CN101266297A - 焦点对准的ct检测器 - Google Patents

Abstract

一种焦点准直的闪烁器(57)，其闪烁器壁(90)是倾斜的，以便与X射线源(14)成角度地对准。闪烁器(57)具有平坦的X射线接收表面(86)和平坦的光发射表面(88)，多个侧壁(90)连接平坦的X射线接收表面(86)和平坦的光发射表面(88)。侧壁(90)在平坦的X射线接收表面(86)和平坦的光发射表面(88)之间非垂直地延伸。

Description

焦点对准的CT检测器

技术领域

本发明通常涉及诊断成像，尤其涉及一种具有焦点对准单元的X射线照相检测器。

背景技术

典型地，在计算机X射线断层摄影(CT)成像系统中，X射线源向对象或物体发射扇形射束，例如病人或一件行李。下文中术语“对象”或“物体”均包括任何能被成像的事物。射束在被对象衰减后碰撞到辐射检测器阵列上。检测器阵列接收到的衰减射束辐射的强度通常取决于X射线束被对象衰减的程度。检测器阵列的每个检测器元件产生一个单独的电信号，表明每个检测器元件所接收的衰减射束。这些电信号被传送到数据处理系统进行分析，最终产生图像。

一般地说，X射线源和检测器阵列可围绕成像平面内的托架和该对象旋转。X射线源典型地包括在焦点发射X射线束的X射线管。X射线检测器通常包括准直器，用于准直检测器接收到的X射线束；闪烁器，用于将X射线转变成准直器邻近的光能；光电二极管，用于从邻近的闪烁器接收光能并由此产生电信号。

典型地，每个闪烁器阵列的闪烁器都将X射线转变成光能。每个闪烁器将光能释放到邻近的光电二极管。每个光电二极管检测该光能并产生相应的电信号。然后光电二极管的输出被传送到数据处理系统，用于图像重建。

尽管通过公知的CT检测器获得许多优点，但图像质量仍残存加重点和需要改善的区域。特别地，需要改善图像质量，减少图像伪影(artifacts)。而图像伪影归结于许多因素，传统CT检测器的一个问题是闪烁器相对于X射线源或者相对于病人后面(post-patient)准直器的未对准。未对准的闪烁器的消极影响如图8所示。

图8是传统的CT检测器2的横截面图。该检测器包括闪烁器6的闪烁器阵列4。该闪烁器阵列位于光电二极管阵列(未示出)顶部，以便闪烁器阵列响应于X射线7的接收发出的光被光电二极管阵列检测并处理。为了进行说明，闪烁器阵列还包括单个的未对准闪烁器6(a)。传统的检测器设计还包括X射线屏蔽元件8。该屏蔽元件被设计成阻挡X射线，最终典型地阻挡某些不通过闪烁器间隙9的X射线7(a)，但不能阻挡通过闪烁器间隙9的X射线7(b)。

闪烁器相对于X射线源的未对准使X射线通过不同厚度的闪烁器材料，最终引起闪烁器光谱增益的非均匀性，例如骨引入(induce)光谱伪影。也就是说，对相对于其它部件未对准的闪烁器来说，X射线的路径长度不同于其它闪烁器。这使那些未对准的闪烁器与适当对准的闪烁器相比，相对于光谱具有不同的响应。

换句话说，通过闪烁器间的间隙的X射线与只通过闪烁器的X射线相比，具有不同的路径长度。这种路径长度的不同使未对准的闪烁器相对于相邻和适当对准的闪烁器具有不同的响应。此外，未对准的屏蔽元件还可作用于闪烁器未对准时产生的光谱非线性。最终，传统的CT检测器容易受未对准引入伪影的检测器单元的影响，例如环、带和中心伪影。

因此，希望设计一种减少未对准引入伪影的CT检测器。进一步希望具有一种包括检测器单元的CT检测器，该检测器单元相对于X射线照相成像系统的X射线源一致地对准。

发明内容

本发明涉及一种焦点对准的CT检测器，克服了前述缺陷。该CT检测器使闪烁器壁倾斜，以便与X射线源成角度地对准。在这点上，CT检测器减少了与检测器单元未对准相关的光谱伪影。

因此，根据一个方面，本发明包括闪烁器，该闪烁器具有平坦的X射线接收表面和平坦的光发射表面。该闪烁器还具有多个侧壁，连接平坦的X射线接收表面和平坦的光发射表面。侧壁在平坦的X射线接收表面和平坦的光发射表面之间非垂直地延伸。

根据本发明的另一方面，X射线照相检测器包括具有多个光电二极管的光电二极管阵列，多个光电二极管响应于所感测的光输出电信号。每个光电二极管具有平坦的光检测表面。该检测器进一步具有包括多个闪烁器的闪烁器阵列，多个闪烁器响应于X射线的接收而发光。每个闪烁器具有相对于各个光电二极管的平坦光检测表面倾斜的侧壁。

根据又一方面，本发明包括具有可旋转托架的CT系统。该托架具有容纳要扫描的对象的开口。该系统还具有以给定的投射角向该对象投射X射线扇形射束的X射线源和包括多个将X射线能量转换为光的闪烁器单元的闪烁器阵列。每个闪烁器单元由偏心侧壁限定，该侧壁沿平行于给定的投射角的角度延伸的侧壁。光电二极管阵列光连接于闪烁器阵列，包括多个光电二极管，用于检测从闪烁器阵列发出的光并提供电信号输出。该系统还具有连接于光电二极管阵列的数据采集系统(DAS)，用于接收光电二极管阵列的电信号输出，以及连接于该DAS的图像重建器，用于根据DAS接收的光电二极管阵列电信号输出重建该对象的图像。

通过下列详细描述和附图，本发明的各种其它特征和优点将变得更加明显。

附图说明

考虑到本发明的执行，附图表示一个优选实施例。

图1是CT成像系统的示图。

图2是图1所示系统的方框示意图。

图3是CT系统检测器阵列的一个实施例的透视图。

图4是检测器的一个实施例的透视图。

图5是四切片模式下图4的检测器的各种结构的示意图。

图6是按照本发明的CT检测器的部分横截面图。

图7是使用非侵入包装检查系统的CT系统的示图。

图8是传统CT检测器的横截面图。

具体实施方式

本发明的操作环境是就四片式计算机断层摄影(CT)系统进行说明的。但是，本领域技术人员可以理解本发明同样适用于单片式或其他多片式结构。另外，本发明将对X射线的检测和转换进行说明，但本领域技术人员可进一步理解本发明同样适用于其他高频电磁能的检测和转换。本发明将对“第三代”的CT扫描仪进行说明，但同样适用于其他CT系统。而且，本发明也可适用于其它X射线照相成像系统的检测器，例如X射线扫描仪。

参见图1和图2，其中示出一个计算机X断层摄影(CT)成像系统10，该系统包括一个代表“第三代”CT扫描仪的托架12。托架12具有X射线源14，将X射线束16向托架12相对侧的检测器阵列18投射X射线束16。检测器阵列18由多个检测器20构成，这些检测器一起感测通过病人22的投影X射线。每个检测器20产生电信号，这些电信号代表碰撞X射线束及其通过病人22时衰减的强度。在要取得X射线投影数据的扫描过程中，托架12和安装在其上的元件围绕旋转中心24转动。

托架12的转动和X射线源14的操作均由CT系统10的控制机构26管理。控制机构26包括一个X射线控制器28，用来将功率和定时信号提供给X射线源14；以及一个托架电动机控制器30，用来控制托架12的转速和位置。控制机构26的数据采集系统(DAS)32可从检测器20采样模拟数据并将该数据转变成数字信号以便随后处理。图像重建器34接收从DAS 32采样并经数字化的X射线数据，并且执行高速重建。重建的图像用作计算机36的输入，计算机36将该图像存储在大容量存储装置38内。

计算机36还通过设有键盘的控制台40从操作者那里接收命令和扫描参数。相关的阴极射线管显示器42使操作者能够观察到重建的图像和来自计算机36的其他数据。计算机36利用操作者提供的命令和参数向DAS 32、X射线控制器28和托架电动机控制器30提供控制信号和信息。另外，计算机36操作工作台电动机控制器44，用于控制电动机驱动的工作台46，从而将病人22和托架12定位。具体来说，就是工作台46移动病人22的一部分使其通过托架开口48。

如图3和图4所示，检测器阵列18包括构成闪烁器阵列56的多个闪烁器57。病人后面的准直器(未示出)位于闪烁器阵列56上方，从而在这种射束撞击闪烁器阵列56之前校准X射线束16。

在图3所示的一个实施例中，检测器阵列18包括57个检测器20，每一个检测器20具有大小为16X16的阵列。因此，阵列18具有16行、912列(16X57个检测器)，使16个同时产生的数据片在托架12的每一次转动中被收集起来。

图4所示的开关阵列80和82是在闪烁器阵列56和DAS 32之间连接的多维半导体阵列。开关阵列80和82包括多个被布置成多维阵列的场效应晶体管(FET)(未示出)。这个FET阵列包括连接到各个光电二极管60的多条电路导线和通过柔性电接口84电连接到DAS 32的多条输出导线。具体来说，约有一半的光电二极管输出被电连接到开关80，而另一半光电二极管输出被电连接到开关82。另外，在每个闪烁器57之间可插入反射层(未示出)，以减少来自邻近闪烁器的散射光。每个检测器20通过安装支架79固定于图3的检测器支架77。

开关阵列80和82还包括译码器(未示出)，该译码器按照所需的片数和每片的片分辨率使光电二极管能够输出、不能输出或组合输出。在一个实施例中，译码器是一种本领域熟知的译码器芯片或FET控制器。译码器包括多条连接到开关阵列80和82及DAS 32的输出线和控制线。在一个16片模式的实施例中，译码器启动开关阵列80和82，以便光电二极管52的所有行都被启动，这样便可用DAS 32处理16个同时产生的数据片。当然，许多其他的切片组合也是可能的。例如，译码器也可选择其他的片模式，包括一片、两片和四片的模式。

如图5所示，通过发送合适的译码器指令，开关阵列80和82可被设置成四片模式，以便可从一行或多行光电二极管阵列52中的四片收集数据。根据开关阵列80和82的具体结构，光电二极管60的各种组合可被使用、不使用或组合，以便切片厚度可由一行、两行、三行或四行闪烁器阵列元件57构成。其它实例包括单片模式和两片模式，其中单片模式包括厚度为1.25mm到20mm的一个切片；两片模式包括厚度为1.25mm到10mm的两片。亦可设想除此以外的模式。

参考图6，描述了按照本发明的CT检测器20的横截面图。为了描述方便，仅显示了五个闪烁器和光电二极管，但本领域技术人员可以理解CT检测器可包括更多的这种闪烁器和光电二极管。此外，众所周知，这些闪烁器和光电二极管是二维阵列。如上所述，检测器20包括由多个闪烁器57组成的闪烁器阵列56，基于X射线能量的接收而发光。光电二极管阵列52的光电二极管60检测该发光。在这点上，每个闪烁器57具有平坦的X射线接收表面86和平坦的光发射表面88。表面86、88通过闪烁器隔片或侧壁90相互连接。如图所示，侧壁90与X射线接收和光发射表面成一角度。这种侧壁的角度导致闪烁器57的X射线接收表面86从闪烁器57的光发射表面88偏移。

成角度的侧壁90的角度使闪烁器在X射线源(未示出)上聚焦。在这点上，侧壁平行于X射线路径16而倾斜。该倾斜导致侧壁指向与X射线接收和光发射表面非垂直的方向。此外，隔片与光电二极管52的侧面91成一角度。结果，X射线路径在闪烁器阵列的闪烁器之间比较均匀和恒定。这对于未对准的闪烁器例如闪烁器57(a)是特别有利的。换言之，由于未对准闪烁器的路径长度变化较小，因此光谱响应对于闪烁器未对准的灵敏性较低。

仍参考图6，CT检测器20最好包括由准直器元件或平板阵列94共同形成的准直器92。每个准直器平板最好用于各个闪烁器侧壁的延伸。这样，类似于闪烁器阵列，准直器栅格还与X射线源对准。另外，可以考虑检测器20具有屏蔽元件(未示出)，以提供附加的X射线准直和隔离。此外，闪烁器间隙90最好用光反射环氧材料或其它材料填充，以减小闪烁器之间的光串扰。闪烁器平板94共同形成ID闪烁器92。

可以考虑根据大量制造技术中的一种或其组合获得上述闪烁器构造。在这点上，闪烁器可通过闪烁器材料的铸造而形成。另一选择是使用传统的模制技术。另外，可以考虑医学或化学切割技术。此外，还可以考虑使用电磁烧蚀，例如使用激光。不考虑制造技术，当闪烁器壁位于检测器组件中时，闪烁器壁的构造使其向X射线照相成像系统的X射线源倾斜。有利的是，在数据采集期间，侧壁本身的这种结果不暴露于初级辐射。

下面参考图7，包裹/包装/行李检查系统100包括可旋转的托架102，其中有一开口104，包裹或成件行李可通过该开口。可旋转的托架102内设有高频电磁能量源106和具有闪烁器阵列的检测器组件108，闪烁器阵列由类似上面的闪烁器单元构成。还设有一个传送器系统110，其中包括由结构114支承的传送带112，能自动而连续地移动包裹或成件行李116使其通过开口104而被扫描。对象116由传送带112输送通过开口104，然后获得成像数据，传送带112以受控和连续的方式使包裹116移出开口104。这样，邮政检查员、行李搬运员和其他保安人员便可不侵入地检查包裹116中是否含有爆炸物、刀子、枪支、违禁品等。

因此，按照一个方面，本发明包括具有平坦X射线接收表面和平坦光发射表面的闪烁器。该闪烁器还具有连接平坦X射线接收表面和平坦光发射表面的多个侧壁。该侧壁在平坦X射线接收表面和平坦光发射表面之间非垂直地延伸。

按照本发明的另一方面，X射线照相检测器包括具有多个光电二极管的光电二极管阵列，光电二极管响应于感测的光而输出电信号。每个光电二极管具有平坦的光检测表面。该检测器进一步具有包括多个闪烁器的闪烁器阵列，闪烁器响应于X射线的接收而发光。每个闪烁器具有相对于各个光电二极管的平坦的光检测表面倾斜的侧壁。

按照另一方面，本发明包括具有旋转托架的CT系统。该托架具有容纳待扫描对象的开口。该系统还具有X射线源，用于以给定投影角度向对象投影X射线扇形射束，还具有包括多个闪烁器单元的闪烁器阵列，闪烁器单元用于将X射线能量转换为光。每个闪烁器单元由沿着平行于给定投影角度的角度延伸的偏心侧壁限定。光电二极管阵列光连接于闪烁器阵列，包括多个光电二极管，用于检测从闪烁器阵列发射的光，并提供电信号输出。该系统进一步具有与光电二极管阵列相连的数据采集系统(DAS)，用于接收光电二极管阵列的电信号输出；还具有与DAS相连的图像重建器，用于根据由DAS接收的光电二极管阵列电信号输出重建对象的图像。

本发明已经通过优选实施例进行了描述，但可以理解的是，除了文字表述之外，其等效物、替换或修改都是可能的，并落入所附权利要求书的范围之内。

部件列表

10	计算机X断层摄影(CT)成像系统
		12	托架
14	X射线源
		16	X射线束
18	检测器阵列
		20	多个检测器
22	病人
		24	旋转中心
26	控制机构
		28	X射线控制器
30	托架电动机控制器
		32	数据采集系统(DAS)
34	图像重建器
		36	计算机
38	大容量存储器
		40	操作者控制台
42	相关的阴极射线管显示器
		44	工作台电动机控制器
46	电动工作台
		48	托架开口
52	光电二极管阵列
		56	闪烁器阵列
57	多个闪烁器
		60	光电二极管
77	检测器机架
		79	安装支架
80	开关阵列
		82	开关阵列

84	柔性电接口
		86	平坦的X射线接收表面
88	平坦的光发射表面
		90	侧壁
91	侧面
		92	准直器
94	准直器元件或平板阵列
		100	包裹/包装/行李检查系统
102	可旋转托架
		104	开口
106	高频电磁能量源
		108	检测器组件
110	传送器系统
		112	传送器带
114	结构
		116	包装或成件行李

Claims (9)

1. 一种闪烁器(57)，包括：

平坦的X射线接收表面(86)和平坦的光发射表面(88)；以及

多个侧壁(90)，连接平坦的X射线接收表面(86)和平坦的光发射表面(88)，侧壁(90)在平坦的X射线接收表面(86)和平坦的光发射表面(88)之间非垂直地延伸。

2. 如权利要求1的闪烁器(57)，其中侧壁(90)在平坦的X射线接收表面(86)和平坦的光发射表面(88)之间成角度地设置，以便侧壁(90)在X射线照相成像期间与X射线源(44)对准。

3. 如权利要求2的闪烁器(57)，其中平坦的X射线接收表面(86)从平坦的光发射表面(88)线性偏移。

4. 如权利要求1的闪烁器(57)，由铸造闪烁器材料形成。

5. 如权利要求1的闪烁器(57)，由模制闪烁器材料形成。

6. 如权利要求1的闪烁器(57)，由体闪烁器的切割形成。

7. 如权利要求1的闪烁器(57)，通过利用激光的电磁烧蚀而形成。

8. 如权利要求1的闪烁器(57)，包含在CT扫描仪(10)的检测器组件(20)中。

9. 如权利要求1的闪烁器(57)，其中X射线接收表面(86)具有与光发射表面(88)相等的表面面积。

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