CN103021494A - 准直器，检测装置和ct 系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测器，尤其是CT系统的X射线检测器的准直器，该准直器带有多个准直器模块(n)，所述准直器模块至少具有两个外准直器壁(1b)和至少一个内准直器壁(1a)。本发明的特征在于，所述至少一个内准直器壁(1a)具有多个梯级(3)。此外，本发明还涉及一种检测装置，该检测装置至少具有用于吸收辐射，尤其是吸收X射线的检测器和至少一个按本发明的准直器。本发明还涉及一种CT系统。

Description

准直器,检测装置和CT 系统

技术领域

本发明涉及一种用于检测器，尤其是CT系统的X射线检测器的准直器，该准直器具有多个准直器模块，该准直器模块至少具有两个外准直器壁和至少一个内准直器壁。此外，本发明还涉及一种带有这种准直器的检测装置和一种具有这种检测装置的CT系统。

背景技术

在CT系统中图像重建时，重要的信息存在于来自X射线管的焦点的X射线的衰减中。CT系统的检测器对x射线敏感的检测元件(在不用其它技术措施的情况下)对照射在较大的角度范围内的X射线是灵敏的。由此，在X射线管外部的X射线源也对检测元件的信号做一定的贡献。在CT系统中，散射主要是这种在X射线管外部的附加的X射线源。在图像重建中从该散射中获得附加的信号份额。但该附加的信号份额致使信噪比降低，因此在散射份额局部地，也就是对各相邻的检测元来说变化时会获得干扰的图像伪影。

通过使用所谓的防散射准直器，简称ASC，检测元件角度可接受性限制为到管焦点的方向并且散射份额减少，因此最后重建图像的质量得到改善。迄今已知的和CT系统中采用的ASC一维地构造并且角度可接受性仅限制在phi-方向上。使角度可接受性既限定在phi-方向上又限定在z方向的二维的ASC(二维防散射准直器)仍然处于开发阶段。

迄今开发的二维防散射准直器具有由制造决定地不可再减小的最小壁厚85μm。该二维防散射准直器模块式地构造。它一般在宽度上遮盖一模块。或者多个(一般两至四个)二维防散射准直器在z方向上并排设置，或者也可以制造遮盖每个模块的二维防散射准直器。二维防散射准直器在所有四个外侧面上具有连贯的准直器壁。由此，两个相邻的检测元件的边缘像素或设置在模块边缘上的准直器壁有效地具有准直器的双倍壁厚。基于此原因，在检测元件的边缘区域内的散射辐射比在中央布置于模块上的检测元件中受到的抑制得更厉害。由于边缘效应，在图像重建中获得环形的图像伪影。在一维防散射准直器中，相比二维防散射准直器不出现此问题。通过由各准直器壁构成防散射准直器，这些模块构造可以构造成，使得对于边缘的检测元件和中央的检测元件来说，每一侧各有一个准直器壁。在二维防散射准直器中，迄今不存在解决该技术问题的解决方案。

在具有X射线管的CT系统工作中，该伪影可以迄今仅在对称的水幻影中通过所谓的平衡进一步减少。至于在临床应用中这是否也实现此目的，还未得到证实。在CT系统的双源工作中，该效应更强并且不能单独通过平衡消除。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种准直器，其中，避免在检测元件的边缘区域上的边缘效应，以便可以在CT系统中尽可能无伪影地图像重建。

该技术问题通过一种用于检测器，尤其是CT系统的X射线检测器的准直器解决，该准直器带有多个准直器模块，准直器模块至少具有两个外准直器壁和至少一个内准直器壁。按本发明，至少一个内准直器壁具有多个梯级。按本发明的另一方面的技术问题通过一种检测装置解决，该检测装置具有用于吸收辐射，尤其是吸收X射线的检测器和至少一个按本发明的准直器，以及通过一种CT系统解决。

本申请的发明人认识到，CT系统中在图像重建时的边缘效应以及由此导致的伪影可以通过准直器的准直器壁的一种新设计方案显著地降低。为了达到该效果，二维的准直器，例如二维防散射准直器的中央准直器壁构造成梯级形。在此，各梯级设计成从下往上逐渐减小或逐渐缩窄。各梯级的高度合理地保持相等。梯级的结构例如可以借助传统的制造准直器的方法实现。为了容易实施按本发明的准直器的制造方法，例如一梯级与一层相应，其中，准直器壁由个性化定制的六至二十层组成。准直器壁的级形形状或梯级形状可以优选既在phi方向延伸又在z方向延伸。

模块的中部的或内准直器壁优选设计具有多个不同厚度的梯级。在此，各梯级的宽度从上向下增大，以便内准直器壁具有梯级形状。所述梯级可以在此沿phi方向和z方向延伸。按梯级形状，最下方的梯级设计成最宽，最上方的梯级设计成最窄。为简化准直器壁的制造，例如各梯级分别由一层构成。但可选地，一梯级也可以由多层构成或一层可以具有多个梯级。狭窄的、最上方的梯级可以以在制造时可行的最小宽度或壁厚制成。由制造决定地，最小宽度约为80μm。最下方和最宽的梯级也叫做撑脚或厚支脚(Dickfuss)，并且用于将准直器壁稳定地设置在检测元件上，并且定义各图像元素的孔径。

外准直器壁具有优选两个梯级。该两个梯级可以由作为下部梯级的厚撑脚和各高梯级构成。该高梯级可以以可行的最小宽度，也就是约80μm制成。此外，高梯级可以由多层构造。

由位置确定的概念准直器模块的上方和内部在本申请的范围内理解为与相邻准直器模块相邻的边缘区域或中间区域。

通过在内准直器模块中的梯级形准直器壁和准直器模块外边缘处两级的准直器壁可以补偿准直器壁在所有检测元件的全部侧面的平均的壁厚，也就是宽度，而在此没有放弃重要的和对图像重建有利的准直器特性。准直器可以用各种制造技术制造，例如通过浇铸方法或通过由薄层组成的结构，因为最小的壁厚不低于80μm。

按本发明的准直器在所有外侧面还具有连贯的准直器壁，这确保部件和模块的易操作性和稳定性。撑脚的宽度相比传统的准直器壁保持相等，因为准直器壁的附加材料，也就是更宽的层或梯级在撑脚的宽度投影的区域内沿phi方向设置。由此，栅比，也就是准直器壁的高度与准直器壁在撑脚处的最大宽度的比就检测元件而言未变化并且相同。因此附加地也不影响制造的必要精度和准直器壁的定位。最后这两点，保持相同的栅比和准直器壁的定位在内部准直器壁宽度均匀增大的情况下不存在。但附加地通过有效更宽的准直器壁总体上明显提升散射辐射的衰减。

据此本发明人建议，如下这样改进用于检测器，尤其是用于CT系统的X射线检测器的准直器，该准直器具有多个准直器模块，这些准直器模块至少具有两个外准直器壁和至少一个内准直器壁，使得该至少一个内准直器壁具有多个梯级。通过这种准直器可以有效过滤X射线的散射，以便几乎完全避免在图像重建中的与散射辐射有关的伪影。

外准直器壁应理解为设置在准直器模块边缘上的准直器壁，而内准直器壁相应地在外准直器壁之间设置在准直器模块内部。有利地设计至少一个内准直器壁，优选至少两个，例如三个、四个或更多内准直器壁。内准直器壁按本发明具有多个，例如三个、四个或五个梯级，因此实现了梯级形状。各梯级的宽度有利地从下向上减小。相应地，最下方的梯级具有最大宽度。例如最下方的梯级设计成撑脚。此外，最上方的梯级具有最小宽度。外准直器壁优选按传统已知的准直器壁构造，例如也就是具有作为最下方梯级的宽撑脚和一个另外窄宽度的最小梯级。在按本发明的准直器的一种优选的实施形式中，内准直器壁和外准直器壁高度相等，亦即，内准直器壁和外准直器壁的各梯级的总和相等。

一种按本发明的准直器优选的实施形式规定，梯级既沿phi方向也沿z方向构造。因此，从由下向上逐渐变小的、上下层叠的层结构中获得准直器壁的级形或阶梯形的形状。

内准直器壁的梯级在一种实施方案中设计具有相等的高度。由此，有利地进行准直器壁的制造，亦即构造梯级。梯级的高度优选位于100到500μm之间，进一步优选在200到400μm之间。此外有利的是，各梯级的宽度除了撑脚外向上均匀地减小，例如使得最下方的梯级具有最上方层的双倍或三倍厚度。

在按本发明的准直器的一种实施方案中规定，最上方的梯级具有在50到110μm之间，优选60到100μm之间，进一步优选70到90μm之间的范围内的最小宽度。最上方梯级特别优选的宽度为约80μm。这相当于在传统的制造技术中可行的最小壁厚。

在按本发明的准直器的另一种实施方案规定，最下方的梯级具有在150到300μm之间，优选180到220μm之间范围内的最大宽度。最下方的和最宽的梯级用作所谓的用于将准直器壁稳定设置在检测器元件上的撑脚。在一种例示的实施方案中，最下方的梯级宽度是最上方的，最狭窄的梯级宽度的两倍至三倍。

各种不同的准直器壁的梯级优选在其宽度和/或高度上相等。这简化了准直器壁的制造。准直器壁优选一层一层地制造。一般的准直器壁具有例如单独浇铸的五至二十层。为了进一步简化准直器壁的制造，准直器壁的一个梯级与准直器壁的一层相应。在其它实施方案中，一梯级与多层，例如两或三层相应。可选地，一层具有多个梯级。在此，该梯级或层有利地由一种材料构成。作为用于准直器壁的材料适合的是例如钨、钼、钽、铅、铜或具有较高含量这些金属的金属合金。这些壁既可以是纯金属的，又可以由塑料基质中的金属粉末组成。准直器材料有利地具有较高的原子序数。

此外，本发明还涉及一种检测装置，其至少具有用于吸收辐射，尤其用于吸收X射线的检测器和至少一个按本发明的准直器，该准直器具有至少一个前面描述的特性。该检测器有利地带有大量检测元件。准直器的每个准直器模块优选都遮盖多个检测元件。各准直器壁例如分别设置在两个相邻检测元件的过渡区域上。

同样本发明还涉及CT系统，其具有至少一个前述的检测装置，借助该检测装置可以制作检查对象的断层X射线拍摄。由于散射辐射被梯级形的内准直器壁更好地吸收，因而通过使用按本发明的准直器有利地几乎无伪影地在CT系统中进行图像重建。

附图说明

下列根据优选的实施例并且借助附图进一步阐述本发明，其中，仅表示出为理解本发明必要的特征。采用下面的附图标记：n，n+1：准直器模块；1a：内准直器壁；1b：外准直器壁；2：撑脚：3：梯级；10：检测元件。在各附图中：

图1是在多个检测元件上的传统的二维准直器的示意横截面图，

图2是在多个检测元件上的按本发明的二维准直器的示意横截面图，

图3是按本发明的准直器壁的示意横截面图，以及

图4是与初级信号相比的模拟散射信号的图形。

具体实施方式

图1示出在多个检测元件10上的二维准直器的两个准直器模块n和n+1的示意横截面图。在该图中，不完全地示出准直器模块n和n+1，而仅在其过渡区域或与另一个准直器模块邻接的模块边界处。该准直器模块n和n+1分别带有多个准直器壁1a，1b，亦即，在模块边界处的每个外准直器壁1b，其中，在此仅示出模块边界并因此仅示出外准直器壁1b，和三个示出的内准直器壁1a。该外准直器壁1b分别设置在准直器模块n和n+1的边缘区域内，亦即，在模块边界处，内准直器壁1a设置在准直器模块n和n+1的内部中，也就是分别在外准直器壁1b之间。在准直器壁1a，1b的下方设置检测元件10。准直器壁1a，1b分别定位在两个相邻检测元件10的边界上。

准直器壁1a和1b分别具有用于定位在检测元件10上的撑脚2。此外，准直器壁1a和1b分别具有四个在设计成最下方层的撑脚上相同宽的层，其中，四个上方的层设计成梯级3。撑脚2比下方层或第二梯级3明显更宽，在该实施方案中比它宽约六倍。上方的梯级3具有由制造决定的最小宽度约80μm。

如图1所示，示出传统实施形式的准直器壁1a，1b。据此，内准直器壁1a和外准直器壁1b设计为相同，直到朝相邻的外准直器壁1b缩短的撑脚2为止。因为在模块边界上两个外准直器壁1b分别相互碰撞，并且同时上方的梯级3的宽度可以不再减小，所以在模块边界上用于检测元件10的宽度是其它准直器壁1a的两倍大。

图2示出在多个检测元件10上的按本发明的二维准直器的两个准直器模块n和n+1的示意横截面图。检测元件10以及外准直器和内准直器壁1b和1a的布置与图1的实施形式对应。相同的部件用相同的附图标记表示。因此，省略了已描述部件的详细说明。

按本发明，内准直器壁1a构造为具有五个梯级3的级形或阶梯形。撑脚2形成最下方的梯级3。在撑脚2上的上方四个梯级3分别由一层构成。在该实施方案中，每层形成一个梯级3。梯级3的宽度向上均匀减小。最上方的梯级3具有可行的最小宽度，约80μm。按图2，梯级3沿phi方向和z方向设计。在此，梯级3按图2设计成矩形的，以便每层构成一个直角平行六面体，这些平行六面体上下相叠地涂层。

图3示意示出按本发明的阶梯形内准直器壁1a的横截面。另外，用虚线表示多条X射线。在此，可见X射线延伸经过准直器壁1a和各个梯级3的走向。为了将内准直器壁1a的有效宽度与传统的(外)准直器壁比较，按本发明的梯级3的附加材料用虚线表示。X射线在图3的图示中从上，亦即，从最狭窄的上方梯级落到准直器壁上。因此，附加的材料对X射线来说位于入射边缘与撑脚之间的连接线以内。因此，由附加的材料仅吸收来自即使在传统准直器中会被遮住的方向的X射线。在适合的梯级3的宽度下，中间渗透的材料是在传统的准直器中的两倍。因此，准直器壁具有与在模块边界上两个无梯级的准直器壁1b相同的作用，而没有扩大死角区域。

图4示出了散射辐射信号与在CT检测器的检测器中心的初级信号相比的模拟图表。它仅示出局部剖面。图像元素在此具有宽度1000单位。在该实施例中，内准直器壁在位置-2000，-1000，+1000，+2000，…14000，+15000，+17000和+18000处模拟，在位置0和16000处模拟不同的外准直器壁。在扫描具有约30cm的直径和大的Z向遮挡(Z-Abdeckung)的水幻影时，各图像元素的信号的散射份额作为phi坐标的函数。散射份额，也就是入射到检测元件上的直接辐射与入射的散射辐射的比，在纵坐标上描绘。传统的二维的准直器(参见图1)覆盖0至16000的区域，其中，准直器壁设置在位置0，1000，2000，...，15000和16000上。具有两个准直器壁的模块边界位于0和16000。

在点划线矩形内部的数据点是理想的、但不可制造的二维准直器的模拟结果，其中，两个外准直器壁总共具有与内准直器壁相等的宽度。在点线圈中表示具有传统准直器壁的传统二维准直器(参见图1)的模拟结果的数据点。在边缘检测元件与检测器模块的中央检测元件之间的差别为几个百分点并且对图像很重要，并且在没有修正的情况下导致环形伪影。用于按本发明的具有梯级形的内准直器壁的二维准直器(参见图2)的模拟结果用虚线包围。总之在此出现对散射最好的抑制。保持在中央和边缘处的检测元件之间就还有最小的差别，以便最小化直至完全消除图像伪影。

虽然通过优选的实施例详细说明并且记载了本发明，但所公开的实施例并不限制本发明，并且其它的变型可以由本领域的技术人员推导出，只要不背离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于检测器，尤其是CT系统的X射线检测器的准直器，该准直器带有多个准直器模块(n)，所述准直器模块至少具有两个外准直器壁(1b)和至少一个内准直器壁(1a)，其特征在于，所述至少一个内准直器壁(1a)具有多个梯级(3)。

2.按权利要求1所述的准直器，其特征在于，所述梯级(3)沿phi方向和z方向构造。

3.按权利要求1或2所述的准直器，其特征在于，所述梯级(3)分别具有相等的高度。

4.按权利要求1至3之一所述的准直器，其特征在于，最上方的梯级(3)具有在50到110μm之间，优选60到100μm之间，进一步优选70到90μm之间的宽度范围内的最小宽度。

5.按权利要求1至4之一所述的准直器，其特征在于，最下方的梯级(3)具有在150到300μm之间，优选180到220μm之间的宽度范围内的最大宽度。

6.按权利要求1至5之一所述的准直器，其特征在于，梯级(3)由准直器材料的至少一层组成。

7.按权利要求1至6之一所述的准直器，其特征在于，所述准直器壁(1a，1b)主要含有以下材料组中的一种材料：钨、钼、钽、铅、铜或具有大份额这些金属的金属合金。

8.按权利要求7所述的准直器，其特征在于，所述壁由纯金属构成。

9.按权利要求7所述的准直器，其特征在于，所述壁由塑料基质中的金属粉末组成。

10.一种检测装置，至少具有用于吸收辐射，尤其用于吸收X射线的检测器，和至少一个按权利要求1至9之一所述的准直器。

11.一种CT系统，具有至少一个按权利要求10所述的检测装置。

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