专利名称：一种用于现场的微剂量医用cbs-ct机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于康普顿背散射扫描技术的医用CT机，具体为一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机。
背景技术：
基于X射线透射原理的医用CT机简称为透射式医用CT机，这种医疗器械已问世近半个世纪，在医学诊断上起到了巨大作用，同时透射式医用CT机也获得了重大进展。但是，目前传统的透射式医用CT机和多排螺旋CT机存在着一些问题，使得医用CT机的使用和发展受到了严重的限制，主要存在以下问题
其一，设备价格昂贵，辐射剂量大；·
其二，设备要求有精密的扫描定位床，操作复杂；
其三，设备无法用于现场，有些部位疾病甚至还不能使用这些透射式CT机。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机，以解决透射式CT机设备价格昂贵，辐射剂量大、要求有精密的扫描定位床以及无法用于现场问题。本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现
一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机，包括扫描头、扫描运动机械、测控和图像处理系统、四轮推车以及病床或担架，所述扫描运动机械置于四轮推车上，所述四轮推车平行病床或担架放置，四轮推车底部设有带制动的轮子，所述扫描运动机械包括有立柱、扫描头支架，所述测控和图像处理系统包括有主机，所述主机内设有高分辨率显示器、采传电子学系统、图像工作站、信号无线发射模块、供电机箱、激光相机，所述主机的高分辨显示器下方设有放置键盘的拉伸衬板，主机侧面设有立柱安装座，所述立柱固定在立柱安装座上，立柱上设有依次连接的螺杆、吊臂套管、吊臂，所述螺杆既能升降又能转动，所述吊臂能自动伸缩，所述吊臂末端设有万向节，所述扫描头支架固定在万向节上，所述扫描头固定在扫描头支架上。作为以上技术的一种优化，所述病床或担架设有改变倾角的装置。作为以上技术的一种优化，所述激光相机与相机控制模块相连，所述相机控制模块电源输入口与低压直流电源输出口相连。作为以上技术的一种优化，所述主机通过信号无线发射模块将数字图像无线传输到移动终端上。所述扫描头包括X射线机、平板探测器，所述X射线机与平板探测器位于被检查者的同一侧，所述X射线机安装在X射线机支架上，所述平板探测器安装在平板探测器支架上，上述X射线机支架、平板探测器支架固定在扫描头支架上，所述X射线机上设有前准直器，所述平板探测器上设有后准直器，前准直器的方向与后准直器的方向之间夹角在100° 150°范围内调节。作为以上技术的一种优化，所述前准直器的方向与所述后准直器的方向之间夹角，即X射线锥形束的前进方向与背散射X射线束进入平板探测器的方向之间的康普顿背散射夹角。作为以上技术的一种优化，所述平板探测器为适用于面扫描的非晶硅平板探测器。所述的X射线机与平板探测器位于被检查者的同一侧，与被检查者的身体部位构成康普顿背散射(CBS)几何学结构。CT机的关键技术是图像重建的质量，透射式医用CT机的图像重建算法是基于雷当变换原理。其实质是把二维问题化为一维问题，即把积分方程组化为线性代数方程组，求解线性减弱系数。而本发明的图像重建，实质是把扫描得到的各组光子计数直接排列出来即得到CBS-CT图像，它不依赖于雷当变换那种复杂的图像重建·算法。康普顿背散射的光子数ns的计算公式为 ns=n0* Δν· Δ Ω·{ ne*[^^ ]ΚΝ} *f (E0) *f (Ec) · H1 =C*f (E0) *f(Ec) *ne ……(I)
式中C= η0· AV· Λ Ω ·[]腿· ......·⑵
n0 —为入射光子注量率；
AV —为前、后准直孔形成的聚焦体积；
Δ Ω—为平板探测器有效照射面积对散射点(即检测点)所张的立体角；
MD—为康普顿散射微分截面； Ι
ne —为电子密度，即单位体积的电子数； f (Etl)—为入射束减弱因子； f (Ee)—为散射束减弱因子；
H1 —为探测效率。式(I)可用矩阵式改写为
[ns] = [A(ne)][ nj ……(3)
式(3)中矩阵[A(rO]称为投影算子，[A]的每一个元素为
Bij= η0·Δν·Δ Ω ·[]ΚΝ · f(E0) *f(Ec)……· (4)
Cl!
由式(4)可看出，投影矩阵A是未知的电子密度分布向量的函数，因此，被测物体电子密度分布的图像重建的问题，可以看作为一个非线性方程组的求逆问题ne = [A (ne) ][ n s] ......· (5)式中，[. s]是含有噪声(包括多次散射在内)的实际测量值。若用μ (E) ·Ρ ([ ^|ι3]κν，则有
ns=[C· f(E0) *f(Ec)] ·μ (E)......· (6)
[η3] = {Α[μ (E)]}[ μ (E)]…….(7)
其中投影矩阵[A]元素为
Bij= n0* AV* Δ Ω ^P(Oi). f (E0) *f (Ec) ......· (8)
这里，线性减弱系数μ (E)的图像重建，即为一个非线性方程组的求逆问题； μ (Ε)={Α[μ (Ε)]Γ[ I s] ......· (9)·
式中，[n s]与式(5)中的一样。如上所述，CBS-CT图像重建技术原理简单，只是需作如下数据修正，例如探测器的效率数据修正，康普顿散射能量分布的展宽数据修正，多次散射(特别是二次散射、三次散射)的数据修正，几何扩展的数据修正，Compton Profile影响的数据修正，入射束和散射束在物质中减弱的补偿，检测深度增大时误差累积传播的校正，射束硬化的校正等。与透射式CT机的技术相比，本发明具有以下优点
(O体积小，重量轻，性价比高，操作灵活。(2)检测低密度物质(例如人体组织)的灵敏度远远高于透射式医用CT机的灵敏度。(3)基于CBS的原理，本发明辐射剂量极小，对人体的副作用远小于透射式医用CT机的辐射剂量。(4)图像重建不采用雷当变换，不需要高精度的可平移升降的定位床，只需要一张可改变倾角的普通病床或担架，能让被检查者平躺下就行。(5)可提供多层深度信息，利用定好方位的准直器，可得到带有真实深度信息、简单、直接的三维图像。(6)图像质量不受机械装配与振动噪声等影响，因此可安装于急救车上或其他方式的现场使用。
图I为本发明结构示意图。图2为本发明探测采传电子学系统方框图。图中1、X射线机，2、X射线机支架，3、前准直器，4、平板探测器，5、后准直器，6、平板探测器支架，7、X射线锥形束，8、被检查部位，9、背散射X射线束，10、立柱，11、立柱安装垫，12、螺杆，13、吊臂，14、吊臂套管，15、万向节，16、扫描头支架，17、四轮推车，18、带制动的轮子，19、扫描头的停放台，20、病床或担架，21、坐标系，22、拉伸衬板，23、图像处理工作站，24、采传电子学系统，25、专用集成电路(ASIC)，26、模数转换器(ADC)，27、中央处理组件，28、嵌入式系统(ARM)，29、接口电路，30、高分辨率的显示器，31、信号无线发射模块，32、移动终端(如手机)，33、激光相机，34、相机控制模块，35、直流低压电源，36、供电机箱，37、主机。
具体实施例方式为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。如图I、图2所不,一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机,包括扫描头、扫描运动机械、测控和图像处理系统、四轮推车17以及病床或担架20，所述扫描运动机械置于四轮推车17上，所述四轮推车17平行病床或担架20放置，四轮推车17底部设有带制动的轮子18，所述扫描运动机械包括有立柱10、扫描头支架16，所述测控和图像处理系统包括有主机37，所述主机37内设有高分辨率显示器30、采传电子学系统24、图像工作站23、信号无线发射模块31、供电机箱36、激光相机33,所述主机的高分辨显不器30下方设有放置键盘·的拉伸衬板22，主机37侧面设有立柱安装座11，所述立柱10固定在立柱安装座11上，立柱10上设有依次连接的螺杆12、吊臂套管14、吊臂13，所述螺杆12既能升降又能转动，所述吊臂13能自动伸缩，所述吊臂13末端设有万向节15，所述扫描头支架16固定在万向节15上，所述扫描头固定在扫描头支架16上。所述扫描头包括X射线机I、平板探测器4，所述X射线机I与平板探测器4位于检查者的同一侧，所述X射线机I安装在X射线机支架2上，所述平板探测器4安装在平板探测器支架6上，上述X射线机支架2、平板探测器支架6固定在扫描头支架16上，所述X射线机I上设有前准直器3，所述平板探测器4上设有后准直器5，前准直器3的方向与后准直器5的方向之间夹角在100° 150°范围内调节。使用前，将四轮推车17推到病床或担架20的侧边，四轮推车17平行病床或担架20放置，并移动到预定坐标系21中的X向位置，将带制动的轮子18的止动脚放下使四轮推车17固定，从立柱安装座11中立柱10升起螺杆12到坐标系21中合适的Z向位置，被检查患者平躺在病床或担架20上，这时将螺杆12转动180°，将扫描头支架16从扫描头的停放台19移到患者被检查部位8的上方，并沿着Z向降下螺杆12到贴近被检查部位8的高度，然后调节吊臂13的位置，再调整万向节15的方位，把扫描头支架16置于合适的位置。再打开供电机箱36中的电源开关，至此开始扫描。第一步，作坐标系21的Z向扫描，即将螺杆12的高度微降一个步距ΛΖ，启动X射线机1，其发射的X射线经过前准直器3成形为X射线锥形束7，射线到达被检查部位8产生的背散射X射线束9经过后准直器5到达平板探测器4，由采传电子学系统24采集平板探测器4的信号，并传送给图像处理工作站23，接着，再次改变螺杆的高度Λ Ζ，按此扫描方式重复，直至该Y值处的Z向深度达到预定值，扫描完成。第二步，根据检查的需要，作坐标系21的Y向扫描，即将吊臂13伸长一个步距Λ Y，重复第一步Z向扫描，然后再伸长一个步距Λ Y，重复第一步Z向扫描，直至Y向扫描到预定的Y向位置。第三步，根据检查的需要，作坐标系21的X向扫描，即移动推车17，逐个步距ΛΧ，重复第一步Z向、第二步Y向扫描，直至扫描头X向扫描到达预定的X向位置。三个方向扫描完成时，升起螺杆12，缩回吊臂13，转动螺杆12，将扫描头支架16放置在扫描头的停放台19上，关掉供电机箱36的电源，将四轮推车17移到存放位置。
如图2所示，背散射X射线束9通过后准直器5进入平板探测器4，采传电子学系统24采集平板探测器4的信号，平板探测器4输出的信号送入采传电子学系统24的专用集成电路(ASIC) 25，将平板探测器4输出的信号进行放大，低频高频噪声抑制和电平转换，随后将处理后的信号送入模数变换器(ADC) 26，完成模拟信号向数字信号变换，变换后输出12位 16位分辨率的数字信号，进行多道脉冲幅度分析；然后经过多道脉冲幅度分析的数字信号送入中央处理组件27，经过上述处理的数据通过专用总线送给嵌入式系统(ARM)28，嵌入式系统(ARM) 28获取由采传电子学系统24提供的数组格式文件，通过接口电路29分别送给
其一通过接口电路29送给主机37进行CBS-CT图像重建，并由高分辨率显示器30显示出来，再由带有Dicom3. O的图像工作站23作进一步处理。其二通过接口电路29经信号无线发射模块31将CBS-CT图像数据无线传输到移动终端32 (如手机)。·其三通过接口电路29经相机控制模块34驱动激光相机33拍摄CBS-CT图像，所述相机控制模块34由低压直流电源35驱动。本发明可安装在急救车上、普通病房、山区野外帐篷里，是对现有透射式医用CT机的重大革新与突破。本发明的技术原理不是X射线透射，而是X射线与物质相互作用的康普顿背散射效应；解决了目前基于透射原理的透射式医用CT机所存在的问题。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机，包括扫描头、扫描运动机械、测控和图像处理系统、四轮推车以及病床或担架，其特征在于所述扫描运动机械置于四轮推车上，所述四轮推车平行病床或担架放置，四轮推车底部设有带制动的轮子，所述扫描运动机械包括有立柱、扫描头支架，所述测控和图像处理系统包括有主机，所述主机内设有高分辨率显示器、采传电子学系统、图像工作站、信号无线发射模块、供电机箱、激光相机，所述主机的高分辨显示器下方设有放置键盘的拉伸衬板，主机侧面设有立柱安装座，所述立柱固定在立柱安装座上，立柱上设有依次连接的螺杆、吊臂套管、吊臂，所述螺杆既能升降又能转动，所述吊臂能自动伸缩，所述吊臂末端设有万向节，所述扫描头支架固定在万向节上，所述扫描头固定在扫描头支架上。
2.根据权利要求I所述的一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机，其特征在于所述扫描头包括X射线机、平板探测器，所述X射线机与平板探测器位于被检查者的同一侧，所述X射线机安装在X射线机支架上，所述平板探测器安装在平板探测器支架上，上述X射线机支架、平板探测器支架固定在扫描头支架上，所述X射线机上设有前准直器，所述平板探测器上设有后准直器，前准直器的方向与后准直器的方向之间夹角在100° 150°范围内调节。
3.根据权利要求I所述的一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机，其特征在于所述病床或担架设有改变倾角的装置。
4.根据权利要求I所述的一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机，其特征在于所述激光相机与相机控制模块相连，所述相机控制模块电源输入口与低压直流电源输出口相连。
5.根据权利要求I所述的一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机，其特征在于所述主机通过信号无线发射模块将数字图像无线传输到移动终端上。
6.根据权利要求2所述的一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机，其特征在于所述前准直器的方向与所述后准直器的方向之间夹角，即X射线锥形束的前进方向与背散射X射线束进入平板探测器的方向之间的康普顿背散射夹角。
7.根据权利要求2或6所述的一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机，其特征在于所述平板探测器为采用面扫描的非晶硅平板探测器。
全文摘要
一种用于现场的微剂量医用CBS-CT机，包括扫描头、扫描运动机械、测控和图像处理系统、四轮推车以及病床或担架，所述扫描运动机械置于四轮推车上，所述四轮推车平行病床或担架放置，四轮推车底部设有带制动的轮子，所述扫描运动机械包括有立柱、扫描头支架，所述测控和图像处理系统包括有主机。本发明操作灵活，体积小，重量轻，性价比高，辐射剂量极小，灵敏度高；不需要高精度的可平移升降的定位床，利用定好方位的准直器，可得到带有真实深度信息、简单、直接的三维图像；不受机械装配与振动噪声等影响，可用于急救车上或其他方式的现场使用。
文档编号A61B6/03GK102783968SQ20121032271
公开日2012年11月21日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者丁厚本, 丁莉, 丁蓉, 丁青, 余章倩, 包微微 申请人:丁厚本