用于高转速扫描器的方法与仪器的制作方法

专利名称：用于高转速扫描器的方法与仪器的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及旋转成像扫描器系统，更具体地说，本发明涉 及用于具有高转速的扫描器系统的方法和仪器。
背景技术：
高压电源变压器被应用于各种场合，诸如在行李扫描器系统、计算断层照相(CT)系统和相似物中。通常使用CT系统以获得测试物体的非侵入式的断层图像，尤其是获得人体组织内影像，以用于医疗分析和治疗的目的。当前的行李扫描器系统和CT系统把测试物体 (诸如行李箱或病人)置于旋转机架的中央敞口内的传送带上或工作台上，旋转机架由固定机架支撑。旋转机架包括X射线源和检测器阵 列，其位于敞口的相对侧上，X射线源和检测器阵列会围绕需成像 的测试物体。在若干角位置中的每个角位置处沿着旋转路径(即"投影 "),X射线源发出穿透测试物体的光束，其^皮测试物体衰减，并由检 测器阵列接收。X射线源利用高压电源，以产生X射线光束。检测器阵列中的每个检测器元件产生分离的电信号，以指示衰 减的X射线光束强度。来自所有检测器元件的电信号被安装在旋转 机架上的电路采集和处理，以产生各台架位置或投影角度处的投影 数据集。在X射线源和检测器阵列的一次回转期间，可从不同的台 架角度获得投影数据集。然后由计算机处理投影数据集，以把投影 数据集重建成包袋的图像或病人的CT图像。安装在旋转机架上的电路由低压电源供电，而X射线源则由高 压电源供电。传统的基于旋转台架的系统利用电刷和滑动环机构， 以在台架框的固定部分和旋转部分之间以相对较低压传输功率。旋 转台架部分具有变换器和高压拒，其安装于旋转台架部分上且连接 到电刷和滑动环机构。变换器和高压拒包括变压器、整流器和滤波电容(filter capacitance)组件，其对巴电压从低压(通过电刷和滑动环才几构 转换)建立起驱动X射线源所需的高压。高压拒中的变压器产生高压 AC信号，高压拒内的整流电路则把高压AC信号转换为高压DC信 号。然而，传统的基于旋转台架的扫描器系统带有某些特定的缺点。 旋转台架部分上的高压拒和变换器会增加系统的重量、体积和复杂 度。然而，电刷和滑动环机构(其通常用于运载可观电流)也会面临可 靠性降低、维护问题和产生电噪声的问题，这些都会干扰到灵敏电 子仪器。在开发旋转速度更快的系统时，所希望的是，能够减少旋 转部件的体积和重量。需要一种扫描器仪器和方法，以解决上面关注的问题及过去经 历过的问题。发明内容在一个实施例中，成像系统包括，具有固定部件的台架(gantry), 该固定部件联接到旋转部件上，该旋转部件在接近旋转部件围绕其 旋转的轴线处具有敞口区域，X射线源设置于旋转部件上，X射线检 测器设置于旋转部件上，并构造成能够接收来自X射线源的X射线， 设置于固定部件上的谐振变换器(resonant inverter)用来控制到X射线 源的输入电压，旋转变压器具有沿环向设置的初级绕组和次级绕组， 初级绕组设置于固定部件上，且次级绕组设置于旋转部件上，旋转 变压器包括漏电感，该漏电感联接到谐振变换器，以形成谐振网络。在另一实施例中，成像系统可以包括具有固定部件的台架，该 固定部件联接到旋转部件。旋转部件可以在接近旋转部件围绕其旋 转的轴线处具有敞口区域。成像系统也可以包括设置于旋转部件上 的多个X射线源，第一X射线源包括第一型X射线管，第二X射线
源包括第二型x射线管，其中第一型和第二型射线管是不相同的， 成像系统还包括设置在固定部件上的谐振变换器，用以向X射线源 输入电压。成像系统还包括多个X射线检测器，其设置于旋转部件上，并构造成能接收来自至少一个x射线源的x射线，第一x射线检测器包括第一型X射线检测器，第二 X射线检测器包括第二型X射线检测器，其中第一和第二型射线检测器是不同的，并且旋转变 压器具有沿环向设置的初级和次级绕组，初级绕组设置于固定部件 上，而次级绕组设置于旋转部件上，谐振网络通过沿变换器的输出 引线设置的电容器与旋转变压器的漏电感串联而形成。在还有一个实施例中，成像系统台架机构可以包括固定部件和 旋转部件，转部件可旋转地联4妾到固定部件。旋转部件可以在接近 旋转部件围绕其旋转的轴线处具有敞口区域。成像系统台架机构可以进一步包括设置于旋转部件上的X射线源，X射线检测器设置于旋转部件上，并构造成能够接收来自x射线源的x射线，旋转变压 器具有沿环向设置的初级绕组和次级绕组，其中初级绕組设置于固 定部件上，次级绕组设置于旋转部件上。次级绕组联接到分布于旋 转部件的外围附近的高压枉。在另外还有一个实施例中，成像系统台架机构包括固定部件和 旋转部件，旋转部件可旋转地联接到固定部件，旋转部件在接近旋转部件围绕其旋转的轴线处具有敞口区域，X射线源设置于旋转部 件上，并且X射线检测器设置于旋转部件上，并构造成能够接收来 自x射线源的x射线。成像系统台架机构进一步包括旋转变压器，其具有沿环向设置的初级绕组和多个沿环向设置的次级绕组，次级 绕组互补于初级绕组。初级绕ia于设置于固定部件上，次级绕组设 置于旋转部件上。各次级绕组为各自的旋转部件子系统供电。各次 级绕组联接到各自的高压柜，高压根分布于旋转部件外围附近，以 输送电能到各自的旋转部件子系统。


图1是示例性的成像系统台架机构(已经去除外罩)的正视图，其包括旋转部件和固定的基座部件；图2显示了无接触式功率传送系统(power transfer system),其构造成能够代替传统CT系统的滑动环和电刷；图3显示了根据可选实施例而形成的无接触式功率传送系统； 图4显示了设置于平行平面中的简化的初级绕组和单一次级子绕组的截面布置，以及次级子绕组的正视图；图5显示了旋转部件的侧视图，其包括底板，而旋转铁心(rotatingcore)安装于底板上；图6是根据示例性实施例构建的台架机构的示意性正视图； 图7是根据另一示例性实施例构建的台架机构的示意性正视图； 图8是根据又一示例性实施例构建的台架机构的示意性正视图； 图9是根据还有一个示例性实施例构建的台架机构的示意性正视图；图10是根据还有另一个示例性实施例构建的台架机构的示意性 正4见图；及图11是示例性检测器的示意图，该检测器能够与根据实施例的 台架机构的各种实施例 一起使用。图12是根据实施例的无接触式功率传送系统的示意图。图13是根据另 一 实施例的无接触式功率传送系统的示意图。零部件清单系统10 . 旋转的基部部件20 固定的基部部件22 X射线管24 准直器25
检波器板部件26 Z轴32 交换器34 高压发生器36 高压箱38 支架40轴向电动才几组件44 VDC(直流电压)48 位置50 选择位置52旋转铁心60 内表面64 初级绕组68非接触式功率传送系统250固定的旋转部件252旋转部件254轴线256固定铁心258旋转铁心260气隙262内表面264外表面266绕组槽口 268绕组槽口 270中间支柱272中间支柱274初级绕组276次级绕组278 弧形部段282弧形部段284非接触式功率传送系统350固定部件352旋转部件354轴线356固定铁心358旋转铁心360气隙362側部364侧部366绕组槽口 368绕组槽口 370中间支柱372中间支柱374 初级绕组376 次级子绕组378 弧形部段382 弧形部段384 固定铁心458 旋转铁心460 气隙462 初级绕组476 次级绕组478 导线479 绝缘体481 子绕组492 旋转部件554 底板555信号调理模块557 绕组输出引线559 旋转铁心560 次级子绕组592 台架600 可旋转部件602 旋转铁心604非接触式功率传送系统606整流器608X射线管610准直器612能量过滤器614检测器616电子仪器618热交换器620辅助面才反622面板622动子控制部分624 灯丝驱动部分626 辅助部分628 台架700 X射线管710 准直器712 能量过滤器714 检测器716 电子仪器718 热交换器720 辅助面板722 控制部段724 驱动部段726 辅助部分728 台架800 促动器802 促动器804 促动器806 促动器808 距离812 台架900 旋转变压器卯2 旋转变压器904 整流器906 绕组908 整流器910 绕组912 灯丝变压器914 灯丝变压器916 台架1000 检测器1002 检测器1004 检测器1100 内表面1102 ^r测器元件1104 分辨率元件1106 元件1108 低分辨率区域1110 分辨率1112 系统1200 旋转变压器1202 初级绕组1206 变换器1208 晶 体管开关1209 电容器1210 电容器1211 旋转框架1212 输出引线1213 输出引线1214 电感1221 电容器122具体实施方式
图1是示例性台架机构(10)(其外罩已经被去除)的正视图，包括 旋转基座部件(20)和固定基座部件(22)。 X射线管(24)和准直器(25)与 检测器底板部件(26)—起位于旋转基座部件(20)上。病人或其它物体 (未示出)位于工作台部件(未示出)上，并沿Z轴(32)移动，Z轴(32)是 旋转基座部件(20)旋转的轴线。X射线管部件(24)和检测器底板部件 (26)相互相对地位于旋转基座部件(20)上，并且在工作台部件移动穿 过台架机构(10)的中央敞口时，完成工作台部件上的病人或物体的X 射线图像。旋转基座部件(20)包括附加组件，其围绕旋转基座部件(20)沿环 向地间隔开。其中附加组件可以包括热交换器(34)、高压发生器(36) 和高压拒(38)。同样，如同普通的CT系统，轴向轴承和滑动环(未示 出)附接到旋转基座部件(20)。支撑托架(bearing bmcket)(40)用于附接 轴向轴承到固定基座部件(22)。如同CT系统常用的，电能通过通过
滑动环和滑动环电刷被供给到旋转基座部件(20)上的电子组件。可以 件(20)。
旋转基座部件(20)上部件的相对位置由离开12点位置(如图1中 所示)的角度来表示，其中O度点就是指位于12点的位置。如图所示， 从正视图中看台架部件时，以逆时针测量角度。因此，90度的位置 位于9点位置，而180度位置位于6点位置，等等。
由于设置于旋转基座部件(20)上的各种组件的重量和它们的相对 位置，在其旋转时，台架部件通常是不平衡的。这种不平衡会同时 出现在X轴、Y轴方向以及Z轴方向。为了防止这种不平衡，平衡-配重(balance weight)系统被应用于两个预选的位置(50)和(52)。
旋转基座部件(20)的不平^f导致整个台架以每回转一次的频率振 动。这种运动有损于图像质量，因在运动增强到一定门限时会产生 伪影。增加旋转速度，振动可能会产生超过某些部件的误差门限的 力，这会引起增加系统(10)维护需求的后果。
图2显示了无接触式功率传送系统(250),其构造成能够代替传 统CT系统的滑动环和电刷。该系统(250)包括固定部件(252)和旋转 部件(254),其位置相互接近且围绕轴线(256)同心设置。旋转部件(254) 相对于固定部件(252)围绕轴线(256)旋转。通过示例的方式，固定部 件(252)可以简单地表现为定子，而旋转部件(254)可以表现为转子， 两者都可以联接到公共机架，诸如台架。固定部件(252)具有固定铁 心(stationary core)(258)，而旋转部件(254)具有旋转铁心(260)。固定 铁心(258)和旋转铁心(260)各具有相应的内表面(264)和外表面(266)。 内表面(264)和外表面(266)由气隙(262)分离开，并彼此相互朝向且相 互靠近地旋转。
固定铁心(258)和旋转铁心(260)具有相互对准的E形截面，其开 口朝向彼此，并以圓柱形或管^1犬方式围绕轴线(256)延伸。固定4^心 (258)中的E形截面包括平行绕组槽口 (winding slot)(268),其开口于
内表面(64)中且由中间支柱(272)分开。绕组槽口 (268)和中间支柱(272) 朝向内部，且围绕轴线(256)在环向方向延伸。旋转铁心(260)包括平 行绕组槽口 (270),其开口于外表面(266)中且由中间支柱(274)分开。 绕组槽口 (270)和中间支柱(274)朝向外部，且围绕轴线(256)在环向方 向延伸。
固定铁心(258)可以容纳初级绕组(276)，初级绕组(276)设置于绕 组槽口(268)内且围绕中间支柱(272)缠绕。在绕组槽口(268)内，初级 绕组(276)围绕内表面(264)—整圏。初级绕组(276)在一个绕组槽口 (268) 中向一个方向缠绕，并且在另一绕组槽口(268)中以反向绕回来。旋 转铁心(260)可以容纳次级绕組(278),次级绕组(278)设置于绕组槽口 (270)中且围绕中间支柱(274)部,史缠绕。次级绕组(278)被分成分离的 子绕组，子绕组在次级绕组槽(270)内以相反方向围绕或缠绕。旋转 铁心(260)和次级绕组(278)被分成弧形部段(282)和(284)。各弧形部段 (282)和(284)都包括分开且独立的次级子绕组。各次级子绕组包括正 向路径(278a)和返回路径(278b)。正向路径(278a)和返回路径(278b)大 致等距离地与初级绕组(268)间隔开。初级绕组(68)和正向路径(278a) 及返回路径(278b)之间的距离与气隙(262)的厚度或宽度相关。正向路 径(278a)和返回路径(278b)设置在相同的弯曲面或圓柱面中，其由旋 转铁心(260)的外表面(266)的轮廓限定且随之延伸。在图1的例子中， 显示了固定部件(252)和旋转部件(254)的一半，但是需要明白，也可 以构造成其它相似结构。因此，在图1的例子中，旋转铁心(260)包 括四个弧形部段，每个部段都包括旋转铁心(260)的约为90度的部段。
外部磁场非常的小，因此可以限制对包括数据采集系统在内的 旋转电子仪器的磁干扰和电干扰。由于初级绕组(276)和次级绕组(278) 之间的磁场对消，在离铁心特定的距离处磁场很小。E形铁心结构中 的石兹场对消可以通过如下方式来实现，对巴初级和各次级子绕組的返 回路径很相邻的放置，并且使由初级绕组和次级绕组形成的面(平面 或弯曲面)相互朝向，且只通过气隙(262)分开。
图3所示的是，根据可选实施例构造的无接触式功率传送系统 (350)。功率传送系统(350)包括固定部件(352)和旋转部件(354),两者 位置相互靠近，且位于垂直于轴线(356)延伸的相向平行平面中。旋 转部件(354)相对于固定部件(352)旋转，其围绕着轴线(356)且在一个 平行对准包含固定部件(352)的面内旋转。通过示例的方式，固定部 件(352)可以简单地表示成定子，而旋转部件(354)可以表示成动子。 固定部件(352)具有固定铁心(358),而旋转部件(354)具有旋转铁心 (360)。固定铁心(358)和旋转铁心(360)由气隙(362)分开，且具有面向 侧部(364)和(366)的开口 ，侧部(364)和(366)相应地相互朝向，并相互 靠近地旋转。固定铁心(358)和旋转铁心(360)沿相应平行平面延伸。
固定铁心(358)和旋转铁心(360)具有E形截面，E形截面彼此对 准且彼此朝向。固定铁心(358)中的E形截面包括平行的绕组槽口 (368)，其开口于侧部(364)中，且由中间支柱(372)分开。绕组槽口(368) 和中间支柱(372)围绕轴线(356)延伸，且位于包含固定铁心(358)的面 内。旋转铁心(360)包括平行绕组槽口(370),其开P于侧部(366)中， 且由中间支柱(374)分开。绕组槽口(370)和中间支柱(374)围绕轴线(356) 延伸，且位于包含固定铁心(360)的面内。
固定铁心(358)可以容纳初级绕组(376),容纳初级绕组(376)设置 于绕组槽口(368)中，且围绕中间支柱(372)缠绕。初级绕组(376)围绕 轴线(356)沿侧部(364)延伸，并且与包含固定铁心(358)的面对准。初 级绕组(376)在一个绕组槽口 (368)中沿一个方向缠绕，并且在另 一绕 组槽口 (368)中沿相反方向绕回。旋转铁心(360)可以容纳次级绕组 (378),次级绕组(378)设置在绕纟且槽口(370)内，且围绕中间支柱(374)
的方向缠绕。旋转铁心(360)和次级绕组(378)被分成弧形部段(382)和 (384)。各弧形部段(382)和(384)包括分开且独立的次级子绕组(将在下 文做更详细的介绍)。各次级子绕组(378)包括正向路径(378a)和返回 路径(378b)。正向路径(378a)和返回路径(378b)大致等距离(与气隙362
的宽度相关)地与初级绕组(376)间隔开。正向路径(378a)和返回路径 (378b)在公共平面中对准，公共平面由旋转铁心(360)的侧部(366)限 定且随之延伸。就如上文结合图2所做的说明，在离开旋转铁心(360)的特定距 离处，外部磁场4艮小。在图3的结构中，由于初级绕組(376)和次级 绕组(378)之间的磁场对消，在离开旋转铁心的特定距离处磁场很小。 如果结构中把初级绕组和次级绕组的返回路径相互很相邻地;改置且 只通过气隙(362)分开的话，E形铁心结构中的磁场对消是相当大的。图4所示的是简化的、设置于平行平面中的初级绕组(476)和单 一次级子绕组(492)的截面布置，同时还示出了次级子绕组(492)的正 视图。在很靠近于初级绕组(476)处，次级子绕组(492)固定于旋转铁 心(460)的弧形部分中。次级绕组(478)包括由高压绝缘体(481)环绕的 传导线(479)。 一圈或多圈的导线(479)和绝缘体(481)可以形成子绕组 (492)。在旋转铁心(460)相对于固定铁心(458)旋转时，初级绕组(476) 和次级子绕組(492)保持相互很靠近，且只通过气隙(462)相互分开。图5所示的是，旋转部件(554)的侧视图，旋转部件(554)包括底 板(555),而旋转铁心(560)安装于底板(555)上。旋转铁心(560)设置于 底板(555)的第一侧部上，而信号调理模块(557)设置于底板(555)的另 一侧部上。通过子绕组输出引线(559),信号调理才莫块(557)结合到次 级子绕组(592)。通过示例的方法，子绕组输出引线(559)上提供的电 压可以为40kV AC，然后其会由信号调理模块(557)转换到40kV DC。图6是根据示例性实施例构造的台架机构(600)的示意性正视 图。台架机构(600)包括可旋转部件(602)，可旋转部件(602)也包括无 接触式功率传送系统(606)(在图6中示意的只是旋转部分)的旋转铁心 (604)。 一个或多个整流器(608)联接到旋转铁心(604)，整流器(608)沿 环向地围绕可旋转部件(602)分布。把整流器围绕可旋转部件(602)间 隔开，可以实现围绕可旋转部件(602)的相对均匀的重量分布，而这 部件(602)沿环向间隔开的多个整流器(608)允许把整流器(608)定位成 靠近那些使用整流器(608)产生的电能的部件。可旋转部件(602)呈现 出漏电感，漏电感用作谐振变换器的谐振网络的 一 部分。在示例性实施例中，可旋转部件(602)包括X射线管(610)和相应 的病人前准直器(pre-patient collimator)(612)，病人前准直器在不同实 施例也同样包括能量过滤器(614)。检测器(616)相应于X射线管 (610),并且沿环向地沿可旋转部件(602)离开X射线管(610)约180度。 检测器(616)构造成，能够接收从X射线管(610)发射的射线(部分射线 穿透被测物体)，并能够把接收的射线转换成数据，这些数据相关于 已经穿透物体的射线的衰减。数据采集器(618)联接到检测器(616)， 以把数据转换成信号，该信号能够传输到处理器，以用于分析与 产生图像。热交换器(620)包括，构造成能够从在可旋转部件(602)中循环的 流体散热的仪器。热交换器(620)也可以构造成能够调节流体，以促 进与X射线管(610)、检测器(616)和可旋转部件(602)相关的部件的操作。在靠近X射线管(610)处，辅助面板(622)可以安装到可旋转部件 (602)上，并且可以包含动子控制部分(624)、灯丝驱动部分(626)和辅 助部分(628)。动子控制部分包4舌用于控制X射线管转子的控制元件。 灯丝驱动部分(626)包括用于控制供给到X射线管灯丝(x-ray tube filament)的电压的控制元件，并且辅助部分(628)包括用来控制位于可 旋转部件(602)上的其它组件的元件，这些其它组件包括(诸如)焦点抖 动放大器(focal spot wobble amplifier)和通信硬件和系统，以能够提供 实时反馈到X射线管(610)和灯丝驱动部分(626),且使用(例如)但并 不仅限于，实时放射性剂量器散射检测器和X射线检测器元件。辅 助部分(628)也包括可以改进到可旋转部件(602)上的后续扩展的元件 和特征。在实际中，可旋转部件(602)的示例性实施例，对比现有技术的
旋转基座部件(20)(图1所示)，可以具有更少的物理硬件。无接触式 功率传送系统(606)的使用，可以允许省去变换器或高压发生器(36)和 高压柜(38)(两者在图1中都未示出)，或相关于可^走转部件(602)，将 其从可旋转部件(602)重新定位到固定部件(未示出)。例如，在使用变 换器和/或高压拒时，它们可以设置于固定部件上，诸如固定基座部 件(22)上(图1)或固定部件(252)上(图2)。另外，现有技术的旋转基座部件(20)(图1所示)中所需的其它电 源模块也被省去了 ，因为无接触式功率传送系统(606)的分离电源通 道能够为各自的組件供电。由于可旋转部件(602)包括比旋转基座部 件(20)更少的组件，即使是在高速旋转时，比起以前在成像系统中使 用的可旋转部件来，该可旋转部件(602)更不易于遭受足够^到损坏 组件的不平衡力的影响。图7是根据本发明的另一示例性实施例的台架机构的示意性正 视图。台架机构(700)大致与台架机构(600)相似，(如图6所示)，并 且与台架机构(600)的部件相同的台架机构(700)的组件，在图7中用 相同于图6的引用标号表示。台架机构(700)包括可旋转部件(602), 可旋转部件(602)也包括旋转铁心(604)。在沿环向地围绕可旋转部件 (602)分布的位置上， 一个或多个整流器(608)联接到旋转铁心(604)。在该示例性实施例中，可旋转部件(602)包括X射线管(610)和第 二X射线管(710)。每个X射线管(610)和(710)典型地包括，相应的病 人前准直器(612)和(712),其分别地在不同实施例也包括相应的能量 过滤器(614)和(714)。射线检测器(616)相应于X射线管(610)，且第二 射线检测器(716)相应于X射线管(710)。各射线检测器(616)和(716)沿 环向地沿可旋转部件(602)，离幵各自的X射线管(610)和(710)约180 度。数据采集器(618)和(718)联接到检测器(616)和(716)，分别地用于 将从检测器(616)和(716)接收的衰减数据，以转换成这样的信号，其 能够-陂传输到处理器，用于分才斤与产生图像。热交换器(620)和(720) 被构造成能够从循环于可旋转部件(602)中的流体中散热。热交换器
(620)和(720)也可以被构造成，能够调理流体，以促进一些组件的操 作，这些组件与X射线管(610)和(710)、检测器(616)和(716)和可旋转 部件(602)相关。调理可以包括，但并不仅限于，加热、冷却、除湿、 加湿和过滤。在靠近每个相应的X射线管(610)和(710)处，辅助面板(622)和(722) 安装到可旋转部件(602)。辅助面板(622)和(722)各包括动子控制部分 (624)和(724)、灯丝驱动部分(626)和(726)和辅助部分(628)和(728)。 动子控制部分(624)和(724)包括用于控制相应X射线管转子的控制元 件。灯丝驱动部分(626)和(726)包括用于控制供给到各自的X射线管 灯丝的电压的控制元件，并且辅助部分(628)和(728)包括这样的元件， 其能够用于控制位于可旋转部件(602)上的其它组件，以及用于可旋 转部件(602)上的后续扩展和可能的改进。在实际中，可旋转部件(602)的示例性实施例能够支持安装两根 X射线管和两台射线检测器，因为无接触式功率传送系统(606)的使 用，允许省去了高压发生器(36)和高压拒(38)(两者都未在图1中示 出)，或对应于可旋转部件(602),将其从可旋转部件(602)重新定位到 固定部件(未示出)。另外，在现有技术的旋转基座部件(20)(图1中未 示出)中所需的其它电源模块也可以被省去，因为无接触式功率传送 系统(606)的分离电源通道能够为相应的组件供电。图8是根据另一示例性实施例构造的台架机构(800)的示意性正 视图。台架机构(800)大致与台架机构(700)(如图7所示)相似，并且 在图8，台架机构(800)的、与台架机构(700)的部件相同的部件用相 同于图7的引用标号表示。在一示例性实施例中，台架机构(800)包括X射线管(610)和(710) 及相应的准直器(612)和(712)。检测器(616)和(716)围绕可旋转部件 (602)的周围相对于相应X射线管(610)和(710)间隔开约180度。尽管 在其它实施例中，典型地，检测器(616)和(716)及X射线管(610)和(710) 将会在Z轴方向上对准，在此示例性实施例中，各检测器(616)和(716) 和X射线管(610)和(710)联接到促动器(802,804,806)和(808)上，这些 促动器允许一个或多个检测器(616)和(716)和X射线管(610)和(710)在 Z轴方向上平移的运动。具体地，促动器(802)支撑可旋转部件(602) 上的X射线管(610),并在X射线管(610)从Z轴方向的第一位置平移 到Z轴方向的第二位置时，为X射线管(610)提供原动力并使其对准。 相应地，各促动器(804,806)和(808)也支撑检测器(616)、 X射线管(710) 和检测器(716)，并为其提供原动力，并对其进行调整。促动器 (802,804,806)和(808)可以包括活塞和气缸促动器，其是可移动的的， 且使用液压技术或气动技术。可选的是，促动器(802,804,806)和(808) 可以包括导螺杆组件和驱动电动机。促动器(802，804,806)和(808)用于在Z轴方向移动一个或多个枱， 测器(616)和(716)及X射线管(610)和(710)，以使所有检测器(616)和 (716)和X射线管(610)和(710)在Z轴方向对准，或相互在Z轴方向偏 移。在一个或多个检测器(616)和(716)和X射线管(610)和(710)相互对 准时，如(810)所示，穿透测试物体的射线的取样的发生有很高的时 间分辨率。衰减数据采集速度是一 回转中只有 一 个检测器能够#皮用 来采集数据时的两倍。当检测器(616)和检测器(716)相互在Z轴方向 有一定距离(812)的偏移(此偏移小于检测器在Z轴方向的尺寸)时，如 (814)处所示，比起每回转只用一个检测器的情况来，能以更高的分 辨率采集衰减数据。相似的，在检测器(616)和检测器(716)相互在Z 轴方向以相等于检测器Z轴方向尺寸的距离偏移时，如(816)处所示， 衰减数据的采集就超过容积了 ，其为每回转使用一个检测器的两倍。 在示例性实施例中，促动器(802,804,806)和(808)构造成能够，移动工 作中的检测器(616)和(716)和X射线管(610)和(710),即，在扫描物体 期间，操作者可以启动用以促动器(802,804,806)和(808)的控制信号。 把促动器(802,804,806)和(808)驱动到不同位置，也会把检测器(616) 和(716)和X射线管(610)和(710)转换到相互不同的位置。例如，在不 需要详细信息的扫描部分期间，检测器(616)和(716)及X射线管(610)
和(710)可以定位成相互偏移距离(812)。这种定位，在相对较小的时 间分辨率和相对较小的Z轴方向空间分辨率情况下，实现相对较高 容量的扫描。在需要详细信息的扫描部分期间，检测器(616)和(716) 及X射线管(610)和(710)可以定位成相互以小于距离(812)的距离偏 移。这种定位，在相对较小的时间分辨率和相对较小的Z轴方向容 量情况下，实现具有相对较高Z轴方向空间分辨率的扫描。在可选实施例中，检测器(616)和(716)及X射线管(610)和(710)成 相互以大于距离(812)的距离偏移，以在扫描期间允许扩展采样容量。 然后，各回转期间未扫描到的区域的数据，由相邻于未扫描区域的 部分的数据(其由检测器(616)和CH6)接收而来)计算出来。另外，X 射线管(610)和检测器(616)和/或X射线管(710)和检测器(716)可以定 位成相互在Z轴方向偏移。在其它实施例中，相应地，促动器(802) 和(806)构造成，能够使X射线管(610)和(710)倾斜，以使由X射线管 (610)和(710)产生的X射线光束偏斜地撞击检测器(616)和(716),而不 是正交地撞击。图9是根据另一示例性实施例的台架机构(900)的示意性正祸L 图。在此实施例中，台架机构(900)包括表示成内径向旋转变压器(902) 和外径向旋转变压器(904)的多个旋转变压器。旋转变压器(902)和(904) 各联接到相应的分布式高压拒，其用于变换功率(scalable power)和对 各X射线管电压和电流进行相应地独立控制。 一个或多个整流器(906) 联接到内旋转变压器(902)的绕组(908),整流器(910)联接到外旋转变 压器(904)的绕组(912)。灯丝变压器(914)和(916)相应地联接到绕组 (908)和(912)。灯丝变压器(914)和(916)大致联接在靠近相应管子的整 流器和管子之间。分离旋转变压器(902)和(904)的独立本质，允许位于台架机构(900) 上的各种组件的功率需求的范围变化。例如，可以用两个旋转变压 器来向单个X射线管(诸如高功率管)供电。管子的选择可以依赖于所 执行的扫描。例如，小功率微焦点X射线管和相应的高分辨率检测
器可以联合使用，以实现高分辨率的扫描。相对较高功率的管子和 相应的能量识别检测器同，则可以用于另外的扫描协议。图10是根据又一个示例性实施例的台架机构(1000)的示意性正 视图。台架机构(1000)基本上与台架机构(600)(图6)相似，并且在图 10中，与台架机构(600)的部件相同的、台架机构(1000)的部件用与 图6中相同的标号表示。台架机构(1000)包括可旋转部件(602)，可碌 转部件(602)也包括无接触式功率传送系统(606)的旋转铁心(604)。在 围绕可旋转部件(602)沿环向分布的位置处， 一个或多个整流器(608) 联接到旋转铁心(604)。把整流器围绕可旋转部件(602)间隔开，能够 实现围绕可旋转部件(602)的相^"较均匀的重量分布，这又会促进完 全装配的可旋转部件(602)中的不平衡性的降低。围绕可旋转部件(602) 沿环向间隔开整流器(608)，也允许把整流器(608)定位成靠近那些使 用由整流器(608)产生的电能的組件。在该示例性实施例中，可4t转部件(602)包括X射线管(610)和相 应的病人前准直器(612)，其在不同实施例中也包括能量过滤器(614)。 检测器(616)相关于X射线管(610),并沿着可旋转部件(602)沿环向地 与X射线管(610)间隔开约180度。检测器(616)构造成能够接收从X 射线管(610)发射的射线(其中部分穿透被测物体)，并能够把接收的射 线转换成与已经穿透物体的射线的衰减相关的数据。数据采集器(618) 联接到检测器(616),以把数据转换成这样的信号，这种信号可以传 输至处理器，以用于分析和产生图像。热交换器(620)包括，构造成能够从循环于可旋转部件(602)中的 流体中散热的仪器。热交换器(620)也可以构造成，能够调理流体， 以促进相关于X射线管(610)、检测器(616)和可旋转部件(602)的组件 的操作。在靠近X射线管(610)处，辅助面板(622)安装到可旋转部件 (602)，并且包含动子控制部分(624)和灯丝驱动部分(626)及辅助部分 (628)。动子控制部分包括用于控制X射线管转子的控制元件。灯丝 驱动部分(626)包括用于控制供给到X射线管灯丝的电压的控制元 件，并且辅助部分(628)包括用来控制位于可旋转部件(602)上的其它 组件的元件，这些其它组件包括(诸如)焦点抖动放大器及通信硬件和 系统，其能够提供实时反馈到X射线管(610)和灯丝驱动部分(626), 且使用(例如)但并不仅限于，实时力丈射性剂量器、散射检测器和X射 线检测器元件。辅助部分(628)也包括可以改进到可旋转部件(602)上 的后续扩展的元件和特征。在该示例性实施例中，台架机构(1000)也包括第一 Y射线摄影机 (gamma camem)或正电子发射断层扫描(PET)检测器(1002)和第二 y 射线摄影机或正电子发射断层扫描(PET)检测器(1004),其沿环向地 围绕台架机构(1000)间隔开。检测器(1002)和(1004)构造成，能够检 测到来自放射性药物(其被用药于检测器(1002)和(1004)间的病人上) 的y放射(gamma emission)。检测器(1002)和(1004)也可以用于单一 正电子发射计算断层照相(SPECT)成像、PET成像和其它原子医学成 像方式。在该示例性实施例中，检测器(1002)和(1004)由分开的旋转 变压器来供电，或者备选地由包括在台架机构(1000)上的同 一旋转变 压器来供电。在示例性实施例中，检测器(1002)和(1004)在Z轴方向 的中心线与检测器(616)在Z轴方向的中心线对准。这种对准为多沖莫 态成像系统的两种模态提供了重合的成像平面，其中这种多冲莫态成 像系统带有根据来自于模态的配准图像的固有特性。在操作中，台架机构以第一旋转速度旋转，这个第一旋转速度 能够实现计算断层照相(CT)数据的获得，这些数据连续于以第二旋转 速度获得的发射数据，笫二旋转速度通常相对于第 一旋转速度要慢。 在可选实施例中，CT数据和发射数据以相同的旋转速度而同时获得。 发射数据包括PET数据、SPECT数据和其它放射成像数据。图11是示例性检测器(1100)的示意图，其可以与根据实施例的 台架机构的各种实施例 一起使用。检测器(l 100)包括径向内表面 (1102)，径向内表面(1102)包括多个象素检测器(pixilated detector)元 件(1104)。每个元件包括结构化特性，结构化特性决定了其对入射射 线的灵敏性，并决定了定位入射区域的性能，例如，其分辨率。在 示例性实施例中，检测器(1100)包括，构造成能够用于低分辨率成像 的元件(1106),和构造成能够用于高分辨率成像的元件(1108)。元件 (1106)和(1108)构造成，能够为其相应分辨率的成像而使用相应象素 尺寸，其中小尺寸象素用于高分辨率成像，而大尺寸象素则用于低 分辨率成像。在可选实施例中，遮蔽或病人后准直器(mask or post patient collimator)相应地用于为元件(l 108)和(1106)，以提供高分辨 率和低分辨率的性能。高分辨率元件(1108)和低分辨率元件(1106)相 应地组合成高分辨率区域(1110)和低分辨率区域(1112)。因此，检测 器(1100)可以与射线源，诸如X射线管(未示出)， 一起用于物体中感 兴趣的特定区域的高分辨率成^f象，而图像的其它部分则以相对低分 辨率成像。图12是多通道、无接触式功率传送系统(1200)的示意图。系统 (1200)在机械上构建成对应于图2或3的设置，或以其它方式建成。 来自固定机架(1213)的功率通过多通道、变压器(1202)而传输到旋转 机架(1212)。旋转变压器(1202)通过一个或多个通道来传输用于产生 初级X射线的功率(primary x-ray generation power)。功率变换装置(诸 如变换器1208)能够设置在固定才几架(1213)上。变换器(1208)包括四个 绝缘栅双极性晶体管(IBT)开关(l209)，其用于产生高频电流和电压。 变换器(1208)包括变换器(1208)AC输入侧上的一对输出引线(1213)和 (1214)。输出引线(1213)和(1214)各包括一个或多个谐振电容器(1210)感部件组成串联谐振电路。旋转变压器(1202)构造成包括X射线功率 (x-ray power)的初级绕组(1206)和次级绕组(1208)。可选的是，多个次 级绕组(具有相同或不同的匝数)可以集成到旋转变压器(1202)中，以 提供所希望的各种DC电压(例如600VDC、 48VDC、 24VDC等)。旋 转变压器(12&)包括漏电感L，其用作为功率传送器(1208)的谐振电
感。在图12的实施例中，已经从变换器(1208)省去了分离电感部件。 旋转变压器的漏电感(1202)联接到谐振变换器(1208)的谐振网络，并 成为其中一部分。例如，基于旋转变压器(1202)的漏电感的容量，通 过选择电容器(1210)和(1211)的容量，可以形成谐振网络。在图13所示的另一可选实施例中，旋转变压器(1202)设有相互 串联的电感(1221)和电容器(1223)。电感(1221)和电容器(1223)构造成 直接位于旋转变压器(1202)的初级绕组(1206)内，因此降低了其处所 经受的电压的幅度。例如，对于单匝初级绕组(1206)而言，电容器(1221) 可以设置成离开绕组输入达180度，因而降低了用于两个谐振电容 器构造的绕组所经受的电压。这种电容器布置限制了由漏电感L产 生的谐振电压。这种构造只是示例性的，特定的构造可以因为电容 与初级线圈(primary turn)的数量而变化，以用于降低绕组电压。通过上述多通道、无接触式功率传送系统的使用，可以去除所 有接触式的集电环电刷、相应的灰尘、磨损和所需的预防性维护， 这可以导致节约成本的优点。另外，X射线功率变换器组件和托架 的去除，导致系统的旋转机架的质量的直接降低。相应地，同样也 可以有相等重量的配重从旋转4几架去除。随着变换器和配重的拆除， 就有了更大的余地，以去除悬臂构件，以具有更均匀平稳的台架， 因此，促进于实现更快的台架速度。在机架固定侧上， 一个变换器(或 多个变换器)和辅助DC-DC转换器的布置，会进一步降低成本。另外，通过使旋转变压器具有多个次级绕组，会进一步导致复 杂性、零件数量和系统体积的降低。另外，系统可以使放射的电磁 射线减少，这是由变换器输出引线中的分离阻抗和E形旋转变压器 铁心的构造所导致的。上述介绍的快速旋转扫描器可以提供，价格合理且高可靠性的 系统。快速旋转扫描器的各种实施例都包括这样的台架机构，其转 速大于当前的医用、工业用和4亍李成像系统中的台架。可以现实高 速旋转，部分是因为把较重组件从旋转台架重新定位到了扫描器的
固定部分。另外，其它较轻组件可以放置到可旋转台架上，以提供 附加的特征，并促进扫描器的合理价格与可靠的操作。尽管是按照各种具体实施例对本发明做的介绍，但是本领域技 术人员能够认识到，可以在本发明的权利要求的精神和范围内进行 改进。
权利要求
1.一种成像系统，包括台架(600)，其包括联接到旋转部件(254，602，1212)上的固定部件(252，1213)，在靠近所述旋转部件(254，602，1212)围绕其旋转的轴线处，所述旋转部件(254，602，1212)具有敞口区域；X射线源(610)，其设置于所述旋转部件(254，602，1212)上；谐振变换器(1208)，其设置于固定部件(252，1213)上，以控制到所述X射线源(610)的输入电压；X射线检测器(615)，其设置在所述旋转部件(254，602，1212)上，并构造成能够接收来自所述X射线源(610)的X射线；以及旋转变压器(250，1202)，其具有沿环向设置的初级绕组(276)和次级绕组(278)，所述初级绕组(276)设置于所述固定部件(252，1213)上，而所述次级绕组(278)设置于所述旋转部件(254，602，1212)上，所述旋转变压器(250，1202)包括漏电感L，其联接到所述谐振变换器(1208)上，以形成谐振网络。
2. 根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述谐振网 络通过沿所述变换器(1208)的输出引线设置的电容器C和所述旋转变 压器(250,1202)的所述漏电感L串联联"l妄而形成。
3. 根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于,还包括检测 器(616),其包括具有第一尺寸的检测器元件(1106)的第一区域，和具 有第二尺寸的检测器元件(1108)的第二区域，其中，所述第一尺寸不 同于所述第二尺寸，使得基于各区域中的所述相应元件(1106,1108)的 尺寸，而使所述第 一区域分辨率不同于所述第二区域分辨率。
4. 根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，还包括设置 于所述旋转部件(254,602,1212)上的多个X射线源(612,712)。
5. 根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于，第一组多个 X射线源(612)包括以第一电压才喿作的第一 X射线管(610)，第二组多 个X射线源(712)包括以第二电压操作的第二 X射线管(710),其中， 所述第一电压和第二电压是不相同的。
6. 根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于，第一组多个 X射线源(612)包括构造成能够允许具有第一能语的X射线从中通过 的第一过滤器(614),而第二组多个X射线源(712)包括构造成能够允 许具有第二能谱的X射线从中通过的第二过滤器(714),其中，所述 第一能谱和第二能谱是不相同的。
7. 根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，还包括多个 X射线4企测器(616,716),其设置于所述旋转部件(254,602,1212)上。
8. 根据权利要求7所述的成像系统，其特征在于，所述成像系 统构造成能够同时执行多个搜索扫描的釆集。
9. 根据权利要求7所述的成像系统，其特征在于，所述检测器 (616,716)包括Z轴方向的多个检测器行，其中，所述的这些检测器 在Z轴方向上彼此相对移位达到下列的至少其中之一，即大于一 行，以促进增加所述系统在所迷Z轴方向上的轴向覆盖；和小于一 行，以促进所获图像的分辨率。
10. 根据权利要求7所述的成像系统，其特征在于，所述多个 检测器中的至少一个检测器(616)的轴向位置相对于另一检测器(716) 是可移动的，以使所述检测器(616,716)能够定位成实现下列的至少其 中之一，即在Z轴方向上大致对准，以促进增大所述系统的时间 分辨率；在Z轴方向上移位小于一个检测器行，以促进系统的空间 分辨率；和在Z轴方向上移位大于一个检测器行，以促进在所述Z 轴方向上的更大覆盖。
全文摘要
本发明提供了一种用于成像系统的方法和仪器。该成像系统包括台架(600)，台架(600)具有联接到旋转部件(254，602，1212)上的固定部件(252，1213)。在靠近旋转部件(254，602，1212)围绕其旋转的轴线处，该旋转部件(254，602，1212)具有敞口区域。X射线源(610)设置于旋转部件(254，602，1212)上。X射线检测器(616)设置于旋转部件(254，602，1212)上，并被构造成能够接收来自X射线源(610)的X射线。具有沿环向设置的初级绕组(276)和次级绕组(278)的旋转变压器(250，1202)可以形成无接触式功率传送系统部分，其能够使台架(600)的可旋转部分以很高的速度旋转，初级绕组(276)设置于固定部件(252，1213)上，而次级绕组(278)设置于旋转部件(254，602，1212)上。
文档编号H05G1/00GK101163367SQ20071018197
公开日2008年4月16日 申请日期2007年10月12日 优先权日2006年10月13日
发明者B·M·邓汉, D·M·霍夫曼, J·R·施米德特, J·S·卡查, P·E·小皮尔森, R·森茨, T·L·托思, 强 谢 申请人:通用电气公司