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用于计算机X射线 断层扫描的X射线探测器系统和CT仪

阅读：1029发布：2020-05-29

专利汇可以提供用于计算机X射线断层扫描的X射线探测器系统和CT仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于计算机 X射线断层扫描的X射线探测器系统，其具有至少一个探测器排，所述探测器排具有多个探测器模块，所述探测器模块分别具有多个探测器元件，其中，沿至少一个探测器排，第一部分探测器元件以相对于其各自相邻的探测器元件的第一栅格间距a1呈栅格状布置，并且第二部分探测器元件以相对于其各自相邻的探测器元件的第二栅格间距a2呈栅格状布置。，下面是用于计算机X射线断层扫描的X射线探测器系统和CT仪专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于计算机X射线断层扫描的X射线探测器系统，具有至少一个探测器排，所述探测器排具有多个探测器模块，所述探测器模块分别具有多个探测器元件(13.1；13.2)，其中，沿所述至少一个探测器排，第一部分探测器元件(13.1)以相对于其各自相邻的探测器元件的第一栅格间距(a1)呈栅格状布置，并且第二部分探测器元件(13.2)以相对于其各自相邻的探测器元件的第二栅格间距(a2)呈栅格状布置。
2.按权利要求1所述的X射线探测器系统，其中，沿所述至少一个探测器排交替地以连续的顺序布置有由至少两个或多个第一探测器元件(13.1)以相对于其各自相邻的探测器元件的所述第一栅格间距(a1)排列构成的组，以及由至少两个或多个第二探测器元件(13.2)以相对于其各自相邻的探测器元件的所述第二栅格间距(a2)排列构成的组。
3.按前述权利要求之一所述的X射线探测器系统，其中，所述X射线探测器系统具有探测器模块，所述探测器模块只具有相对于其各自相邻的探测器元件以相同的栅格间距布置的探测器元件(13.1；13.2)。
4.按前述权利要求之一所述的X射线探测器系统，其中，所述X射线探测器系统具有探测器模块，所述探测器模块具有相对于其各自相邻的探测器元件以两个不同的栅格间距布置的探测器元件(13.1；13.2)。
5.按前述权利要求之一所述的X射线探测器系统，其中，所述X射线探测器系统具有以相对于其各自相邻的探测器元件以至少一个与所述第一和第二栅格间距不同的另一栅格间距布置的其它探测器元件。
6.按前述权利要求之一所述的X射线探测器系统，其中，所述第一栅格间距(a1)的所有第一探测器元件(13.1)分别并排地布置，并且所述第二栅格间距(a2)的所有第二探测器元件(13.2)分别并排地布置。
7.按前述权利要求之一所述的X射线探测器系统，其中，对于所述两个栅格间距适用
0.5·a1≤a2≤0.99·a1，尤其适用a2=0.9·a1。
8.按前述权利要求之一所述的X射线探测器系统，其中，所述探测器元件沿着所述至少一个探测器排尤其根据其各自的栅格间距具有至少两种不同的长度。
9.按前述权利要求之一所述的X射线探测器系统，其中，所述探测器元件的传感器面设计为，使得待照射表面被传感器面基本上均匀地覆盖。
10.一种具有按权利要求1至9之一所述的X射线探测器系统的计算机X射线断层扫描仪，具有可旋转的机架，其中，所述X射线探测器系统布置在机架中并且与X射线探测器系统相对地布置有X射线源。

说明书全文

用于计算机X射线 断层扫描的X射线探测器系统和CT仪

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于计算机X射线断层扫描的X射线探测器系统和一种计算机X射线断层扫描仪(CT仪)，所述X射线探测器系统具有至少一个探测器排，所述探测器排具有多个探测器模块，所述探测器模块分别具有多个探测器元件，其中，沿所述至少一个探测器排，第一部分探测器元件以相对于其各自相邻的探测器元件的第一栅格间距呈栅格状布置，并且第二部分探测器元件以相对于其各自的探测器元件的第二栅格间距呈栅格状布置。

背景技术

[0002] 在现代的计算机X射线断层扫描成像中，为了改善图像平面(沿β方向，其中，β是所谓的扇面角，例如参见图1；扇面角表示探测器元件与中央射束12的角间距；所述中央射束是中央的X射线束，其连接所使用的X射线源的焦点10与所使用的X射线探测器11的探测器中点)中的扫描，要么调节形成所谓的探测器四分之一错移，要么在X射线源中使用所谓的跳跃焦点技术(Springfokus-Technik)。在调节形成探测器四分之一错移时，X射线探测器和X射线源的焦点这样相对彼此进行调整，使得焦点的中央射束并不是准确地照射到探测器中点内并且准确地照射在两个探测器元件之间，而是与之错开X射线探测器的栅格的栅格间距(=相邻探测器元件的中点之间的距离)的四分之一。中央射束相应地也不延伸通过CT的旋转中心，而是与之错开X射线探测器的探测器元件的投影到旋转中心上的栅格间距a的四分之一。

[0003] 四分之一错移的意义在于，使得直接的测量射束(扇面角β、投影角α)和在拍摄系统(X射线源和X射线探测器)约旋转半圈之后得到的与所述直接的测量射束相补充或互补的测量射束彼此准确地错开一半栅格间距，在补充的测量射束中X射线源和X射线探测器交换它们的位置(扇面角β＇=-β，投影角α＇=α+π+2β)。由此，直接的和补充的测量射束可以在重建时交织成“有效”扫描栅格为a/2的投影并且因此改善扫描效果。如果没有调节形成四分之一错移，则补充的测量射束的位置落在直接的测量射束的位置上，并且有效的扫描栅格等于X射线探测器的栅格间距，从而没有改善扫描。

[0004] 作为备选，为了改善扫描，也可以在图像平面内使用所谓的跳跃焦点。通过电磁地使X射线源(X射束)中的焦点偏移，这样在阳极盘上控制焦点的位置，从而在前后相续的投影之间形成一半栅格间距的位移。

[0005] 使用跳跃焦点技术的前提条件是，X射线发射器配有相应的电磁偏移装置，其中，焦点的偏移需要与X射线探测器的读取准确地同步进行。调节探测器的四分之一错移的前提条件是，X射线探测器和焦点在X射线发射器内的位置必须能够微调。为此，要么需要在X射线发射器内具有将焦点向阳极盘上的期望位置移动的电磁焦点偏移装置，要么X射线发射器和X射线探测器需要是能够机械微调的。这些解决方案都或多或少地较麻烦且贵。尤其是电磁焦点偏移(用于跳跃焦点或者也可只用于调节焦点位置)的前提条件是，X射线发射器配有相应较复杂的偏移电子设备。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可能性，在计算机X射线断层扫描中，在不对X射线探测器和焦点进行机械微调或者使焦点在X射线源内偏移的情况下也能够在图像平面内实现改善的扫描效果。

[0007] 该技术问题按本发明通过一种用于计算机X射线断层扫描的X射线探测器系统和一种计算机X射线断层扫描仪(CT仪)解决。按照本发明的用于计算机X射线断层扫描的X射线探测器系统具有至少一个探测器排，所述探测器排具有多个探测器模块，所述探测器模块分别具有多个探测器元件，其中，沿所述探测器排的纵向(即沿扇面角β的方向)，第一部分探测器元件以相对于其各自相邻的探测器元件的第一栅格间距呈栅格状布置，并且第二部分探测器元件以相对于其各自相邻的探测器元件的第二栅格间距呈栅格状布置。如果将按照本发明的X射线探测器系统使用在计算机X射线断层扫描中，则能够以简单的方式在不进行调整或者偏移焦点的情况下实现改善的扫描效果。

[0008] 与X射线源焦点在X射线探测器中点上的准确位置无关(也就是与X射线探测器在探测器通道中的所谓“准直”无关)地，在所有情况下实现在平均上改善的扫描，其中，有效扫描栅格根据准直情况而定最大等于最小的栅格间距并且在大多数情况下(准直)甚至明显更小。因此可以取消机械微调设备，并且X射线源也不需要复杂的偏移机构。由此可在高质量X射线成像的同时实现成本的降低，因为取代特殊开发的X射线源可以使用“现成的”简单X射线源，并且取代可机械微调的X射线探测器可以使用固定安装的X射线探测器。同样不再需要相应的控制和调解机构。

[0009] 按照本发明的一种设计方案，相对于β方向，交替地以连续的顺序布置由至少两个或多个探测器元件以相对于其各自相邻的探测器元件的所述第一栅格间距排列构成的组，以及由至少两个或多个探测器元件以相对于其各自相邻的探测器元件的所述第二栅格间距排列构成的组。因此，例如可以分别设置十个以第一栅格间距布置的探测器元件和十个以第二栅格间距布置的探测器元件等。通过这种分布，可以与准直无关地特别简单而有效地减小平均有效扫描栅格。

[0010] 按照本发明的另一种设计方案，所述X射线探测器系统具有探测器模块，所述探测器模块只具有相对于其各自相邻的探测器元件以相同的栅格间距布置的探测器元件。由此使探测器模块和整个X射线探测器的制造毫不费力。

[0011] 以有利的方式，所述X射线探测器系统具有探测器模块，所述探测器模块具有以两个不同的栅格间距布置的探测器元件。以此方式能够特别简单地安装X射线探测器。

[0012] 按照本发明的另一种设计方案，所述X射线探测器系统具有以相对于其各自相邻的探测器元件以至少一个与所述第一和第二栅格间距不同的另一栅格间距布置的探测器元件。通过三个或多个不同的栅格间距，可以进一步减小平均有效扫描栅格的大小并且因此进一步改善扫描和成像。

[0013] 按照本发明的另一种设计方案，所述按第一栅格间距排列的所有第一探测器元件分别并排地布置，并且所述按第二栅格间距排列的所有第二探测器元件分别并排地布置。由此，例如处于探测器排一侧上的所有探测器元件均能以第一栅格间距布置，另一侧上的探测器元件能以第二栅格间距布置。由此也可以减小有效扫描栅格。

[0014] 以有利的方式，对于所述两个栅格间距适用：0.5·a1≤a2≤0.99·a1，尤其适用a2=0.9·a1。也可以存在其它大小比例。

[0015] 按照本发明的另一种设计方案，所述探测器元件沿着所述至少一个探测器排尤其根据其各自的栅格间距具有不同的长度(并且因此通常也具有不同的传感器面)。由此，例如在栅格间距较大时，也可以使用具有比在栅格间距较小时相应更大长度的探测器元件。也可以使用两种或者多种探测器元件长度或者传感器面尺寸。如果在栅格间距较大时使用相同长度的探测器元件，则必须在探测器元件之间设置更大的间隙。

[0016] 在使用不同长度的探测器元件时有利的是，所述探测器元件的传感器面设计为，使得待照射表面被传感器面基本上均匀地或基本上尺寸一致地覆盖。尤其值得期待的是，实现至少70%的覆盖。“覆盖”理解为传感器面的面积与探测器元件的总面积之比。此比例明显是小于100%的，因为除了传感器面还必须在探测器元件上安装开关元件。

[0017] 本发明的范围内还提供一种具有按照本发明的X射线探测器系统的计算机X射线断层扫描仪，其具有可旋转的机架，其中，所述X射线探测器系统布置在机架中并且与X射线探测器系统相对地布置有X射线源。借助这种计算机X射线断层扫描仪可以在不进行费力调节的情况下以简单的方式实现改善的扫描并且由此实现改善的图像分辨率。附图说明

[0018] 以下根据在附图中示意性示出的实施例进一步阐述本发明以及其它有利的设计方案，但本发明不局限于这些实施例。在附图中：

[0019] 图1示出具有X射线源和X射线探测器的计算机X射线断层扫描仪的几何形状的视图；

[0020] 图2示出在已知的不具有错移或者不进行调整的计算机X射线断层扫描中有关在直接的测量射束与补充的测量射束之间的错移情况的视图；

[0021] 图3示出在已知的具有四分之一错移的计算机X射线断层扫描仪中在直接的测量射束与补充的测量射束之间的错移视图；

[0022] 图4至图6示出在将按照本发明的X射线探测器系统用于不同的准直时在直接的测量射束与补充的测量射束之间的错移视图；

[0023] 图7示出按照本发明的X射线探测器系统的探测器元件的布置并且[0024] 图8示出按照本发明的X射线探测器系统的探测器元件的另一布置。

具体实施方式

[0025] 图1示意性地示出已知的计算机X射线断层扫描仪中的几何结构，其具有带至少一个探测器排的X射线探测器11和带焦点10的X射线源。X射线探测器11和X射线源相互对置地布置在计算机X射线断层扫描仪的未示出的机架内并且可在圆形轨道14上围绕等中心运动。X射线源发出X射线，其中，所谓的中央射束12基本上指向X射线探测器的中点。所谓的扇面角β表示探测器元件(像素元件)与中央射束12的角间距。在机架旋转时，在不同的投影角α处拍摄多个投影图像并且接着相应地重建，例如重建为3D体积图像。计算机X射线断层扫描图像的一般拍摄和重建是已知的。

[0026] 已知的X射线探测器11具有均匀的栅格，其确定了探测器元件的布置，也就是探测器元件的栅格间距(一个探测器元件的中点到最近的另一个探测器元件的中点的间距)是相同的。X射线探测器的栅格在此不理解为机械的栅格，而是一种呈栅格状的布置方式。

[0027] 如果X射线源的中央射束这样定向，使得其精确地射到X射线探测器的中心(即准确地落在两个探测器元件之间)，则直接的测量射束与所谓补充的测量射束(在机架旋转大约半圈之后，当X射线探测器和焦点交换位置时的测量射束)落在相同位置上，并且产生了相当于X射线探测器的栅格的有效扫描栅格。在图2中示出了直接测量射束D和补充测量射束K与扇面角β有关的位置。

[0028] 为了改善扫描，在这些情况下调节形成所谓的探测器四分之一错移，这表示在X射线探测器和焦点之间进行机械微调，使得中央射束与X射线探测器的中心偏离(探测器)栅格的四分之一。通过这种调整改善了扫描，因为如图3所示，直接测量射束D与补充测量射束K彼此错移半个栅格间距地到达。当a为栅格间距时，这种结构的有效扫描栅格为a/2。然而实现这种微调的设备非常复杂且贵。

[0029] 按照本发明的用于计算机X射线断层扫描仪的X射线探测器系统具有至少两组探测器元件，这两组的区别在于它们沿扇面角β的方向具有不同的栅格间距；即X射线探测器沿其至少一个探测器排具有至少两个不同的(探测器)栅格。为了实现本发明，例如通过栅格连续地交替变化，可以存在多个不同的设计方案。通过本发明，与X射线源焦点相对于探测器中心的位置的错移(如四分之一错移)无关地在所有情况下实现在平均上改善的扫描，其中有效的扫描栅格最大等于最小的栅格间距。在一些准直时，有效的扫描栅格甚至明显更小。

[0030] 在图7和图8中，只局部地示出了按照本发明的X射线探测器系统的探测器排，其沿β方向具有间隔第一栅格间距a1的第一探测器元件13.1和间隔第二栅格间距a2的第二探测器元件a2。在两种情况下，间隔第一栅格间距a1的由多个第一探测器元件13.1构成的组分别与间隔第二栅格间距a2的由多个第二探测器元件13.2构成的组交替排列。所述各组分别具有至少两个，例如五个(如图所示)、十个或者十五个探测元件。在X射线探测器系统内，沿至少一个探测器排(从探测器排的开始端至结束端共计)具有例如一系列十个相隔第一栅格间距的第一探测器元件，随之是十个相隔第二栅格间距的第二探测器元件，然后又是十个第一探测器元件等。

[0031] 彼此不同的栅格间距同样能够以不同方式实现。在图7中，探测器元件沿扇面角β的方向大小相同，但相邻探测器元件之间以更大的间隙布置。在图8中，第二探测器元件13.2沿扇面角β的方向具有比第一探测器元件13.1更大的长度。所有探测器元件的宽度(即垂直于探测器排的纵向)可以是相同的。

[0032] 例如，X射线探测器系统的探测器排通常这样构造，使得分别具有例如16或者20个探测器元件的探测器模块沿β方向依次排列。为了实现按照本发明的X射线探测器可以规定，使用这样的探测器模块，其探测器元件具有两种(或者更多种)不同的栅格间距。因此，例如可以在具有20个探测器元件的探测器模块上分别布置10个第一探测器元件和
10个第二探测器元件。探测器模块以适当顺序依次排列，因此例如产生了分别由10个第一探测器元件和10个第二探测器元件构成的连续的顺序。朝X射线探测器的中心定向的中央射束从焦点出发大约在不同栅格间距的两个探测器模块之间的中点射中探测器排。在准确定向(错移为零)或者在不太准确的定向(即例如中央射束由于机械固定而与探测器排中点错移少于+/-五个探测器元件)时，通过这种X射线探测器，射到第一探测器元件上的直接测量射束与射到第二探测器元件上的补充测量射束重叠(反之亦然)。也就是补充测量射束的位置落在直接测量射束的位置之间。

[0033] 因此在按照本发明的X射线探测器系统中，形成这样的扫描栅格，其在平均上如栅格间距的较小扫描栅格那样精细或者比之更精细。由此明显地改善了图像质量。在此指的不是如在传统装置中的固定扫描栅格(例如在四分之一错移下时一半的栅格间距)，而是测量射束之间不同的扫描栅格。焦点在X射线探测器上的真正位置可由简单的校准测量，例如通过拍摄线幻象(Drahtphantom)，针对计算机X射线断层扫描仪的确定运行状态一次性确定。因此，直接测量射束和补充测量射束的栅格间距的各个相对位置是已知的并且可以在重建时进行考虑。

[0034] 在图4至图6中示出在焦点的不同位置和因而中央射束的不同位置上的三种不同的扫描情形，其中，在所有情况中形成在平均上比在图2所示的情况下(无错移的相等栅格间距)更精细的扫描和改善的图像显示。图中所示示例用于显示在X射线探测器中直接测量射束D和补充测量射束K的重叠，所述X射线探测器沿β方向分别具有十个相隔第一栅格间距a1的第一探测器元件和十个相隔第二栅格间距a2的第二探测器元件，其中，a2=0.9a1。在图4中显示的错移为0.25个探测器元件(四分之一错移)，在图5中没有错移并且在图6中的错移为2.75个探测器元件。

[0035] 与错移(也称为准直)无关，在所有情况下均形成在平均上改善的扫描，其有效扫描栅格aeff≤a2。

[0036] 较小的栅格间距可以例如在较大的栅格间距的0.5至0.99倍之间。其它大小也是可行的。

[0037] 为了实现按照本发明的X射线探测器也可以规定，使用这样一些探测器模块，其中的每种探测器模块类型只具有栅格间距相等的探测器元件，但各种探测器模块类型彼此在其探测器元件的栅格间距的大小上有所不同。X射线探测器的探测器排配有不同类型的探测器模块。在此可以规定，交替地布置第一类型的探测器模块(例如具有第一栅格间距的第一探测器元件)和第二类型的探测器模块(例如具有第二栅格间距的第二探测器元件)。例如也可以规定，探测器排在相对于其中心(沿β方向)的一侧上配有具有第一栅格间距的第一探测器元件的探测器模块并且在探测器排的另一侧配有具有第二栅格间距的第二探测器元件的探测器模块。也可以考虑任意的布置结构。

[0038] X射线探测器可以具有一个或多个探测器排。作为对第一和第二栅格间距的探测器元件的补充，也可以具有其它栅格间距的其它探测器元件。

[0039] 本发明可按以下方式简短地总结为：为了改善扫描，设置用于计算机X射线断层扫描的X射线探测器系统，其具有至少一个探测器排，所述探测器排具有多个探测器模块，所述探测器模块分别具有多个探测器元件，其中，沿至少一个探测器排，第一部分探测器元件以相对于其各自相邻的探测器元件的第一栅格间距a1呈栅格状布置，并且第二部分探测器元件以相对于其各自相邻的探测器元件的第二栅格间距a2呈栅格状布置。

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