CN109297995A - 一种分辨率可调型粒子投影成像*** - Google Patents

一种分辨率可调型粒子投影成像*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分辨率可调型粒子投影成像***，包括支撑架、机架、升降机构、粒子发生装置、粒子探测装置及用于放置待探测物体的探测物放置平台，所述粒子发生装置与粒子探测装置固定在所述机架上且相对设置，所述探测物放置平台设置在所述粒子发生装置与粒子探测装置之间；所述机架设置在所述支撑架上，且在所述升降机构的驱动下，所述机架能够沿所述支撑架上下移动，进而带动所述粒子发生装置和粒子探测装置上下移动。本发明能够实现粒子直接投影成像***的分辨率调节，可以一机多用，提高粒子直接投影成像***使用效率。

Description

一种分辨率可调型粒子投影成像***
技术领域
本发明涉及粒子投影成像器械领域，特别涉及一种分辨率可调型粒子投影成像***。
背景技术
粒子成像越来越广泛地应用于医学检测、工业检测、安全检查等领域。其工作原理是把需要检测的物体置于粒子源与粒子探测装置之间，物体经粒子穿透后成像于探测装置上。
现有的粒子直接投影成像***中，粒子源、被探测物体以及粒子探测装置的相对位置是固定的。因此，其成像分辨率取决于粒子探测装置的固有分辨率。在不改变探测装置或***结构的情况下，其分辨率是一定的，不可调整的。
然而，在实际应用中，对待探测物体实现不同分辨率的成像有着明显的需求。例如，在检测过程中，对不同大小的物体需要的分辨率可能会不一样，或者对于同一探测物体需要局部放大，则相应的分辨率需要对应调节，而现有的粒子直接投影成像***无法满足以上需求，亟需开发一种分辨率可调型的粒子投影成像***。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种分辨率可调型粒子投影成像***，响应需要不同分辨率的粒子直接投影成像需求，增加设备使用率，减少使用机构投资和占用空间，技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种分辨率可调型粒子投影成像***，包括支撑架、机架、升降机构、粒子发生装置、粒子探测装置及用于放置待探测物体的探测物放置平台，所述粒子发生装置与粒子探测装置固定在所述机架上且相对设置，所述探测物放置平台设置在所述粒子发生装置与粒子探测装置之间；
所述机架设置在所述支撑架上，且在所述升降机构的驱动下，所述机架能够沿所述支撑架上下移动，进而带动所述粒子发生装置和粒子探测装置上下移动。
进一步地，所述粒子投影成像***还包括设置在所述支撑架与机架之间的定位机构，所述定位机构用于在所述升降机构完成驱动后将所述机架固定在所述支撑架上。
另一方面，本发明还提供了另一种分辨率可调型粒子投影成像***，包括机架、粒子发生装置、粒子探测装置、升降机构及用于放置待探测物体的探测物放置平台，所述粒子发生装置与粒子探测装置固定在所述机架上且相对设置；
在所述升降机构的驱动下，所述探测物放置平台能够在所述粒子发生装置与粒子探测装置之间上下移动。
对于以上两种分辨率可调型粒子投影成像***，进一步还具有以下特征：
优选地，所述探测物放置平台水平设置，所述粒子投影成像***还包括第一动力机构和第二动力机构，所述第一动力机构用于驱动所述探测物放置平台在水平面内向第一方向移动，所述第二动力机构用于驱动所述探测物放置平台在水平面内向第二方向移动。
进一步地，所述粒子投影成像***还包括控制面板，所述控制面板用于调节所述粒子发生装置和粒子探测装置的设备参数。
进一步地，所述粒子投影成像***还包括控制器，所述控制面板与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述升降机构、第一动力机构和第二动力机构连接。
优选地，所述机架为C型机架，所述粒子发生装置设置在所述C型机架的上端，所述粒子探测装置设置在所述C型机架的下端。
进一步地，所述粒子探测装置上安装有滤线栅。
进一步地，所述粒子投影成像***还包括用于支撑所述探测物放置平台的台架，所述台架的上表面设有供所述探测物放置平台在水平面内二维移动的滑轨。
本发明提供的分辨率可调型粒子投影成像***能够产生以下有益效果：
a、结构简单、操作简便；
b、响应需要不同分辨率的粒子直接投影成像需求，一机多用，增加设备使用率，减少使用机构投资和占用空间；
c、通过调节探测器的分辨率，改善成像效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的第一种分辨率可调型粒子投影成像***结构示意图；
图2是本发明实施例提供的第二种分辨率可调型粒子投影成像***结构示意图；
图3是本发明实施例提供的待探测物在投影成像***中成像分辨率原理图；
图4是本发明实施例提供的被探测物体上一个理想点在探测装置上出现斑成像的原理图。
其中，附图标记包括：1-支撑架，2-机架，3-粒子发生装置，4-粒子探测装置，41-滤线栅，5-探测物放置平台，51-台架，6-升降机构，62-第二升降机构，71-第一动力机构，72-第二动力机构，8-控制面板，9-定位机构。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。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。
需要说明的是，本发明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。在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明的一个实施例中，提供了一种分辨率可调型粒子投影成像***，参见图1，包括支撑架1、机架2、升降机构6、粒子发生装置3、粒子探测装置4及用于放置待探测物体的探测物放置平台5，所述粒子发生装置3与粒子探测装置4固定在所述机架2上且相对设置，所述探测物放置平台5设置在所述粒子发生装置3与粒子探测装置4之间；
所述机架2设置在所述支撑架1上，且在所述升降机构6的驱动下，所述机架2能够沿所述支撑架1上下移动，进而带动所述粒子发生装置3和粒子探测装置4上下移动。
在本发明的一个实施例中，所述粒子投影成像***还包括设置在所述支撑架1与机架2之间的定位机构9，所述定位机构9用于在所述升降机构6完成驱动后将所述机架2固定在所述支撑架1上，以使得在成像时所述机架2能够保持静止。可选地，所述定位机构9可以采用动力机构，比如液压装置，或者，所述定位机构9可以采用电磁机构，利用磁力吸附所述机架2，又或者，所述定位机构9可以采用限位块的形式，托载或悬挂所述机架2。所述升降机构6优选采用电机驱动或液压驱动。
如图1所示，所述探测物放置平台5水平设置，所述粒子投影成像***还包括第一动力机构71和第二动力机构72，所述第一动力机构71用于驱动所述探测物放置平台5在水平面内向第一方向(比如左右方向)移动，所述第二动力机构72用于驱动所述探测物放置平台5在水平面内向第二方向(比如前后方向)移动，所述第一方向和第二方向不在一条直线上，所述探测物放置平台5设置在台架51上，所述台架51的上表面设有供所述探测物放置平台5在水平面内二维移动的滑轨，以使得所述探测物放置平台5在水平面内能够沿着滑轨实现二维移动。所述第一动力机构71和第二动力机构72设置在所述探测物放置平台5上，所述第一动力机构71和第二动力机构72优选为齿轮结构，均包括两个啮合配合的齿轮，其中一个齿轮固定在所述探测物放置平台5上，另一个优选固定安装在台架2上。
如图1所示，所述粒子投影成像***还包括控制面板8，所述控制面板8用于调节所述粒子发生装置3和粒子探测装置4的设备参数，所述控制面板8优选安装在所述支撑架1上，其中，所述粒子发生装置3的设备参数包括但不限于粒子的大小、形状、类型、初始速度和方向，所述粒子探测装置4的设备参数包括但不限于计数器的时间分辨率、与计数器联合使用的定标电路的脉冲参数、径迹探测器配的磁场参数等等。
进一步地，所述粒子投影成像***还包括控制器，所述控制面板8与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述升降机构6、第一动力机构71和第二动力机构72连接。通过设置所述控制面板8，向所述控制器发送控制指令，据此所述控制器控制所述第一动力机构71和第二动力机构72，以调整所述探测物放置平台5，使得待探测物体成像于所述粒子探测装置4的指定位置(一般为中心区域)；另一方面，通过设置所述控制面板8，所述控制器控制升降机构6，以调整机架2在竖直方向的位置，使得待探测物体成像于粒子探测装置4要求的区域大小，得到需求分辨率的影响。
在一个优选的实施例中，所述机架2为C型机架，所述粒子发生装置3设置在所述C型机架的上端，所述粒子探测装置4设置在所述C型机架的下端，所述粒子探测装置4上安装有滤线栅41，所述滤线栅41起到粒子射线过滤作用。
结合图1可以看出，本发明实施例中的粒子投影成像***其主要零件构成包括：
支撑架1，主要用以承担机架2、控制面板8及机架2上的粒子发生装置3、粒子探测装置4等的重量；
机架2，用于固定安装粒子发生装置3和粒子探测装置4，使其相对位置保持不变；
粒子发生装置3，用于发射粒子，粒子穿透物体以成像；
粒子探测装置4，一种成像设备；
滤线栅41，设置在粒子探测装置4上，用于过滤散射粒子；
升降机构6，用于向机架2提供动力，使其能够沿着支撑架1上下移动；
定位机构9，用于使机架2定位在支撑架1的某一高度；
探测物放置平台5，用于放置待探测物体；
第一动力机构71和第二动力机构72，用于使探测物放置平台5在水平面内实现二维移动；
控制面板8，用于设置***中各项参数指标(具体如上所述，在此不再赘述)；
控制器，与控制面板8和执行机构(包括粒子发生装置3、粒子探测装置4及各个动力机构)。
在本实施例中，此成像***的一个显著特点是粒子发生装置3与粒子探测装置4的距离是固定的，并且是可以同时在竖直方向运动的，探测物放置平台5的高度保持不变。通过C型机架的竖直方向运动，调整粒子发生装置3与探测物放置平台5上的待探测物体之间的，以及待探测物体与粒子探测装置之间的距离，达到调节投影成像的分辨率的效果。
如图3所示，设一待探测物体的半径为R，与①位置处的粒子发生装置3的距离为L1，与③位置处粒子探测装置4的距离为L2，物体在粒子探测装置3上成像的尺寸(R1)可以计算：R1＝(L1+L2)/L1*R，所以此时像与物体的放大比是：(L1+L2)/L1。通过调整物体与粒子发生装置3和粒子探测装置4的位置关系，理论上讲，放大比(L1+L2)/L1∈[1,∞)。此原理图说明，通过调整被探测物体在粒子发生装置3与粒子探测装置4之间的位置，其成像的放大倍数是可以调整的，对应于一定分辨率的粒子探测装置4来讲，物体上同样大小的区域，被粒子探测装置上不同区域大小的像素显示，相当于改变了粒子探测装置4的分辨率。
另一方面，由于粒子发生装置3的粒子源不是理想的点源，会有一定的区域大小。图4显示由于粒子源的大小影响，一个被探测物体上一个理想点在探测装置上出现的斑不再是一个理想的点，而是一个区域，如图4所示，此区域的直径D可以计算出为：D＝d*L2/L1。此公式说明，斑点的大小正比于粒子源区域的大小(在L1与L2给定的情况下)，也正比于L2/L1(在粒子源区域大小给定的情况下)。
综合图1和图2所示的原理，通过调整被探测物体相对于粒子源与粒子探测装置4的相对位置，物体成像的放大比例可以调节。通过优化物***于粒子源与粒子探测装置4的位置可以得到理想的成像质量与放大比例。
在本发明的另一个实施例中，还提供了另一种分辨率可调型粒子投影成像***，包括机架2、粒子发生装置3、粒子探测装置4、第二升降机构62(区别于上一实施例的升降机构6)及用于放置待探测物体的探测物放置平台5，所述粒子发生装置3与粒子探测装置4固定在所述机架2上且相对设置；
在所述第二升降机构62的驱动下，所述探测物放置平台5能够在所述粒子发生装置3与粒子探测装置4之间上下移动。
其进一步具体的配置，比如第一动力机构71和第二动力机构72、控制面板8、控制器、滤线栅41等均与上述实施例所述的第一种粒子投影成像***相同，与上一实施例不同的是，所述粒子发生装置3和粒子探测装置4的高度位置不变，通过第二升降机构62调节探测物放置平台5的高度位置，同样可以改变所述探测物放置平台5与粒子发生装置3、粒子探测装置4之间的距离，实现调节所述粒子探测装置4分辨率的目的。
两种不同结构的粒子投影成像***具有共同的特点，即所述粒子发生装置3、粒子探测装置4之间的位置关系保持不变，通过升降机构改变探测物放置平台5与粒子发生装置3、粒子探测装置4之间的距离(即图3中的L1和L2)，对于前一实施例而言，改变的是粒子发生装置3和粒子探测装置4的高度，对于后一实施例而言，改变的是探测物放置平台5的高度，两者属于同一发明构思。
本发明能够实现粒子直接投影成像***的分辨率调节，可以一机多用，提高粒子直接投影成像***使用效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种分辨率可调型粒子投影成像***，其特征在于，包括支撑架(1)、机架(2)、升降机构(6)、粒子发生装置(3)、粒子探测装置(4)及用于放置待探测物体的探测物放置平台(5)，所述粒子发生装置(3)与粒子探测装置(4)固定在所述机架(2)上且相对设置，所述探测物放置平台(5)设置在所述粒子发生装置(3)与粒子探测装置(4)之间；
所述机架(2)设置在所述支撑架(1)上，且在所述升降机构(6)的驱动下，所述机架(2)能够沿所述支撑架(1)上下移动，进而带动所述粒子发生装置(3)和粒子探测装置(4)上下移动。
2.一种分辨率可调型粒子投影成像***，其特征在于，包括机架(2)、粒子发生装置(3)、粒子探测装置(4)、升降机构(6)及用于放置待探测物体的探测物放置平台(5)，所述粒子发生装置(3)与粒子探测装置(4)固定在所述机架(2)上且相对设置；
在所述升降机构(6)的驱动下，所述探测物放置平台(5)能够在所述粒子发生装置(3)与粒子探测装置(4)之间上下移动。
3.根据权利要求1或2所述的粒子投影成像***，其特征在于，所述探测物放置平台(5)水平设置，所述粒子投影成像***还包括第一动力机构(71)和第二动力机构(72)，所述第一动力机构(71)用于驱动所述探测物放置平台(5)在水平面内向第一方向移动，所述第二动力机构(72)用于驱动所述探测物放置平台(5)在水平面内向第二方向移动。
4.根据权利要求1或2所述的粒子投影成像***，其特征在于，所述粒子投影成像***还包括控制面板(8)，所述控制面板(8)用于调节所述粒子发生装置(3)和粒子探测装置(4)的设备参数。
5.根据权利要求4所述的粒子投影成像***，其特征在于，所述粒子投影成像***还包括控制器，所述控制面板(8)与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述升降机构(6)连接。
6.根据权利要求1或2所述的粒子投影成像***，其特征在于，所述机架(2)为C型机架，所述粒子发生装置(3)设置在所述C型机架的上端，所述粒子探测装置(4)设置在所述C型机架的下端。
7.根据权利要求1或2所述的粒子投影成像***，其特征在于，所述粒子探测装置(4)上安装有滤线栅(41)。
8.根据权利要求1所述的粒子投影成像***，其特征在于，所述粒子投影成像***还包括设置在所述支撑架(1)与机架(2)之间的定位机构(9)，所述定位机构(9)用于在所述升降机构(6)完成驱动后将所述机架(2)固定在所述支撑架(1)上。
9.根据权利要求1或2所述的粒子投影成像***，其特征在于，所述粒子投影成像***还包括用于支撑所述探测物放置平台(5)的台架(51)，所述台架(51)的上表面设有供所述探测物放置平台(5)在水平面内二维移动的滑轨。
10.根据权利要求3所述的粒子投影成像***，其特征在于，所述粒子投影成像***还包括控制器，所述升降机构(6)、第一动力机构(71)和第二动力机构(72)均与所述控制器的输出端连接。
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