一种自屏蔽竖立式CT扫描仪

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种自屏蔽竖立式CT扫描仪。

背景技术

X-Ray CT (Computed Tomography)，即X射线电子计算机断层扫描，是一种利用X射线照射人体时被人体组织吸收的程度从而计算出人体组织的形态的一种医疗影像方法。X射线的生成方式包括用加速后的电子撞击金属靶。在撞击过程中，电子减速并以光子形式释放出动能，从而形成X摄像光谱的连续部分。除此之外，当电子束的能量足够大时，可能将金属原子的内层电子撞出。此时，原子外层电子跃回内层填补内层的空穴，同时释放出波长为0.1纳米左右的光子，形成了X射线光谱中的特征线，也称为特性辐射。

X射线具有穿透性，而且对不同密度的物质具有不同的穿透能力。在医学上，当X射线照射人体时，密度较高的人体组织如骨骼对X射线的吸收能力高于密度较低的人体组织如脂肪、肺部组织等。通过利用X射线的这种特性，不同密度的人体组织可以在X射线的穿透图中区别出来。

X射线CT扫描则是利用X射线的成像原理，将X射线束从多个方向对人体组织进行扫描。每个角度所采集的信号通过计算机处理，生成三维空间内每一个像素点的X射线衰减系数。所有的空间像素点形成一个三维矩阵排列。矩阵中的每一层图像是重建的断层影像。

目前主要的人体CT扫描系统通常采用的是旋转式扫描方式。如图1所示，传统CT扫描仪中，发射X射线的光源发射器11与采集信号的探测器13置于一个径向沿竖直方向设置的环形滑轨10中。当扫描床14水平移动时，需要照射的人体组织15移动至环形滑轨10中心位置，光源发射器11所发射出的X射线12照射人体组织15，并由相对的X射线探测器13接收穿过人体组织的光子信号。通过沿着环形滑轨10而旋转的光源发射器11与探测器13，不同角度的数据被逐次采集，从而通过计算机处理，生成三维的断层影像。

现有技术的缺点或不足：

缺点1：CT扫描会产生放射性X射线。X射线的散射与透射会从CT扫描仪中泄露出来，从而对周围的人员造成放射性辐射。为了避免这种辐射伤害，CT扫描仪需要放置于屏蔽室内。建造屏蔽室对于医疗器械的占地空间与资金产生额外的需求。

缺点2：图1中所示的CT扫描仪主要由径向为竖直的环形滑轨10与水平的扫描床14组成。扫描床14的水平移动能够使病患需要被扫描的人体组织进入X射线12的扫描视野。通常情况下，扫描床14的长度超过2米，并且水平移动范围在1米以上。因此，配置扫描床14的传统CT扫描仪需要占用更大的横向空间。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种自屏蔽竖立式CT扫描仪，其解决了传统CT扫描仪使用时对外界的放射性辐射问题，以及占用空间大的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种自屏蔽竖立式CT扫描仪，包括外部壳体，设置在外部壳体上的外部屏蔽门，设置在外部壳体内侧的竖直升降机构，以及设置在竖直升降机构上的水平转动机构；水平转动机构上设置有X射线扫描机构，用于对内部壳体内的人体进行扫描检测；外部壳体的外部设置有屏蔽层，以对X射线扫描机构发出的X射线进行屏蔽。

进一步地，还包括内部壳体，内部壳体设置在竖直升降机构和水平转动机构的内侧；内部壳体上与外部壳体上的外部屏蔽门对应位置处开设有内部门，方便人员进出扫描仪。

进一步地，还包括多个光学监测摄像头，多个光学监测摄像头分别设置在内部壳体的顶部及底部，以使得仪器操作人员可以监控到扫描仪的内部空间，并确定接受扫描的人员的位置。

进一步地，竖直升降机构包括设置在外部壳体内部的多个竖直升降杆，竖直升降杆的上下两端分别与外部壳体的顶部和底部连接，竖直升降杆上套接有滑动螺母，滑动螺母与水平转动机构连接，通过电机带动竖直升降杆转动，以带动滑动螺母以及水平转动机构在竖直升降杆上上下移动。

进一步地，水平转动机构包括环形滑槽、转动滑轨、驱动组件，环形滑槽的外侧固定在竖直升降机构上，环形滑槽的内侧与转动滑轨连接，通过驱动组件驱动转动滑轨在环形滑槽内转动；转动滑轨与X射线扫描机构连接。

进一步地，X射线扫描机构包括X射线发射器和X射线探测器，X射线发射器与X射线探测器相对设置在水平转动机构上，以使X射线发射器发出的X射线能够被X射线探测器接收到。

进一步地，X射线发射器和X射线探测器的数量相同，均为一个、两个或者两个以上。

进一步地，外部屏蔽门为铅玻璃门，外部屏蔽门与外部壳体采用滑动式或者转动式连接。

进一步地，内部门和外部屏蔽门的宽度均大于轮椅的宽度，以方便轮椅进出扫描仪。

进一步地，还包括照明机构，照明机构设置在内部壳体的顶部和/或底部。

本发明的有益效果是：

1、竖立式CT扫描仪可以更加容易加入自屏蔽的设计。传统的水平式CT扫描系统通常配置水平移动床位。床位的水平移动增加了系统整体的三维空间需求，也增加了需要自屏蔽的体积与重量。竖立式的设计不需要床位的设计，进而增加了自屏蔽的设计客观可实现性。

2、本扫描仪采用可升降式的环形滑轨，在不使用移动床位的设计下，能够调整扫描的位置，以对不同人体组织进行扫描。同时，本扫描仪移除了移动床位的需求，使得设计更为简单，成本进一步降低。

3、本扫描仪在外部屏蔽封装与内层间壁封装上采用了可开关的出口设计。在可升降的环形滑轨上升至扫描仪顶部时，扫描仪的正面出口可以打开，产生出入空间使得人员可以无阻碍地自由进出扫描仪。

4、本扫描仪采用的外部辐射屏蔽与铅玻璃门屏蔽的混合设计可以增加扫描仪内部的可视空间，降低扫描仪内部的空间局促感，提高患者的使用体验。

5、本扫描仪可以容纳轮椅进出扫描仪。病患在接收CT扫描时可以采用站立的姿势或者坐立在轮椅上的姿势。对于轮椅的兼容可以使得一些不方便上下传统医学扫描病床的患者在轮椅上接收CT扫描。

附图说明

图1为传统的CT扫描仪的结构示意图；

图2为本发明的自屏蔽竖立式CT扫描仪的结构示意图；

图3为本发明的自屏蔽竖立式CT扫描仪外侧的外部屏蔽门与内侧的内部门同时打开时的状态图；

图4为本发明的自屏蔽竖立式CT扫描仪外侧的外部屏蔽门闭合时的状态图；

图5为本发明的自屏蔽竖立式CT扫描仪轮椅进入内部时的状态图；

图6为本发明的自屏蔽竖立式CT扫描仪实施例1中外侧的外部屏蔽门闭合时的俯视图；

图7为本发明的自屏蔽竖立式CT扫描仪实施例1中外侧的外部屏蔽门打开时的俯视图；

图8为本发明的自屏蔽竖立式CT扫描仪实施例2中外侧的外部屏蔽门闭合时的俯视图；

图9为本发明的自屏蔽竖立式CT扫描仪实施例2中外侧的外部屏蔽门打开时的俯视图。

图中：10、环形滑轨；11、光源发射器；12、X射线；13、探测器；14、扫描床；15、人体组织；

20、外部壳体；21、外部屏蔽门；22、屏蔽层；30、竖直升降机构；31、竖直升降杆；32、滑动螺母；40、水平转动机构；41、环形滑槽；42、转动滑轨；43、驱动组件；50、X射线扫描机构；51、X射线发射器；52、X射线探测器；60、内部壳体；61、内部门；70、光学监测摄像头；80、人体；90、轮椅。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明为一种自屏蔽竖立式CT扫描仪。主要的设计特点是通过CT扫描仪的外部屏蔽层将放射性X射线屏蔽在CT扫描仪的内部。本发明的核心结构-带有屏蔽层的外部壳体采用空心柱体结构。其中，正面使用了屏蔽X射线的外部屏蔽门，可供病患以及仪器使用人员进出CT扫描机构；其余侧面以及顶部采用辐射屏蔽材料覆盖。这样，整个CT扫描仪实现了X射线的自我屏蔽。通过采用竖立式可升降的水平转动机构，机构操作人员可以上下调节X射线扫描位置，从而采集身体不同部位的X射线透视数据。

实施例1：

参照图2，本发明提供一种自屏蔽竖立式CT扫描仪。该CT扫描仪包括外部壳体20，设置在外部壳体20上的外部屏蔽门21，设置在外部壳体20内壁的竖直升降机构30，以及设置在竖直升降机构30上的水平转动机构40。水平转动机构40上设置有X射线扫描机构50，用于对内部壳体60内的人体80进行扫描检测。外部壳体20的外部设置有屏蔽层，以对X射线扫描机构50发射出的X射线进行屏蔽。

如图2所示，本发明的外部壳体20采用圆柱体结构。在外部壳体20的外侧贴有屏蔽X射线的屏蔽层22。屏蔽层22的厚度可以根据扫描仪外部需要达到的辐射剂量的要求以及屏蔽材料而定，例如为1毫米-5毫米的铅皮。在竖直方向，外部辐射屏蔽层22覆盖整个外部壳体20的侧面。在外部壳体20的正面，配有一个可以打开的外部屏蔽门21。当扫描仪正常使用时，外部屏蔽门21关闭，实现扫描仪对X射线的自我屏蔽。外部屏蔽门21可以为铅玻璃门，外部屏蔽门21的半透明性质使得操作人员能够从扫描仪外部观察到其内部的情况，或者使人员从扫描仪内部能够看到外部，以增加扫描仪内部的可视空间，降低扫描仪内部的空间局促感，提高患者的使用体验。当然，本发的外部壳体20不限于圆柱体结构，也可以为长方体结构。

在本发明的另一个实施例中，CT扫描仪还包括内部壳体60，内部壳体60设置在竖直升降机构30和水平转动机构40的内侧。内部壳体60上与外部壳体20的外部屏蔽门21对应位置处开设有内部门61，方便人员的进出。并且内部壳体60可以将扫描仪内部人员与水平转动机构40、X射线扫描机构50隔离开，从而实现对扫描仪内部人员以及对水平转动机构40、X射线扫描机构50的双向保护。内部壳体60采用圆柱体设计，其正面设有内部门61，内部门61为透明材料制成，当内部门61与外部屏蔽门21同时打开时，人员可以进出扫描机构。

下面介绍自屏蔽竖立式CT扫描仪的打开状态：

如图3所示，当扫描仪外侧的外部屏蔽门21与内侧的内部门61同时打开时，扫面仪的正面打开一个可供人员进出的开口，人员可以从开口处的空间进出扫描仪。同时，水平转动机构40以及水平转动机构40上的X射线扫描机构50向上滑至顶部，以保证人员有足够的高度空间能够进出扫描仪。

下面介绍自屏蔽竖立式CT扫描仪的的闭合状态：

如图4所示，当扫描仪外侧的外部屏蔽门21闭合时，外部屏蔽门21与侧面的屏蔽层22以及顶部的屏蔽层22形成对扫描仪的整体屏蔽。同时，当扫描仪内侧的内部门61也进行闭合，实现对扫描仪内部人员与扫描仪内转动及扫描设备的双向保护。此时，扫描仪内部的水平转动机构40可以沿着竖直升降机构30升降，使水平转动机构40上的X射线扫描机构50到达需要扫描的人体80组织的高度。

外部屏蔽门21与外部壳体20采用滑动式连接。如图6所示，滑动式外部屏蔽门21可以设计在外部壳体20的内侧或者外侧。当外部屏蔽门21闭合时，外部屏蔽门21两侧与外部壳体20的屏蔽层22有部分重叠，以确保对辐射屏蔽的连续性和完全性。如图7所示，当滑动式外部屏蔽门21向侧面滑动时，外部屏蔽门21滑入外部壳体20的内侧，此时外部壳体20的正面打开一个通道，人员可以进出扫描仪。内部门61与内部壳体60也可以采用滑动式连接，其具体的结构类似于上面所述的外部滑动门的结构。

具体地，本发明的竖直升降机构30包括设置在外部壳体20内部的多个竖直升降杆31，竖直升降杆31的上下两端分别与外部壳体20的顶部和底部连接，竖直升降杆31上套接有滑动螺母32，滑动螺母32与水平转动机构40连接，通过电机带动竖直升降杆31转动，以带动滑动螺母32以及水平转动机构40在竖直升降杆31上上下移动。

如图2所示，水平转动机构40在竖直方向可沿着竖直升降杆31调整高度。竖直升降机构30可采用现有的升降机系统，比如丝杆式升降杆等。图2中所展示的是三个竖直升降杆31的设计，在扫描仪内部的左侧、右侧与后面各有一个竖直升降杆31。该设计在保证稳定性的同时，避开了扫描仪正面的人员出入空间。此外，根据稳定性与设计的需求，竖直升降机构30也可采取其它数量的竖直升降杆31。竖直升降杆31的顶部与底部分别与外部壳体20的顶部与底部通过轴承连接，以使竖直升降杆31可相对于外部壳体20转动。水平转动机构40沿着竖直升降杆31升至顶部时，并且外部屏蔽门21与内部门61同时打开时，扫描仪正面的出口可供人员进出扫描仪。当扫描仪准备开始采集X射线数据之前，水平转动机构40在竖直升降杆31上调整到需要扫描的人体80组织的高度，使得需要扫描的人体80组织位于X射线穿过的视野范围内。

具体地，本发明的水平转动机构40包括环形滑槽41、转动滑轨42、驱动组件43，环形滑槽41的外侧固定在竖直升降机构30上，环形滑槽41的内侧与转动滑轨42连接，通过驱动组件43驱动转动滑轨42在环形滑槽41内转动；转动滑轨42与X射线扫描机构50连接。

如图2所示，X射线扫描机构50固定在转动滑轨42上。转动滑轨42可以使用齿轮带动方式或其它现有的转动方式在水平方向旋转，以实现X射线从不同的水平角度照射目标人体80组织的目的。具体地，驱动组件43的驱动电机可以固定在竖直升降机构30的竖直升降杆31上的滑动螺母32上，驱动电机的输出轴通过齿轮与转动滑轨42顶部或者底部上的齿轮啮合，以带动转动滑轨42沿环形滑槽41转动。转动滑轨42可以采用均匀速度旋转，在旋转过程中，X射线扫描机构50可以同时发射X射线。转动滑轨42也可以采用间歇停止式转动方式，X射线扫描机构50可以选择在转动滑轨42停止旋转的时间范围内发射X射线。

在X射线扫描的过程中，转动滑轨42在竖直方向可以采用静止的模式，以达到对同一个水平位置的人体80组织进行环绕扫描。此外，在X射线扫描过程中，转动滑轨42也可以同时沿着竖直升降杆31向上或向下移动，以实现螺旋式扫描的模式。

X射线扫描机构50包括X射线发射器51和X射线探测器52，X射线发射器51与X射线探测器52相对设置在水平转动机构40上，以使X射线发射器51发出的X射线能够被X射线探测器52接收到。X射线发射器51和X射线探测器52的数量相同，均可以为一个或者两个及两个以上。在转动滑轨42上，每个X射线发射器51的对面均设置一个X射线探测器52，用于接收X射线发射器51发射的X射线。当X射线发射器51和X射线探测器52的数量均为两个时，可以同时进行照射，也可以只打开一个进行照射。而且，当其中一个X射线发射器51或者X射线探测器52损坏时，扫描仪还可以利用另外一对X射线发射器51和X射线探测器52正常工作，减少患者的等待时间。

外部屏蔽门21与内部门61的宽度大于轮椅90的宽度，以方便轮椅90进出外部壳体20与内部壳体60。如图5所示，扫描仪外部的轮椅90可以在外部屏蔽门21和内部门61同时打开时进出扫描仪。病患可以坐在轮椅90上进出扫描仪，并坐在轮椅90上完成CT扫描。当轮椅90进入扫描仪内部后，可由位于扫描仪内底部的卡扣式固定装置将轮椅90的轮子固定在扫描仪内的地面上，也可以使用轮椅90自身的固定装置（可以为轮椅90上的现有的刹车装置）来固定轮椅90的位置。这种设计可以使不方便上下传统CT扫描床的病患在不离开轮椅90的情况下完成CT扫描。进出扫描仪的轮椅90可以采用普通轮椅90，也可以采用更加适合CT扫描的无金属材质轮椅90，从而提高CT图像的质量。

如图2所示，本发明的扫描仪还包括多个光学监测摄像头70，多个光学监测摄像头70分别设置在内部壳体60的顶部及底部，以使得仪器操作人员可以监控到扫描机构的内部空间，并确定接受扫描的人员的位置。扫描仪还包括照明机构，用于增加扫描仪内部的光线亮度。照明机构设置在内部壳体60的顶部和/或底部。

在扫描仪对病患进行扫描之前，光学监测摄像头70首先通过光学图像对病患的位置进行定位，以确定病患以及需要X射线扫描的人体组织的位置，从而便于水平转动机构40在竖直方向调整到合适的高度。

数据采集与信号处理系统：扫描仪的数据采集系统采用现有的X射线发射器51和X射线探测器52。X射线探测器52将采集到的光学信号传递给信号处理系统，信号处理系统将光学信号转化为电子信号，并存储在信号存储系统中。

CT影像成像系统：扫描仪的CT影像成像系统采用现有的CT影像重建算法与物理校正方法。根据扫描的人体组织的位置以及图像质量的需求，影像成像算法可采用反投影图像重建算法或给予统计的迭代图像重建算法等。

实施例2：

如图8所示，外部屏蔽门21与外部壳体20采用转动式连接。转动式外部屏蔽门21可以设计在外部壳体20的外侧或者内侧。当外部屏蔽门21闭合时，外部屏蔽门21的两侧与外部壳体20的屏蔽层22有部分重叠，以确保对辐射屏蔽的连续性和完全性。如图9所示，当转动式外部屏蔽门21以门的一侧为转轴向外转动打开时，外部壳体20的正面打开一个通道，人员可以进出扫描仪。内部门61与内部壳体60也可以采用转动式连接，以内部门61的竖直边缘作为竖轴，向内打开。其他结构同实施例1。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。