CN110763707A - 一种便携式x射线ct成像装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种便携式X射线CT成像装置及其工作方法，包括C型臂、X光机、探测器、驱动电机、悬臂和支持机构，所述支持机构对该装置起到支撑作用，所述悬臂的一端与支持机构连接，另一端通过旋转关节与C型臂相连接，所述C型臂的两端分别与X光机与探测器相连接，所述X光机的射线源朝向探测器，所述探测器的接收面朝向X光机；所述探测器将图像传输至计算机设备。本发明通过控制X光机与探测器的转动，用便携的方式实现了对被检物品的三维成像，即免除了将物品运送至专门CT扫描机构所在地的麻烦，又可以获得被检物品的内部三维信息，用于安检行业时有助于现场快速准确判断可疑物品的内部组成和结构。

Description

一种便携式X射线CT成像装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种CT成像装置，具体涉及一种便携式X射线CT成像装置及其工作方法，属于辐射成像设备技术领域。
背景技术
随着安全形势的日益严峻，要求对可疑的物品进行实时安全检查，以快速查出违禁物品，保障社会平安，而传统的便携X射线检查装置无法满足快速检测的要求。
传统的便携X射线检查装置只能拍摄二维图像，不能进行三维CT成像；公告号为CN201378150Y的中国专利公布了一种便携式X射线立体成像装置，但该立体成像装置需手动移动X射线光路，在实际使用过程中操作较为繁琐。
发明内容
发明目的：提供一种便携式X射线CT成像装置，进一步目的是提供一种基于该成像装置的工作方法，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种便携式X射线CT成像装置，包括C型臂、X光机、探测器、驱动电机、悬臂、以及支持机构，所述悬臂的一端与所述支持机构连接，另一端通过旋转关节与所述C型臂连接，所述C型臂的两端分别与所述X光机和探测器相连接，所述X光机的射线源朝向所述探测器，所述探测器的接收面朝向X光机；
所述探测器通过预定的传输方式将图像传输至计算机设备，形成三维图像。
将旋转关节旋转后，C型臂随之转动，位于C型臂一端的X光机发出射线，位于C型臂另一端的探测器采集图像，探测器通过无线传输将图像传输至计算机设备，通过CT算法进行重建，形成三维图像。
在进一步的实施例中，所述旋转关节包括驱动电机，所述驱动电机的电机轴与所述悬臂相垂直，所述驱动电机的电机轴与所述C型臂通过联轴器连接；所述驱动电机与X光机之间的距离为d1，所述驱动电机与探测器之间的距离为d2，所述d1大于d2。通过控制驱动电机启动，即可控制C型臂旋转，并且有利于C型臂以恒定速度周向旋转，有利于使扫描装置保持稳定的工作状态，有助于精确获得每个体素数据。将待测物体放置在C型臂的下方，并位于射线源和探测器之间，在C型臂旋转过程中，此时X光机的射线源穿透待测物体并在探测器上成像；由于X光机与待测物体的距离大于探测器与待测物体的距离，在X光机的射线源角度不变的情况下，能穿透较大的待测物体区域。
在进一步的实施例中，所述支持机构包括手柄，所述手柄设置于悬臂的外侧，所述手柄内部设置有手柄控制端，所述手柄控制端可接收计算机设备的扫描命令并控制驱动电机的工作状态；所述手柄上设有按钮。在使用时，操作者将通过把持手柄，实现对悬臂的支持，当手柄控制端接收到扫描命令时，手柄控制端控制驱动电机转动，C型臂随之转动，便于对待测物品的扫描。操作者按压按钮时，按钮控制端处于接通状态，手柄控制端可接收来自计算机设备的扫描命令，便于单个操作者对装置进行操作。
在进一步的实施例中，所述支持机构包括立柱，所述立柱活动设置在地面上，所述悬臂与立柱远离地面的一端相连接。通过立柱对悬臂进行固定，在进行检测时，直接将立柱放置在地面上，便于操作者使用。
在进一步的实施例中，所述支持机构包括一个安置在地面上的机械臂，所述立柱与所述机械臂的一端可拆式连接；所述机械臂包括驱动底座，活动连接在所述驱动底座上的一级关节，与所述一级关节的一端活动连接的二级关节，与所述二级关节的一端活动连接的三级关节，以及与所述三级关节的一端活动连接的转接关节；所述驱动底座与一级关节之间、一级关节与二级关节之间、二级关节与三级关节之间、三级关节与转接关节之间分别通过第一电机驱动控制；所述立柱的一端与所述转接关节的一端可拆式连接。通过旋转机械臂，可将C型臂旋转至位于竖直平面，启动驱动电机后C型臂可在竖直方向上进行周向旋转，便于对于横向物品进行扫描成像。通过多个关节之间的协调运作，可控制C型臂移动到空间范围内的任意位置。
在进一步的实施例中，所述支持机构还包括在地面预定区域内行走的遥控小车，所述支持机构的立柱与所述遥控小车可拆式连接；所述遥控小车包括驱动组件、升降组件、回转组件，所述回转组件安装在所述升降组件上方，所述立柱固定安装在所述回转组件上。遥控小车由操作人员远程操控带动CT成像装置移动至预定位置处，升降组件用于驱动CT成像装置升降，回转组件用于驱动CT成像装置沿回转中心旋转，上述动作协同配合使得CT成像装置到达被测物体处，并移动至与待测物品相应的高度。
在进一步的实施例中，所述X光机和探测器的控制信号、以及探测器的数据信号采用有线滑环方式或无线方式传输至上位计算机；所述X光机或探测器的一侧安装有预定质量的配重块，使得所述C型臂、X光机、探测器的总重心位于所述旋转轴上，这样在旋转时整体重心不会移动，有利于保持稳定，得到良好的成像和重建效果。
一种便携式X射线CT成像装置的工作方法，包括以下步骤：
步骤1、将装置组装好后，将待测物品放置于C型臂的下方，此时以手柄为支点，另一只手放于悬臂的末端，使扫描装置保持平衡，调节装置至与待测物品相应的高度；所述手柄上设置按钮，所述按钮可以控制手柄控制端的工作状态；当单人操作设备时，操作员通过按压按扭使得手柄控制端接通，此时手柄控制端可接收计算机的扫描命令，手持扫描物品前，使计算机设备上的软件处于等待状态，按下按钮，设备控制扫描的同时，通知计算机设备开始采集数据；
步骤2、计算机设备通过软件发送扫描命令给手柄控制端，手柄控制端接收到信号后控制电机转动，X光机发出射线，射线穿过待测物体，探测器采集图像，探测器通过无线传输，将图像传输至计算机设备；
步骤3、扫描装置做旋转扫描时，将被检物品放置于C型臂下方，以驱动电机的电机轴为旋转中心，旋转关节以恒定速度旋转并采集图像，通过CT算法进行重建，形成三维图像。
在进一步的实施例中，所述驱动电机与X光机之间的距离为d1，所述驱动电机与探测器之间的距离为d2，当探测器横向尺寸为L，被检物体横向最大尺寸为D时，则X光机出束射线有效利用的横向张角
Figure 562630DEST_PATH_IMAGE001
满足：
Figure 316959DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 116288DEST_PATH_IMAGE003
；
令
Figure 639673DEST_PATH_IMAGE004
，则此时
Figure 882567DEST_PATH_IMAGE005
，则有D<L。
有益效果：本发明涉及一种便携式X射线CT成像装置及其工作方法，通过设置驱动电机，控制C型臂以恒定速度旋转，在C型臂旋转时X光机发出射线，射线穿透与驱动电机的位置相对应的待测物体，并在探测器上成像，探测器将图像信号通过有线或无线传输至计算机设备，形成三维图像。在整个检测过程中无需用手控制X光机的射线源移动轨迹，并且X光机以恒定速度周向旋转，便于获得精确的体素数据。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明实施例一的工作过程示意图。
图3是本发明实施例二的结构示意图。
图4是本发明的运动轨迹示意图。
图5是本发明实施例三的结构示意图。
图6是本发明实施例四的结构示意图。
图7是本发明实施例四的俯视图。
图8是本发明实施例四中机械臂的结构示意图。
图9是本发明实施例五的立体图。
图10是本发明实施例五中遥控小车的部分拆解示意图。
图中各附图标记为：射线源 1、探测器 2、C型臂3、旋转关节4、悬臂5、手柄6、被检物品7、按钮8、立柱9、机械臂10、第一关节1001、第二关节1002、第三关节1003、转接关节1004、步进电机1005、驱动底座1006、遥控小车11、主动轮1101、电机支架1102、驱动支架1103、调速电机1104、摆杆1105。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，具体的细节部分如如图2至图10所示：本发明公开了一种便携式X射线CT成像装置及其工作方法，实施方式如下：
实施例一：
如图所示，一种便携式X射线CT成像装置，包括：C型臂3、X光机、探测器 2、驱动电机、悬臂5和支持机构，所述支持机构对便携X射线CT成像装置起到支撑作用，所述悬臂5的一端与支持机构连接，另一端通过旋转关节4与C型臂3相连接，所述C型臂3的两端分别与X光机与探测器 2相连接，所述X光机的射线源 1朝向探测器 2，所述探测器 2的接收面朝向X光机；所述探测器 2通过无线传输将图像传输至计算机设备，通过CT算法进行重建，形成三维图像。
作为一个优选方案，所述旋转关节包括驱动电机，所述驱动电机的电机轴与所述悬臂相垂直，所述驱动电机的电机轴与所述C型臂通过联轴器连接；所述驱动电机与X光机之间的距离为d1，所述驱动电机与探测器之间的距离为d2，所述d1大于d2。当探测器横向（垂直于旋转轴）尺寸为L，被检物体横向最大尺寸为D时，则X光机出束射线有效利用的横向张角θ满足：sin(θ/2)=(D/2)/d1，tan(θ/2)=(L/2)/(d1+d2)，一般出束角度都比较小，有近似sin(θ/2) ≈tan(θ/2)，则d2/d1≈L/D-1。此处必有D<L，否则被检物体无法在探测器上形成完整的投影图像。我们希望D尽量接近L，以便充分利用探测器面积，故设计上保证d2/d1尽量小。故在本实施例中采用d2=d1/2的方案。在实际工程中只需满足上述公式，d1和d2的比例关系可以调整，上述d2=d1/2的方案只是一种实施例，不得解释为对本发明自身的限制。
通过控制驱动电机启动，即可控制C型臂旋转，并且有利于C型臂以恒定速度周向旋转，有利于使扫描装置保持稳定的工作状态，有助于精确获得每个体素数据。在C型臂旋转过程中，将待测物体放置在于驱动电机的相对位置处，此时X光机的射线源穿透待测物体并在探测器上成像；由于X光机距离待测物体的距离大于探测器距离待测物体的距离，在X光机的射线源角度不变的情况下，能穿透较大的待测物体区域。
作为一个优选方案，所述支持机构包括手柄，所述手柄设置于悬臂的外侧，所述手柄内部设置有手柄控制端，所述手柄控制端可接收计算机设备的扫描命令并控制驱动电机的工作状态；所述手柄上设有按钮。在使用时，操作者将通过把持手柄，实现对悬臂的支持，当手柄控制端接收到扫描命令时，手柄控制端控制驱动电机转动，C型臂随之转动，便于对待测物品的扫描。操作者按压按钮时，按钮控制端处于接通状态，手柄控制端可接收来自计算机设备的扫描命令，便于单个操作者对装置进行操作。
作为一个优选方案，所述支持机构包括立柱，所述立柱活动设置在地面上，所述悬臂与立柱远离地面的一端相连接。通过立柱对悬臂进行固定，在进行检测时，直接将立柱放置在地面上，便于操作者使用。
作为一个优选方案，所述支持机构包括一个安置在地面上的机械臂，所述立柱与所述机械臂的一端可拆式连接；所述机械臂包括驱动底座，活动连接在所述驱动底座上的一级关节，与所述一级关节的一端活动连接的二级关节，与所述二级关节的一端活动连接的三级关节，以及与所述三级关节的一端活动连接的转接关节；所述驱动底座与一级关节之间、一级关节与二级关节之间、二级关节与三级关节之间、三级关节与转接关节之间分别通过第一电机驱动控制；所述立柱的一端与所述转接关节的一端可拆式连接。通过旋转机械臂，可将C型臂旋转至位于竖直平面，启动驱动电机后C型臂可在竖直方向上进行周向旋转，便于对于横向物品进行扫描成像。通过多个关节之间的协调运作，可控制C型臂移动到空间范围内的任意位置。
作为一个优选方案，所述支持机构还包括在地面预定区域内行走的遥控小车，所述支持机构的立柱与所述遥控小车可拆式连接；所述遥控小车包括驱动组件、升降组件、回转组件，所述回转组件安装在所述升降组件上方，所述立柱固定安装在所述回转组件上。遥控小车由操作人员远程操控带动CT成像装置移动至预定位置处，升降组件用于驱动CT成像装置升降，回转组件用于驱动CT成像装置沿回转中心旋转，上述动作协同配合使得CT成像装置到达被测物体处，并移动至与待测物品相应的高度。
作为一个优选方案，所述X光机和探测器的控制信号、以及探测器的数据信号采用有线滑环方式或无线方式传输至上位计算机；所述X光机或探测器的一侧安装有预定质量的配重块，使得所述C型臂、X光机、探测器的总重心位于所述旋转轴上，这样在旋转时整体重心不会移动，有利于保持稳定，得到良好的成像和重建效果。
具体的工作过程如下：将装置组装好后，将待测物品放置于C型臂的下方，此时以手柄为支点，另一只手放于悬臂的末端，使扫描装置保持平衡，调节装置至与待测物品相应的高度。计算机设备通过软件发送扫描命令给手柄控制端，手柄控制端接收到信号后控制电机转动，X光机发出射线，射线穿过待测物体，探测器采集图像，探测器通过无线传输，将图像传输至计算机设备。扫描装置做旋转扫描时，运动轨迹示意图见图 4，将被检物品放置于C型臂下方，图中阴影部分为待测物品，以驱动电机的电机轴为旋转中心，小圆与大圆分别是探测器和X光机的旋转轨迹。旋转关节以恒定速度旋转并采集图像，通过CT算法进行重建，形成三维图像。
实施例二：
一种便携式X射线CT成像装置，与前述实施例一的不同之处在于：所述手柄上设置按钮，所述按钮可以控制手柄控制端的工作状态。
具体的工作过程如下：当单人操作设备时，操作员可以通过按压按扭使得手柄控制端接通，此时手柄控制端可接收计算机的扫描命令，手持扫描物品前，使计算机设备上的软件处于等待状态，按下按钮，设备控制扫描的同时，通知计算机设备开始采集数据。
实施例三：
一种便携式X射线CT成像装置，与前述实施例一和实施例二的不同之处在于：所述支持机构包括立柱，所述立柱架设在地面上，所述悬臂与立柱远离地面的一端相连接。立柱与地面相抵触的一端连接有配重块，配重块降低立柱在支持悬臂时发生晃动的可能，立柱的高度可调节，而调节高度的方法属于本领域技术人员熟知的工作方法，在此不再赘述。通过立柱对悬臂进行支持，便于移动，便于实施。
实施例四：
一种便携式X射线CT成像装置，与实施例一、实施例二和实施例三的不同之处在于：所述支持机构包括一个安置在地面上的机械臂，所述立柱与所述机械臂的一端可拆式连接。
具体的工作过程如下：通过旋转机械臂，可将C型臂旋转至位于竖直平面；机械臂上的四个关节，即第一关节、第二关节、第三关节、转接关节各自都可活动，动力通过步进电机输出；同时，驱动底座与第一关节之间拥有水平方向的回转运动；通过上述四个关节的摆动和驱动底座的回转运动，可以控制C型臂移动到空间范围内的任意位置。启动驱动电机后C型臂可在竖直方向上进行周向旋转，便于对于横向物品进行扫描成像。
实施例五：
一种便携式X射线CT成像装置，与实施例一、实施例二和实施例三的不同之处在于：所述支持机构包括在地面预定区域内行走的遥控小车，所述支持机构的立柱与所述遥控小车可拆式连接；所述遥控小车包括基础组件、驱动组件、升降组件、回转组件，所述回转组件安装在所述升降组件上方，所述立柱固定安装在所述回转组件上。所述基础组件包括车架和车辆底盘，所述驱动组件安装在所述车辆底盘的中部，所述驱动组件包括驱动支架、电机支架、第二电机、摆杆、驱动轮、导杆、压力弹簧，所述驱动支架和位于其两端的电机支架通过摆杆铰接，所述电机支架的内侧固定安装有调速电机，所述电机支架的外侧设有主动轮，所述主动轮与所述调速电机的输出轴连接。相对的两根摆杆之间通过连杆铰接，所述导杆的一端铰接在所述驱动支架上，另一端卡设在所述连杆上，所述压力弹簧套设在所述导杆上，所述回转组件包括伺服回转台，所述升降组件包括丝杆升降机，所述丝杆升降机安装在所述伺服回转台上。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (9)

1.一种便携式X射线CT成像装置，其特征是包括：C型臂、X光机、探测器、驱动电机、悬臂、以及支持机构，所述悬臂的一端与所述支持机构连接，另一端通过旋转关节与所述C型臂连接，所述C型臂的两端分别与所述X光机和探测器相连接，所述X光机的射线源朝向所述探测器，所述探测器的接收面朝向X光机；
所述探测器通过预定的传输方式将图像传输至计算机设备，形成三维图像。
2.根据权利要求1所述的一种便携式X射线CT成像装置，其特征在于：所述旋转关节包括驱动电机，所述驱动电机的电机轴与所述悬臂相垂直，所述驱动电机的电机轴与所述C型臂通过联轴器连接；所述驱动电机与X光机之间的距离为d1，所述驱动电机与探测器之间的距离为d2，所述d1大于d2。
3.根据权利要求2所述的一种便携式X射线CT成像装置，其特征在于：所述支持机构包括手柄，所述手柄设置于悬臂的外侧，所述手柄内部设置有手柄控制端，所述手柄控制端可接收计算机设备的扫描命令并控制驱动电机的工作状态；所述手柄上设有按钮。
4.根据权利要求1所述的一种便携式X射线CT成像装置，其特征在于：所述支持机构包括立柱，所述立柱活动设置在地面上，所述悬臂与立柱远离地面的一端相连接。
5.根据权利要求4所述的一种便携式X射线CT成像装置，其特征在于：所述支持机构包括一个安置在地面上的机械臂，所述立柱与所述机械臂的一端可拆式连接；所述机械臂包括驱动底座，活动连接在所述驱动底座上的一级关节，与所述一级关节的一端活动连接的二级关节，与所述二级关节的一端活动连接的三级关节，以及与所述三级关节的一端活动连接的转接关节；所述驱动底座与一级关节之间、一级关节与二级关节之间、二级关节与三级关节之间、三级关节与转接关节之间分别通过第一电机驱动控制；所述立柱的一端与所述转接关节的一端可拆式连接。
6.根据权利要求4所述的一种便携式X射线CT成像装置，其特征在于：所述支持机构还包括在地面预定区域内行走的遥控小车，所述支持机构的立柱与所述遥控小车可拆式连接；所述遥控小车包括驱动组件、升降组件、回转组件，所述回转组件安装在所述升降组件上方，所述立柱固定安装在所述回转组件上。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种便携式X射线CT成像装置，其特征在于：所述X光机和探测器的控制信号、以及探测器的数据信号采用有线滑环方式或无线方式传输至上位计算机；所述X光机或探测器的一侧安装有预定质量的配重块，使得所述C型臂、X光机、探测器的总重心位于所述旋转轴上。
8.基于权利要求1至7中任意一项所述的一种便携式X射线CT成像装置的工作方法，其特征是包括以下步骤：
步骤1、将装置组装好后，将待测物品放置于C型臂的下方，此时以手柄为支点，另一只手放于悬臂的末端，使扫描装置保持平衡，调节装置至与待测物品相应的高度；所述手柄上设置按钮，所述按钮可以控制手柄控制端的工作状态；当单人操作设备时，操作员通过按压按扭使得手柄控制端接通，此时手柄控制端可接收计算机的扫描命令，手持扫描物品前，使计算机设备上的软件处于等待状态，按下按钮，设备控制扫描的同时，通知计算机设备开始采集数据；
步骤2、计算机设备通过软件发送扫描命令给手柄控制端，手柄控制端接收到信号后控制电机转动，X光机发出射线，射线穿过待测物体，探测器采集图像，探测器通过无线传输，将图像传输至计算机设备；
步骤3、扫描装置做旋转扫描时，将被检物品放置于C型臂下方，以驱动电机的电机轴为旋转中心，旋转关节以恒定速度旋转并采集图像，通过CT算法进行重建，形成三维图像。
9.根据权利要求8所述的一种便携式X射线CT成像装置的工作方法，其特征在于：所述驱动电机与X光机之间的距离为d1，所述驱动电机与探测器之间的距离为d2，当探测器横向尺寸为L，被检物体横向最大尺寸为D时，则X光机出束射线有效利用的横向张角
Figure 567329DEST_PATH_IMAGE001
满足：；
Figure 719142DEST_PATH_IMAGE003
；
令
Figure 731091DEST_PATH_IMAGE004
，则此时
Figure 399970DEST_PATH_IMAGE005
，则有D<L。
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