专利名称：移动ct扫描仪及操作方法
技术领域：
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种移动CT扫描仪及操作方法。
背景技术：
在我国，毎年因脑部疾病和交通事故导致的脑部损伤而需要进行头部CT扫描的病人有一千多万人。许多病人，特别是交通事故患者，需要在短时间内得到CT诊断，需要在急诊室或手术室中，或者甚至是在救护车上，进行CT扫描，这是传统的固定式CT扫描仪所无法胜任的。因此，迫切需要针对头部成像的小型可移动CT扫描仪。然而，现有的移动式CT扫描仪I (请參见图I)的重量大约在350kg以上，转移使用时移动不便，重量有待减轻。而且现有的移动式CT扫描仪I主要是对扫描仪体积和重量方面进行了小型化改进，其核心关键部件仍然沿用大型CT扫描仪的传统技木，也就是说X 射线管还是采用热灯丝产生电子。热灯丝X射线管的工作原理是通电给灯丝加热，当灯丝温度达到上千摄氏度时发射热电子，热电子在电场力作用下汇聚、加速撞击阳扱，从而产生X射线(请參见图2)。热灯丝X射线管存在以下缺点第一，热灯丝发射产生电子的模式导致此类X射线源的启动速度慢、使用寿命短，因为灯丝需要预热，而且在高温和高电流下工作，很容易受损，传统CT扫描仪一般需要一年更换一次CT球管。第二，当要求连续脉冲方式扫描时，热灯丝X射线管不能够关闭电子源，只能通过调整偏压和灯丝电流強度，抑制电子撞击阳极靶，或者在射线出ロ处设置机械门控的方式来实现连续脉冲，这无疑増加了 X射线源的复杂程度。另外，这两种方法的脉冲性能都不好。第三，热灯丝X射线管还导致被扫描物体接受更多的辐射剂量。因为螺旋CT扫描一周通常需要获取1000多个投影角度的数据用来进行图像重建。从图像重建算法的角度看，其实并不需要这些多投影角度。也就是说，从这1000多个投影角度的投影数据中抽取一半甚至1/10的投影数据也能够完成图像重建，给出合格的断层图像。不过，为了降低因旋转成像引起的切向体素重叠效应，投影角度数不能減少。因为在探測器连续采样过程中，探測器和X射线源均在旋转(请參见图3)。如果旋转一周的投影角度数減少，那么单位采样时间必然延长，则成像物体同心圆上相邻体素的投影就会重叠在一起，从而引入旋转伪影(请參见图4)，这是图像重建算法无法解决的。为了方便理解，下面举个例子对传统CT扫描仪采样过程进行说明。假设X射线源和探測器旋转一周360°需要采集1440个角度的投影数据，则每个探测器単元在毎次采样中需旋转覆盖O. 25°。如果我们将旋转一周需要采集的投影角度数从1440个降至720个，则每个探测器单元在毎次采样中需旋转覆盖O. 5°。在这个扇形角内(请參见图4)，成像物体的体素是无法通过图像重建算法分辨开的。随着扇形角的増大，切线方向上更多的体素的投影数据被重叠一起，导致断层图像的分辨率更差。此处需要说明的是，这种減少投影角度数的方法只是减少了 CT扫描仪中数据采集系统需要处理的数据量，并没有减少总的辐射剂量。因此，这种连续发射电子的成像方式的辐射剂量很高。由于辐射剂量高，导致周围环境的剂量相应增加，这无疑増加了床旁检查的环境风险，限制了移动CT进入普通病房进行检查诊断工作。另外，现有的移动式CT扫描仪的水平扫描运动采用履带方式，履带2直接接触地面(请參见图I)。这种方式的优点是重心稳定，但最大的缺点是对工作场地的地面要求非常高，不能在一般地面和野外环境扫描，而且精度不高，螺旋扫描时由于运动的精度问题无法提供清晰的断层图像。有鉴于此，有必要提出ー种新型的移动CT扫描仪的设计方案。
发明内容
本发明提出一种移动CT扫描仪，以简化结构、提高脉冲性能、降低辐射、提高成像质量、实现ー机两用。本发明还提出一种移动CT扫描仪的操作方法。为达所述优点或其它优点，本发明之一实施例提出一种移动CT扫描仪。该扫描仪包括底板平台、机架、转盘、X射线发射源以及探測器与数据采集系统。所述底板平台上设·置有直线导轨，所述机架的一端设置有导轨滑块与所述直线导轨滑动连接，所述机架的另一端与所述转盘连接。所述转盘可相对于所述机架旋转。所述X射线发射源及所述探测器与数据采集系统设置于所述转盘且分别位于所述转盘的同一直径的两端。所述X射线发射源包括带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管。在本发明之一实施例中，所述带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管包括阴极、阳极以及设置于阴极及阳极之间的栅极。所述阴极包括基板以及形成于所述基板上的碳纳米管发射阵列，所述碳纳米管发射阵列在所述栅极和所述阴极之间外加强电场的作用下产生场致发射，场致发射产生的电子穿过所述栅极后在所述栅极和所述阳极之间的强电场下加速，然后轰击所述阳极产生X射线。在本发明之一实施例中，进ー步包括水平运动驱动模组，包括连接于所述底板平台的水平运动电机以及连接于所述机架的滚珠丝杆。所述水平运动电机驱动所述滚珠丝杆从而带动所述导轨滑块以及所述机架沿所述直线导轨水平移动。在本发明之一实施例中，进ー步包括旋转运动驱动模组，包括与所述转盘固定连接且同心的大带轮、固定于所述机架上的旋转电机以及固定于所述旋转电机转子一端的小带轮。所述小带轮在所述旋转电机的驱动下旋转从而带动所述大带轮旋转，从而实现所述转盘相对于所述底板平台的旋转运动。在本发明之一实施例中，进ー步包括滑环，所述滑环固定于所述转盘上，且与所述探測器与数据采集系统信号连接。为达所述优点或其它优点，本发明之另ー实施例提出一种用于上述移动CT扫描仪的操作方法，包括步骤驱动所述导轨滑块相对于所述直线导轨滑动以实现水平扫描，或者驱动所述转盘相对于所述机架旋转实现旋转扫描。在本发明之一实施例中，在驱动所述导轨滑块相对于所述直线导轨滑动的同时驱动所述转盘相对于所述机架旋转以实现螺旋扫描。在本发明之一实施例中，在旋转扫描过程中，使所述X射线发射源移动到ー个位置发射一次X射线从而实现脉冲方式成像。在本发明之一实施例中，使所述X射线发射源和所述探测器与数据采集系统在所述导轨滑块与所述直线导轨的配合下沿着所述移动CT扫描仪轴线水平运动，使所述X射线发射源每到ー个指定位置就发射一次X射线，然后将这些位置采集到的投影数据通过图像处理软件拼接起来，形成X光片。本发明采用基于碳纳米管的带有栅极控制的场发射阴极X射线源替代传统的热灯丝X射线源，使得X射线源使用寿命延长，降低了扫描仪营运成本；采用带有栅极控制的场发射阴极X射线源来实现脉冲成像方式，降低了辐射剂量，有效抑制了旋转运动伪影，并且降低了数据传输系统的压力；采用高精密导轨替代履带实现扫描仪在扫描过程中的移动，高精密导轨配合脉冲成像方式实现了ー机两用。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进ー步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I为现有移动式CT扫描仪的示意图。图2为现有技术中旋转阳极型热灯丝X射线管的结构示意图。图3为现有技术中螺旋CT扫描仪的X射线管与探測器与数据采集系统同时旋转成像示意图。图4为现有技术中切向体素重叠效应示意图。图5为本发明实施例中的移动CT扫描仪的立体示意图。图6为图5中的移动CT扫描仪于另ー个角度的立体不意图。图7为图5中的移动CT扫描仪的仰视图。图8为带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管的工作原理图。图9为移动CT扫描仪透视成像脉冲发射采样示意图。图中标号说明1.现有的移动式CT扫描仪，2.履带，3.转子，4.电磁定子，5.支撑轴，6.阳极，7.玻璃壁，8.灯丝电路，9.灯丝，10.电子束，11. X射线束，12. X射线源，13.探测器单元，20.移动CT扫描仪，21.底板平台，22.机架，23.转盘，24. X射线发射源，25.探测器与数据采集系统，210.直线导轨，220.导轨滑块，240.阴极，242.阳极，244.栅极，2400.基板，2402.碳纳米管阵列，260.水平运动电机，262.滚珠丝杆，270.大带轮，272.旋转电机，274.小带轮，28.滑环。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的移动CT扫描仪及其操作方法的具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如下。有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合參考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供參考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。图5为本发明实施例中的移动CT扫描仪的立体示意图，图6为图5中的移动CT扫描仪于另ー个角度的立体示意图，图7为图5中的移动CT扫描仪的仰视图。请同时參照图5至图7，于本实施例中，移动CT扫描仪20包括底板平台21、机架22、转盘23、X射线发射源24以及探測器与数据采集系统25。所述底板平台21上设置有高精密的直线导轨210，所述机架22的一端设置有导轨滑块220与所述直线导轨210滑动连接，所述机架22的另一端与所述转盘23连接，所述转盘23可相对于所述机架22旋转。所述X射线发射源24及所述探测器与数据采集系统25设置于所述转盘23且设置于所述转盘23的同一直径的两端。所述X射线发射源24包括带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管，所述探测器与数据采集系统25包括多个探测器単元。于本实施例中，探測器与数据采集系统25可以探测并采集扫描数据。移动CT扫描仪20还可以进ー步包括滑环28。滑环28固定于转盘23上，且与探測器与数据采集系统25信号连接用于接收探 测器与数据采集系统25所采集的数据。图8为带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管的工作原理图。请參见图8，具体来讲，于本实施例中，带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管包括阴极240、阳极242以及设置于阴极240及阳极242之间的栅极244。阴极240包括基板2400以及形成于基板2400上的碳纳米管发射阵列2402。其具体发射原理如下碳纳米管发射阵列2402在栅极244和阴极242之间外加强电场的作用下产生场致发射，场致发射产生的电子穿过栅极244后在栅极244和阳极242之间的强电场下加速，然后轰击阳极242产生X射线。碳纳米管具有很低的场发射开启电场强度(l-3V/ym)和很高的场发射电流密度ΠΑ/cm2)，可在普通高真空度Cl(T5Pa)下长期稳定工作。带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管具有时间响应快，可以随时开启，无需灯丝加热电源，射线源体积减小等优点。请再參照图5至图7，于本实施例中，所述底板平台21上设置的直线导轨210为两条平行设置的直线导轨。所述机架22上的导轨滑块220也包括两个分别与上述两条直线导轨相配合的导轨滑块。进ー步的，于本实施例中，所述移动CT扫描仪20还包括水平运动驱动模组，用于驱动所述移动CT扫描仪20水平移动，也就是驱动所述导轨滑块220相对于所述直线导轨210滑动从而实现所述转盘23相对于所述底板平台21水平移动，此时移动CT扫描仪20可进行水平扫描。水平运动驱动模组包括连接于底板平台21的水平运动电机260以及连接于所述机架22的滚珠丝杆262，所述水平运动电机260驱动所述滚珠丝杆262从而带动所述导轨滑块220以及所述机架22沿所述直线导轨210水平移动。可以理解的是，水平运动驱动模组的具体结构并不局限本实施例所掲示的，其他能够驱动所述导轨滑块220相对于所述直线导轨210滑动的驱动结构均可用在本发明中，本发明并不以此为限。进ー步的，于本实施例中，所述移动CT扫描仪20还包括旋转运动驱动模组，用于驱动所述移动CT扫描仪20的转盘23进行旋转，从而实现所述转盘23相对于所述底板平台21旋转运动,此时移动CT扫描仪20可进行旋转扫描。旋转运动驱动模组包括与所述转盘23固定连接且同轴心的大带轮270、固定于所述机架22上的旋转电机272以及固定于旋转电机272转子一端的小带轮274。所述小带轮274在所述旋转电机272的驱动下旋转从而带动所述大带轮270旋转，从而实现所述转盘23相对于所述底板平台21的旋转运动。可以理解的是，旋转运动驱动模组的具体结构并不局限本实施例所掲示的，其他能够驱动所述移动CT扫描仪20的转盘23进行旋转的驱动结构均可用在本发明中，本发明并不以此为限。进ー步的，于本实施例中，当所述旋转电机272以及水平运动电机260同时工作吋，也就是当上述水平运动及旋转运动同时进行时即可实现螺旋运动，此时移动CT扫描仪20可进行螺旋扫描。也就是说，本实施例中的移动CT扫描仪20可以实现水平扫描、旋转扫描以及螺旋扫描。在移动CT扫描仪中，使用上述带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管的X射线发射源24可以实现脉冲方式成像。所谓脉冲方式成像，就是在旋转扫描过程中， X射线发射源24移动到ー个位置发射一次X射线，而不用一直发射。这样就能够在减少投影角度数的同时不增加每个探测器单元对应的扇形角，所以它不但降低了辐射剂量，有效抑制了旋转运动伪影，而且降低了数据传输系统的压力。另外，采用脉冲发射采样的方式还可以获取透视图像，因此可以实现ー机两用。移动CT透视成像的基本工作原理如下X射线发射源24和探測器与数据采集系统25在高精密的直线导轨210与导轨滑块220的配合下沿着扫描仪轴线水平运动，X射线发射源24每到ー个指定位置就发射一次X射线(请參见图9)，将这些位置采集到的投影数据通过图像处理软件拼接起来，就成了一张大的X光片。这样不但避免了连续曝光采样的运动模糊，而且减少了辐射剂量。综上所述，本发明采用基于碳纳米管的带有栅极控制的场发射阴极X射线源替代传统的热灯丝X射线源，使得X射线源使用寿命延长，降低了扫描仪营运成本；采用带有栅极控制的场发射阴极X射线源来实现脉冲成像方式，降低了辐射剂量，有效抑制了旋转运动伪影，并且降低了数据传输系统的压力；采用高精密导轨替代履带实现扫描仪在扫描过程中的移动，高精密导轨配合脉冲成像方式实现了ー机两用。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用所述掲示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种移动CT扫描仪，其特征在于，包括 底板平台(21)、机架(22)、转盘(23)、X射线发射源(24)以及探测器与数据采集系统(25)，所述底板平台(21)上设置有直线导轨(210)，所述机架(22)的一端设置有导轨滑块(220)与所述直线导轨(210)滑动连接，所述机架(22)的另一端与所述转盘(23)连接，所述转盘(23)可相对于所述机架(22)旋转，所述X射线发射源(24)及所述探测器与数据采集系统(25)设置于所述转盘(23)且分别位于所述转盘(23)的同一直径的两端，所述X射线发射源(24)包括带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管。
2.根据权利要求I所述的移动CT扫描仪，其特征在于所述带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管包括阴极(240)、阳极(242)以及设置于阴极(240)及阳极(242)之间的栅极(244)，所述阴极(240)包括基板(2400)以及形成于所述基板(2400)上的碳纳米管发射阵列(2402)，所述碳纳米管发射阵列(2402)在所述栅极(244)和所述阴极(242)之间外加强电场的作用下产生场致发射，场致发射产生的电子穿过所述栅极(244)后在所述栅极(244)和所述阳极(242)之间的强电场下加速，然后轰击所述阳极(242)产生X射线。
3.根据权利要求I所述的移动CT扫描仪，进一步包括水平运动驱动模组，包括连接于所述底板平台(21)的水平运动电机(260)以及连接于所述机架(22)的滚珠丝杆(262)，所述水平运动电机(260)驱动所述滚珠丝杆(262)从而带动所述导轨滑块(220)以及所述机架(22)沿所述直线导轨(210)水平移动。
4.根据权利要求I所述的移动CT扫描仪，进一步包括旋转运动驱动模组，包括与所述转盘(23)固定连接且同心的大带轮(270)、固定于所述机架(22)上的旋转电机(272)以及固定于所述旋转电机(272)转子一端的小带轮(274)，所述小带轮(274)在所述旋转电机(272)的驱动下旋转从而带动所述大带轮(270)旋转，从而实现所述转盘(23)相对于所述底板平台(21)的旋转运动。
5.根据权利要求I所述的移动CT扫描仪，进一步包括滑环(28)，所述滑环(28)固定于所述转盘(23)上，且与所述探测器与数据采集系统(25)信号连接。
6.一种根据权利要求I所述的移动CT扫描仪的操作方法，其特征在于，包括步骤驱动所述导轨滑块(220)相对于所述直线导轨(210)滑动以实现水平扫描，或者驱动所述转盘(23)相对于所述机架(22)旋转实现旋转扫描。
7.根据权利要求6所述的移动CT扫描仪的操作方法，其特征在于在驱动所述导轨滑块(220)相对于所述直线导轨(210)滑动的同时驱动所述转盘(23)相对于所述机架(22)旋转以实现螺旋扫描。
8.根据权利要求6或7所述的移动CT扫描仪的操作方法，其特征在于在旋转扫描过程中，使所述X射线发射源(24)移动到一个位置发射一次X射线从而实现脉冲方式成像。
9.根据权利要求6或7所述的移动CT扫描仪的操作方法，其特征在于使所述X射线发射源(24)和所述探测器与数据采集系统(25)在所述导轨滑块(220)与所述直线导轨(210)的配合下沿着所述移动CT扫描仪轴线水平运动，使所述X射线发射源(24)每到一个指定位置就发射一次X射线，然后将这些位置采集到的投影数据通过图像处理软件拼接起来,形成X光片。
全文摘要
一种移动CT扫描仪，包括底板平台、机架、转盘、X射线发射源以及探测器与数据采集系统。所述底板平台上设置有直线导轨，所述机架的一端设置有导轨滑块与所述直线导轨滑动连接，所述机架的另一端与所述转盘连接。所述转盘可相对于所述机架旋转。所述X射线发射源及所述探测器与数据采集系统设置于所述转盘且分别位于所述转盘的同一直径的两端。所述X射线发射源包括带有栅极控制的基于碳纳米管的场发射阴极X射线管。本发明还提出一种上述移动CT扫描仪的操作方法。本发明的移动CT扫描仪结构简单、辐射剂量低、成像质量高、可实现一机两用。
文档编号A61B6/03GK102697517SQ20121021145
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者代秋声, 张涛, 徐如祥, 高枫, 高飞 申请人:苏州生物医学工程技术研究所