CN115963124B - Ct成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种CT成像系统，包括：沿第一方向布置的扫描通道；设置在扫描通道一侧的射线源组件，射线源组件用于发出射线束；设置在扫描通道另一侧的探测器组件，探测器组件与射线源组件相对设置，用于接收射线束，射线束在射线源组件与探测器组件之间形成成像区域，其中，探测器组件包括至少两个探测区域以及一个空白区域，成像区域具有延伸通过射线源组件的主束面，探测区域的位置与空白区域的位置相对于主束面互补。本申请的CT成像系统，借助旋转扫描依靠数据对称性，可通过算法补偿得到缺失的数据，得到完整的投影数据，用于待测物体的图像信息复原。

Description

CT成像系统

技术领域

本申请涉及安检技术领域，尤其涉及一种CT成像系统。

背景技术

探测器的尺寸和采集速度是相互制约的，高分辨率的探测器采集速度较慢，在CT成像系统中需要采集上千帧数据，因此得到完整数据的时间较长，而高采集速度的探测器，其成像面积较小，无法满足大视野的成像需求。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

例如，本公开的实施例提供了一种CT成像系统，可用于高分辨率的X射线成像，同时满足大视野以及采集速度的需求，对探测器的型号无特殊限制，扩大了现有探测器的适用范围。

为了达到上述目的，本申请提出了CT成像系统，包括：扫描通道，所述扫描通道沿第一方向布置，以将待测物品通过所述扫描通道进出所述CT成像系统；设置在所述扫描通道一侧的射线源组件，所述射线源组件用于发出射线束；设置在所述扫描通道另一侧的探测器组件，所述探测器组件与所述射线源组件相对设置，用于接收所述射线束，所述射线束在所述射线源组件与所述探测器组件之间形成成像区域，其中，所述探测器组件包括至少两个探测区域以及一个空白区域，所述成像区域具有延伸通过所述射线源组件的主束面，所述探测区域的位置与所述空白区域的位置相对于所述主束面互补。

根据本申请的CT成像系统，由于探测区域相对于所述主束面非对称分布，且其位置与空白区域的位置相对于所述主束面互补，借助旋转扫描依靠数据对称性，可通过算法补偿得到缺失的数据，得到完整的投影数据，用于待测物体的图像信息复原。

进一步地，所述至少两个探测区域中的一个设置在所述中轴线上，所述至少两个探测区域中的另一个设置在所述一个的一侧。

进一步地，所述至少两个探测区域中的一个设置在所述主束面上，且被所述主束面均分。

进一步地，所述至少两个探测区域中的另一个与所述至少两个探测区域中的一个相邻。

进一步地，所述至少两个探测区域中的另一个与所述至少两个探测区域中的一个被所述空白区域隔开。

进一步地，所述探测区域内包括至少一个探测器，所述空白区域的尺寸不小于一个探测器像素的大小。

进一步地，所述CT成像系统具有所述射线束覆盖第一空白区域的第一位置和所述射线束覆盖第一探测区域的第二位置，所述第一位置和所述第二位置输出的图像数据相同。

进一步地，所述探测器组件设置有多排，多排所述探测器组件在第一方向上排列。

进一步地，所述射线束包括第一出射角度和第二出射角度，所述第一出射角度和所述第二出射角度的覆盖范围为所述射线束的出射范围。

进一步地，所述出射范围内至少覆盖两个探测区域。

进一步地，还包括载台，所述载台可滑动地设置在所述扫描通道上，以将待测物品通过所述扫描通道进出所述CT成像系统。

进一步地，所述载台与所述待测物品之间设置有调整平台，所述调整平台用于调整所述待测物品的姿态。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。

图1是根据本申请实施例中CT成像系统的应用场景图；

图2是根据本申请实施例中CT成像系统的结构示意图；

图3是根据本申请实施例中CT成像系统在第一位置的结构示意图；

图4是根据本申请实施例中CT成像系统在第二位置的结构示意图。

需要注意的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，结构或区域的尺寸可能被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。

附图标记：

CT成像系统1000，

待测物品100，扫描通道200，调整平台300，载台400，

射线源组件10，

探测器组件20，

探测区域21，第一探测区域211，第二探测区域212，

空白区域22，第一空白区域221，

主束面31，第一出射角度32，第二出射角度33。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本领域普通技术人员所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

在本文中，除非另有特别说明，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等方向性术语用于表示基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开，而不是指示或暗示所指的装置、元件或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作。需要理解的是，当被描述对象的绝对位置改变后，则它们表示的相对位置关系也可能相应地改变。因此，这些方向性术语不能理解为对本公开的限制。

CT成像系统是由射线源发出、经过准直且具有一定能量的射线束穿过被检物体，根据各个透射方向上各体积元的衰减系数的不同，探测器所接收到的投射能量也不同，经过一系列的信号转换，得到扫描图像。

探测器的尺寸和采集速度是相互制约的，高分辨率的探测器采集速度较慢，针对大视野成像，采用多次分段的扫描方案，需要对待测物品进行多次扫描，在CT成像系统中需要采集上千帧数据，因此得到完整数据的时间较长，而高采集速度的探测器，其成像面积较小，无法满足大视野的成像需求。

为满足大视野需求，目前采取多排探测器拼接的方案，在拼接布置时需要尽可能的减少探测器之间拼接缝隙，否则会因数据缺失产生环状伪影，影响图像质量，但目前高分辨率的探测器边缘厚度远远大于探测器像素的尺寸，采用直接拼接的方式会存在大量的数据缺失，而直接使用整块的探测器对探测器系统的要求较高，对探测器自身的视野、传输速率、分辨率等要求会更高，通常难以实现。

本申请提出一种可实现大视野的CT成像系统1000，其中采用了高分辨率且尺寸小的探测器，仅通过一次CT扫描即可获得完整的CT数据，可解决上述提到的问题。

需要说明的是，本公开的实施例适用于CT扫描、DR扫描等应用场景，在此对扫描的种类不做任何限定。

例如，在CT扫描中，由射线源发出、经过准直且具有一定能量的射线束穿过被检物体，根据各个透射方向上各体积元的衰减系数的不同，探测器所接收到的投射能量也不同，经过一系列的信号转换，得到扫描图像。

例如，在DR扫描中，使用CCD成像，直接用X光照射后成像处理，得到一个在照射方向上X光所穿过物体的重叠形象。

本公开的实施例中的待测工件可为多种领域中的待检测器件，如航天航空领域中的箭体，或者管路器件领域中的管道等。工件具体为的圆柱体或者近圆柱体结构。可以理解地，其他轮廓结构的工件，如方体结构、椎体结构等，同样可采用本技术中的方法。

下面参照图1-图4描述根据本申请实施例的CT成像系统1000。

如图1和图2所示，为本申请的CT成像系统1000，该系统可用于待测物体100内部结构的检测，该系统包括：扫描通道200、设置在扫描通道200一侧的射线源组件10以及设置在扫描通道200另一侧的探测器组件20。

具体的，扫描通道200沿第一方向布置，以将待测物品100通过扫描通道200进出CT成像系统1000，射线源组件10用于发出射线束，探测器组件20与射线源组件10相对设置，用于接收射线束。

第一方向可以理解为扫描通道200的输送方向，待测物品100置于扫描通道200内，沿第一方向进出CT成像系统1000。在扫描通道200的两侧分别设置有射线源组件10和探测器组件20，射线源组件10和探测器组件20呈180°相对设置。

其中，在射线源组件10内设置有射线发生器，是射线源组件10的核心部件，通过射线发生器的激励生成X射线，可用于对待测物品100进行检测。在探测器组件20内设置有探测器，用于接收射线源发出的射线并转换为数字信号，其中包括：探测器面板、电源、线缆、探测器屏蔽装置等。

射线束在射线源组件10与探测器组件20之间形成成像区域。在射线发生器的出口位置上设置有准直器，X射线从射线发生器发射出来之后，需要先经过准直器后，再照射到待测物品100上。准直器对X射线的出射范围产生限制，形成成像区域，主要是屏蔽其他方向发射的X射线，将X射线限制在同一个平面内。

探测器组件20包括至少两个探测区域21以及一个空白区域22，每个探测区域21内至少设置有一个探测器。

本申请为了减少探测器的数量，将探测器组件20内设置探测区域21和空白区域22，其中，探测区域21内设置有探测器，可以接收射线束，相邻的两个探测区域21是间隔开的，间隔开的区域无探测器，因此不具备接收射线束的功能，可以理解为，设置在两个相邻的探测区域21之间的区域即为空白区域22。因此，在探测器组件20内应至少要包括两个探测区域21间隔开以形成一个空白区域22。

在视野方面，由于探测器组件20中具有间隔开的探测区域21，至少两个探测区域21可以同时接收射线束，因此在成像过程中具有大视野的功能；在成本方面，由于探测器组件20中存在空白区域22，进而可以减少探测器的使用数量，降低CT成像系统1000的成本。

当然，每个探测区域21内可以存在多个用于接收射线束的探测器，探测器的总物理单元数，也就是探测器像素，探测器的分辨率与像素的大小有密切关系，像素越小、数目越多，CT成像系统1000的分辨率越高、图像越清晰。

成像区域具有延伸通过射线源组件10的主束面31，至少两个探测区域21以主束面31为参照在第二方向上呈非对称分布，探测区域21的位置与空白区域22的位置相对于主束面31互补。

如图2所示，成像区域中间的虚线为主束面31，以主束面31为参照，将探测区域21非对称分布在第二方向上，也就是主束面31两侧的探测区域21是非对称的，探测区域21的位置与主束面31的距离和空白区域22的位置与主束面31的距离是相同的，在空间上有互补的关系。

需要注意的是，一个探测区域21的范围可大于或等于与此探测区域21在空间上相对于主束面31对应的空白区域22的范围，也就是在探测区域21在第二方向上的长度可大于或等于与此探测区域21在空间上相对于主束面31对应的空白区域22在第二方向上的长度。作为优选方案，若探测区域21的范围等于与此探测区域21在空间上相对于主束面31对应的空白区域22的范围，则需要的探测器数量最少，更大程度的降低成本。

在一种优选方式中，CT成像系统1000上包括围绕扫描通道200的滑环，射线源组件10和探测器组件20均设置在滑环上，并呈相对布置，滑环由驱动电机驱动后，可围绕扫描通道200的轴线旋转，也就是说，滑环转动后，使射线源组件10和探测器组件20围绕扫描通道200的轴线旋转，以检测待测物品100的不同截面。

根据本申请的CT成像系统1000，使用多块高分辨率、小尺寸、高采集速度的探测器，由于探测区域21相对于主束面31非对称分布，且其位置与空白区域22的位置相对于主束面31互补，借助旋转扫描依靠数据对称性，可通过算法补偿得到缺失的数据，得到完整数据，借助旋转扫描得到缺失的数据的原理，会通过下述具体实施例进行展开描述。

在本申请的一个示意性的实施例中，至少两个探测区域21中的一个设置在主束面31上，至少两个探测区域21中的另一个设置在一个的一侧。

以探测器组件20包括两个探测器区域和一个空白区域22举例，主束面31穿过其中一个探测区域21，另一个探测区域21布置在与此探测区域21的右侧且间隔开形成一个空白区域22，相对于主束面31，成像区域内的两个探测器为非对称性排布。

对探测器组件20的布置形式做进一步细分，可以分为以下两种实施例。

实施例1，至少两个探测区域21中的一个设置在主束面31上，且被主束面31均分。其中，至少两个探测区域21中的另一个与至少两个探测区域21中的一个相邻。

在多个探测区域21和多个空白区域22中，主束面31穿过其中一个探测区域21，此探测区域21均分，另一个探测区域21紧邻在与此探测区域21的右侧，相当于两个探测区域21紧密拼接成，相对于主束面31，成像区域内的两个探测器为非对称性排布。

实施例2，至少两个探测区域21中的一个设置在主束面31上，且未被主束面31均分。其中，至少两个探测区域21中的另一个与至少两个探测区域21中的一个被空白区域22隔开。

在多个探测区域21和多个空白区域22中，主束面31穿过其中一个探测区域21，被主束面31穿过的探测区域21左右两侧探测区域的大小不同，另一个探测区域21布置在与此探测区域21的右侧且间隔开形成一个空白区域22，相对于主束面31，成像区域内的两个探测器为非对称性排布。

实施例3，至少两个探测区域21中的一个设置在主束面31上，且未被主束面31均分。其中，至少两个探测区域21中的另一个与至少两个探测区域21中的一个被空白区域22隔开。

在多个探测区域21和多个空白区域22中，主束面31穿过其中一个探测区域21，被主束面31穿过的探测区域21左右两侧探测区域的大小不同，另一个探测区域21紧邻在与此探测区域21的右侧，相当于两个探测区域21拼接成，相对于主束面31，成像区域内的两个探测器为非对称性排布。

需要注意的是，上述实施例中提到的被主束面31穿过的探测区域21左右两侧探测区域的大小不同，指的是物理意义上的不同，也就是覆盖面积不同。

根据本申请的一个实施例，所述探测区域21内包括至少一个探测器，空白区域22的尺寸不小于一个探测器像素的大小。

空白区域22是由于相邻的两个探测区域21间隔而形成的，空白区域22的尺寸大小代表的是相邻的两个探测区域间隔的距离，此距离不小于探测区域21内的一个探测器像素的大小，例如：探测区域21内探测器像素的大小为0.1mmx0.1mm，在此种情况下，空白区域的尺寸大小不小于0.1mm。

根据本申请的一个实施例，CT成像系统1000具有射线束覆盖第一空白区域221的第一位置和射线束覆盖第一探测区域211的第二位置，第一位置和第二位置输出的图像数据相同。

为了进一步解释本申请中通过空间互补进而补全缺失数据的原理，在CT成像系统1000中列举两个具有代表性的位置，即覆盖第一空白区域221的第一位置和射线束覆盖第一探测区域211第二位置。

需要注意的是，为了更易理解，图3和图4中将空白区域22示出，具有填充的为探测区域21，而空白的为空白区域22，但在实际中，空白区域22是两个探测区域21之间的未设置探测器的位置。

CT成像系统1000的第一位置如图3所示，射线源组件10在扫描通道200的上方发射射线束，探测器组件20在扫描通道200的下方接收射线束，探测器组件20从左向右依次为第一探测区域211、第二探测区域212和第一空白区域221，射线束可以覆盖到第一探测区域211、第二探测区域212和第一空白区域221。

在第一位置中，由于第一探测区域211和第二探测区域212内均安装有探测器，因此均可成像，而由于第一空白区域221内无探测器，因此此处数据缺失。

CT成像系统1000的第二位置如图4所示，是通过CT成像系统1000逆时针旋转由第一位置转到第二位置的，射线源组件10在扫描通道200的左下方发射射线束，探测器组件20在扫描通道200的右上方接收射线束，探测器组件20从下向上依次为第一探测区域211、第二探测区域212和第一空白区域221，射线束可以覆盖到第一探测区域211、第二探测区域212和第一空白区域221。

在第二位置中，由于第一探测区域211和第二探测区域212内均安装有探测器，因此均可成像，而由于第一空白区域221内无探测器，因此此处数据缺失。

对照第一位置和第二位置可以发现，在第一位置中射线源组件10与第一探测区域211的成像的数据与在第二位置中射线源组件10与第一空白区域221的成像的数据相同，第二位置中第一空白区域221缺失的数据可由第一位置中第一探测区域211补齐，可以完成数据互补，从而构建待测物品100所需完整的数据。

本申请对每个探测区域21的间距不做限定，相邻的两个探测区域21之间的间距可以均不相等，或者相邻的两个探测区域21之间的间距可以部分不等，或者相邻的两个探测区域21之间的间距可以均相等。

此处间距指的是相邻的两个探测区域21间在第二方向上的长度距离。

在一个实施例中，相邻的两个探测区域21之间的间距均相等。

为了利于计算探测器组件20内探测器的数量以及布置每个探测器的位置，相邻的两个探测区域21之间的间距均相等，也就是相邻的两个探测区域21在第二方向上的长度距离均相等。

本申请对每个探测区域21的覆盖面积不做限定，每个探测区域21的覆盖面积可以全不同，或者每个探测区域21的覆盖面积可以部分不同，或者每个探测区域21的覆盖面积可以均相同。

此处覆盖面积指的是每个探测区域21在第二方向上的长度和第三方向上的长度乘积。需要注意的是，即使两个探测区域21的覆盖面积相同，这两个探测区域21在第二方向上的长度和第三方向上的长度可以不同。

第三方向可以理解为以射线源组件10为圆心的半径方向，第三方向与第二方向、第一方向均垂直。

在一个实施例中，探测区域21在第二方向上的覆盖面积均相等。

为了利于计算探测器组件20内探测器的数量以及布置每个探测器的位置，探测区域21面积均相等，且在第二方向上的长度相等。

根据本申请的一个实施例，探测器组件20设置有多排，多排探测器组件20在第一方向上排列。

当然，本申请对探测器组件20的排数不做限定，可以在第一方向上安装多排上述其中一个实施例中的探测器组件20，可运用在螺旋CT扫描中，节约检查时间，提高工作效率。

根据本申请的一个实施例，射线束包括第一出射角度32和第二出射角度33，第一出射角度32和第二出射角度33的覆盖范围为射线束的出射范围。

如图2所示，射线束形成的成像区域，其中间的虚线为主束面31，左侧虚线和主束面31所构成的夹角为第一出射角度32，右侧虚线和主束面31所构成的夹角为第二出射角度33，第一出射角度32覆盖的出射范围和第二出射角度33覆盖的出射范围共同形成射线束的出射范围，也就是本申请CT成像系统1000中的视野范围，CT成像系统1000旋转一圈，即可完成待测物品100全部影像的获取。

根据本申请的一个实施例，出射范围内至少覆盖两个探测区域21。

为了满足本申请成像大视野的同时，高分辨率、高速率的条件，出射范围必须至少覆盖两个探测区域21，也就是在最小的出射范围内，也必须覆盖包含两个探测区域21和两个探测区域21之间的一个空白区域22。在出射范围的覆盖内存在空白区域22，可减少探测器的使用数量，降低CT成像系统1000成本，利用空间互补的方式，在旋转扫描中，可通过两个探测区域21获取空白区域22的数据，从而得到完整图像数据，具体原理已在上述解释说明，在此不再赘述。

根据本申请的一个实施例，CT成像系统1000还包括载台400，载台400可滑动地设置在扫描通道200上，以将待测物品100通过扫描通道200进出CT成像系统1000。

载台400与丝杠连接，待测物品100放置在载台400上，在驱动装置的作用下，载台400被丝杠带动，载台400能推动待测物品100在扫描通道200内移动。丝杠将待测物品100准确定位于CT成像系统1000的射线束上，有效解决检测设备的传动系统定位精度不够的问题，满足某些产品对图像检测质量的要求，

根据本申请的一个实施例，载台400与待测物品100之间设置有调整平台300，调整平台300用于调整待测物品100的姿态。

本申请的调整平台300可用于调整生产线上传送的待测物品100的运动姿态，还可用于辐射检测领域中，用于将待测物品100调整到预设的检测位置处。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然根据本公开总体技术构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本公开总体技术构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (11)

1.一种CT成像系统，其特征在于，包括：

扫描通道，所述扫描通道沿第一方向布置，以将待测物品通过所述扫描通道进出所述CT成像系统；

设置在所述扫描通道一侧的射线源组件，所述射线源组件用于发出射线束；

设置在所述扫描通道另一侧的探测器组件，所述探测器组件与所述射线源组件相对设置，用于接收所述射线束，所述射线束在所述射线源组件与所述探测器组件之间形成成像区域，

其中，所述探测器组件包括至少两个探测区域以及一个空白区域，所述成像区域具有延伸通过所述射线源组件的主束面，所述探测区域的位置与所述空白区域的位置相对于所述主束面互补，至少两个所述探测区域以所述主束面为参照在第二方向上呈非对称分布；

所述CT成像系统具有所述射线束覆盖第一空白区域的第一位置和所述射线束覆盖第一探测区域的第二位置，所述第一位置和所述第二位置输出的图像数据相同。

2.根据权利要求1所述的CT成像系统，其特征在于，所述至少两个探测区域中的一个设置在所述主束面上，所述至少两个探测区域中的另一个设置在所述一个的一侧。

3.根据权利要求2所述的CT成像系统，其特征在于，所述至少两个探测区域中的一个设置在所述主束面上，且被所述主束面均分。

4.根据权利要求2所述的CT成像系统，其特征在于，所述至少两个探测区域中的另一个与所述至少两个探测区域中的一个相邻。

5.根据权利要求2所述的CT成像系统，其特征在于，所述至少两个探测区域中的另一个与所述至少两个探测区域中的一个被所述空白区域隔开。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的CT成像系统，其特征在于，所述探测区域内包括至少一个探测器，所述空白区域的尺寸不小于一个探测器像素的大小。

7.根据权利要求1所述的CT成像系统，其特征在于，所述探测器组件设置有多排，多排所述探测器组件在第一方向上排列。

8.根据权利要求1所述的CT成像系统，其特征在于，所述射线束包括第一出射角度和第二出射角度，所述第一出射角度和所述第二出射角度的覆盖范围为所述射线束的出射范围。

9.根据权利要求8所述的CT成像系统，其特征在于，所述出射范围内至少覆盖两个探测区域。

10.根据权利要求1所述的CT成像系统，其特征在于，还包括载台，所述载台可滑动地设置在所述扫描通道上，以将待测物品通过所述扫描通道进出所述CT成像系统。

11.根据权利要求10所述的CT成像系统，其特征在于，所述载台与所述待测物品之间设置有调整平台，所述调整平台用于调整所述待测物品的姿态。