CN110865089A - 一种ct探测器及ct检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CT探测器及CT检测装置，属于CT检测技术领域，解决了现有技术中CT探测装置成本高、不利于设备的推广应用，降低成本不能保证成像精度等问题。本发明CT探测器，包括多排探测器模块，每排探测器模块包括多个探测器单元，探测器单元中心设置有闪烁体；相邻排的探测器模块之间的排间距大于等于相邻排闪烁体在排方向上的长度和的二分之一；靠近CT探测器中心的探测器模块的排间距小于等于远离CT探测器中心的探测器模块的排间距。本发明CT探测器降低成本的同时成像精度较高。

Description

一种CT探测器及CT检测系统
技术领域
本发明属于CT检测技术领域，特别涉及一种CT探测器及CT检测系统。
背景技术
X射线CT安检技术是通过对CT数据进行重建得到被扫描物体的断层图像，通过对断层图像中的特征数据进行分析，实现对被扫描物体中危险物品的识别。
现有的医疗CT设备中，为了获取高质量的图像，设备中设置多排探测器且多排探测器均为紧密排布的探测器，现有的矩阵探测器，自适应矩阵探测器，混合矩阵探测器，其在排方向上均为紧密排布的“面阵列”探测器。该类探测器由于紧密排布，所以成本高，不利于设备的推广应用。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供一种CT探测器及CT检测系统，用以解决现有技术中CT探测器成本高、成像精度差等问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种CT探测器，包括多排探测器模块，每排探测器模块包括多个探测器单元，探测器单元中心设置有闪烁体和二极管；
相邻排的探测器模块之间的排间距大于等于相邻排闪烁体在排方向上的长度和的二分之一；靠近CT探测器中心的探测器模块的排间距小于等于远离CT探测器中心的探测器模块的排间距。
进一步的，相邻排的探测器单元之间的间距在0.1cm-5cm。
进一步的，相邻排的闪烁体在排方向上的宽度为0.1cm-2cm。
进一步的，每排探测器模块的多个探测器单元连续分布。
进一步的，多排探测器模块关于多排探测器模块的中心线对称设置。多排探测器模块关于排方向的中心线对称分布，多排探测器模块关于排内方向的中心线也对称分布。
进一步的，探测器模块设置有10～20排。
进一步的，探测器模块设置有16排。
进一步的，中心排探测器模块的排间距为0.1～0.9cm。
一种CT检测系统，包括CT探测装置、传送带50、数据处理计算机90、传送带电机60、滑环电机80和运动控制计算机70。
CT探测装置包括射线源10、旋转盘20和CT探测器30。
进一步的，射线源10和CT探测器30设置于旋转盘20上，CT探测器30与数据处理计算机90连接，传送带电机60和滑环电机80均与运动控制计算机70连接；
运动控制计算机70控制传送带电机60带动传送带匀速运动，运动控制计算机70控制滑环电机80匀速转动。
与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：
1)本发明中，探测器模块排与排之间是稀疏排布的，即排与排之间的间距大于等于相邻排闪烁体在排方向上的长度和的二分之一，且排间距不完全一致，越靠近探测器中心排，排间距越小，反之越大。这样保证了低螺距下的高精度成像，也可以在保证基本成像精度的条件下，降低高螺距成像条件下探测器的成本。
2)如果探测器排之间紧密排布，即每排之间的间距与每排探测器闪烁体Z向长度相等。那么探测器闪烁体的需求量比较大，而在探测器的成本中，闪烁体的成本比重最大。为了降低探测器成本，可以增大排间距，减少闪烁体的使用量，但如果整体各排之间同步地增大排间距，则会影响成像质量，其中最为明显的就是在重建图像中引入风车伪影。风车伪影主要是由于Z向采样不足引起的。为了兼顾成像质量和成本，设计变化排间距且闪烁体稀疏排布的探测器系统。对于中间排探测器，每排闪烁体之间可以没有缝隙(排与排之间紧密排布，闪烁体之间仅仅存在反射胶)，也可以有较小的缝隙。而两侧排探测器，每排闪烁体之间存在相对中间排比较大的缝隙。
3)排间距的排布规律为中间排间距小，两侧排间距大。主要是为了实现在低螺距扫描条件下能够实现更高的成像精度。在低螺距扫描条件下，所需的投影数据主要集中在探测器沿排方向上的中间位置。而当提高螺距时，所需投影数据在排方向上的范围加大。在这样的设计下，低螺距扫描条件下，由于中间排的排间距很小，因此重建的精度就高，风车伪影较小。而在提高螺距时，尽管所需投影数据在排方向上的范围加大，但很大一部分反投影是由中间排的数据贡献的，同时为了保证在排方向有足够的数据范围，外侧的探测器采用较大的排间距，这样也能一定程度上保证重建精度。这种排布和排之间等间距排布相比，更能兼顾低螺距和高螺距下的成像质量。而且降低了探测器的成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
图1为本发明CT探测器的一个具体实施例的俯视图；
图2为图1的侧视示图；
图3为CT检测系统的结构示意图。
附图标记：
1-探测器模块；2-探测器单元；3-闪烁体；4-二极管；5-排内方向；6-排方向；7-PCB板；10-射线源；20-旋转盘；30-CT探测器；40-被检测物体；50-传送带；60-传送带电机；70-运动控制计算机；80-滑环电机；90-数据处理计算机。
具体实施方式
以下结合具体实施例对一种CT探测器及CT检测系统作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
一种CT探测器，如图1-图2所示，包括多排探测器模块1，每排探测器模块1包括多个探测器单元2，探测器单元2中心设置有闪烁体3；定义排与排中心之间的距离为排间距，相邻排的探测器模块1之间的排间距大于等于相邻排闪烁体3在排方向6上的长度和的二分之一；靠近CT探测器中心的探测器模块1的排间距小于等于远离CT探测器中心的探测器模块1的排间距。
每排探测器模块1包括连续分布的多个探测器单元2。探测器单元2包括闪烁体3和光电二极管4。每排探测器模块1的多个探测器单元2连续分布。探测器模块1还包括PCB板7。排内方向5与排方向6垂直。
本发明中，探测器模块1在排与排之间是稀疏排布或者部分稀疏排布的，即在忽略探测器闪烁体3在排内方向6之间的反射胶间隙的情况下，排与排之间的间距大于等于相邻排闪烁体3在排内方向6上的长度和的二分之一闪烁体3，且排间距不完全一致，越靠近探测器中心排，排间距越小，反之越大。这样保证了低螺距下的高精度成像，也可以在保证基本成像精度的条件下，降低高螺距成像条件下探测器的成本。
如果探测器排之间紧密排布，即每排之间的间距与每排探测器闪烁体Z向长度相等。那么探测器闪烁体3的需求量比较大，而在探测器的成本中，闪烁体3的成本比重最大。为了降低探测器成本，可以增大排间距，减少闪烁体3的使用量，但如果整体各排之间同步地增大排间距，则会影响成像质量，其中最为明显的就是在重建图像中引入风车伪影。风车伪影主要是由于Z向采样不足引起的。为了兼顾成像质量和成本，设计变化排间距且闪烁体3稀疏排布的的探测器系统。对于中间排探测器，每排闪烁体3之间可以没有缝隙(排与排之间紧密排布，闪烁体3之间仅仅存在反射胶)，也可以有较小的缝隙。而两侧排探测器，每排闪烁体3之间存在相对中间排比较大的缝隙。
优选的，多排探测器模块1的排与排之间的排间距在0.1cm-5cm之间，闪烁体3在排内方向6上的宽度在0.1cm-2cm之间。
排间距的排布规律为中间排间距小，两侧排间距大。主要是为了实现在低螺距扫描条件下能够实现更高的成像精度。根据滤波反投影或者反投影滤波等解析式CT重建的原理，在低螺距扫描条件下，所需的投影数据主要集中在探测器沿排内方向6上的中间位置。而当提高螺距时，所需投影数据在排内方向6上的范围加大。在这样的设计下，低螺距扫描条件下，由于中间排的排间距很小，因为重建的精度就高，风车伪影较小。而在提高螺距时，尽管所需投影数据在排内方向6上的范围加大，但很大一部分反投影是由中间排的数据贡献的，同时为了保证在排内方向6有足够的数据范围，外侧的探测器采用较大的排间距，这样也能一定程度上保证重建精度。这种排布和排之间等间距排布相比，更能兼顾低螺距和高螺距下的成像质量。而且降低了探测器的成本。
本发明主要解决两个问题：1，降低成本。2，适应不同螺距下的图像重建，在低螺距时能够得到更加高质量的断层图像，而在高螺距时也可以使得探测器在物体行进方向的宽度足够宽，可以尽量获取更多的可以用来图像重建的投影数据。
低螺距情况下，CT高精度重建需要的探测器的宽度较小，因此我们把靠近探测器中心的探测器排间距设置为相对较小的数值，这样可以保证低螺距下高的CT成像精度。而在大螺距情况下，CT高精度重建需要的探测器宽度较大，如果依然小间距排布，那么探测器的成本将大幅度的提高，因此将探测器的排间距拉大，以既能降低成本，又能一定程度上获取投影数据。当采用锥束滤波反投影式的重建算法时，如果探测器的宽度不够，断层图像的重建点对应的投影地址通常超出实际探测器的宽度范围，在这种情况下只能通过共轭投影估计或者外插的方式得到，但很多情况下找不到实际探测器对应的共轭投影，而只能通过外插或其他数学补等估计方法得到。而如果探测器的宽度足够大，那么就可以由外插变为内插，明显提高重建精度。
成像质量和检查速度、探测器配置均有密切的关系。遵循的根本原则是数据是否更加接近Tuy数据完备性条件，如果数据缺失越多，则图像质量越差。当然探测器排间距和排内的像素距离也是影响成像质量的重要因素。排间距越大，重建图像越差，会出现风车伪影等伪影。像素间距越大，则图像空间分辨率越低。
当射线源张角固定，影响数据是否完备的一个重要参数是螺距，螺距表征了检查的速度，是相对旋转速度的一个相对量，定义为：物体旋转一圈射线源和探测器行走的距离与探测器在旋转中心处的Z向宽度的比值。
假设投影放大比为M，探测器的排数为N，排间距为d，旋转一圈射线源行进的距离为H，那么成像的螺距为：
Figure BDA0002329357070000071
多层螺旋CT的螺距设置通常在0.5-1.5之间，螺距1.5以上的扫描通常称为大螺距扫描。
对比例
如果不改变排间距，第一种情况是排与排之间紧密排列，以32排探测器为例，假如每排探测器768个像素，每个像素的排向闪烁体长度为3mm，排内像素间隔为1.6mm。预设排与排闪烁体之间没有间隔，那么所需闪烁体的面积共计1.6*3*768*32，探测器在排向的长度为3*32mm＝96mm。
而如果为了降低成本，闪烁体的排向长度3mm不变，把排间距扩大至11.625mm，那么只需要9排就可覆盖排方向96mm的数据覆盖范围。但由于排间距过大，会导致重建伪影加大，即便是在低螺距条件下，伪影依然较为严重。
采用本发明的方案，中间6排探测器，间距设为4mm，两侧各两排探测器，间距分别为15mm，和21.5mm。这样和上述两种方案覆盖的排向长度相同，但只需要10排探测器。成本大幅度降低，同时又满足低螺距下的高精度重建。
图1为本发明CT探测器的一个具体实施例的俯视图，图2为图1的侧视示图。为d1，d2，d3排间距，d1为中心排的排间距，d2为中心排两侧的排间距，d3为远离中心排的排间距。
实施例一：16排探测器模块，各排之间有15个间距，这15个间距分别为：1.2，1.2，1.0，1.0，1.0，0.8，0.8，0.8，0.8，0.8，1.0，1.0，1.0，1.2，1.2，单位为cm。
实施例二：16排探测器模块，各排之间有15个间距，这15个间距分别为：1.6，1.6，1.0，1.0，1.0，0.6，0.6，0.6，0.6，0.6，1.0，1.0，1.0，1.6，1.6，单位为cm。
实施例三：16排探测器模块，各排之间有15个间距，这15个间距分别为：2.0，2.0，1.2，1.2，1.2，0.8，0.8，0.8，0.8，0.8，1.2，1.2，1.2，2.0，2.0，单位为cm。
本实施例中，探测器模块排布总宽度为19.2cm，如果在19.2cm的CT探测器宽度条件下，将排间距修改为均匀间隔的0.8cm，那么需要25排探测器模块。在CT探测器像素配置相同的情况下，16排探测器模块相对25排探测器模块成本降低了36％。
实施例四：16排探测器模块，各排之间有15个间距，这15个间距分别为：3.0，3.0，1.0，1.0，1.0，0.5，0.5，0.5，0.5，0.5，1.0，1.0，1.0，3.0，3.0，单位为cm。
实施例五：16排探测器模块，各排之间有15个间距，这15个间距分别为：2.0，2.0，1.0，1.0，1.0，0.6，0.6，0.6，0.6，0.6，1.0，1.0，1.0，2.0，2.0，单位为cm。
进一步的，本发明的CT探测器为双能CT探测器时，包括高能探测器和低能探测器，高能探测器和低能探测器采用背靠背式排列。为了进一步节省在保证精度的情况下降低成本，在设置排间距的基础上高能探测器稀疏设置，每个高能探测器上方均设置有一个低能探测器；高能探测器和低能探测器均设置有多排，低能探测器排数大于高能探测器排数，至少部分高能探测器集中分布。
优选的，集中分布的多排高能探测器设置在多排低能探测器的中间位置，其余少数高能探测器设置在多排低能探测器的两侧。集中分布的多排高能探测器也可以设置在多排低能探测器的一侧，其余少数高能探测器设置在多排低能探测器的另一侧。
也可以设置为低能探测器设置为稀疏，每个低能探测器下方均设置有一个高能探测器；高能探测器和低能探测器均设置有多排，高能探测器排数大于低能探测器排数，至少部分低能探测器集中分布。
优选的，集中分布的多排低能探测器设置在多排高能探测器的中间位置，其余少数低能探测器设置在多排高能探测器的两侧。集中分布的多排低能探测器也可以设置在多排高能探测器的一侧，其余少数低能探测器设置在多排高能探测器的另一侧。
高能探测器和低能探测器之间设置有铜片，所述铜片用于过滤经过了低能探测器以后的射线。优选的，铜片的厚度0.3-1mm之间，设置这样厚度的原因是为了能够尽量把高低能信号区分开，但又不至于高能信号太低。
一种CT检测系统，如图3所示，该CT检测系统包括CT探测装置、传送带50、数据处理计算机90、传送带电机60、滑环电机80和运动控制计算机70。
其中，CT探测装置包括射线源10、旋转盘20和CT探测器30；
射线源10和CT探测器30设置于旋转盘20上，所述射线源设置在所述旋转盘的一端，CT探测器设置在旋转盘的另一端；
CT探测器30与数据处理计算机90连接，传送带电机60和滑环电机80均与运动控制计算机70连接；
运动控制计算机70控制传送带电机60带动传送带匀速运动，运动控制计算机70控制滑环电机80匀速转动；
被检测物体40放置在传动带50上，传送带50带动被检测物体40进入检测通道，旋转盘20围绕传送带匀速转动；
射线源1发射射线，CT探测器30接收来自于CT射线源1的射线光子信号，由数据处理计算机90完成CT投影数据的采集、存储和所有的数据处理工作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CT探测器，其特征在于，包括多排探测器模块，每排探测器模块包括多个探测器单元，所述探测器单元中心设置有闪烁体和二极管；
相邻排的探测器模块之间的排间距大于等于相邻排闪烁体在排方向上的长度和的二分之一；靠近CT探测器中心的探测器模块的排间距小于等于远离CT探测器中心的探测器模块的排间距。
2.根据权利要求1所述的CT探测器，其特征在于，相邻排的探测器单元之间的间距在0.1cm-5cm。
3.根据权利要求2所述的CT探测器，其特征在于，相邻排的闪烁体在排方向上的宽度为0.1cm-2cm。
4.根据权利要求3所述的CT探测器，其特征在于，所述探测器模块设置有10～20排。
5.根据权利要求4所述的CT探测器，其特征在于，每排探测器模块的多个探测器单元连续分布。
6.根据权利要求5所述的CT探测器，其特征在于，多排探测器模块关于多排探测器模块的中心线对称设置。
7.根据权利要求4所述的CT探测器，其特征在于，探测器模块设置有16排。
8.根据权利要求7所述的CT探测器，其特征在于，中心排探测器模块的排间距为0.1～0.9cm。
9.一种CT检测系统，其特征在于，包括CT探测装置、传送带(50)、数据处理计算机(90)、传送带电机(60)、滑环电机(80)和运动控制计算机(70)；
所述CT探测装置包括射线源(10)、旋转盘(20)和权利要求1-8所述的CT探测器(30)。
10.根据权利要求9所述的CT检测系统，其特征在于，射线源(10)和CT探测器(30)设置于旋转盘(20)上，CT探测器(30)与数据处理计算机(90)连接，传送带电机(60)和滑环电机(80)均与运动控制计算机(70)连接；
运动控制计算机(70)控制传送带电机(60)带动传送带匀速运动，运动控制计算机(70)控制滑环电机(80)匀速转动。
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