CN103330570A - X射线准直器、x射线准直***及移动ct扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线准直器、X射线准直***及移动CT扫描仪，该X射线准直器包括方形本体，所述方形本体上沿其长度方向上开设有方形的缝隙。该X射线准直***，包括：X射线源，所述X射线源的X射线出射光路上设有上述的准直器。该移动CT扫描仪，包括上述的X射线准直***。本发明的X射线准直器通过吸收的方式将X射线管发出的X射线光束限制在探测器能够接收到的范围内，性能优异，避免被检人体吸收额外的辐射剂量。本发明的后准直器则放在探测器前，吸收散射的X光子，提高探测器采集到的信号的信噪比。

Description

X射线准直器、X射线准直***及移动CT扫描仪

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种X射线准直器、X射线准直***及移动CT扫描仪。 

背景技术

当X射线用于医疗检查设备中时，X射线管发出X射线光束，探测器需要接收X射线管发出的X射线光束。使用准直器通过吸收的方式将X射线光束限制在探测器能够接收到的范围内，避免被检人体吸收额外的辐射剂量。现有的准直器使用性能差，不能有效防止对人体造成伤害。 

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。 

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种使用性能好，能够将X射线管发出的X射线光束限制在探测器能够接收到的范围内，避免被检人体吸收额外的辐射剂量的X射线准直器。 

本发明实施例还提供一种X射线准直***及移动CT扫描仪。 

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是： 

一种X射线准直器，包括方形本体，所述方形本体上沿其长度方向上开设有方形的缝隙。 

本发明提供一种X射线准直***，包括：X射线源，所述X射线源的X射线出射光路上设有上述的准直器。 

本发明提供了一种移动CT扫描仪，包括上述的X射线准直***。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

本发明的X射线准直器通过吸收的方式将X射线管发出的X射线光束限制在探测器能够接收到的范围内，性能优异，避免被检人体吸收额外的辐射剂量。本发明的后准直器则放在探测器前，吸收散射的X光子，提高探测器采集到的信号的信噪比。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明实施例提供的一种X射线准直器的结构示意图； 

图2为本发明实施例提供的X射线准直***的结构示意图； 

图3为本发明实施例提供的后准直器几何结构示意图； 

图4为本发明实施例提供的方形隔片本体厚度与高度的关系曲线； 

图5为本发明实施例提供的边缘探测单元被方形隔片本体遮挡示意图； 

图6为本发明实施例提供的边缘探测单元效率损失曲线图； 

图7为本发明实施例提供的后准直器设计示意图； 

图8为本发明实施例提供的80keV X光子穿过20cm水模后的散射角分布图。 

附图标记： 

1-方形本体；2-缝隙；3-X射线源；4-X射线准直器；5-探测器；6-后准直器；7-焦点。 

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

参见图1，一种X射线准直器，包括方形本体1，方形本体1上沿其长度方向上开设有方形的缝隙2。 

本发明的X射线准直器限制X光子出射范围，使用性能好，降低吸收剂量，防止对被检人体造成伤害。本发明的X射线准直器为一种前准直器，放置在X射线管和人体之间，更准确的说是在滤过器和人体之间。 

在上述实施例的基础上，方形本体1的材料为钨合金，优选钨、镍和铁的合金，其中钨的重量百分含量为93%，镍的重量百分含量为5%，铁的重量百分含量为2%，钨合金密度值为17.5g/cm³。也可以选用钨铼合金。 

为了减少准直器所占用的径向空间，降低准直器的厚度，准直器的材料选用钨合金作为薄片。钨、镍和铁的合金虽然比纯钨（19.3g/cm³）的密度低一点，但是比纯钨的韧性好，不容易断裂，耐冲击能力强，成品率高。采用钨铼合金增加柔韧性，减少脆性。 

在上述实施例的基础上，缝隙2的长度为65-75mm；和/或，缝隙1的宽度为3-6mm；和/或，方形本体1的厚度为2-4mm。 

通过采用上述的缝隙的长度、宽度及方形本体的厚度，X射线准直器使用性能更优异。 

由于X射线源并非理想点源，而是具有一定的几何尺寸，所以采用蒙特卡洛方法对成像***进行了物理建模。根据X射线准直器在成像***中所处的位置，对具有一定尺寸的X射线源产生的X射线经过不同宽度的准直器到达探测器的强度分布进行了模拟计算。 

由于在实际安装过程中不可避免的存在的机械误差，考虑到X射线准直器±0.1mm的装调误差，以及减少边缘像素和中心像素所接收X射线强度的差异，需要适当增加X射线准直器的缝隙的缝宽。于是，经过综合考虑，X射线准直器的最佳设计参数为： 

缝隙2的长度为70mm；缝隙2的宽度为4mm；方形本体1的厚度为3mm。 

参见图2，一种X射线准直***，包括：X射线源3，X射线源3的X射线出射光路上设有X射线准直器4。 

X射线准直器用于X射线准直***中，降低吸收剂量，防止对人体造成伤害。 

在上述实施例的基础上，还包括探测器5和两个以上的后准直器6，X射线源3的X射线出射光路上依次设有X射线准直器4、后准直器6和探测器5，两个以上的后准直器6以中间汇聚型的方式排列在探测器5上。 

后准直器由高密度的钨合金片制成，后准直器能够吸收散射X光子，提高信噪比。 

后准直器的材质优选钨、镍和铁的合金，其中钨的重量百分含量为93%，镍的重量百分含量为5%，铁的重量百分含量为2%，钨合金密度值为17.5g/cm3。也可以选用钨铼合金。具有韧性好，不容易断裂，适合做薄片的优点。 

本发明的后准直器的方形隔片本体与方形隔片本体之间一般采用平行排列，其中心间距由探测器的单元尺寸决定，其厚度受探测单元之间的间隔限制。由于探测器闪烁体单元(0.65mm)和填充层(0.1mm)的尺寸已经确定，所以后准直器的方形隔片本体的厚度尺寸便有了物理约束。其最大厚度不能超过0.1mm。现将根据计算结果给出隔片的厚度和高度值。 

后准直器的方形隔片本体厚度与高度关系的几何结构示意图见图3。探测器5上平行布置有多个后准直器6。其中，d为两方形隔片本体之间的有效探测单元尺寸，t为方形隔片本体厚度，L为方形隔片本体的高，w为光子在方形隔片本体中穿行的路程。后准直器6材料为钨合金。相关计算过程如下： 

由几何关系可以得到下式-1： 

$\frac{h}{2d+t}=\frac{\sqrt{w^2-t^2}}{t}$ （式-1） 

将上式变形得： 

$h=(2d+t)\frac{\sqrt{w^2-t^2}}{t}$ （式-2） 

期望穿透准直器隔片到达探测器的光子份额不超过5%，即 

e^-μw≤0.05        (式-3) 

其中μ为对应能量下的线性衰减系数。则 

μW≥3                (式-4) 

得 

W≥3/μ             (式-5) 

则h的计算式为式-6： 

$h\≥(2d+t)\frac{\sqrt{{(3/\mathrm{\μ})}^2-t^2}}{t}$ （式-6） 

对80keV和100keV的X光子进行测试和数值计算。为了验证本实验室准直器的设计参数，还计算了d=1.1mm时的关系曲线。本实验室后准直器的厚度为0.9mm，高为12mm。后准直器的高度和厚度值之间的关系如图4所示。如果选用0.05mm的厚度值，则只需10mm的高度值，而选用0.1mm的厚度值，则只需要5mm的高度值。由于后准直器的定位精度只能达到20μm，为了避免因定位误差导致后准直器占用闪烁体的空间，导致有效几何效率下降，因此只能选用0.1mm厚度值以下的方形隔片本体。 

值得注意的是，由于每个模块是平面而非弧形的，所以因后准直器的方形隔片本体形状的影响，边缘探测单元的几何效率要低于中心探测单元。 

假设焦点发出的X光子在中心区域是平行后准直器的方形隔片本体（图5），则边缘探测单元被遮挡的尺寸△x可以根据下式-7进行计算。 

$\mathrm{\Δx}=(n-1)\frac{(d+t)h}{(L-h)}$ （式-7） 

其中，L为焦点到探测器的距离，n为边缘到探测器模块中心的隔片数。 

减少的几何效率为： 

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\Δx}}{d}=(n-1)\frac{(d+t)h}{d(L-h)}$ （式-8） 

计算结果见图6。 

从图6可以看出，随着准直器隔片高度的增加，边缘探测单元损失的几何效率越来越大。为了避免边缘探测单元因为遮挡而导致的效率损失，因此调整后准直器的排列方案，参见图7，后准直器6由平行排列变成向中间汇聚型，汇聚在同一个焦点7。图7中的数字表示探测器5的每个探测单元的编号。以探测器中心为对称中心，左右对称位置的探测单元编号相同，编号相同的表示相应位置所对应的方形隔片本体偏转角度相同。 

在上述实施例的基础上，为了增加后准直器的性能，后准直器6包括方形隔片本体，所述方形隔片本体的厚度为0.01-0.1mm，和/或，所述方形隔片的高度为10-14mm，和/或，所述方形隔片本体的长度为35-45mm。 

在上述实施例的基础上，相邻所述方形隔片本体底部中心的间距为0.5-1.0mm。相邻所述方形隔片本体之间存在狭缝，其目的是让符合成像几何条件的X光子通过狭缝到达探测器。 

由于探测器晶格的加工精度通常只能控制在30μm以内，经过综合考虑，后准直器的设计方案如下：方形隔片本体的厚度值为0.07mm，高度值为12mm，长度值为40mm，相邻方形隔片本体底部中心的间距为0.75mm。各探测单元外端所对应的方形隔片本体的偏移角度依次如下： 

表1各方形隔片本体的偏移角度 

考虑到加工误差，各方形隔片本体的加工后的实际偏移角度只能小于表中的数值。 

根据上述设计参数，虽然散射角小于3度的X光子也能进入探测器，但是EGS模拟的80keV X光子穿过20cm水模后的散射角分布结果显示（图8）：散射角小于等于3度的X光子占总散射X光子的百分比是0.42%，可以忽略不计。所以，上述后准直器设计参数能够到达吸收散射光子的要求。图8中的横坐标“angle”表示角度，纵坐标表示光子能量，单位eV。 

本发明还提供一种移动CT扫描仪，包括上述的X射线准直***。本发明的X射线准直***用于移动CT扫描仪上，防止X射线对于人体的伤害。 

在本发明上述各实施例中，实施例的序号仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。 

在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。 

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。 

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。 

Claims (10)

1.一种X射线准直器，其特征在于，包括方形本体，所述方形本体上沿其长度方向上开设有方形的缝隙。

2.根据权利要求1所述的X射线准直器，其特征在于，所述方形本体的材料为钨合金。

3.根据权利要求1或2所述的X射线准直器，其特征在于，所述缝隙的长度为65-75mm；和/或，所述缝隙的宽度为3-6mm；和/或，所述方形本体的厚度为2-4mm。

4.根据权利要求3所述的X射线准直器，其特征在于，所述缝隙的长度为70mm；和/或，所述缝隙的宽度为4mm；和/或，所述方形本体的厚度为3mm。

5.一种X射线准直***，其特征在于，包括：X射线源，所述X射线源的X射线出射光路上设有如权利要求1-4任一项所述的X射线准直器。

6.根据权利要求5所述的X射线准直***，其特征在于，还包括探测器和两个以上的后准直器，所述X射线源的X射线出射光路上依次设有所述X射线准直器、所述后准直器和所述探测器，所述两个以上的后准直器以中间汇聚型的方式排列在所述探测器上。

7.根据权利要求6所述的X射线准直***，其特征在于，所述后准直器包括方形隔片本体，所述方形隔片本体的厚度为0.01-0.1mm，和/或，所述方形隔片的高度为10-14mm，和/或，所述方形隔片本体的长度为35-45mm。

8.根据权利要求7所述的X射线准直***，其特征在于，相邻所述方形隔片本体底部中心的间距为0.5-1.0mm。

9.根据权利要求8所述的X射线准直***，其特征在于，所述方形隔片本体的厚度为0.07mm，和/或，所述方形隔片的高度为12mm，和/或，所述方形隔片本体的长度为40mm，和/或，相邻所述方形隔片本体底部中心的间距为0.75mm。

10.一种移动CT扫描仪，其特征在于，包括如权利要求5-9任一项所述的X射线准直***。

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