CN1765326A - X线体层照相机的调整装置和调整方法 - Google Patents

X线体层照相机的调整装置和调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种X线体层照相机的调整装置和调整方法，用于支承装置(5、6)与照相***(3、4)彼此相对定位。为了调整，使用一个分配给支承装置(5、6)的基准器(15)和一个投影在该基准器(15)上的基准激光器(2)，基准激光器(2)直接装在旋转框架(12)上，从而避免在基准激光器(2)与照相***(3、4)之间定向时的误差。此外，由于基准激光器(2)直接设在X线体层照相机的旋转框架(12)上，通过将基准激光器(2)调整到两个不同的彼此至少基本上有180度角间距的转角位置，保证在激光束与照相***(3、4)的照相平面之间简单地校准。

Description

X线体层照相机的调整装置和调整方法
技术领域
本发明涉及一种X线体层照相机用的调整装置，用于一个支承装置与一个照相***的彼此相对定位，其中，该照相***设在一旋转框架上可绕一***轴线旋转，以及该调整装置有一个分配给所述支承装置的基准器和一个投影在该基准器上的基准激光器。本发明还涉及一种使一个支承装置与一个照相***彼此相对定位的方法。
背景技术
例如由US 2004/0120467A1已知一种此类调整装置和一种此类调整方法。为了相对于照相***或照相平面定位支承装置，将基准激光器相对于X线体层照相机的固定部分定位为，使垂直于照相平面定向的激光束命中基准器。
将基准激光器定位在调整位置在此已知的情况下通过一个支承在滚轮上或与X线体层照相机固定部分连接的可回转的机架进行。
为了调整，首先确定激光束的投影与基准器之间的偏差。偏差说明了支承装置与照相***之间的错移。这一错移随后在重建体层图像或体积图像时为了修正图像而予以考虑，或被用于控制支承装置的手动定位。
相对于支承装置正确调整照相***的一个重要前提条件是，首先要相对于照相***准确设置基准激光器。若由基准激光器产生的激光束不处于垂直于照相***照相平面的状态，则不可能实施在支承装置与照相***之间的正确定位。
发明内容
本发明要解决的技术问题是改进前言所述类型的X线体层照相机和用于X线体层照相机的调整方法，使得能以简单的方式保证支承装置与照相***彼此准确的但同时也是方便可行的相对定位。
上述技术问题首先通过一种供X线体层照相机用的用于使一个支承装置与一个照相***彼此相对定位的调整装置来解决，其中，该照相***设在一个旋转框架上可绕一***轴线旋转，以及，所述调整装置有一个分配给所述支承装置的基准器和一个投影在该基准器上的基准激光器，按照本发明，该基准激光器被直接分配给所述旋转框架。
基准激光器和照相***通过旋转框架互相直接机械连接，所以可以误差微小地实现激光束相对于照相平面准确地定向。避免了由于在基准激光器与照相***之间间接地连接，例如通过将基准激光器装在一个相对于X线体层照相机固定部分可回转或可移动的机架上产生的误差。
通过将基准激光器直接装在旋转框架上，为了基准激光器的定位不需要制造结构复杂的固定装置。
通过按此方式设置基准激光器，X线体层照相机的工作不受干扰。为了扫描一个检查区，可以无阻碍地调整所述支承装置。
基准器优选地是一条标志线，它沿支承装置的纵向延伸。当标志线有一个与支承装置类似的长度时，偏离垂直于照相平面的位置的小量偏移便能光学地快速和可靠地看出。
按本发明的一项有利的设计，基准激光器产生扇形激光。作为垂直于照相平面的方向的基准，扇形激光的投影可以简单而快速地控制支承装置的位置。若基准激光器例如将扇形激光投影在形式上为标志线的基准器上，便可以用可靠和与此同时简单的方式通过投影与标志线的偏差光学地检测支承装置与照相***之间位置的错移。
此外，将基准激光器直接装在旋转框架上带来的优点是，可以在基准激光器与照相***的照相平面之间简单而准确地实现定向。为此目的，基准激光器可以有利地调整到两个不同的转角位置，它们彼此至少基本上有180度的角间距。在沿***轴线的方向至少一个基准位置处，在一个投影面内分别检测基准激光器在调整为第一转角位置时的第一投影和基准激光器在调整为第二转角位置时的第二投影。基准激光器调整为不同的转角位置通过旋转框架相应的旋转运动实现。投影可例如借助一个定位在各自的基准位置上以及垂直于***轴线定向的投影屏幕检测。
在旋转框架上优选地设至少一个固定水准仪的卡箍，所以基准激光器的转角位置可以非常准确地调整。
参照第一基准位置，优选地确定在第一投影与第二投影之间的第一间距，以及参照第二基准位置在该处确定第一与第二投影之间的第二间距。在这里，所述的间距总是沿着垂直于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间一条假想连线的方向和沿着垂直于***轴线的方向来确定。
由所确定的这两个间距，可以彼此独立地计算出支承装置相对于照相***的两个不同的调整量。
由这两个间距可以一方面确定一个用于基准激光器相对于***轴线定位的第一调整量，以及另一方面确定一个第二调整量，它用于基准激光器相对于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间的假想连线的定位调节。
优选地，根据第一调整量和根据第二调整量可以实施基准激光器的定向，使基准激光器的激光束垂直于照相***的照相平面定向。
本发明还提供一种X线体层照相机的调整方法，用于使一个支承装置与一个照相***彼此相对定位，其中，该照相***设在一个旋转框架上可绕一***轴线旋转，以及，该X线体层照相机有一个分配给所述支承装置的基准器和一个投影在该基准器上的基准激光器，按照本发明，当该基准激光器直接分配给所述旋转框架时，所述的定位包括下列方法步骤：
-调整所述旋转框架，使得在所述基准激光器位置与X线体层照相机旋转中心之间的假想连线垂直于所述支承装置的支承面定向，
-求出所述基准激光器的投影与基准器之间的偏差，
-调整所述支承装置，使所述基准激光器的投影与所述基准器重合。
在所述支承装置与照相***彼此相对定位前，优选使所述基准激光器相对于所述照相***这样定向，该定向按下列方法步骤进行：
-调整所述基准激光器到两个彼此至少基本上有180度角间距的不同的转角位置，使得在沿***轴线方向的两个不同的基准位置处，在一个投影面内分别检测所述基准激光器在调整为第一转角位置或第二转角位置时的第一投影或第二投影，
-分别在第一基准位置与第二基准位置处测算在第一投影与第二投影之间的、沿垂直于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间的假想连线以及垂直于所述***轴线的方向的第一间距与第二间距，
-基于所计算出的这两个间距确定一个第一调整量，该第一调整量提供所述基准激光器相对于***轴线的调整量，
-基于所计算出的这两个间距确定一个第二调整量，该第二调整量提供所述基准激光器相对于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间的假想连线的调整量，
-根据该第一调整量和第二调整量对所述基准激光器进行定向，使所述基准激光器的投影与所述***轴线相重合。
作为在所述支承装置与照相***彼此相对定位前相对于照相***校准基准激光器的替代手段可以采用另一种方法，它优选地主要包括下列方法步骤：
-调整所述旋转框架到一个第一转角位置，使得在所述基准激光器位置与X线体层照相机旋转中心之间假想的连线垂直于所述支承装置的支承面定向，从而在一个基准位置检测所述基准激光器的形式上为第一投影线的第一投影，
-比较第一投影线与一条垂直于所述支承装置定向的铅垂线之间的平行度，
-对所述基准激光器进行定向，使第一投影线调整到平行于铅垂线延伸的第二投影线内，
-调整所述基准激光器到与所述第一转角位置有至少基本上180度错移量的第二转角位置，从而检测第三投影线，
-确定互相平行延伸的第二投影线与第三投影线之间的一间距中点，
-对所述基准激光器进行定向，使第二投影线或第三投影线通过该间距中点延伸。
附图说明
下面参照附图所示实施方式对本发明予以详细说明。附图中：
图1用透视图表示具有按本发明的调整装置的一个X线体层照相机；
图2在按图3的前视图II内表示按图1的X线体层照相机处于调整好的第一转角位置以及一个为了校准调整装置已下降的支承装置；
图3表示按图2中的剖切线III-III对于所述X线体层照相机的轴向纵剖面，其中对于两个有待校准的调整好的转角位置分别标画上一个激光束，它在第一和第二基准位置产生投影；
图4表示按图2中剖切线III-III对于所示X线体层照相机的轴向纵剖面，其中标有第一调整角，
图5在按图3的前视图II内表示X线体层照相机，其中标有第二调整角；
图6表示在校准过程中产生的扇形激光在一个投影屏幕上的投影。
具体实施方式
图1用透视图表示按本发明的X线体层照相机，在这里该X线体层照相机是一台计算机层析X射线照相机1。该计算机层析X射线照相机1主要包括一个用于支承物体例如患者的支承装置5、6、一个设在旋转框架12上的照相***3、4、一个用于重建体层和体积图像的计算装置17、以及用于支承装置5、6与照相***3、4相互定位的一个调整装置2、15。
调整装置2、15包括两个部分，亦即基准激光器2和基准器15。基准激光器2直接装在旋转框架12上，并因而与照相***3、4处于直接的机械连接状态。在本实施方式中，基准激光器2设在旋转框架12上为照相***3、4配设的探测器3旁边。原则上也可以设想在旋转框架12上任意布置基准激光器2。更实际的做法是着眼于对所述旋转框架12准确进行重量平衡地实施所述定位。基准激光器2可产生一个形式上为扇形激光16的激光束，以及为了调整将其定向为使扇形激光16投影在基准器15上。在计算机层析X射线照相机1的外壳32内，恰当地设置图中未表示的凹穴或对于扇形激光16透明的窗口，以使扇形激光16可以无阻碍地投影在基准器15上。
基准器15配置在所述支承装置5、6上以及在本实施方式中为标志线的形式，该标志线沿支承装置5、6的纵向或沿图1中表示的直角坐标系的Z方向延伸。支承装置5、6有一个高度可调的底座5和用于支承物体可沿Z轴的方向调整的台板6。在图示的示例中，标志线直接设在台板6的表面上。
照相***3、4包括一个形式上为X线管的X线放射源4和一个探测器3，该探测器有按探测器阵列排列成行和列的探测器元件。X线放射源4和探测器3彼此对置地设置，使得从X线放射源4的焦点射出的X射线穿过测量区，以及接着命中探测器3。
按用于检测检查区体层和体积图像的计算机层析X射线照相机1的一种运行方式，在台板6连续送进和照相***3、4与此同时绕计算机层析X射线照相机的旋转中心9旋转时，从所要检查的对象区域确定许多来自不同投影方向的投影。所确定的形式上为图像原始数据的投影传输给计算装置17，并按已知的图像重建方法计算成体层或体积图像。这些结果图像接着可以借助一个组合在计算装置17内的显示器加以显示。
为了无假象地检测图像原始数据，所述支承装置5、6的纵轴线必须平行于推进方向和垂直于照相平面延伸，在这里，照相平面通过在图1中所画的直角坐标***的X轴和Y轴展开。
支承装置5、6相对于照相***3、4的定位借助按本发明的调整装置2、15可以简单而可靠的方式完成。在下面的叙述中，为了更好地理解，基准激光器的转角位置部分表示为在一个钟表面上的位置。支承装置相对于照相***的定位主要包括下列步骤：
-调整旋转框架12，使得在基准激光器位置与X线体层照相机之间假想的连线11垂直于所述支承装置5、6的支承面定向，
-确定基准激光器2的投影与基准器15之间的偏差，
-调整支承装置5、6，使基准激光器2的投影与基准器15相重合。
将基准激光器2和支承装置5、6调整到适用于定向的位置，可例如借助一个为此所设的计算装置17的程序控制。
投射射线或投影的形状可以与扇形激光16的形状不同。投影例如可设想为简单的激光束形状或交叉激光(Laserkreuz)的形状。当然也不要求基准器15有标志线的形式。它同样可以采用另类标志，例如基准点。
按本发明的调整主要有下列优点：
-由于基准激光器2直接装在旋转框架12上，避免了在基准激光器2与照相***3、4之间的定向误差。
-不需要附加的用于基准激光器2定位的固定装置。
-通过将所述基准激光器2装在旋转框架12上，使得计算机层析X射线照相机1在为了检查一个对象区域而运行时不受干扰。
由于将基准激光器2直接装在计算机层析X射线照相机1的旋转框架12上，同样可以通过出人意外的可靠和简单的方式使基准激光器2相对于照相***3、4或照相平面定向。
为了相对于所述照相***3、4校准基准激光器2，在两个沿***轴线方向的不同的基准位置22、23上，如图3所示分别检测基准激光器2的第一和第二投影18、19或20、21。第一投影18或20在基准激光器2第一转角位置7记录，以及第二投影19、21在基准激光器2第二转角位置8记录，在这里，转角位置7、8至少基本上有180度角间距。在按图3的前视图II的图2中，计算机层析X射线照相机1的基准激光器2作为示例表示处在一个调整好的第一个转角位置7。在本实施方式中第一转角位置7对应于在假想钟面上的12时位置，而与第一转角位置7有180度错移量的第二转角位置8对应于6时位置。第二转角位置8在图2中用虚线的形式表示。
第一和第二投影18、19或20、21在各自的基准位置22或23例如借助一个相应定位的垂直于***轴线14定向的投影屏幕检测。为了使基准激光器2在调整好的第二转角位置8也能无阻碍地射在投影屏幕上，支承装置5、6现在处于一个下降的位置。
由基准激光器2产生的投影图在投影屏幕上相应于一条投影线。基准激光器2在两个转角位置7、8的投影线，根据基准激光器2相对于照相***3、4的移位有一错移。第一与第二投影18、19或20、21在投影屏幕上分别在一条测量直线33或34上测量，该测量直线33或34如图3中所示那样垂直于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间的假想连线10和垂直于***轴线14。沿着在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间连线10方向进行所述测量的位置原则上可以自由选择，但优选地在测量直线33、34与计算机层析X射线照相机1的***轴线14相交的位置处进行所述测量。
图3表示按图2中剖切线III-III对于所示计算机层析X射线照相机1的轴向纵剖面，其中对于各自的基准位置22或23分别标画上一个属于基准激光器2第一转角位置7的第一投影18或20以及属于基准激光器2第二转角位置8的第二投影19或21。第二基准位置23与第一基准位置22相比在本实施方式中离计算机层析X射线照相机1设在有两倍大间距的地方。在这种情况下，第一和第二投影18、19、20、21分别对应一个由测量直线33、34与相应的基准激光器2投影线构成的交点。
确定在第一基准位置22处第一与第二投影18、19之间的第一间距F1以及在第二基准位置23处第一与第二投影20、21之间的第二间距F2。根据投影的这两个间距F1、F2，计算两个用于基准激光器2定向的调整量A、D。第一调整量A提供基准激光器2相对于***轴线14的调整量，以及第二调整量D提供基准激光器2相对于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间假想连线10的调整量。第一和第二调整量A、D可例如由下列公式确定：
A＝0.5×(F2-F1)
D＝0.5×(2×F1-F2)
式中F1是第一间距、F2是第二间距、A是第一调整量和D是第二调整量。
根据这两个调整量A、D可以计算出用于修正基准激光器2相对于照相***3、4定向的第一调整角α和第二调整角δ。第一调整角α提供基准激光器2相对于计算机层析X射线照相机1***轴线14的调整角度：
α＝arctan(A/a)，
式中α是第一调整角，A是第一调整量，以及a是第一基准位置22离计算机层析X射线照相机1的间距。图4也表示按图2中剖切线III-III对于所示计算机层析X射线照相机1的一个轴向纵剖面，图中标画有所算出的第一调整角α。
第二调整角δ提供基准激光器2相对于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间的假想连线10的调整角度：
δ＝arctan(D/R)，
式中δ是第二调整角，D是第二调整量以及R是基准激光器离计算机层析X射线照相机***轴线的间距。图5沿按图3的前视方向II表示计算机层析X射线照相机1，图中标画有第二调整角δ。
也可以不计算两个调整角α、δ修正基准激光器2的定向。在这种情况下，基准激光器2首先绕一个平行于Y轴的激光器轴线转动，使得在第二基准位置23处扇形激光16沿***轴线14方向的调整量为第一调整量A的两倍数额。接着，基准激光器2绕一个平行于***轴线14的激光器轴线转动，使得在第二基准位置23处扇形激光16沿***轴线14方向的调整量为第二调整量D的一倍数额。调整的结果是基准激光器的扇形激光16与支承装置5、6的基准器15相重合。
但相对于照相***3、4校准基准激光器2也可以这样进行，即，只在一个基准位置评估分析基准激光器2的投影。图6示例性地表示基准激光器2的投影，它们在例如第一基准位置22是在一个这种校准过程期间先后在投影屏幕30上造成的。基准激光器2调整到第一转角位置7，使得基准激光器位置与计算机层析X射线照相机旋转中心之间想象的连线11垂直于支承装置5、6定向。因此，第一基准位置7对应于12时位置。基准激光器2在此第一转角位置7产生形式上为第一投影线24的第一投影，它相对于一条垂直于支承装置5、6支承面定向的铅垂线31进行平行度比较。基准激光器2接着绕计算机层析X射线照相机1的***轴线14转动，直至基准激光器2的第一投影线24与平行于铅垂线31延伸的第二投影线25重合。
接着，将基准激光器2调整到第二转角位置8，它相对于第一转角位置7至少基本上错开180度。第二转角位置8对应于钟面上的6时位置。在第二转角位置8检测第三投影线26。第二与第三投影线25、26互相平行延伸，并在由基准激光器2产生的扇形激光16相对于Y轴方向有错移时相互间有一定的间距28。由此间距28确定间距中点29。现在，基准激光器2绕着在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间的假想连线11转动，使第三投影线26转移到通过间距中点29延伸的第四投影线27内。当然同样也可以将基准激光器2回归第一转角位置7，然后绕着在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间假想的连线10转动，使第二投影线25通过间距中点29延伸。

Claims (14)

1.一种X线体层照相机(1)的调整装置，用于使一个支承装置(5、6)与一个照相***(3、4)彼此相对定位，其中，该照相***(3、4)设在一个旋转框架(12)上可绕一***轴线(14)旋转，以及，所述调整装置有一个分配给所述支承装置(5、6)的基准器(15)和一个投影在该基准器(15)上的基准激光器(2)，其特征为：该基准激光器(2)被直接分配给所述旋转框架(12)。
2.按照权利要求1所述的调整装置，其特征为：所述基准器(15)是一条标志线。
3.按照权利要求1或2所述的调整装置，其特征为：所述基准激光器(2)产生一束扇形激光(16)。
4.按照权利要求1至3之一所述的调整装置，其特征为：在所述旋转框架上为了固定一个水准仪设有至少一个卡箍(13)，其中，该水准仪可用于调整所述基准激光器(2)的一个转角位置(7或8)。
5.按照权利要求1至4之一所述的调整装置，其特征为：所述基准激光器(2)可以被调整到两个不同的彼此至少基本上有180度角间距的转角位置(7、8)上，由此可以在沿***轴线(14)的方向上的至少一个基准位置(22或23)处，在一个投影面内分别检测所述基准激光器(2)在调整为第一转角位置(7或8)时的第一投影(18或20)和所述基准激光器(2)在调整为第二转角位置(8)时的第二投影(19或21)。
6.按照权利要求5所述的调整装置，其特征为：可分别参照第一基准位置(22)与第二基准位置(23)测算在第一投影(18或20)与第二投影(19或21)之间的、沿垂直于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间的假想连线(10)以及垂直于所述***轴线(14)的方向的第一间距(F1)与第二间距(F2)。
7.按照权利要求6所述的调整装置，其特征为：由所述两个间距(F1、F2)可确定一个第一调整量(A)，该第一调整量(A)提供所述基准激光器(2)相对于***轴线(14)的调整量。
8.按照权利要求6或7所述的调整装置，其特征为：由所述两个间距(F1、F2)可确定一个第二调整量(D)，该第二调整量(D)提供所述基准激光器(2)相对于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间的假想连线(10)的调整量。
9.按照权利要求7或8所述的调整装置，其特征为：根据第一调整量(A)和第二调整量(D)可以实施所述基准激光器(2)的定向，以使所述基准激光器(2)的激光束垂直于所述照相***(3、4)的照相平面定向。
10.一种X线体层照相机的调整方法，用于使一个支承装置(5、6)与一个照相***(3、4)彼此相对定位，其中，该照相***(3、4)设在一个旋转框架(12)上可绕一***轴线(14)旋转，以及，该X线体层照相机有一个分配给所述支承装置(5、6)的基准器(15)和一个投影在该基准器(15)上的基准激光器(2)，其特征为：当该基准激光器(2)直接分配给所述旋转框架(12)时，所述的定位包括下列方法步骤：
-调整所述旋转框架(12)，使得在所述基准激光器位置与X线体层照相机(11)旋转中心之间的假想连线垂直于所述支承装置(5、6)的支承面定向，
-求出所述基准激光器(2)的投影与基准器(15)之间的偏差，
-调整所述支承装置(5、6)，使所述基准激光器(2)的投影与所述基准器(15)重合。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征为：所述基准器(15)是一条标志线。
12.按照权利要求10或11所述的方法，其特征为：所述基准激光器(2)产生一束扇形激光(16)。
13.按照权利要求10至12之一所述的方法，其特征为：在所述支承装置(5、6)与照相***(3、4)彼此相对定位前，使所述基准激光器(2)相对于所述照相***(3、4)定向，该定向按下列方法步骤进行：
-调整所述基准激光器(2)到两个彼此至少基本上有180度角间距的不同的转角位置(7、8)，使得在沿***轴线(14)方向的两个不同的基准位置(22、23)上，在一个投影面内分别检测所述基准激光器(2)在调整为第一转角位置(7)或第二转角位置(8)时的第一投影(18或20)或第二投影(19或21)，
-分别参照第一基准位置(22)与第二基准位置(23)测算在第一投影(18或20)与第二投影(19或21)之间的、沿垂直于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间的假想连线(10)以及垂直于所述***轴线(14)的方向的第一间距(F1)与第二间距(F2)，
-基于所计算出的这两个间距(F1、F2)确定一个第一调整量(A)，该第一调整量(A)提供所述基准激光器(2)相对于***轴线(14)的调整量，
-基于所计算出的这两个间距(F1、F2)确定一个第二调整量(D)，该第二调整量(D)提供所述基准激光器(2)相对于在第一转角位置时的基准激光器位置与第二转角位置时的基准激光器位置之间的假想连线(10)的调整量，
-根据该第一调整量和第二调整量(A、D)对所述基准激光器(A、D)进行定向，使所述基准激光器(2)的投影与所述***轴线(14)相重合。
14.按照权利要求10至12之一所述的方法，其特征为：在所述支承装置(5、6)与照相***(3、4)彼此相对定位前，使所述基准激光器(2)相对于照相***(3、4)定向，该定向按下列方法步骤进行：
-调整所述旋转框架(12)到一个第一转角位置(7)，使得在所述基准激光器位置与X线体层照相机旋转中心之间假想的连线(10)垂直于所述支承装置(5、6)的支承面定向，从而在一个基准位置检测所述基准激光器(2)的形式上为第一投影线(24)的第一投影，
-比较第一投影线(24)与一条垂直于所述支承装置(5、6)定向的铅垂线(31)之间的平行度，
-对所述基准激光器(2)进行定向，使第一投影线(24)调整到平行于铅垂线(31)延伸的第二投影线(25)内，
-调整所述基准激光器(2)到与所述第一转角位置(7)有至少基本上180度错移量的第二转角位置(8)，从而检测第三投影线(26)，
-确定互相平行延伸的第二投影线(25)与第三投影线(26)之间的一间距中点(29)，
-对所述基准激光器(2)进行定向，使第二投影线(25)或第三投影线(26)通过该间距中点(29)延伸。
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