專利名稱：X射線管焦斑的預(yù)定標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及對X射線系統(tǒng)中X射線源要求位置的定標(biāo)，特別涉及在X射線管安裝至CT(計算機層析X射線攝影機)掃描器系統(tǒng)之前，能可調(diào)地進行X射線管相對CT掃描器系統(tǒng)中檢測器陣列預(yù)定標(biāo)的一種設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
一個典型CT掃描系統(tǒng)含有一個臺架，該臺架包括一個環(huán)形框架，用于圍繞一根轉(zhuǎn)動軸線(下文稱作“Z”軸)轉(zhuǎn)動地支承一塊環(huán)形盤。此盤包含一個中心開口，其大小足以容納一個進行掃描的病人。在第三代掃描器系統(tǒng)中，X射線管放置在盤的一側(cè)，沿橫穿中心開口的直徑位于檢測器組件的對面，該檢測器包括一個檢測器陣列，用于對X射線光子進行計數(shù)。當(dāng)環(huán)形盤轉(zhuǎn)動時，從X射線管射出的、并被引向檢測器陣列的X射線束在一個共用平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，此共用平面下文稱為“掃描平面”，并限定相互垂直，并與Z軸線垂直的X和Y軸線。引向檢測器陣列的X射線從X射線管中的一個點射出，此點通常稱為“焦斑”。通常應(yīng)用一對孔部分地限定輻射束。一個孔下文稱為“離焦孔”，用于限制離開X射線管殼體的輻射量，而X射線管安裝于此X射線管殼體內(nèi)。另一孔下文稱為“薄片定界孔”，幫助限定輻射束的形狀，以使此束只被引向檢測器陣列。如圖1和2所示，用于限定離焦孔的預(yù)準(zhǔn)直儀通常放置得盡可能靠近焦斑，而用于限定薄片界孔的準(zhǔn)直儀則通常放置得盡實際可能地靠近病人。檢測器陣列中的檢測器放置成，能將若干相應(yīng)的X射線路徑限定在盤的轉(zhuǎn)動共用平面，即掃描平面內(nèi)，這些X射線路徑從焦斑射出，通過離焦孔和薄片定界孔，指向各自的檢測器。在第三代機器中，焦斑與檢測器之間的射線路徑象一把扇子。因此，有時就用名詞“扇束”表示束的形狀。薄片定界孔限定束的厚度(在Z軸方向)，并限制照射于病人的輻射量(從焦斑出發(fā)通過離焦孔)，將此輻射束引向檢測器。
盤通?？蓢@Z軸作至少360度的轉(zhuǎn)動，從而使源轉(zhuǎn)動著通過若干增量位置，在這些位置上，由檢測器給出相應(yīng)的一系列或一組讀數(shù)(稱為“投影”或“視圖”)。在限定每一投影的每一采樣周期期間，沿通過病人的不同射線路徑被吸收的光子數(shù)是在每組讀數(shù)期間沿每一路徑的病人局部的吸收特征函數(shù)。這樣，當(dāng)病人的一部分放置在X射線路徑轉(zhuǎn)動的共同平面內(nèi)時，通過此部分產(chǎn)生若干投影。檢測器產(chǎn)生若干模擬信息信號，它們代表在每一采樣周期期間，檢測器檢測到的X射線通量。這些信號然后由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)進行處理。
從360度轉(zhuǎn)動的所有投影中采集到的，也即通過轉(zhuǎn)動平面內(nèi)360度轉(zhuǎn)動的所有角向增量位置采集到的輸出模擬信息信號通常應(yīng)用回旋和反向投影處理技術(shù)加以處理，從而產(chǎn)生一個曝光于X射線中物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)重建圖像，其形式通常為一個薄片的兩維圖像，而其厚度則如上所述由薄片定界孔的厚度確定。
在許多機器中，多達15％的、從X射線管殼體射出的X射線起源于殼體內(nèi)的一些不在X射線管焦斑內(nèi)的點。這一離焦輻射假如在掃描期間被檢測器陣列中的任一檢測器檢測到的話，就會引起圖像質(zhì)量問題。雖然說明中存在兩個孔，但關(guān)鍵是，在機器整個運行期間，在一個給定方向(掃描平面內(nèi)或在Z軸方向)只有一個限定主束的孔。假如兩件零件都用于限定束，則這些零件間的相對運動將引起束強度的調(diào)制。這一調(diào)制將產(chǎn)生圖像的人為現(xiàn)象、噪聲增高及機器定標(biāo)的漂移。為此，離焦孔必須足夠大，使它即使在例如由于機器振動而在兩個孔之間產(chǎn)一相對運動時，也不會影響主束。由焦斑和離焦孔限定的束在所有運行狀態(tài)下都必須完全照明整個薄片定界孔。
因此，根據(jù)已合理建立的數(shù)學(xué)關(guān)系，標(biāo)準(zhǔn)CT掃描系統(tǒng)都假定系統(tǒng)的零件，特別是源、離焦孔、薄片定界孔和檢測器是相互相對理想地對準(zhǔn)的。在一個典型的第三代CT掃描器系統(tǒng)中，如設(shè)置合理，則焦斑與準(zhǔn)直儀相隔距離的范圍約為125mm至300mm，與檢測器陣列中每一檢測器相隔約800mm至約1100mm，這樣，焦斑與其精確(最佳)位置在三維方向，即在掃描平面內(nèi)和在Z軸方向的相差都必須為±0.1mm。例如，在一個掃描器系統(tǒng)中，準(zhǔn)直儀與焦斑相隔約150mm，而主檢測器陣列與焦斑相隔約845mm。在這樣的系統(tǒng)中，焦斑如偏移0.3mm，則會造成束與檢測器陣列的偏移為1.7mm。
這樣，成像數(shù)據(jù)的精確產(chǎn)生要求，在將管安裝至掃描器系統(tǒng)的盤上時，X射線管的焦斑應(yīng)恰當(dāng)?shù)嘏c離焦孔、薄片定界孔和檢測器陣列的檢測器對準(zhǔn)。這些裝置間的任何偏移都會對成像設(shè)備產(chǎn)生數(shù)據(jù)的能力起反作用，而正是這些數(shù)據(jù)，它們精確地代表病人的內(nèi)部剖面。
在本發(fā)明之前，通常在將管安裝在CT掃描器系統(tǒng)上后，對管的位置加以連續(xù)調(diào)整，直至實驗地確定正確位置為止。這一定標(biāo)過程通常要求安裝者盡可能精確地安裝管子，然后運行機器，用DAS測量檢測器輸出，以確定輸出是否為最佳，或調(diào)整是否符合要求。X射線管在CT掃描器系統(tǒng)上位置的定標(biāo)過程很費時間，通常可能要多達2-4個小時。當(dāng)在已使用的CT掃描器系統(tǒng)上更換管子時，這顯得特別麻煩，因為替換管子所需的時間等于是機器的停機時間。因此有需要適當(dāng)設(shè)計一種CT掃描器系統(tǒng)，當(dāng)X射線源安裝在CT掃描器系統(tǒng)中時，X射線源已預(yù)先與離焦孔、薄片定界孔和檢測器對準(zhǔn)，因而無需進一步定標(biāo)，因而安裝新管的時間比現(xiàn)有機器要求的大大縮短。
發(fā)明目的本發(fā)明的總體目的是提出一種設(shè)備和方法，用于在將X射線系統(tǒng)中應(yīng)用的X射線源安裝至系統(tǒng)上之前，對X射線源的位置進行預(yù)定標(biāo)，從而當(dāng)源安裝在系統(tǒng)中時，無需進行額外的定標(biāo)。
本發(fā)明的具體目的是提出一種設(shè)備和方法，用于在將管安裝至系統(tǒng)上之前，能對X射線管的焦斑相對于CT掃描器系統(tǒng)的離焦孔、薄片定界孔和檢測器陣列的位置進行預(yù)定標(biāo)，從而大大減少或克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
本發(fā)明的另一具體目的是提出一種設(shè)備和方法，用于在將管安裝至系統(tǒng)上之前，能可調(diào)地對X射線管的焦斑相對于計算機層析X射線影機(CT)掃描器系統(tǒng)的檢測器陣列的位置進行預(yù)定標(biāo)。
本發(fā)明另一目的是提出一種定標(biāo)測試系統(tǒng)和方法，用于對X射線管的焦斑可調(diào)地進行定位，并通過將已調(diào)整的X射線管與一個接口對準(zhǔn)支承結(jié)成一體而保持焦斑的調(diào)整狀態(tài)，此接口對準(zhǔn)支承用于將X射線管安裝和對準(zhǔn)其在CT掃描器系統(tǒng)中的適當(dāng)位置，這樣，焦斑將相對于離焦孔、薄片定界孔和檢測器陣列而精確定位。
本發(fā)明的又一目的是為結(jié)成一體的已調(diào)整好的X射線管和接口對準(zhǔn)支承提出一種改進的設(shè)備和方法，用于對CT掃描器系統(tǒng)中應(yīng)用的X射線管的焦斑進行可調(diào)的定標(biāo)，并將預(yù)定標(biāo)的管安裝在CT掃描器系統(tǒng)中，其花費的時間要大大少于現(xiàn)有技術(shù)中安裝管和對焦斑在掃描器系統(tǒng)上進行位置定標(biāo)方法所需的時間。
本發(fā)明的又一目的是減少預(yù)準(zhǔn)直儀離焦孔的尺寸，從而減少從X射線管殼體出來的雜散輻射量。
本發(fā)明的再一目的是提出一種測試設(shè)備，用于測試X射線源的重要運行參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，應(yīng)用一種定標(biāo)設(shè)備，在將用在一較大系統(tǒng)中的輻射源安裝在系統(tǒng)中之前進行可調(diào)的預(yù)定標(biāo)而至適當(dāng)?shù)奈恢?，從而一旦安裝在系統(tǒng)中，此后的源位置定標(biāo)就不需要。在推薦實施例中，定標(biāo)設(shè)備使X射線管得以固定在相對于接口對準(zhǔn)支承的定標(biāo)位置。X射線系統(tǒng)設(shè)置有安裝裝置，用于安放接口對準(zhǔn)支承，這樣，X射線管將精確地定位在X射線系統(tǒng)的定標(biāo)位置上，無需額外的定標(biāo)。此設(shè)備也能用于測試X射線管其它的重要運行參數(shù)。
在推薦實施例中，定標(biāo)設(shè)備包括至少限定三條束路徑的裝置，這三條束路徑相交于空間中的一個預(yù)定點，在下文將清楚看到，此點就是管安裝在CT掃描器中時，X射線管的焦斑的要求空間定標(biāo)位置。至少要設(shè)置一個檢測器以限定每一條束路徑。一些檢測器應(yīng)布置成，當(dāng)正進行定標(biāo)的X射線管的焦斑位于這三條束路徑的交點附近時，為將源焦斑置于要求位置所需的位置方向和大致值能加以確定。
此推薦的定標(biāo)設(shè)備還包括安放X射線管組件的參考安裝裝置，該裝置最好與CT掃描器系統(tǒng)的安裝裝置基本一致。此組件包括X射線管和一個接口對準(zhǔn)支承，這樣，當(dāng)管組件安裝在定標(biāo)設(shè)備的參考安裝裝置中，且焦斑位于要求的定標(biāo)空間位置，并相對于接口對準(zhǔn)支承固定在X射線管組件內(nèi)時，此最終管組件可安裝在CT掃描器系統(tǒng)中、用于安放管組件的相應(yīng)安裝裝置中，且焦斑相對于CT掃描器系統(tǒng)的離焦孔、薄片定界孔和檢測器陣列正確地定位，無需附加的定標(biāo)。
推薦的管組件包括(a)接口對準(zhǔn)支承，它包括一個適宜固定至設(shè)備或掃描器系統(tǒng)的安裝裝置的安裝法蘭，而對準(zhǔn)裝置設(shè)置在這兩個零件之間以確保安裝法蘭的可重現(xiàn)定位；(b)一個管法蘭，它宜于固定地固定至X射線管上，其包括對準(zhǔn)裝置，以便確保管法蘭相對于安裝法蘭的可重現(xiàn)定位；(c)調(diào)整裝置，用于借助調(diào)整管法蘭相對安裝法蘭的位置和相對于管法蘭調(diào)整管，以便在三維方向上移動X射線管，從而將焦斑放置于定位設(shè)備中三條束路徑相交的要求位置；和(d)鎖緊裝置，用于一旦焦斑被放置在定位設(shè)備中三條束路徑的交點上時，將這兩個法蘭永久地固定在一起。
此推薦的定標(biāo)設(shè)備還包括一個計算機系統(tǒng)；一個DAS，用以接受來自三個檢測器的數(shù)據(jù)，并向計算機系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，從而計算機系統(tǒng)可存儲通過DAS接受到的、來自檢測器的數(shù)據(jù)；一個適當(dāng)?shù)碾娫?，用于?dāng)X射線管放置在定位設(shè)備內(nèi)時，向X射線管供電；和一個程序，用于確定管焦斑移向設(shè)備束路徑相交的要求位置所需的三維方向上的位移。定標(biāo)設(shè)備最好還能用作測試設(shè)備，用以測量X射線管的、對CT掃描器系統(tǒng)運行重要的參數(shù)，因此，定標(biāo)設(shè)備包括一個程序，用于轉(zhuǎn)換來自檢測器的數(shù)據(jù)，從而人們能確定附加的信息，這些信息包括(a)焦斑位置隨溫度的漂移；(b)測得的、在兩維方向上的焦斑尺寸；
(c)扇角；(d)X射線強度噪聲；(e)在所有相關(guān)頻率下，如從少至2或3圈/天至多達100圈/秒或以上，焦斑在兩維方向上的、測得的運動(顫動和漂移)；(f)在電源提供的給定電壓和電流下，測得的X射線強度；和(g)在所有(e)中提及的相關(guān)頻率下，測得的X射線強度不是由于運動引起的脈動。
由下述詳細說明，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)異性將對該技術(shù)一般技術(shù)人員來說變得更為清晰，在說明中簡單地通過本發(fā)明最佳模式的展示，表示和說明了若干實施例。將意識到，本發(fā)明可有其它不同的實施例，且其某些細節(jié)能在各方面加以修正而不偏離本發(fā)明。因此，附圖和說明在本質(zhì)上只能作為展示，而不具限制或局限意味，只有權(quán)利要求標(biāo)出了本申請的范圍。


圖1和2相應(yīng)為典型CT掃描器系統(tǒng)的側(cè)視圖和端視圖，它們示意地表示了焦斑、離焦孔、薄片定界孔和檢測器陣列之間的關(guān)系；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個方面提出的X射線管定標(biāo)和測試設(shè)備的前視示意圖；圖4是圖3所示X射線管定標(biāo)和測試設(shè)備的側(cè)視示意圖；圖5是圖3和4所示的定標(biāo)和測試設(shè)備的信號處理和控制系統(tǒng)的方框圖；圖6是測試管組件放置在按本發(fā)明原理提出的X射線管定標(biāo)和測試設(shè)備的推薦實施例的示意圖；圖7是沿圖6中7-7線截取的橫截面圖；而圖8是一個示意圖，它表示預(yù)定標(biāo)X射線管組件按本發(fā)明的原理安裝在CT掃描器系統(tǒng)中。
結(jié)合附圖，由下述詳細說明，對發(fā)明將會有更完全的了解，圖中對相同或相似零件用相同數(shù)字表示。
附圖詳細說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種定標(biāo)和測試設(shè)備，用以將一個X射線管的焦斑與一個預(yù)定的參考點對準(zhǔn)，該參考點與X射線管在CT掃描系統(tǒng)中使用時要求的對準(zhǔn)條件一致。
應(yīng)用一個接口對準(zhǔn)支承以加速對準(zhǔn)，該支承用于支承X射線管，并用于調(diào)整X射線管的相對運動，它將焦斑在三個直角坐標(biāo)中的任一個上相對于支承進行移動。一旦應(yīng)用此定標(biāo)設(shè)備確定了適當(dāng)?shù)膶?zhǔn)，調(diào)整后的X射線管和接口對準(zhǔn)支承相互相對地固定，從而形成一個X射線管組件，此組件宜于安裝在CT掃描器的一個截面上，以致X射線管的焦斑與離焦孔、薄片定界孔和CT掃描器系統(tǒng)的檢測器陣列自動對準(zhǔn)，而無需對管進行后繼的位置調(diào)整。
請參考圖3和4，圖中表示了用于調(diào)整X射線管組件焦斑14位置的推薦的定標(biāo)和測試設(shè)備10的示意圖，該組件包括限定焦斑(所示為其正確定標(biāo)位置，下文以在圖3和4中的14A表示)的陽極12、一個預(yù)準(zhǔn)直儀16、和管孔18。定標(biāo)和測試設(shè)備至少包括三條束路徑，它們在焦斑的要求位置上相交。每條路徑至少設(shè)備有一個檢測器，用于檢測由陽極12從焦斑14發(fā)射出的、并由相應(yīng)器沿束路徑接收到的輻射(以18表示)，以便確定焦斑離開要求位置14A的位移。最好沿束路徑20設(shè)置一個單個Z檢測器，該束路徑20例如可垂直地通過焦斑的要求位置14A。一對扇束檢測器沿路徑22a和22b而設(shè)置，這些路徑最好設(shè)置在束路徑20的兩側(cè)，并例如可位于相對束路徑20而對稱的位置上。路徑22a和22b被設(shè)置成用以檢測扇束的邊緣，此扇束是當(dāng)焦斑14位于或在要求位置14A附近時，由管焦斑、預(yù)準(zhǔn)直儀和管孔18提供的。由圖3可見，設(shè)置的扇束檢測器是為了檢測X射線發(fā)射的扇束寬度。一對X、Y檢測器也設(shè)置在束路徑20的兩側(cè)，例如可位于相對束路徑20而對稱的位置上，且位于扇束的平面內(nèi)，此扇束平面由位于要求位置14A的焦斑14所限定，從而限定了束路徑24a和24b，因此，當(dāng)焦斑14恰當(dāng)?shù)匚挥诨蚩拷笪恢?4A時，Z檢測器、扇束檢測器和X、Y檢測器全部都位于扇平面的同一平面內(nèi)。
由圖4可清楚地看到，監(jiān)視檢測器位于扇束平面之外，用于提供確定焦斑Z軸指向位置的信號，以及監(jiān)視從焦斑射出的X射線輻射的強度，這在共同擁有的未審定美國專利申請中有較詳細的說明，這些美國專利申請是1994年11月22日John Dobbs和Ruvin Deych提出的、名為“X射線焦斑運動補償系統(tǒng)”的、系列號為08/343240的專利申請；和1994年11月22日John Dobbs和Hans Weedon提出的、名為“層析X射線攝影圖像數(shù)據(jù)的歸一化”的、系列號為08/343248的專利申請，這兩件申請都已轉(zhuǎn)讓于本權(quán)利受讓人，并均包含于此，作為參考。
眾所周知，當(dāng)使用固態(tài)檢測器時，該檢測器包含一個閃爍晶體，用于將高能X輻射光子轉(zhuǎn)換成低能光子；和一個光電二極管，用于將低能光子轉(zhuǎn)換成代表檢測到的光子數(shù)的電信號。有時，可取消閃爍晶體，而將充電二極管曝光于輻射中。不管如何，一個測量束的位置的特定的檢測器在垂直于閃爍晶體或光電二極管的長度方向上受到輻射。因此，X、Y和扇束檢測器垂直圖3所示的扇束而指向(如伸展于束路徑22a和22b之間)。但圖3中Z檢測器的晶體和光電二極管則平行于扇束。預(yù)準(zhǔn)直儀16具有若干孔(即小孔)，它們限定束在圖3和4所示的每一檢測器表面上的位置。這樣，當(dāng)焦斑運動時，其三個方向的位置由X、Y和Z檢測器確定，這三個檢測器是為測量所檢測的焦斑的X、Y和Z坐標(biāo)而設(shè)計的。扇束、X、Y和Z檢測器中的每一檢測器以及監(jiān)視檢測器最好包含16個晶體和光電二極管，從而提供16條檢測通道。這樣的一些檢測器實例公開于共同擁有的未審定美國專利申請中，即1994年11月22日John Dobbs和Ruvin Deych提出的、名為“X射線焦斑運動補償系統(tǒng)”的、系列號為08/343240的專利申請；和1994年11月22日John Dobbs和Hans Weedon提出的、名為“層析X射線攝影圖像數(shù)據(jù)的歸一化”的、系列號為08/343248的專利申請，這兩件申請都讓于本權(quán)利受讓人。
如圖5所示，X、Y檢測器、扇束檢測器、Z檢測器和監(jiān)視檢測器與DAS 40相連，DAS 40轉(zhuǎn)而又根據(jù)檢測器提供的信息向處理器42發(fā)出信號。存儲器44用于儲存數(shù)據(jù)，而顯示器46用于向定標(biāo)測試設(shè)備的操作者顯示信息。電源48向設(shè)置于圖5中以50表示的X射線管組件中的X射線管供電。有關(guān)向X射線管組件50供電的電流和電壓信息提交給處理器42。為處理器42還設(shè)置有輸入器54，這樣，操作者按需要可處理數(shù)據(jù)和進行計算。在發(fā)明的一個實施例中，位移數(shù)據(jù)在顯示器46上提供。于是，操作者能移動管組件50、進行定標(biāo)調(diào)整、及重新運行定標(biāo)測試，以確保焦斑能正確定位。在另一設(shè)想的實施例中，設(shè)置了管安裝控制器52，以便根據(jù)位移值，自動進行管組件的所有或某些調(diào)整。
請參看圖6，圖中更為詳細地示意展示了圖3和4中的定標(biāo)和測試設(shè)備10的機械部分，以展示X射線管(總體以70表示)是如何安裝在定標(biāo)和測試設(shè)備(總體以10表示)中以調(diào)整焦斑14，使其與要求位置14A重合。本發(fā)明的一個方面提出，應(yīng)用一個接口對準(zhǔn)支承68以加速焦斑的調(diào)整，該支承68適宜于將X射線管70安放在其與管孔平板72重合的出口表面上。
在一個推薦實施例中，接口對準(zhǔn)支承68包括一個管法蘭76，該法蘭76至少與兩個孔78和80匹配，這兩個孔與X射線管70基底中的相應(yīng)孔對準(zhǔn)，以便將X射線管牢靠地安裝在管法蘭76的上表面上。適當(dāng)?shù)木o固裝置，諸如定位銷和螺絲84和86通過孔而伸展，用于將管法蘭和管對準(zhǔn)，并固定在一起。定位銷使法蘭和管不能相互相對滑移，而螺絲確保相互相對的表面能保持相互接觸。當(dāng)調(diào)整是由圖5中的控制器52自動進行時，管和管法蘭用定位銷對準(zhǔn)在一起，無須安裝螺絲，從而使管孔平板和管法蘭的相互相對表面能在Y方向移入和移出相互接觸。根據(jù)Y方向的位移測量，如需要，可由控制器52自動插入墊片。調(diào)整完成后，可應(yīng)用螺絲將管和管法蘭固定在一起。接口對準(zhǔn)支承68還包含一個安裝法蘭82，它成形成一塊具有凹座83的安裝平板，用于限定安裝管法蘭76的安裝表面85。由圖7可清楚地看到，凹座的長度和寬度大于管法蘭76的長度和寬度，從而管法蘭76可在X方向(與圖6平面垂直的方向和圖7的豎直方向)和Z方向(在圖6和7中均為水平方向)移動。管法蘭76相對安裝法蘭82在X和Z方向的運動可通過調(diào)節(jié)螺絲90和92來完成，它們通過安裝法蘭的側(cè)面而伸入至凹座83中。一旦調(diào)整好，可收緊螺絲。轉(zhuǎn)而又可用合適的對準(zhǔn)裝置和緊固裝置，諸如一對或多個定位銷(在圖6中表示了一個)和螺絲84及86，將安裝法蘭82與定標(biāo)和測試設(shè)備的安裝裝置，即設(shè)備框架98，精確對準(zhǔn)和固定。
墊片區(qū)通常以88表示，用于安放墊片(未表示)以調(diào)節(jié)X射線管70相對管法蘭76的、在Y方向測量到的豎直位置。最好在固定螺絲84和86之前，將墊片放置在管法蘭76和管孔平板72之間。這樣，一旦定標(biāo)完成X射線管70、管法蘭76和安裝法蘭82共同形成一個單一的組裝組件。
現(xiàn)討論所示實施例的運行，安裝法蘭用螺絲84和86固定在設(shè)備框架98上，管70安裝在管法蘭76上，而管法蘭又放置在安裝法蘭的凹座83中。于是，定標(biāo)和測試設(shè)備10可用于測量焦斑14至要求位置14A需要進行的位移。此外，可測量管的各種參數(shù)。如該技術(shù)的一般技術(shù)人員所知，生產(chǎn)廠商提供的X射線管，其焦斑相對其出口面(即管孔18)在三個方向的容差通常為±1毫米。但是，當(dāng)后來X射線管安裝在CT掃描器中時，此范圍對X射線發(fā)射剖面產(chǎn)生一個不可接受的不確定性。因此，定標(biāo)和測試設(shè)備22的主要目的是要將焦斑位置調(diào)節(jié)至容差最好為±0.1毫米的范圍。如上所述，X射線管70是安裝并緊固至管法蘭76上的。X射線管70(因此也就是焦斑14)在Y方向的位置采用在墊片區(qū)域88添加或去除墊片來加以調(diào)整，而在X和Z方向的位置則采用定位螺絲90和92的適當(dāng)調(diào)節(jié)來加以調(diào)整，定位螺絲90和92又確定了管法蘭76在安裝法蘭82的凹座83內(nèi)的精確放置。具體調(diào)整的做法是，接通管70；測量被扇束檢測器、X、Y檢測器、Z檢測器和監(jiān)視檢測器接受的輻射；將檢測器的輸出提供給圖5中的處理器42。然后確定焦斑14至要求位置14A要進行的位移，并相應(yīng)地進行調(diào)整?？赏ㄟ^卸去螺絲84和86，從而將管70、管法蘭76和安裝法蘭82的組裝件從設(shè)備框架98中卸去而進行調(diào)整，并獨立于設(shè)備10而進行必要的調(diào)整。替而代之的是，可設(shè)置一些控制器52以自動進行一個或多個調(diào)整，而無需卸去組裝件。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，焦斑14的位置坐標(biāo)可應(yīng)用數(shù)據(jù)加以確定，這些數(shù)據(jù)反映圖3和4中檢測器檢測到的能量分布的第一矩和第二矩。焦斑在一個檢測器上的位置應(yīng)用第一矩或質(zhì)心按下述方程計算(1)i平均＝[∑iQi]/[∑Qi]，此處i是通道數(shù)1至16，而Qi是來自第i個檢測器通道的負載。
按發(fā)明的另一形式，焦斑尺寸應(yīng)用處理設(shè)施，根據(jù)能量分布的第二矩加以確定。焦斑的尺寸應(yīng)用第二矩根據(jù)下述方程加以計算(2) S＝[∑(i-i平均)2Qi]/∑Qi。
應(yīng)用設(shè)備10的幾何結(jié)構(gòu)將這些矩的測量值轉(zhuǎn)換成焦斑位置和焦斑尺寸。
具體講，預(yù)先確定限定安裝法蘭的全部幾何尺寸，該法蘭相對于設(shè)備10的檢測器安裝于設(shè)備框架98。根據(jù)借助檢測器得到的焦斑14的計算位置(由矩的測量值加以確定)、設(shè)備10的已知幾何尺寸以及焦斑14相對其管孔18的位置，焦斑14相對檢測器的位置就可確定。一旦幾何尺寸關(guān)系建立，就可對焦斑位置進行調(diào)整以獲得要求的對準(zhǔn)狀態(tài)，在此狀態(tài)下，焦斑14與要求的位置14A重合。本發(fā)明提出，當(dāng)檢測器組件給出的檢測得到的能量分布的所有重心都與它們相應(yīng)的檢測通道對稱時，此對準(zhǔn)狀態(tài)就出現(xiàn)。為便于解釋，可將能量分布看作一條直方圖曲線，當(dāng)每一檢測器的直方圖曲線都相對其十六條通道對稱時，就形成對準(zhǔn)狀態(tài)。例如，由于定位螺絲的螺距和墊片部件的厚度是已知的，從定標(biāo)和測試設(shè)備10得到的測量值最好轉(zhuǎn)換成以英寸或毫米測量的實際距離，然后它們可用于表達必要的尺寸調(diào)整，特別當(dāng)調(diào)整是在將管組件從設(shè)備10中卸去后進行時更是如此。
定標(biāo)和測試設(shè)備10也可用于確定X射線管70的各種運行參數(shù)。這些參數(shù)包括如上所述的焦斑位置(在X、Y和Z坐標(biāo)中)；焦斑位置隨溫度的漂移；陽極在X和Z方向的顫動；焦斑尺寸(在X和Z平面中)；扇角；X射線強度噪音；以及隨X射線強度變化的燈絲電流和電壓。這些測量中的每一項都將在下文討論。
就焦斑位置而言，定標(biāo)和測試設(shè)備10被用于調(diào)整焦斑相對管法蘭的位置。此調(diào)整使陽極的一個平均位置達到±0.075毫米。由于陽極通常由于溫度在Z方向漂移0.25毫米。因此必須測量焦斑位置的范圍，并進行法蘭調(diào)整，使焦斑位于該范圍的中間。在一個推薦的計算中，在陽極加熱小于10％和大于85％的兩種情況下都進行了位置測量。X射線管被調(diào)整至這兩個位置的平均值。焦斑由于X和Z方向的溫度漂移引起的運動是低、高溫位置間存在著差異。
陽極顫動是根據(jù)檢測到的X射線分布隨時間的變化而獲得的?？赏ㄟ^繪制所選通道中能量隨時間變化的剖面而進行此測量。最終的數(shù)據(jù)曲線將具有很強的正弦調(diào)制性。根據(jù)數(shù)據(jù)獲得的時間，所有通道中的數(shù)據(jù)可分為三個組在調(diào)制的頂峰、在谷底、和既不在頂峰也不在谷底。對谷底和頂峰數(shù)據(jù)組，計算了X和Z的質(zhì)心。這些質(zhì)心間的差異就是陽極在二維方向上的顫動。一般，假如可利用大量被檢測輻射實例(≈1000)，則可計算X、Y和Z坐標(biāo)隨時間的變化，而X、Y、Z坐標(biāo)曲線的均方根(RMS)值就給出了陽極顫動的一個度量。
焦斑尺寸，特別是其寬度，是應(yīng)用第二矩在X和Z方向計算的。第二矩與質(zhì)心(第一矩)的刻度相同，以每通道的英寸為單位。至于扇角測量，扇角定義成這樣的一個角，在其上強度降低至其最大水平的50％。定標(biāo)和測試設(shè)備10制作的X射線束的形狀，是由管孔在它們的外邊緣進行限定的。然后扇角位置由測量這些外束上的外半高點來確定。X射線強度噪聲借助檢測器中RMS脈動而進行測量，并且不受焦斑運動的影響。監(jiān)視檢測器的中間通道可用于此目的。為進行此測量，最好具有大量檢測器原始數(shù)據(jù)和輔助性處理硬件，諸如監(jiān)視器束的衰減器，或光電二極管監(jiān)視檢測器。為給足X射線強度而必須供應(yīng)的燈絲電流對所有X射線管基本是不變的。不然的話，當(dāng)一個新管用于定標(biāo)和測試設(shè)備10中時，應(yīng)對電源進行調(diào)整。
一旦預(yù)定標(biāo)完成，整個X射線管70和接口對準(zhǔn)支承68(它包括管法蘭76和安裝法蘭86)的完整組合件，作為一個單一的組合件，從定標(biāo)和測試設(shè)備10中卸走。由于定位螺絲90和92(它們確定X和Z方向的位置)的固定定位，以及在管法蘭76和管孔平板72(它確定Y位置)之間包含的任何必須的墊片元件，使組合件內(nèi)的焦斑調(diào)整仍未受觸動。已定標(biāo)的位置可在凹座83中的管法蘭周圍采用諸如水泥的適當(dāng)材料加以保證，用以確保各零件保持在位。組合件可加以存貯，直至必須將它安裝在CT掃描器系統(tǒng)中為止。
請參考圖8，所示的示意圖展示了前先已由定標(biāo)和測試設(shè)備10調(diào)整好的X射線管70是怎樣安裝在CT掃描器系統(tǒng)中的。圖8只展示了普通CT掃描器系統(tǒng)的局部截面，特別表示了由環(huán)形盤112(以局部截面表示)支承的部分準(zhǔn)直儀底板110。組合件在CT掃描器中的安裝是如下進行的，即將定位銷46與安裝法蘭82及CT掃描器系統(tǒng)中的安裝裝置(即準(zhǔn)直儀底板110)中的配對對準(zhǔn)通道進行對準(zhǔn)，并用與螺絲86相似的螺絲將組合件固定至底板110上。關(guān)于這一點，將設(shè)備框架98設(shè)計成與準(zhǔn)直儀底板110相同，從而管組合件的對準(zhǔn)可在兩個系統(tǒng)中都容易地實現(xiàn)。一旦安裝好，一體的組合件牢固地倚靠在準(zhǔn)直儀底板110的上表面上，同時焦斑14適當(dāng)?shù)嘏c預(yù)準(zhǔn)直儀16的離焦孔、準(zhǔn)直儀114的薄片定界孔、以及檢測器陣列(未表示)對準(zhǔn)。
在X射線管安裝在CT掃描器中之前進行焦斑位置的預(yù)定標(biāo)的優(yōu)越性在于，不再必須有進一步的對準(zhǔn)過程以保證從焦斑14發(fā)射出的X射線束能合適和恰當(dāng)?shù)貨_擊在盤112上的掃描器檢測器組件(未表示)上。實際中，應(yīng)用設(shè)備10通常在約20分鐘后就可獲得對準(zhǔn)，而管組件安裝在CT掃描器系統(tǒng)中也要花相似的時間。定標(biāo)和測試設(shè)備10的幾何形狀是相對CT掃描器的幾何形狀而特定選擇的，因而由于圖3、4和6所顯示的設(shè)備形狀，使對準(zhǔn)狀態(tài)得以達到。這樣，當(dāng)X射線管70安裝在CT掃描器中時，焦斑14將嚴格地位于掃描工序要求的預(yù)定要求位置14A上。焦斑的這一已知精度及其在掃描器內(nèi)的隨后形成的射線束剖面使得，所應(yīng)用的預(yù)準(zhǔn)直孔與普通系統(tǒng)相比可更小，因為在普通系統(tǒng)中焦斑位置不是那樣的精確。使得可以提供質(zhì)量更高的圖像。
以上結(jié)合X射線管焦斑位置的預(yù)定標(biāo)對推薦實施例進行了說明，雖然說明中的X射線管是用于CT掃描器系統(tǒng)，并用于測試管的運行參數(shù)，但本技術(shù)的一般技術(shù)人員都很清楚，此系統(tǒng)和方法也能用于對系統(tǒng)中應(yīng)用的任一種輻射源的位置進行預(yù)定標(biāo)，只要源的位置對系統(tǒng)的運行是至關(guān)重要的，諸如非醫(yī)療性CT掃描器系統(tǒng)以及其它類型的掃描器，諸如第四代機器，并能用于測試源，而在該源中與例如束方向、輻射強度、穩(wěn)定性等有關(guān)的一種或所有參數(shù)是重要的。
對本領(lǐng)域一般技術(shù)人員來說，不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還能作出其它修改和完善。因此，除權(quán)利要求指出的外，上述說明對本發(fā)明不起限制作用。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，這種設(shè)備用于調(diào)整在一個能量系統(tǒng)中應(yīng)用的能源的焦斑位置，從而當(dāng)安裝在系統(tǒng)中時，所述焦斑將正確地在系統(tǒng)內(nèi)定位，所述設(shè)備包括檢測器裝置，用于檢測從所述能源發(fā)射的和被所述檢測器裝置接收的能量；支承裝置，用于支承所述能源；和調(diào)整裝置，該調(diào)整裝置與所述支承裝置相連接，用于可控地調(diào)整所述能源相對所述支承裝置的位置，直至被所述檢測器裝置檢測到的能量滿足對準(zhǔn)狀態(tài)的要求。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，該系統(tǒng)包括(a)系統(tǒng)安裝裝置，用于將所述支承裝置支承在一個精確的位置；和(b)至少另一個系統(tǒng)部件，它被放置成與所述能源和所述系統(tǒng)安裝裝置相隔一個精確的距離，所述設(shè)備還包括設(shè)備安裝裝置，用于支承所述支承裝置，且與所述系統(tǒng)安裝裝置基本一致到這樣一種程度，即當(dāng)所述能源相對所述支承裝置的位置位于要求位置時，在此位置上被所述檢測器裝置檢測到的能量滿足對準(zhǔn)狀態(tài)的要求，則能源和所述支承裝置能被所述系統(tǒng)安裝裝置所支承，且能相對所述系統(tǒng)部件而正確定位。
3.如權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征在于，此系統(tǒng)是一個X射線成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)部件包括X射線檢測裝置，而所述能源是一個X射線管。
4.如權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于，此系統(tǒng)是一個CT掃描器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)部件包括一個X射線檢測器陣列，而所述要求的位置是進行CT掃描的焦斑位置。
5.如權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征在于，支承裝置包括源法蘭裝置，用于將所述能源固定在所述支承裝置上；安裝法蘭裝置，用于將所述支承裝置固定至所述設(shè)備和系統(tǒng)安裝裝置中的任一個；和調(diào)整裝置，用于調(diào)整所述能源相對所述安裝法蘭裝置的位置。
6.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)整裝置包括相對所述安裝法蘭裝置移動所述源法蘭裝置的裝置，從而至少在一個方向上移動所述能源的所述焦斑。
7.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)整裝置包括相對所述安裝法蘭裝置移動所述源法蘭裝置的裝置，從而至少在兩個相互正交的方向上移動所述能源的所述焦斑。
8.如權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)整裝置包括在與所述兩個相互正交方向垂直的第三方向上移動所述能源的裝置。
9.如權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)整裝置包括在相對所述源法蘭與所述兩個相互正交方向垂直的第三方向上移動所述能源的裝置。
10.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)整裝置包括相對所述源法蘭自動移動所述能源的裝置。
11.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于測試所述能源的運行參數(shù)的裝置。
12.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，測試所述能源的運行參數(shù)的裝置包括測試焦斑位置隨溫度漂移的裝置。
13.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，測試所述能源的運行參數(shù)的裝置包括測量焦斑在二維方向上的尺寸的裝置。
14.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，能源是一個用于扇束CT掃描器系統(tǒng)的X射線源，所述X射線管至少包含一個管孔，用于限定扇束角，而測試所述能源的運行參數(shù)的裝置包括測量由所述X射線源給出的扇束角的裝置。
15.如權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，所述扇束角測量裝置包括檢測所述扇束邊緣的扇束檢測器裝置。
16.如權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征在于，所述扇束檢測器裝置包括一對檢測器。
17.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，能源是一個X射線管，而測試所述能源的運行參數(shù)的裝置包括測量從所述管發(fā)出的X射線強度噪聲的裝置。
18.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，測試所述能源的運行參數(shù)的裝置包括測量焦斑顫動和漂移的裝置。
19.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，所述能源是一個X射線管，所述設(shè)備還包括一個向所述能源供能的電源，而且，測試所述能源的運行參數(shù)的裝置還包括測量由所述管在電源提供的給定電壓和電流下發(fā)射出的X射線強度的裝置。
20.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，所述能源是一個X射線管，所述設(shè)備還包括一個向所述能源供能的電源，而且，測試所述能源的運行參數(shù)的裝置還包括測量不是由于所述焦斑運動引起的、由所述管發(fā)射出的X射線的X射線強度脈動的裝置。
21.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述能源是一個用于包括一個檢測器陣列的CT掃描器系統(tǒng)的X射線管，而所述檢測器裝置至少包括一個檢測器，用于檢測所述焦斑在Z軸方向由所述掃描器系統(tǒng)限定的位移，所述調(diào)整裝置移動所述管，從而對準(zhǔn)狀態(tài)在所述能源對準(zhǔn)所述檢測器時是有效的。
22.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，對準(zhǔn)狀態(tài)由所述焦斑和所述檢測器裝置之間的幾何尺寸關(guān)系所限定，所述檢測器裝置體現(xiàn)為所述焦斑與計算機層析X射線攝影機(CT)掃描器系統(tǒng)中的一個掃描檢測器陣列的要求的對準(zhǔn)，而該掃描器系統(tǒng)是由所述支承裝置支承，并由所述調(diào)整裝置調(diào)整的所述檢測器裝置按預(yù)定安裝方案與所述CT掃描器系統(tǒng)結(jié)成一體而形成的。
23.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括分析裝置，用于分析被所述檢測器裝置檢測到的能量，并用于確定所述對準(zhǔn)狀態(tài)達到的時間。
24.一種X射線成像系統(tǒng)，該類型X射線成像系統(tǒng)包含檢測預(yù)定輻射的X射線檢測器裝置；相對所述檢測器裝置支承X射線源的裝置；以及孔裝置，其用于與所述X射線源一起限定引向所述檢測器裝置的X射線束，所述系統(tǒng)還包括一個接口安裝結(jié)構(gòu)，用于安放所述X射線源，并在所述X射線源和所述檢測器裝置之間建立一個預(yù)定的空間關(guān)系；和一個源組件，該源組件包含按預(yù)定的空間關(guān)系支承所述X射線源的源安裝裝置，并包含將所述組件安裝在所述接口安裝結(jié)構(gòu)上的源支承裝置，其中，所述預(yù)定空間關(guān)系在所述支承裝置安裝在所述接口上時，足以將所述X射線源放置在與所述孔裝置及所述X射線檢測器裝置要求的對準(zhǔn)關(guān)系。
25.一種方法，該方法用于正確地放置CT掃描系統(tǒng)中X射線源的焦斑，該類型CT掃描系統(tǒng)包含束限定孔裝置和檢測器裝置，用于接受從所述源發(fā)射出的、通過所述孔裝置的X射線，所述方法包括的步驟有在將源安裝至掃描系統(tǒng)中之前，對所述X射線源的焦斑位置進行預(yù)定標(biāo)；和將X射線源放置在所述掃描系統(tǒng)中，而不必對焦斑相對于CT掃描系統(tǒng)的孔裝置和檢測器裝置的位置進行定標(biāo)。
全文摘要
一種系統(tǒng)(10),用于一只X射線管(70)安裝在CT掃描器系統(tǒng)之前,對X射線管(70)進行預(yù)定標(biāo),應(yīng)用一個接口對準(zhǔn)支承(68),使焦斑(14)與離焦孔、薄片定界孔、和掃描器的檢測器對準(zhǔn),該接口對準(zhǔn)支承(68)將X射線管(70)安放和支承在一個安裝組件(82、83、85)上,該安裝組件與掃描器的安裝組件一樣。焦斑(14)相對對準(zhǔn)支承(68)而調(diào)整,然后,調(diào)整好的管(70)和對準(zhǔn)支承(68)可安裝在CT掃描器中,無需其后的定標(biāo)。預(yù)定標(biāo)能附加地測試管(70)。
文檔編號H05G1/26GK1202811SQ9619864
公開日1998年12月23日 申請日期1996年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月28日
發(fā)明者約翰·多布斯, 魯溫·戴馳, 大衛(wèi)·班克斯 申請人:模擬公司