一種用於現場的微劑量醫用cbs-ct機的製作方法
2023-09-22 00:29:15 1
專利名稱：一種用於現場的微劑量醫用cbs-ct機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於康普頓背散射掃描技術的醫用CT機，具體為一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機。
背景技術：
基於X射線透射原理的醫用CT機簡稱為透射式醫用CT機，這種醫療器械已問世近半個世紀，在醫學診斷上起到了巨大作用，同時透射式醫用CT機也獲得了重大進展。但是，目前傳統的透射式醫用CT機和多排螺旋CT機存在著一些問題，使得醫用CT機的使用和發展受到了嚴重的限制，主要存在以下問題
其一，設備價格昂貴，輻射劑量大；·
其二，設備要求有精密的掃描定位床，操作複雜；
其三，設備無法用於現場，有些部位疾病甚至還不能使用這些透射式CT機。
發明內容
本發明所解決的技術問題在於提供一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機，以解決透射式CT機設備價格昂貴，輻射劑量大、要求有精密的掃描定位床以及無法用於現場問題。本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現
一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機，包括掃描頭、掃描運動機械、測控和圖像處理系統、四輪推車以及病床或擔架，所述掃描運動機械置於四輪推車上，所述四輪推車平行病床或擔架放置，四輪推車底部設有帶制動的輪子，所述掃描運動機械包括有立柱、掃描頭支架，所述測控和圖像處理系統包括有主機，所述主機內設有高解析度顯示器、採傳電子學系統、圖像工作站、信號無線發射模塊、供電機箱、雷射相機，所述主機的高分辨顯示器下方設有放置鍵盤的拉伸襯板，主機側面設有立柱安裝座，所述立柱固定在立柱安裝座上，立柱上設有依次連接的螺杆、吊臂套管、吊臂，所述螺杆既能升降又能轉動，所述吊臂能自動伸縮，所述吊臂末端設有萬向節，所述掃描頭支架固定在萬向節上，所述掃描頭固定在掃描頭支架上。作為以上技術的一種優化，所述病床或擔架設有改變傾角的裝置。作為以上技術的一種優化，所述雷射相機與相機控制模塊相連，所述相機控制模塊電源輸入口與低壓直流電源輸出口相連。作為以上技術的一種優化，所述主機通過信號無線發射模塊將數字圖像無線傳輸到移動終端上。所述掃描頭包括X射線機、平板探測器，所述X射線機與平板探測器位於被檢查者的同一側，所述X射線機安裝在X射線機支架上，所述平板探測器安裝在平板探測器支架上，上述X射線機支架、平板探測器支架固定在掃描頭支架上，所述X射線機上設有前準直器，所述平板探測器上設有後準直器，前準直器的方向與後準直器的方向之間夾角在100° 150°範圍內調節。作為以上技術的一種優化，所述前準直器的方向與所述後準直器的方向之間夾角，即X射線錐形束的前進方向與背散射X射線束進入平板探測器的方向之間的康普頓背散射夾角。作為以上技術的一種優化，所述平板探測器為適用於面掃描的非晶矽平板探測器。所述的X射線機與平板探測器位於被檢查者的同一側，與被檢查者的身體部位構成康普頓背散射(CBS)幾何學結構。CT機的關鍵技術是圖像重建的質量，透射式醫用CT機的圖像重建算法是基於雷當變換原理。其實質是把二維問題化為一維問題，即把積分方程組化為線性代數方程組，求解線性減弱係數。而本發明的圖像重建，實質是把掃描得到的各組光子計數直接排列出來即得到CBS-CT圖像，它不依賴於雷當變換那種複雜的圖像重建·算法。康普頓背散射的光子數ns的計算公式為 ns=n0* Δν· Δ Ω·{ ne*[^^ ]ΚΝ} *f (E0) *f (Ec) · H1 =C*f (E0) *f(Ec) *ne ……(I)
式中C= η0· AV· Λ Ω ·[]腿· ......·⑵
n0 —為入射光子注量率；
AV —為前、後準直孔形成的聚焦體積；
Δ Ω—為平板探測器有效照射面積對散射點(即檢測點)所張的立體角；
MD—為康普頓散射微分截面； Ι
ne —為電子密度，即單位體積的電子數； f (Etl)—為入射束減弱因子； f (Ee)—為散射束減弱因子；
H1 —為探測效率。式(I)可用矩陣式改寫為
[ns] = [A(ne)][ nj ……(3)
式(3)中矩陣[A(rO]稱為投影算子，[A]的每一個元素為
Bij= η0·Δν·Δ Ω ·[]ΚΝ · f(E0) *f(Ec)……· (4)
Cl!
由式(4)可看出，投影矩陣A是未知的電子密度分布向量的函數，因此，被測物體電子密度分布的圖像重建的問題，可以看作為一個非線性方程組的求逆問題ne = [A (ne) ][ n s] ......· (5)式中，[. s]是含有噪聲(包括多次散射在內)的實際測量值。若用μ (E) ·Ρ ([ ^|ι3]κν，則有
ns=[C· f(E0) *f(Ec)] ·μ (E)......· (6)
[η3] = {Α[μ (E)]}[ μ (E)]…….(7)
其中投影矩陣[A]元素為
Bij= n0* AV* Δ Ω ^P(Oi). f (E0) *f (Ec) ......· (8)
這裡，線性減弱係數μ (E)的圖像重建，即為一個非線性方程組的求逆問題； μ (Ε)={Α[μ (Ε)]Γ[ I s] ......· (9)·
式中，[n s]與式(5)中的一樣。如上所述，CBS-CT圖像重建技術原理簡單，只是需作如下數據修正，例如探測器的效率數據修正，康普頓散射能量分布的展寬數據修正，多次散射(特別是二次散射、三次散射)的數據修正，幾何擴展的數據修正，Compton Profile影響的數據修正，入射束和散射束在物質中減弱的補償，檢測深度增大時誤差累積傳播的校正，射束硬化的校正等。與透射式CT機的技術相比，本發明具有以下優點
(O體積小，重量輕，性價比高，操作靈活。(2)檢測低密度物質(例如人體組織)的靈敏度遠遠高於透射式醫用CT機的靈敏度。(3)基於CBS的原理，本發明輻射劑量極小，對人體的副作用遠小於透射式醫用CT機的輻射劑量。(4)圖像重建不採用雷當變換，不需要高精度的可平移升降的定位床，只需要一張可改變傾角的普通病床或擔架，能讓被檢查者平躺下就行。(5)可提供多層深度信息，利用定好方位的準直器，可得到帶有真實深度信息、簡單、直接的三維圖像。(6)圖像質量不受機械裝配與振動噪聲等影響，因此可安裝於急救車上或其他方式的現場使用。
圖I為本發明結構示意圖。圖2為本發明探測採傳電子學系統方框圖。圖中1、X射線機，2、X射線機支架，3、前準直器，4、平板探測器，5、後準直器，6、平板探測器支架，7、X射線錐形束，8、被檢查部位，9、背散射X射線束，10、立柱，11、立柱安裝墊，12、螺杆，13、吊臂，14、吊臂套管，15、萬向節，16、掃描頭支架，17、四輪推車，18、帶制動的輪子，19、掃描頭的停放臺，20、病床或擔架，21、坐標系，22、拉伸襯板，23、圖像處理工作站，24、採傳電子學系統，25、專用集成電路(ASIC)，26、模數轉換器(ADC)，27、中央處理組件，28、嵌入式系統(ARM)，29、接口電路，30、高解析度的顯示器，31、信號無線發射模塊，32、移動終端(如手機)，33、雷射相機，34、相機控制模塊，35、直流低壓電源，36、供電機箱，37、主機。
具體實施例方式為了使本發明的技術手段、創作特徵、工作流程、使用方法達成目的與功效易於明白了解，下面進一步闡述本發明。如圖I、圖2所不,一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機,包括掃描頭、掃描運動機械、測控和圖像處理系統、四輪推車17以及病床或擔架20，所述掃描運動機械置於四輪推車17上，所述四輪推車17平行病床或擔架20放置，四輪推車17底部設有帶制動的輪子18，所述掃描運動機械包括有立柱10、掃描頭支架16，所述測控和圖像處理系統包括有主機37，所述主機37內設有高解析度顯示器30、採傳電子學系統24、圖像工作站23、信號無線發射模塊31、供電機箱36、雷射相機33,所述主機的高分辨顯不器30下方設有放置鍵盤·的拉伸襯板22，主機37側面設有立柱安裝座11，所述立柱10固定在立柱安裝座11上，立柱10上設有依次連接的螺杆12、吊臂套管14、吊臂13，所述螺杆12既能升降又能轉動，所述吊臂13能自動伸縮，所述吊臂13末端設有萬向節15，所述掃描頭支架16固定在萬向節15上，所述掃描頭固定在掃描頭支架16上。所述掃描頭包括X射線機I、平板探測器4，所述X射線機I與平板探測器4位於檢查者的同一側，所述X射線機I安裝在X射線機支架2上，所述平板探測器4安裝在平板探測器支架6上，上述X射線機支架2、平板探測器支架6固定在掃描頭支架16上，所述X射線機I上設有前準直器3，所述平板探測器4上設有後準直器5，前準直器3的方向與後準直器5的方向之間夾角在100° 150°範圍內調節。使用前，將四輪推車17推到病床或擔架20的側邊，四輪推車17平行病床或擔架20放置，並移動到預定坐標系21中的X向位置，將帶制動的輪子18的止動腳放下使四輪推車17固定，從立柱安裝座11中立柱10升起螺杆12到坐標系21中合適的Z向位置，被檢查患者平躺在病床或擔架20上，這時將螺杆12轉動180°，將掃描頭支架16從掃描頭的停放臺19移到患者被檢查部位8的上方，並沿著Z向降下螺杆12到貼近被檢查部位8的高度，然後調節吊臂13的位置，再調整萬向節15的方位，把掃描頭支架16置於合適的位置。再打開供電機箱36中的電源開關，至此開始掃描。第一步，作坐標系21的Z向掃描，即將螺杆12的高度微降一個步距ΛΖ，啟動X射線機1，其發射的X射線經過前準直器3成形為X射線錐形束7，射線到達被檢查部位8產生的背散射X射線束9經過後準直器5到達平板探測器4，由採傳電子學系統24採集平板探測器4的信號，並傳送給圖像處理工作站23，接著，再次改變螺杆的高度Λ Ζ，按此掃描方式重複，直至該Y值處的Z向深度達到預定值，掃描完成。第二步，根據檢查的需要，作坐標系21的Y向掃描，即將吊臂13伸長一個步距Λ Y，重複第一步Z向掃描，然後再伸長一個步距Λ Y，重複第一步Z向掃描，直至Y向掃描到預定的Y向位置。第三步，根據檢查的需要，作坐標系21的X向掃描，即移動推車17，逐個步距ΛΧ，重複第一步Z向、第二步Y向掃描，直至掃描頭X向掃描到達預定的X向位置。三個方向掃描完成時，升起螺杆12，縮回吊臂13，轉動螺杆12，將掃描頭支架16放置在掃描頭的停放臺19上，關掉供電機箱36的電源，將四輪推車17移到存放位置。
如圖2所示，背散射X射線束9通過後準直器5進入平板探測器4，採傳電子學系統24採集平板探測器4的信號，平板探測器4輸出的信號送入採傳電子學系統24的專用集成電路(ASIC) 25，將平板探測器4輸出的信號進行放大，低頻高頻噪聲抑制和電平轉換，隨後將處理後的信號送入模數變換器(ADC) 26，完成模擬信號向數位訊號變換，變換後輸出12位 16位解析度的數位訊號，進行多道脈衝幅度分析；然後經過多道脈衝幅度分析的數位訊號送入中央處理組件27，經過上述處理的數據通過專用總線送給嵌入式系統(ARM)28，嵌入式系統(ARM) 28獲取由採傳電子學系統24提供的數組格式文件，通過接口電路29分別送給
其一通過接口電路29送給主機37進行CBS-CT圖像重建，並由高解析度顯示器30顯示出來，再由帶有Dicom3. O的圖像工作站23作進一步處理。其二通過接口電路29經信號無線發射模塊31將CBS-CT圖像數據無線傳輸到移動終端32 (如手機)。·其三通過接口電路29經相機控制模塊34驅動雷射相機33拍攝CBS-CT圖像，所述相機控制模塊34由低壓直流電源35驅動。本發明可安裝在急救車上、普通病房、山區野外帳篷裡，是對現有透射式醫用CT機的重大革新與突破。本發明的技術原理不是X射線透射，而是X射線與物質相互作用的康普頓背散射效應；解決了目前基於透射原理的透射式醫用CT機所存在的問題。以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明的要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機，包括掃描頭、掃描運動機械、測控和圖像處理系統、四輪推車以及病床或擔架，其特徵在於所述掃描運動機械置於四輪推車上，所述四輪推車平行病床或擔架放置，四輪推車底部設有帶制動的輪子，所述掃描運動機械包括有立柱、掃描頭支架，所述測控和圖像處理系統包括有主機，所述主機內設有高解析度顯示器、採傳電子學系統、圖像工作站、信號無線發射模塊、供電機箱、雷射相機，所述主機的高分辨顯示器下方設有放置鍵盤的拉伸襯板，主機側面設有立柱安裝座，所述立柱固定在立柱安裝座上，立柱上設有依次連接的螺杆、吊臂套管、吊臂，所述螺杆既能升降又能轉動，所述吊臂能自動伸縮，所述吊臂末端設有萬向節，所述掃描頭支架固定在萬向節上，所述掃描頭固定在掃描頭支架上。
2.根據權利要求I所述的一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機，其特徵在於所述掃描頭包括X射線機、平板探測器，所述X射線機與平板探測器位於被檢查者的同一側，所述X射線機安裝在X射線機支架上，所述平板探測器安裝在平板探測器支架上，上述X射線機支架、平板探測器支架固定在掃描頭支架上，所述X射線機上設有前準直器，所述平板探測器上設有後準直器，前準直器的方向與後準直器的方向之間夾角在100° 150°範圍內調節。
3.根據權利要求I所述的一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機，其特徵在於所述病床或擔架設有改變傾角的裝置。
4.根據權利要求I所述的一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機，其特徵在於所述雷射相機與相機控制模塊相連，所述相機控制模塊電源輸入口與低壓直流電源輸出口相連。
5.根據權利要求I所述的一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機，其特徵在於所述主機通過信號無線發射模塊將數字圖像無線傳輸到移動終端上。
6.根據權利要求2所述的一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機，其特徵在於所述前準直器的方向與所述後準直器的方向之間夾角，即X射線錐形束的前進方向與背散射X射線束進入平板探測器的方向之間的康普頓背散射夾角。
7.根據權利要求2或6所述的一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機，其特徵在於所述平板探測器為採用面掃描的非晶矽平板探測器。
全文摘要
一種用於現場的微劑量醫用CBS-CT機，包括掃描頭、掃描運動機械、測控和圖像處理系統、四輪推車以及病床或擔架，所述掃描運動機械置於四輪推車上，所述四輪推車平行病床或擔架放置，四輪推車底部設有帶制動的輪子，所述掃描運動機械包括有立柱、掃描頭支架，所述測控和圖像處理系統包括有主機。本發明操作靈活，體積小，重量輕，性價比高，輻射劑量極小，靈敏度高；不需要高精度的可平移升降的定位床，利用定好方位的準直器，可得到帶有真實深度信息、簡單、直接的三維圖像；不受機械裝配與振動噪聲等影響，可用於急救車上或其他方式的現場使用。
文檔編號A61B6/03GK102783968SQ20121032271
公開日2012年11月21日 申請日期2012年9月4日 優先權日2012年9月4日
發明者丁厚本, 丁莉, 丁蓉, 丁青, 餘章倩, 包微微 申請人:丁厚本