一種x-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體、探測(cè)裝置，至少還包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)用以支撐并調(diào)節(jié)所述X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體和探測(cè)裝置中任意一個(gè)或任意組合的位置、方向或角度。所述模擬裝置能夠模擬X-射線(xiàn)層析設(shè)備各種可能的狀態(tài)，具有相當(dāng)?shù)撵`活性和通用性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā) 明涉及計(jì)算機(jī)X-射線(xiàn)層析【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]與普通的X-射線(xiàn)攝影只能提供三維物體的空間信息重疊的二維投影不同，X-射線(xiàn)層析技術(shù)能夠有效而準(zhǔn)確地獲取物體內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)信息，基于其多角度投影重構(gòu)這一基本原理開(kāi)發(fā)的各種層析設(shè)備，包括CT和斷層合成等，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在醫(yī)療、安檢、工業(yè)檢測(cè)以及科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。如何進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)備、開(kāi)發(fā)新的技術(shù)和設(shè)備，拓寬層析技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，提升其應(yīng)用價(jià)值一直以來(lái)都是人們的興趣所在，也是研究的重點(diǎn)。
[0003]由于X-射線(xiàn)層析設(shè)備具體的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)隨著應(yīng)用的不同會(huì)有顯著的不同，例如醫(yī)療診斷CT普遍采用源-探測(cè)器組繞著病人旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，新型的安檢CT原型機(jī)則采用了具用一定幾何分布的多個(gè)相對(duì)靜止的射線(xiàn)源，控制射線(xiàn)源開(kāi)關(guān)的順序從多角度照射被測(cè)物體，而科研使用的微型CT則多保持源-探測(cè)器組不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)物體實(shí)現(xiàn)多角度投影數(shù)據(jù)采集。
[0004]由于X-射線(xiàn)層析設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)測(cè)試平臺(tái)往往都是針對(duì)某一特定的設(shè)備，根據(jù)具體應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)建造相應(yīng)的模擬和測(cè)試平臺(tái)，然后在此平臺(tái)上對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，性能的測(cè)試等進(jìn)行相應(yīng)的研究和評(píng)估。但是這樣針對(duì)特定設(shè)備所設(shè)計(jì)的模擬裝置往往只適用于特定的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用的范圍受到限制。同時(shí)這些平臺(tái)也不具有跨平臺(tái)的通用性，從而成為研究結(jié)合不同技術(shù)平臺(tái)的新方案的瓶頸。其導(dǎo)致的結(jié)果是研究開(kāi)發(fā)的成本居高不下、周期過(guò)長(zhǎng)、效率低下。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，能夠模擬層析設(shè)備各種可能的狀態(tài)，具有相當(dāng)?shù)撵`活性和通用性，為X-射線(xiàn)層析技術(shù)相關(guān)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供一個(gè)高效、快速和經(jīng)濟(jì)的模擬和檢測(cè)平臺(tái)。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)手段:包括X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體、探測(cè)裝置，其特征在于，至少還包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)用以支撐并調(diào)節(jié)所述X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體和探測(cè)裝置中任意一個(gè)或任意組合的位置、方向或角度。
[0007]進(jìn)一步的，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括支撐并調(diào)節(jié)所述X-射線(xiàn)源的第一調(diào)節(jié)裝置、支撐并調(diào)節(jié)所述被測(cè)物體的第二調(diào)節(jié)裝置、以及支撐并調(diào)節(jié)探測(cè)裝置的第三調(diào)節(jié)裝置。
[0008]進(jìn)一步的，所述第一調(diào)節(jié)裝置與第三調(diào)節(jié)裝置的自由度之和大于等于6。
[0009]進(jìn)一步的，所述第二調(diào)節(jié)裝置至少有6個(gè)自由度。
[0010]進(jìn)一步的，所述第一調(diào)節(jié)裝置具有6個(gè)自由度，所述第三調(diào)節(jié)裝置具有6個(gè)自由度。
[0011]進(jìn)一步的，所述第一調(diào)節(jié)裝置、第二調(diào)節(jié)裝置和第三調(diào)節(jié)裝置中的任一均至少包括e Z角度調(diào)節(jié)模塊、水平度0 X、0 Y調(diào)節(jié)模塊、Z方向升降調(diào)節(jié)模塊和XY水平位置調(diào)節(jié)模塊。[0012]進(jìn)一步的，所述第二調(diào)節(jié)裝置的Θ Z角度調(diào)節(jié)模塊的角度調(diào)節(jié)范圍為O~360度。
[0013]進(jìn)一步的，X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體和探測(cè)裝置中的至少兩個(gè)設(shè)置在同一運(yùn)動(dòng)軌道上；或者用以調(diào)節(jié)所述X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體和探測(cè)裝置的所述調(diào)節(jié)裝置至少兩個(gè)設(shè)置在同一運(yùn)動(dòng)軌道上。
[0014]進(jìn)一步的，所述運(yùn)動(dòng)軌道的形狀為圓形、直線(xiàn)、S形狀、或8字形。
[0015]進(jìn)一步的，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)為可編程控制的機(jī)械臂。
[0016]本發(fā)明由于采用以上所述技術(shù)方案，使得所述模擬裝置可以自由調(diào)節(jié)X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體、探測(cè)裝置的位置、方向或角度，使得該模擬裝置可以更大范圍地適用于不同的X-射線(xiàn)層析設(shè)備，如通過(guò)調(diào)節(jié)裝置改變X-射線(xiàn)源和探測(cè)裝置的相對(duì)位置就能實(shí)現(xiàn)從CT到斷層合成設(shè)備模擬的切換。本發(fā)明的模擬裝置具有通用性，各種形式的CT和斷層合成都可以在所述模擬裝置上實(shí)現(xiàn)，對(duì)于一些新型的技術(shù)方案，如乳腺斷層合成和平板探測(cè)器等，也能在所述模擬裝置上直接實(shí)現(xiàn)，從而有效降低不同設(shè)備單獨(dú)開(kāi)發(fā)的研發(fā)成本，而且可以縮短研發(fā)周期。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0017]本發(fā)明X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置由以下的實(shí)施例及附圖詳細(xì)給出。
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的(a)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和(b)X_射線(xiàn)源、被測(cè)物體和探測(cè)裝置相對(duì)位置示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中被測(cè)物體的調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中探測(cè)器的調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明斷層合成掃描原理示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將對(duì)本發(fā)明X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024]如圖1中(a)和(b)所示的一個(gè)實(shí)施例的模擬裝置的系統(tǒng)示意圖，包括X-射線(xiàn)源
1、被測(cè)物體2、探測(cè)裝置3，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括用于支撐并調(diào)節(jié)所述X-射線(xiàn)源I的第一調(diào)節(jié)裝置4、支撐并調(diào)節(jié)所述被測(cè)物體2的第二調(diào)節(jié)裝置5、支撐并調(diào)節(jié)探測(cè)裝置3的第三調(diào)節(jié)裝置6，以及監(jiān)測(cè)并控制以上所述被調(diào)節(jié)對(duì)象和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制裝置7。圖1 (a)中，雙線(xiàn)箭頭表示控制裝置7對(duì)箭頭指向方的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，單線(xiàn)箭頭表示控制裝置7對(duì)被測(cè)物體2的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和干預(yù)。
[0025]本實(shí)施例為CT (Computed Tomography,計(jì)算機(jī)斷層成像)的模擬裝置,如圖1中(b)所示，單一點(diǎn)狀X-射線(xiàn)源I從出射窗口發(fā)出X-射線(xiàn)，經(jīng)過(guò)被測(cè)物體2吸收后，被探測(cè)裝置3吸收探測(cè)。所述X-射線(xiàn)源I固定在一個(gè)剛性支架上；所述被測(cè)物體2和探測(cè)裝置3分別固定于第二調(diào)節(jié)裝置5和第三調(diào)節(jié)裝置6上，所述第二調(diào)節(jié)裝置5和第三調(diào)節(jié)裝置6本身具有六個(gè)自由度，可根據(jù)被調(diào)節(jié)對(duì)象的需要通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)所載器件的空間位置、方向和角度達(dá)到模擬裝置工作的需要。本實(shí)施例不同于傳統(tǒng)的CT掃描儀，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的CT掃描儀中，被測(cè)物體是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，而是在一個(gè)豎直或近似豎直的平面上轉(zhuǎn)動(dòng)X-射線(xiàn)源和/或探測(cè)裝置；而在本實(shí)施例中，被測(cè)物體2被固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，X-射線(xiàn)源I和探測(cè)裝置3的相對(duì)位置關(guān)系調(diào)整確定后就保持固定。轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)物體2，可實(shí)現(xiàn)CT對(duì)被測(cè)物體2多角度投影數(shù)據(jù)的采集。
[0026]如圖2所示，并結(jié)合圖1，第二調(diào)節(jié)裝置5包括0 Z角度調(diào)節(jié)模塊51、0X0 Y水平度調(diào)節(jié)模塊52，Z方向升降調(diào)節(jié)模塊53和XY水平位置調(diào)節(jié)模塊54。所述第二調(diào)節(jié)裝置5至少能實(shí)現(xiàn)6個(gè)自由度的調(diào)節(jié)，所述0 Z角度調(diào)節(jié)模塊51的角度調(diào)節(jié)范圍為0~360度。其中0 X 0 Y水平度調(diào)節(jié)塊52和XY水平位置調(diào)節(jié)塊54得以保證0 Z角度調(diào)節(jié)模塊51圍繞著CT等效旋轉(zhuǎn)軸心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)中心相對(duì)CT等效旋轉(zhuǎn)軸心偏離和傾斜的情況也可以模擬。在該實(shí)施例中，選擇9 Z角度調(diào)節(jié)模塊51和Z方向升降調(diào)節(jié)模塊53的組合運(yùn)動(dòng)方式，還能夠?qū)崿F(xiàn)CT的序列掃描和螺旋掃描。由于0 Z角度調(diào)節(jié)模塊51的轉(zhuǎn)速和Z方向升降調(diào)節(jié)模塊53的升降速分別可調(diào)，這樣就可以研究層析設(shè)備關(guān)于螺距、時(shí)間分辨率等因素與成像質(zhì)量的關(guān)系或影響。
[0027]如圖3所示，并結(jié)合圖1，所述第三調(diào)節(jié)裝置6包括0 Z角度調(diào)節(jié)模塊61、9X0 Y水平度調(diào)節(jié)模塊62、Z方向升降調(diào)節(jié)模塊63和XY水平位置調(diào)節(jié)模塊64，可以調(diào)節(jié)所述探測(cè)裝置3在六個(gè)自由度內(nèi)進(jìn)行精確的位置、方向和角度的調(diào)節(jié)，從而保證X-射線(xiàn)源I和探測(cè)裝置3之間準(zhǔn)確的相對(duì)位置。在本實(shí)施例中X-射線(xiàn)源I靜止不動(dòng)，雖然第一調(diào)節(jié)裝置4的自由度為零，但是與第三調(diào)節(jié)裝置自由度之和等于6。又由于X-射線(xiàn)源I靜止，因而不用考慮轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其尺寸和重量等參數(shù)帶來(lái)的限制，更利于早期新技術(shù)新想法的檢驗(yàn)。
[0028]在本實(shí)施例中，還可以將所述X-射線(xiàn)源I或第一調(diào)節(jié)裝置4、被測(cè)物體2或第二調(diào)節(jié)裝置5，以及探測(cè)裝置3或第三調(diào)節(jié)裝置6設(shè)置于軌道上實(shí)現(xiàn)相對(duì)位置的調(diào)節(jié)。所述軌道的形狀可以是直線(xiàn)、圓形、S形狀或8字形等。
[0029]上述實(shí)施例中，以所述層析設(shè)備模擬裝置模擬CT成像為例進(jìn)行說(shuō)明。作為其他實(shí)施方案，本發(fā)明還可以用于斷層合成成像的模擬。斷層合成成像裝置是一種有限角度的X-射線(xiàn)層析技術(shù)，比較典 型的動(dòng)態(tài)斷層合成掃描原理如圖4所示。圖中單一的點(diǎn)近似X-射線(xiàn)源8繞著一個(gè)圓形軌跡運(yùn)動(dòng)(圓形轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡和物體9上的一個(gè)等效中心構(gòu)成一個(gè)圓錐面)，探測(cè)裝置10在這個(gè)圓錐的反向延長(zhǎng)線(xiàn)上形成的圓錐面上沿著另一個(gè)圓形軌跡同步運(yùn)動(dòng)，配合其相應(yīng)的重建算法得到物體的準(zhǔn)三維圖像。斷層合成的一個(gè)特征是投影數(shù)據(jù)的覆蓋角度小于180度。這種圖像的空間分辨率往往不是各向同性的，其Z方向的空間分辨率往往比XY平面的分辨率要低。但其優(yōu)點(diǎn)是采集的投影數(shù)大大降低，掃描時(shí)間也大大縮短，可以廣泛地用于對(duì)于掃描速度、掃描空間以及輻射劑量有特殊限制的三維成像相關(guān)的應(yīng)用中。由于本發(fā)明的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)裝置改變X-射線(xiàn)源和探測(cè)器Z方向的相對(duì)位置就能實(shí)現(xiàn)從CT工作狀態(tài)到斷層合成設(shè)備工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，不僅使X射線(xiàn)層析設(shè)備模擬的通用性大大提高，而且不同轉(zhuǎn)換非常靈活和方便。
[0030]近年來(lái)隨著新型的X-射線(xiàn)源陣列技術(shù)、平板探測(cè)器和三維重建算法的發(fā)展，使得X-射線(xiàn)層析技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷拓展。為了進(jìn)一步擴(kuò)大層析技術(shù)的應(yīng)用邊界，新的射線(xiàn)源幾何排列、源-探測(cè)器的相對(duì)幾何關(guān)系、探測(cè)器的幾何形狀等因素的調(diào)節(jié)或變更正逐步吸引著越來(lái)越多的研究興趣。為了更有效地研究這一類(lèi)新型X-射線(xiàn)層析技術(shù)，卓越的研究工具將是必需的。一個(gè)簡(jiǎn)便可行的方案通過(guò)可編程控制的機(jī)械臂分別支撐和調(diào)節(jié)X-射線(xiàn)管和平板探測(cè)器，如圖5所示。X-射線(xiàn)管19和探測(cè)器21分別被固定在兩個(gè)可編程控制的機(jī)械臂18和22上。通過(guò)機(jī)械臂18和22的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向，可以在任意空間位置精確控制X-射線(xiàn)管19和探測(cè)器21的空間取向，從而可以模擬任意形式的X-射線(xiàn)層析成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和掃描方式，例如，掃描X-射線(xiàn)管19獲得射線(xiàn)源陣列的效果等。掃描得到的投影序列再結(jié)合相應(yīng)的重建算法，就可以得到物體20 —系列的斷層圖像。物體20也可以固定在一個(gè)可編程自動(dòng)控制的機(jī)械臂上。這一模型對(duì)于各種新型X-射線(xiàn)層析系統(tǒng)以及相應(yīng)重建算法的研究、測(cè)試和評(píng)估具有重要的意義。
[0031]除上述機(jī)械臂的實(shí)現(xiàn)方式外，本發(fā)明中層析設(shè)備模擬裝置中的調(diào)節(jié)系統(tǒng)還可以為滑軌或升降臺(tái)。
[0032]由于以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)受此限制，即凡是依本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)及本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的等效變化與修飾，均應(yīng)仍屬本發(fā)明專(zhuān)利涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，包括X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體、探測(cè)裝置，其特征在于，至少還包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)用以支撐并調(diào)節(jié)所述X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體和探測(cè)裝置中任意一個(gè)或任意組合的位置、方向或角度。
2.如權(quán)利要求1所述的X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括支撐并調(diào)節(jié)所述X-射線(xiàn)源的第一調(diào)節(jié)裝置、支撐并調(diào)節(jié)所述被測(cè)物體的第二調(diào)節(jié)裝置、以及支撐并調(diào)節(jié)探測(cè)裝置的第三調(diào)節(jié)裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)裝置與第三調(diào)節(jié)裝置的自由度之和大于等于6。
4.如權(quán)利要求3所述的X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，其特征在于，所述第二調(diào)節(jié)裝置的自由度不小于6。
5.如權(quán)利要求3所述的X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)裝置具有6個(gè)自由度，所述第三調(diào)節(jié)裝置具有6個(gè)自由度。
6.如權(quán)利要求2所述的X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)裝置、第二調(diào)節(jié)裝置和第三調(diào)節(jié)裝置中的任一均至少包括θ z角度調(diào)節(jié)模塊、水平度θχ、θυ調(diào)節(jié)模塊、Z方向升降調(diào)節(jié)模塊和XY水平位置調(diào)節(jié)模塊。
7.如權(quán)利要求6所述的X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，其特征在于，所述第二調(diào)節(jié)裝置的Θ Z角度調(diào)節(jié)模塊的角度調(diào)節(jié)范圍為O~360度。
8.如權(quán)利要求1所述的X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，其特征在于，X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體和探測(cè)裝置中的至少兩個(gè)設(shè)置在同一運(yùn)動(dòng)軌道上；或者用以調(diào)節(jié)所述X-射線(xiàn)源、被測(cè)物體和探測(cè)裝置的所述調(diào)節(jié)裝置至少兩個(gè)設(shè)置在同一運(yùn)動(dòng)軌道上。
9.如權(quán)利要求8所述的X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)軌道的形狀為圓形、直線(xiàn)、S形狀、或8字形。
10.如權(quán)利要求1所述的X-射線(xiàn)層析設(shè)備模擬裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)為可編程控制的機(jī)械臂、導(dǎo)軌或升降臺(tái)或其組合。
【文檔編號(hào)】G01N23/04GK103654820SQ201210335563
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月11日
【發(fā)明者】劉紅林, 章健 申請(qǐng)人:上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司