CN220385074U - 一种局部高清ct探测器模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种局部高清CT探测器模块，探测器模块采用单层X射线传感器设计，包括模块像素阵列和后准直器模块，所述后准直器模块采用沿CT探测器模块的CT系统扫描方向，即Z方向的一维均匀间隔设计，在X‑Z方向设置模块像素阵列，模块像素阵列与后准直器模块对准；所述模块像素阵列采用不均匀尺寸设计，模块像素阵列的尺寸包括大像素阵列、中像素阵列、小像素阵列和超小像素阵列四种模式或不同模式的任意组合；每个像素阵列中包括若干像素，每个像素包括闪烁体像素、光反射层和光敏阵列像素，闪烁体像素与光敏阵列像素尺寸一致，相邻闪烁体像素通过光反射层隔开。

Description

一种局部高清CT探测器模块

技术领域

本实用新型涉及医学成像技术领域，尤其涉及一种局部高清CT探测器模块。

背景技术

CT技术在医学影像诊断方面的应用始于70年代英国EMI公司推出的头部CT产品。经过40多年不断的技术进步和临床应用研究，目前医用CT已经发展成为现代医学中应用广泛、不可缺少的大型医疗影像诊断设备之一，其突出的优势体现在可对全身及各器官进行快速精确成像，为高效率的临床诊断和疾病筛查提供有力的支撑。

CT图像的空间分辨率通常由球管焦点大小、探测器阵列的像素尺寸以及成像的几何放大倍数（由焦点到旋转中心和探测器阵列的距离确定）等主要因素决定。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。在目前常规的医用CT中，探测器模块最小像素的物理尺寸通常为1x1mm(X,Z)左右，结合常用的球管飞焦点功能，与之对应的空间分辨率可以较好地支持大部分临床诊断需求。但对于一些特定的临床应用，例如心血管造影成像、肺部小结节筛查等，往往需要更高的空间分辨率来进一步提升临床影像对细微病变的灵敏度，优化临床诊断的准确率。目前在医用CT的高端产品中，已出现包括光子计数能谱CT在内的采用均匀小像素高清探测器阵列的机型，像素的物理尺寸小于0.5x0.5mm(X,Z)，使CT影像的空间分辨率得到显著提升；但采用均匀高清探测器阵列使像素和读出电路的通道总数成几何倍数增加，大幅度地增加了探测器阵列和整个CT产品的成本，限制了该类产品的广泛应用。另一方面，在经济型医用CT产品中，例如16排CT产品中，尚未出现像素物理尺寸小于0.5mm的高清机型。两种常规的16排探测器模块的像素阵列示例如图2所示，模块在X方向的宽度为16个像素，左边的阵列为16x16均匀像素阵列，像素物理尺寸为1x2mm(X,Z)左右，模块共有256个像素和读出电路通道，扫描只有厚层模式；与左边的阵列相比，右边的阵列中间部分在Z方向细分为16x16的像素物理尺寸为1x1mm(X,Z)左右的小像素阵列，扫描时可以在探测器Z方向的覆盖和Z方向空间分辨率之间做一个权衡，选择16排的厚层或薄层模式；模块的数据输出仍对应256个像素和读出电路通道。图2的两种像素阵列在X方向的剖面如图3所示，闪烁体阵列在X方向有16个分离像素，由光反射层隔离，同时和后准直器模块对准。

在采用图2和图3所示的常规探测器模块像素阵列时，一种现有的在X方向获取高清空间分辨率的低成本方法如图4所示，该方法使用X射线栅格11来实现和小像素阵列等效的空间采样效果，图4中的例子采用占空比为50%的X射线栅格11，可以将探测器阵列在X方向的空间分辨率提升1倍，和图5所示的在X方向采用高清像素阵列的空间分辨率相同。但采用如图4所示的X射线栅格11，50%的对成像有用的X射线被栅格遮挡，空间分辨率的提升要以损失50%的X射线剂量效率为代价。

在高端医用CT产品中出现的采用均匀高清探测器阵列的机型，可以显著提升CT图像的空间分辨率，但也会使探测器像素和读出电路的通道总数成几何倍数增加，大幅度地增加探测器阵列和整个CT产品的成本，从而限制该类产品的广泛应用。

现有技术中存在的使用X射线栅格来提升CT图像的空间分辨率的方法，不需要使用高清探测器阵列，可以使成本得到很好的控制，但需要以X射线剂量效率的大幅度损失为代价。

实用新型内容

技术目的：针对现有技术中的缺陷，本实用新型公开了一种局部高清CT探测器模块。

技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案。

一种局部高清CT探测器模块，探测器模块采用单层X射线传感器设计，包括模块像素阵列和后准直器模块，所述后准直器模块采用沿CT探测器模块的CT系统扫描方向，即Z方向的一维均匀间隔设计，在X-Z方向设置模块像素阵列，模块像素阵列与后准直器模块对准；所述模块像素阵列采用不均匀尺寸设计，模块像素阵列的尺寸包括大像素阵列、中像素阵列、小像素阵列和超小像素阵列四种模式或不同模式的任意组合；每个像素阵列中包括若干像素，每个像素包括闪烁体像素、光反射层和光敏阵列像素，闪烁体像素与光敏阵列像素尺寸一致，相邻闪烁体像素通过光反射层隔开。

优选地，所述大像素阵列为1x2mm(X,Z)像素尺寸的像素阵列模式，即大像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的1mmx2mm，中像素阵列为1x1mm(X,Z)像素尺寸的像素阵列模式，即中像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的1mmx1mm，小像素阵列为0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的像素阵列模式，即小像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的0.5mmx1mm，超小像素阵列为0.5x0.5mm(X,Z) 像素尺寸的像素阵列模式，即超小像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的0.5mmx0.5mm，其中像素尺寸误差在±20%内。

优选地，在大像素阵列和中像素阵列中，像素在X方向上的尺寸为1mm，每个像素与后准直器模块中的后准直器间隔一一对应；在小像素阵列和超小像素阵列中，像素在X方向上的尺寸为0.5mm，后准直器模块中的每个后准直器间隔对应两个像素。

优选地，所述模块像素阵列中，采用32x8的0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的小像素阵列，16x4的1x1mm(X,Z) 像素尺寸的中像素阵列和16x4的1x2mm(X,Z) 像素尺寸的大像素阵列，其中，通过32x8的0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的小像素阵列成像实现X方向的高清模式。

优选地，所述模块像素阵列中，小像素阵列设于模块像素阵列的中央或边缘。

优选地，所述模块像素阵列中，在阵列中央采用32x16的0.5x0.5mm(X,Z) 像素尺寸的超小像素阵列，在该阵列范围内实现X和Z两个方向的高清模式；从中央超小像素阵列沿Z方向延伸，对称地采用32x4的0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的小像素阵列和16x8的1x1mm(X,Z) 像素尺寸的中像素阵列。

优选地，所述模块像素阵列中，超小像素阵列设于模块像素阵列的中央或边缘。

有益效果：

本实用新型提出的部分高清探测器模块像素阵列方案，可以很好地克服上述两种现有技术的缺点，一方面在经济型探测器模块中实现可选的高清模式，显著提升CT图像的空间分辨率，另一方面，不需要成几何倍数增加探测器像素和读出电路的通道总数，使探测器阵列和整个CT产品的成本可控；同时也不需要额外牺牲任何对成像有用的X射线，从而维持优化的X射线剂量效率。

附图说明

图1为现有CT探测器阵列示意图；

图2为现有两种常规16排探测器模块像素阵列示意图；

图3为现有探测器模块闪烁体阵列和后准直器模块沿X方向的剖面示意图；

图4为现有使用X射线栅格来提升空间分辨率的方法的剖面示意图；

图5为现有使用细分像素来提升空间分辨率的剖面示意图；

图6为本实用新型的一种局部高清CT探测器模块像素阵列示意图；

图7为图6中A-A方向的剖面图；

图8为图6中B-B方向的剖面图；

图9为本实用新型的一种局部高清CT探测器模块的三种不同读出模式说明图；

图10为本实用新型的读出电路通道数增加一倍时一种局部高清CT探测器模块像素阵列示意图；

其中，1为机架外径，2为机架内径，3为球管焦点，4为旋转中心，5为探测器导轨，6为探测器模块，7为闪烁体像素，8为光反射层，9为光敏阵列像素，10为后准直器模块，11为X射线栅格。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的一种局部高清CT探测器模块做进一步的说明和解释。

如附图1和附图2所示，CT系统和探测器示例包括机架外径1、机架内径2、球管焦点3、旋转中心4、探测器导轨5和探测器模块6；所述机架外径1、机架内径2的中心为旋转中心4，探测器模块6和CT球管（包括球管焦点3）安装在旋转中心4的两侧的机架上，探测器模块6通过探测器导轨5进行定位支撑。

本实用新型的一种局部高清CT探测器模块，探测器模块采用单层X射线传感器设计，包括模块像素阵列和后准直器模块10，所述后准直器模块采用沿CT探测器模块的CT系统扫描方向，即Z方向的一维均匀间隔设计，在X-Z方向设置模块像素阵列，模块像素阵列与后准直器模块对准；所述模块像素阵列采用不均匀尺寸设计，模块像素阵列的尺寸包括大像素阵列、中像素阵列、小像素阵列和超小像素阵列四种模式或不同模式的任意组合；每个像素阵列中包括若干像素，每个像素包括闪烁体像素7、光反射层8和光敏阵列像素9，闪烁体像素7与光敏阵列像素9尺寸一致，相邻闪烁体像素7通过光反射层8隔开。

所述大像素阵列为16x4的1x2mm(X,Z) 像素尺寸的像素阵列模式，即大像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的1mmx2mm，中像素阵列为16x4的1x1mm(X,Z) 像素尺寸的像素阵列模式，即中像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的1mmx1mm，小像素阵列为32x8的0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的像素阵列模式，即小像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的0.5mmx1mm，超小像素阵列为0.5x0.5mm(X,Z) 像素尺寸的像素阵列模式，即超小像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的0.5mmx0.5mm，其中像素尺寸误差在±20%内。

在大像素阵列和中像素阵列中，像素在X方向上的尺寸为1mm，每个像素与后准直器模块中的后准直器间隔一一对应；在小像素阵列中和超小像素阵列中，像素在X方向上的尺寸为0.5mm，后准直器模块中的每个后准直器间隔对应两个像素。

如附图6、附图7和附图8所示，在本实用新型的一个实施例中，一种局部高清CT探测器模块包括大像素阵列、中像素阵列和小像素阵列，在阵列中央采用32x8的0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的小像素阵列，实现X方向的高清模式；从中央小像素阵列沿Z方向延伸，对称地采用16x4的1x1mm(X,Z) 像素尺寸的中像素阵列和16x4的1x2mm(X,Z) 像素尺寸的大像素阵列；通过这样的设计，可以在保持模块读出电路总通道数为256不变的条件下，实现模块阵列三种不同的读出模式：（1）32x8的0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的小像素阵列模式；（2）16x16的1x1mm(X,Z) 像素尺寸的中像素阵列模式；（3）16x16的1x2mm(X,Z) 像素尺寸的大像素阵列模式；其中模式（1）为X方向的高清模式，在临床应用需要时可以提供X方向的高清空间分辨率。三种不同读出模式对应的模块阵列区域如图9所示。本实用新型的一种局部高清CT探测器模块中，采用不均匀像素尺寸设计，包括X方向的高清小像素部分阵列，实现模块阵列不同的成像模式，其中包含至少X方向的高清成像模式。本实施例中小像素阵列设于模块像素阵列的中央，在实际使用情况或其他实施例中，小像素阵列设于模块像素阵列边缘或其他位置。

在模块成本允许小幅度增加的条件下，例如读出电路总通道数可以增加一倍到512通道，本实用新型的部分高清模块像素阵列方案的具体设计可以更灵活，本实用新型的另一实施例的局部高清CT探测器模块如图10所示，包括中像素阵列、小像素阵列和超小像素阵列，在阵列中央采用32x16的0.5x0.5mm(X,Z) 像素尺寸的超小像素阵列，在该阵列范围内实现X和Z两个方向的高清模式；从中央超小像素阵列沿Z方向延伸，对称地采用32x4的0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的小像素阵列和16x8的1x1mm(X,Z) 像素尺寸的中像素阵列。和图9的设计相比，本实施例中的阵列将X方向高清模式的像素阵列在Z方向扩展，实现32x16的0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的小像素阵列模式，而阵列中央可以采用32x16的0.5x0.5mm（X,Z）像素尺寸的超小像素阵列，同时实现X和Z两个方向的高清模式。本实施例中超小像素阵列设于模块像素阵列的中央，在实际使用情况或其他实施例中，超小像素阵列设于模块像素阵列边缘或其他位置。

本实用新型提出的一种局部高清CT探测器模块，一方面在经济型探测器模块中实现可选的高清模式，显著提升CT图像的空间分辨率，另一方面，不需要成几何倍数增加探测器像素和读出电路的通道总数，使探测器阵列和整个CT产品的成本可控；同时也不需要额外牺牲任何对成像有用的X射线，从而维持优化的X射线剂量效率。

在本实用新型的具体实施例子中，探测器模块在X方向采用最常见的像素宽度，在高清阵列部分为32个像素，在常规阵列部分为16个像素；但在本实用新型的实际实施中，探测器模块在X方向的像素宽度可以比较灵活，例如常规阵列部分X方向的宽度可以为32个像素或48个像素，不同宽度的探测器模块设计应该都在本实用新型的覆盖范围内。

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

Claims (7)

1.一种局部高清CT探测器模块，其特征在于：探测器模块采用单层X射线传感器设计，包括模块像素阵列和后准直器模块，所述后准直器模块采用沿CT探测器模块的CT系统扫描方向，即Z方向的一维均匀间隔设计，在X-Z方向设置模块像素阵列，模块像素阵列与后准直器模块对准；所述模块像素阵列采用不均匀尺寸设计，模块像素阵列的尺寸包括大像素阵列、中像素阵列、小像素阵列和超小像素阵列四种模式或不同模式的任意组合；每个像素阵列中包括若干像素，每个像素包括闪烁体像素、光反射层和光敏阵列像素，闪烁体像素与光敏阵列像素尺寸一致，相邻闪烁体像素通过光反射层隔开。

2. 根据权利要求1所述的一种局部高清CT探测器模块，其特征在于：所述大像素阵列为1x2mm(X,Z)像素尺寸的像素阵列模式，即大像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的1mmx2mm，中像素阵列为1x1mm(X,Z)像素尺寸的像素阵列模式，即中像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的1mmx1mm，小像素阵列为0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的像素阵列模式，即小像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的0.5mmx1mm，超小像素阵列为0.5x0.5mm(X,Z) 像素尺寸的像素阵列模式，即超小像素阵列中每个像素尺寸为X-Z方向上的0.5mmx0.5mm，其中像素尺寸误差在±20%内。

3.根据权利要求2所述的一种局部高清CT探测器模块，其特征在于：在大像素阵列和中像素阵列中，像素在X方向上的尺寸为1mm，每个像素与后准直器模块中的后准直器间隔一一对应；在小像素阵列和超小像素阵列中，像素在X方向上的尺寸为0.5mm，后准直器模块中的每个后准直器间隔对应两个像素。

4. 根据权利要求2所述的一种局部高清CT探测器模块，其特征在于：所述模块像素阵列中，采用32x8的0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的小像素阵列，16x4的1x1mm(X,Z) 像素尺寸的中像素阵列和16x4的1x2mm(X,Z) 像素尺寸的大像素阵列，其中，通过32x8的0.5x1mm(X,Z)像素尺寸的小像素阵列成像实现X方向的高清模式。

5.根据权利要求4所述的一种局部高清CT探测器模块，其特征在于：所述模块像素阵列中，小像素阵列设于模块像素阵列的中央或边缘。

6. 根据权利要求2所述的一种局部高清CT探测器模块，其特征在于：所述模块像素阵列中，在阵列中央采用32x16的0.5x0.5mm(X,Z) 像素尺寸的超小像素阵列，在该阵列范围内实现X和Z两个方向的高清模式；从中央超小像素阵列沿Z方向延伸，对称地采用32x4的0.5x1mm(X,Z) 像素尺寸的小像素阵列和16x8的1x1mm(X,Z) 像素尺寸的中像素阵列。

7.根据权利要求6所述的一种局部高清CT探测器模块，其特征在于：所述模块像素阵列中，超小像素阵列设于模块像素阵列的中央或边缘。