兼具DR和CT功能的成像装置的制作方法

本实用新型涉及一种兼具dr和ct功能的成像装置，用于在失重条件下尤其适用于太空舱人员体检。

背景技术：

dr(digitalradiography，数字化x射线摄影)和ct(computeredtomography，计算机断层摄影)，是医学影像检查常用的成熟技术。

成年人体中，水的比例占体重的60～70％，其中在血液里占90％、脑组织里85％、肌肉中75％、骨骼里50％，在地面受重力的影响，人体内各部位的器官、组织形成了地面的常态，现代医学通过放射医学、核医学、超声医学、磁共振四大医学影像建立了适合地面环境的医学影像诊断的重要基础。但是，失重环境下人体中的液体同样处于失重环境，会导致人体内的器官、组织发生变化。为了研究或诊断在太空舱工作人员的身体的健康状况，以及失重对人体的影响，有关部门提出了在太空舱中对人员进行身体检查的要求。放射医学的平面和断层摄影影像是目前医学界普遍公认的，影像将直观证明液体失重后人体各器官位置与地面环境时的不同。因此，需要研制适合太空舱中使用的dr和ct设备。

然而，dr和ct虽然是成熟的技术，但传统dr和ct设备却无法直接搬到太空舱中，这是因为：

(1)传统dr和ct设备功率在30kw以上，而太空舱是利用太阳能电池板获取电能，通常太空舱电源系统只能提供几千瓦左右功率的电源。

(2)受太空舱空间的限制，传统dr和ct设备体积过于庞大，无法安装到太空舱中。

(3)传统dr和ct设备重量大，重量大意味着发射、运输所需要的能量消耗大。

有鉴于此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种兼具dr和ct功能的成像装置，与传统dr、ct医学成像设备比，具有功率低、体积小和重量轻的特点。

本实用新型的兼具dr和ct功能的成像装置，由面阵探测器、窄缝射线源、旋转台、计算机工作站和射线源线性移动台组成；

所述窄缝射线源用于产生薄的扇形x射线束，并安装于所述射线源线性移动平台上以改变扫描位置；

所述面阵探测器位于窄缝射线源扫描区域，用于探测x射线并形成电信号；

所述旋转台用于使站立在上面的人旋转以产生ct断层图像；

所述计算机工作站有控制模块用于控制旋转台、窄缝射线源和射线源线性移动平台，以及数据采集和处理模块用于采集和处理面阵探测器信号，以形成图像信息。

进一步地，所述计算机工作站还具有储存模块，用于储存控制参数和影像数据。

进一步地，所述计算机工作站还具有通讯模块用于通讯。

进一步地，所述面阵探测器为长方形动态平板探测器，通过旋转平台或吸盘水平或垂直固定在太空舱上，以满足常规平面扫描摄影和长肢体平面扫描摄影的不同要求。优选地，所述动态平板探测器长度980mm，宽度460mm，像素尺寸140μm×140μm。

优选的，所述窄缝射线源由控制电路、高压发生器、射线源、准直缝束光器组合构成，以产生厚度不大于1mm、探测器最大宽度430mm的平面射线束。

进一步地，所述旋转台上有绑扎带。

优选地，所述旋转台靠近所述面阵探测器一侧。

本实用新型的兼具dr和ct功能的成像装置，具有如下优点：

(1)采用窄缝射线源，可以降低功率，以适应太空舱电源系统小功率要求。

(2)采用面阵探测器与窄缝射线源相结合，与线阵探测器相比减少了移动和驱动机构，降低了重量减少了体积，提高了可靠性。

(3)采用旋转台旋转人体，既可以实现ct扫描要求，又可以实现dr人体不同体位的扫描摄影要求。

(4)采用长方形面阵探测器，可以满足普通拍片要求又可以满足长肢体拍片要求。

因此，这种成像装置，与现有dr和ct成像设备相比，体积变小、重量减轻、所需功率小，可以适用于太空舱，也能应用于飞机、空间站、地心等特殊环境使用。

附图说明

图1为本实用新型的兼具dr和ct功能的成像装置示意图；

图2为常规拍片示意图；

图3为图2的俯视图。

图4为长肢体拍片示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为断层摄影示意图。

图7为图6的俯视图。

图中：1、面阵探测器，2、旋转平台，3、线性移动平台，4、准直缝束光器组合，5、高压发生器和射线源，6、驱动部，7、计算机工作站，8、旋转台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。

如图1所示，是本实用新型的兼具dr和ct功能的成像装置示意图，由以下几部分组成：

便携式窄缝射线源，由控制电路、高压发生器和射线源5、准直缝束光器组合4组成，用于产生薄的扇形x射线束，并安装于线性移动平台3上，并在驱动部6驱动下沿线性移动平台线性移动，以进行匀速扫描；

面阵探测器1，位于窄缝射线源的扫描区域，用于探测x射线并形成电信号；

旋转台8，用于使站立在上面的人体旋转以产生ct断层图像；

计算机工作站7，有控制模块用于控制旋转台8、窄缝射线源和射线源线性移动平台，以及数据采集和处理模块用于采集和处理面阵探测器1的信号，以形成图像信息。

上述面阵探测器1、旋转台8和便携式窄缝射线源，均与计算机工作站7采用无线通讯，以实现无线控制和数据采集，以使其在功能上形成一个系统，而不必进行物理连接，采用无线、临时固定的方法，相互间不需要机械结构联接，易于操作使用，又降低重量和体积，可以根据太空舱空间进行安装。

下面具体描述各部分的核心技术特点：

1、便携式窄缝射线源

射线源的核心关键问题，是在满足诊断要求的前提下，摄影时的瞬间照射剂量如何控制到最小的问题，因这涉及到发射源的电功率、各部件重量、产品体积、辐射防护的方案等一系列关键问题。

本实用新型通过准直缝束光器组合4，使光源产生的x射线，形成厚度不大于1mm、探测器最大宽度430mm的平面射线束，“切割”人体后直接进入探测器。具有这样的效果：(1)减少了二次和多次散射线进入探测器中，形成低本底，探测器收集信号的噪声降低了三倍以上，所以加载射线源电子束的电流降低至不足常规设备的三分之一。(2)由于不需要常规面阵摄影的430mm高度的视野，射线源靶面角从普通摄影所需的12～17度降低到近似“0”度靶面角(如1度)，使得输出的有效射线能量强度提高了12～17倍。(3)考虑到射线源“足跟效应”的影响，上下边缘射线无法使用，中间射线线质最好，所以我们利用的是最好部分的射线束，比均值高2倍。(4)探测器对垂直感光面射线的灵敏度高于倾斜入射。(5)实现设备微小剂量，使受检者每部位每次摄影受照条件仅为目前医院常规摄影条件的1/50，即受检者50个部位的曝光摄影总辐射剂量仅相当于医院常规人群一次曝光摄影的剂量。

为了获得断层数据，需要扩大射线源的水平射线的出线角度，探测器探测视野的宽度加大到600～1200mm左右，形成直径400～600mm的有效射线束扫描覆盖孔径，该孔径为旋转装置的位置。

所以，窄缝射线束扫描的线质比常规面曝光高3×12×2＝72倍，电流可以降低相同的倍数；由于电压(常称为高压kv，对应射线的穿透能力)不变，所以采用窄缝扫描方案，理论上可以使射线源的功率降低72～102倍。因此，窄缝扫描方案是解决低剂量、小功率的关键。常规数字x射线机胸部每像素摄影照射条件95kv、500ma、20msec,最大瞬时功率约95×500近似50千瓦，而采用低剂量窄缝技术设备仅为95kv、10ma、1msec，相当于1千瓦。

2、面阵探测器

采用动态平板探测器，长度980mm，宽度460mm，像素尺寸140μm×140μm，可以满足dr和ct分辨率要求。通过旋转平台2安装在太空舱或固定架上，实现常规拍片和长肢体拍片要求。

如图2和图3所示，是常规拍片示意图，比如拍脊柱或胸部、腹部，因为人体宽度要求，此时作为面阵探测器1的动态平板探测器，是以980mm的长边方向与脊柱垂直，460mm的短边方向与脊柱方向平行，x射线束以及探测器均能够覆盖躯体宽度。

而对于长肢体例如上肢和下肢拍摄，由于长度大于宽度要求，因此如图4所示，只要把面阵探测器1旋转90度，使其980mm的长边与肢体长度方向一致即可。图4示出了给上肢拍片的示意图，此时无论是x射线束还是面阵探测器均可以覆盖长肢体。

为了实现面阵探测器的旋转，面阵探测器通过一个旋转平台2固定在太空舱上，或者直接通过其背部吸盘吸附在太空舱上，均可以实现。

采用面阵探测器的优点在于，不需要与窄缝射线源精确同步的驱动装置，可以减化结构和降低重量。

3、旋转台

旋转台8的作用在于使人体按ct扫描的要求在计算机工作站7的协调控制下，配合窄缝射线源匀速扫描动作，使人体配合旋转，以获得ct断层影像。

在失重环境下最大可用范围内，400～600mm直径的旋转空间尽可能靠近面阵探测器1一侧，降低对探测器采集长度的要求，尽可能缩短探测器的长度满足小型化的要求；同时在满足最佳断层卷积重建的前提下，尽可能缩短sid(sourceimagedistance，源像距，x射线源与胶片之间的距离)探测器到射线源焦点的距离，因为射线强度与距离的平方成反比，所以sid越小，射线利用率就越高。

由于失重下人体对旋转台8没有压力，因此可通过绑扎带将航天员脚部绑扎在旋转台上。

因此，如图6和7所示，旋转台要尽量靠近面阵探测器1。

4、计算机工作站

有控制模块用于控制旋转台8、窄缝射线源和射线源线性移动平台同步协调一致地进行dr、ct扫描，以及数据采集和处理模块用于采集和处理面阵探测器1的信号，通过加工、处理、平面成像成为平面影像，或卷积重建成为该断层的影像。并通过储存模块，用于储存控制程序、参数和影像数据。计算机工作站7还具有通讯模块用于通讯。

本实用新型，在dr模式下，如图常规拍片所示，在射线源和探测器之间，失重环境下，受检者根据程序移动身体摆好摄影位置，计算机控制窄缝射线束自上而下扫描人体，通过探测器获得不同部位每行的x射线数值，通过计算机工作站加工、处理、平面成像成为平面影像。如图长肢体拍片所示，探测器旋转90度后，可以拍摄更长尺寸的影像，满足全脊柱、胸腹部、全上肢、全下肢的摄影要求。

在ct工作模式下，在射线源和探测器之间，失重环境下，计算机工作站7通过旋转台8匀速旋转受检者，计算机工作站7通过控制窄缝准直器使射线束水平扫描人体同一位置180度以上，面阵探测器1在固定位置接收x射线，通过探测器采集受检者旋转过程中各角度的x线数据，每旋转1或2度采集一次数据，如旋转速度为36～72度/秒，每旋转180度经过图像重建，形成一幅x线断层图像，通过面阵探测器1获得该水平层的大于180度的n×180个view的x射线数值，通过计算机工作站加工、处理、卷积重建成为该断层的影像；轴向移动位置后重复旋转上述过程，可以获得下一层的断层影像。失重环境下，如果受检者连续旋转受射线束“切割”，射线束同时沿轴向匀速位移10厘米，动态面阵探测器对应射线束的线阵连续采集，相当于地面常规的快速螺旋扫描ct。

设备轻量化，在现有重量1000公斤的基础上通过这种设计，可达到20～50公斤。利用失重设计受检者拍摄规定的部位，医学影像平片尺寸17×17英寸，符合国标14×17英寸，最大可达到430mm×860～980mm，实现全脊柱、全上肢和全下肢的摄影，像素尺寸不大于200μm×200μm；每次断层扫描范围为1～430mm，实现胸部(包括心脏、肺部)、腹部、骨盆、头颅、关节、肢体的断层图像和重建后的3d图像。