CN117045270A - 一种用于x射线检测器的准直器组件 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有X射线源、X射线检测器和准直器组件的X射线成像系统，该准直器组件在X射线源和X射线检测器之间的X射线路径中。X射线检测器包括并列布置并且适于定向成朝向X射线源的多个检测器模块，该检测器模块沿着与进入的X射线的方向基本垂直的方向并列布置。准直器组件(70)基于在与检测器模块的方向一致的方向上并列布置的多个间隔开的准直器板(71)。准直器组件(70)还包括物理稳定的侧向支撑结构(72)，该物理稳定的侧向支撑结构被布置在侧向平面中，该侧向平面在与进入的X射线的方向基本垂直的方向上延伸。

Description

一种用于X射线检测器的准直器组件

背景技术

本发明的技术涉及X射线技术和X射线成像。具体地，本发明的技术涉及一种诸如计算机断层摄影(CT)成像系统之类的X射线成像系统。

诸如计算机断层摄影(CT)成像系统之类的射线照相成像已经在诸如医疗诊断和治疗之类的医疗应用中使用多年。

通常，诸如CT成像系统之类的X射线成像系统包括X射线源和X射线检测器，该X射线检测器由包括一个或许多个检测器元件的多个检测器模块组成，以用于独立测量X射线强度。X射线源发射X射线，这些X射线穿过待成像的对象或物体，并且然后由X射线检测器接收。X射线源和X射检测器通常被布置成在机架的旋转构件上围绕对象或物体旋转。所发射的X射线在其穿过时被对象或物体衰减，并且所产生的透射X射线由检测器测量。然后，所测量的数据可用于重建对象或物体的图像。

参考图1A简要概述根据现有技术的说明性的通用X射线成像系统可能是有用的。在该说明性示例中，X射线成像系统100包括X射线源10、X射线检测器20和相关联的图像处理系统30。一般来讲，X射线检测器20被配置成记录来自X射线源10的辐射，该辐射任选地已被任选的X射线光学器件或准直器聚焦并且已穿过物体、对象或其部分。X射线检测器20可经由合适的模拟读出电子器件连接到图像处理系统30，该模拟读出电子器件至少部分地集成在X射线检测器20中，以使图像处理系统30能够进行图像处理和/或图像重建。任选地，准直器组件70可被布置在X射线源10和X射线检测器20之间的X射线路径中。

以举例的方式，常规CT成像系统包括X射线源和X射线检测器，该X射线检测器被布置成使得可以覆盖至少180度的不同视角采集对象或物体的投影图像。这最常见地通过将源和检测器安装在能够围绕对象或物体旋转的支撑件(例如，机架的旋转构件)上来实现。包含针对不同视角在不同检测器元件中记录的投影的图像称为正弦图。在下文中，针对不同视角在不同检测器元件中记录的投影的集合将称为正弦图，即使检测器是二维的也是如此，从而使正弦图成为三维图像。

图1B是展示根据现有技术的X射线成像系统设置的示例的示意图，示出了从X射线源穿过物体到X射线检测器的投影线。

X射线成像的进一步发展是能量分辨X射线成像，也称为光谱X射线成像，其中针对若干不同能级测量X射线透射。这可通过使源在两个不同发射光谱之间快速地切换、通过使用发射不同X射线光谱的两个或更多个X射线源或通过使用测量两个或更多个能级下的入射辐射的能量分辨检测器来实现。这种检测器的示例是多仓光子计数检测器，其中每个记录的光子生成一个电流脉冲，将该电流脉冲与一组阈值进行比较，从而对入射到多个能量仓中的每个能量仓中的光子的数量进行计数。

许多X射线成像系统配备有被布置在X射线源和X射线检测器之间的X射线路径中的后置准直器，主要用于抑制散射的X射线光子。准直器组件应优选地易于制造，同时提供足够的散射抑制并且检测效率良好。

在诸如CT成像系统之类的X射线成像系统中，通常存在对准直器组件并且尤其是后置准直器的设计和/或配置进行改进的需求。

发明内容

本发明内容介绍了在具体实施方式中更详细描述的概念。其不应当用于确定要求保护的主题的基本特征，也不应当用于限制要求保护的主题的范围。

总体目的是提供在x射线成像系统的背景下的得到改进的准直器组件。具体目的是提供一种得到改进的X射线成像系统。这些和其他目的通过如权利要求所限定的本发明的一个或多个实施方案来实现。

根据第一方面，提供了一种包括X射线源、X射线检测器以及联接到该X射线检测器的准直器组件的X射线成像系统。X射线检测器包括并列布置并且定向成朝向X射线源的多个检测器模块，该检测器模块沿着与进入的X射线的方向基本垂直的方向并列布置。准直器组件包括在与检测器模块的方向一致的方向上并列布置的多个间隔开的准直器板。准直器组件还包括物理稳定的侧向支撑结构，该物理稳定的侧向支撑结构被布置在侧向平面中，该侧向平面在与进入的X射线的方向基本垂直的方向上延伸。

以这种方式，准直器将对由在X射线成像系统的运行期间(例如，当执行患者扫描时)发生的各种力引起的变形不那么敏感。此外，有关刚度的改进允许在进入的x射线的方向上使用相对较高的准直器板，这进而使得能够提供足够的散射抑制。

以举例的方式，X射线成像系统可以是旋转计算机断层摄影(CT)系统。

本发明的技术提供包括准直器组件的X射线成像系统的下列一个或多个优点，如将通过参考各种示例性实施方案的描述而理解的：

·提高刚度；

·降低制造复杂度；

·足够的散射抑制；

·减少运行期间发生的变形；

·提高检测效率。

附图说明

通过结合附图参考以下描述，可以最好地理解实施方案连同其进一步的目的和优点。

图1A和图1B是示出整体X射线成像系统的示例的示意图。

图2是示出X射线成像系统(诸如CT成像系统)的另一个示例的示意图。

图3是作为X射线成像系统的例示性示例的CT成像系统的示意性框图。

图4是示出X射线成像系统(诸如CT成像系统)的相关部分的另一个示例的示意图。

图5是根据现有技术的光子计数电路和/或设备的示意图。

图6是示出根据示例性实施方案的半导体检测器模块的示例的示意图。

图7是示出根据另一个示例性实施方案的半导体检测器模块的示例的示意图。

图8A是示出根据又一个示例性实施方案的半导体检测器模块的示例的示意图。

图8B是示出一组平铺检测器模块的示例的示意图，其中，每个检测器模块均为深度分段检测器模块，并且如从进入的X射线的方向可见，专用集成电路(ASIC)或对应的电路系统布置在检测器元件下方。

图9是示出CT成像系统的概要示例的示意图。

图10是示出X射线源-检测器系统的整体设计的示例的示意图。

图11A是示出具有一维准直器组件的检测器-准直器组件的示例的示意图，该一维准直器组件由在也表示为z方向的CT成像系统的旋转轴线的方向上并列布置的多个准直器板构成，从而限定仅z准直器。

图11B是示出具有一维准直器组件的检测器-准直器组件的示例的示意图，该一维准直器组件由在也表示为x方向的CT成像系统的角方向上并列布置的多个准直器板构成，从而限定仅x准直器。

图12是示出根据一个实施方案的检测器-准直器组件的一个示例的示意性横截面图。

图13是示出根据一个实施方案的检测器-准直器组件的另一个示例的示意性横截面图。

图14是示出根据一个实施方案的检测器-准直器组件的又一个示例的示意性横截面图。

图15是示出一维准直器组件的一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构以提高一维准直器组件的刚度。

图16是示出一维准直器组件的实际实施方式的示例的示意性透视图。

图17是示出具有固定板的一维准直器组件的实际实施方式的特定示例的示意性透视图，准直器板附接到该固定板。

图18A是示出一维准直器组件的另一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构以提高一维准直器组件的刚度。

图18B是示出图18A的准直器组件的一部分的横截面的示意图。

图19A是示出一维准直器组件的又一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构以提高一维准直器组件的刚度。

图19B是示出图19A的准直器组件的一部分的横截面的示意图。

图20是示出一维准直器组件的再另一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构以提高一维准直器组件的刚度。

图21是示出一维准直器组件的另一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构以提高一维准直器组件的刚度。

图22是示出一维准直器组件的又一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构以提高一维准直器组件的刚度。

具体实施方式

现在将参考附图以举例的方式描述本公开的实施方案。

为了更好地理解，继续介绍性地描述整体X射线成像系统的非限制性示例可能是有用的，在该整体X射线成像系统中可以实施根据本发明概念的数据处理和传输。

图2是示出诸如CT成像系统之类的X射线成像系统100的示例的示意图，该X射线成像系统包括：X射线源10，该X射线源发射X射线；X射线检测器20，该X射线检测器具有X射线检测器，该X射线检测器在X射线已穿过物体之后检测这些X射线；模拟处理电路系统25，该模拟处理电路系统处理来自X射线检测器的原始电信号并将其数字化；数字处理电路系统40，该数字处理电路系统可对测量数据进行进一步的处理操作，诸如应用校正、临时存储，或过滤；和计算机50，该计算机存储经处理的数据并且可以执行进一步的后处理和/或图像重建。根据一个示例性实施方案，模拟处理电路系统25的全部或部分可在X射线检测器20中实现。X射线源和X射线检测器可联接到CT成像系统100的机架11的旋转构件。

整体X射线检测器可被视为X射线检测器20，或者与相关联的模拟处理电路系统25组合的X射线检测器20。

图像处理系统30与模拟处理电路系统25通信并且电联接到该模拟处理电路系统，该图像处理系统可以包括数字处理电路系统40和/或计算机50，其可以被配置成基于来自X射线检测器的图像数据执行图像重建。因此，图像处理系统30可以被看作计算机50，或者替代性地数字处理电路系统40和计算机50的组合系统，或者，如果数字处理电路系统40进一步还被专门用于图像处理和/或重建，则可能被看作该数字处理电路系统本身。

通常使用的X射线成像系统的一个示例是CT成像系统，其可以包括产生X射线的扇形束或锥形束的X射线源或X射线管和测量透过患者或物体的X射线的分数的相对的X射线检测器阵列。X射线源或X射线管和X射线检测器安装在围绕成像物体旋转的机架11中。

图3示意性地示出作为X射线成像系统的例示性示例的CT成像系统100。CT成像系统包括计算机50，该计算机经由操作员控制台60从操作员接收命令和扫描参数，该操作员控制台可以具有显示器62和某种形式的操作员界面，例如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏或其它输入设备。操作员提供的命令和参数然后被计算机50用来向X射线控制器41、机架控制器42和检查台控制器43提供控制信号。具体而言，X射线控制器41向X射线源10提供功率和定时信号，以控制X射线发射到位于检查台12上的物体或患者上。机架控制器42控制包括X射线源10和X射线检测器20的机架11的旋转速度和位置。举例来说，X射线检测器20可以是光子计数X射线检测器。检查台控制器43控制并确定患者检查台12的位置和患者的扫描覆盖率。还存在检测器控制器44，其被配置用于控制和/或接收来自X射线检测器20的数据。

在一个实施方案中，计算机50还对从X射线检测器20输出的图像数据执行后处理和图像重建。因此，计算机50对应于如图1A和图2所示的图像处理系统30。相关联的显示器62允许操作员观察来自计算机50的重建图像和其他数据。

布置在机架11中的X射线源10发射X射线。X射线检测器20(其可以为光子计数X射线检测器的形式)在X射线已穿过物体或患者之后检测这些X射线。X射线检测器20可以例如由多个像素(也称为传感器或检测器元件)以及布置在检测器模块中的相关联的处理电路系统(诸如专用集成电路(ASIC))形成。该模拟处理部分的一部分可以在像素中实现，而任何剩余的处理部分例如在ASIC中实现。在一个实施方案中，该处理电路系统(ASIC)将来自这些像素的模拟信号数字化。该处理电路系统(ASIC)还可以包括数字处理部分，该部分可以对测量数据进行进一步的处理操作，诸如应用校正、临时存储和/或过滤。在扫描以获取X射线投影数据期间，机架和安装在其上的部件围绕等中心13旋转。

现代X射线检测器通常需要将入射X射线转换成电子，这往往通过光电效应或康普顿相互作用而发生，并且所得到的电子通常产生二次可见光，直到其能量损失并且这种光进而被光敏材料检测到为止。还存在基于半导体的检测器，并且在这种情况下，由X射线产生的电子根据通过施加的电场收集的电子-空穴对产生电荷。

存在以能量积分模式工作的检测器，就该模式的意义而言，这类检测器提供来自大量X射线的积分信号。输出信号与由所检测到的X射线沉积的总能量成比例。

具有光子计数和能量分辨能力的X射线检测器越来越普遍地用于医疗X射线应用。光子计数检测器具有优势，因为原则上可测量每个X射线的能量，这产生有关物体组成的附加信息。该信息可以用于提高图像质量并且/或者降低辐射剂量。

一般来讲，光子计数X射线检测器通过将由检测器材料中的光子相互作用生成的电脉冲的高度与一组比较器电压进行比较来确定光子的能量。这些比较器电压也被称为能量阈值。一般来讲，比较器中的模拟电压由数模转换器(DAC)设置。DAC将控制器发送的数字设置转换成模拟电压，光子脉冲的高度可以相对于该模拟电压进行比较。

光子计数检测器对在测量时间期间在检测器中已经相互作用的光子的数量进行计数。新光子一般通过这样一个事实来识别：电脉冲的高度超过至少一个比较器的比较器电压。当识别出光子时，通过递增与通道相关联的数字计数器来存储该事件。

当使用若干个不同的阈值时，获得能量分辨光子计数检测器，其中，检测到的光子可被分类到对应于各种阈值的能量仓中。有时，这种类型的光子计数检测器也被称为多仓检测器。一般来讲，能量信息允许创建新种类的图像，其中新信息是可用的，并且可以去除常规技术固有的图像伪影。换句话讲，对于能量分辨光子计数检测器，将脉冲高度与比较器中的多个可编程阈值(T₁-T_N)进行比较，并且根据脉冲高度进行分类，其中脉冲高度又与能量成比例。换句话讲，包括多于一个比较器的光子计数检测器在这里被称为多仓光子计数检测器。就多仓光子计数检测器而言，光子计数被存储在一组计数器中，通常每个计数器对应于一个能量阈值。例如，计数器可以被分配为对应于光子脉冲已经超过的最高能量阈值。在另一个示例中，计数器跟踪光子脉冲越过每个能量阈值的次数。

例如，“侧面朝向”是光子计数检测器的特殊的非限制性设计，其中X射线传感器(诸如X射线检测器元件或像素)被定向为侧面朝向进入的X射线。

例如，此类光子计数检测器可以在至少两个方向上具有像素，其中侧面朝向光子计数检测器的这两个方向之一在X射线的方向上具有分量。这种侧面朝向光子计数检测器有时被称为深度分段光子计数检测器，其在进入的X射线的方向上具有两个或更多个像素深度分段。

另选地，像素可在基本垂直于入射X射线的方向上被布置为阵列(非深度分段的)，并且每个像素可被定向为侧面朝向入射X射线。换句话讲，该光子计数检测器可以是非深度分段的，同时仍然被布置成侧面朝向进入的X射线。

通过将侧面朝向光子计数检测器布置成侧面朝向，可提高吸收效率，在这种情况下，吸收深度可被选择为任何长度，并且该侧面朝向光子计数检测器仍然可被完全耗尽而不会达到非常高的电压。

通过直接半导体检测器检测X射线光子的常规机制基本上如下工作。检测器材料中的X射线相互作用的能量被转换成半导体检测器内部的电子-空穴对，其中电子-空穴对的数量通常与光子能量成比例。电子和空穴朝向检测器电极和背面漂移(或者反过来)。在该漂移期间，电子和空穴在电极中感应出电流，该电流可以被测量。

如图4中所示，信号26从X射线检测器的检测器元件22路由到模拟处理电路系统(例如ASIC)25的输入端。应当理解，术语“专用集成电路(ASIC)”应广义地解释为针对特定应用而使用和配置的任何通用电路。ASIC处理从每个X射线生成的电荷并且将其转换成数字数据，该数字数据可以用于获得测量数据，诸如光子计数和/或估计的能量。ASIC被配置用于连接到数字处理电路系统，使得数字数据可被发送到数字处理电路系统40和/或一个或多个存储器电路或部件45，并且最终该数据将是供图2中的图像处理电路系统30或计算机50生成重建图像的输入。

由于来自一个X射线事件的电子和空穴的数量与X射线光子的能量成比例，因此一个感应电流脉冲中的总电荷与该能量成比例。在ASIC中的过滤步骤之后，脉冲振幅与电流脉冲中的总电荷成比例，因此与X射线能量成比例。然后可以通过在一个或多个比较器(COMP)中将脉冲振幅的值与一个或多个阈值(THR)进行比较来测量脉冲振幅，并且引入计数器，通过计数器可以记录脉冲大于阈值的情况的数量。以这种方式，可以对能量超过对应于已在某个时间帧内检测到的相应阈值(THR)的能量的X射线光子的数量进行计数和/或记录。

ASIC通常每个时钟周期对模拟光子脉冲采样一次，并且记录比较器的输出。取决于模拟信号是高于还是低于比较器电压，比较器(阈值)输出一或零。每个样本处的可用信息例如是每个比较器的一或零，其表示比较器是已被触发(光子脉冲高于阈值)还是未被触发。

在光子计数检测器中，通常存在光子计数逻辑部件，其确定是否已经记录了新光子，并且将光子记录在计数器中。就多仓光子计数检测器而言，通常存在若干个计数器，例如每个比较器一个计数器，并且光子计数根据光子能量的估计值被记录在这些计数器中。该逻辑部件能够以若干种不同的方式实施。光子计数逻辑部件的最常见类别中的两种类别是不可瘫痪计数模式和可瘫痪计数模式。其他光子计数逻辑部件包括例如局部最大值检测，其对电压脉冲中检测到的局部最大值进行计数，并且还可能记录其脉冲高度。

光子计数检测器有许多有益效果，包括但不限于：高空间分辨率、对电子噪声的灵敏度较低、良好的能量分辨率和材料分离能力(光谱成像能力)。然而，能量积分检测器具有高计数率容差的优点。计数率容差来自这样的事实/认识：由于测量了光子的总能量，因此添加一个附加光子将总是增大输出信号(在合理的限度内)，而不管当前由检测器记录的光子的量是多少。这个优点是能量积分检测器成为当今医用CT的标准的主要原因之一。

图5示出了根据现有技术的光子计数电路和/或设备的示意图。

当光子在半导体材料中相互作用时，产生电子-空穴对云。通过在检测器材料上施加电场，电荷载流子被附接到检测器材料的电极收集。信号从检测器元件路由到并行处理电路(例如ASIC)的输入端。应当理解，术语“专用集成电路(ASIC)”应广义地解释为针对特定应用而使用和配置的任何通用电路。ASIC处理从每个X射线生成的电荷并且将其转换成数字数据，该数字数据可以用于获得测量数据，诸如光子计数和/或估计的能量。在一个示例中，ASIC可以处理电荷，使得产生最大高度与检测器材料中的光子所沉积的能量的量成比例的电压脉冲。

ASIC可包括一组比较器302，其中每个比较器302将电压脉冲的量值与参考电压进行比较。比较器输出通常为零或一(0/1)，这取决于所比较的两个电压中的哪一个较大。这里，我们假设：如果电压脉冲高于参考电压，则比较器输出为一(1)；如果参考电压高于电压脉冲，则比较器输出为零(0)。数模转换器(DAC)301能够用于将可以由用户或控制程序提供的数字设置转换成可以由比较器302使用的参考电压。如果电压脉冲的高度超过特定比较器的参考电压，则我们将把该比较器称为“被触发”。每个比较器通常与数字计数器303相关联，该数字计数器根据光子计数逻辑部件基于比较器输出而递增。

如先前所提及，当将由此产生的对于每条投影射线的估计基系数线积分排列成图像矩阵时，结果得到每个基i的材料特定投影图像，也称为基图像。该基础图像可以直接查看(例如在投影X射线成像中)，也可以作为用于形成物体内部的基系数a_i映射的重建算法的输入(例如在CT中)。无论如何，基础分解的结果可以被视为一个或多个基础图像表示，诸如基系数线积分或基系数本身。

应当理解，本文描述的机构和布置能够以多种方式实施、组合和重新布置。

例如，实施方案可以在硬件中实施，或至少部分地在由适当的处理电路系统执行的软件中实施，或者上述实施方式的组合。

本文描述的步骤、功能、过程和/或框可以使用任何常规技术(诸如离散电路或集成电路技术)在硬件(包括通用电子电路系统和专用电路系统)中实施。

替代性地，或者作为补充，本文描述的步骤、功能、过程和/或框中的至少一些能够在软件中实施，该软件诸如由适当的处理电路系统(诸如一个或多个处理器或处理单元)执行的计算机程序。

在下文中，将讨论特定检测器模块具体实施的非限制性示例。更具体地，这些示例是指边缘定向的检测器模块和深度分段的检测器模块。其他类型的检测器和检测器模块也是可行的。

图6是示出根据示例性实施方案的半导体检测器模块的示例的示意图。这是检测器模块21的示例，其中半导体传感器具有多个检测器元件或像素22，其中，每个检测器元件(或像素)通常都基于具有电荷收集电极作为关键部件的二极管。X射线通过检测器模块的边缘进入。

图7是示出根据另一个示例性实施方案的半导体检测器模块的示例的示意图。在该示例中，再次假定X射线通过检测器模块的边缘进入，带有半导体传感器的检测器模块21在深度方向上也分成多个深度分段或检测器元件22。

通常，检测器元件为检测器的单个X射线敏感子元件。一般来讲，在检测器元件中发生光子相互作用，由此产生的电荷由检测器元件的相应电极收集。

每个检测器元件通常将入射的X射线通量测量为帧序列。帧是在指定时间间隔(称为帧时间)期间测量的数据。

取决于检测器拓扑，检测器元件可能对应于像素，尤其是当检测器为平板检测器时。深度分段检测器可被视为具有多个检测器条带，每个条带均具有多个深度段。对于此类深度分段检测器，每个深度段可被视为单独检测器元件，尤其是如果深度段中的每个深度段都与其自己的单独电荷收集电极相关联。

深度分段检测器的检测器条带通常对应于普通平板检测器的像素，并且因此有时也称为像素条带。然而，也可以将深度分段检测器视为三维像素阵列，其中每个像素(有时称为体素)均对应于单独的深度段/检测器元件。

半导体传感器可实施为所谓的多芯片模块(MCM)，在这个意义上，半导体传感器用作电布线和多个ASIC的底部基板，这些ASIC优选通过所谓的倒装芯片技术来附接。布线将包括从每个像素或检测器元件到ASIC输入的信号连接以及从ASIC到外部存储器和/或数字数据处理的连接。考虑到这些连接中的大电流所需的横截面的增加，可通过类似的布线向ASIC提供功率，但也可通过单独的连接来提供功率。ASIC可以定位在有源传感器的侧面，这意味着如果吸收盖放置在顶部，则可以保护其免受入射X射线的影响，并且还可以通过也在该方向上定位吸收器来保护其免受来自侧面的散射X射线的影响。

图8A是示出类似于美国专利号8,183,535中的实施方案的被实现为MCM的检测器模块的示意图。在该示例中，示出了检测器模块21如何也可以具有MCM中的基板的功能。信号通过布线路径23从检测器元件22路由到定位在有源传感器区域旁边的并行处理电路24(例如，ASIC)的输入端。应当理解，术语专用集成电路(ASIC)应广义地解释为针对特定应用而使用和配置的任何通用集成电路。ASIC处理从每个X射线生成的电荷并且将其转换成数字数据，该数字数据可用于检测光子和/或估计光子的能量。ASIC可以具有它们自己的用于小任务的数字处理电路系统和存储器。并且，ASIC可以被配置成连接到位于MCM外部的数字处理电路系统和/或存储器电路或部件，并且最终将数据用作输入以供重建图像。

然而，深度分段的采用也给基于硅的光子计数检测器带来两个值得注意的挑战。首先，必须采用大量ASIC通道来处理从相关联的检测器分段馈送的数据。除了由于较小的像素大小和深度分段而增加的通道数量外，多能量仓还增加了数据大小。第二，由于给定的X射线输入计数被分成更小的像素、分段和能量仓，每个仓具有低得多的信号，因此检测器校准/校正需要若干个数量级以上的校准数据，以最大限度地减少统计不确定性。

自然地，除了需要更大的计算资源、硬盘驱动器、存储器和中央处理单元(CPU)/图形处理单元(GPU)外，大若干个数量级的数据大小还减慢了数据处理和预处理。例如，当数据大小为10GB而不是10MB时，读取和写入数据的处理时间可能会长1000倍。

任何计数X射线光子检测器中的问题是堆积问题。当X射线光子的通量率很高时，可能会出现区分两个后续电荷脉冲的问题。如上文所提及的，滤波器之后的脉冲长度取决于整形时间。如果该脉冲长度大于两个X射线光子感应电荷脉冲之间的时间，则脉冲将一起增长，并且两个光子不可区分并且可被计数为一个脉冲。这称为堆积。因此，避免在高光子通量下堆积的一种方式是使用小的成形时间，或者使用深度分割。

图8B是示出一组平铺检测器模块的示例的示意图，其中，每个检测器模块均为深度分段检测器模块，并且如从进入的X射线的方向可见，ASIC或对应的电路系统24布置在检测器元件22下方，从而允许从检测器元件22到并行处理电路24(例如，ASIC)在检测器元件之间的空间中存在布线路径23。

图9是示出CT成像系统的概要示例的示意图。在该示意性示例中，整体CT成像系统100包括机架111、患者台112，可在患者扫描和/或校准扫描期间将该患者台插入到机架111的开口114中。围绕被成像的对象或患者的机架的旋转部分的旋转轴线的方向表示为z方向。CT成像系统的角方向表示为x方向，并且入射X射线的方向被称为y方向。

图10是示出X射线源-检测器系统的整体设计的示例的示意图。在该示例中，示出了包括多个检测器模块以及发射X射线的X射线源的X射线检测器的示意图。每个检测器模块可具有限定对应的像素的一组检测器元件。例如，检测器模块可以是并列布置并且定向成侧面朝向指向X射线源的侧面朝向检测器模块，并且它们可以布置成轻微弯曲的整体构型。如上所述，入射X射线的方向被称为y方向。机架的旋转轴线的方向(被称为z方向)上的多个检测器像素使得能够进行多切片图像采集。角方向(被称为x方向)上的多个检测器像素使得能够同时测量同一平面中的多个投影，并且这应用于扇形/锥形束CT。x方向有时也被称为通道方向。大多数检测器均具有在切片(z)方向和角(x)方向上的检测器像素。

防散射准直器或物体准直器或更一般地准直器组件(也被称为散射抑制网格或防散射网格)通常用于现代CT成像系统中，例如，以减少物体散射的量，从而提高图像质量。此类准直器组件通常被布置在X射线源和X射线检测器之间的X射线路径中。当准直器组件被布置在待成像的物体或患者的“下游”时，即被定位在待扫描的物体和X射线检测器之间时，准直器组件通常被称为后置准直器。

本发明涉及一种包括X射线源、X射线检测器以及联接到该X射线检测器的准直器组件的X射线成像系统。X射线检测器包括并列布置并且定向成朝向X射线源的多个检测器模块，该检测器模块沿着与进入的X射线的方向基本垂直的方向并列布置。准直器组件包括在与检测器模块的方向一致的方向上并列布置的多个间隔开的准直器板。准直器组件还包括物理稳定的侧向支撑结构，该物理稳定的侧向支撑结构被布置在侧向平面中，该侧向平面在与进入的X射线的方向基本垂直的方向上延伸。

以举例的方式，X射线成像系统可包括X射线源、侧面朝向X射线检测器和中间准直器组件，该中间准直器组件在X射线源和X射线检测器之间的X射线路径中。

在特定示例中，X射线检测器包括并列布置并且适于定向成侧面朝向X射线源的多个侧面朝向检测器模块。检测器模块沿着与进入的X射线的方向基本垂直的主延伸方向并列布置。

例如，准直器组件可基于在仅与检测器模块的主延伸方向一致的单个方向上并列布置的多个间隔开的准直器板，从而限定单独由准直器板的堆叠构成的一维准直器组件。

例如，准直器组件还包括物理稳定的侧向支撑结构，该物理稳定的侧向支撑结构被布置在主延伸方向和进入的X射线的方向上延伸的侧向平面中，其中，物理稳定的侧向支撑结构附接到至少一子组准直器板的短边的至少一部分，以提高一维准直器组件的刚度。

准直器将对由在X射线成像系统的运行期间(例如，当执行患者扫描时)发生的各种力引起的变形不那么敏感。此外，有关刚度的改进允许在进入的x射线的方向上使用相对较高的准直器板，这进而使得能够实现高散射抑制。与使用更复杂的二维准直器组件相比，使用一维准直器组件可能使得制造相对容易。

以举例的方式，X射线成像系统可以是计算机断层摄影(CT)成像系统，诸如图9和/或图10中所示。

在特定示例中，准直器板在也表示为z方向的CT成像系统的旋转轴线的方向上并列布置，从而限定仅z准直器。

另选地，准直器板可在也表示为x方向的CT成像系统的角方向上并列布置，从而限定仅x准直器。

在一个具体示例中，物理稳定的侧向支撑结构包括在侧向平面中延伸并且附接到至少一子组准直器板的短边的至少一部分的多个条带和/或线。

在另一个示例中，物理稳定的侧向支撑结构形成为附接到至少一子组准直器板的短边的至少一部分的栅栏和/或网格。

在又一个示例中，物理稳定的侧向支撑结构包括至少一个侧板，该至少一个侧板具有在其中的多个开口并且附接到至少一子组准直器板的短边的至少一部分。

以举例的方式，具有在其中的多个开口的侧板可以是呈蜂窝形状的板。

在再一个示例中，物理稳定的侧向支撑结构包括附接到至少一子组准直器板的短边的至少一部分的至少一个侧面覆盖片。

任选地，物理稳定的侧向支撑结构可被布置在准直器板的两侧上。

例如，物理稳定的侧向支撑结构可包括碳纤维增强聚合物(CFRP)或由碳纤维增强聚合物制成。事实上，实验研究已经表明，使用CFRP作为物理稳定的侧向支撑结构的基体材料使得可以显著地降低在旋转CT成像系统中的准直器在运行期间的最大变形。

在特定示例中，准直器组件还包括顶部固定板和底部固定板，准直器板附接到该顶部固定板和底部固定板。

以举例的方式，顶部固定板和底部固定板可以是碳盖。

任选地，准直器组件还包括设置在至少一子组准直器板之间的硬化泡沫层。例如，可用作泡沫层的芯材料。

在具体示例中，至少一子组准直器板可被布置成与限定在相邻的检测器模块之间的空间或间隙对准。

任选地，X射线衰减组件可被布置在至少一子组检测器模块之间。在实际示例中，至少一个准直器板可被设置作为X射线衰减组件的延伸部。

以举例的方式，X射线衰减组件可包括至少一个X射线衰减板或片或防散射箔。

在特定示例中，每个检测器模块具有在进入的X射线的方向上以及与进入的X射线的方向和主延伸方向两者垂直的方向上延伸的检测器元件阵列，并且每个准直器板在同一方向上延伸。

任选地，物理稳定的侧向支撑结构通过诸如环氧树脂、胶之类的粘合剂或灌封附接到至少一子组准直器板的短边的至少一部分。

为了更好地理解，现在将参考图12至图22的非限制性示例进一步详细地描述本发明的技术。

图11A是示出具有一维准直器组件的检测器-准直器组件的示例的示意图，该一维准直器组件由在也表示为z方向的CT成像系统的旋转轴线的方向上并列布置的多个准直器板构成，从而限定仅z准直器。

如可见，存在并列布置并且适于定向成侧面朝向X射线源的多个侧面朝向检测器模块21。检测器模块21沿着与进入的X射线的方向(y)基本垂直的主延伸方向(z)并列布置。

准直器组件基于在仅与检测器模块的主延伸方向(z)一致的单个方向上并列布置的多个间隔开的准直器板71，从而限定单独由准直器板的堆叠构成的一维准直器组件。

在该特定示例中，准直器板在CT成像系统的旋转轴线的方向(z)上并列布置，以形成仅z准直器。

以举例的方式，准直器板71可包括较高的Z材料，诸如钨。

在特定示例中，X射线衰减组件81可被布置在至少一子组侧面朝向检测器模块21之间。以举例的方式，X射线衰减组件81可包括至少一个X射线衰减板或片或防散射箔。换句话讲，对于至少一子组检测器模块，相邻的侧面朝向检测器模块21可具有定位于检测器模块21之间的间隙中的任选的防散射箔、片或板81。该任选的特征部可提供附加的防散射保护和/或减少检测器串扰。在特定实施方案中，防散射箔、片或板就像准直器板一样可包括较高的Z材料，诸如钨。

图11B是示出具有一维准直器组件的检测器-准直器组件的示例的示意图，该一维准直器组件由在也表示为x方向的CT成像系统的角方向上并列布置的多个准直器板构成，从而限定仅x准直器。

当将仅z准直器与仅x准直器进行比较时，发明人已经认识到，仅z准直器可能对CT成像系统中的相对于变形的旋转力不那么敏感。

图12是示出根据一个实施方案的检测器-准直器组件的一个示例的示意性横截面图。在该示例中，检测器模块21并列布置，在模块之间限定有空间/间隙，其中，空间/间隙设置有可紧固或以其它方式附接到检测器模块21的防散射箔、片或板81。这里，限定整体一维准直器组件70的准直器板71与防散射箔、片或板81对准。通过将准直器板定位成与整体检测器的非活动(死/间隙)区对准和/或定位在整体检测器的非活动(死/间隙)区的顶部上，提高了检测效率。

图13是示出根据一个实施方案的检测器-准直器组件的另一个示例的示意性横截面图。在该示例中，并非相邻的检测器模块之间的所有空间/间隙均具有防散射箔、片或板81。

例如，如果检测器模块成对布置，例如，前侧对前侧布置，则可能就是这种情况。优选地，假定检测器模块的前端电子器件驻留在前侧上，防散射箔、片或板81可被布置在相邻的检测器模块21之间的前侧对前侧空间中。然而，可能没有必要在相邻的检测器模块之间的后侧对后侧空间中设置任何防散射组件。在相邻的检测器模块21之间的后侧对后侧空间中仅设置隔离物82可能就足够了。这些隔离物82可以是三维(3D)打印的隔离物。

如从图13可见，也没有必要在相邻的检测器模块之间的每个间隙/空间上方设置准直器板。例如，在隔离物82上方设置准直器板仅仅是任选的。

图14是示出根据一个实施方案的检测器-准直器组件的又另一个示例的示意性横截面图。

在该特定示例中，至少一个准直器板被设置作为X射线衰减组件的延伸部。更具体地，实际方案是将每个准直器板71与对应的防散射箔、片或板81集成。

换句话讲，后置准直器70可单独附接在X射线检测器上，或与X射线检测器集成。准直器70的目的是抑制对图像质量有害的物体散射。然而，准直器板71阻挡了一部分主要的x射线，从而降低了检测效率。本发明的某些实施方案通过将后置准直器直接集成为检测器的整体部分来缓解这个问题。本发明具体地非常适用于某些类型的检测器，例如，单个检测器模块/切片(通道)是独立物理单元的检测器和/或适用于诸如深硅基边缘受照检测器模块之类的侧面朝向检测器模块。

在边缘受照检测器中，通常在检测器模块/切片之间存在内部板，主要用于抑制内部散射。如所提及的，根据具体实施方案，例如，如图14中所示，这些内部板进一步向外延伸以形成后置准直器。使用这种方法有若干有益效果：1)板的外部部分直接定位于检测器模块/切片之间的预先存在的空间/间隙上方，并且因此不会进一步降低几何效率，并且2)板的外部部分与检测器单元自对准。

图15是示出一维准直器组件70的一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构72以提高一维准直器组件的刚度。

在该特定示例中，物理稳定的侧向支撑结构72包括多个条带和/或线，这些条带和/或线i)在由主延伸方向和进入的X射线的方向限定的侧向平面中延伸，并且ii)附接到至少一子组准直器板71的短边的至少一部分。以举例的方式，条带和/或线可由碳纤维制成，该条带和/或线例如通过诸如环氧树脂、胶之类的粘合剂或灌封附接到每个准直器板71或其在所选择的接触点处的子组。

应当理解，可采用广泛多种稳定的侧向支撑结构中的任何一种，如下文将举例说明的。

图16是示出一维准直器组件的实际实施方式的示例的示意性透视图。

图17是示出具有固定板73、74的一维准直器组件70的实际实施方式的特定示例的示意性透视图，准直器板71附接到这些固定板。

以举例的方式，这些固定板73、74可通过紧固件75紧固到整体准直器的相应端块76上。此外，端块76可具有定位销钉，其中，固定板73、74中的定位孔可与该定位销钉对准。

例如，该特定设计可使用两个碳盖作为整体准直器70的上部连接表面和下部连接表面(固定板73、74)。

发明人已经认识到，准直器的这种实际实施方式可能仍然对由例如在诸如CT成像系统之类的X射线成像系统的运行期间发生的旋转力和其它力引起的变形敏感。例如，固定板73、74的中央部分未被固定，因此因高速旋转生成的振动可能导致板的中央部分产生偏移。

本发明的稳定的侧向支撑结构可显著提高一维准直器组件的刚度，该稳定的侧向支撑结构被布置在侧向平面中，该侧向平面在主延伸方向和进入的X射线的方向上延伸并且附接到至少一子组准直器板的短边的至少一部分。

图18A是示出一维准直器组件70的另一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构72以提高一维准直器组件的刚度。

图18B是示出图18A的准直器组件的一部分的横截面的示意图。

如所提及的，物理稳定的侧向支撑结构72可包括在上文限定的侧向平面中延伸并且附接到全部或至少一子组准直器板71的短边的至少一部分的多个条带。在该特定示例中，侧向支撑结构72形成为在主延伸方向(z/x)上从整体准直器组件70的一个端块延伸到另一个端块的一组细长的条带或片。以举例的方式，条带可以是例如由CFRP制成的碳基条带。例如，条带的厚度可以等于或大于0.1mm，并且优选地等于或大于0.3mm。

以举例的方式，被固定的碳纤维条带优选地设置在两个短边上以提高整体刚度。

由于添加了侧向支撑结构的条带，因此，可能损失一小部分X射线剂量。

图19A是示出一维准直器组件70的又一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构72以提高一维准直器组件的刚度。

图19B是示出图19A的准直器组件70的一部分的横截面的示意图。

在该示例中，物理稳定的侧向支撑结构72包括至少一个侧板/侧盖，该至少一个侧板/侧盖具有限定在其中的多个开口并且附接到至少一子组准直器板71的短边的至少一部分。

优选地，限定在侧板中的开口的尺寸和分布适于在刚度和X射线剂量损失之间提供平衡或权衡。当被固定的侧板的相对较大区域附接到准直器板的短边时，整体刚度得到提高。另一方面，侧板中的更多材料将会导致更高的X射线剂量损失。在侧板中提供多个开口满足改进的刚度以及降低X射线剂量的损失。优选地，侧板可例如包括CFRP或由CFRP制成。例如，侧板或侧盖的厚度可以等于或大于0.1mm，并且优选地等于或大于0.3mm。

以举例的方式，具有限定在其中的开口的侧板可以是呈蜂窝形状的板，例如，如图20中具体所示的。

图21是示出一维准直器组件的另一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构以提高一维准直器组件的刚度。

在该特定示例中，物理稳定的侧向支撑结构72形成为附接到至少一子组准直器板71的短边的至少一部分的栅栏和/或网格。

图22是示出一维准直器组件的又一个示例的示意性透视图，该一维准直器组件具有物理稳定的侧向支撑结构以提高一维准直器组件的刚度。

在该示例中，物理稳定的侧向支撑结构72包括附接到至少一子组准直器板的短边的至少一部分的至少一个侧面覆盖片。当使用例如由CFRP制成且示例性厚度大于0.1mm的两个完整侧盖时，整体刚度或刚性示出非常好的状态。然而，与其它实施方案相比，完整侧盖意味着更高的X射线剂量损失。

附图中所示和上文所述的本公开的实施方案仅为示例性实施方案，并且并非旨在限制所附权利要求的范围，包括权利要求的范围内所包括的任何等同物。本领域的技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明范围的情况下，可以对这些实施方案做出各种修改、组合与改变。旨在使本文所述的非相互排斥的特征的任何组合在本发明的范围内。即，所述实施方案的特征可与上述任何适当的方面组合，并且任何一个方面的任选特征可与任何其他适当的方面组合。类似地，从属权利要求中列出的特征可与其他从属权利要求的非相互排斥的特征组合，特别是在从属权利要求从属于同一独立权利要求的情况下。在一些要求单一权利要求从属项的司法管辖区内，可能已作为实践使用了这些从属项，但这不应视为意味着从属权利要求中的特征是相互排斥的。

还应注意，除非另有明确说明，否则本发明的概念涉及所有可能的特征组合。特别地，在技术上可能的情况下，不同实施方案中的不同部分解决方案可以在其他配置中组合。

Claims (15)

1.一种X射线成像系统，所述X射线成像系统包括：

X射线源；

X射线检测器；和

准直器组件，所述准直器组件联接到所述X射线检测器，

其中，所述X射线检测器包括并列布置并且定向成朝向所述X射线源的多个检测器模块，所述检测器模块沿着与进入的X射线的方向基本垂直的方向并列布置，

其中，所述准直器组件包括在与所述检测器模块的方向一致的方向上并列布置的多个间隔开的准直器板，并且

其中，所述准直器组件还包括物理稳定的侧向支撑结构，所述物理稳定的侧向支撑结构被布置在侧向平面中，所述侧向平面在与进入的X射线的所述方向基本垂直的方向上延伸。

2.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其中，所述X射线成像系统是计算机断层摄影(CT)成像系统。

3.根据权利要求2所述的X射线成像系统，其中，所述准直器板在也表示为z方向的所述CT成像系统的旋转轴线的方向上并列布置。

4.根据权利要求2所述的X射线成像系统，其中，所述准直器板在也表示为x方向的所述CT成像系统的角方向上并列布置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的X射线成像系统，其中，所述物理稳定的侧向支撑结构包括在所述侧向平面中延伸并且附接到至少一子组所述准直器板的短边的至少一部分的多个条带和/或线。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的X射线成像系统，其中，所述物理稳定的侧向支撑结构形成为附接到至少一子组所述准直器板的短边的至少一部分的栅栏和/或网格。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的X射线成像系统，其中，所述物理稳定的侧向支撑结构包括至少一个侧板，所述至少一个侧板具有在其中的多个开口并且附接到至少一子组所述准直器板的短边的至少一部分。

8.根据权利要求7所述的X射线成像系统，其中，具有在其中的所述多个开口的所述至少一个侧板是呈蜂窝形状的板。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的X射线成像系统，其中，所述物理稳定的侧向支撑结构被布置在所述准直器板的两侧上。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的X射线成像系统，其中，所述物理稳定的侧向支撑结构包括碳纤维增强聚合物或由碳纤维增强聚合物制成。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的X射线成像系统，其中，所述准直器组件还包括顶部固定板和底部固定板，所述准直器板附接到所述顶部固定板和所述底部固定板。

12.根据权利要求11所述的X射线成像系统，其中，所述顶部固定板和所述底部固定板是碳盖。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的X射线成像系统，其中，至少一子组所述准直器板被布置成与限定在相邻的检测器模块之间的空间或间隙对准。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的X射线成像系统，其中，X射线衰减组件被布置在至少一子组所述检测器模块之间。

15.根据权利要求14所述的X射线成像系统，其中，至少一个所述准直器板被设置作为所述X射线衰减组件的延伸部。