CN101630538A - 滤光装置和x射线成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滤光装置和X射线成像设备，公开了一种滤光装置，利用振动滤板来选择透照的X射线的能谱，包括：滤板，相对于X射线的能谱具有选择性；和振动装置，用于在与所述滤板的板表面平行的方向上振动所述滤板，如此使得其位置以正弦曲线形式或者余弦波形式变化并且其速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化，还公开了包括这种滤光装置的X射线成像设备。

Description

滤光装置和X射线成像设备

技术领域

【0001】

本发明涉及一种滤光装置(filter device)和X射线成像设备，尤其涉及一种通过振动滤板(filter plate)选择透照(penetrated)的X射线的能谱的滤光装置，和一种配有这种滤光装置的X射线成像设备。

背景技术

【0002】

X射线成像设备通过滤光装置选择X射线的能谱，并将X射线施加到主体(subject)。特别地，通过产生自小焦点的低能X射线获取高分辨率的透照图像的设备像例如***X射线照相(mammography)设备那样在图像获取期间振动滤板以防止滤板的青线(roll trace)等呈现误像(false image)(例如，参见专利文献1)。

【专利文献1】美国专利号4,110,508(第三部分的图1和第30-54行)。

发明内容

【本发明所要解决的技术问题】

【0003】

振动型滤光装置需要具有足够的安全性和可靠性。为了确保安全性，需要正确地控制振动滤板的每个瞬时位置，从而避免滤板位置移动等情况的发生。为了确保可靠性，需要使所述振动滤板的运动平稳，从而使驱动电动机(motor)和振动机构的磨损最小化。

【0004】

当在滤板的位置控制中采用闭环控制时，滤板的位置是准确的，但是其运动的平稳度被削弱。当在滤板的位置控制中采用开环控制时，滤板的运动变得平稳，但是其位置的准确度被削弱。因此，这种类型的滤板在确保安全性和可靠性这二者的方面遇到了困难。

【0005】

本发明的目的因而是实现一种能够确保安全性和可靠性这二者的振动型滤光装置，和一种具有这种滤光装置的X射线成像设备。

【解决问题的手段】

【0006】

在本发明第一方面，用于解决问题的手段是一种滤光装置，用于利用振动滤板来选择透照的X射线的能谱，所述滤光装置包括滤板和振动装置，所述滤板相对于X射线的能谱具有选择性，并且振动装置用于在与所述滤板的板表面平行的方向上振动所述滤板，如此使得其位置以正弦曲线形式或者余弦波形式变化并且其速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化。

【0007】

在本发明第二方面，用于解决问题的手段是在第一方面所描述的滤光装置，其中，根据滤板的目标位置及其当前位置之间的差，通过反馈控制执行位置是以正弦曲线形式或者余弦波形式变化的振动。

【0008】

在本发明第三方面，用于解决问题的手段是在第二方面所描述的滤光装置，其中，目标位置由正弦或者余弦函数给出。

在本发明第四方面，用于解决问题的手段是在第三方面所描述的滤光装置，其中，正弦或者余弦函数是从查找表中读取的。

【0009】

在本发明第五方面，用于解决问题的手段是在第二方面所描述的滤光装置，其中，当前位置通过编码器来给出。

在本发明第六方面，用于解决问题的手段是在第五方面所描述的滤光装置，其中，对编码器执行故障(malfunction)检测。

【0010】

在本发明第七方面，用于解决问题的手段是在第六方面所描述的滤光装置，其中，故障检测是根据编码器的输出信号的步进损失(step loss)来执行的。

【0011】

在本发明第八方面，用于解决问题的手段是在第一方面所描述的滤光装置，其中，根据滤板的目标速度，通过前馈控制执行速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化的振动。

【0012】

在本发明第九方面，用于解决问题的手段是在第八方面所描述的滤光装置，其中，目标速度由正弦或者余弦函数给出。

在本发明第十方面，用于解决问题的手段是在第九方面所描述的滤光装置，其中，正弦或者余弦函数是从查找表中读取的。

【0013】

在本发明第十一方面，用于解决问题的手段是一种X射线成像设备，包括滤光装置，所述滤光装置利用振动滤板来选择透照的X射线的能谱，所述X射线成像设备将X射线施加到主体以获得X射线透照的图像，其中，所述滤光装置包括滤板和振动装置，所述滤板相对于X射线的能谱具有选择性，所述振动装置用于在与所述滤板的板表面平行的方向上振动所述滤板，如此使得其位置以正弦曲线形式或者余弦波形式变化并且其速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化。

【0014】

在本发明第十二方面，用于解决问题的手段是在第十一方面所描述的X射线成像设备，其中，根据滤板的目标位置及其当前位置之间的差，通过反馈控制执行位置是以正弦曲线形式或者余弦波形式变化的振动。

【0015】

在本发明第十三方面，用于解决问题的手段是在第十二方面所描述的X射线成像设备，其中，目标位置由正弦或者余弦函数给出。

【0016】

在本发明第十四方面，用于解决问题的手段是在第十三方面所描述的X射线成像设备，其中，正弦或者余弦函数是从查找表中读取的。

【0017】

在本发明第十五方面，用于解决问题的手段是在第十二方面所描述的X射线成像设备，其中，当前位置通过编码器给出。

在本发明第十六方面，用于解决问题的手段是在第十五方面所描述的X射线成像设备，其中，对编码器执行故障检测。

【0018】

在本发明第十七方面，用于解决问题的手段是在第十六方面所描述的X射线成像设备，其中，故障检测是根据编码器的输出信号的步进损失来执行的。

【0019】

在本发明第十八方面，用于解决问题的手段是在第十一方面所描述的X射线成像设备，其中，根据滤板的目标速度，通过前馈控制来执行速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化的振动。

【0020】

在本发明第十九方面，用于解决问题的手段是在第十八方面所描述的X射线成像设备，其中，目标速度由正弦或者余弦函数给出。

【0021】

在本发明第二十方面，用于解决问题的手段是在第十九方面所描述的X射线成像设备，其中，正弦或者余弦函数是从查找表中读取的。

【发明优点】

【0022】

依据本发明第一方面，利用振动滤板来选择透照的X射线的能谱的滤光装置配置有滤板和振动装置，所述滤板相对于X射线的能谱具有选择性，所述振动装置用于在与所述滤板的板表面平行的方向上振动所述滤板，如此使得其位置以正弦曲线形式或者余弦波形式变化并且其速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化。因此，可以实现能够确保安全性和可靠性这二者的振动型滤光装置。

【0023】

依据本发明的第十一方面，提供了一种X射线成像设备，所述X射线成像设备包括滤光装置，所述滤光装置利用振动滤板来选择透照的X射线的能谱并将X射线施加到主体以获得X射线透照的图像，其中，所述滤光装置包括滤板和振动装置，所述滤板相对于X射线的能谱具有选择性，所述振动装置用于在与所述滤板的板表面平行的方向上振动所述滤板，如此使得其位置以正弦曲线形式或者余弦波形式变化并且其速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化。因此，可以实现装配有能够确保安全性和可靠性这二者的振动型滤光装置的X射线成像设备。

【0024】

依据本发明的第二方面或者第十二方面，根据滤板的目标位置及其当前位置之间的差，通过反馈控制执行位置是以正弦曲线形式或者余弦波形式变化的振动。因此可以使滤板的当前位置与目标位置一致。

【0025】

依据本发明的第三方面和第十三方面，由于目标位置由正弦或者余弦函数给出，所以滤板的位置能够被改变成正弦曲线形式或者余弦波形式。

【0026】

依据本发明的第四方面和第十四方面，由于正弦或者余弦函数是从查找表中读取的，所以可以很容易地获取以正弦曲线形式或者余弦波形式变化的目标位置。

【0027】

依据本发明的第五或者第十五方面，由于当前位置是通过编码器给出的，所以可以很容易获得振动中的滤板的当前位置。

依据本发明的第六和第十六方面，由于是对编码器执行故障检测，所以可以明确地确定滤板的当前位置。

【0028】

依据本发明的第七或者第十七方面，由于故障检测是根据编码器的输出信号的步进损失来执行的，所以故障能够被可靠地检测。

依据本发明的第八或者第十八方面，由于是根据滤板的目标速度，通过前馈控制来执行速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化的振动，所以能够以滤板的目标速度来移动滤板。

【0029】

依据本发明第九或者第十九方面，由于目标速度由正弦或者余弦函数给出，所以滤板的运动速度能够被改变成余弦波形式或者正弦曲线形式。

【0030】

依据本发明第十或者第十二方面，由于正弦或者余弦函数是从查找表中读取的，所以可以容易地获得变化成余弦波形式或者正弦曲线形式的目标速度。

附图说明

图1是示出X射线成像设备的结构的示图，其说明了实现本发明的最佳方式的一个例子；

图2是示出X射线成像的时间图的示图；

图3是示出滤光装置的结构的框图，其说明了实现本发明的最佳方式的一个例子；

图4是示出用于编码器故障检测的传感器的布局的典型示图。

附图标记的说明

【0059】

1：X射线成像设备

10：X射线辐射体(irradiator)

12：X射线管

14：滤光器

16：准直器

20：X射线检测器

30：操作员控制台

32：控制器

40：支持机构(support mechanism)

142：滤板

144：电动机

146：编码器

400：控制单元

402：目标位置设置单元

404：目标速度设置单元

406：放大单元

500：监控单元

502：传感器

504：指示器

具体实施方式

【0031】

下文将参照附图详细描述实现本发明的最佳方式。顺便提及，应该注意到本发明并不限于用于实现本发明的最佳方式。

X射线成像设备1的结构典型地如图1所示。本设备是实现本发明的最佳方式的一个例子。本设备的结构示出用于实现与X射线成像设备相关的发明的最佳方式的一个例子。

【0032】

如图1所示，X射线成像设备1具有X射线辐射体10、X射线检测器20和操作员控制台30。X射线辐射体10和X射线检测器20由支持机构40支撑，如此使得它们彼此相对并在它们之间留有空间。主体被引入所述空间。所述主体例如是妇女的胸部等等。

【0033】

X射线辐射体10具有X射线管12、滤光器14和准直器16。滤光器14具有位于壳体内的滤板142和位于壳体外的电动机144，所述电动机144用于执行滤板142的切换和振动或者激励。顺便提及，电动机144可以被放置在壳体内。电动机144是DC电动机等，能够在法线方向(normal direction)和反向(reverse direction)上旋转。

【0034】

滤板142是依据本发明的滤板的一个例子。电动机144是依据本发明的振动装置的一个例子的一部分。

操作员控制台30通过内置控制器32来控制X射线辐射体10。通过控制器32对X射线辐射体10进行控制包括对X射线管12的控制、对滤光器14的控制和对准直器16的控制。

【0035】

X射线管12从小焦点(small focal point)放射(radiate)低能的X射线。通过滤光器14来选择所放射的X射线的能谱，并且通过准直器16的开口将该X射线施加至主体。通过滤板142的切换能够使滤光器14所选择的能谱可变，并且准直器16的开口是可变的。

【0036】

在X射线被施加时，通过电动机144来驱动滤板142以便平行于它的板表面振动。通过电动机144驱动滤板142是在控制器32的控制下实现的。

【0037】

透照通过主体的X射线被高分辨率的X射线检测器20检测到并被输入操作员控制台30。操作员控制台30根据输入其中的信号来重构主体的X射线透照图像，并在显示器34上对其进行显示。顺便提及，X射线检测器20可以是在其中嵌入X射线胶片(film)的胶卷暗盒(filmcassette)等等。在这种情况下，通过对相应的X射线胶片显影能够使透照图像可见。

【0038】

图2是X射线成像的时间图。在图2中，分别地，图2(a)是示出X射线曝光命令的时间图，图2(b)是示出X射线曝光的时间图，图2(c)是示出滤板状态的时间图。

【0039】

如图2(a)所示，当X射线曝光命令被发出时，滤板被从滤板A切换至滤板B，如图2(c)所示。在其切换到滤板B后，如图2(b)所示X射线曝光开始，并且同时如图2(c)所示滤板B开始振动。滤板B在X射线曝光期间持续振动，并且随着X射线曝光的完成而停止。

【0040】

由滤光器14和控制器32组成的部分的结构在图3中通过框图示出。由滤光器14和控制器32组成的部分是依据本发明的滤光装置的一个例子。

【0041】

由滤光器14和控制器32组成的部分是用于实现本发明的最佳方式的一个例子。该部分的结构表示用于实现与滤光装置相关的发明的最佳方式的一个例子。

【0042】

在图3中，用实线表示电连接，用点划线(one dot chain line)表示机械耦合。如图3所示，电动机144和滤板142彼此机械耦合。编码器146也机械地耦合到电动机144，并对电动机144的旋转位置进行编码。

【0043】

编码器146的编码信号表示电动机144旋转的当前位置或者定位。由于电动机144旋转的当前位置对应于电动机144所驱动的滤板142的当前位置，所以编码信号表示滤板142的当前位置。

【0044】

控制器32具有控制器单元400。目标位置设置单元402所设置的目标位置P和编码器146所检测到的当前位置p之间的偏差Δ被输入控制单元400。

【0045】

目标位置P由正弦函数给出。给出这种目标位置P的目标位置设置单元402是通过使用例如在其中存储了正弦函数的查找表等等来配置的。

【0046】

顺便提及，目标位置P可以由余弦函数给出。给出这种目标位置P的目标位置设置单元402是通过使用例如在其中存储了余弦函数的查找表等等来配置的。在下文中将要描述的情况是，由正弦函数给出目标位置P。然而，这甚至与在目标位置P是由余弦函数给出的情况是类似的。

【0047】

控制单元400执行控制算术运算，例如，对在目标位置P和当前位置p之间的偏差Δ执行PID(比例、微分、积分)运算以输出控制信号Q。控制信号Q成为关于滤板142的位置的反馈控制信号。

【0048】

由目标速度设置单元404设置的目标速度V被加入反馈控制信号Q。目标速度V成为关于滤板142的速度的前馈控制信号。

【0049】

由余弦函数给出目标速度V。由于该速度对应于位置的差分(differentiation)，所以目标速度V是由表示差分的余弦函数给出的，相当于目标位置P由正弦函数给出。提供这种目标速度V的目标速度设置单元404是通过使用例如在其中存储了余弦函数的查找表等等来配置的。

【0050】

顺便提及，当目标位置P由余弦函数给出时，目标速度V就由正弦函数给出。提供这种目标速度V的目标速度设置单元404是通过使用例如在其中存储了正弦函数的查找表等等来配置的。在下文中将要描述的情况是，由余弦函数给出目标速度V。然而，这甚至与在目标速度V是由正弦函数给出的情况是类似的。

【0051】

反馈控制信号Q和前馈控制信号V的和通过放大单元406被功率放大，并被供给电动机144作为驱动力。由被供给这种驱动力的电动机144所驱动的滤板142以这种方式振动：其当前位置p与目标位置P一致，当前速度v与目标速度V一致。

【0052】

由于当前位置p与目标位置P一致，滤板142总是被放置在其正确的位置上且没有位置移动等情况发生。因此，滤光装置的安全性得以保证。由于当前位置p以正弦曲线形式变化以致与目标位置P的正弦曲线变化一致，并且当前速度v以余弦波形式变化以致与目标速度V的余弦波变化一致，所以滤板142以极其平稳的方式振动。因此，由于减少了随电动机144开始的振动机构的磨损，从而故障率降低，滤光装置的可靠性得以增强。

【0053】

为了进一步增强滤光装置的安全性，执行对编码器146故障的监控。故障监控由监控单元500来执行。监控单元500在放置于预先已知的参考位置的传感器502检测到滤板142的时候监控编码器146的编码信号。

【0054】

传感器502所在的参考位置是对应于滤板142的待机位置(切换前(pre-switching))与其振动位置(切换后(post-switching))之间的中点的位置，或者例如是对应于如图4(a)所示的滤板142振动中心的位置。顺便提及，参考位置并不限于这些位置，而是可以是合适的已知位置。

【0055】

当编码器146正常(normal)时，在传感器502感测到滤板142时编码信号与参考位置一致。然而，当编码器异常(abnormal)时，由于在编码信号中发生了步进损失等这样的事实，所以编码信号与参考位置不一致。

【0056】

因此，通过监控编码信号能够检测编码器146的故障存在与否。检测到的故障结果由指示器504指示。例如，使用发光二极管等作为指示器504。

【0057】

在指示器504没有指示编码器146的故障的时候，可以毫无担忧地连续使用滤光器14。当指示器504指示编码器146的故障时，应立即停止使用滤光器14，并且执行对滤光器14的修理或者替换等等。由于对编码信号中的错误的积分等而引起的滤板振动位置移动在其发生之前就被阻止了。

Claims (20)

1.一种滤光装置，利用振动滤板来选择透照的X射线的能谱，包括：

滤板，相对于X射线的能谱具有选择性；和

振动装置，用于在与所述滤板的板表面平行的方向上振动所述滤板，如此使得其位置以正弦曲线形式或者余弦波形式变化并且其速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化。

2.如权利要求1所述的滤光装置，其中，根据所述滤板的目标位置及其当前位置之间的差，通过反馈控制来执行位置是以正弦曲线形式或者余弦波形式变化的振动。

3.如权利要求2所述的滤光装置，其中，所述目标位置由正弦或者余弦函数给出。

4.如权利要求3所述的滤光装置，其中，所述正弦或者余弦函数是从查找表中读取的。

5.如权利要求2所述的滤光装置，其中，所述当前位置通过编码器来给出。

6.如权利要求5所述的滤光装置，其中，对所述编码器执行故障检测。

7.如权利要求6所述的滤光装置，其中，所述故障检测是根据所述编码器的输出信号的步进损失来执行的。

8.如权利要求1所述的滤光装置，其中，根据所述滤板的目标速度，通过前馈控制来执行速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化的振动。

9.如权利要求8所述的滤光装置，其中，所述目标速度由正弦或者余弦函数给出。

10.如权利要求9所述的滤光装置，其中，所述正弦或者余弦函数是从查找表中读取的。

11.一种X射线成像设备，包括：

滤光装置，利用振动滤板来选择透照的X射线的能谱，所述X射线成像设备将X射线施加到主体以获得所述X射线透照的图像，

其中，所述滤光装置包括：

相对于X射线的能谱具有选择性的滤板；和

振动装置，用于在与所述滤板的板表面平行的方向上振动所述滤板，如此使得其位置以正弦曲线形式或者余弦波形式变化并且其速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化。

12.如权利要求11所述的X射线成像设备，其中，根据所述滤板的目标位置及其当前位置之间的差，通过反馈控制来执行位置是以正弦曲线形式或者余弦波形式变化的振动。

13.如权利要求12所述的X射线成像设备，其中，所述目标位置由正弦或者余弦函数给出。

14.如权利要求13所述的X射线成像设备，其中，所述正弦或者余弦函数是从查找表中读取的。

15.如权利要求12所述的X射线成像设备，其中，所述当前位置通过编码器来给出。

16.如权利要求15所述的X射线成像设备，其中，对所述编码器执行故障检测。

17.如权利要求16所述的X射线成像设备，其中，所述故障检测是根据所述编码器的输出信号的步进损失来执行的。

18.如权利要求11所述的X射线成像设备，其中，根据所述滤板的目标速度，通过前馈控制来执行速度以余弦波形式或者正弦曲线形式变化的振动。

19.如权利要求18所述的X射线成像设备，其中，所述目标速度由正弦或者余弦函数给出。

20.如权利要求19所述的X射线成像设备，其中，所述正弦或者余弦函数是从查找表中读取的。

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