准直仪及包含该准直仪的CT系统的制作方法

本申请涉及放射线CT领域，更具体而言，涉及一种具有单个电机驱动系统的准直仪以及包含该准直仪的放射线CT系统。

背景技术：

目前，例如X射线CT系统的放射线CT系统被广泛应用于各种医疗机构中，用于对受检者的感兴趣区域进行三维成像，以帮助临床医师对受检者进行准确的医学诊断。

在放射线CT系统中，产生锥形放射线束的放射线源和相对放射线源设置在受检者另一侧并且对放射线进行检测的放射线检测器围绕放射线源和放射线检测器之间的旋转中心旋转，采集从受检者透射的放射线所产生的投影数据，基于所采集的投影数据重建受检者感兴趣区域的图像并在图像显示装置上显示重建的CT图像。

在放射线CT系统中，一般在放射线源和受检者之间设置有准直仪，通过调节准直仪缝隙宽度来控制放射线束在受检者平行方向的宽度从而控制扫描层厚度。

常规准直仪一般具有两个不同的电机驱动系统，以满足多缝隙宽度开口和Z追踪要求。这种准直仪一般包括两个闸门或凸轮，并且通过两个不同的电机驱动系统来驱动这两个闸门或凸轮。两个电机驱动系统的方案性能好，但是成本较高。

一些新近开发的准直仪采用一个电机驱动系统来满足开口和Z追踪要求。这种类型的准直仪一般包括由一个电机驱动系统驱动的具有多个缝隙的平板或星形转子，每个缝隙对应一个宽度不同的准直仪孔径。这种准直仪只能提供数目和宽度固定的孔径，并且在旋转时，由于从两个波束引导边缘到曲面检测器距离不同，用于Z追踪的星形转子将包括不同的幅值系数。

技术实现要素：

本发明提供一种能够解决上述问题的准直仪和包括这种准直仪的CT系统。

根据本发明的第一方面，提供一种CT准直仪。该CT准直仪包括：平行设置在滑轨上的第一闸门和第二闸门，第一闸门通过弹性部件固定到CT准直仪的支承架上；设置在第一闸门和第二闸门中之一上的电磁系统；和，相对电磁系统设置在第一闸门和第二闸门中所述之一的另一侧的金属板，该金属板的一端固定在第一闸门和第二闸门中另一个上而另一端延伸到电磁系统下方，其中，电磁系统配置成在被触发时通过金属板啮合第一闸门和第二闸门。

根据本发明第一方面的CT准直仪还包括单个电机驱动系统，该电机驱动系统通过致动器驱动第二闸门在滑轨上移动。

在根据本发明第一方面的CT准直仪中，金属板是钢板或其他非金属磁性材料，并且金属板具有在第一闸门和第二闸门间形成最大缝隙时能够延伸至电磁系统下方的长度。

在根据本发明第一方面的CT准直仪中，电磁系统包括电磁体和支承电磁体的支承单元，其中，支承单元将电磁体固定到第一闸门和第二闸门中所述之一上，并且电磁体在触发时啮合第一闸门和第二闸门。

在根据本发明第一方面的CT准直仪中，电磁系统包括电磁体、支承电磁体的支承单元和与电磁体耦合的弹性部件，其中电磁体远离弹性部件的一端设有金属板，该金属板容纳在第一闸门和第二闸门中所述之一的承载板上所设的开口中，并且，电磁体在触发时通过其上设置的金属板与固定在第一闸门和第二闸门中所述另一个上的金属板啮合第一闸门和第二闸门。

在根据本发明第一方面的CT准直仪中，第一闸门包括承载板和在承载板中间部分上靠近第二闸门一侧设置的屏蔽材料，并且第二闸门包括承载板和在承载板中间部分上靠近第一闸门一侧设置的屏蔽材料，屏蔽材料阻挡通过CT准直仪壳体上的开口进入CT准直仪的放射线束。

在根据本发明第一方面的CT准直仪中，屏蔽材料的宽度设置成沿屏蔽材料的相对边缘从屏蔽材料的中间向两端逐渐减小。

在根据本发明第一方面的CT准直仪中，屏蔽材料间的缝隙具有矩形形状，并且屏蔽材料具有以位于CT准直仪外的放射线源的焦点为圆心的弧形结构。

在根据本发明第一方面的CT准直仪中，弹性部件是能被拉伸和/或压缩的弹簧。

在根据本发明第一方面的CT准直仪中，弹簧能被拉伸或压缩，并且弹簧的长度设置成使得弹性部件没有发生形变时屏蔽材料间形成的缝隙的中心偏离开口的中心以形成完全闭合的状态。

在根据本发明第一方面的CT准直仪中，弹簧能被拉伸和压缩，并且弹簧的长度设置成使得弹性部件没有发生形变时屏蔽材料间形成的缝隙的中心正对开口的中心。

根据本发明的第二方面，提供一种放射线CT系统，该放射线CT系统包括根据本发明第一方面的CT准直仪。

在根据本发明第二方面的放射线CT系统，该放射线CT系统是X射线CT系统。

采用根据本发明的CT准直仪，使用电磁系统来简化准直仪的机械结构，使得能够只使用单个电机驱动系统就能实现准直仪缝隙宽度调整和放射线波束追踪以及Z追踪，为CT准直仪找到了成本低廉、缝隙宽度连续可变的简易技术方案。

附图说明

下面结合附图对本发明的一些示范实施例进行详细描述。附图中相同或相似要素采用相同附图标记来表示，其中：

图1A和1B示出根据本发明示范实施例的放射线CT系统；

图2A-2D示出根据本发明示范实施例的CT准直仪。

具体实施方式

在以下的详细描述中，参考附图描述根据本发明的一些示范实施例。本领域技术人员将领会，本发明不限于这些示范实施例。

图1A-1B示出根据本发明示范实施例的放射线CT系统100。在一种实施例中，放射线CT系统100是X射线CT系统。

如图1A-1B所示，X射线CT系统100主要包括三个部分：台架110、定位受检者114的扫描台116和操作控制台130。台架110包括X射线管102。从X射线管102放射出的X射线106通过准直仪104成形以得到诸如扇形波束、锥形波束的X射线束，并照射到受检者114的感兴趣区域上，从受检者114透射过的X射线束被施加到在受检者114另一侧设置的X射线检测器112。X射线检测器112在扇状X射线束的扩展方向(通道方向)及其厚度方向(列方向)上具有多个二维设置的X射线检测元件。

数据采集部分DAS 124耦合到X射线检测器112。数据采集部分124采集由X射线检测器124的各个X射线检测元件检测的数据，作为投影数据。来自X射线管102的X射线的辐射由X射线控制器122控制。图1B中省略了X射线管102与X射线控制器122之间的连接关系。

数据采集部分124采集与由X射线控制器122施加到X射线管102的管电压和管电流有关的数据。图1B中省略了X射线控制器102与数据采集部分124之间的连接关系。

准直仪104由准直仪控制器120控制。在一种实施例中，准直仪104和准直仪控制器120是两个单独的部件。在另一个实施例中，准直仪控制器120可设置在准直仪104内。图1B中省略了准直仪104与准直仪控制器120之间的连接关系。

X射线管102、准直仪104、检测器112、数据采集部分124、X射线控制器122和准直仪控制器120等部件被安装在台架110的旋转部分128中。旋转部分128的旋转由旋转控制器126控制。图1B中省略了旋转部分128与旋转控制器126之间的连接关系。

扫描台116在例如电机的驱动系统作用下可与其上承载的受检者114一起沿受检者纵向轴线118移动进入台架110的开口108中，使得受检者114的感兴趣区域与通过准直仪104照射到其上的X射线束大致垂直。

操作控制台130具有例如计算机的中央处理器136。控制接口140连接到中央处理器136。台架110和扫描台116连接到控制接口140。中央处理器136通过控制接口140控制台架110和扫描台116。

通过控制接口140控制台架110中的数据采集部分124、X射线控制器122、准直仪控制器120和旋转控制器126。图1B中未示出有关部件与控制接口140之间的单独连接。

数据采集缓冲器138连接到中央处理器136。台架110的数据采集部分124连接到数据采集缓冲器138。由数据采集部分124采集的投影数据通过数据采集缓冲器138被输入到中央处理器136。

中央处理器136使用数据采集缓冲器138输入的投影数据来执行图像重构。执行图像重构时，可使用滤波反投影方法，三维图像重构方法等。存储装置142连接到中央处理器136。存储装置142可用于存储用于实现X射线CT系统100各种功能的数据、重构图像和程序等。

显示装置132和输入装置134分别连接到中央处理器136。显示装置132显示从中央处理器136输出的重构图像和其它信息。操作人员可通过输入装置134向中央处理器136输入各种指令和参数。操作人员通过使用显示装置132和输入装置134，对X射线CT设备100进行交互式操作。

图2A-2D示出了根据本发明示范实施例的放射线CT准直仪104的结构示意图。在一种实施例中，CT准直仪104是X射线准直仪。

如图2A所示，CT准直仪104主要包括从闸门301、主闸门302、电磁系统303和金属板306（图2A中未示出）、例如弹簧的弹性部件305和电机驱动系统307。金属板306可以是例如钢板的金属板或者其他非金属的磁性材料。

从闸门301通过位于其两端的弹性部件305固定到准直仪104的支承架上。主闸门302与从闸门301并列设置在同一水平面上。主闸门302和从闸门301的两端通过滑轨308设置在准直仪104的支承架上。在电机驱动系统307和致动器309的作用下，主闸门302可在滑轨308上沿图2B或2D所示的Z方向移动。

在准直仪104外壳上正对X射线管104方向设置有开口311。通过开口311，从X射线管104放射出的X射线穿过准直仪104外壳上的开口311进入准直仪104。

主闸门302和从闸门301具有大致相同的结构。主闸门302包括承载板和在承载板中间部分上靠近从闸门301一侧设置的屏蔽材料304。同样，从闸门301包括承载板和在承载板中间部分上靠近主闸门302一侧设置的屏蔽材料304。

根据对CT扫描期间受检者感兴趣区域的要求，为屏蔽材料304和开口311设置合适的尺寸。主闸门302和从闸门301上设置的屏蔽材料304可阻挡进入准直仪104的X射线束，使得X射线束只能从两个屏蔽材料304之间的缝隙通过，然后照射到受检者114的感兴趣区域上。

弹性部件305可沿图2B所示的Z方向被拉伸和/或压缩。选择弹性部件305的长度和弹性系数，使得从闸门301在滑轨308上沿Z方向移动时主闸门302和从闸门301间缝隙的宽度满足CT扫描需要。在一种实施例中，弹性部件305可被拉伸和压缩，并且可选择弹性部件305的长度，使得在弹性部件305没有弹性形变时，主闸门302和从闸门301上设置的屏蔽材料304正对开口311位于X射线束的下游。在另一个实施例中，弹性部件305可被拉伸或压缩，并且可选择弹性部件305的长度，使得在弹性部件305没有弹性形变时，主闸门302和从闸门301上设置的屏蔽材料304偏离开口311的中心并位于X射线束的下游以形成完全闭合的状态。

在一个实施例中，主闸门302和从闸门301的中间部分，包括屏蔽材料304，具有平面结构。将屏蔽材料304的宽度设置成沿屏蔽材料304的相对边缘从屏蔽材料304的中间向两端逐渐减小，使得两个屏蔽材料304之间形成的开口具有非矩形形状，从而在X射线检测器112上形成矩形形状的X射线检测区域。

在另一个实施例中，主闸门302和 从闸门301的中间部分，包括屏蔽材料304，具有弧形结构，如图2A和2B所示。该弧形结构与在受检者114另一侧设置的检测器112的弧形结构均以X射线管102的焦点为圆心，如图2D所示。

如图2A所示，电磁系统303设置在主闸门302的一端。金属板306相对电磁系统303设置在主闸门302的另一侧，如图2C或2D所示。金属板306的一端固定在从闸门301上并与主闸门302的表面之间形成间隙，另一端延伸到主闸门302上设置的电磁系统303的下方。

备选地，电磁系统303可设置在从闸门301的一端，并且金属板306可相对电磁系统303设置在从闸门301的另一侧。金属板306的一端固定在主闸门301上并与从闸门302的表面之间形成间隙，另一端延伸到从闸门302上设置的电磁系统303的下方。

金属板306具有大致平面结构，其长度满足在主闸门302和从闸门301之间形成最大缝隙时，金属板306仍然能够延伸至电磁系统303的下方。

在一个实施例中，电磁系统303可包括电磁体303-2和支承单元303-2。支承单元303-2支承电磁体303-2，并将其固定到主闸门302或从闸门301的承载板上，如图2B所示。电磁体303-2可为包括铁芯和围绕铁芯缠绕的线圈的常规电磁体。在电源（未示出）作用下，触发电磁系统303的电磁体303-2产生电磁力，使得固定在从闸门301或主闸门302上的金属板6与主闸门302或从闸门301的承载板紧紧啮合，因此，主闸门302和从闸门301可一起移动。

在另一个实施例中，电磁系统303可包括电磁体303-2、支承电磁体303-2的支承单元303-2以及与电磁体303-2耦合并固定在支承单元303-2上的弹性部件303-1，如图2C所示。电磁体303-2可为包括铁芯和围绕铁芯缠绕的线圈的常规电磁体。弹性部件303-1可为弹簧。电磁体303-2的远离弹性部件303-1的一端设置有金属板，并且在主闸门302（在电磁系统303设置在从闸门301上而金属板306固定在主闸门302上的情形下为从闸门301）正对该金属板的承载板上设有开口以容纳电磁体303-2一端的金属板。弹性部件303-1设置成在电磁系统303未被触发时，电磁体303-2一端的金属板与主闸门302（在电磁系统303设置在从闸门301上而金属板306固定在主闸门302上的情形下为从闸门301）的承载板大致处于同一平面。在电磁系统303的电磁体303-2被电源触发时，电磁体303-2上的金属板在电磁力作用下与固定在从闸门301或主闸门302上的金属板306紧紧啮合，因此，主闸门302和从闸门301可一起移动。

可根据弹性部件305的弹力、金属板306啮合时的摩擦力等因素来选择电磁体303-2和/或触发电源。

在对受检者114执行CT扫描时，操作人员通过输入装置134选择准直仪104的缝隙宽度，中央处理器136生成对应命令并且传递给准直仪控制器120，准直仪控制器104通过电机驱动系统307控制主闸门302的移动，使得主闸门302和从闸门301之间的缝隙宽度满足需要。在获得所需的缝隙宽度之后，触发电磁系统303，使主闸门302（在电磁系统303设置在从闸门301上而金属板306固定在主闸门302上的情形下为从闸门301）或电磁系统303与固定在从闸门301（在电磁系统303设置在从闸门301上而金属板306固定在主闸门302上的情形下为主闸门302）上的金属板306紧紧啮合。然后，准直仪控制器120通过电机驱动系统307控制主闸门302和从闸门301一起移动，以将主闸门302与从闸门301之间缝隙的中心对准开口311的中心。

在CT扫描期间，X射线管102的焦点由于温度升高而发生漂移，使得主闸门302与从闸门301间缝隙的中心与X射线束的中心没有完全对准。在主闸门302与从闸门301间缝隙的中心与X射线束的中心不对准时，准直仪控制器120通过电机驱动系统307一起移动主闸门302和从闸门301以追踪X射线管102的焦点，如图2D所示。

在需要改变主闸门302与从闸门301间缝隙的宽度时，释放电磁体303-2，金属板306与主闸门302（在电磁系统303设置在从闸门301上而金属板306固定在主闸门302上的情形下为从闸门301）或电磁系统303分离，从闸门301在弹性部件305作用下返回到原位置。然后，准直仪控制器120在电机驱动系统307作用下控制主闸门302沿Z方向的移动，以选择所需的缝隙宽度。再次触发电磁系统303的电磁体303-2，使主闸门302和从闸门301紧紧啮合，从而在电机驱动系统307作用下，一起移动以便将主闸门302与从闸门301间缝隙的中心与X射线束的中心再次对准。

本发明的准直仪采用电磁系统啮合或分离主从闸门，简化了主从闸门驱动系统的机械结构，通过控制主闸门沿Z方向的移动，可为主闸门与从闸门间的缝隙选择连续可变的宽度，并且通过使主从闸门一起移动可进行X射线波束追踪和Z追踪。因此，本发明提供的准直仪只需要单个电机驱动系统就能同时满足准直仪缝隙宽度调整和X射线波束追踪及Z追踪。

以上通过具体实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员将领会，还可以对本发明进行各种修改、替换、变化等。例如将上述实施例中的一个步骤或部件分为多个步骤或部件来实现，或者相反，将上述实施例中的多个步骤或部件的功能放在一个步骤或部件中来实现。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，而仅仅是为了便于描述。此外，根据实际需要，在一个具体实施例中描述的全部或部分特征可以结合到另一个实施例中。