CN100538496C

CN100538496C - 光束光阑和x-射线成像装置

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Publication number: CN100538496C
Application number: CNB2004100856704A
Authority: CN
Inventors: 张晨
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: US20060083352A1; US7263171B2; FR2876833A1; CN1760747A; DE102005048813A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种光束光阑，其在有限的外形尺寸条件下使得孔径开口的最大值很大，该光束光阑包括一对具有共轴孔径的控制环，该孔径用于使X射线通过，该对控制环以一定间隔彼此相对轴向设置并且可以彼此独立地共轴旋转，该光束光阑还包括位于该对控制环之间的叶片，以及位置调整装置，该位置调整装置根据该控制环对的相对旋转使该叶片朝向或远离孔径的共轴发生移动，从而描绘了一个半径连续增加或减少的扇形平面。

Description

光束光阑和X-射线成像装置

技术领域

本发明涉及一种光束光阑和一种X-射线成像装置。特别地，本发明涉及一种用于将X-射线源发出的X-射线通过孔径辐射到受检体的光束光阑，以及一种配有该光束光阑的X-射线成像装置。

背景技术

在X-射线成像装置中，从X-射线源发出的X射线通过光束光阑的孔径辐射到受检体。该光束光阑包括两个控制环，这两个控制环具有共轴的孔径，以一定间隔彼此相对地轴向设置并可以彼此独立地旋转，该光束光阑还包括位于两个控制环之间的叶片，以及使该叶片根据两个控制环之间的旋转之差朝向或远离孔径轴发生移动的位置调整装置(例如参见专利文献1)。

美国专利第5689544号(第3-5栏，附图1和2)

发明内容

在上述光束光阑中，当使该叶片朝向孔径的轴移动时，每个孔径的开口程度降低，当使该叶片远离孔径的轴移动时，每个孔径的开口程度增加。

因此，当使该叶片距离孔径的轴最远时，每个孔径的开口程度达到最大。希望的是：在有限的光束光阑的外形尺寸条件下使该孔径开口的最大值尽可能地大。

因此，本发明的目的是提供一种光束光阑，其中在有限的外形尺寸的条件下，该孔径开口的最大值很大，以及提供一种配有这种光束光阑的X-射线成像装置。

(1)在本发明用于解决上述问题的一个方面中，提供了一种光束光阑，其包括一对具有共轴孔径的控制环，该孔径用于使X-射线通过，该对控制环以一定间隔彼此相对地轴向设置并且彼此独立地共轴旋转，该光束光阑还包括位于该对控制环之间的叶片，径向地形成在该对控制环中的一个控制环的孔径外的第一凹槽；弓状地形成在另一控制环的孔径外的第二凹槽；以及位置调整装置，包括用于使该叶片的第一端同时与第一和第二凹槽相啮合的第一销，和移动地啮合通过该叶片的第二端延伸的槽缝的第二销，其中，该位置调整装置根据该对控制环的相对旋转使该叶片朝向或远离该孔径的共轴发生移动，从而描绘了一个具有连续增加或减少的半径的扇形平面，其中所述半径由该叶片的第一端和该第二销之间的距离定义。

(2)在本发明用于解决上述问题的另一方面中，提供了一种X-射线成像装置，其用于将X-射线源发出的X-射线通过光束光阑的孔径辐射到受检体而拍摄放射性图像(radioscopic image)，该光束光阑包括一对具有共轴孔径的控制环，该孔径用于使X-射线通过，该对控制环以一定间隔彼此相对地轴向设置并且彼此独立地共轴旋转，还包括一位于该对控制环之间的叶片，径向地形成在该对控制环中的一个控制环的孔径外的第一凹槽；弓状地形成在另一控制环的孔径外的第二凹槽；以及位置调整装置，包括用于使该叶片的第一端同时与第一和第二凹槽相啮合的第一销，和移动地啮合通过该叶片的第二端延伸的槽缝的第二销，其中，该位置调整装置根据该对控制环的相对旋转使该叶片朝向或远离孔径的共轴移动，从而描绘了一个具有连续增加或减少的半径的扇形平面，其中所述半径由该叶片的第一端和该第二销之间的距离定义。

为了适当地调整该叶片的位置，该位置调整装置优选包括径向形成在该对控制环中的一个控制环的孔径外的第一凹槽，和弓状形成在另一控制环的孔径外的第二凹槽，以及用于使该叶片的一个端部同时与第一和第二凹槽相啮合的第一销，和设置在另一控制环上的第二销，该叶片的相对端部通过形成在该端部上的纵向槽缝与第二销相啮合。

该叶片的平面形状优选为相对于中心线左右对称。这是因为：这样可以容易地使得孔径开口的最大值更大。

该叶片的厚度优选为向左右两侧逐渐减小。这是因为所吸收的X射线的量逐渐降低。

该叶片厚度的减小优选为左右不对称地减小。这是因为X射线的吸收变得左右不对称。

在上述的各个方面中，该光束光阑包括一对具有共轴孔径的控制环，该孔径用于使X-射线通过，该对控制环以一定间隔彼此相对地轴向设置并且可以彼此独立地共轴旋转，还包括位于该对控制环之间的叶片，以及位置调整装置，该位置调整装置根据该对控制环的相对旋转使该叶片朝向或远离孔径的共轴移动，从而描述了一个半径连续增加或减少的扇形平面。因此，可以提供一种光束光阑，其中在有限的外形尺寸条件下，孔径开口的最大值很大，并且可以提供一种配有这种光束光阑的X-射线成像装置。

附图说明

图1是示出了根据用于实现本发明的最佳方式的实施例的X-射线成像装置的结构示意图；

图2是示出根据用于实现本发明的最佳方式的另一实施例的光束光阑的结构示意图；

图3是示出叶片的横截面的示意图；

图4是示出光束光阑的几何形状的示意图；

图5是示出该光束光阑的局部结构的示意图；

图6是示出该叶片掠过位置的示意图；

图7是示出该叶片掠过位置的示意图；

图8是示出该叶片掠过位置的示意图；

图9是示出该叶片掠过位置的示意图；

图10是示出该叶片掠过位置的示意图；

图11是示出半径如何随着该叶片的掠过而改变的示意图；

图12是示出有效孔径的示意图；和

图13是示出有效孔径的最大值的示意图。

附图标记释义

2 X-射线管

4 光束光阑

6 X-射线

8 受检者

10 X-射线接收板

12 拍摄控制台

14 显示器

400 轴

500 第一控制环

502 第一孔径

504 第一凹槽

600 第二控制环

602 第二孔径

604 第二凹槽

606 轨道

700 叶片

710、720 伸长部分

712 孔

714 第一销

722 槽缝

724 第二销

800 第一马达

900 第二马达

具体实施方式

用于实现本发明的最佳方式将在下文中参照附图进行描述。本发明不限于该实现本发明的最佳方式。图1示出一种X-射线成像装置的结构。这个装置是用于实现本发明的最佳方式的一个实例。通过这个装置的结构，此处示出了用于实现涉及X-射线成像装置的本发明最佳方式的一个实例。

如该附图所示，在所述装置中，将X-射线源2发出的X-射线6通过光束光阑4的孔径辐射到受检体8。然后，由X-射线接收板10接收所透过的X-射线并且在拍摄控制台12中处理接收到的光信号以便重建该受检体8的放射性图像。由此重建的该放射性图像在拍摄控制台12的显示器14上显示出来。该控制台12也用于控制该X-射线源2和光束光阑4。

图2是分解图，示出了光束光阑4主要部分的结构。所述光束光阑是用于实现本发明的最佳方式的实例。通过该光束光阑的结构，此处示出了用于实现涉及光束光阑的本发明的最佳方式的实例。

如该附图所示，该光束光阑4包括第一控制环500和第二控制环600，该两者沿着轴400彼此相对间隔平行地设置。该轴400与X-射线光束的轴重合。第一控制环500和第二控制环600由X-射线吸收材料构成，例如钨(W)、钼(Mo)或铅(Pb)。

该第一控制环500和第二控制环600分别是具有第一孔径502和第二孔径602的盘，其是圆形的。第一和第二孔径502、602分别是在第一和第二控制环500、600中的同心圆。第一和第二孔径502、602的半径相同并且具有共同的轴400。

第一控制环500和第二控制环600分别具有第一凹槽504和第二凹槽604。第一凹槽504在第一孔径502之外、与第一孔径502切线方向垂直地跨过该盘表面。该第一凹槽504的纵向对应于该第一控制环500的径向。

第二凹槽604形成在第二孔径602的外侧，描绘为曲率大于第二孔径圆周的圆弧。第二凹槽604形成在与第一控制环500相对的表面上(下文中称作“内表面”)所设置的弓形轨606中。

叶片700设置在第一控制环500和第二控制环600之间。该叶片700也是由X-射线吸收材料构成的。该叶片700通常是矩形的板。该板型的叶片700关于中心线左右对称。如图3的横截面图所示，该叶片700的厚度向左右两侧都逐渐减小。减小的趋势是非对称的。

该叶片700在其两侧具有不同长度的伸长部分710和720。较短的伸长部分710具有孔712，该孔为垂直穿过该叶片的平面表面形成的。较长的伸长部分720具有槽缝722，该槽缝为穿过该叶片的平面表面形成的。该槽缝722的纵向对应于伸长部分720的纵向。

穿过孔712安装第一销714。第一销714的两端分别安装在第一控制环500的第一凹槽504和第二控制环600的第二凹槽604中。

穿过槽缝722安装第二销724。该第二销724设置在第二控制环600的、关于轴400与第二凹槽604相对一侧的内表面上。

图4中示出了这种几何关系。在该附图中，附图标记A表示轴400，B表示曲率的中心，C表示第二销724的中心。第二销724的中心位置位于线段AB向B侧的延长线上。

图5示出了叶片700固定到第二控制环600上的情况。如该附图中所示，当该叶片的一端侧采用了第一销714和第二凹槽604之间的啮合而其相对端侧采用了槽缝722和第二销724之间的啮合时，该叶片700固定到第二控制环600。具有与第一销714啮合的第一凹槽504的第一控制环500覆盖在其上安装有叶片700的第二控制环600上。

分别利用第一马达800和第二马达900，使第一控制环500和第二控制环600彼此独立地围绕共轴400旋转。

当第一控制环500和第二控制环600的旋转速度之间存在差别时，这二者以相对的方式旋转。可以说该第一控制环500相对于第二控制环600旋转。换一种方式，可以说该第二控制环600相对于第一控制环500旋转。

假设第一控制环500相对于第二控制环600旋转，随着第一控制环500的旋转，第一销714沿着第二凹槽604移动，由此该叶片700围绕第二销724旋转。随着这种旋转，该叶片700掠过，从而描绘了以第二销724作为旋转中心的扇形平面。

包括第一凹槽504、伸长部分710、孔712、第一销714、第二凹槽604、伸长部分720、槽缝722和第二销724的部分是本发明中的位置调整装置的一个实例。

图6到10示出了该叶片700的掠过状态。这些附图示出了该叶片700随着第一控制环500顺时针旋转的连续运动，其中省略了第一控制环500。

如这些附图中所示，该叶片700从左到右掠过，从而描绘了以第二销724作为旋转中心沿着第二凹槽604的扇形平面。这时，如图4所示，因为叶片700的旋转中心(即第二销724的中心C)相对于轴400位于比第二凹槽604的曲率中心B更远处，所以从旋转中心C到第二凹槽604的距离会根据掠过的位置而改变。这种距离的变化表现为第二销724在叶片700的槽缝722中的位置变化。

图11是所述掠过的概念图。在该附图中，p1到p5表示在掠过过程中第一销714在第二凹槽604中的位置。更具体地，p1和p5分别表示第二凹槽604的左端和右端位置，p3表示中心位置，p2和p4分别表示从左端和右端到中心位置的中间位置。

当第一销714位于第二凹槽604的左端p1或者右端p5时，从旋转中心C到第二凹槽604的距离最短，当第一销714位于第二凹槽604的中心p3时，该距离最长，并且当第一销714位于中间位置p2和p4时，该距离为这两个距离之间的中间距离。

也就是说，该叶片700从第二凹槽604的左右两端掠过到中心，从而描绘了半径逐渐增加的扇形平面，而该叶片700从第二凹槽604的中心掠过到左右两端，则描绘了半径逐渐减少的扇形平面。

从第二凹槽604的两端到中心的方向是接近轴400的方向，而从第二凹槽604的中心到两端的方向是远离轴400的方向。因此，该叶片700在接近或远离孔径的轴400的方向上移动，从而描绘了半径连续增加或减少的扇形平面。

当叶片700的掠过位置达到希望的位置时，使第一控制环500和第二控制环600的旋转速度彼此相等。结果，第一控制环500的相对旋转停止，并且该叶片700停留在例如图12中所示的位置。

在这种情况下，第一和第二控制环500、600都以相同的速度旋转，从而该叶片700围绕轴400旋转。因此，X-射线未受叶片700遮挡就可以通过的区域是圆形区域，如该附图中的虚线所示的。这个圆形区域对应于该光束光阑的有效孔径1000。

以从轴400垂直到叶片700边缘的长度给出该有效孔径1000的半径。这个长度根据该叶片700掠过停留的位置而变化。因此，该光束光阑4是可变孔径类型的光束光阑。

距离叶片700的边缘越近，该叶片越薄，并且相应地所吸收的X-射线的量会减少(透过的X射线的量增加)。因此，在有效孔径1000之外产生层次，距离有效孔径1000越近，所透过的X-射线的强度就越高。由于使该厚度减少的趋势在该叶片700的左右部分之间不同，因此可以根据意图适当地利用该层次。

当该叶片700收缩到最大程度时，该有效孔径1000变得最大。在图13中示出了这个状态。如该附图中所示，该叶片700所在的位置中，较大部分的叶片从第二孔径602移开，仅仅其边缘部分与第二孔径602重叠。这时，该有效孔径1000成为直径为R的圆形区域，如虚线所示。

通过将该叶片700收缩的量提高，以使覆盖第二孔径602的部分减少，可以使该直径R，即有效孔径1000的最大值尽可能的大。然而，必须作出权衡，这是因为必须避免该叶片700突出到第二控制环600外面。

如图11所示，出于这种考虑，由于该光束光阑4是构建得使得通过叶片700的掠过形成的扇形平面的半径在两端处最短，因此覆盖第二孔径602的部分可以减少，同时防止叶片700突出到第二控制环600外面。因此，可以在有限的外形尺寸条件下使该孔径开口的最大值更大。

该叶片700的平面形状是相对于中心线左右对称的，还起到在有限的外形尺寸条件下使孔径开口的最大值更大的作用。这是因为如果使该叶片的平面形状左右不对称，那么覆盖第二孔径602的较宽侧会变得更大，并且最终该有效孔径1000的开口最大值会减少。

图1

2 X-射线源

4 光束光阑

6 X-射线

8 受检体

10 X-射线接收板

14 显示器

12 拍摄控制台

图2

400 轴

500 第一控制环

502 第一孔径

504 第一凹槽

700 叶片

710 伸出部分

712 孔

714 第一销

604 第二凹槽

606 轨道

602 第二孔径

600 第二控制环

800 第一马达

722 槽缝

720 伸出部分

724 第二销

900 第二马达

图12

1000 有效孔径

Claims

1.一种光束光阑，包括：

一对具有共轴孔径的控制环，该孔径用于使X射线通过，该对控制环以一定间隔彼此相对地轴向设置并且彼此独立地共轴旋转；

叶片，该叶片位于该对控制环之间；

径向地形成在该对控制环中的一个控制环的孔径外的第一凹槽；

弓状地形成在另一控制环的孔径外的第二凹槽；以及

位置调整装置，包括用于使该叶片的第一端同时与第一和第二凹槽相啮合的第一销，和移动地啮合通过该叶片的第二端延伸的槽缝的第二销，其中，该位置调整装置根据该对控制环的相对旋转使该叶片朝向或远离该孔径的共轴发生移动，从而描绘了一个具有连续增加或减少的半径的扇形平面，其中所述半径由该叶片的第一端和该第二销之间的距离定义。

2.根据权利要求1所述的光束光阑，其中该叶片的平面形状是关于中心线对称的。

3.根据权利要求2所述的光束光阑，其中该叶片的厚度向左右两侧逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的光束光阑，其中该叶片厚度的减小是非对称的。

5.一种X-射线成像装置，其用于通过将X-射线源发出的X射线通过光束光阑的孔径辐射到受检体上来拍摄放射性图像，该光束光阑包括：

一对具有共轴孔径的控制环，该孔径用于使X-射线通过，该对控制环以一定间隔彼此相对地轴向设置并且彼此独立地共轴旋转；

叶片，该叶片位于该对控制环之间；

弓状地形成在另一控制环的孔径外的第二凹槽；以及

位置调整装置，包括用于使该叶片的第一端同时与第一和第二凹槽相啮合的第一销，和移动地啮合通过该叶片的第二端延伸的槽缝的第二销，其中，该位置调整装置根据该对控制环的相对旋转使该叶片朝向或远离孔径的共轴发生移动，从而描绘了一个具有连续增加或减少的半径的扇形平面，其中所述半径由该叶片的第一端和该第二销之间的距离定义。

6.根据权利要求5所述的X-射线成像装置，其中该叶片的平面形状是关于中心线对称的。

7.根据权利要求6所述的X-射线成像装置，其中该叶片的厚度向左右两侧逐渐减小。

8.根据权利要求7所述的X-射线成像装置，其中该叶片厚度的减少是非对称的。