CN110123353A - 一种探测器模块的对齐方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及CT成像技术领域，尤其涉及一种探测器模块的对齐方法，依次包括校准阶段和测量阶段，根据校准阶段和测量阶段得到的拟合关系式计算出限束器和探测器模块之间的相对偏差值，从而得到探测器模块所需的调整量，最后通过调整工装对探测器模块进行调整；本发明的优点在于：通过理论计算结合实际测量数据来确定探测器模块的不确定程度，精度较高，探测器机械加工难度降低；同时，通过螺旋测微头带动探测器模块导向块移动，从而控制探测器模块进行微型移动，具有结构简单，调节方便，调节精度较高的特点；降低了生产成本，提高了探测器机械制造的成品率。
Description
技术领域
本发明涉及CT成像技术领域，尤其涉及一种探测器模块的对齐方法。
背景技术
第三代CT系统的组成部分如图1所示，主要包括Tube(球管)，Collimator(限束器)，Detector(探测器)，探测器安装于探测器支架上。球管发出X光，经过限束器限制形成一个锥形的光束，锥形光束照射到探测器上，经过探测器转化为电信号并经过数据采集和转换单元转换为数字信息后存储在图像处理系统中，图像处理系统经过一系列的校正算法和图像重建算法生成图像显示在显示器上。从成本和技术成熟程度来说，主流探测器都采用了由很多个探测器模块排列在一个弧形或者多边形的面上来形成整个探测器，每个探测器模块由若干个探测器单元规则排列形成的矩阵构成。每个探测器模块中的像素矩阵在加工过程中有非常高的精度保证了模块内部像素的互相对齐，而探测器模块和模块之间的对齐同样需要有高精度的对齐方式，此位置精度至关重要，探测器模块在三维方向的不对齐会导致CT图像存在模糊、条纹状及带状、混叠等多种伪影。
现有的探测器模块可以采用高精度的机械设计来保证三维方向的对齐，或者也可以使用软件算法在重建过程中对机械设计的不完美程度进行修正。由于相邻探测器模块之间的偏差值很小，采用机械设计保证的办法一般来说加工困难程度较大，要达到较高的精度成本也很高；而使用软件算法矫正对一些类似混叠现象的条纹状伪影以及高低密度的边界矫正并不理想，或者在矫正过程中会造成一些图像空间分辨率的降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种探测器模块的对齐方法，可以精确测量探测器的不对齐程度，并进行校正。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种探测器模块的对齐方法，依次包括校准阶段、测量阶段和调整阶段，所述校准阶段包括以下步骤：
S1.根据限束器的开缝形状，采用理论方法模拟限束器和探测器模块之间的对齐距离，计算出探测器各排模块的信号分布；
S2.根据步骤S1的信号分布拟合出一个信号分布关系式：其中，I(z)为第Z排探测器模块收到的信号，Cn为多项式系数，N表示探测器模块总的排数；
S3.重复计算探测器模块与限束器之间的相对偏差，并以限束器和探测器模块之间的相对偏差为自变量，以步骤S2中信号分布的多项式系数作为因变量进行拟合，得到的拟合关系式为：其中，Dn为步骤S1中进行理论方法模拟时得到的系数，δ为探测器模块和限束器之间的相对偏差距离；
所述测量阶段包括以下步骤：
T1.采用机械对齐方式对齐限束器和X射线球管的焦点；
T2.进行曝光，采集探测器各排模块的信号分布，并对每个探测器单元的信号进行偏置校正和增益校正，将校正后的信号采用S2中的公式进行拟合，得到多项式系数Cn；
T3.通过步骤T2中得到的多项式系数Cn以及在步骤S3中得到的拟合关系式即可得到限束器和探测器模块之间的相对偏差δ；
所述调整阶段包括以下步骤：包括调节工装，将调节工装安装至探测器支架上，通过步骤T3中的相对偏差δ即可计算出相邻探测器模块之间的偏差值，该偏差值即为调节工装对探测器模块进行调整的调整量；根据调整量，对探测器模块间的相对位置进行调整。
进一步的，所述步骤S1中的理论模拟方法为：采用计算机模拟，以高斯函数模拟X射线焦点的光强分布，并在焦点范围内获取多个采样点；探测器的每个像素划分为多个子像素，子像素与采样点一一对应，将每个采样点与每个子像素连接形成一条光线；计算每个探测器单元内所有子像素收到的信号之和即可得到探测器各排模块的信号分布。
进一步的，所述计算采用纯几何方法或者蒙特卡洛模拟方法。
进一步的，所述调节工装包括底座和螺旋测微头，底座上开设有安装孔一、安装孔二及导槽，所述安装孔一用于与探测器支架连接，所述导槽内设有探测器模块导向块，探测器模块导向块上开设有与安装孔二同轴心线的安装孔三，安装孔三的两侧均插有T型轴套，所述螺旋测微头的螺杆穿过安装孔二后与两个T型轴套固定连接。
进一步的，所述探测器模块导向块与底座的相对面上开设有安装孔四，探测器模块导向块远离底座的侧面上开设有口径小于安装孔四的安装孔五，安装孔四和安装孔五同轴心线且相互贯通；所述底座上开设有口径大于安装孔五且与安装孔五同轴心线的安装孔六，安装孔五内设有连接螺栓，所述连接螺栓的栓帽直径小于安装孔六和安装孔四的口径，连接螺栓的栓帽直径大于安装孔五的口径。
进一步的，所述底座靠螺旋测微头一侧的侧面上固定有螺旋测微头固定块，螺旋测微头固定块上开设有与安装孔二同轴心线的安装孔七，所述螺旋测微头的外壳与安装孔七卡接。
进一步的，所述底座的顶面上开设有与安装孔二连通的螺孔，螺孔内设有用于抵接螺旋测微头的螺杆的紧固螺栓。
本发明的优点在于：通过理论计算结合实际测量数据来确定探测器模块的不确定程度，精度较高，探测器机械加工难度降低；同时，通过螺旋测微头带动探测器模块导向块移动，从而控制探测器模块进行微型移动，具有结构简单，调节方便，调节精度较高的特点；降低了生产成本，提高了探测器机械制造的成品率。
附图说明
图1为背景技术中CT系统构造示意图；
图2为实施例中限束器开缝形状示意图；
图3为实施例中限束器开缝形状示意图；
图4为实施例中限束器开缝形状示意图；
图5为实施例中限束器开缝形状示意图；
图6为实施例中限束器开缝形状示意图；
图7为实施例中调节工装位于探测器模块导向块一侧的构造示意图；
图8为实施例中调节工装位于螺旋测微头一侧的构造示意图；
图9为实施例中调节工装底座的构造示意图；
图10为实施例中调节工装俯视示意图；
图11为实施例中调节工装侧视示意图；
图12为实施例中图10中A-A剖视示意图；
图13为实施例中调节工装与探测器支架连接后的构造示意图；
标号说明
底座1，螺旋测微头2，安装孔一3，安装孔二4，安装孔三5，安装孔四6，安装孔五7，安装孔六8，开缝9，导槽10，探测器模块导向块11，T型轴套12，连接螺栓13，紧固螺栓14，螺旋测微头固定块15，探测器支架16，探测器模块17。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提出一种探测器模块的对齐方法，依次包括校准阶段、测量阶段和调整阶段，所述校准阶段包括以下步骤：
S1.根据限束器的开缝9形状，采用理论方法模拟限束器和探测器模块17之间的对齐距离，计算出探测器各排模块的信号分布；本实施例中的理论方法采用计算机模拟，以高斯函数模拟X射线焦点的光强分布，并在焦点范围内获取多个采样点；探测器的每个像素划分为多个子像素，子像素与采样点一一对应，将每个采样点与每个子像素连接形成一条光线；采用纯几何方法或者蒙特卡洛模拟方法计算每个探测器单元内所有子像素收到的信号之和即可得到探测器各排模块的信号分布；本实施例中的开缝9形状可以是直条、斜条、平线条、交叉条、弧形条、圆形等各种形状，如图2至6所示，为本实施例列举的一些开缝9的形状构造。
S2.根据步骤S1的信号分布拟合出一个信号分布关系式：其中，I(z)为第Z排探测器模块17收到的信号，Cn为多项式系数，N表示探测器模块17总的排数；
S3.重复计算探测器模块17与限束器之间的相对偏差，并以限束器和探测器模块17之间的相对偏差为自变量，以步骤S2中信号分布的多项式系数作为因变量进行拟合，得到的拟合关系式为：其中，Dn为步骤S1中进行理论方法模拟时得到的系数，δ为探测器模块17和限束器之间的相对偏差距离；
所述测量阶段包括以下步骤：
T1.采用机械对齐方式对齐限束器和X射线球管的焦点；
T2.进行曝光，采集探测器各排模块的信号分布，由于每个探测器单元的偏置和增益不相同，需要对每个探测器单元的信号进行偏置校正和增益校正，将校正后的信号采用S2中的公式进行拟合，得到多项式系数Cn；
T3.通过步骤T2中得到的多项式系数Cn以及在步骤S3中得到的拟合关系式即可得到限束器和探测器模块17之间的相对偏差δ(不同探测器模块与限束器之间的相对偏差值是不同的)；
所述调整阶段包括以下步骤：将调节工装安装至探测器支架16上，通过步骤T3中的相对偏差δ即可计算出相邻探测器模块17之间的偏差值，该偏差值即为调节工装对探测器模块17进行调整的调整量；根据调整量，对探测器模块17间的相对位置进行调整。
进一步的，如图7至13所示，本实施例中的调节工装包括底座1和螺旋测微头2，螺旋测微头2为测量工具中常用的工器具，具有精度高，使用方便的特点，底座1上开设有安装孔一3、安装孔二4及导槽10，安装孔二4与导槽10一一对应，本实施例中导槽10有6个，安装孔一3有3个，所述安装孔一3用于与探测器支架16连接，所述导槽10内设有探测器模块导向块11，探测器模块导向块11上开设有与安装孔二4同轴心线的安装孔三5，安装孔三5的两侧均插有T型轴套12，所述螺旋测微头2的螺杆穿过安装孔二4后与两个T型轴套12固定连接，安装孔三5的两侧的T型轴套12，既可以相对于探测器模块导向块11转动，又能带动探测器模块导向块11沿导槽10移动，从而使得螺旋测微头2的调整功能得以实现。
为使得探测器模块导向块11与探测器模块17更好的连接，探测器模块导向块11与底座1的相对面上开设有安装孔四6，探测器模块导向块11远离底座1的侧面上开设有口径小于安装孔四6的安装孔五7，安装孔四6和安装孔五7同轴心线且相互贯通；所述底座1上开设有口径大于安装孔五7且与安装孔五7同轴心线的安装孔六8，安装孔五7内设有用于与探测器模块17连接的连接螺栓13，所述连接螺栓13的栓帽直径小于安装孔六8和安装孔四6的口径，连接螺栓13的栓帽直径大于安装孔五7的口径，安装孔六8的设置方便连接螺栓13从安装孔六8通过，进入安装孔五7内，起到方便安装的作用。
为使得螺旋测微头2与底座1连接的更加稳定，所述底座1靠螺旋测微头2一侧的侧面上固定有螺旋测微头固定块15，螺旋测微头固定块15与底座1之间通过螺钉连接，螺旋测微头固定块15上开设有与安装孔二4同轴心线的安装孔七，所述螺旋测微头2的外壳与安装孔七卡接。
为避免安装过程中的误操作，使得螺旋测微头2转动，导致探测器模块17被动作，本实施例的底座1的顶面上开设有与安装孔二4连通的螺孔，螺孔内设有用于抵接螺旋测微头2的螺杆的紧固螺栓14，通过拧紧或者拧松紧固螺栓14，来控制螺旋测微头2的螺杆是否能被转动。
该调节工作的使用过程如下所述：对探测器模块17进行调整时，通过安装孔一3，用螺钉将底座1与探测器支架16连在一起，此时，调节探测器模块导向块11，并通过连接螺栓13使其与探测器模块17连为一体；拧开紧固螺栓14，螺旋测微头2的螺杆被释放，根据相应探测器模块17所需的调整量，转动螺旋测微头2的旋柄，转动旋柄的过程中，螺旋测微头2的螺杆带动T型轴套12转动并移动，T型轴套12的移动带动探测器模块导向块11移动，探测器模块导向块11的移动带动探测器模块17移动，从而调整至所需位置。
Claims (7)
1.一种探测器模块的对齐方法，其特征在于：依次包括校准阶段、测量阶段和调整阶段，所述校准阶段包括以下步骤：
S1.根据限束器的开缝形状，采用理论方法模拟限束器和探测器模块之间的对齐距离，计算出探测器各排模块的信号分布；
S2.根据步骤S1的信号分布拟合出一个信号分布关系式：其中，I(z)为第Z排探测器模块收到的信号，Cn为多项式系数，N表示探测器模块总的排数；
S3.重复计算探测器模块与限束器之间的相对偏差，并以限束器和探测器模块之间的相对偏差为自变量，以步骤S2中信号分布的多项式系数作为因变量进行拟合，得到的拟合关系式为：其中，Dn为步骤S1中进行理论方法模拟时得到的系数，δ为探测器模块和限束器之间的相对偏差距离；
所述测量阶段包括以下步骤：
T1.采用机械对齐方式对齐限束器和X射线球管的焦点；
T2.进行曝光，采集探测器各排模块的信号分布，并对每个探测器单元的信号进行偏置校正和增益校正，将校正后的信号采用S2中的公式进行拟合，得到多项式系数Cn；
T3.通过步骤T2中得到的多项式系数Cn以及在步骤S3中得到的拟合关系式即可得到限束器和探测器模块之间的相对偏差δ；
所述调整阶段包括以下步骤：包括调节工装，将调节工装安装至探测器支架上，通过步骤T3中的相对偏差δ即可计算出相邻探测器模块之间的偏差值，该偏差值即为调节工装对探测器模块进行调整的调整量；根据调整量，对探测器模块间的相对位置进行调整。
2.如权利要求1所述的一种探测器模块的对齐方法，其特征在于：所述步骤S1中的理论模拟方法为：采用计算机模拟，以高斯函数模拟X射线焦点的光强分布，并在焦点范围内获取多个采样点；探测器的每个像素划分为多个子像素，子像素与采样点一一对应，将每个采样点与每个子像素连接形成一条光线；计算每个探测器单元内所有子像素收到的信号之和即可得到探测器各排模块的信号分布。
3.如权利要求1所述的一种探测器模块的对齐方法，其特征在于：所述计算采用纯几何方法或者蒙特卡洛模拟方法。
4.如权利要求1所述的一种探测器模块的对齐方法，其特征在于：所述调节工装包括底座和螺旋测微头，底座上开设有安装孔一、安装孔二及导槽，所述安装孔一用于与探测器支架连接，所述导槽内设有探测器模块导向块，探测器模块导向块上开设有与安装孔二同轴心线的安装孔三，安装孔三的两侧均插有T型轴套，所述螺旋测微头的螺杆穿过安装孔二后与两个T型轴套固定连接。
5.如权利要求4所述的一种探测器模块的对齐方法，其特征在于：所述探测器模块导向块与底座的相对面上开设有安装孔四，探测器模块导向块远离底座的侧面上开设有口径小于安装孔四的安装孔五，安装孔四和安装孔五同轴心线且相互贯通；所述底座上开设有口径大于安装孔五且与安装孔五同轴心线的安装孔六，安装孔五内设有连接螺栓，所述连接螺栓的栓帽直径小于安装孔六和安装孔四的口径，连接螺栓的栓帽直径大于安装孔五的口径。
6.如权利要求4所述的一种探测器模块的对齐方法，其特征在于：所述底座靠螺旋测微头一侧的侧面上固定有螺旋测微头固定块，螺旋测微头固定块上开设有与安装孔二同轴心线的安装孔七，所述螺旋测微头的外壳与安装孔七卡接。
7.如权利要求4所述的一种探测器模块的对齐方法，其特征在于：所述底座的顶面上开设有与安装孔二连通的螺孔，螺孔内设有用于抵接螺旋测微头的螺杆的紧固螺栓。
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