多层X射线计算机断层扫描系统的探测系统的反散射准直器 |
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| 申请号 | CN201410233577.7 | 申请日 | 2014-05-29 | 公开(公告)号 | CN104161535A | 公开(公告)日 | 2014-11-26 |
| 申请人 | 苏州波影医疗技术有限公司; | 发明人 | 应峥嵘; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于多层 X射线 计算机 断层 扫描系统的探测系统。探测系统包括用于探测X射线 光子 的多个X射线探测器模 块 ；其中每个所述探测器模块被分为以元件行和元件列的矩阵形式组织的单个的探测元件，用以探测X射线光子，行方向为Z轴方向，列方向为X轴方向；所述单个的探测元件被沟槽分隔，所述沟槽为不探测射线的区域，且所述沟槽也由沟槽行和沟槽列构成矩阵形式；以及一反散射 准直 器 ，包括多个设置在所述探测模块上并对准X射线源的焦点的反散射板；其中部分或全部所述反散射板被设置在探测元件上方，设置在所述探测元件上方的反散射板阻挡散射的X射线光子以及部分来自所述X射线源的初级X射线光子，使其不能到达所述探测元件。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于多层X射线计算机断层扫描系统的探测系统，所述X射线计算机断层扫描系统包括至少一个X射线源，其特征在于，探测系统包括： |
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| 说明书全文 | 多层X射线计算机断层扫描系统的探测系统的反散射准直器 技术领域背景技术[0002] 在X射线CT系统中，X射线被用于对一主体的局部或一对象的内部结构和特性进行成像。术语“主体”和“对象”包括任何可以被成像的物体。所述成像由X射线CT系统实现，利用X射线对内部结构和特性成像形成一组薄层平面切片或者对象的一个区域的3D图像。对于医学应用来说，成像对象包括人体。 [0003] X射线CT系统通常包括一提供锥形X射线束的X射线源，以及面对X射线源设置的紧密排列的一组X射线探测器阵列。X射线源和探测器阵列被安状在一环形支架上，使用CT系统成像的病人通常躺在一合适的支撑垫上，被定位在环形支架内，位于X射线源和探测器阵列之间。所述环形支架和支撑垫可以相对运动，使得X射线源和探测器阵列能够沿病人的轴向被定位在所设定的位置。 [0004] 环形支架包括一可称为定子的固定结构，以及一称为转子的转动结构，所述转子被安装在定子上并可绕轴向转动。在第三代CT系统中，X射线源和探测器阵列被安装在转子上。转子相对于轴向的角度位置是可控的，从而X射线源能够被定位到环绕病人的所需的角度，即视角。 [0005] 为了对病人的局部进行一个层的成像，X射线源被设置在该层的轴向位置并绕该层转动以便用X射线从一组不同的视角照射该层。在每个视角，探测器阵列中的探测器产生与从X射线源穿越该层的X射线的强度相关的信号。该信号被处理以确定X射线从X射线源经过不同的路径长度穿越成像的层导致的衰减的数值。利用该X射线衰减的数值，确定该层的材料的X射线吸收系数与该层的位置的函数关系。吸收系数被用来生成该层的图像，确定该层的组织的组成和密度。 [0006] 包括在CT系统的探测器阵列中的X射线探测器通常被分为几个模块，此后称之为CT探测器模块，每一模块包括一组X射线探测器。现代大部分的CT系统设计成对病人的多个层同时成像的多层CT系统。在多层CT系统中的每个探测器模块中的X射线探测元件被设置成由行和列构成的矩阵。在一个CT系统中的任意两个CT探测器模块中的X射线探测器矩阵是实质相同的，包括相同行数和相同列数的探测元件。模块被相邻连续布置，各行的探测器端部相邻，使得X射线探测元件形成一组长的平行设置的X射线探测元件多行排列。 [0007] 多层X射线CT系统通常以其能够同时成像的最多层数命名，例如，8层CT系统即是指能够同时成像最多8个层的系统；16层CT系统能够同时成像至多16个层。 [0008] 探测阵列中每一长行的X射线探测元件设置在以CT系统的X射线源的焦点为圆心的一圆弧上，这些探测元件和探测器模块的设计依赖于圆的半径，此后将该半径称为聚焦距离。因此，根据一个CT系统的聚焦距离设计的圆弧的X射线探测器系统不能被应用于另一个不同聚焦距离的CT系统。 [0009] 在一闪烁体阵列中的每一探测器元件包括一使用X射线直接转换材料的限定的敏感区域，用于探测X射线光子，并产生第二能量光子或者电子。探测器元件被非敏感区域包围，此后称为沟槽，其对X射线光子不产生响应。 [0010] 典型的X射线探测器包括一用以校准探测器接收到的X射线束的具有多个反散射板的准直器，与准直器相邻设置的用以将X射线转换成光能的闪烁体，以及用于从耦合的闪烁体接收光能并产生电子的光电二极管。准直器上的反散射板被设置在探测器阵列的沟槽，并应当具有严格限定的公差。由于具有严格精准的要求，对探测器模块和准直器的反散射板的对准固定代价很大。 发明内容[0011] 本发明的发明目的是提供一种用于多层X射线计算机断层扫描系统的探测系统。 [0012] 为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种用于多层X射线计算机断层扫描（CT）系统的探测系统，该多层X射线CT系统包括至少一个X射线源，探测系统包括：用于探测X射线光子的多个X射线探测器模块；其中每个所述探测器模块被分为以元件行和元件列的矩阵形式组织的单个的探测元件，用以探测X射线光子，行方向为Z轴方向，列方向为X轴方向；所述单个的探测元件被沟槽分隔，所述沟槽为不探测射线的区域，且所述沟槽也由沟槽行和沟槽列构成矩阵形式；以及一反散射准直器，包括多个设置在所述探测模块上并对准X射线源的焦点的反散射板；其中部分或全部所述反散射板被设置在探测元件上方，设置在所述探测元件上方的反散射板阻挡散射的X射线光子以及部分来自所述X射线源的初级X射线光子，使其不能到达所述探测元件。 [0013] 上述技术方案中的一种形式是，平行于Z轴布置的所述反散射板被设置在所述探测模块的部分或全部列的上方，且不在所述探测模块的任一沟槽列的上方。平行于Z轴布置的所述反散射板可以不在任意两个沿X轴相邻的探测模块之间。 [0014] 上述技术方案中的另一种形式是，平行于Z轴布置的所述反散射板被设置在所述探测模块的部分或全部元件列的上方且不在所述探测模块的任何中间沟槽列的上方；并且，平行于Z轴布置的所述反散射板也可以设置在任意两个沿X轴相邻的探测模块之间。 [0015] 上述技术方案中的再一种形式是，所述探测模块的边缘的元件列的宽度小于所述探测模块的中间元件列的宽度。在所述探测模块的每一中间元件列的上方设有一所述反散射板；在所述探测模块的两边缘元件列的上方没有反散射板；在沿X轴相邻设置的两个探测模块之间设有一所述反散射板。所述反散射板的厚度的标称值等于所述探测模块的所述边缘元件列的宽度与所述中间元件列的宽度的差值。 [0016] 本发明公开的另一个技术方案是，一种用于生成对象的CT图像的多层X射线计算机断层扫描（CT）系统，包括：一可转动的机架；一安装于所述可转动机架的X射线源，用于产生穿透所述对象的X射线束；以及安装在所述可转动的机架的相对于X射线源的另一侧的一探测系统，用于接收对应于所述对象的所述X射线束。所述探测系统包括：用于探测X射线光子的多个X射线探测器模块；其中每个所述探测器模块被分为以元件行和元件列的矩阵形式组织的单个的探测元件，用以探测X射线光子，行方向为Z轴方向，列方向为X轴方向；所述单个的探测元件被沟槽分隔，所述沟槽为不探测射线的区域，且所述沟槽也由沟槽行和沟槽列构成矩阵形式；以及一反散射准直器，包括多个设置在所述探测模块上并对准X射线源的焦点的反散射板；其中部分或全部所述反散射板被设置在探测元件上方，设置在所述探测元件上方的反散射板阻挡散射的X射线光子以及部分来自所述X射线源的初级X射线光子，使其不能到达所述探测元件。附图说明 [0017] 图1是现有技术中多层X射线CT系统的原理示意图。 [0018] 图2是现有技术中相邻布置以形成CT探测器系统的探测模块示意图。 [0019] 图3是现有技术中CT探测器系统的反散射板和探测模块的布置示意图。 [0020] 图4是现有技术中CT探测器系统的反散射板和探测模块的一种布置的剖视示意图。 [0021] 图5是本发明一个实施例中CT探测器系统的反散射板和探测模块的布置示意图。 [0022] 图6是本发明一个实施例中CT探测器系统的反散射板和探测模块的一种布置的剖视示意图。 [0023] 图7是本发明一个实施例中CT探测器系统的反散射板和探测模块的布置示意图。 [0024] 图8是本发明一个实施例中CT探测器系统的反散射板和探测模块的一种布置的剖视示意图。 具体实施方式[0025] 附图1所示为一种现有技术的多层X射线CT系统100的原理示意图。典型的多层CT系统包括一X射线源110，其产生一锥形X射线束140。X射线束140穿过设置在病人前的准直器130，该准直器使X射线束仅照射目标区域，遮挡不需要的区域的X射线。病人通常身在扫描系统的扫描视场（FOV）150内，被X射线束140照射。X射线探测系统120接收X射线光子并转换成与X射线光子能量成比例的模拟信号。X射线CT系统100还包括一环形机架160，其包括一转动部分162和一固定部分164。X射线源110，准直器130和探测系统120被安装在环形机架160的转动部分162上。转动部分162绕旋转中心C 170旋转。 [0026] X射线源110的焦点S（有时也被指代为X射线源的位置）与旋转中心C（也称为iso-中心）之间的距离182，此后被表示为RSC；X射线源110的焦点S与探测器系统D之间的距离180，此后被表示为聚焦距离RSD。不同的CT系统可以有不同的RSC，RSD，和/或扫描FOV。 [0027] 从旋转中心指向X射线源的焦点的方向此后以Y轴表示，与成像平面或旋转平面垂直的方向此后表示为Z轴，在旋转平面内垂直于Y轴的方向此后以X轴表示。 [0028] 附图2所示为现有技术中相邻布置以形成CT探测器系统的探测模块示意图。CT探测器系统包括相邻布置在一弧形支撑结构上的很多个探测器模块200。每一探测器模块被分为具有行和列的矩阵方式的单个的探测元件201。行方向沿着Z轴方向，而列方向沿着X轴方向。一元件列211或212被定义为沿着Z轴在一给定列位置（在X轴上的位置）的多个探测元件；而一元件行231或232被定义为沿着X轴在一给定行位置（在Z轴上的位置）的多个探测元件。探测模块的边缘元素列212是靠着探测模块边缘的两个元件列，探测模块的中间元件列211是探测模块中除了边缘元件列之外的所有元件列。探测模块的边缘元件行232是靠着探测模块边缘的两个元件行，探测模块的中间元件行231是探测模块中除了边缘元件行之外的所有元件行。 [0029] 每一探测元件201接收X射线光子，在使用闪烁材料时，将其转换成第二能量光子；或者，在使用直接转换材料例如CZT（碲化镉锌）时，将其直接转换成电子。单个的探测元件201被不探测X射线光子的沟槽202分隔，通常沟槽内被填充有高Z材料或遮罩以阻挡X射线光子。沟槽202也形成具有行和列的矩阵形式。中间沟槽列221被定义为位于两个元件列之间的沟槽，边缘沟槽列222位于一平行于Z轴的探测器模块边缘和一边缘元件列之间；中间沟槽列和/或边缘沟槽列此后被称为沟槽列。中间沟槽行241被定义为位于一探测模块的两个元件行之间沟槽；边缘沟槽行242位于一平行于X轴的探测器模块的边缘和探测器模块的一边缘元件行之间；中间沟槽行和/或边缘沟槽行此后被称为沟槽行。 [0030] 对于一探测器模块，两个相邻的探测元件的中心之间的距离被称为间距。沿X轴的间距表示为cdx，沿Z轴的间距表示为cdz。相应地，每一单个探测器的尺度为被表示为沿X轴的cpx（元件列宽度）和沿Z轴的cpz（元件行宽度）。沟槽的尺度被表示为沿X轴的cgx（沟槽列宽度）和沿Z轴的cgz（沟槽行高度）。边缘列沟槽宽度被表示为egx。 [0031] 两相邻模块间的距离表示为mx。两边缘元件列的宽度可以和中间元件列的宽度不同，理由会在下文描述；边缘元件列的宽度表示为epx。 [0032] 一个具有32个元件行和24个元件列且具有相同元件列宽度的探测器模块的尺寸示例如下：cdx=1mm；epx=cpx=0.85mm；cgx=0.15mm；egx=0.085mm；cdz=1mm；cpz=0.915mm；cgz=0.085mm。 [0033] 一个具有32个元件行和24个元件列且边缘元件列宽度与中间元件列宽度不同的探测器模块的尺寸示例如下：cdx=1mm；cpx=0.915mm；cgx=0.085mm；egx=0.085mm；epx=0.8mm；cdz=1mm；cpz=0.915mm；cgz=0.085mm。 [0034] 探测器的间距cdx和cdz决定了CT系统的空间分辨率，例如MTF（调制传递函数）和SSP（层厚敏感曲线）。给定探测器的间距，需要获得尽可能小的沟槽列宽度cgx和沟槽行高度cgz（或者尽可能大的元件列宽度cpx和元件行高度cpz），从而，每个单个的探测元件可以接收尽可能多的X射线光子以便在构建用于分析的图像时具有足够的SNR（信噪比），从而减少对病人的辐射剂量。 [0035] 由于探测器模块存在机械误差，以及在组装探测器模块时的限制，模块和模块之间需要存在间距。模块和模块间距的一个实例是mx= 0.1mm。 [0036] 对于具有相同元件列宽度的探测器模块，由于增加了模块和模块间距，相邻两个探测器模块的相邻两个边缘元件列之间的间距会和探测器模块内的间距不同。 [0037] 通过减小边缘元件列的宽度（由此边缘元件列宽度小于中间元件列宽度），两相邻探测器模块上的两个相邻的边缘元件列之间的间距可以与探测器模块内部的探测器间距保持相同。 [0038] 图3所示是现有技术中CT探测器系统的反散射准直器的反散射板和探测模块的布置。图4是现有技术中CT探测器系统的反散射准直器的反散射板和探测模块的剖视示意图。平行于Z轴的反散射板250被设置在探测模块的上方，对准CT系统的X射线源的焦点。反散射板250布置在探测器模块的沟槽列221和222以及两相邻探测器模块的间隔223的上方；反散射板250没有设置在中间元件列221和边缘元件列222的上方。反散射板的厚度251小于沟槽列的宽度cgx以及相邻模块间的间隔2egx+mx，从而反散射板不会阻挡初级X射线光子260到达单个的探测元件。初级X射线光子是从X射线源发射的X射线光子；如果路径上有扫描对象或病人，这些初级X射线光子会被衰减。散射X射线光子270（或散射子）是由初级X射线光子和扫描对象或病人发生相互作用而产生的X射线光子；典型地，散射子的方向围绕相互作用点均匀分布。因此将反散射板在探测器模块上方对准X射线源设置减弱了散射子到达单个的探测元件的数量，增加了初级X射线光子相对于散射子的比率。 [0039] 当反散射板250被设置在探测模块200的沟槽列（221和222）上方时，反散射板的厚度被要求比沟槽的宽度小，以使得反散射板不会阻挡初级光子到达探测元件，这导致了对于反散射板的厚度的极高的公差要求，同时对反散板的安装位置也提出了高精底和严格的公差要求；这种严格的公差要求和高精度需求导致CT探测器系统的制造和组装成本非常大。 [0040] 图5是本发明一个实施例中CT探测器系统的反散射准直器的反散射板和探测模块的布置示意。图6是本发明一个实施例中CT探测器系统的反散射板和探测模块的一种布置的剖视示意图。 [0041] 根据本发明的一种实施方式，反散射板350被设置在探测器模块300的元件列311和312上方，而不是在探测器模块300的沟槽列321和322上方。由于元件列的宽度要比沟槽列的宽度大得多，安装反散射板的公差和精度要求可以降低，从而减少CT探测器系统的制备和组装成本。 [0042] 由于反散射板350是直接设置在元件列311和312的上方，部分初级光子被反散射板阻挡不能到达探测元件。有效的元件列宽度是元件列宽度和反散射板的厚度之差，或者，有效的沟槽列宽度是沟槽列宽度和反散射板的厚度的和。根据本实施例的一种方式，探测器模块的沟槽列的宽度可以被缩小至例如50um，因为不需要在沟槽列的宽度中容纳反散射板的厚度。 [0043] 本实施例的另一种方式中，探测器模块的所有元件列具有实质上相同的元件列宽度；每一反散射板350被设置在一个元件列311或312的中央上方，而没有反散射板被设置在探测器模块的沟槽列321或322的上方或者在沿X轴方向相邻的两个探测器模块300的间隔323的上方。例如，一探测器系统包括有37个探测器模块，每一探测器模块包括24列32行探测元件，探测器模块沿以X射线源为圆心的圆弧相邻布置；反散射板对准X射线源的焦点并设置在每一探测器模块的每一元件列的中央上方，由此，整个探测器系统具有888个（24列/模块和37个模块）反散射板350。 [0044] 图7是本发明一个实施例中CT探测器系统的反散射准直器的反散射板和探测模块的布置示意。图8是本发明一个实施例中CT探测器系统的反散射板和探测模块的一种布置的剖视示意图。 [0045] 根据本发明的一个实施例，反散射板450被设置在探测器模块400的中间元件列411的上方，但不设置在边缘元件列412的上方；反散射板450也设置在两个相邻探测器模块400的间隔423的上方。例如，一个探测器系统包括37个探测器模块，每个探测器模块包括24列32行探测元件；探测器模块沿以X射线源为圆心的圆弧相邻布置；反散射板对准X射线源的焦点并设置在每一探测器模块的每一中间元件列的中央上方，由此，整个探测器系统具有852个（22个中间元件列/模块乘以37个模块+38个包括两端的模块间隔）反散射板。 [0046] 本实施例的一种形式中，探测器模块400的边缘元件列宽度小于探测器模块400的中间元件列宽度。例如，边缘元件列宽度是0.80毫米，而中间元件列宽度是0.915毫米。在另一种形式中，反散射板450的标称厚度可以是中间元件列宽度和边缘元件列宽度的差。例如，在前一例子中，反散射板的标称厚度为0.115毫米。 [0047] 在本实施例的另一种形式中，反散射板的间距451，即两相邻反散射板之间的距离，如附图8所示，沿一探测器模块的中央至两个边缘方向以不递减的方式设置。整个探测器系统的反散射准直器中的每个探测模块的反散射板以相同的方式布置，使得反散射板间距相对于整个探测器系统的扇形角形成一周期函数。 |
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