CN104090291A - 准直器阵列、工业ct设备线性探测器串扰校正装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括探测器模块和准直器阵列的工业CT设备串扰校正装置，所述准直器阵列包括n个沿轴向紧密排列的准直器片，每m个准直器片组成一个准直器阵列单元，其中m大于等于3，n为m的整数倍，每个准直器阵列单元的第一块准直器片上设置有两个射线导向槽，其余准直器片上设置有一个射线导向槽；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上侧的射线导向槽形成用于串扰系数测定的第二准直孔阵列区，其余射线导向槽形成第一准直孔阵列区。本发明提供的串扰校正装置，增加了串扰系数测定准直孔阵列区，该阵列区与探测器模块间可做相对运动，通过使用该准直孔阵列区进行数据采集，可计算出每个探测通道间信号串扰系数，提高图像质量。

Description

准直器阵列、工业CT设备线性探测器串扰校正装置及方法

技术领域

本发明涉及工业CT成像领域，具体涉及一种用于工业CT设备线性探测器的准直器阵列，同时涉及一种工业CT设备线性探测阵列串扰校正装置以及校正方法。

背景技术

X射线通过被测物体后，会产生透射线和散射线，CT设备是对穿透被测物体的透射线进行数据采集，通过透射线能量与入射线能量之间的关系实现图像重构。散射线对图像重构是有害的，需要消除掉。

工业CT设备线性探测器阵列由多个探测器模块组成，探测器模块各个通道闪烁体间通常使用反光层等方法进行可见光隔离，但是由于反光层存在透光，信号串扰不能避免。各通道闪烁体间的信号串扰对图像重构有很大影响，需要消除掉。

隔离探测通道间的散射线串扰主要通过设置准直器阵列来实现，准直器片间设置的射线导向槽宽度远小于探测器模块像元宽度，在准直器片达到一定深度(沿射线方向)的情况下，能够达到很好的隔离散射线的效果，同时提高设备分辨率。如：“用于消除串扰的线段形模块CT探测器和方法”(CN103135121A)。

可见光信号的串扰校正除使用反光层等物理方法外，在软件处理时会设置一个串扰系数，由于不方便实际测定，各通道间串扰系数通常设置成一个相同的值，与实际情况存在差异。本发明能够准确地测定每个通道间的串扰系数，提高图像质量。

发明内容

鉴于此，本发明的目的之一是提供一种工业CT设备线性探测器用的准直器阵列，该装置在设备实际使用时，利用信号串扰系数和实测数据，计算出无信号串扰的真实数据，从而提高图像质量。本发明的目的之二是提供种工业CT设备线性探测器阵列串扰校正装置，同时提供一种串扰校正方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的，一种用于工业CT设备线性探测器的准直器阵列，包括n个沿轴向紧密排列的准直器片，每m个准直器片组成一个准直器阵列单元3，其中m大于等于3，n为m的整数倍；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上设置有两个射线导向槽，其余准直器片上设置有一个射线导向槽；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上侧的射线导向槽形成用于串扰系数测定的第二准直孔阵列区8，其余射线导向槽形成第一准直孔阵列区7。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的，一种工业CT设备线性探测器阵列串扰校正装置，包括若干个探测器模块5和若干个准直器阵列单元3形成的准直器阵列2，每个探测器模块对应若干个准直器阵列单元，其特征在于：所述准直器阵列包括n个沿轴向紧密排列的准直器片，每m个准直器片组成一个准直器阵列单元，其中m大于等于3，n为m的整数倍；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上设置有两个射线导向槽，其余准直器片上设置有一个射线导向槽；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上侧的射线导向槽形成用于串扰系数测定的第二准直孔阵列区8，其余射线导向槽形成第一准直孔阵列区7。

进一步，所述准直器阵列与探测器模块间可做相对运动。

进一步，所述第二准直孔阵列区位于第一准直孔阵列区的上侧。

进一步，位于各准直孔阵列内的射线导向槽设置在各准直器片的同一位置。

进一步，所述射线导向槽的宽度为0.1mm-0.6mm，射线导向槽的高度为0.5mm-4mm。

本发明的目的之三是通过以下技术方案来实现的，一种工业CT设备线性探测器阵列串扰校正方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将第二准直孔阵列区射线导向槽对准探测器模块相应通道，在一定射线能量和功率条件下，对通过第二准直孔阵列区信号进行采集得到具有n个探测通道信号的信号组E⁽¹⁾，通过E⁽¹⁾计算此时具有射线导向槽的探测通道i对相邻探测通道j的信号串扰系数：

A_i,j＝E⁽¹⁾(j)/E⁽¹⁾(i)；(i＝1,m+1,2m+1…n-m+1；j＝2,m,m+2,2m,2m+2…n-m,n-m+2)

E⁽¹⁾(j)为第j通道中的信号，E⁽¹⁾(i)为第i通道中的信号；

步骤2、调节准直器阵列与探测器模块的位置，将第二准直孔阵列区射线导向槽与探测器模块相对偏移1个通道，使第二准直孔阵列区的第一射线导向槽对准探测器模块第二通道，在相同射线能量和功率条件下，对通过第二准直孔阵列区信号进行采集得到信号组E⁽²⁾，通过E⁽²⁾计算此时具有射线导向槽的探测通道i对相邻探测通道j的信号串扰系数：

A_i,j＝E⁽²⁾(j)/E⁽²⁾(i)；(i＝2,m+2,2m+2…n-m+2；j＝1,3,m+1,m+3…n-m+1,n-m+3)

E⁽²⁾(j)为第j通道中的信号，E⁽²⁾(i)为第i通道中的信号；

步骤3、重复步骤2，直至第二准直孔阵列区第一射线导向槽对准探测器模块第m通道，在相同射线能量和功率条件下，对通过第二准直孔阵列区信号进行采集得到信号组E^(m)，通过E^(m)计算此时具有射线导向槽的探测通道i对相邻探测通道j的信号串扰系数：

A_i,j＝E^(m)(j)/E^(m)(i)；(i＝m,2m,3m…n；j＝m-1,m+1,2m-1,2m+1…n-m-1,n-m+1,n-1)

E^(m)(j)为第j通道中的信号，E^(m)(i)为第i通道中的信号；

步骤4、仅考虑相邻探测通道间的信号串扰，将信号串扰系数组合得到串扰系数矩阵I：

调节第一准直孔阵列区射线导向槽对准探测器模块相应通道，设备处于正常工作状态，在相同能量和功率条件下采集得到信号组E，用U表示去串扰的信号组，E、U为一维列向量，则E、U和I之间的关系可表示为：

E＝IU；

该矩阵方程中E、I为已知量，通过解该矩阵方程，可计算出去串扰的信号组U，实现数据串扰校正。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明提供的一种基于准直器阵列的串扰校正装置，在原有准直器阵列的基础上增加了串扰系数测定用准直孔阵列区，使用该准直孔阵列进行多次标定，可计算出通道间信号串扰系数。在设备实际使用时，利用这些信号串扰系数和实测数据，可计算出无信号串扰的真实数据，从而提高图像质量。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为工业CT设备简要结构图；

图2为射线准直效果图；

图3为串扰校正装置结构图；

图4为探测通道闪烁体间信号串扰图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

在低能X射线工业CT设备中，闪烁体耦合光电二极管型的多通道线性探测器阵列应用非常普遍。每个该类型探测器模块可同时完成多个通道信号探测，如DT公司生产的X-CARD0.2-256型探测器，探测通道宽度为0.2mm，单个模块可同时完成256通道信号探测，但是该类型探测器由于间隔太小，不易于使用准直器阵列进行射线导向。

本发明针对探测通道宽度在0.8mm以上，可应用准直器阵列进行射线导向的工业CT设备。图1为该类型的工业CT设备简要结构，若干探测器模块组成线性探测器阵列1和准直器阵列2成圆弧状排列，圆弧中心与射线源4焦点重合。

图2为射线经准直器阵列导向后入射到探测器的效果图，准直器阵列由多片准直器片组成，准直器片边缘上加工有射线导向槽，每两片准直器片重叠形成一个射线导向槽，透过被测物体的射线6通过准直器阵列2导向后入射到探测器模块5的相应通道上，为满足圆弧状排列的需求，准直器片的射线入射端的厚度小于射线出射端的厚度。

图2仅表达了由3个探测器模块组成的探测器阵列情况，使用多个探测器模块组成的探测器阵列结构与此类似。探测器模块的探测通道通常成直线型排列，在将探测器模块排列成圆弧状探测器阵列时，要求过模块探测表面中心的法线延长线通过射线源焦点。

工业CT设备探测器阵列由多个探测器模块组成，探测器模块各个通道闪烁体间通过反光层等方式隔离，由于制作工艺差异，各通道反光层的透光系数都不相同，同一反光层的两面透光系数也不相同。图4为探测通道为n的探测器模块闪烁体间信号串扰的示意图。由图4可以看出，探测器模块第1通道仅受相邻的第2通道信号串扰，串扰系数A_2,1(该值为由第2通道串扰到第1通道的信号与第2通道真实信号的比值)，第n通道仅受相邻的第n-1通道的影响；而处于中间位置的通道信号则受与他相邻的两个通道信号的影响，如第2通道受第1和第3通道的信号串扰，串扰系数分辨为A_1,2和A_3,2。

要得到各通道的信号真实值，必须先标定各通道间的串扰系数，本发明提供如下所述串扰校正装置用来标定串扰系统，如图3所示，

一种工业CT设备线性探测器阵列串扰校正装置，包括若干个探测器模块5和若干个准直器阵列单元3形成的准直器阵列2，每个探测器模块对应若干个准直器阵列单元，其特征在于：所述准直器阵列包括n个沿轴向紧密排列的准直器片，每m个准直器片组成一个准直器阵列单元，其中m大于等于3，n为m的整数倍；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上设置有两个射线导向槽，其余准直器片上设置有一个射线导向槽；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上侧的射线导向槽形成用于串扰系数测定的第二准直孔阵列区8，其余射线导向槽形成第一准直孔阵列区7。

本实施例中导向槽的分布也以看作是按2行n列的阵列规律分布，所述阵列为 ${\left\{\begin{array}{ccccccc}1& 0& ...& 0& 1& 0& ...\\ 1& 1& ...& 1& 1& 1& ...\end{array}\right\}}_{2\×n},$ 1表示该准直器间设置有射线导向槽，0表示该准直器间没有设置射线导向槽，第一行表示第二准直孔阵列区8，第二行表示第一准直孔阵列区7。准直器片的作用有两个：一是隔离通道间的射线串扰，二是减小有效像素尺寸以提高系统分辨率。综合考虑这两个方面的作用，准直孔的宽度(沿X方向)一般在0.1mm-0.6mm之间选取，准直孔的高度(沿Z方向)一般在0.5mm-4mm之间选取。对于有特殊要求的设备，准直孔的高度和宽度的选取范围可适当扩大。所述第二准直孔阵列区位于第一准直孔阵列区的上侧；位于各准直孔阵列区内的射线导向槽设置在各准直器片的同一位置。在本实施例中，第一准直孔阵列区为常规阵列，在实际工作时使用，第二准直孔阵列区在串扰系数测定时使用。

基于上述串扰校正装置，其串扰校正方法具体操作步骤如下：

步骤1、将第二准直孔阵列区射线导向槽对准探测器模块相应通道，在一定射线能量和功率条件下，对通过第二准直孔阵列区信号进行采集得到具有n个探测通道信号的信号组E⁽¹⁾，通过E⁽¹⁾计算此时具有射线导向槽的探测通道i对相邻探测通道j的信号串扰系数：

A_i,j＝E⁽¹⁾(j)/E⁽¹⁾(i)；(i＝1,m+1,2m+1…n-m+1；j＝2,m,m+2,2m,2m+2…n-m,n-m+2)

E⁽¹⁾(j)为第j通道中的信号，E⁽¹⁾(i)为第i通道中的信号；

步骤2、调节准直器阵列与探测器模块的位置，将第二准直孔阵列区射线导向槽与探测器模块相对偏移1个通道，使第二准直孔阵列区的第一射线导向槽对准探测器模块第二通道，在相同射线能量和功率条件下，对通过第二准直孔阵列区信号进行采集得到信号组E⁽²⁾，通过E⁽²⁾计算此时具有射线导向槽的探测通道i对相邻探测通道j的信号串扰系数：

A_i,j＝E⁽²⁾(j)/E⁽²⁾(i)；(i＝2,m+2,2m+2…n-m+2；j＝1,3,m+1,m+3…n-m+1,n-m+3)

E⁽²⁾(j)为第j通道中的信号，E⁽²⁾(i)为第i通道中的信号；

步骤3、重复步骤2，直至第二准直孔阵列区第一射线导向槽对准探测器模块第m通道，在相同射线能量和功率条件下，对通过第二准直孔阵列区信号进行采集得到信号组E^(m)，通过E^(m)计算此时具有射线导向槽的探测通道i对相邻探测通道j的信号串扰系数：

A_i,j＝E^(m)(j)/E^(m)(i)；(i＝m,2m,3m…n；j＝m-1,m+1,2m-1,2m+1…n-m-1,n-m+1,n-1)

E^(m)(j)为第j通道中的信号，E^(m)(i)为第i通道中的信号；

步骤4、仅考虑相邻探测通道间的信号串扰，将信号串扰系数组合得到串扰系数矩阵I：

调节第一准直孔阵列区射线导向槽对准探测器模块相应通道，设备处于正常工作状态，在相同能量和功率条件下采集得到信号组E，用U表示去串扰的信号组，E、U为一维列向量，则E、U和I之间的关系可表示为：

E＝IU；

该矩阵方程中E、I为已知量，通过解该矩阵方程，可计算出去串扰的信号组U，实现数据串扰校正。

本发明利用工业CT设备自带的准直器阵列加工成串扰校正装置，可随时标定串扰系数，使用方便。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种准直器阵列，其特征在于：包括n个沿轴向紧密排列的准直器片，每m个准直器片组成一个准直器阵列单元(3)，其中m大于等于3，n为m的整数倍；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上设置有两个射线导向槽，其余准直器片上设置有一个射线导向槽；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上侧的射线导向槽形成用于串扰系数测定的第二准直孔阵列区(8)，其余射线导向槽形成第一准直孔阵列区(7)。

2.一种CT设备线性探测器串扰校正装置，包括若干个探测器模块(5)和若干个准直器阵列单元(3)形成的准直器阵列(2)，每个探测器模块对应若干个准直器阵列单元，其特征在于：所述准直器阵列包括n个沿轴向紧密排列的准直器片，每m个准直器片组成一个准直器阵列单元，其中m大于等于3，n为m的整数倍；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上设置有两个射线导向槽，其余准直器片上设置有一个射线导向槽；每个准直器阵列单元的第一块准直器片上侧的射线导向槽形成用于串扰系数测定的第二准直孔阵列区(8)，其余射线导向槽形成第一准直孔阵列区(7)。

3.根据权利要求2所述的CT设备线性探测器串扰校正装置，其特征在于：所述准直器阵列与探测器模块间可做相对运动。

4.根据权利要求2所述的CT设备线性探测器串扰校正装置，其特征在于：所述第二准直孔阵列区位于第一准直孔阵列区的上侧。

5.根据权利要求2所述的CT设备线性探测器串扰校正装置，其特征在于：位于各准直孔阵列内的射线导向槽设置在各准直器片的同一位置。

6.根据权利要求2所述的CT设备线性探测器串扰校正装置，其特征在于：所述射线导向槽的宽度为0.1mm-0.6mm，射线导向槽的高度为0.5mm-4mm。

7.使用权利要求2-6任意一项权利要求所述的装置进行串扰校正方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1、将第二准直孔阵列区射线导向槽对准探测器模块相应通道，在一定射线能量和功率条件下，对通过第二准直孔阵列区信号进行采集得到具有n个探测通道信号的信号组E⁽¹⁾，通过E⁽¹⁾计算此时具有射线导向槽的探测通道i对相邻探测通道j的信号串扰系数：

A_i,j＝E⁽¹⁾(j)/E⁽¹⁾(i)；i＝1，m+1，2m+1…n-m+1；i＝2，m，m+2，2m，2m+2…n-m，n-m+2，

E⁽¹⁾(j)为第j通道中的信号，E⁽¹⁾(i)为第i通道中的信号；

步骤2、调节准直器阵列与探测器模块的位置，将第二准直孔阵列区射线导向槽与探测器模块相对偏移1个通道，使第二准直孔阵列区的第一射线导向槽对准探测器模块第二通道，在相同射线能量和功率条件下，对通过第二准直孔阵列区信号进行采集得到信号组E⁽²⁾，通过E⁽²⁾计算此时具有射线导向槽的探测通道i对相邻探测通道j的信号串扰系数：

A_i,j＝E⁽²⁾(j)/E⁽²⁾(i)；i＝2，m+2，2m+2…n-m+2；j＝1，3，n+1，m+3…n-m+1，n-m+3

E⁽²⁾(j)为第j通道中的信号，E⁽²⁾(i)为第i通道中的信号；

步骤3、重复步骤2，直至第二准直孔阵列区第一射线导向槽对准探测器模块第m通道，在相同射线能量和功率条件下，对通过第二准直孔阵列区信号进行采集得到信号组E^(m)，通过E^(m)计算此时具有射线导向槽的探测通道i对相邻探测通道j的信号串扰系数：

A_i,j＝E^(m)(j)/E^(m)(i)；i＝m，2m，3m…n；j＝m-1，m+1，2m-1，2m+1…n-m-1，n-m+1，n-1

E^(m)(j)为第j通道中的信号，E^(m)(i)为第i通道中的信号；

步骤4、仅考虑相邻探测通道间的信号串扰，将信号串扰系数组合得到串扰系数矩阵I：

调节第一准直孔阵列区射线导向槽对准探测器模块相应通道，设备处于正常工作状态，在相同能量和功率条件下采集得到信号组E，用U表示去串扰的信号组，E、U为一维列向量，则E、U和I之间的关系可表示为：

E＝IU；

该矩阵方程中E、I为已知量，通过解该矩阵方程，可计算出去串扰的信号组U，实现数据串扰校正。