[发明专利]X射线计算机化断层扫描系统光圈位置调整机构及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于获得X射线照射对象的X射线断层摄影图像的X射线CT(计算机化断层扫描)系统的光圈位置调整机构、扫描龙门架装置及其控制方法。

背景技术

X射线CT系统的主要功能是采集X射线穿透照射对象所获得的投影数据，进而根据这些投影数据重构出X射线断层摄影图像。具体地说，采取如下步骤：首先让照射对象躺在一个平台式装置上，然后将其送到扫描龙门架装置的空腔部分。然后，扫描龙门架装置的旋转部件(X射线管和X射线探测器整体地固定在该旋转部件上)转动。X射线从不同的角度射向照射对象，不同角度的射线穿透照射对象后分别被检测器所检测。然后所检测到的数据(投影数据)被操作台所接收，通过算术运算重构出X射线断层摄影图像。上述检测X射线的步骤系列通常称为扫描。

还有一种通常称为多切片X射线CT系统，此系统的X射线检测部分包括检测器阵列，该阵列包括沿着平台运送方向排列的多行检测器、使得通过一次扫描就能采集到多个切片的数据。多切片X射线CT系统的好处是通过一次扫描可以获得多幅X射线断层摄影图像。

众所周知，在上述扫描过程中，X射线管在产生X射线的过程中会逐渐积聚热量，使得X射线管的聚焦位置沿着平台的运送方向漂移(在下面的叙述中，有时又将这个方向称为Z轴)。关于这点，下面还会解释。

图7是关于X射线管焦点的示意图，沿着垂直于Z轴的方向布置着光圈和X射线检测器(包括A、B两行检测器)。

在该图中，焦点的开始位置用实线表示。此时，这样控制光圈在Z方向上的位置、使得X射线均等地入射到A、B两行检测器上。在这样一种环境下，通过实际驱动扫描龙门架装置，焦点沿着Z轴方向移动，如虚线所示。如果光圈的位置停留在图中所示的位置上，则X射线的照射范围沿着Z轴漂移到虚线所示的位置上。从图7可以看出，在这种情况下，X射线不再能够入射到A行检测器的整个表面。所造成的后果是，从各个检测器行输出的信号a和b的关系变成a＜b，导致各检测器行之间的不同的待重构的CT值(X射线断层摄影图像的像素值)和不同的成像范围(厚度)。

因此，通常一台包括多行检测器的X射线CT系统(多切片X射线CT系统)包括一种机构，这种机构通常把处于检测器元件(亦称为检测器通道)末端的检测器元件作为参考通道，当不同行的参考通道的输出不相等时，该机构作出焦点位置漂移的判断，并且沿着Z轴调整光圈的位置、使得各参考通道的输出相等。这种机构使X射线能均衡稳定地投射到所有检测器行上。

图8展示了常规的执行光圈位置调整的机构。图中元件上画斜线的部分表示该机构安装在扫描龙门架装置旋转部分的某基座上。

如图所示，光圈80配备有用来限定X射线的照射范围的缝隙80a并且由光圈基座板81所支撑。一对平行的移动导轨82a和82b沿着Z轴方向配置。直线导块83a和83b配置在光圈基座板的两端，并由导轨82a和82b支撑且可来回滑动。而且，滚珠丝杠84平行地配置在移动导轨82a的旁边，并且通过耦合器85联结到马达86的输出杆上面。最后，将安装在滚珠丝杠84上的螺母87固定到直线导块83a上，如图所示。

由马达87驱动的滚珠丝杠84的旋转运动被变换成螺母87的直线运动。由于螺母87固定在直线导块83a上，所以光圈基座板81将沿着导轨82a和82b(即沿Z轴方向)跟随着直线导块83a移动。由此实现光圈80的位置调整。

由于光圈位置调整的精确度要求达到几个微米的量级，所以要求尽可能消除螺母与滚珠丝杠之间的螺纹间隙效应。

然而，在上面所述的常规情况下，由于滚珠丝杠84被固定在光圈基座板81的一端，滚珠丝杠84的螺纹间隙以及滚珠丝杠84的弹性形变可能会引起光圈80的倾斜，导致不能达到所要求的精度。

但是又不能将滚珠丝杠84置于光圈中心来解决这个问题，因为光圈是X射线通过的地方。

另一种可供选择的方法是，可以设想在光圈基座板的相对的两端设置滚珠丝杠来减小螺纹间隙效应。但这样一来又会引起其它问题，如费用增加以及在装配时需要严格调准两条滚珠丝杠。

发明内容

因此，本发明的目的是在X射线CT系统中低费用、高精度地提供光圈位置调整机制，以及提供扫描龙门架装置及其控制方法，以便能够稳定地重构X射线断层摄影图像。