Ct准直仪和包含该ct准直仪的ct系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种CT准直仪和包括该CT准直仪的CT系统。所述CT准直仪包括：设置在转轴上并且具有多个叶片的旋转缝隙部分，其中，每个叶片具有宽度不同的缝隙，进入准直仪的放射线束仅能从多个叶片中之一上的缝隙通过，其中，每个叶片缝隙沿叶片纵向方向的边缘具有凸出的曲面结构，在沿叶片缝隙纵向方向的垂直平面上，缝隙的两侧边为曲线，并且其中，每个叶片设置成与转轴中心偏心。采用该CT准直仪的CT系统，在CT扫描期间在放射线源的焦点发生漂移的情况下，能够通过调整叶片的转角保持通过CT准直仪投射到放射线检测器上的放射线的检测区域保持不变。
【专利说明】 CT准直仪和包含该CT准直仪的CT系统
【技术领域】
[0001]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CT准直仪以及包含该CT准直仪的放射线CT系统。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]在放射线CT系统中，产生锥形放射线束的放射线管和检测放射线的探测器围绕旋转中心旋转，其中所述两维X射线面探测器位于所述设备对面，并且由以矩阵形式排列的探测器元件构成；采集从受检者透射的放射线所产生的投影数据，并且基于所采集的投影数据重建受检者感兴趣区域的图像；并且，在图像显示装置上显示重建的CT图像。
[0004]在放射线CT系统中，一般在放射线管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。
[0005]常规准直仪一般具有两个不同的电机驱动系统，以满足多缝隙开口和波束Z向追踪要求。这种准直仪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。成本较高。
[0006]一些新近开发的准直仪采用单个电机驱动系统来满足缝隙开口和波束Z向追踪要求。例如，一种新近开发的准直仪包括由单个电机驱动系统驱动的具有多个缝隙的平板，每个缝隙对应一个宽度不同的准直仪缝隙。这种准直仪虽然采用单个电机驱动系统来代替常规的两个驱动系统，从而降低准直仪驱动系统的成本，但是这种准直仪需要将电机的旋转运动转换为直线运动，因此需要丝杠、导轨等器件。因此，提供一种能够在放射线源的焦点在CT扫描期间由于温度变化而发生漂移的情况下自动纠正准直仪缝隙的位置直接用旋转运动方式使得通过准直仪照射到受检者的放射线束不偏离设定的感兴趣区域从而使穿过受检者投射到检测器上的放射线的检测区域保持不变的CT准直仪和CT系统是合乎需要的。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种能够解决上述问题的CT准直仪和包含该CT准直仪的CT系统。
[0008]根据本发明的第一方面，提供一种CT准直仪。该CT准直仪包括设置在转轴上并且具有多个叶片的旋转缝隙部分，其中每个叶片具有宽度不同的缝隙，进入准直仪的放射线束仅能从多个叶片中之一上的缝隙通过，其中每个叶片缝隙沿叶片纵向方向的边缘具有凸出的曲面结构，同时在与每个叶片缝隙沿叶片纵向方向的垂直平面上，缝隙的两侧边为曲线，并且，其中每个叶片设置成与转轴的中心偏心。
[0009]根据本发明第一方面的CT准直仪还包括:单个电机，配置成驱动旋转缝隙部分围绕转轴旋转；和编码器，用于监测旋转缝隙部分绕转轴的中心的转角。
[0010]根据本发明第一方面的CT准直仪还包括:单个电机，配置成驱动旋转缝隙部分围绕转轴旋转，其中单个电机内设置有编码器用于监测旋转缝隙部分绕转轴的中心的转角。
[0011]在根据本发明第一方面的CT准直仪中，每个叶片边缘的曲面结构在沿叶片纵向方向的垂直平面上为两个曲线，叶片缝隙允许与这两个曲线相切的放射线之间的放射线束通过。
[0012]在根据本发明第一方面的CT准直仪中，每个叶片边缘的曲面结构在沿叶片纵向方向的垂直平面上为两个圆弧，叶片缝隙允许与这两个圆弧相切的放射线之间的放射线束通过。
[0013]在根据本发明第一方面的CT准直仪中，两个圆弧所在的圆分别是:在所述垂直平面上放射线源的左侧最大漂移位置与放射线检测器上放射线检测区域的左右边缘点间的第一和第二连线相对放射线源的右侧最大漂移位置与放射线检测区域的所述左右边缘点间的第三和第四连线围绕转轴的中心转动到使第一和第三连线以及第二和第四连线分别在叶片厚度区域内具有交点的位置时，与处于该位置的第一和第三连线相切的圆和与处于该位置的第二和第四连线相切的圆。
[0014]在根据本发明第一方面的CT准直仪中，每个叶片具有平面结构，每个叶片的缝隙宽度沿叶片纵向从缝隙中央到两端逐渐增大。这样就会使投影在探测器上的X射线在Z方向保持等宽度。
[0015]在根据本发明第一方面的CT准直仪中，每个叶片具有处于水平位置时以位于准直仪外的放射线源的焦点为圆心的弧形结构。
[0016]在根据本发明第一方面的CT准直仪中，在转轴的中心不位于每个叶片缝隙沿叶片厚度方向的延长区内时，每个叶片与转轴的中心偏心。
[0017]根据本发明的第二方面，提供一种CT系统。该CT系统包括:权利要求中任一项所述的CT准直仪、设置在放射线检测器上的放射线检测区域监测单元和根据受检者的感兴趣区域选择旋转缝隙部分的多个叶片中之一来允许需要的放射线束投射到受检者的感兴趣区域的准直仪控制器，其中放射线检测区域监测单元监测CT扫描期间通过CT准直仪中所选叶片投射到放射线检测器上的放射线在放射线检测区域由于放射线源的焦点漂移而引起的偏移，并且，其中准直仪控制器配置成通过根据从放射线检测区域监测单元接收的所监测偏移纠正CT准直仪的旋转缝隙部分的转动角度以消除放射线检测区域由于放射线源的焦点漂移而引起的偏移来进行波束Z向追踪。
[0018]根据本发明第二方面的CT系统是X射线CT系统。
[0019]在根据本发明第二方面的CT系统中，准直仪控制器包括存储器或者与存储器耦
口 O
[0020]在根据本发明第二方面的CT系统中，将为旋转缝隙部分中每个叶片预先确定的放射线检测区域的多个偏移与进行波束Z向追踪所需的旋转缝隙部分的多个相应待纠正转动角度以表格形式存储在存储器中。。
[0021]在根据本发明第二方面的CT系统中，准直仪控制器配置成:根据所监测的放射线检测区域的偏移通过在存储器中查找所述表格来为所选叶片确定旋转缝隙部分的待纠正转动角度，并根据确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度结合所选叶片的当前角度进行波束Z向追踪。
[0022]在根据本发明第二方面的CT系统中，准直仪控制器配置成:在根据所监测的放射线检测区域的偏移在所述表格中找不到对应的旋转缝隙部分的待纠正转动角度时，查找与所监测的放射线检测区域的偏移接近的两个偏移所对应的两个待纠正转动角度，并取这两个待纠正转动角度的平均或其间的插值作为确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度，或者，在根据所监测的放射线检测区域的偏移在所述表格中找不到对应的旋转缝隙部分的待纠正转动角度时，查找与所监测的放射线检测区域的偏移最接近的漂移对应的待纠正转动角度作为确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度。
[0023]在根据本发明第二方面的CT系统中，将为旋转缝隙部分中每个叶片预先确定的放射线源的多个焦点漂移与进行波束Z向追踪所需的旋转缝隙部分的多个待纠正转动角度间以表格形式存储在存储器中。
[0024]在根据本发明第二方面的CT系统中，准直仪控制器配置成根据所监测的放射线检测区域的偏移确定放射线源的焦点漂移，并根据确定的焦点漂移通过在存储器中查找所述表格来为所选叶片确定旋转缝隙部分的待纠正转动角度，并根据确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度结合所选叶片的当前角度进行波束Z向追踪。
[0025]在根据本发明第二方面的CT系统中，准直仪控制器配置成:在根据确定的焦点漂移在所述表格中找不到对应的旋转缝隙部分的待纠正转动角度时，查找与确定的焦点漂移接近的两个焦点漂移所对应的两个待纠正转动角度，并取这两个待纠正转动角度的平均或其间的插值作为确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度，或者，在根据确定的焦点漂移在所述表格中找不到对应的旋转缝隙部分的待纠正转动角度时，查找与确定的焦点漂移最接近的焦点漂移对应的待纠正转动角度作为确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度。
[0026]在根据本发明第二方面的CT系统中，准直仪控制器还配置成在纠正CT准直仪的旋转缝隙部分的转动角度之后将从放射线检测区域监测单元接收的最新监测的放射线检测区域的偏移与预定阈值进行比较，若最新监测的放射线检测区域的偏移不超出预定阈值则停止波束Z向追踪，反之则执行新的波束Z向追踪直到最新监测的放射线检测区域的偏移不超出预定阈值。
[0027]采用根据本发明的CT准直仪和包含该CT准直仪的CT系统，根据CT扫描需要可CT准直仪内设置多个缝隙宽度不同的叶片，每个叶片缝隙沿叶片纵向方向的边缘具有凸出的曲面结构(即:在沿叶片缝隙纵向方向的垂直平面上，缝隙的两侧边为曲线)，使得在放射线源的焦点由于温度变化而沿焦点漂移轨迹发生漂移时，通过将所选叶片绕与叶片离心的旋转中心转动与焦点漂移对应的纠正角度，使通过叶片缝隙到达放射线检测器的放射线束保持在相同区域，如同放射线焦点未发生漂移一样。因此，根据本发明的CT准直仪和CT系统不需要在放射线源发生焦点漂移时对放射线检测器等其他部件或者受检者进行重新定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]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-1B示出根据本发明一种示范实施例的放射线CT系统；
图2示出根据本发明一种示范实施例的CT准直仪；
图3A-3D示出根据本发明一种示范实施例的CT准直仪内的开口组件； 图4A-4D示出根据本发明一种示范实施例的确定CT准直仪内的开口组件上叶片缝隙内外圆弧的方法；
图5示出X射线管焦点漂移而准直器无波束Z向追踪时，X射线检测器上引起的X射线检测区域的偏移；并且
图6示出根据本发明示范实施例的波束Z向追踪示意图。
【具体实施方式】
[0029]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。
[0030]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。
[0031]如图1A-1B所示，X射线CT系统100主要包括三个部分:扫描台架110、定位受检者114的扫描支撑台116和操作控制台130。扫描台架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(信号通道方向)及其厚度Z方向(列方向)上具有多个二维设置的X射线检测元件。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]X射线管102、准直仪104、X射线检测器112、数据采集部分124、X射线控制器122和准直仪控制器120等部件被安装在扫描台架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O
[0036]扫描支撑台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移动进入扫描台架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。
[0037]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。扫描台架110和扫描支撑台116连接到控制接口 140。中央处理器136通过控制接口 140控制扫描台架110和扫描支撑台116。
[0038]通过控制接口 140控制扫描台架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。[0039]数据采集缓冲器138连接到中央处理器136。扫描台架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。
[0040]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。
[0041]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。
[0042]图2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。如图2所示，准直仪104包括4个主要部分:准直仪盒203、准直仪盖202、滤波组件201和开口组件204。开口组件204选择具有不同宽度的缝隙的叶片来允许需要的X射线束到达X射线检测器112。滤波组件201对来自X射线管104的X射线进行滤波，以滤除散射的X射线束。准直仪盒203用于支承、固定和容纳准直仪104内的各个组件。准直仪盖202为准直仪104提供屏蔽功能。
[0043]图3A-3D示出了图2所示开口组件204的一种示范结构。如图3A所示，开口组件204主要包括三个部分:旋转缝隙部分2041、驱动旋转缝隙部分2041转动的单个电机驱动系统2043以及检测旋转缝隙部分2041转动角度的编码器2042。在一种实施例中，电机驱动系统2043和编码器2042是两个单独的部件。在另一种实施例中，编码器2042可设置在电机驱动系统2043内。旋转缝隙部分2041和编码器2042可在电机驱动系统2043的驱动下一起转动。
[0044]由于旋转缝隙部分2041由电机驱动系统2043直接驱动，因此，不需要滑轨、滚珠螺杆或者导引螺杆来将旋转运动转变为直线运动，从而简化了准直仪104驱动系统的机械结构。
[0045]图3B示出图3A所示旋转缝隙部分2041的一种示范结构，并给出了旋转缝隙部分2041沿垂直于旋转缝隙部分纵向方向的截面图。如图3B所示，旋转缝隙部分2041包括转轴2044和固定在转轴2044上并与转轴2044 —起转动的多个叶片2045。每个叶片上具有一个不同宽度的缝隙，并且设置有屏蔽材料以阻挡进入准直仪104的不需要的X射线束，使得X射线束只能从叶片上的缝隙通过，然后照射到受检者114的感兴趣区域上。
[0046]图3B所示的旋转缝隙部分2041具有四个叶片，因此具有四个不同宽度的缝隙，其中这四个叶片可绕转轴2044以等间距或不等间距的方式设置。旋转缝隙部分2041上叶片的数量可根据实际需要进行设置，比如设置为2、3、4、5等。
[0047]在一个实施例中，各叶片具有平面结构，并且如图3C所示，每个叶片的缝隙的宽度沿叶片纵向方向从缝隙中间部分到缝隙端部逐渐增大。在另一个实施例中，各叶片和叶片上的缝隙具有弧形结构，该弧形结构与在受检者114另一侧设置的X射线检测器112的弧形结构均以X射线管102的焦点为圆心。
[0048]各叶片的缝隙沿叶片纵向方向的两个边缘具有凸出的曲面结构。如图3D所示，每个叶片2045的缝隙的边缘在沿垂直于叶片纵向的厚度方向的截面图上具有曲线形状。每个叶片设置成与旋转缝隙部分2041的旋转中心偏心，使得叶片的旋转中心不位于缝隙沿叶片厚度方向的延长区内。如下文所述，通过将每个叶片的缝隙边缘配置成具有凸出的曲面结构，并且使各叶片与旋转缝隙部分2041的旋转中心偏心，可在X射线管102的焦点发生漂移时，通过调节叶片的转角使X射线检测器112上的X射线检测区域保持不变。
[0049]在对受检者114执行CT检查时，操作人员通过输入装置134选择准直仪104开口组件204的缝隙宽度，通过中央处理器136向准直仪控制器120发出控制命令，在准直仪控制器120的作用下，电机驱动系统2043将旋转缝隙部分2041上的具有所需缝隙宽度的叶片旋转至大致水平位置，使得该叶片与X射线管的中心X射线束大致垂直，因此，进入准直仪104的X射线束仅能通过该叶片的缝隙，照射到受检者114的感兴趣区域，并穿过受检者114投射到X射线检测器112上形成X射线检测区域。
[0050]X射线管102在工作中，其焦点会随着射线管温度的变化而发生漂移，在准直仪104的所选叶片的位置保持不变的情况下，与X射线管焦点未漂移之前相比，通过叶片缝隙照射到受检者114的X射线束发生相应漂移，并最终导致X射线检测器112上的X射线检测区域产生较大偏移。
[0051]如图5所示，X射线管102的焦点在CT扫描期间发生漂移之前，通过准直仪104的所选叶片缝隙投射到X射线检测器112上的X射线束左边缘Dl与右边缘D2之间的X射线检测区域用Al表示。当X射线管焦点在CT扫描期间由于温度变化而沿焦点漂移轨迹漂移到焦点漂移轨迹的左边缘时，通过所选叶片缝隙投射到X射线检测器112上的X射线检测区域的变化用A4表示。如图所示，X射线检测器112上的X射线检测区域的右边缘从点D2偏移到点D4。同样，在X射线管102的焦点由于温度变化焦点漂移轨迹漂移到焦点漂移轨迹的右边缘时，通过叶片缝隙投射到X射线检测器上的X射线检测区域的变化用A5表示。如图所示，X射线检测器112上的X射线检测区域的左边缘从点Dl偏移到点D3。因此，当X射线管102的焦点发生漂移时，如果不纠正准直仪104的所选叶片的位置，即不进行波束Z向追踪，则通过准直仪104的所选叶片投射到X射线检测器112上的X射线束检测区域将偏离X射线管102未发生焦点漂移时的X射线检测区域Al。
[0052]在一个实施例中，每个叶片缝隙边缘的曲面结构在图3D所示的沿垂直于叶片纵向的厚度方向的截面图上的曲线为圆弧，其中靠近叶片旋转中心的圆弧被称为内圆弧，远离叶片旋转中心的圆弧被称为外圆弧。
[0053]以下以每个叶片缝隙边缘的曲面结构在沿叶片缝隙纵向方向的垂直平面上的曲线为圆弧为例对本发明进行进一步说明。本领域技术人员将领会，每个叶片缝隙边缘的曲面结构沿叶片缝隙纵向方向的垂直平面上的曲线可为椭圆弧或者其他任意曲线。
[0054]在一个实施例中，可使用下文参考图4A-4D说明的不等角度追踪方法来确定叶片缝隙的内、外圆弧。为便于说明，以叶片缝隙中心沿垂直于叶片纵向的厚度方向的截面图为例。
[0055]图4A示出X射线管102的示范焦点位置FP1-FP5和X射线管102在这些焦点位置放射出的X射线束通过叶片缝隙投射到X射线检测器112上的X射线束的边缘射线Ll-LlO，其中焦点位置FPl和PF5代表X射线管102的焦点沿焦点漂移轨迹的最大漂移值。X射线管焦点的漂移轨迹和范围由其结构和尺寸确定。[0056]如图4A所示，在X射线管102的焦点位于FPl时，叶片缝隙允许X射线LI与L6之间的X射线束通过；在X射线管的焦点位于FP2时，叶片缝隙允许X射线L2与L7之间的X射线束通过，以此类推，在X射线管的焦点位于FP5时，叶片缝隙允许X射线L5与LlO之间的X射线束通过。
[0057]叶片缝隙的宽度及其内、外圆弧的位置可根据CT扫描中对X射线检测器112上的X射线检测区域宽度要求，结合CT系统中各部件的尺寸位置关系来确定。
[0058]具体而言，如图4B所示，以叶片的旋转中心O为坐标中心建立二维坐标系统Υ0Ζ，其中旋转中心O的水平线为二维坐标系统的OZ轴。在建立的二维坐标系统YOZ中，X射线检测器112上的X射线检测区域(即如图6A所示的X射线检测区域左边缘点Dl点和D2点)、叶片缝隙位置、X射线管102的焦点位置及其最大漂移位置已知，因此，可确定X射线管102的焦点在右侧最大漂移位置FP5时通过叶片缝隙左边缘点到达X射线检测器112上的X射线检测区域左边缘点Dl (参见图6A)的X射线LlO和通过叶片缝隙右边缘点到达X射线检测器112上的X射线检测区域右边缘点D2 (参见图6A)的X射线L5在二维坐标系统YOZ中的位置，并且可确定X射线管102的焦点在左侧最大漂移位置FPl时通过叶片缝隙左边缘点到达X射线检测器112上的X射线检测区域左边缘点Dl的X射线L6和通过叶片缝隙右边缘点到达X射线检测器112上的X射线检测区域右边缘点D2的X射线LI在二维坐标系统YOZ中的位置。
[0059]保持图4B中X射线管焦点位于右侧最大漂移位置FP5时通过叶片缝隙左右边缘点的X射线LlO和L5的位置不变并且保持叶片处于水平位置，将图4B中所示的X射线管焦点位于左侧最大漂移位置FPl时通过叶片缝隙左右边缘点的X射线L6和LI围绕叶片旋转中心O转动角度B，使得X射线L6和LlO在叶片沿厚度方向的区域内具有一个交点，并且X射线LI和L5也在该区域内具有另一个交点，如图4C所示。如果X射线L6和LI围绕叶片旋转中心O转动的过程中，X射线L6和LlO间的交点和LI和L5间的交点没有出现在叶片沿厚度方向的区域内，则可以通过调整叶片厚度和叶片缝隙与旋转中心O间的偏心程度，直到在X射线L6和LI围绕叶片旋转中心O转动时X射线L6和LlO间的交点和LI和L5间的交点出现在叶片沿厚度方向的区域内。
[0060]然后，如图4D所示，以预先确定的半径Ro在上文所述的X射线L6和LlO间的交点附近设置外圆弧，其中外圆弧所在的圆与X射线L6和LlO相切；同样，以预先确定的半径Rn在X射线LI和L5间的交点附近处设置内圆弧，其中内圆弧所在的圆与X射线LI和L5相切，其中叶片缝隙的宽度由设置的内、外圆弧确定。外、内圆弧半径Ro和Rn可根据例如对外、内圆弧的曲率要求来设置。选择合适的外、内圆弧半径Ro和Rn，使得外、内圆弧所在的圆的直径不小于叶片厚度，并且在取较大的外、内圆弧Ro和Rn时，外、内圆弧应有合适的曲率，使得叶片缝隙沿纵向的边缘具有凸出的曲面结构。
[0061]在另一个实施例中，可采用与上述不等角度追踪方法类似的等角度追踪方法或其它类似方法来确定每个叶片缝隙边缘的曲面结构在沿叶片缝隙纵向方向的垂直平面上的曲线。
[0062]在一个实施例中，在确定每个叶片缝隙边缘的曲面结构在沿叶片缝隙纵向方向的垂直平面上的例如内、外圆弧的内、外曲线形状之后，将内、外曲线从缝隙中心位置按缝隙边缘形状向缝隙两端扩展，从而使得叶片缝隙沿纵向的边缘具有凸出的曲面结构，这样就会使投影在X探测器112上的X射线在Z方向保持等宽度。在另一个实施例中，可将叶片及其缝隙划分为若干缝隙段，用上述不等角度追踪方法或等角度追踪方法为每个缝隙段确定该缝隙段在沿叶片缝隙纵向方向的垂直平面上的例如内、外圆弧的内、外曲线形状，然后将该内、外曲线沿该缝隙段所在的叶片的边缘形状扩展至该缝隙段，从而在每个缝隙段的叶片缝隙边缘形成凸出的曲面结构，并最终形成整个叶片缝隙沿叶片纵向边缘的凸出的曲面结构，这样就会使投影在X射线探测器112上的X射线在Z方向保持等宽度。
[0063]如上所述，在X射线管102工作时，其焦点随温度变化发生漂移，从而引起检测器112上的X射线检测区域偏移原先的X射线检测区域。根据X射线管102的结构，X射线管焦点的漂移轨迹可以是水平线、倾斜线或者其他形状。为简便起见，下面以X射线管焦点具有水平线轨迹漂移的示例来进行说明。
[0064]采用根据本发明的准直仪104，在X射线管102的焦点发生漂移时，准直仪控制器120可控制准直仪104内的旋转缝隙部分2041旋转某个角度以纠正通过叶片缝隙的X射线束的路线，使得叶片沿纵向方向的边缘具有的凸出的曲面结构可阻挡来自X射线管的一些X射线束，从而纠正投射到X射线检测器112上的X射线束，使得X射线检测器112上的X射线束检测区域在X射线管102的焦点发生改变时保持不变。该追踪过程被称为波束Z向追踪。
[0065]接下来，结合图6A-6D说明根据本发明的准直仪控制器120控制准直仪104以在X射线管102的焦点发生漂移时保持X射线检测器112上的X射线检测区域保持不变的波束Z向追踪过程。
[0066]如图6A所示，在X射线管102的焦点位于焦点漂移范围的中心时，通过旋转缝隙部分2041中所选叶片的缝隙投射到X射线检测器112上的X射线检测区域具有右边缘点D2和左边缘点D1，其中X射线管102的焦点的漂移范围取决于X射线管102的结构。以叶片缝隙中心位置沿垂直于叶片纵向的厚度方向的截面图为例，将叶片旋转中心作为坐标原点建立二维坐标系Υ0Ζ。根据CT系统各部件(包括X射线管102、准直仪104、准直仪104中的旋转缝隙部分2041及其各个叶片以及X射线检测器112)的尺寸、结构以及位置关系，可在建立的二维坐标系YOZ中确定旋转缝隙部分2041上多个叶片中所选叶片的水平位置、X射线管102的焦点和X射线检测器112以及其上的X射线检测区域中左右边缘点Dl和D2的位置。
[0067]如图6B所示，选取X射线管102的焦点漂移范围的右边缘点H)作为波束Z向追踪的初始参考位置。通过处于水平位置的所选叶片的缝隙的X射线束投射到X射线检测器112上，形成具有X射线右边缘点D2和X射线左边缘点Dl之间的X射线检测区域。本领域技术人员要领会，也可以选取焦点漂移范围中的任何其他位置作为波束Z向追踪的初始参考位置，只要通过所选叶片缝隙的X射线束在X射线检测器112上形成执行CT扫描需要的X射线检测区域在Dl和D2上。
[0068]X射线管102的焦点在CT扫描期间由于温度变化而发生漂移，例如相对图6C所示的焦点初始参考位置沿焦点漂移轨迹的左漂移P，使得通过叶片缝隙投射到X射线检测器112上形成的X射线检测区域发生改变。X射线检测区域的改变可由设置在X射线检测器112上的X射线检测区域偏移监测单元确定。
[0069]在一个实施例中，在X射线检测区域偏移监测单元确定X射线检测器112上的X射线检测区域与X射线管102的焦点处于初始参考位置所对应的X射线检测区域相比发生改变时，叶片可以处在水平位置，相比图6B位置，此时叶片所处的角度BI为零。叶片也可以处在其它位置，如图6C，此时叶片角度为BI，角度BI可由设置在准直仪104内的编码器2042确定。如图6C所示，X射线检测器112上新的X射线检测区域具有X射线右边缘点D3和左边缘点D4，其中与右边缘点D3和左边缘点D4对应的两条X射线用L12和L22表示，这两条X射线位于所选叶片的内圆弧和外圆弧之间的缝隙允许通过的X射线束的两个边缘。X射线检测区域偏移监测单元可将确定的X射线检测区域偏移，即点D3与点D2间的距离m和/或点D4与点Dl间的距离n，发送给准直仪控制器120。
[0070]设置在准直仪104内的编码器2042可测量所选叶片围绕旋转中心O转动的角度BI并将测量的角度BI发送给准直仪控制器120。根据收到的角度BI和X射线检测区域偏移m和/或n，结合所选叶片、旋转缝隙部分2041、X射线管102以及X射线检测器112在二维坐标系YOZ中的位置关系，准直仪控制器120可确定X射线管102的焦点相对初始参考位置漂移P。
[0071]具体而言，在一个实施例中，准直仪控制器120根据编码器2042测量的角度BI和所选叶片围绕旋转中心O的旋转半径确定内圆弧在二维YOZ坐标系的位置。接着，准直仪控制器120根据来自X射线检测区域偏移监测单元确定的X射线检测区域偏移m，结合所选叶片、旋转缝隙部分2041、X射线管102和X射线检测器112在二维坐标系YOZ中的位置关系，确定二维坐标系YOZ中经过点D3并且与内圆弧相切的直线L12，其中直线L12代表X射线管102的焦点从右边缘点H)漂移到新位置Fl，并且所选叶片处在转动角度BI时，X射线束最右侧的X射线。所确定的直线L12与X射线管102的焦点漂移轨迹的交点即为X射线管102的焦点漂移新位置Fl。
[0072]在另一个实施例中，准直仪控制器120根据所选叶片所在转动角度B1、所选叶片围绕旋转中心O的旋转半径确定内圆弧的位置以及内外圆间的位置关系确定二维坐标系YOZ中外圆弧的位置。接着，准直仪控制器120根据来自X射线检测区域偏移监测单元确定的漂移n，结合所选叶片、旋转缝隙部分2041、X射线管102和X射线检测器112在二维坐标系YOZ中的位置关系，确定二维坐标系YOZ中经过点D4并且与外圆弧相切的直线L22，其中直线L22代表X射线管102的焦点从右边缘点H)漂移到新位置Fl，并且所选叶片处在转动角度BI时，X射线束最左侧的X射线。所确定的直线L22与X射线管102的焦点漂移轨迹的交点即为X射线管102的焦点漂移新位置F1。
[0073]在又一个实施例中，准直仪控制器120在分别根据二维坐标系YOZ中的直线L12和直线L22确定出两个焦点漂移新位置Fl后，取其平均值作为最终的焦点漂移新位置Fl。
[0074]准直仪控制器120可在确定X射线管102沿焦点漂移轨迹的焦点漂移P和所选叶片所在转动角度BI之后，确定消除X射线检测器112上X射线检测区域偏移m和η所需的叶片纠正转角，然后控制电机驱动系统2043驱动旋转缝隙部分2041沿转轴2042的中心旋转该纠正角度，使得在X射线管102的焦点相对初始参考位置H)沿焦点漂移轨迹漂移到新位置Fl之后通过所选叶片缝隙投射到X射线检测器112上的X射线检测区域保持不变，从而完成X射线管102的焦点漂移的波束Z向追踪。
[0075]具体而言，如图6D所示，在一个实施例中，准直仪控制器120在确定X射线管102的焦点漂移P之后，可确定焦点新位置点Fl在二维YOZ坐标系中的位置，然后根据确定的焦点新位置点Fl结合X射线检测器112上初始X射线检测区域的右边缘点D2确定二维YOZ坐标系中通过点Fl和点D2的直线L11。由于在叶片绕旋转中心O转动纠正角度使得X射线管102的焦点沿焦点漂移轨迹漂移P之后通过叶片缝隙在X射线检测器112上得到的X射线检测区域保持不变时，在二维YOZ坐标系中所选叶片缝隙的内圆弧与位于直线Lll的X射线相切。因此，在直线Lll已知的情况下，结合内圆弧与直线Lll相切的位置关系以及叶片的旋转半径等已知参数，可确定叶片绕旋转中心O转动的纠正角度B。
[0076]在另一个实施例中，准直仪控制器120在确定二维YOZ坐标系中焦点新位置点Fl的位置之后，根据确定的焦点新位置点Fl结合X射线检测器112上初始X射线检测区域的左边缘点Dl确定二维YOZ坐标系中通过点Fl和Dl的直线L21。由于在叶片绕旋转中心O转动纠正角度B使得X射线管102的焦点沿焦点漂移轨迹漂移P之后通过叶片缝隙在X射线检测器112上得到的X射线检测区域保持不变时，在二维YOZ坐标系中所选叶片缝隙的外圆弧与位于直线L21的X射线相切。因此，在直线L21已知的情况下，结合外圆弧与直线L21相切的位置关系、叶片缝隙内外圆的位置关系以及叶片的旋转半径等已知参数，可确定叶片绕旋转中心O转动的纠正角度B。
[0077]在又一个实施例中，准直仪控制器120可在分别根据直线Lll和直线L21确定出叶片绕旋转中心O转动的两个纠正角度B之后，取其平均值作为最终的纠正角度B来执行波束Z向追踪。
[0078]备选地，准直仪控制器120还配置成在完成X射线管102的焦点漂移的第一次波束Z向追踪之后，可将X射线检测区域偏移监测单元实时确定的X射线检测区域偏移m和/或η与预定阈值进行比较，如果实时确定的漂移m和/或η未超过各自的阈值，则完成波束Z向追踪。如果实时确定的漂移值m和/或η超出各自的阈值，可重复执行上述波束Z向追踪过程，直到最新的X射线检测区域偏移m和/或η不超过各自阈值。
[0079]在一个实施例中，可根据仿真或者实测为旋转缝隙部分2041上的每个叶片预先确定X射线管102的焦点在CT扫描期间沿焦点漂移轨迹的多个漂移P与为实现波束Z向追踪要求所选叶片转动的相应纠正角度B (含转动方向)，并将确定的多个漂移P与相应纠正角度B以表格的形式存储在设置于准直仪控制器120内或者与设置在准直仪控制器120外并且与其耦合的存储器(未示出)内。当在对受检者114执行CT扫描期间X射线管102的焦点由于温度变化而沿焦点漂移轨迹发生漂移时，准直仪控制器120可根据X射线检测器112上设置的X射线检测区域偏移监测单元确定的X射线检测区域偏移m和/或η确定X射线管的焦点漂移P，并且在存储器中查找与X射线管的焦点漂移P对应的叶片纠正转角B,并根据找到的叶片纠正转角B和由编码器2042确定的叶片当前角度BI来控制电机驱动系统2043使叶片绕旋转中心转动纠正角度，从而消除X射线检测器112上的X射线检测区域偏移m和/或η，以实现波束Z向追踪。
[0080]当准直仪控制器120在存储器中没有找到X射线管的焦点漂移P时，可查找与X射线管的焦点漂移P最接近的两个焦点漂移所对应的两个纠正角度B，然后根据X射线管的焦点漂移P与最接近的两个焦点漂移之间的关系，通过在查找到的两个纠正角度B之间进行插值来确定最终的纠正角度B。在另一种实施例中，当准直仪控制器120在存储器中没有找到X射线管的焦点漂移P时，可查找与X射线管的焦点漂移P最接近的焦点漂移所对应的纠正角度B作为最终的纠正角度B。在又一种实施例中，当准直仪控制器120在存储器中没有找到X射线管的焦点漂移P时，可查找与X射线管的焦点漂移P最接近的两个焦点漂移所对应的两个纠正角度B，然后将找到的两个纠正角度B取平均作为最终的纠正角度B。
[0081]在另一个实施例中，可根据仿真或者实测预先确定X射线检测器112上X射线检测区域的多个偏移m和/或η与实现波束Z向追踪要求叶片转动的多个对应纠正角度B(含转动方向)，并将确定的多个X射线检测区域偏移m和/或η和多个相应纠正焦点B以表格的形式存储在设置于准直仪控制器120内或者设置在准直仪控制器120外并且与其耦合的存储器(未示出)内。当在对受检者114执行CT扫描期间X射线管102的焦点由于温度变化而沿焦点漂移轨迹发生漂移时，准直仪控制器120可根据X射线检测器112上设置的X射线检测区域偏移监测单元确定的偏移m和/或η在存储器中查找对应的叶片纠正转角B，并根据找到的叶片纠正转角B并结合由编码器2042确定的叶片当前角度BI来控制电机驱动系统2043使叶片绕旋转中心转动纠正角度，从而消除X射线检测器112上的X射线检测区域偏移m和/或η，以实现波束Z向追踪。
[0082]当准直仪控制器120在存储器中没有找到X射线检测区域偏移监测单元确定的X射线检测区域偏移m和/或η时，可查找与X射线检测区域偏移m和/或η最接近的两个偏移所对应的两个纠正角度B，然后根据X射线检测区域偏移m和/或η与最接近的两个偏移之间的关系，通过在查找到的两个纠正角度B之间进行差值来确定最终的纠正角度B。在另一种实施例中，当准直仪控制器120在存储器中没有找到X射线检测区域偏移监测单元确定的X射线检测区域偏移m和/或η时，可查找与X射线检测区域偏移m和/或η最接近的偏移所对应的纠正角度B作为最终的纠正角度B。在又一种实施例中，当准直仪控制器120在存储器中没有找到X射线检测区域偏移监测单元确定的X射线检测区域偏移m和/或η时，可查找与X射线检测区域偏移m和/或η最接近的两个偏移所对应的两个纠正角度B，然后将找到的两个纠正角度B取平均作为最终的纠正角度B。
[0083]回到图5，当X射线管102的焦点由于温度变化而沿焦点漂移轨迹发生漂移时，通过准直仪控制器120控制准直仪104内的所选叶片绕旋转中心转动纠正角度，以消除通过所选叶片的缝隙投射到X射线检测器112上的X射线检测区域的偏移，使得X射线检测区域基本回到焦点漂移前的位置。如图所示，执行波束Z向追踪后在X射线检测器112上得到的X射线检测区域Α2与焦点漂移前的X射线检测区域Al基本一致。仿真和实测表明，执行波束Z向追踪后在X射线检测器112上得到的X射线检测区域Α2相对焦点漂移前的X射线检测区域Al的差异非常小。在X射线检测器112上的X射线检测区域D2侧达到精确追踪，在Dl侧有很微小的差异，且在X射线管角度漂移的左、右极限位置达到精确追踪。
[0084]根据本发明的CT准直仪使用单个电机驱动系统来执行准直仪叶片缝隙宽度选择和CT扫描期间的波束Z向追踪。与采用两个及以上电机驱动系统的常规CT准直仪相比，具有更低的制造成本。单个电机驱动系统直接驱动准直仪的旋转缝隙部分，不需要滑轨、滚珠螺杆或者导引螺杆，因此其具有比常规准直仪更简易的结构，因此具有更高的可靠性和更好的维修性
根据本发明的CT准直仪，根据CT扫描需要可在旋转缝隙部分上设置多个缝隙宽度不同的叶片，每个叶片缝隙沿叶片纵向方向的边缘具有凸出的曲面结构和缝隙的内、外曲线，使得在放射线源的焦点由于温度变化而沿焦点漂移轨迹发生漂移时，通过将所选叶片绕与叶片离心的旋转中心转动与焦点漂移对应的纠正角度，使通过叶片缝隙到达放射线检测器的放射线束保持在相同区域且宽度相同，如同放射线焦点未发生漂移一样。因此，根据本发明的CT准直仪和CT系统不需要在放射线源发生焦点漂移时对放射线检测器等进行额外的调整。
[0085] 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。
【权利要求】
1.一种CT准直仪，包括: 设置在转轴上并且具有多个叶片的旋转缝隙部分， 其中，每个叶片具有宽度不同的缝隙，进入准直仪的放射线束仅能从多个叶片中之一上的缝隙通过， 其中，每个叶片缝隙沿叶片纵向方向的边缘具有凸出的曲面结构，在沿叶片缝隙纵向方向的垂直平面上，缝隙的两侧边为曲线，并且 其中，每个叶片设置成与转轴的中心偏心。
2.如权利要求1所述的CT准直仪，还包括: 单个电机，配置成驱动旋转缝隙部分围绕转轴旋转；和 编码器，用于监测旋转缝隙部分绕转轴的中心的转角。
3.如权利要求1所述的CT准直仪，还包括: 单个电机，配置成驱动旋转缝隙部分围绕转轴旋转， 其中，单个电机内设置有编码器，用于监测旋转缝隙部分绕转轴的中心的转角。
4.如权利要求1所述的CT准直仪，其中，每个叶片边缘的曲面结构在沿叶片纵向方向的垂直平面上为两个曲线，叶片缝隙允许与这两个曲线相切的放射线之间的放射线束通过。
5.如权利要求1所述的CT准直仪，其中，每个叶片边缘的曲面结构在沿叶片纵向方向的垂直平面上为两个圆弧，叶片缝隙允许与这两个圆弧相切的放射线之间的放射线束通过。
6.如权利要求5所述的CT准直仪，其中，两个圆弧所在的圆分别是:在所述垂直平面上放射线源的左侧最大漂移位置与放射线检测器上放射线检测区域的左右边缘点间的第一和第二连线相对放射线源的右侧最大漂移位置与放射线检测区域的所述左右边缘点间的第三和第四连线围绕转轴的中心转动到使第一和第三连线以及第二和第四连线分别在叶片厚度区域内具有交点的位置时，与处于该位置的第一和第三连线相切的圆和与处于该位置的第二和第四连线相切的圆。
7.如权利要求1所述的CT准直仪，其中，每个叶片具有平面结构，每个叶片的缝隙宽度沿叶片纵向从缝隙中央到两端逐渐增大。
8.如权利要求1所述的CT准直仪，其中，每个叶片具有处于水平位置时以位于准直仪外的放射线源的焦点为圆心的弧形结构。
9.如权利要求1所述的CT准直仪，其中，在转轴的中心不位于每个叶片缝隙沿叶片厚度方向的延长区内时，每个叶片与转轴的中心偏心。
10.一种CT系统,包括: 权利要求1-9中任一项所述的CT准直仪； 设置在放射线检测器上的放射线检测区域监测单元；和 准直仪控制器，根据受检者的感兴趣区域选择旋转缝隙部分的多个叶片中之一来允许需要的放射线束投射到受检者的感兴趣区域， 其中，放射线检测区域监测单元监测CT扫描期间通过CT准直仪中所选叶片投射到放射线检测器上的放射线的放射线检测区域由于放射线源的焦点漂移而引起的偏移，并且 其中，准直仪控制器配置成通过根据从放射线检测区域监测单元接收的所监测偏移纠正CT准直仪的旋转缝隙部分的转动角度以消除放射线检测区域由于放射线源的焦点漂移而引起的偏移来进行波束Z向追踪。
11.如权利要求10所述的CT系统，其中，该CT系统是X射线CT系统。
12.如权利要求10所述的CT系统，其中，准直仪控制器包括存储器或者与存储器耦入口 O
13.如权利要求12所述的CT系统，其中，将为旋转缝隙部分中每个叶片预先确定的放射线检测区域的多个偏移与进行波束Z向追踪所需的旋转缝隙部分的多个相应待纠正转动角度以表格形式存储在存储器中。
14.如权利要求13所述的CT系统，其中，准直仪控制器配置成: 根据所监测的放射线检测区域的偏移通过在存储器中查找所述表格来为所选叶片确定旋转缝隙部分的待纠正转动角度，并根据确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度结合所选叶片的当前角度进行波束Z向追踪。
15.如权利要求14所述的CT系统，其中，准直仪控制器配置成: 在根据所监测的放射线检测区域的偏移在所述表格中找不到对应的旋转缝隙部分的待纠正转动角度时，查找与所监测的放射线检测区域的偏移接近的两个偏移所对应的两个待纠正转动角度，并取 这两个待纠正转动角度的平均或其间的插值作为确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度，或者 在根据所监测的放射线检测区域的偏移在所述表格中找不到对应的旋转缝隙部分的待纠正转动角度时，查找与所监测的放射线检测区域的偏移最接近的漂移对应的待纠正转动角度作为确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度。
16.如权利要求12所述的CT系统，其中，将为旋转缝隙部分中每个叶片预先确定的放射线源的多个焦点漂移与进行波束Z向追踪所需的旋转缝隙部分的多个待纠正转动角度间以表格形式存储在存储器中。
17.如权利要求16所述的CT系统，其中，准直仪控制器配置成: 根据所监测的放射线检测区域的偏移确定放射线源的焦点漂移，并根据确定的焦点漂移通过在存储器中查找所述表格来为所选叶片确定旋转缝隙部分的待纠正转动角度，并根据确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度结合所选叶片的当前角度进行波束Z向追踪。
18.如权利要求17所述的CT系统，其中，准直仪控制器配置成: 在根据确定的焦点漂移在所述表格中找不到对应的旋转缝隙部分的待纠正转动角度时，查找与确定的焦点漂移接近的两个焦点漂移所对应的两个待纠正转动角度，并取这两个待纠正转动角度的平均或其间的插值作为确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度，或者 在根据确定的焦点漂移在所述表格中找不到对应的旋转缝隙部分的待纠正转动角度时，查找与确定的焦点漂移最接近的焦点漂移对应的待纠正转动角度作为确定的旋转缝隙部分的待纠正转动角度。
19.如权利要求10-18中任一项所述的CT系统，其中，准直仪控制器还配置成在纠正CT准直仪的旋转缝隙部分的转动角度之后将从放射线检测区域监测单元接收的最新监测的放射线检测区域的偏移与预定阈值进行比较，若最新监测的放射线检测区域的偏移不超出预定阈值则停止波束Z向追踪，反之则执行新的波束Z向追踪直到最新监测的放射线检测区域的偏移不超出预定阈值。
【文档编号】A61B6/03GK103839603SQ201210489931
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2012年11月27日
【发明者】张笑妍, 郭军, 杨绪勇 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司