CN102613985A - 一种探测器和包括该探测器的x射线投影数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗设备领域，特别是一种探测器和包括该探测器的X射线投影数据采集系统。所述探测器包括复数个第一区域和复数个第二区域，其中所述第二区域安装有模块，所述第一区域不安装所述模块，所述模块包括复数个探测器通道，所述第一区域经布置与所述第二区域关于所述探测器的中心呈镜像对称。本发明的X射线投影数据采集系统能在不影响X射线成像结果的情况下，实现对待检对象的图像重建，从而减少了探测器的模块数目和通道数目，节约了成本。

Description

一种探测器和包括该探测器的X射线投影数据采集系统

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，特别是一种探测器和包括该探测器的X射线投影数据采集系统。

背景技术

探测器是X射线成像设备的关键组件之一，其包括复数个模块，每个模块又包括复数个通道，例如某种探测器具有46个模块，每个模块具有24个通道，那么该探测器的通道总数为46*24＝1104。目前用于X射线计算机断层成像(Computed tomography，CT)系统的探测器主要有两种类型，一种是平板型，一种是弯曲型(cylindrical)，这两种探测器都经安装使得其在X射线源发出的X射线束中心两侧的通道数目相等(不考虑通道偏移)。

图1为目前CT系统中，X射线源(A或B)和探测器1围绕待检对象2同步旋转的示意图，探测器1的旋转轨迹为一个圆(如图中虚线圆所示)，而每个探测器通道(如图中通道11与通道12所示)都旋转了360度。图1中X射线源在A点时，其发出的X射线束AB经待检对象2衰减后被B点处的探测器通道12接收，X射线源在B点时，其发出的X射线束BA经待检对象2衰减后被A点处的探测器通道11接收，理论上说通道12与通道11接收的X射线投影数据是相等的，基于此，在X射线源和探测器同步旋转一周的过程中，CT系统会采集同一投影数据两次，这就产生了冗余。同时在上述旋转一周的过程中，CT系统需要读取探测器每个模块中每个通道上的X射线投影数据，并将这些数据存储在一存储器中，以便利用这些数据进行CT图像重建。但是，每个探测器的通道价格并不便宜，而且存储每个通道的投影数据对存储器也有相当高的存储能力要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种探测器和包括该探测器的X射线投影数据采集系统，以解决现有技术中存在的上述问题。本发明的探测器只需安装现有探测器一半数目的模块，就能在不影响X射线成像结果的情况下，实现对待检对象的图像重建，从而减少了探测器的模块数目和通道数目，节约了成本。

有鉴于此，本发明提出一种探测器，所述探测器包括复数个第一区域和复数个第二区域，其中所述第二区域安装有模块，所述第一区域不安装所述模块，所述模块包括复数个探测器通道，所述第一区域经布置与所述第二区域关于所述探测器的中心呈镜像对称。

根据本发明的一个实施例，所述第一区域与第二区域间隔布置。

根据本发明的另一个实施例，所述复数个第一区域位于所述探测器中心的一侧，所述复数个第二区域位于所述探测器中心的另一侧。

本发明还提供一种X射线投影数据采集系统，所述系统包括一种X射线源和一种如权利要求1-3中任一权利要求所述的探测器，其中，所述X射线源发射一X射线束，所述探测器能与该X射线源一起围绕一成像空间同步旋转，以从复数个视点来采集X射线投影数据，所述系统还包括一获取模块，对一第一X射线管旋转角度下的第一区域，该获取模块用于获取一个第二X射线管旋转角度和一个第二区域，该第二X射线管旋转角度下的第二区域与该第一X射线管旋转角度下的第一区域位于同一X射线传播路径上，并用该第二区域在第二X射线管旋转角度下所采集到的投影数据来补充该第一区域在第一X射线管旋转角度下的投影数据。

所述获取模块包括：一个角度计算单元，用于根据所述第一区域按如下公式来计算所述X射线传播路径偏离所述X射线束中心的角度：θ＝(n1-M)*Δβ，其中，n1为所述第一区域中的一个虚拟通道，Δβ为所述探测器通道的角度步距，M为所述探测器的通道总数，θ为所述X射线传播路径与所述X射线束中心的夹角；一个第二区域获取单元，用于根据所述夹角按如下公式来获取所述第二区域：n2＝M-θ/Δβ，其中，n2为所述第二区域中的一个通道，该通道与所述虚拟通道关于所述探测器中心呈镜像对称；一个第二X射线管旋转角度获取单元，用于根据所述夹角按如下公式来获取所述第二X射线管旋转角度：α2＝α1±pi+2θ，其中，α2为所述第二X射线管旋转角度，α1为所述第一X射线管旋转角度；一个数据补充模块，其将该第二区域在第二X射线管旋转角度下所采集到的投影数据用于补充该第一区域在第一X射线管旋转角度下的投影数据。

从上述方案中可以看出，相比常规探测器而言，由于本发明只需安装一半数目的探测器模块或者通道就可实现对待检对象的图像重建，从而减少了探测器的模块数目和通道数目，降低了成本，并进一步节省了存储投影数据的存储空间，同时不影响X射线成像结果。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的实施例，使本领域技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为现有CT系统中X射线源和探测器围绕待检对象同步旋转的示意图。

图2为本发明探测器和X射线投影数据采集系统的实施例示意图。

图3为本发明探测器的另一个实施例示意图

图4为本发明X射线投影数据采集系统的获取模块示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

本发明的探测器包括复数个第一区域和复数个第二区域，其中在第二区域安装有模块，而在第一区域则不安装所述模块，每个模块包括复数个探测器通道。其中，本发明探测器的机械结构与常规探测器的机械结构一致，所使用的探测器模块与常规探测器的模块类型也一致，每个模块所包括的通道类型和数目也与常规探测器一致。只不过在第一区域不安装所述模块，只占据探测器的物理空间而已，因此本发明的探测器大小与常规探测器大小一样，只不过模块总数和通道总数都是常规探测器数目的一半。

本发明探测器的第一区域经布置与第二区域关于探测器的中心呈镜像对称。

根据本发明的一个实施例，探测器的第一区域与第二区域间隔布置，如图2所示，为本发明探测器的一个实施例示意图。图2中的探测器3包括N个模块，通常N为偶数，弧形虚线表示的是第一区域，弧形实线表示的是第二区域。图2中还将探测器的模块位置进行了编号，编号是偶数的位置(如Module_N，图中位置6所示)为第一区域，其上并不安装模块，只是占据探测器的物理位置，而编号是奇数的位置(如Module_1，图中位置5所示)为第二区域，其上安装有模块。若L为探测器的模块位置总数或者现有探测器的模块总数，则本发明探测器安装的模块数目为N＝L/2。其中每个模块包括复数个通道，图中只象征性地示意了两个通道，并不限制实际应用中每个模块所包括的通道数目，通常模块数目和通道数目为偶数，因为要求探测器经安装使得其在X射线源发出的X射线束中心两侧的通道数目相等(不考虑通道偏移)。实际上，通道编号n1处并没有通道，这里只是为了方便图示说明。

此外，也可以将模块位置编号是偶数的位置以及首模块位置5和/或尾模块位置6设置为第二区域，在这些位置上安装模块，而将模块位置编号是奇数的位置设置为第一区域，其上不安装模块。这里，位置5和/或位置6上也需要安装模块是为了方便定位，以避免进行模块位置的校正，至于是位置5和位置6都安装模块，还是只有位置5或位置6安装模块，则取决于探测器读取数据的方式。

根据本发明的另一个实施例，其中复数个第一区域(如附图标记8所示)位于所述探测器4中心M的一侧，所述复数个第二区域(如附图标记9所示)位于所述探测器4中心M的另一侧，如图3所示。图3中以方框分别示意了两个第一区域和两个第二区域。

图2和图3中第二区域的模块中各个通道的投影数据可以直接读取，而第一区域由于没有安装模块而无法直接获取X射线穿过待检对象后的投影数据。

为此，本发明提供一种X射线投影数据采集系统，如图2所示，该系统包括一种X射线源(F1或F2)和一种本发明的探测器3，其中，X射线源发射一X射线束，探测器与该X射线源一起围绕一成像空间(如一待检对象，图中未示出)同步旋转，以从复数个视点来采集X射线投影数据，所述系统还包括一获取模块，对一第一X射线管旋转角度下的第一区域，该获取模块用于获取一个第二X射线管旋转角度和一个第二区域，该第二X射线管旋转角度下的第二区域与该第一X射线管旋转角度下的第一区域位于同一X射线传播路径上，并用该第二区域在第二X射线管旋转角度下所采集到的投影数据来补充该第一区域在第一X射线管旋转角度下的投影数据。

如图2中所示，在同一X射线传播路经F1F2上，由于X射线从F1到F2方向经过待检对象的衰减与从F2到F1方向经过待检对象的衰减相同，所以在X射线管旋转角度为α1(从X轴正半轴旋转到F1点的旋转角度)时，弧形虚线所示的通道n1上应该接收到的X射线投影数据等于X射线管旋转角度为α2时(从X轴正半轴旋转到F2点的旋转角度)，弧形实线所示的通道n2上实际接收的X射线投影数据。于是就可以将从通道n2上采集到的投影数据用于补充虚拟通道n1的投影数据。

图4为本发明X射线投影数据采集系统中获取模块10的组成示意图，其包括一个角度计算单元101，一个第二区域获取单元102、一个第二X射线管旋转角度获取单元103和一个数据补充单元104。其中

角度计算单元101，用于根据所述第一区域按如下公式(1)来计算所述X射线传播路径F1F2偏离所述X射线束中心F1M的角度：

θ＝(n1-M)*Δβ                (1)

其中，n1为所述第一X射线管旋转角度α1下第一区域中的一个虚拟通道，Δβ为探测器3中通道的角度步距，M为本发明探测器的通道总数，θ为X射线传播路径F1F2偏离X射线束中心F1M的角度。由于本发明的探测器大小与常规探测器大小一致，而本发明的探测器的通道数目是常规探测器通道数目的一半，所以考虑上第一区域的虚拟通道，编号为M的探测器通道正好位于探测器中心。

第二区域获取单元102，用于根据所述夹角按如下公式(2)来获取所述第二区域中的一个通道：

n2＝M-θ/Δβ    (2)

其中，n2为所述第二区域中的一个通道。

这里，可以将公式(1)变形为如下公式(3)：

n1＝M+θ/Δβ    (3)

比较公式(2)和(3)可以得出：第一区域中的虚拟通道n1与第二区域中的真实通道n2关于探测器中心通道M是镜像对称的。也就是说，若在位置n1处安装了通道，相应地在位置n2处就不安装通道；而若在位置n1处不安装通道，则相应地在位置n2处就安装通道。

第二X射线管旋转角度获取单元103，用于根据所述夹角按如下公式(4)来获取所述第二X射线管旋转角度：

α2＝α1±pi+φ  (4)

由于φ＝2θ，所以

α2＝α1±pi+2θ (5)

其中，α2为在所述第二X射线管旋转角度，α1为所述第一X射线管旋转角度。图2的实施例中α2＝α1-pi+2θ。

数据补充模块104，用于将真实通道n2在α2下所采集到的投影数据来补充虚拟通道n1在α1下的投影数据。接下来，再根据公式(1)-(5)就可以将真实通道n4在α2下采集到的投影数据用于补充虚拟通道n3在α1下的投影数据，由于n1和n3构成第一区域，n2和n4构成第二区域，于是就可以将第二区域在α2下采集到的投影数据用于补充第一区域在α1下的投影数据，经过数据重排后就可以得到在X射线管旋转角度为α1时，第一区域和第二区域的所有投影数据。

重复上述过程，就可以得到在任一X射线管旋转角度下，第一区域和第二区域的所有X射线投影数据，从而使X射线成像系统能根据这些数据进行图像重建。本发明探测器获取的X射线投影数据经图像重建后的结果与用常规探测器接收的投影数据进行重建图像的结果一致，可见本发明的X射线投影数据采集系统能在不影响成像结果的情况下利用较小的成本进行数据采集。

另外需要指出的是，本发明的探测器对于X射线扇形束和较薄的锥形束的数据采集效果比较好，而对其他锥形束的成像效果则相对差些。所以本发明X射线投影数据采集系统优选是单排CT、双排CT和4排CT。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种探测器，所述探测器(3，4)包括复数个第一区域(6，8)和复数个第二区域(5，9)，其中所述第二区域安装有模块，所述第一区域不安装所述模块，所述模块包括复数个探测器通道(n2，n4)，所述第一区域经布置与所述第二区域关于所述探测器的中心呈镜像对称。

2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述第一区域与第二区域间隔布置。

3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述复数个第一区域位于所述探测器中心的一侧，所述复数个第二区域位于所述探测器中心的另一侧。

4.一种X射线投影数据采集系统，所述系统包括一种X射线源和一种如权利要求1-3中任一权利要求所述的探测器，其中，

所述X射线源发射一X射线束，

所述探测器能与该X射线源一起围绕一成像空间同步旋转，以从复数个视点来采集X射线投影数据，其特征在于，

所述系统还包括一获取模块(10)，对一第一X射线管旋转角度下的第一区域，该获取模块用于获取一个第二X射线管旋转角度和一个第二区域，该第二X射线管旋转角度下的第二区域与该第一X射线管旋转角度下的第一区域位于同一X射线传播路径上，并用该第二区域在第二X射线管旋转角度下所采集到的投影数据来补充该第一区域在第一X射线管旋转角度下的投影数据。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述获取模块包括：

一个角度计算单元(101)，用于根据所述第一区域按如下公式来计算所述X射线传播路径偏离所述X射线束中心的角度：

θ＝(n1-M)*Δβ，

其中，n1为所述第一区域中的一个虚拟通道，Δβ为所述探测器通道的角度步距，M为所述探测器的通道总数，θ为所述X射线传播路径与所述X射线束中心的夹角；

一个第二区域获取单元(102)，用于根据所述夹角按如下公式来获取所述第二区域：

n2＝M-θ/Δβ，

其中，n2为所述第二区域中的一个通道，该通道与所述虚拟通道关于所述探测器中心呈镜像对称；

一个第二X射线管旋转角度获取单元(103)，用于根据所述夹角按如下公式来获取所述第二X射线管旋转角度：

α2＝α1±pi+2θ，

其中，α2为所述第二X射线管旋转角度，α1为所述第一X射线管旋转角度；

一个数据补充模块(104)，其将该第二区域在第二X射线管旋转角度下所采集到的投影数据用于补充该第一区域在第一X射线管旋转角度下的投影数据。

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