—F5高速移動時，如上所述，不論何種旋轉(zhuǎn)角度，就Z軸上Z1—Z12所有位置而言，都有沿Z軸正交方向通過該位置的X射線存在，所以不論Z1—Z12哪一切片面，再現(xiàn)它的180個(180°的各個視角)投影數(shù)據(jù)必然分別包含嚴(yán)格意義上平行通過該切片面的X射線束的數(shù)據(jù)。因而，對這種投影數(shù)據(jù)進(jìn)行逆投影，再現(xiàn)Z1—Z12各切片面圖像時，就可以避免上述再現(xiàn)圖像的假像。
另外，上文將螺旋掃描的節(jié)距設(shè)為D，若設(shè)為2D時，X射線束的情況就如圖12所示。圖12中，0°、360°與180°時X射線束不重疊(因為180°就錯開D)，所以不必象圖10、圖11中分別分開圖示成A、B圖。由該圖12可知，即便將螺旋掃描節(jié)距設(shè)為2D，對于所有的切片面，不論何種視角，必然包含通過該切片并且與Z軸成直角的X射線束的投影數(shù)據(jù)。因此，這時與螺旋掃描節(jié)距設(shè)為D的時候相同，可以排除再現(xiàn)圖像的假像。另外，這時可以重現(xiàn)扣除M次旋轉(zhuǎn)中掃描區(qū)域兩端分別為D的總寬度2D后，Z方向?qū)挾葹镈×(2M－1)的區(qū)域的三維數(shù)據(jù)。
這里，可以如圖13，圖14那樣構(gòu)成如上所述能在切片面厚度方向上高速移動焦點的X射線管11。圖13是模式化表示該X射線管11的截面圖，圖14是從其它方向看相同X射線管11的模式化截面圖。這些圖當(dāng)中，設(shè)法使燈絲51產(chǎn)生的電子束經(jīng)加速電極52和靜電偏轉(zhuǎn)電極板53與旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54碰撞。旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54配置為中心軸朝向X射線管11旋轉(zhuǎn)平面正交的方向，并設(shè)定以此中心軸為旋轉(zhuǎn)中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。電子束通過與旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54碰撞，產(chǎn)生X射線束，它經(jīng)過準(zhǔn)直器14在切片面以內(nèi)方向上準(zhǔn)直后，往受檢體的方向輻射。
上述燈絲51、加速電極52、靜電偏轉(zhuǎn)電極板53和旋轉(zhuǎn)陽極54如圖14所示，裝在真空管殼55內(nèi)。旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54由軸承支承，可旋轉(zhuǎn)，并由配置于管殼55外部的定子57帶動轉(zhuǎn)子56進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。該旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54的供電與通常的傘型旋轉(zhuǎn)陽極圓盤相同，通過軸承進(jìn)行供電(另外，假如是獲取旋轉(zhuǎn)陽極圓筒高速旋轉(zhuǎn)的情況，也可以不用軸承供電，而用電刷供電和熱電子輻射供電)。旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54的旋轉(zhuǎn)軸同X射線管11與X射線檢測器12的旋轉(zhuǎn)軸(Z軸)平行，因而可以設(shè)法避免過多的力加在該旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54的旋轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)(軸承)上。
靜電場隨加在靜電偏轉(zhuǎn)電極板53的電位大小和極性而變化，因而從其中穿過的電子束，偏轉(zhuǎn)度也變化。同時，通過使加在該靜電偏轉(zhuǎn)電極板53的電位大小和極性高速變化，可以使電子束與旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54碰撞的位置如圖14所示，在旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54的中心軸方向上移動，從而使X射線焦點位置在切片厚度方向上高速移動。
另外，要使電子束在旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54的中心軸方向上偏轉(zhuǎn)，還可以采用磁場而非電場。例如，如圖15所示采用磁場偏轉(zhuǎn)線圈58、59。這些磁場偏轉(zhuǎn)線圈58、59串列配置在燈絲51與旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54之間，旋轉(zhuǎn)陽極圓筒54的中心軸與磁通正交。而且，電子束根據(jù)這些線圈58、59中流過圖示方向電流而偏轉(zhuǎn)，若產(chǎn)生圖中所示方向磁通(互相相反方向的磁通)的話，便如實線所示偏轉(zhuǎn)，假如電流方向相反，磁通方向也相反，電子束路徑如虛線所示。也就是說，由第1線圈59按規(guī)定曲率使軌跡彎曲，再由第2線圈58接線圈59彎曲方向相反方向使軌跡彎曲。象這樣通過兩個磁場偏轉(zhuǎn)線圈，由磁場使電子束偏轉(zhuǎn)，便可獲得能夠經(jīng)常使電子束按直角與旋轉(zhuǎn)陽極圓筒碰撞的優(yōu)點。由此，可以使電子束截面形狀不論焦點位置如何均為大致圓形的規(guī)定形狀，因而可以防止電子束截面形狀隨焦點位置而變成橢圓等造成再現(xiàn)圖像質(zhì)量變差。
圖16示出的是2焦點式X射線管，它對應(yīng)于一個旋轉(zhuǎn)陽極圓筒具有兩個圖13所示的電子束發(fā)生裝置(燈絲51、加速電極52、靜電偏轉(zhuǎn)電極板53)。這種X射線管51可以從兩個焦點同時產(chǎn)生X射線，但同時產(chǎn)生無法區(qū)別是哪一焦點出射的X射線束得到的數(shù)據(jù)，因而設(shè)法使X射線束在時間上交替發(fā)生。
兩個焦點例如設(shè)法如圖17所示沿軌跡24、25移動。對于某一焦點，如移動軌跡24的實線所示，在沿直線某一方向和其相反方向移動時產(chǎn)生X射線，如圖中虛線所示，在進(jìn)行方向轉(zhuǎn)換(依次切換焦點位置之后電子束回歸最初焦點位置)期間使X射線停止。對于另一焦點也相同，在移動軌跡25的實線部分所示的沿直線某一方向和其相反方向移動的時候產(chǎn)生X射線，在虛線所示的方向轉(zhuǎn)換期間使X射線停止。而且，在某一焦點進(jìn)行方向轉(zhuǎn)換期間，進(jìn)行另一焦點直線移動的話，就可在時間上交替高效地采集來自兩個旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)據(jù)。而且，通過使加在加速電極52上的電壓各不相同，來使兩焦點各自產(chǎn)生的X射線能量有所不同的話，就可以獲得一種臨床方面有意義的兩種能量的X射線CT像。
此外，若采用這種2焦點型X射線管15，還可以有另一優(yōu)點，即可以容易獲得立體透視型透視像。具體來說，停止X射線管15與X射線檢測器12的旋轉(zhuǎn)，在使它們靜止于一定旋轉(zhuǎn)角度的狀態(tài)下，只對受檢體41進(jìn)行Z向移動，將所采集的數(shù)據(jù)在該移動方向上并排的話，就可獲得從兩個焦點位置看到的(立體透視型)透視像。
而且，在X射線管11中使X射線焦點如上文所述在切片面厚度方向上高速移動時，將X射線照射范圍限制于X射線檢測器12的旋轉(zhuǎn)平面正交方向?qū)挾菵以內(nèi)的準(zhǔn)直器13，最好不是象上述那樣固定，而是對應(yīng)于該焦點的移動進(jìn)行移動。圖18示出了采用移動式準(zhǔn)直儀16的另一例。該移動式準(zhǔn)直儀16做成為其在切片厚度方向的開口寬度讓某一焦點產(chǎn)生的X射線僅于X射線檢測器12有效靈敏度區(qū)域在切片厚度方向的寬度D內(nèi)擴(kuò)散(圖18中示出的是焦點位于位置F3時的狀態(tài))。該開口對應(yīng)于焦點的移動，按箭頭所示往復(fù)移動。象這樣將所產(chǎn)生的X射線限制于X射線檢測器12的有效靈敏度區(qū)域D以內(nèi)，可以減少進(jìn)不了X射線檢測器12的雜散一次X射線的比例，減輕X射線對受檢體41的曝射。順便說一下，如圖4所示采用固定式準(zhǔn)直儀13時，由于不得不使開口寬度較大，所以在例如相同焦點位置F3情況下，X射線彌散得比X射線檢測器12有效靈敏度區(qū)域?qū)挾菵大相當(dāng)多，進(jìn)不了X射線檢測器12的雜散一次X射線的比例非常大。
這類移動式準(zhǔn)直儀16可以如圖19所示，將設(shè)有若干縫隙(射線透過孔)62的旋轉(zhuǎn)圓板(圓形射線屏蔽板)61置于X射線管11(或15)的前面構(gòu)成。縫隙62例如是20mm×100mm左右的大小。圓板61配置于這樣的位置，即X射線焦點從位置F1移動至F5時，縫隙62與該移動一致旋轉(zhuǎn)移動的位置，并且按箭頭所示旋轉(zhuǎn)。由于這種旋轉(zhuǎn)移動與X射線焦點的移動需要同步，所以靠電動機(jī)驅(qū)動來高速旋轉(zhuǎn)圓板61時，由光電傳感器63(或移位編碼器等)來檢測該旋轉(zhuǎn)，將此檢測信號送至X射線焦點位置控制裝置33(圖9)，使焦點位置的移動與該旋轉(zhuǎn)同步。
也可以如圖20所示，采用與圓板61相同構(gòu)成的圓板71，配置成這兩圓板61、71的一部分在X射線焦點位置F1—F5處重疊，并構(gòu)成為使之同步旋轉(zhuǎn)。通過這樣構(gòu)成，與圖19所示的移動式準(zhǔn)直儀相比，通過兩圓板61、71重疊部分的縫隙62、72相重合對X射線準(zhǔn)直，所以能夠改善這種準(zhǔn)直的對稱性。
本發(fā)明可以在不脫離其思想和實質(zhì)的情況下以別的具體形式加以實施，因而，本發(fā)明保護(hù)范圍并非指以上說明，而是應(yīng)參照所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種X射線計算機(jī)層析攝影裝置，通過X射線束掃描受檢體，獲得受檢體內(nèi)部三維圖像，其特征在于，所述裝置包括以下組成部分在一平面上沿圓形軌跡旋轉(zhuǎn)，在相對于該旋轉(zhuǎn)平面正交的方向上有多個X射線焦點(焦點位置)的X射線發(fā)生裝置；與所述X射線發(fā)生裝置相對配置，并且在沿所述旋轉(zhuǎn)平面周緣的方向和所述旋轉(zhuǎn)平面正交方向這兩個方向上二維排列有多個檢測元件的X射線檢測裝置；不改變所述X射線發(fā)生裝置和所述X射線檢測裝置相互位置關(guān)系，驅(qū)動它們旋轉(zhuǎn)，并輸出角度信息的旋轉(zhuǎn)控制裝置；使插入所述X射線發(fā)生裝置和所述X射線檢測裝置之間的空間的受檢體對所述X射線發(fā)生裝置和所述X射線檢測裝置作相對移動，在所述X射線發(fā)生裝置旋轉(zhuǎn)當(dāng)中，所述X射線發(fā)生裝置每旋轉(zhuǎn)一圈，便沿所述旋轉(zhuǎn)平面正交方向移動至少在上述各檢測元件旋轉(zhuǎn)平面正交方向跨越一個檢測元件寬度的距離，并且輸出表示所述距離的移動量信息的移動裝置；隨所述旋轉(zhuǎn)控制裝置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，依次切換所述X射線發(fā)生裝置多個焦點位置，并輸出焦點位置信息的X射線焦點位置控制裝置；根據(jù)從所述X射線檢測裝置得到的數(shù)據(jù)，所述旋轉(zhuǎn)控制裝置得到的角度信息，所述移動裝置得到的焦點位置信息，對所述數(shù)據(jù)逆投影為螺旋形狀，再現(xiàn)與受檢體有關(guān)的三維圖像的圖像再現(xiàn)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述X射線檢測裝置將個數(shù)與焦點位置數(shù)相當(dāng)?shù)乃鰴z測元件排列在與所述X射線發(fā)生裝置各焦點位置相對的位置上。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述X射線發(fā)生裝置每旋轉(zhuǎn)一圈，所述移動裝置使受檢體移動與所述X射線檢測裝置在所述旋轉(zhuǎn)平面正交方向上的寬度相當(dāng)?shù)木嚯x或與該寬度2倍相當(dāng)?shù)木嚯x。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述X射線發(fā)生裝置是由繞與所述旋轉(zhuǎn)平面正交的軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極圓筒，使電子束與該圓筒碰撞產(chǎn)生X射線束的電子束碰撞裝置，使所述電子束在所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒的軸向偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)裝置所組成的X射線管。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述X射線管偏轉(zhuǎn)裝置做成將相反方向上產(chǎn)生磁通的2個磁場偏轉(zhuǎn)線圈，串列配置于所述電子束碰撞裝置與所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒之間，使所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒的軸與所述磁通正交；通過切換所述2個磁場偏轉(zhuǎn)線圈的磁通方向，使電子束偏轉(zhuǎn)時垂直照射到所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒上。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述X射線發(fā)生裝置是由繞與所述旋轉(zhuǎn)平面正交的軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極圓筒，使電子束與該圓筒分別不同的位置碰撞產(chǎn)生X射線束的兩個電子束碰撞裝置，分別使兩束電子束在所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒的軸向分別偏轉(zhuǎn)的兩個偏轉(zhuǎn)裝置所組成的X射線管，而且所述X射線發(fā)生裝置交替發(fā)射兩束偏轉(zhuǎn)電子束。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述X射線管的兩個偏轉(zhuǎn)裝置分別做成將相反方向上產(chǎn)生磁通的2個磁場偏轉(zhuǎn)線圈，串列配置于所述電子束碰撞裝置與所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒之間，使所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒的軸與所述磁通正交；通過切換所述2個磁場偏轉(zhuǎn)線圈的磁通方向，使電子束偏轉(zhuǎn)時垂直照射到所述旋轉(zhuǎn)陽極圓筒上。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括移動式準(zhǔn)直儀，該準(zhǔn)直儀與所述X射線焦點位置控制裝置的焦點位置切換相關(guān)聯(lián)移動，將所切換的焦點位置的X射線照射范圍限制在所述X射線檢測裝置的所述旋轉(zhuǎn)平面正交方向?qū)挾纫詢?nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述移動式準(zhǔn)直儀包括在圓筒附近形成多個縫隙的圓板，以規(guī)定速度旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述圓盤的驅(qū)動裝置和檢測所述圓盤旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的傳感器；所述X射線焦點位置控制裝置與所述旋轉(zhuǎn)狀態(tài)連動切換焦點位置。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述移動式準(zhǔn)直儀包括兩片圓板，并做成各片圓板的一部分重疊，而且所述圓板各自的縫隙在所述X射線發(fā)生裝置的各焦點位置上重合。
全文摘要
一種X射線CT裝置，其中包括在旋轉(zhuǎn)平面的上有多個焦點的X射線發(fā)生部；與前者相對配置，有二維排列的多個檢測元件的X射線檢測部；使前兩者保持相對位置關(guān)系旋轉(zhuǎn)，輸出角度信息的旋轉(zhuǎn)控制部；使受檢體相對前兩者在旋轉(zhuǎn)平面正交方向上移動，至少跨越一檢測元件，并輸出該移動量信息的移動部；旋轉(zhuǎn)過程中依次切換多個焦點位置并輸出位置信息的X射線焦點位置控制部；根據(jù)檢測部測出的數(shù)據(jù)、角度信息、移動量和焦點位置再現(xiàn)三維圖像的圖像再現(xiàn)部。
文檔編號H05G1/26GK1126578SQ9510487
公開日1996年7月17日 申請日期1995年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月30日
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