CN103690185B - 用于多层x射线计算机断层扫描系统的可调式光子探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于多层X射线计算机断层扫描系统的可调式光子探测系统，以及采用可调式光子探测系统（APDS）的多层X射线CT系统；其中，APDS可以被调节以对准不同的X射线源位置；多层X射线CT系统包括一个或多个X射线源，一个或多个APDS；多层X射线CT系统也可以包括探测器位置计算装置以计算有效探测器位置，以及探测器位置校正装置以使用计算的有效探测器位置校正投影数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种多层X射线计算机断层扫描(CT)系统。
背景技术
在X射线CT系统中，X射线被用于对受治疗者的局部或对象的内部结构和特性进行成像。所述成像由X射线CT系统实现，利用X射线对内部结构和特性成像形成一组薄层平面切片或者对象的一个区域的3D图像。对于医学应用来说，成像对象包括人体。
X射线CT系统通常包括一提供锥形X射线束的X射线源，以及面对X射线源设置的紧密排列的一组X射线探测器阵列。X射线源和探测器阵列被安状在一环形支架上，使用CT系统成像的病人通常躺在一合适的支撑垫上，被定位在环形支架内，位于X射线源和探测器阵列之间。所述环形支架和支撑垫可以相对运动，使得X射线源和探测器阵列能够沿病人的轴向被定位在所设定的位置。
环形支架包括一可称为定子的固定结构，以及一称为转子的转动结构，所述转子被安装在定子上并可绕轴向转动。在第三代CT系统中，X射线源和探测器阵列被安装在转子上。转子相对于轴向的角度位置是可控的，从而X射线源能够被定位到环绕病人的所需的角度，即视角。
为了对病人的局部进行一个层的成像，X射线源被设置在该层的轴向位置并绕该层转动以便用X射线从一组不同的视角照射该层。在每个视角，探测器阵列中的探测器产生与从X射线源穿越该层的X射线的强度相关的信号。该信号被处理以确定X射线从X射线源经过不同的路径长度穿越成像的层导致的衰减的数值。利用该X射线衰减的数值，确定该层的材料的X射线吸收系数与该层的位置关系。吸收系数被用来生成该层的图像，确定该层的组织的组成和密度。
包括在CT系统的探测器阵列中的X射线探测器通常被分为几个模块，此后称之为CT探测器模块，每一模块包括一组X射线探测器。现代大部分的CT系统设计成同时多产生层成像的多层CT系统。在多层CT系统中的每个CT探测器模块中的X射线探测器被设置成由行和列构成的矩形阵列。在一个CT系统中的任意两个CT探测器模块中的X射线探测器阵列是完全相同的，包括相同行数和相同列数的探测器。模块被相邻连续布置，各行的探测器端部相邻，使得X射线探测器形成一组长的以行平行设置的方式。
多层X射线CT系统通常以其能够同时成像的最多层数命名，例如，8层CT系统即是指能够同时成像最多8个层的系统；16层CT系统能够同时成像至多16个层。
X射线探测器的每一长行设置在以CT系统的X射线源的焦点为圆心的一圆弧上，这些探测器和探测器模块的设计依赖于圆的半径，此后将该半径称为聚焦距离。根据一个CT系统的聚焦距离设计的圆弧上的X射线探测器不能应用于另一个不同聚焦距离的CT系统。
典型的X射线探测器包括一用以校准探测器接收到的X射线束的具有多个反散射板的瞄准器，与瞄准器相邻设置的用以将X射线转换成光能的闪烁体，以及用于从相邻的闪烁体接收光能并产生电信号的光电二极管。瞄准器上的反散射板与闪烁体元件阵列对准排列，并应当具有很小的公差。对多个闪烁体元件阵列和反散射板的对准固定是一个非常耗费时间和人力的过程。
用于处理来自CT探测器模块中的X射线探测器的模拟信号的电子元件通常被设置在远离探测器模块的位置。探测器模块中的每一探测器通过一连接线与该模块的电子处理元件连接，模拟信号经该连接线从探测器传递至处理电路。由于光电二极管产生的电荷非常小，传递这些电荷的连接线非常容易受到干扰，导致重建的CT图像产生伪影；连接线越长，受到的干扰越大。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种用于多层X射线计算机断层扫描系统的可调式光子探测系统。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种用于多层X射线计算机断层扫描(CT)系统的可调式光子探测系统(APDS)，所述X射线计算机断层扫描系统包括至少一个X射线源，可调式光子探测系统包括：用于接收和转换X射线光子的多个X射线探测器模块；用于安装所述X射线探测器模块的一支撑结构，其中，所述探测器模块聚焦在第一位置；以及，安装在所述探测器模块顶部的多个反散射板，所述反散射板对准第二位置，所述第二位置与所述第一位置不相同。
一种用于对物体产生CT图像的多层X射线计算机断层扫描(CT)系统，包括：一可转动的机架；一安装于所述可转动机架的X射线源，用于产生穿透所述物体的X射线束；以及，安装在所述可转动的机架的相对于射线源的另一侧的一可调式光子探测系统(APDS)，用于接收所述X射线束，用于接收所述X射线束，以及用于产生了与所述物体相关的CT数据组。
一种用于产生CT图像的方法，包括：使用一包括APDS的多层X射线CT系统获得一组CT数据；从所述一组CT数据产生投影数据；对所述产生的投影数据进行探测器位置校正以产生探测器位置校正后的投影数据；以及，使用所述探测器位置校正后的投影数据重构CT图像。
一种用于产生CT图像的方法，包括：使用一包括APDS的多层X射线CT系统获得一组CT数据；从所述一组CT数据产生投影数据；计算有效探测器位置；以及，使用所述有效探测器位置和所述产生的投影数据重构CT图像。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过设置反散射板的不同聚焦位置，可以实现把同一款设计的探测器系统应用到具有不同聚焦位置的CT整机系统中，从而降低探测器系统以及CT整机的生产成本。
附图说明
图1是现有技术中多层X射线CT系统的原理示意图。
图2是现有技术中CT探测器阵列系统的原理示意图。
图3是本发明实施例中，用于多层X射线CT系统的可调式光子探测系统被聚焦在与探测器模块焦点不同的X射线源位置的原理示意图。
图4是本发明实施例中包括有一探测器矩阵的探测器模块的原理示意图。
图5是本发明实施例中被设置在探测器模块的顶部并位于两列探测器之间的反散射板的原理示意图。
图6是本发明实施例中探测器模块聚焦在一位置上的示意图。
图7是本发明实施例中一反散射板对准X射线源设置的原理示意图。
图8是本发明实施例中具有反散射板的单个探测器对准不同位置的原理示意图。
图9是本发明实施例中计算探测器相对不同位置的有效扇形角的原理示意图。
图10是本发明实施例中采用具有探测器位置校对算法的APDS产生CT图像的流程示意图。
具体实施方式
附图1所示为一种现有技术的多层X射线CT系统100的示意图。常规的多层X射线CT系统通常包括一X射线源110，其产生一锥形X射线束140。X射线束140穿过设置在病人前的瞄准器，该瞄准器使X射线束仅照射目标区域，遮挡不需要的区域的X射线。病人通常身在扫描系统的扫描视场（FOV）150内，被X射线束140照射。X射线探测系统120接收X射线光子并转换成与X射线光子能量成比例的模拟信号。X射线CT系统100还包括一环形机架160，其包括一转动部分162和一固定部分164。X射线源110，瞄准器130和探测系统120被安装在环形机架160的转动部分162上。转动部分162绕旋转中心170旋转。
X射线源110的焦点S（有时也被指代为X射线源的位置）与旋转中心C之间的距离，此后被表示为RSC；X射线源110的焦点S与探测器系统D之间的距离180，此后被表示为RSD。不同的CT系统可以有不同的RSC，RSD，和/或扫描FOV。
从旋转中心指向X射线源的焦点的方向此后以Y轴表示，与成像平面或旋转平面垂直的方向此后表示为Z轴，在旋转平面内垂直于Y轴的方向此后以X轴表示。
附图2所示为现有技术CT探测阵列系统的原理示意图，类似于附图1的现有技术的CT系统100的探测阵列系统120。典型的探测阵列系统包括安装在一弧型支撑结构210上的多个探测模块220，以及反散射板230。在现有技术的一种CT系统中，弧型支撑结构210的中心位于X射线源位置S210；探测模块220聚焦于X射线源位置S210；并且，反散射板230也对准X射线源位置S210。
附图3所示为本发明一个实施例中用于多层X射线CT系统的可调式光子探测系统（APDS）的原理示意图，系统被调整聚焦于一X射线源位置S1302，而不是安装探测模块320的弧形支撑结构310的中心S301。在一种实施方式中，弧形支撑结构310的中心位于第一位置S301，使所有探测器模块320聚焦于第一位置S301；然而，反散射板320不对准第一位置S301，而是对准第二位置S1302。其中X射线源的位置被设置在第二位置；第一位置和第二位置不相同。
附图4所示为本发明实施例中包括一探测元件矩阵的探测模块320的原理图。根据本发明的一种实施方式，探测模块320由以行和列排列的探测元件321的矩阵构成。列方向沿着Z轴方向，而行方向沿X轴设置。在一种实施方式中，多个探测模块被相互邻接地安装在一支撑结构上，形成一个大的圆柱形2D矩阵。
在本发明的一种实施方式中，探测模块包括一闪烁体阵列，一光电二极管阵列，闪烁体阵列被结合在光电二极管阵列上。X射线光子撞击在闪烁体阵列上，产生可见光光子；可见光光子到达光电二极管阵列，被转换成电子。在一个可选的实施方式中，探测模块也可以采用例如CZT的材料，直接将X射线光子转换成电子。在本发明的一种可选的实施方式中，探测模块也可以包括一模数转换卡（ADC），或者一电子分箱(binning)卡，其通过探测电子的峰值对X光子进行计数。
根据本发明的一个实施例，每一探测元件产生一与接收到的X射线光子的数量或能量一致的输出电信号或者数字信号。从源沿直线路径传输到接收探测单元的X射线光子被称为初级X射线光子；而初级X射线光子与扫描目标相互作用后的X射线光子被称为散射X射线光子，或者散射光子。散射的X射线光子向各个方向发射。因此，每一探测元件既接收初级X射线光子，也接收散射X射线光子。为产生用于诊断或其它目的的优质的CT图像，要求每一探测元件只接收初级X射线光子。反散射板用于减少到达每一探测元件的散射X射线光子。
附图5所示为本发明实施例中的反散射板330的原理示意图，反散射板330被设置在探测模块320之上，位于控制模块320的两列探测元件之间。反散射板采用X射线高吸收材料，例如钨，制成。典型的反散射板非常薄，例如，厚度在100um到200um。反散射板的厚度基于探测模块上的相邻探测元件之间的沟槽尺寸而定，从而使反散射板的设置不会遮挡探测元件的有效区域。反散射板的高度（沿Y轴），例如20mm，与反散射板能够遮挡和吸收的散射X射线光子的数量直接相关。反散射板越高，能够遮挡以避免到达探测元件的有效区域的散射X射线光子就越多。由于反散射板被设置在探测模块之上，位于一探测模块的任意两列相邻的探测元件之间，以及任意两个相邻探测模块之间，沿X轴的散射X射线光子几乎全部被遮挡；然而，沿Z轴的散射X射线光子仍然能够到达探测元件。为同时遮挡X方向和Z方向的散射X射线光子，可以在探测模块上设置2D（二维）反散射板。
附图6所示为本发明实施例中探测模块聚焦于一个位置的示意图。探测模块320的安装方式使得探测模块的X射线接收面323与连接X射线源位置S301与探测模块的中心325的线段322垂直。
附图7所示为本发明实施例中反散射板330对准X射线源S1302的焦点的示意图。每一反散射板330被设置在探测模块320的两列探测元件之间，与Z轴平行；每一反散射板330也对准X射线源位置S1302使得X射线源位置S1302位于由反散射板330延伸构成的2D平面324上。注意所述2D平面324平行于Z轴。
虽然附图3中所示的X射线源位置S1302与弧形支撑结构310的距离要比S301位置远，本领域技术人员可以理解，比S301近的其它位置也可以被选作X射线源位置，APDS可以被调整聚焦于这些X射线源位置。例如，S1302可以比S301近，离S301的距离如附图3所示，在探测器聚焦距离，或者说弧形支撑结构的半径SD的10%之内。
APDS的调节是调整反散射板330的对准（不是反散射板本身），而不改变或调整弧形支撑结构310、探测模块320，或者APDS的其它元件，例如在探测模块和模数据转换（ADC）板之间的连接、控制ADC板的主板、风扇、加热器、壳体、以及APDS的入射窗口。反散射板330的对准的调节具体描述在美国专利申请US13/589,245中，“用于多层X射线CT系统的数据测量和采集系统”，发明人应峥嵘，申请日为2012年8月20日，该申请被包括于此作为参考。APDS使得具有不同X射线源位置的多层X射线CT系统可以调节，降低了多层X射线CT系统的价格。
反散射板330的对准的调节是通过配置弯曲的反散射齿形金属条（未画出）的插槽实现的，弯曲的反散射齿形金属条用于安装并使反散射板330对准不同的X射线源位置，例如附图3中的S1302。弯曲的反散射齿形金属条采用薄的柔性金属条，例如不锈钢，制成。弯曲的反散射齿形金属条安装在弧形支撑结构310上。
在本发明的另一种替代实施方式中，支撑结构可以不是弧形的，例如，中心位于X射线源位置S301的正多边形的一部分，或者其它没有中心的不规则多边形的一部分。其它的变化形式还包括且不限于部分或全部探测模块不聚焦于如图3所示的第一位置S301。
附图8所示为本发明实施例中单个探测元件与反散射板对准不同位置的原理示意图。探测元件420和探测元件430被安装在弧形支撑结构410上。弧形支撑结构410以S401为圆心，探测元件420和430也聚焦于S401。用于探测元件420的反散射板421对准S401，并可以调节至如422所示位置以对准X射线源位置S1402；类似的，用于探测元件430的反散射板431对准S401，并可以调节至432所示位置以对准X射线源位置S1402。注意到，在附图8中，探测元件420和430以及反散射板421、422、431、432的尺寸被以和弧形支撑结构不同的比例放大，以显示弧形支撑结构410、探测元件420和430、以及反散射板421、422、431、432相对于S401和X射线源位置S1402的关系。
在本发明的另一个实施例中，当反散射板仅沿列方向（Z轴）设置时，X射线源位置S1402沿Z轴方向不受约束，换句话说，X射线源位置S1402描述了具有与S1402相同的XY坐标的任何可能位置；类似地，第一位置S401沿Z轴也不受约束。
在本发明的实施例中，探测元件的探测器位置相对于一个位置，例如附图8中所述的S401或S1402的关系，可以用扇形角、锥角、和该位置与探测元件中央位置之间的距离来描述。扇形角是由连接探测元件中心与投射至X-Y平面的该位置的连线和连接该位置与旋转中心的连线所决定的。锥角是由连接探测元件的中心和该位置在Y-Z平面上的投影的线条，与连接该位置和旋转中心的线条所定义的角度。APDS的探测位置指的是APDS的所有探测元件的探测位置相对于探测模块聚焦的位置，被称为第一位置。有效探测位置指的是APDS的所有探测元件的探测位置，与一位置（典型地一X射线源位置）相关且不同于探测模块聚焦的位置，被称为第二位置。
附图9所示为本发明实施例中探测元件对于不同位置的有效扇形角的计算的示意图。在本发明的该典型实施例中，探测模块聚焦所在的第一位置S、反散射板对准的第二位置S1，以及旋转中心C位于同一直线上。探测元件ELER聚焦在X射线源位置S，即，，其中E是ELER的中点。探测器跨距ELER由w表示。距离SE被称为名义聚焦距离（与附图8中的弧形支撑结构410的半径相同），表示为Rsd。CT系统的旋转中心表示为点C。角∠CSE被称为扇形角，表示为γ；类似地，在YZ平面中，可以定义一锥角（未画出），表示为τ。反散射板被对准X射线源位置S1，为简化数学推导，其与C和S位于同一直线上；其它位置可以类似地被计算出来。距离SS1表示为Δ。S1E1平分角∠ELS1ER，而探测元件ELER与X射线源S1的有效扇形角被表示为γ1。有效探测器跨距w1被定位为当探测元件垂直于S1E1且距离Rsd+Δ时探测元件的宽度。以下是计算有效扇形角γ1和有效检测跨距w1的步骤：
1）计算SEL和SER
(1.1)
2）计算角∠ELSE和∠ESER
(1.2)
3）计算S1EL
4）计算S1ER
5）计算角∠ELSE
6）计算角∠ELSE
7）计算有效扇形角γ1
8）计算有效探测元件跨距w1
9）计算ELE1
以下将表明，，即，E1与E是在几乎相同的位置。近似地，有效扇形角的近似值可以采用三角形ΔSS1E的正弦定律计算。
沿每一探测元件的X射线路径的长度也随扇形角γ变化。当X射线的直线路径垂直于探测元件的接收表面时，X射线路径长度等于探测元件深度；当X射线路径不垂直于探测元件接收路径时，路径长度比探测元件厚度长。有效探测器厚度，表示为d1，被定义为探测元件中的X射线路径长度，可以通过探测器的厚度d以如下方式计算。
表1所示为有效扇形角γ1的计算结果，近似的有效扇形角和有效扇形角之间的差，ELE1和ELE的差，有效探测器跨距w1和有效探测器厚度d1相对于不同的γ和Δ。用于计算的例子为，Rsd=1000mm，w=1mm。
表1:γ1,,d1,ELE1相对于γ和Δ的计算结果。
在本发明的一个实施例中，APDS中，有效的锥角可以计算获得，类似于计算有效的扇形角。反散射板对准的相对于X射线源位置的有效探测器位置，包括有效扇形角、有效锥角和源到探测器的距离Rs1d均可以如上计算。
附图10所示是本发明实施例中采用具有探测器位置校正算法的APDS获得CT图像的流程框图。在步骤510，由被成像物体获得一CT图像组。然后在步骤520，从获得的CT图像组中得到投影数据。在步骤530，探测器位置校正算法被应用于产生的投影数据。此后在步骤540通过使用校正后的探测器位置投影数据重构CT图像。
获得的CT图像组表示为C(v,r,c)，式中，c=0,…,C-1；r=0,…,R-1；v=0,…,V-1；其中，c是探测矩阵的列序数（沿X轴），r是探测矩阵的行序数（沿Z轴），而v是旋转机架的角度位置的视图序数。对于APDS，探测器的行数R，例如，可以是16、32、64、128、256、320，或者其它数值。通常有两种类型的数据采集方法：一种是步进扫描，另一种是螺旋扫描。在步进扫描中，当CT机架旋转X射线打开时，病人床垫不移动。在螺旋扫描中，当CT机架旋转X射线打开时，病人床垫移动。
在获得病人数据集C(v,r,c)之前，一组空气数据集被采样和存储，以满足对X射线误差进行计算的数学需求，空气数据集表示为A(v,r,c)。在步骤520，投影数据，表示为P(v,r,c)，可以如下计算：
在生成投影数据的过程中或者生成之前，可以应用其它算法以校正系统硬件或者物理学原因引用的其它误差，例如，偏差校正、锥束硬化校正、探测器输入响应一致性校正、以及其它误差校正。当APDS被调整至聚焦于X射线源位置而不是探测模块聚焦的位置时，探测元件与探测元件之间的有效探测跨距和有效探测厚度不同。有效探测跨距和有效探测厚度的不同可能导致探测元件具有不同的输入影响和灵敏度。然而，可以应用校准和校正算法以修正探测器输入响应的一致性以克服这类差异；这类校准和校正算法的一个例子被描述在美国专利4,352,020，“检测物体的方法和装置”，由Horiba等人发明，1982年9月28日授权。
在本发明的实施例中，当APDS被调整至聚焦于X射线源位置而不是探测模块聚焦的位置时，相对于X射线源位置的有效探测器位置可以在探测器位置佼正步骤进行计算，如附图10的步骤530所示，以将不均匀分布的投影数据插入均匀分布的投影数据，用于图像重建。
对于APDS以(r,c)索引的每个探测元件，其相对于探测模块聚焦位置的扇形角表示为γ(r,c)。在本发明的一个实施例中，同一列的探测元件具有相同的扇形角，因此γ(r,c)=γ(c)。在本发明的另一个实施例中，扇形角γ(c)均匀分布，可以表示为γ(c)=(c-c0)δ，其中，δ是扇形角的增量，c0是中央探测列位置。
给定相对点S的扇形角γ(c)，相对于源S1的有效扇形角γ1(c)，探测器距离Rs1d=Rsd+Δ（注意X射线源位置S1不同于探测器模块聚焦的位置S，该两个位置间的距离是前述的Δ），即能根据公式(1.7)计算，或者使用公式(1.10)得到，γ1(c)=(c)。投影数据P(v,r,c)可以用有效扇形角的函数表示为P(v,r,γ1(c))。在本发明的一个实施例中，相对于Rs1d的有效扇形角γ1被重新取样成等间距的网格，具有形式γ1(c1)=(c1-c10)δ1，式中，c1是重新取样的探测器列系数，c10是重取样的探测器列的中间探测列位置，δ1是有效扇形角增量。插值法，例如，线性插值法、四阶拉格朗日插值法、样条插值法，可以用于根据沿探测器的行方向的不均匀分布的投影数据P(v,r,γ1(c))计算得到均匀分布的投影数据P(v,r,γ1(c1))。
在本发明的一个实施例中，在锥角方向的投影数据的插值也可以类似地计算，以获得沿探测器列方向的均匀分布的数据。不均匀分布的投影数据P(v,τ1(r),c)可以被插值成均匀分布的投影数据P(v,τ1(r1),c)，其中τ1是有效锥角，r1是重取样的探测器行序数。
在本发明的另一个实施例中，探测器到源的距离也可以随探测元件的不同而不同，例如，对于每个行序数r列序数c的探测元件，Rs1d(r,c)可以有不同的值。
在本发明的一个实施例中，在插值后，可以使用图像重建算法来生成CT图像，图像重建算法可以是例如，滤波反投影算法，公开于《计算机断层图像》第3.4.1章（77-86页），作者Kak和Slaney，IEEE出版社，1989年1月版；“用于锥形螺旋CT的高级单层重组方法”Med.Phys.,vol.27,pp.754–772,2000，作者M.Kachelriess,S.Schaller,和W.Kalende。
在本发明的一个可选实施例中，当相对于源和探测器距离Rs1d的计算获得的有效扇形角γ1(c)和有效锥角τ1(r)以及投射数据P(v,τ1(r),γ1(c))被直接作为输入用于图像重建算法时，插值步骤可以省略。
本发明的一个实施例，一种用于多层X射线计算机断层扫描（CT）系统的可调式光子探测系统（APDS），其中所述X射线CT系统包括至少一个X射线源，可调式光子探测系统包括：用于接收和转换X射线光子的多个X射线探测器模块；用于安装所述X射线探测器模块的一支撑结构，其中，所述探测器模块聚焦在第一位置；以及，安装在所述探测器模块顶部的多个反散射板，所述反散射板对准第二位置，所述第二位置与所述第一位置不相同。
本发明的一个实施例，一种用于对物体产生CT图像的多层X射线计算机断层扫描系统，包括：一可转动的机架；一安装于所述可转动机架的X射线源，用于产生穿透所述物体的X射线束；以及安装在所述可转动的机架的相对于射线源的另一侧的一可调式光子探测系统（APDS），用于接收所述X射线束，用于接收所述X射线束，以及用于产生了与所述物体相关的CT数据。
本发明的一个实施例，用于产生CT图像的方法，包括：使用一包括APDS的多层X射线CT系统获得一组CT数据；从所述一组CT数据产生投影数据；对所述产生的投影数据进行探测器位置校正以产生探测器位置校正后的投影数据；以及，使用所述探测器位置校正后的投影数据重构CT图像。
本发明的一个实施例，用于产生CT图像的方法，包括：使用一包括APDS的多层X射线CT系统获得一组CT数据；从所述一组CT数据产生投影数据；计算有效探测器位置；以及，使用所述有效探测器位置和所述产生的投影数据重构CT图像。
上述实施例用于对本发明进行具体的说明和描述，本领域技术人员可以在不违背本发明精神和范围的基础上对本发明的形式和细节进行改动，但仍然属于本发明权利要求请求保护的范围。
Claims (14)
1.一种用于多层X射线计算机断层扫描系统的可调式光子探测系统，所述X射线计算机断层扫描系统包括至少一个X射线源，其特征在于，可调式光子探测系统包括：
A.用于接收和转换X射线光子的多个X射线探测器模块；
B.用于安装所述X射线探测器模块的一支撑结构，其中，所有所述探测器模块聚焦在第一位置；以及，
C.安装在所述探测器模块顶部的多个反散射板，所有所述反散射板对准第二位置，所述第二位置与所述第一位置不相同；所述X射线源的焦点被设置在所述第二位置；
反散射板的对准的调节通过配置弯曲的反散射齿形金属条的插槽实现，弯曲的反散射齿形金属条用于安装并使反散射板对准不同的X射线源位置，弯曲的反散射齿形金属条安装在支撑结构上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述支撑结构是以所述第一位置为圆心的弧形支撑结构。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述支撑结构是正多边形结构的一部分，其中心位于所述第一位置。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第二位置和所述第一位置的距离不大于探测器到第一位置的聚焦距离的10%。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述多层X射线计算机断层扫描系统的旋转中心、所述第一位置和所述第二位置在同一直线上。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每一所述探测器模块包括：
A.用于将X射线光子转换为可见光子的闪烁器阵列；以及，
B.用于将可见光子转换成电子的光电二极管阵列；其中所述闪烁器阵列固定在光电二极管阵列上。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每一所述探测器模块包括：
A．用于接收X射线光子和将X射线光子直接转换成电子的一X射线直接转换阵列；以及，
B.通过所述转换后的电子对接收的X光子进行计数的电子模块。
8.一种用于对物体产生CT图像的多层X射线计算机断层扫描系统，其特征在于，包括：
A.一可转动的机架；
B.一安装于所述可转动机架的X射线源，用于产生穿透所述物体的X射线束；以及
C.安装在所述可转动的机架的相对于射线源的另一侧的一权利要求1所述的可调式光子探测系统，用于接收所述X射线束，用于接收所述X射线束，以及用于产生了与所述物体相关的CT数据组。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
A.设有一投影发生装置用于从所述CT数据组生成投影数据；
B.设有一校正装置用于对生成的所述投影数据进行探测器位置校正，以生成探测器位置校正后的投影数据；以及
C.设有一图像重构装置用于使用所述探测器位置校正后的投影数据重构CT图像。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述校正装置被设置以包括计算所述可调式光子探测系统的有效探测器位置。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述校正装置被设置以包括计算所述可调式光子探测系统的有效扇形角。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述校正装置被设置以包括计算所述可调式光子探测系统的近似有效扇形角。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述校正装置被设置以通过对从所述投影发生装置获得的投影数据进行插值生成所述探测器位置校正的投影数据。
14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
A.设有一投影发生装置用于从所述CT数据组生成投影数据；
B.设有一探测器位置计算装置用于计算相对于所述X射线源的焦点位置的有效探测器位置；以及
C.设有一图像重构装置用于使用所述投影数据和所述有效探测器位置重构CT图像。
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|---|---|---|---|---|
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| US11763499B2 (en) | 2021-09-01 | 2023-09-19 | Mazor Robotics Ltd. | Systems, methods, and devices for generating a corrected image |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001349952A (ja) * | 2000-06-12 | 2001-12-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 散乱線除去グリッド |
| CN1849672A (zh) * | 2003-09-12 | 2006-10-18 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于准直电磁辐射的装置 |
| WO2012053368A1 (ja) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | 富士フイルム株式会社 | 放射線画像撮影用グリッド及びその製造方法、並びに放射線画像撮影システム |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5594241A (en) | 1979-01-11 | 1980-07-17 | Hitachi Medical Corp | Xxray transverse layer device |
| US6081576A (en) | 1998-08-25 | 2000-06-27 | General Electric Company | Scalable data acquisition system |
| US6198791B1 (en) | 1998-08-25 | 2001-03-06 | General Electric Company | Scalable multislice imaging system |
| US6235993B1 (en) | 1998-08-25 | 2001-05-22 | General Electric Company | Cable for computed tomography system |
| US6522715B2 (en) | 2000-12-29 | 2003-02-18 | Ge Medical Systems Global Technology Company Llc | High density flex interconnect for CT detectors |
| EP1446682B1 (en) | 2001-11-20 | 2010-07-14 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Ct detector-module having radiation shielding for the processing circuitry |
| US6778637B2 (en) | 2002-09-20 | 2004-08-17 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Method and apparatus for alignment of anti-scatter grids for computed tomography detector arrays |
| US7177387B2 (en) | 2003-11-29 | 2007-02-13 | General Electric Company | Self-aligning scintillator-collimator assembly |
| DE602006011805D1 (de) * | 2005-04-15 | 2010-03-11 | Toshiba Kk | Kollimator für eine Röntgen CT Vorrichtung und Röntgen CT Vorrichtung |
| US7582879B2 (en) | 2006-03-27 | 2009-09-01 | Analogic Corporation | Modular x-ray measurement system |
| US7606346B2 (en) | 2007-01-04 | 2009-10-20 | General Electric Company | CT detector module construction |
| US8262288B2 (en) * | 2010-01-21 | 2012-09-11 | Analogic Corporation | Focal spot position determiner |
| US8699659B2 (en) * | 2011-06-23 | 2014-04-15 | General Electric Company | Systems and methods for focal spot motion correction |
| US8891727B2 (en) * | 2012-02-24 | 2014-11-18 | General Electric Company | Radiation imaging apparatus, radiation detecting apparatus and radiation focal-point movement detecting method |
| US9222904B2 (en) * | 2012-08-13 | 2015-12-29 | Harold Harrison | Method and apparatus for detecting track failure |
| US9078569B2 (en) * | 2012-08-20 | 2015-07-14 | Zhengrong Ying | Configurable data measurement and acquisition systems for multi-slice X-ray computed tomography systems |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001349952A (ja) * | 2000-06-12 | 2001-12-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 散乱線除去グリッド |
| CN1849672A (zh) * | 2003-09-12 | 2006-10-18 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于准直电磁辐射的装置 |
| WO2012053368A1 (ja) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | 富士フイルム株式会社 | 放射線画像撮影用グリッド及びその製造方法、並びに放射線画像撮影システム |
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Denomination of invention: Tunable photon detection system for multilayer X-ray computed tomography Effective date of registration: 20201207 Granted publication date: 20160615 Pledgee: Suzhou ronghua Leasing Co.,Ltd. Pledgor: Suzhou Boying Medical Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2020320010221 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
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Assignee: Suzhou ronghua Leasing Co.,Ltd. Assignor: Suzhou Boying Medical Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2020320010030 Date of cancellation: 20240105 |
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Granted publication date: 20160615 Pledgee: Suzhou ronghua Leasing Co.,Ltd. Pledgor: Suzhou Boying Medical Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2020320010221 |