專利名稱：具有三自由度運(yùn)動控制的顯微ct成像設(shè)備及其校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于顯微X射線計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種顯微CT成像設(shè)備 的三自由度控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了 X線計(jì)算機(jī)斷層成像(X-ray computedtomography, x-ray CT或CT)，它是近代飛躍發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)和X線檢查技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。1971年英國 EMI公司Hounsf ield研究成功第一臺頭部CT掃描機(jī)，1975年美國Ledkey設(shè)計(jì)的第一臺全 身CT機(jī)問世，它是用X線束對人體進(jìn)行掃描、取得信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理獲得重建圖像，從而 顯著擴(kuò)大了人體的檢查范圍，提高了病變的檢出率和診斷的準(zhǔn)確率。這種診斷價(jià)值高、無痛 苦、無創(chuàng)傷、無危險(xiǎn)的診斷方法，是放射診斷領(lǐng)域中的一項(xiàng)重大突破。但目前醫(yī)用CT的空間分辨率只能達(dá)到毫米或亞毫米級水平，雖然已能滿足肉眼 宏觀病變診斷的需要，但與無創(chuàng)顯微影像學(xué)的診斷存在較大的差距。特別是某些小腫瘤 (其尺寸在微米甚至亞微米數(shù)量級)，以目前的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)很難觀察得到，但這些小腫瘤 往往具有很大的危險(xiǎn)性。因此人們迫切期待分辨率達(dá)到微米甚至亞微米級的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備 的出現(xiàn)?？v觀CT技術(shù)的發(fā)展，多層螺旋CT探測器層數(shù)的增加有利于采集更大范圍的容積 信息并且提高采集速度，但由于工藝條件的限制，CT探測器層數(shù)的增加存在著相當(dāng)大的瓶 頸，使空間分辨率的進(jìn)一步提高受到約束。采用錐形束重建的Micro CT(也稱為顯微CT、微 焦點(diǎn)CT)給CT分辨率的提高帶來了新的機(jī)遇。與臨床CT普遍采用的扇形X線束(Fan Beam)不同的是，Micro CT采用錐形X線 束(Cone Beam)。采用錐形束不僅能夠獲得真正各向同性的容積圖像，提高空間分辨率，提 高射線利用率，而且在采集相同3D圖像時(shí)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于扇形束CT。與傳統(tǒng)扇形CT相比， Micro CT不僅能提高掃描速度，達(dá)到動態(tài)成像的效果；而且錐束CT還可以減少X射線輻射 劑量，錐束CT 一次投射劑量只相當(dāng)于傳統(tǒng)扇形CT的1/30-1/40的放射量，圍繞物體一周掃 描的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于扇束CT幾十次掃描的結(jié)果。Micro CT采用了與普通臨床CT不同的微焦點(diǎn)X線球管，分辨率高達(dá)幾微米，僅 次于同步加速χ線成像設(shè)備的水平，具有良好的“顯微”作用。一個(gè)細(xì)胞的大小，平均為 10 μ m-50 μ m ；而細(xì)胞器的大小，約為0. 2 μ m-1 μ m。所以，顯微CT也就是“能看見組織和細(xì) 胞圖像的CT”。然而其高分辨率卻帶來的問題是掃描樣品的體積很小，只有幾個(gè)厘米。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供了一種具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，解決了一般顯微CT機(jī)械裝置運(yùn)動抖動嚴(yán)重、誤差大、精度低的問題，且兼顧了輻射防護(hù)和X 射線源及X射線探測器的散熱問題。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下
一種具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，包括X射線源、X射線探測器；所述X射線源、X射線探測器間設(shè)置載物臺，其特征在于所述載物臺外側(cè)設(shè)置驅(qū)動載物臺在水 平方向、豎直方向、旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動的驅(qū)動裝置。優(yōu)選的，所述設(shè)備還包括密封盒，所述密封盒內(nèi)設(shè)置X射線探測器，并與X射線源、 載物臺形成密閉腔室；所述載物臺轉(zhuǎn)軸中心、X射線源、X射線探測器同一直線。優(yōu)選的，所述X射線探測器設(shè)置在密封盒內(nèi)的探測器調(diào)節(jié)板上，所述X射線源、探 測器調(diào)節(jié)板分別與密封盒螺栓固定，且探測器調(diào)節(jié)板與密封盒、X射線源與密封盒間墊設(shè)簧 墊圈調(diào)節(jié)。優(yōu)選的，所述載物臺下端設(shè)置載物臺轉(zhuǎn)軸，所述載物臺下端與驅(qū)動裝置連接，所述 驅(qū)動裝置包括驅(qū)動載物臺水平方向移動的水平驅(qū)動單元、驅(qū)動載物臺垂直方向移動的垂直 驅(qū)動單元和驅(qū)動載物臺旋轉(zhuǎn)一定角度的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元。優(yōu)選的，所述水平驅(qū)動單元包括第一驅(qū)動電機(jī)，所述載物臺外側(cè)連接水平轉(zhuǎn)軸，所 述第一驅(qū)動電機(jī)通過水平轉(zhuǎn)軸與載物臺連接驅(qū)動載物臺水平移動。優(yōu)選的，所述垂直驅(qū)動單元包括第二驅(qū)動電機(jī)和從動轉(zhuǎn)軸，所述傳動轉(zhuǎn)軸嚙合有 與載物臺連接的垂直轉(zhuǎn)軸，所述第二驅(qū)動電機(jī)的傳動軸與從動轉(zhuǎn)軸間套設(shè)同步帶。優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元包括第三驅(qū)動電機(jī)，所述第三驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，所 述步進(jìn)電機(jī)與載物臺下端設(shè)置的載物臺轉(zhuǎn)軸連接傳動驅(qū)動載物臺轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選的，所述密封盒內(nèi)設(shè)置限位裝置，所述限位裝置設(shè)置在載物臺進(jìn)行水平方向、 垂直方向和旋轉(zhuǎn)方向的行程上。優(yōu)選的，所述驅(qū)動裝置架設(shè)安裝在系統(tǒng)骨架上，所述系統(tǒng)外側(cè)設(shè)置安全屏蔽裝置； 所述安全屏蔽裝置為鉛板密閉箱，所述密閉箱內(nèi)壁銑槽，并在設(shè)備的殼體上開設(shè)機(jī)箱門。本發(fā)明的另一目的在于提供了一種權(quán)利要求1所述的具有三自由度運(yùn)動控制的 顯微CT成像設(shè)備的校準(zhǔn)方法，其特征在于所述方法包括在載物臺固定十字縫隙的遮光片， 通過調(diào)整X射線源、X射線探測器的平面位置進(jìn)行校準(zhǔn)的步驟或檢測載物臺旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)載 物臺端面的跳動量，利用獲得的跳動量進(jìn)行校準(zhǔn)的步驟。本發(fā)明的三自由度(水平方向、豎直方向、旋轉(zhuǎn)方向)運(yùn)動是由驅(qū)動電機(jī)來控制 的，優(yōu)選為由單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)載物臺的水平方向(+)運(yùn)動、(_)運(yùn)動，負(fù)責(zé) 豎直方向(+)運(yùn)動、(_)運(yùn)動，負(fù)責(zé)連續(xù)旋轉(zhuǎn)(每步間隔0.1s，每次轉(zhuǎn)動0.9度或1.8度)、 單步旋轉(zhuǎn)(0-360度之間任意角度)。載物臺水平轉(zhuǎn)軸在水平方向運(yùn)動時(shí)，與X射線源和X 射線探測器都需留有一定的距離，以防撞傷X射線源和X射線探測器，因此安裝有限位裝 置?？梢攒浖尬?，在上位機(jī)軟件上指定；可以通過傳感器限位，采用相應(yīng)的霍爾器件來實(shí) 現(xiàn)；更直接的是采用硬限位，通過在兩級增加兩個(gè)螺杠，以防在軟件限位及霍爾限位失效的 情況下，有效保護(hù)射線源和探測器不受撞傷；載物臺轉(zhuǎn)軸在豎直方向運(yùn)動時(shí)，上下兩端之間 也需有限位裝置。X射線源中心、載物臺轉(zhuǎn)軸中心、X射線探測器中心三者在同一條直線上，當(dāng)載物 臺轉(zhuǎn)軸中心發(fā)生偏移時(shí)可通過激光校準(zhǔn)方法檢測載物臺的偏移程度，調(diào)節(jié)探測器支撐板以 及固定載物臺的螺母使其處于一條直線上。X射線探測器平面應(yīng)垂直于X射線源中心與載 物臺轉(zhuǎn)軸中心的連線，如不垂直，可通過固定探測器的支撐板進(jìn)行調(diào)節(jié)(平移、旋轉(zhuǎn))。控制系統(tǒng)外殼上設(shè)計(jì)安裝有機(jī)箱門，機(jī)箱門跟機(jī)殼銜接處做到無X射線泄露。門開關(guān)連接X射線源的電源開關(guān)，只有在機(jī)箱門安全關(guān)閉后X射線源才能發(fā)射X射線。門上 安裝有報(bào)警燈，在門沒有安全關(guān)閉或其他危險(xiǎn)情況下報(bào)警等會亮。本發(fā)明對于最大電壓為 130KV、最大電流為123uA的微焦點(diǎn)X射線源，在主方向Im處、側(cè)面40cm處分別用2mm鉛板 屏蔽箱進(jìn)行密閉處理，屏蔽箱內(nèi)壁銑槽，寬3mm、深1. 5mm、間隔2m，可防護(hù)周圍X射線劑量率 達(dá)到國家規(guī)定的輻射防護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)0. 2uSv/h以內(nèi)。本發(fā)明的有益效果
1.應(yīng)用本發(fā)明的裝置通過調(diào)節(jié)載物臺水平方向的位置控制圖像的放大倍數(shù)，以此 來改變圖像的空間分辨率；通過調(diào)節(jié)載物臺豎直方向的位置，結(jié)合長目標(biāo)物體掃描算法，可 實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)Micro-CT很難做到的對大目標(biāo)物體的X射線成像以及斷層重建，還可實(shí)現(xiàn)對掃描 物體某個(gè)具體位置的掃描和重建；通過對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的控制，如單步旋轉(zhuǎn)0. 9度之后采集一 張投影圖像，旋轉(zhuǎn)一周可得到400張不同角度的投影圖像。2.本裝置中在水平方向(A自由度)和豎直方向(B自由度)安裝限位裝置，限位 包括軟件限位、傳感器限位、硬件限位等。軟件限位就是在上位機(jī)軟件控制程序中設(shè)定A和 B自由度的行程的最大值，可以杜絕在上位機(jī)上誤操作可能產(chǎn)生的對機(jī)器損害的情況；傳 感器限位是利用霍爾器件來限位，分別在豎直方向的兩端和水平方向的兩端安裝霍爾器件 利用霍爾器件的原理進(jìn)行限位；硬件限位，在水平方向兩端和豎直方向的兩端安裝螺杠，當(dāng) 前兩種方法都失效的情況下，進(jìn)行強(qiáng)制限位。3.本裝置的機(jī)殼安裝有機(jī)箱門，機(jī)箱門跟機(jī)殼銜接處做到無X射線泄露。門開關(guān) 連接X射線源的電源開關(guān)，只有在機(jī)箱門安全關(guān)閉后X射線源才能發(fā)射X射線。門上安裝 有報(bào)警燈，在門沒有安全關(guān)閉或其他危險(xiǎn)情況下報(bào)警等會亮。機(jī)殼后有出線面板，X射線源、 X射線探測器、機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)的電源線、數(shù)據(jù)線、地線插頭列于出線面板上，拆卸方便。4.在本裝置中X射線不僅僅從X射線源焦點(diǎn)射出，整個(gè)機(jī)頭均有X射線射出，主方 向?yàn)橐越裹c(diǎn)為中心的錐形束，其輻射防護(hù)要求較高。本裝置對于最大電壓為130KV、最大電 流為123uA的微焦點(diǎn)X射線源，在主方向Im處、側(cè)面40cm處分別用2mm鉛板屏蔽箱進(jìn)行密 閉處理，可防護(hù)周圍X射線劑量率達(dá)到國家規(guī)定的輻射防護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)0. 2uSv/h以內(nèi)。綜上所述，本發(fā)明設(shè)備改進(jìn)了傳統(tǒng)的用于顯微CT成像的技術(shù)裝置，是新型的三自 由度的精確的帶防護(hù)裝置的顯微CT成像設(shè)備，三個(gè)自由度方向運(yùn)動更穩(wěn)定、速度更均勻、 精確度更高，有更好的輻射屏蔽效果，解決了 X射線源和X射線探測器的散熱問題，解決了 X射線源與X射線探測器及物體旋轉(zhuǎn)中心在一條線的問題，可以為后續(xù)的圖像采集、圖像重 建提供良好的保證。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1是本發(fā)明實(shí)施例具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備的密封盒的結(jié)構(gòu) 示意圖；圖2是圖1的A-A向示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備的另一剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備的的又一剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為X射線源，2為X射線探測器；3為載物臺；
具體實(shí)施例方式為了更詳盡的表述上述發(fā)明的技術(shù)方案，以下由本發(fā)明人列舉具體的實(shí)施例來說 明效果；需要強(qiáng)調(diào)的是，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。包括實(shí)施例如圖1 圖5所示，該具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，包括X射 線源1、X射線探測器2、密封盒5、用于安裝X射線源和X射線探測器的密封盒、系統(tǒng)骨架、 機(jī)箱門、安全屏蔽裝置、外部框架等；所述X射線源1、X射線探測器2間設(shè)置載物臺3，所述 載物臺外側(cè)設(shè)置驅(qū)動載物臺在水平方向、豎直方向、旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動的驅(qū)動裝置。所述密封盒 內(nèi)設(shè)置X射線探測器2，并與X射線源1、載物臺3形成密閉腔室；所述載物臺3轉(zhuǎn)軸中心、 X射線源1、X射線探測器2同一直線。所述X射線探測器2設(shè)置在密封盒5內(nèi)的探測器調(diào) 節(jié)板21上，所述X射線源1、探測器調(diào)節(jié)板21分別與密封盒5螺栓固定，且探測器調(diào)節(jié)板 21與密封盒5、X射線源1與密封盒間墊設(shè)簧墊圈調(diào)節(jié)。載物臺3下端設(shè)置載物臺轉(zhuǎn)軸，所述載物臺3下端與驅(qū)動裝置連接，所述驅(qū)動裝置 包括驅(qū)動載物臺水平方向移動的水平驅(qū)動單元、驅(qū)動載物臺垂直方向移動的垂直驅(qū)動單元 和驅(qū)動載物臺旋轉(zhuǎn)一定角度的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元。所述水平驅(qū)動單元包括第一驅(qū)動電機(jī)41，所 述載物臺外側(cè)連接水平轉(zhuǎn)軸42，所述第一驅(qū)動電機(jī)41通過水平轉(zhuǎn)軸42與載物臺連接驅(qū)動 載物臺水平移動。所述垂直驅(qū)動單元包括第二驅(qū)動電機(jī)43和從動轉(zhuǎn)軸44，所述傳動轉(zhuǎn)軸嚙 合有與載物臺連接的垂直轉(zhuǎn)軸45，所述第二驅(qū)動電機(jī)42的傳動軸與從動轉(zhuǎn)軸44間套設(shè)同 步帶。所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元包括第三驅(qū)動電機(jī)46，所述第三驅(qū)動電機(jī)46為步進(jìn)電機(jī)，所述步 進(jìn)電機(jī)與載物臺下端設(shè)置的載物臺轉(zhuǎn)軸連接傳動驅(qū)動載物臺轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。密封盒內(nèi)設(shè)置限位裝置，所述限位裝置設(shè)置在載物臺進(jìn)行水平方向、垂直方向和 旋轉(zhuǎn)方向的行程上。所述驅(qū)動裝置架設(shè)安裝在系統(tǒng)骨架上，所述系統(tǒng)外側(cè)設(shè)置安全屏蔽裝 置；所述安全屏蔽裝置為鉛板密閉箱，所述密閉箱內(nèi)壁銑槽，并在設(shè)備的殼體上開設(shè)機(jī)箱 門。在CT重建中，需要樣品在不同角度下的精確投影。為了達(dá)到這個(gè)目的，本實(shí)施例 設(shè)計(jì)了三自由度的運(yùn)動控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置設(shè)置在系統(tǒng)骨架上，驅(qū)動裝置外 側(cè)設(shè)置輻射防護(hù)系統(tǒng)。該控制臺有三個(gè)自由度水平方向、豎直方向和旋轉(zhuǎn)。水平方向(A自由度)，X射線源和X探測器之間的距離為315mm，X射線源和控制 系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸之間距離為265mm。水平方向行程為300mm，運(yùn)動精度為0. 01mm。載物臺轉(zhuǎn)軸在X 射線探測器和X射線源之間的運(yùn)動在一條直線上，且與X射線源和X射線探測器都需留有 一定的距離，防止撞傷X射線源和X射線探測器，需有限位裝置(包括軟件限位_在上位機(jī) 軟件上指定；傳感器限位_霍爾器件；硬限位_通過在兩級增加兩個(gè)螺杠，以防在軟件限位 及霍爾限位失效的情況下，有效保護(hù)射線源和探測器不受撞傷)。載物臺豎直方向(B自由度)行程為200mm，運(yùn)動精度為0. 01mm，允許放置物體的最大長度為160mm，上下兩端之間需有限位裝置(包括軟件限位-在上位機(jī)軟件上指定；傳 感器限位-霍爾器件；硬限位_通過在兩級增加兩個(gè)螺杠)。載物臺旋轉(zhuǎn)(C自由度)以0. 9 度或0. 9度的倍數(shù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動精度為0. 036度。轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)軸應(yīng)能勻速且平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動 偏離誤差可控。載物臺轉(zhuǎn)軸可靈活更換，以適應(yīng)不同物體需要，且更換后貼合緊密，不松動， 不影響轉(zhuǎn)動精度。X射線源中心、載物臺轉(zhuǎn)軸中心、X射線探測器中心三者在同一條直線上，X射線探 測器平面垂直于X射線源中心與載物臺轉(zhuǎn)軸中心的連線。如不垂直，能進(jìn)行簡單調(diào)整。當(dāng) 載物臺轉(zhuǎn)軸中心發(fā)生偏移時(shí)可通過激光校準(zhǔn)方法檢測載物臺的偏移程度，調(diào)節(jié)探測器支撐 板以及固定載物臺的螺母使其處于一條直線上。固定探測器的支撐板應(yīng)可調(diào)(包括豎直方 向、X射線源中心和X射線探測 器中心連線的垂直面上)。運(yùn)動控制系統(tǒng)外殼上設(shè)計(jì)安裝機(jī)箱門，門上有開關(guān)。機(jī)箱門開關(guān)連接X射線源的 電源開關(guān)，如果門關(guān)好，則X射線源可打開，否則不能打開。機(jī)箱門由上位機(jī)軟件控制，門上 應(yīng)有鎖和報(bào)警燈。機(jī)殼后面應(yīng)有出線孔，方便X射線源、探測器、機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)的電源線、數(shù) 據(jù)線和地線。另外，在X射線源和X射線探測器之間安裝X線準(zhǔn)直器和濾線柵的安裝支架?？紤]到X射線源對生物的有害性，整個(gè)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)有輻射防護(hù)措施，屏蔽 箱內(nèi)壁銑槽，寬3mm、深1. 5mm、間隔2mm，X射線的輻射標(biāo)準(zhǔn)按照國家安全標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不超過 0.2uSR/h。以上各方向運(yùn)動(水平方向、豎直方向、旋轉(zhuǎn)方向)步進(jìn)電機(jī)由單片機(jī)控制，負(fù)責(zé) 水平方向(+)運(yùn)動、(_)運(yùn)動，負(fù)責(zé)豎直方向(+)運(yùn)動、(_)運(yùn)動，負(fù)責(zé)連續(xù)旋轉(zhuǎn)(每步間隔 0. ls，每次轉(zhuǎn)動0.9度或1.8度)、單步旋轉(zhuǎn)(0-360度之間任意角度)。要求運(yùn)動到位后需 有反饋信號，如出現(xiàn)無法完成、運(yùn)動超出邊界、驅(qū)動器故障、門未處于關(guān)閉狀態(tài)、通訊格式不 正確等情況時(shí)需返回相應(yīng)的故障信號。X射線源為微焦點(diǎn)X射線源，且通常采用微米級焦點(diǎn)大小的射線源，X射線源的焦 點(diǎn)大小是決定系統(tǒng)空間分辨率的因素之一。本系統(tǒng)中采用焦點(diǎn)5微米大小的射線源。整個(gè) 射線源模塊通過上位機(jī)用RS232串口控制，串口參數(shù)設(shè)置為38400，N，8，1。通過串口實(shí)時(shí)控 制射線源的電壓、電流、功率、開關(guān)等指標(biāo)。運(yùn)動控制系統(tǒng)三個(gè)自由度方向有三個(gè)步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動，而步進(jìn)電機(jī)由單片機(jī)來控制，單片機(jī)和上位機(jī)通過串口通信，串口參數(shù)設(shè)置為9600， N,8,Io探測器為高分辨率平板探測器，由閃爍體或熒光體層涂上有光電二極管作用的非 晶硅層(amorphous Silicon,a-Si)加薄膜晶體管(Thin FilmTransistor,TFT)陣列構(gòu)成。 透過被檢體后的入射X線，激發(fā)光電二極管產(chǎn)生電流，隨之就在光電二極管自身的電容上 積分形成儲存電荷。每一像素的儲存電荷量和與之對應(yīng)范圍內(nèi)的入射X線光子能量與數(shù)量 成正比。輸出的電荷通過A/D轉(zhuǎn)換器之后轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字信號輸出。所采集圖像的分辨 率大小為 1000X IOOO(HXff) O該運(yùn)動控制系統(tǒng)，應(yīng)用于Micro CT系統(tǒng)中?？梢酝ㄟ^以下方法來糾正及調(diào)節(jié)X射 線源、載物臺旋轉(zhuǎn)中心、探測器中心在一條直線上。在可動部件上安裝0. 2mm寬十字縫隙的 遮光片，在A點(diǎn)安裝激光源，調(diào)整CXD使得光點(diǎn)在中心位置。移動可動部件，檢查CXD成像 圖形，光點(diǎn)移動位置< 0. 5mm。調(diào)整好后，將激光源去掉換上X射線源，使得光點(diǎn)在CXD中心 位置。而載物臺端面跳動檢測方法檢查載物臺的軸向跳動，載物臺做旋轉(zhuǎn)，觀察μ表的跳動量< 3 μ。三個(gè)步進(jìn)電機(jī)均通過單片機(jī)控制，單片機(jī)提供串口用于和PC機(jī)通信。PC機(jī)通過串 口與單片機(jī)通信從而控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)水平、豎直、旋轉(zhuǎn)三個(gè)自由度的運(yùn)動。X射線 源、旋轉(zhuǎn)載物臺、X射線探測器按圖1所示裝配起來，通過調(diào)節(jié)X射線探測器背后的平衡板 可調(diào)整X射線探測器的位置，以便校正X射線源、X射線探測器和載物臺旋轉(zhuǎn)中心在一條直 線上。本發(fā)明充分考慮Micro-CT的特定應(yīng)用，特別設(shè)計(jì)了一套控制系統(tǒng)，包括三自由度 運(yùn)動系統(tǒng)、密封盒(用于安裝X射線源和X射線探測器)、系統(tǒng)骨架、機(jī)箱門、安全屏蔽裝置、 外部框架等，做到成像精確、安裝調(diào)試方便、操作簡單安全。上述實(shí)例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能 夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并能夠?qū)嵤?，不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí) 質(zhì)所作的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，包括X射線源(1)、X射線探測器(2)；所述X射線源(1)、X射線探測器(2)間設(shè)置載物臺(3)，其特征在于所述載物臺外側(cè)設(shè)置驅(qū)動載物臺在水平方向、豎直方向、旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動的驅(qū)動裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，其特征在于所述設(shè) 備還包括密封盒(5)，所述密封盒內(nèi)設(shè)置X射線探測器(2)，并與X射線源(1)、載物臺(3) 形成密閉腔室；所述載物臺(3)轉(zhuǎn)軸中心、X射線源(1)、X射線探測器(2)同一直線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，其特征在于所述X 射線探測器⑵設(shè)置在密封盒(5)內(nèi)的探測器調(diào)節(jié)板(21)上，所述X射線源(1)、探測器調(diào) 節(jié)板(21)分別與密封盒(5)螺栓固定，且探測器調(diào)節(jié)板(21)與密封盒(5)、X射線源(1) 與密封盒間墊設(shè)簧墊圈調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，其特征在于所述載 物臺(3)下端設(shè)置載物臺轉(zhuǎn)軸，所述載物臺(3)下端與驅(qū)動裝置連接，所述驅(qū)動裝置包括驅(qū) 動載物臺水平方向移動的水平驅(qū)動單元、驅(qū)動載物臺垂直方向移動的垂直驅(qū)動單元和驅(qū)動 載物臺旋轉(zhuǎn)一定角度的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，其特征在于所述水 平驅(qū)動單元包括第一驅(qū)動電機(jī)(41)，所述載物臺外側(cè)連接水平轉(zhuǎn)軸(42)，所述第一驅(qū)動電 機(jī)(41)通過水平轉(zhuǎn)軸(42)與載物臺連接驅(qū)動載物臺水平移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，其特征在于所述垂 直驅(qū)動單元包括第二驅(qū)動電機(jī)(43)和從動轉(zhuǎn)軸(44)，所述傳動轉(zhuǎn)軸嚙合有與載物臺連接 的垂直轉(zhuǎn)軸(45)，所述第二驅(qū)動電機(jī)(42)的傳動軸與從動轉(zhuǎn)軸(44)間套設(shè)同步帶。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，其特征在于所述旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動單元包括第三驅(qū)動電機(jī)(46)，所述第三驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)與載物 臺下端設(shè)置的載物臺轉(zhuǎn)軸連接傳動驅(qū)動載物臺轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，其特征在于所述密 封盒內(nèi)設(shè)置限位裝置，所述限位裝置設(shè)置在載物臺進(jìn)行水平方向、垂直方向和旋轉(zhuǎn)方向的 行程上。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，其特征在于所述驅(qū) 動裝置架設(shè)安裝在系統(tǒng)骨架(6)上，所述系統(tǒng)外側(cè)設(shè)置安全屏蔽裝置(7)；所述安全屏蔽裝 置(7)為鉛板密閉箱，所述密閉箱內(nèi)壁銑槽，并在設(shè)備的殼體上開設(shè)機(jī)箱門(8)。
10.一種權(quán)利要求1所述的具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備的校準(zhǔn)方法，其 特征在于所述方法包括在載物臺固定十字縫隙的遮光片，通過調(diào)整X射線源、X射線探測器 的平面位置進(jìn)行校準(zhǔn)的步驟或檢測載物臺旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)載物臺端面的跳動量，利用獲得的跳 動量進(jìn)行校準(zhǔn)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種具有三自由度運(yùn)動控制的顯微CT成像設(shè)備，包括X射線源(1)、X射線探測器(2)；所述X射線源(1)、X射線探測器(2)間設(shè)置載物臺(3)，其特征在于所述載物臺外側(cè)設(shè)置驅(qū)動載物臺在水平方向、豎直方向、旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動的驅(qū)動裝置。該設(shè)備解決了一般顯微CT機(jī)械裝置運(yùn)動抖動嚴(yán)重、誤差大、精度低的問題，三個(gè)自由度方向運(yùn)動更穩(wěn)定、速度更均勻、精確度更高，有更好的輻射屏蔽效果，解決了X射線源和X射線探測器的散熱問題，解決了X射線源與X射線探測器及物體旋轉(zhuǎn)中心在一條線的問題，為后續(xù)的圖像采集、圖像重建打下很好的基礎(chǔ)。
文檔編號G01N23/04GK101813642SQ200910113648
公開日2010年8月25日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者張勇, 張奎, 羅守華, 董歌, 陳功 申請人:蘇州和君科技發(fā)展有限公司;東南大學(xué)蘇州研究院