CN112022179A - 一种高排数ct探测器的探测器单元排列方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法，该探测器单元排列方法包括：在同一个探测器模块中，预先确定所有探测器最小单元按照平面排列时的X射线入射角；对于X射线入射角超出图像重建算法和成像软件可接受范围的探测器最小单元，通过调整其Y、Z方向位置以及偏转一定角度的方式对X射线入射角进行修正，并使所有探测器最小单元之间连续过渡。本发明采用灵活的X射线入射角度选择，结合相邻的探测器单元在Z方向连续分布的安排，同时满足对探测器模块X射线入射角、X方向相邻模块的间隙以及探测器空间连续性三个方面的要求。

Description

一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法

技术领域

本发明涉及医学成像设备，尤其是一种高排数CT探测器设计中的探测器最小单元排列方法。

背景技术

和常规中低排数CT相比，高排数CT(例如256排CT)采用高排数宽体探测器，显著增加了CT系统在扫描方向(Z方向)的成像覆盖范围，在大功率球管和高速机架以及大椎束成像软件的配合下，使扫描时间更短，病人在扫描过程中受到的辐射剂量更低。目前高排数CT在全身多脏器的影像检查中已得到越来越广泛的应用，在需要快速成像的心脏各种病理检查中，更有不可替代的优势。

高排数CT中的高排数探测器阵列通常由多个探测器模块沿X方向拼接而成，每个探测器模块通过精密加工成弧形的探测器上下导轨来精确定位，保证每个模块和球管焦点的距离相同，如图1所示。其中探测器模块中的探测阵列由多个探测器最小单元沿Z方向排列而成，每个最小单元包括后准直器阵列、闪烁体阵列、光敏阵列、模数转换芯片以及用于精确装配定位的安装块等组件，探测器最小单元的一种结构示意如图2。探测器最小单元在探测器模块中最简单的排列方式为平面排列，图3为采用8个平面排列的探测器最小单元的探测器模块示意，每个单元中心X射线的入射方向用虚线表示。X射线对每个探测器单元的理想入射方向是垂直入射，但平面探测器模块设计中，X射线对每个探测器单元的入射方向和垂直入射存在不可避免的偏差，离模块中心越远的探测器单元，这个偏差越大。通常图像重建算法和成像软件对该偏差引起的信号质量下降有一定的校正和容忍度，但对于高排数平面探测器模块，Z方向靠近边缘的探测器单元的X射线入射角偏差通常大大超出算法和软件可以校正的范围，带来显著的图像质量问题。

针对平面探测器模块的图像质量问题，一种解决方案为将探测器单元在Z方向按弧面排列，保证每个探测器单元距球管焦点距离相同，以及X射线对单元中心垂直入射，形成如图4所示的球面探测器模块设计。球面探测器模块设计解决了平面探测器模块设计中由于X射线入射角偏差带来的图像质量问题，但在整个探测器阵列中，造成X方向相邻模块之间的间隙沿Z方向不一致，偏离探测器模块中心越远，X方向相邻模块的探测器最小单元之间的间隙越小。图5为平面和球面探测器模块设计在X方向相邻探测器模块之间间隙沿Z方向分布的一个比较示例。在探测器阵列的设计中，X方向相邻模块之间的间隙有最大和最小值的限制。一方面从探测器模块的加工和安装精度考虑，需要在相邻模块之间保留一个合理的最小间隙，以避免相邻模块在导轨上安装时发生干涉或挤压损坏；另一方面从成像质量考虑，该间隙会带来成像数据的缺失，因此有一个最大值的限制。上述高排数球面探测器模块的设计造成的X方向相邻模块之间的间隙沿Z方向不一致，使在整个探测器范围内满足该间隙最大最小值要求成为挑战。

一个解决球面探测器模块上述问题的方案为在探测器模块的问题区域，适当增加探测器单元距球管焦点的距离，由此增加X方向相邻模块在问题区域内的间隙，满足间隙最小值的要求。一种该方案的具体实现为如图6所示的阶梯球面探测器模块，模块中的8个探测器单元分为两组，离模块中心近的4个单元作为一组分布在一个球面上，而离模块中心远的4个单元作为另一组分布在以球管焦点为中心，但半径大一些的另一个球面上，两组探测器单元的边缘形成一个阶梯。该阶梯球面探测器模块设计对应的X方向相邻模块的间隙沿Z方向的分布的一个示意如图7所示，可以通过调整阶梯的大小来满足间隙最大最小值的要求。但两组探测器单元之间的的阶梯会带来探测器信号的不连续，容易在阶梯位置对应的图像中产生伪影，特别是当X光信号有一个较大的空间梯度时，这个问题会更加严重。

综上所述，现有高排数探测器模块中的探测器最小单元的排列方式有三种：平面探测器模块、球面探测器模块、阶梯球面模块。这三种探测器模块设计有各自的问题和不足，不能同时满足对探测器模块的以下三个要求：(1)X射线对探测器模块中每个探测器单元的入射角度不能和垂直入射偏差过大；(2)X方向相邻探测器模块的间隙需要在最大和最小允许值之间；(3)探测器模块中不同探测器单元的空间过渡需要是连续的，以避免探测器信号的不连续带来的伪影。

发明内容

发明目的：针对现有高排数探测器模块的探测器最小单元的三种排列方式各有不同的问题和不足，本发明目的是提供一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法，同时满足对探测器模块X射线入射角、X方向相邻模块的间隙以及探测器空间连续性三个方面的要求。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法，该探测器由多个探测器模块沿X方向拼接而成，每个探测器模块由多个探测器最小单元沿Z方向排列而成，该探测器单元排列方法包括：在同一个探测器模块中，预先确定所有探测器最小单元按照平面排列时的X射线入射角；对于X射线入射角超出图像重建算法和成像软件可接受范围的探测器最小单元，通过调整其Y、Z方向位置以及偏转一定角度的方式对X射线入射角进行修正，并使所有探测器最小单元之间连续过渡。

进一步的，所述探测器最小单元通过探测器模块支架进行定位，所述探测器模块支架上加工和每个探测器单元对应的安装小平面，通过安装小平面来确定每个探测器单元的角度和位置。

进一步的，所述探测器最小单元通过定位销和定位销孔在对应的探测器支架小平面上精确定位。

进一步的，所述探测器最小单元在探测器支架小平面上精确定位后，通过胶结或螺钉方式紧固。

有益效果：现有高排数探测器模块的探测器最小单元的三种排列方式各有不同的问题和不足，不能同时满足对探测器模块X射线入射角、X方向相邻模块的间隙以及探测器空间连续性等方面的三个要求。本发明的技术方案采用灵活的X射线入射角度选择，结合相邻的探测器单元在Z方向连续分布的安排，在对探测器模块相互矛盾的要求中取得优化平衡，实现采用一个设计同时满足对探测器模块的三个要求。

附图说明

图1为探测器模块的排列示意图；

图2为探测器最小单元的结构示意图；

图3为平面探测器模块设计示意图；

图4为球面探测器模块设计示意图；

图5为平面和球面探测器模块设计在X方向相邻探测器模块之间间隙沿Z方向分布的比较示例图；

图6为阶梯球面探测器模块示意图；

图7为阶梯球面探测器模块在X方向相邻探测器模块之间间隙沿Z方向分布示例图；

图8为本发明的探测器模块设计示意图；

图9为本发明的探测器模块设计在X方向相邻探测器模块之间间隙沿Z方向分布示例图。

图中：1-探测器模块；2-X射线球管；3-机架；4-探测器导轨；5-探测器最小单元；5-1-后准直器阵列；5-2-闪烁体阵列；5-3-光敏阵列；5-4-含模数转换芯片的基板；5-5-安装块；5-6-数字信号及电源插接头；6-探测器模块支架。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1和3所示，CT机包括探测器、X射线球管2和机架3，探测器与X射线球管2布置在CT机架3内孔的两侧，探测器由多个探测器模块1沿X方向拼接而成，探测器模块1通过探测器导轨4进行支撑定位，高排数CT(例如256排CT)采用高排数宽体设计的探测器，显著增加了CT系统在扫描方向(Z方向)的成像覆盖范围。

如图2和3所示，每个探测器模块1由多个探测器最小单元5沿Z方向排列而成。每个最小单元5包括后准直器阵列5-1、闪烁体阵列5-2、光敏阵列5-3、含模数转换芯片的基板5-4、安装块5-5和数字信号及电源插接头5-6。

本发明的一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法，以按照平面排列时各探测器最小单元的位置为基准，在同一个探测器模块中，预先确定所有探测器最小单元按照平面排列时的X射线入射角；对于靠近探测器模块中间区域的X射线入射角未超出图像重建算法和成像软件可接受范围的探测器最小单元，其位置不变，对于偏离探测器模块中间区域的X射线入射角超出图像重建算法和成像软件可接受范围的探测器最小单元，通过调整其Y、Z方向位置以及偏转一定角度的方式对X射线入射角进行修正，并使所有探测器最小单元之间连续过渡。

对于高排数宽体设计的探测器，每个探测器模块包括的最小探测单元数量通常都是偶数，这个是考虑数据处理和转换的便利，以及产品排数的规格惯例。

作为为发明的一个实施例，如图3所示，每个探测器模块1由八个探测器最小单元5沿Z方向排列而成，在平面排列状态下，以探测器模块1中心为界，将八个探测器最小单元5分为两组，每组四个，按照距离探测器模块1中心由近至远排列，每组第一、二、三、四个探测器最小单元5的X射线入射角分别为φ1、φ2、φ3、φ4，并且φ1＞φ2＞φ3＞φ4，假设φ1和φ2未超出图像重建算法和成像软件可接受范围，φ3和φ4超出图像重建算法和成像软件可接受范围，则通过调整第三、四个探测器最小单元5Y、Z方向位置以及偏转一定角度的方式对X射线入射角进行修正，如图8所示，将第三、四个探测器最小单元5的X射线入射角修正为φ2，并且保证第二、三、四个探测器最小单元5之间连续过渡。此时，在X方向相邻探测器模块之间间隙沿Z方向分布如图9所示，在整个模块中该间隙没有阶梯突变，并且满足最大最小值的要求。

对于奇数最小单元数量的探测器模块设计，作为为发明的另一个实施例，每个探测器模块1由七个探测器最小单元5沿Z方向排列而成，在平面排列状态下，以居中的一个探测器最小单元5为界，其余六个探测器最小单元5分为两组，每组三个，按照距离居中的探测器最小单元5由近至远排列，每组第一、二、三个探测器最小单元5的X射线入射角分别为约φ2+1度，φ2-1度和φ3-1度，假设成像算法和系统软件可以校正的最小入射角仍为φ2度，则通过调整第二、三个探测器最小单元5Y、Z方向位置以及偏转一定角度的方式对X射线入射角进行修正，将第二、三个探测器最小单元5的X射线入射角修正为φ2度，并且保证第一、二、三个探测器最小单元5之间连续过渡。

如图8所示，采用本发明的探测器单元排列方法，在对所有探测器最小单元5的安装位置及摆放角度进行确定后，探测器最小单元5再通过探测器模块支架6进行安装定位，根据每个最小单元5的安装位置及摆放角度的不同，在探测器模块支架6上依次加工出和每个探测器单元5对应的多个安装小平面，通过这些安装小平面来保证每个探测器单元的角度和位置。

进一步的，为了便于实现各个最小单元5的快速定位及安装，探测器最小单元5通过定位销和定位销孔在对应的探测器支架小平面上精确定位，具体的，在探测器最小单元5的安装块5-5底面加工出定位销(或定位销孔)，并在探测器模块支架6的安装小平面上加工出相对应的定位销孔(或定位销)。将探测器最小单元5在探测器6支架小平面上精确定位后，再通过胶结或螺钉方式紧固。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法，该高排数CT探测器由多个探测器模块沿X方向拼接而成，每个探测器模块由多个探测器最小单元沿Z方向排列而成，其特征在于，该探测器单元排列方法包括：在同一个探测器模块中，预先确定所有探测器最小单元按照平面排列时的X射线入射角；对于X射线入射角超出图像重建算法和成像软件可接受范围的探测器最小单元，通过调整其Y、Z方向位置以及偏转一定角度的方式对X射线入射角进行修正，并使所有探测器最小单元之间连续过渡。

2.根据权利要求1所述的一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法，其特征在于：所述探测器最小单元通过探测器模块支架进行安装定位，所述探测器模块支架上加工和每个探测器单元对应的安装小平面，通过安装小平面来保证每个探测器单元的角度和位置。

3.根据权利要求2所述的一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法，其特征在于：所述探测器最小单元通过定位销和定位销孔在对应的探测器支架小平面上精确定位。

4.根据权利要求3所述的一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法，其特征在于：所述探测器最小单元在探测器支架小平面上精确定位后，通过胶结或螺钉方式紧固。

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