CN101031179A - 数字ct探测器模块的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种安装电子板的方法。该方法包括将板在第一方向(430)上插入导向装置中。然后将板在不同于第一方向的第二方向(440)上平移。当插入该板时，垫圈(404)被密封以防止光、灰尘或电磁干扰穿过垫圈。然后，将一个锁啮合以将电子板保持在一个基本固定的位置。

Description

数字CT探测器模块的方法和设备

技术领域

本发明一般而言涉及用于计算机断层摄影(CT)的方法和设备，并且更具体地涉及提供现场可换CT数字模块的方法和设备。

背景技术

相关专利的交叉引用

本申请要求2004年11月24日提交的美国临时申请No.60/630,797的权益，其整体在此被结合。

模块化的辐射探测器阵列典型地包括准直仪、闪烁器阵列或插件、以及光电二极管组件。准直仪、闪烁器插件“封装(pack)”和二极管组件被精确地对准并连接在一起以形成一个探测器模块。许多模块被安装在轨道上以形成探测器阵列，并且管脚被制造在封装中以使得能够将封装精确地定位到轨道上。

对准直仪、闪烁器组件和二极管组件进行精确定位以将它们连接并光耦合在一起可能存在问题。另外，对这些模块相对于彼此进行精确定位以形成探测器阵列可能也存在问题。由于X射线到光的转换过程，所以将CT模块的模拟区对所有光源密封是有益的。另外，为了允许数字模块的安装和拆除，需要插件导向装置(card guide)来正确地对准该模块，以用于对CT系统安装和抽出该模块。此外，该模块的模拟部分易遭受电磁干扰(EMI)，并且需要EMI保护。

安装数字模块的一个问题在于，具有封装内管脚(pin-in-pack)对准部件的模拟模块典型地在探测器Z方向上移动，因此在对准封装内管脚之前，模拟模块与准直仪轨道不接触。然后，数字模块典型地在探测器Y方向上移动以将模拟模块带入适当的位置，因此封装内管脚部件啮合(engage)到准直仪的梳状结构中而不破坏准直仪板。传统上，这个复杂运动已经排除了在现场中模块的更换。现行实践是使用非现场适用的模拟探测器模块，其有时在现场中出现故障。当这种故障发生时，从CT系统中拆除整个探测器，返回工厂进行拆开修理。现行实践是昂贵且费时的。

发明内容

一方面，提供了一种安装电子板的方法。该方法包括在第一方向上将板插入导向装置。然后在与第一方向不同的第二方向上平移该板。当插入该板时，垫圈(gasket)被密封以防止光、灰尘或电磁干扰通过该垫圈。然后，将锁啮合以将电子板保持在一个基本固定的位置。

另一方面，提供了一种电子板组件。该组件包括一个导向装置，其被配置成在第一和第二方向上容纳电子板。提供了一个垫圈以在电子板插入到导向装置中时防止光、灰尘或电磁干扰的通过。该组件还包括一个锁，用于在电子板插入导向装置后将其保持在一个基本固定的位置。

再一方面，提供了一种医疗系统。该医疗系统包括一个导向装置和一个被配置成插入到该导向装置中的电子板。提供了一个垫圈以在电子板插入到导向装置中时防止光、灰尘或电磁干扰的通过。该组件还包括一个锁，用于在电子板插入到导向装置后将其保持在一个基本固定的位置。

附图说明

图1是一个CT成像系统实施例的示图。

图2是图1中所示的系统的示意框图。

图3说明连接有三区加热器的一组轨道。

图4说明带有EMI屏、背板、端板和插件导向装置的数字模块插件架。

图5说明具有模拟前端、板导向装置、散热片、数字电缆、T形槽块和A/D板的数字模块。

图6说明带有光密封垫圈、压缩夹和插件导向装置的板导向装置。

图7说明模块插入步骤和夹的安装。

图8说明设置在插件导向装置和插件架中的数字模块。

图9说明数字模块的定位和模块前端的对准。

图10说明在模块被安装到轨道中后设置在模块上的光密封和EMI盖板。

图11说明带有Z运动导向装置、流体阻块和光密封的插件导向装置的第一方案。

图12说明具有主插件导向装置对准板和Wedge Lok夹的第二方案。

图13说明具有顶部插件导向装置的第三方案，该顶部插件导向装置具有用于连接数字连接器的保持部件。

图14说明具有前密封板和EMI以及带有Wedge Lok夹的光密封的第四方案。

图15说明供数字模块使用的Wedge Lok夹。

具体实施方式

在此提供了对于成像系统有用的辐射探测方法和设备，所述成像系统例如是但不限于计算机断层摄影(CT)系统。通过附图来说明所述设备和方法，在所有附图中，相同的数字表示相同的元件。这些附图打算是说明性的而非限制性的，并且被包括在此以便于解释本文所述的设备和方法的示例性实施例。

在一些已知的CT成像系统配置中，辐射源发射扇形束，其被准直以位于笛卡儿坐标系的X-Y平面内，并且通常被称作“成像平面”。辐射束穿过一个正在成像的对象，例如患者。在被对象衰减之后，该束射到辐射探测器的阵列上。在探测器阵列上接收到的衰减的辐射束强度取决于对象对辐射束的衰减。阵列中的每个探测器元件产生一个独立的电信号，该信号是在该探测器位置处束衰减的测量。从所有探测器分别得到衰减测量以产生一个透射分布。

在第三代CT系统中，辐射源和探测器阵列随着成像平面中的台架并绕着待成像对象旋转，以使辐射束与对象相交的角度不断地变化。来自以一个台架角的探测器阵列的一组辐射衰减测量即投影数据被称为一个“视图”。对象的一次“扫描”包括一组视图，这些视图是在辐射源和探测器的一转期间在不同的台架角或视角产生的。

在轴向扫描中处理投影数据以重构图像，该图像对应于从对象获得的一个二维切片(slice)。一种用于从一组投影数据重构图像的方法在现有技术中被称为滤波反投影技术。这个过程把来自扫描的衰减测量转换成被称为“CT值”或“Hounsfield单位”的整数，其用于控制显示设备上一个相应像素的亮度。

为了减少总扫描时间，可以执行一个“螺旋”扫描。为了执行一个“螺旋”扫描，在采集指定数目的切片的数据的同时移动患者。这样的系统从扇形束螺旋扫描中产生一个单螺旋。由扇形束绘制的螺旋产生投影数据，从该投影数据可以重建每个指定切片中的图像。

如在此使用的，用单数并继续用词“一”或“一个”叙述的元件或步骤应该被理解为不排除复数形式的所述元件或步骤，除非明确表示排除复数形式。此外，提到的本发明的“一个实施例”并不打算被解释为排除还结合所述特征的另外的实施例的存在。

同样如在此使用的，短语“重建图像”不打算排除其中产生了表示图像的数据但没有产生可视图像的本发明的实施例。因此，如在此使用的，术语“图像”广泛地指可视图像和表示可视图像的数据。然而，许多实施例产生(或者被配置成产生)至少一幅可视图像。

图1是一个CT成像系统10的示图。图2是图1中所示的系统10的示意框图。在该示例性实施例中，计算机断层摄影(CT)成像系统10被示出为包括一个代表“第三代”CT成像系统的台架12。台架12具有辐射源14，其朝着在台架12相对侧的探测器阵列18发射X射线的锥形束16。

探测器阵列18由包括多个探测器元件20的多个探测器行(未在图1和2中示出)构成，这些元件一起检测穿过对象例如内科病人的所发射的X射线束。每个探测器元件20产生一个电信号，其表示一个入射辐射束的强度，并因此表示当束穿过对象或患者22时的衰减。具有多切片探测器18的成像系统10能够提供表示对象22的体积的多幅图像。多幅图像中的每幅对应于体积中一个独立的“切片”。切片的“厚度”或孔径取决于探测器行的厚度。

在一个采集辐射投影数据的扫描期间，台架12和安装在其上的部件绕着旋转24的中心旋转。图2仅仅示出一行探测器元件20(即探测器行)。然而，多切片探测器阵列18包括多个平行的探测器元件20的探测器行，以使在一次扫描期间能够同时采集对应于多个准平行或平行切片的投影数据。

台架12的旋转和辐射源14的操作由CT系统10的控制机构26来管理。控制机构26包括辐射控制器28和台架电机控制器30，辐射控制器向辐射源14提供电源和定时信号，台架电机控制器30控制台架12的旋转速度和位置。控制机构26中的数据采集系统(DAS)32对来自探测器元件20的模拟数据进行采样，并且将这些数据转换成数字信号以用于后续处理。图像重构器34从DAS32接收采样的和数字化的辐射数据，并执行高速的图像重构。重构的图像被用作计算机36的输入，该计算机36将该图像存储在大容量存储设备38中。

计算机36还通过具有键盘的控制台40接收来自操作者的命令和扫描参数。相关的阴极射线管显示器42允许操作者观察来自计算机36的重构图像和其它数据。由计算机36使用操作者提供的命令和参数来向DAS 32、辐射控制器28和台架电机控制器30提供控制信号和信息。另外，计算机36操作工作台(table)电机控制器44，其控制电动工作台46来定位台架12中的患者22。特别地，工作台46将患者22的部分移动穿过台架开口48。

在一个实施例中，计算机36包括用于从计算机可读介质52中读取指令和/或数据的设备50，所述设备50例如是软盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁光盘(MOD)设备或任何其它包括网络连接设备如以太网设备的数字设备，所述计算机可读介质52例如是软盘、CD-ROM、DVD或其它诸如网络或因特网之类的数字源以及将开发的数字装置。在另一个实施例中，计算机36执行在固件(未示出)中存储的指令。一般地，图2中所示的DAS 32、重构器34和计算机36中至少一个的处理器被编程以执行下述的过程。当然，该方法不限于在CT系统10中实行，并且可以用于有关的许多其它类型和变化的成像系统。在一个实施例中，计算机36被编程来执行在此所述的功能，因此如在此使用的，术语计算机不限于仅仅是在现有技术中称作计算机的那些集成电路，而是广泛地涉及计算机、处理器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路和其它可编程电路。尽管在此所述的方法是在医学背景下描述的，但是可以预期本发明给非医学成像系统带来益处，例如那些典型地用于工业背景或运输背景的系统，举例来说，例如但不限于机场或其它运输中心的行李扫描CT系统。

在此所述方法和设备的一个特征使得CT探测器的数字模块能够现场使用而不需要更换整个探测器。以前，如果模拟模块出现故障，则整个探测器被拆除并送回工厂修理，这是昂贵且费时的。在此所述的方法和设备允许用于修理和故障查找的数字模块的安装，这又为模拟模块提供了光密封。此外，插件导向装置便于数字模块的准确和可重复的安装与拆除而不损坏模块的敏感模拟部分。在一个实施例中，一个集成光密封提供由光电二极管产生的低水平模拟信号的EMI屏蔽。同样在一个实施例中，集成光密封特征便于防止灰尘和碎屑进入探测器的模拟区域。

说明了用于将模块锁定和保持在适当的位置以及用于压缩光密封垫圈以确保可重复、可靠和坚固的连接的可替换实施例。在此所述的方法和设备使得低熟练者能够操作，从而便于模块的现场更换和适用性。

图3说明了准直仪100，其带有由端块104分隔开的轨道102。准直仪板(未示出)被安装和保持在轨道间。三区加热器106被安装在轨道102上，其带有安装在轨道102内以用于三区加热器106的控制和反馈控制的温度传感器108。

图4说明了数字模块插件架200。带有端板204的探测器对准板202支撑插件架206。插件导向装置208被安装到探测器对准板202上，并且T形槽210被设置在插件架206中，以及插件导向装置208和T形槽210被对准，并且彼此间隔(pitch)以安装探测器模块(未示出)。通风孔212被设置在探测器对准板202上，以便在模块被安装在数字模块插件架200中时促进空气流过模块。EMI屏214安装在探测器对准板202上，其被设置以在模块被安装在数字模块插件架200中时对模块提供EMI保护。

图5说明了数字模块300。模拟模块302将X射线转换成模拟信号并通过柔性电路304输出该信号。模数(AD)板308使用设置在散热片306下的集成电路(未示出)将来自柔性电路304的模拟信号转换成数字信号。数字信号通过数字电缆310输出。T形导向装置312被设置在数字模块300上，以在安装到数字模块插件架200中时与T形槽210啮合。AD板导向装置400被设置在数字模块300上，以在安装到数字模块插件架200中时与插件导向装置208啮合。

图6说明了AD板导向装置400和光密封压缩夹402。AD板导向装置400已经用导向装置键406将光密封垫圈404连接到导向装置底部412上。插件导向装置408有键切口410，其在安装到数字模块插件架200中时与导向装置键406配合。

图7说明了板导向装置400在与数字模块300连接时被安装到插件导向装置408中的三种运动。数字模块300首先在方向430上移动，直到导向装置键406被设置在键切口410上。一旦被设置之后，数字模块300通过在方向440上移动来啮合，并且光密封垫圈404被压缩，以及光密封压缩夹402被插入以将数字模块300保持在插件导向装置408中。

图8说明了数字模块300的相同运动的透视图，同时也示出了带有T形导向装置312的数字模块300的末端，该T形导向装置312与T形槽210啮合。说明了用于保持数字模块300的末端部分462的三个步骤。视图1说明数字模块300在方向464上被部分地安装，同时在方向464上运动期间啮合板导向装置400和T形导向装置312。视图2说明了数字模块300被完全安装在数字模块插件架200中。视图3说明了楔形压板406在T形导向装置312和T形槽210之间摩擦啮合以保持数字模块300。

图9说明了准直仪100中数字模块300与模拟模块302的啮合。准直仪指针(finger)482具有用于设置准直仪板(未示出)的间隙。如所示，对准指针480从选定的准直仪指针延伸，以啮合从模拟模块302上突出的封装对准管脚(未示出)。一旦安装好数字模块300，则导向装置键406与键切口410啮合。插件导向装置对准部件防止了组件钩住探测器轨道，直到定位到对准管脚上，并且向模拟模块302提供了在X和Z维上的大致对准。

图10说明数字模块300被安装到数字插件架200上。使用扣件492将光密封盖板490连接到数字插件架200上，以防止在插入到数字插件架200时光泄漏到模拟模块302。

图11说明插入到数字插件架200中的数字模块300的安装的第一方案。Z运动导向装置502被设置在数字模块300上以在安装期间控制Z方向上的运动。流体阻块504被设置以防止气流到达模拟模块302。光密封垫圈404防止光泄漏到达模拟模块302。

图12说明插入到数字插件架200中的数字模块300的安装的第二方案。主插件导向装置对准板510具有插件导向装置512，其被设置以容纳数字模块300，以及气流切口514被设置以允许流过散热片306，EMI和光密封516被设置以保护模拟模块302避免EMI和光暴露。Wedge Lok夹518啮合数字模块300以在来自运动的使用中将其保持。

图13说明插入到数字插件架200中的数字模块300的安装的第三方案。主板540具有槽542，其被设置以容纳来自数字模块300的啮合部件，以实现数字连接器和电缆310的比较设计。这样的设计使得连接器线路更简单并减小了板的长度。

图14说明插入到数字插件架200中的数字模块300的安装的第四方案。插件导向装置600被设置以使得楔形压板602能够夹紧数字模块300。

图15说明用于插件保持的Wbdge-Lok插件保持器。

在此所述的方法和设备的技术效果提供了一个二维空间插件运动的控制和键控插件导向装置板夹设计，该设计提供了可重复和精确的模块运动以保护模拟模块和准直仪不受损坏。另外的技术效果包括集成的模拟和数字DAS组件的现场可换性、模拟模块的可重复光密封、以及对数字模块的锁定和保持，其自动地压紧光密封垫圈以确保光密封。其它技术效果是一个集成的附属夹和光密封设计，该夹自动地压紧光密封垫圈以确保光密封，该光密封设计也执行准直仪和模拟模块的灰尘和EMI屏蔽。

上面详细地描述了示例性实施例。这些组件和方法不限于在此描述的特定实施例，而是每个组件和/或方法的组成部分可以独立地并且与在此描述的其它组成部分分开使用。

虽然已经根据各种实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，可以利用在权利要求书的精神和范围内的修改来实行本发明。

Claims (10)

1、一种电子板组件，包括：

导向装置(400)，其被配置成在第一方向(430)和第二方向(440)上容纳所述电子板；

垫圈(404)，当所述电子板在所述第二方向上被插入到所述导向装置时，所述垫圈被密封，使得防止光、灰尘和电磁干扰(EMI)穿过所述垫圈；以及

第一锁，其被配置成将所述电子板保持在一个基本固定的位置。

2、根据权利要求1所述的电子板，其中所述电子板还包括模拟模块(302)和流体阻块(504)，所述流体阻块被设置以防止气流到达所述模拟模块。

3、根据权利要求1所述的电子板，还包括第二锁，用来防止所述板在所述第二方向(440)的反向上运动。

4、根据权利要求1所述的电子板，其中所述第二锁还包括楔形压板(460)。

5、根据权利要求1所述的电子板，其中所述第二锁还包括楔锁，其中所述楔锁包括具有槽(542)的插入部分和具有突出部的管状部分，以使在所述管状部分旋转时所述突出部固定在所述槽中。

6、根据权利要求1所述的电子板，其中所述第二锁还包括槽(542)和啮合部件，所述啮合部件与所述槽互补。

7、一种医疗系统，包括：

导向装置(400)；以及

电子板，其被配置成在第一和第二方向(430，440)上被容纳在导向装置中，所述电子板还包括：

垫圈(404)，当所述电子板在所述第二方向上被插入到所述导向装置时，所述垫圈被密封，使得防止光、灰尘和电磁干扰(EMI)穿过所述垫圈；以及

第一锁，用于将所述电子板保持在一个基本固定的位置。

8、根据权利要求7所述的医疗系统，其中所述导向装置(400)还包括预定路径，以帮助防止在所述电子板的安装过程中邻近部件接触。

9、根据权利要求7所述的医疗系统，还包括第二锁，用于防止所述电子板在所述第二方向(440)的反向上运动。

10、根据权利要求9所述的医疗系统，其中所述第二锁还包括楔形压板(460)。

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