CT机架和CT机的制作方法

ct机架和ct机
技术领域
1.本发明涉及ct机领域，具体而言，涉及旋转加/减速度连续可调的ct机架及包括其的ct机。


背景技术：

2.ct机主要由x射线发生部分(x射线管)、x射线检测部分(x射线探测器)、机械运动部分(机架、扫描床)、以及计算机及图像显示部分组成。ct机的x射线管、探测器安装于ct机架上。ct扫描时，机架的旋转组件围绕受检者旋转，使x射线管向受检者的不同部位发射x射线，探测器接收穿过人体的x射线衰减信号，从而由计算机重建受检者的断层扫描图像。
3.ct机需要在ct机架的旋转组件加速到所需的旋转速度时才能开始对受检者进行x射线扫描。在ct机中，该旋转速度采用固定的值(例如，1.5秒/圈，或1.0秒/圈)。因此，为了缩短对受检者的检查时间，需要ct机在扫描开始之前越快从静止加速到所需的旋转速度越好，且在扫描结束后越快从该旋转速度减速到静止越好。
4.ct机采用带传动结构来使该旋转组件作单向旋转。电机作为带传动结构的驱动轮，而机架的旋转组件作为带传动结构的从动轮，张紧轮用于调节传动带的张力。图1示出了传统的ct机采用的带传动结构。机架的旋转加/减速度和最大速度控制参数根据所选择的旋转电机功率而预调节，并被存储在旋转控制器中。因此，在通常的扫描情况下(即具有固定的电机输出功率、机架旋转速度)，机架的旋转组件的旋转加/减速的时间是固定的。然而，这对调节ct扫描前的旋转加速时间和ct扫描后的旋转减速时间、进而调节受检者的检查时间带来了不便。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种使旋转加/减速度连续可调的ct机架，以解决现有技术中无法根据使用场景自由调节ct扫描前后的旋转加减速时间、进而调节受检者的检查时间的问题。
6.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种ct机架，其包括：旋转组件，在ct机扫描时围绕受检者旋转，以使附接至旋转组件的x射线管向受检者的不同部位发射x射线；刚性带，卷绕在旋转组件上以向旋转组件传递动力；张紧轮，与刚性带呈压力接触以提供刚性带所需的张力；驱动轮，刚性带卷绕于驱动轮上以从驱动轮输出动力；并且该驱动轮的半径是连续可调的。
7.根据本发明的一个实施例，驱动轮包括：输出轴，固定锥形盘，固定地套设在输出轴上并随输出轴的旋转而旋转，可移动锥形盘，套设于输出轴上并随输出轴的旋转而旋转，可移动锥形盘的锥面面向固定锥形盘的锥面，可移动锥形盘能够沿输出轴的轴向在预定范围内移动，其中，刚性带以夹持在固定锥形盘的锥面与可移动锥形盘的锥面之间的方式卷绕于驱动轮上。
8.以这样的方式，通过使刚性带卷绕在固定锥形盘的锥面与可移动锥形盘的锥面的
不同高度处，可以实现驱动轮的旋转半径的调节。
9.进一步地，根据本发明的一个实施例，当可移动锥形盘朝向固定锥形盘移动时使得刚性带沿输出轴的径向向外侧移动，并且当可移动锥形盘远离固定锥形盘移动时使得刚性带沿输出轴的径向向内侧移动。
10.以这样的方式，通过可移动锥形盘沿输出轴的轴向的移动而实现了驱动轮的旋转半径的调节。
11.进一步地，根据本发明的一个实施例，旋转组件的旋转加速度在可移动锥形盘朝向固定锥形盘移动时减小，并且在可移动锥形盘远离固定锥形盘移动时增大。
12.以这样的方式，通过可移动锥形盘沿输出轴的轴向的移动实现了机架的旋转组件的旋转加速度的调节。
13.进一步地，根据本发明的一个实施例，输出轴由电机驱动。
14.以这样的方式，由于电机输出转矩保持不变，当驱动轮的旋转半径减小时，输出轴转速增加，因此电机输出功率增加；而当驱动轮的旋转半径增大时，输出轴转速减小，因此电机输出功率减小。
15.进一步地，根据本发明的一个实施例，可移动锥形盘由电机或液压动力机构驱动。
16.以这样的方式，通过控制器经由电机或液压动力机构控制可移动锥形盘的移动，从而控制驱动轮的旋转半径改变。
17.根据本发明另一实施例，旋转组件也半径连续可调的旋转组件。
18.根据本发明的另一方面，还提供了一种ct机，其包括：上述ct机架；x射线管，附接至ct机架的旋转组件并向受检者发射x射线；x射线探测器，附接至ct机架的旋转组件，接收经受检者的身体衰减的x射线并输出信号；控制器，向连接至ct机架的输出轴的电机发送控制信号以控制输出轴的驱动，并向连接至ct机架的可移动锥形盘的电机或液压动力机构发送控制信号以控制可移动锥形盘的驱动；以及数据处理系统，接收x射线探测器输出的信号并进行处理以生成受检者的扫描断层图像。
19.以这样的方式，通过采用上述ct机架，使得ct机架的旋转组件的加/减速度可调，从而使得ct扫描前的旋转加速时间和ct扫描后的旋转减速时间可调。
20.进一步地，根据本发明的一个实施例，在可移动锥形盘移动过程中，连接至输出轴的电机的输出转矩保持不变。
21.以这样的方式，根据本申请实施方式的ct机架实现了当驱动轮半径减小时，ct机架的旋转组件的加/减速度增大，ct机消耗的功率也增大，但ct扫描前后的旋转加减速时间减小；当驱动轮半径增大时，ct机架的旋转组件的加/减速度减小，ct机消耗的功率也减小，但ct扫描前后的旋转加减速时间减小。由此，使得可根据使用场景适当地调节ct机架的旋转组件的加/减速度，从而调节受检者的检查时间，优化ct扫描过程。
22.在本发明实施例中，提供了通过将刚性带以夹持在固定锥形盘与可移动锥形盘的锥面之间的方式卷绕于驱动轮上，而使得可移动锥形盘的轴向连续移动对应于驱动轮的旋转半径的连续改变，从而使得ct机架的旋转组件的加/减速度连续可调，进而使得可根据使用场景自由地调节ct扫描前后的旋转加减速时间、进而调节受检者的检查时间以实现优化ct扫描过程的技术效果。
附图说明
23.构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
24.图1是传统ct机的机架的传动结构的示意图；
25.图2是根据本申请实施方式的ct机架的带传动结构的示意图；
26.图3示出了根据本申请实施方式的包括半径连续可调的驱动轮400的ct机架500的示意性结构图；
27.图4示出了根据本申请的实施方式的ct机600的示意性结构图；
28.图5示出了根据本申请的替代实施方式的ct机架500’的带传动结构的示意图。
29.其中，上述附图包括以下附图标记：
30.100：
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电机
31.102：
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传动带
32.200：
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旋转组件
33.300：
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张紧轮
34.400：
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驱动轮
35.402：
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刚性带
36.404：
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输出轴
37.406：
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固定锥形盘
38.408：
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可移动锥形盘
39.500、500’：
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ct机架
40.600：
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ct机
41.602：
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x射线管
42.604：
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x射线探测器
43.606：
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控制器
44.608：
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数据处理系统
具体实施方式
45.为使需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
46.需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
47.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
48.图1是传统ct机的机架的传动结构的示意图。如图1所示，在传统ct机的带传动结构中，电机100作为驱动轮，机架内的旋转组件200作为从动轮。传动带102卷绕在电机100和旋转组件200上。当驱动轮旋转时，带动从动轮随之旋转。在电机100半径为r1、旋转组件200半径为r2的情况下，传动比i＝r2/r1。
49.假设电机100的输出转矩为t
m
，旋转组件200的转矩为t
d
，则有：t
m
＝t
d
/i。
50.而根据定轴转动的刚体动力学，有：t
d
＝j
×
β。其中，β是旋转组件的旋转加速度，j是机架的转动惯量。
51.又根据转动惯量的计算公式：其中m为旋转组件200的质量，则可计算出旋转组件200的旋转加速度β如下式所示：
[0052][0053]
由于在传统ct机中，旋转组件200的质量m是固定的，电机100的输出功率是固定的，并且电机100的输出转矩t
m
是固定的。因此，在电机半径r1和机架半径r2固定的情况下，机架的旋转加速度β也是固定的。因此，旋转组件200从静止加速到恒定转速的时间是固定的，并且从恒定转速减速到停止的时间也是固定的，也就是说，ct扫描前后的旋转加减速时间是固定的。
[0054]
然而，在实际使用中，希望能够考虑使用场景而自由调节ct扫描前后的旋转加减速时间、进而调节受检者的检查时间。考虑到这种情况作出了本申请。图2是根据本申请实施方式的ct机架的带传动结构的示意图。图2与图1的区别在于，图2中驱动轮400的半径是连续可调的，并且当驱动轮的旋转半径改变时，张紧轮300上下移动以保持传动带102所需的张力。图2中传动结构的其他部分与图1所示相同。例如，图2中驱动轮400的半径可以取r1至r
n
之间的任意值。当驱动轮半径为r
n
时，传动比i
n
＝r2/r
n
。
[0055]
此时，根据式(1)，可以看出，在旋转组件半径r2不变的情况下，当驱动轮的半径r1增大时，旋转组件的旋转加速度β减小；而当驱动轮的半径r1减小时，旋转组件的旋转加速度β增大。
[0056]
而且，由于驱动轮的输出转矩t
m
固定，在旋转组件半径r2不变的情况下，当驱动轮的半径r1增大时，驱动轮的转速减小，因此从电机输出的功率减小；而当驱动轮的半径r1减小时，驱动轮的转速增加，因此从电机输出的功率增加。
[0057]
根据本申请的示例性实施方式，例如，可以采取作为从动轮的旋转组件的半径r2固定为800mm，将根据本申请实施方式的驱动轮400的半径设置为在80mm～160mm之间连续可调(传统的ct机中作为驱动轮的电机半径固定为80mm)。
[0058]
相对于传统驱动轮的滑轮结构而言，可以通过改变驱动轮的结构来实现驱动轮400的半径连续可调。图3示出了根据本申请实施方式的包括半径连续可调的驱动轮400的ct机架500的示意性结构图。图3中在左侧的放大框中示出了驱动轮400的侧面结构图。如图3所示，ct机架500包括：旋转组件200，在ct机扫描时围绕受检者旋转，以使附接至旋转组件200的x射线管602向受检者发射x射线；刚性带402，卷绕在旋转组件200上以向旋转组件200传递动力；张紧轮300，与刚性带402呈压力接触以提供刚性带402所需的张力；驱动轮400，刚性带402卷绕于驱动轮400上以从驱动轮400输出动力。其中，驱动轮400包括：输出轴404，固定锥形盘406，固定地套设在输出轴404上并随输出轴404的旋转而旋转，可移动锥形盘408，套设于输出轴404上并随输出轴404的旋转而旋转，可移动锥形盘408的锥面面向固定锥形盘406的锥面，可移动锥形盘408能够沿输出轴404的轴向在预定范围内移动。刚性带402以夹持在固定锥形盘406的锥面与可移动锥形盘408的锥面之间的方式卷绕于驱动轮400上。
[0059]
进一步地，当可移动锥形盘408朝向固定锥形盘406移动时使刚性带402沿输出轴404的径向向外侧(图3中的向上方向)移动，并且当可移动锥形盘408远离固定锥形盘406移动时使刚性带402沿输出轴404的径向向内侧(图3中的向下方向)移动。
[0060]
以这样的方式，使得当可移动锥形盘408朝向固定锥形盘406移动时卷绕在驱动轮400上的刚性带402的旋转半径增大，即驱动轮400的有效的旋转半径增大；而当可移动锥形盘408远离固定锥形盘406移动时卷绕在驱动轮400上的刚性带402的旋转半径减小，即驱动轮400的有效的旋转半径减小。此外，可移动锥形盘408距固定锥形盘406最远时的位置对应于驱动轮400的最小旋转半径，而可移动锥形盘408距固定锥形盘406最近时的位置对应于驱动轮400的最大旋转半径。
[0061]
因此，通过可移动锥形盘408在输出轴404上的连续轴向移动可以连续地改变驱动轮的旋转半径。由此，可以实现传动比的连续改变，根据式(1)可知，也就是实现旋转组件200的旋转加/减速度的连续可调。
[0062]
此外，根据本申请的示例性实施方式，刚性带402为钢带。根据本申请的示例性实施方式，固定锥形盘406与可移动锥形盘408的锥面与竖直方向的夹角在10
°
～11
°
之间。
[0063]
此外，旋转组件200上还附接有以阵列形式布置的x射线探测器604，以接收经受检者的身体衰减的x射线并向数据处理系统608输出感测的信号。
[0064]
图4示出了根据本申请的实施方式的ct机600的示意性结构图。如图4所示，ct机600包括：根据图3所示的ct机架500；x射线管602，附接至ct机架的旋转组件200并向受检者发射x射线；x射线探测器604，附接至ct机架的旋转组件200，接收经受检者的身体衰减的x射线并输出信号；控制器606，向连接至ct机架的输出轴的电机发送控制信号以控制输出轴的驱动，并向连接至ct机架的可移动锥形盘408的电机或液压动力机构发送控制信号以控制可移动锥形盘408的驱动；以及数据处理系统608，接收x射线探测器604输出的信号并进行处理以生成受检者的扫描断层图像。
[0065]
通过在ct机600中采用半径连续可调的驱动轮400，可以实现对ct机架的旋转组件200的旋转加/减速度的连续调节。由此，可以方便地实现对ct扫描前后的旋转加减速时间的自由调节。
[0066]
例如，当待接受ct扫描的受检者人数较多时，在ct机的启动和停止阶段，可以减小驱动轮400的旋转半径，由此增大旋转组件200的旋转加速度和旋转减速度，使得缩短到达恒定旋转速度的时间并且缩短从恒定旋转速度减速到停止的时间，从而缩短受检者的检查时间。以这种方式，可以实现在受检者人数众多时，在不改变驱动轮输出转矩和扫描速度的情况下，缩短每一位受检者的检查时间，从而加快对受检者的ct检查，优化检查流程。此时，相应地，驱动轮的转速变大，电机向输出轴输出的功率增加。
[0067]
例如，当待接受ct扫描的受检者人数较少时，在ct机的启动和停止阶段，可以增大驱动轮400的旋转半径，由此减小旋转组件200的旋转加速度和旋转减速度。以这种方式，虽然增加了受检者的检查时间但是并不影响检查流程。而且，通过使驱动轮400的旋转半径增加，可以减小驱动轮的转速，从而使电机输出的功率减小，减小了电机的电流，改善了电机发热情况并能够延长电机使用寿命。
[0068]
此外，以上以驱动轮半径连续可调作为示例给出了描述。但在实践中，也可以通过保持驱动轮半径不变，使作为从动轮的旋转组件半径连续可调来实现对ct机架的角加速度
的连续调节。可以以与驱动轮400类似的结构来实现旋转组件半径连续可调。另外，还可以使驱动轮、旋转组件的半径都连续可调。图5示出了根据本申请的替代实施方式的ct机架500’的带传动结构的示意图。如图5所示，ct机架500’由半径连续可调的驱动轮400、半径连续可调的旋转组件200’、张紧轮300以及刚性带402组成，以实现对ct机架500’的旋转组件的旋转加速度的连续可调。
[0069]
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0070]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
[0071]
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0072]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。