[发明专利]一种三维断层成像设备

说明书

本发明公开了一种三维断层成像设备，包括射线发生器、物体传送装置以及探测器阵列，射线发生器向物体传送装置方向发出射线，探测器阵列接收射线，探测器阵列与射线发生器分别位于物体传送装置的两侧，探测器阵列包括不少于四个线阵探测器，线阵探测器在射线发生器的照射范围内沿着物体的传送方向间隔排列，相邻的两个线阵探测器之间的间隔距离不小于线阵探测器自身的宽度，每一个线阵探测器包括至少四个探测像元。本发明的三维断层成像设备可以获取物体的断层图像，同时结构简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及射线成像领域，更具体地涉及一种三维断层成像设备。

背景技术

在高能射线成像领域，通常采用X射线、γ射线以及中子射线等高能射线对被测物体进行探测并成像，对应的成像设备包括CT、安检设备、PET等，通过这些成像设备，可以获取被测物体的内部结构或者生化信息。比如，对于安检设备或者安检CT，为了看清物体内部所包含的结构或者其它信息，现有技术的安检设备通常采用X射线照射物体，然后采用探测器接收穿过物体的X射线，根据X射线的衰减数据等信息重建图像，从而还原物体内部的结构或者其它信息。

安检设备在获取透视图像时，最初采用逐行扫描的方式，比如，如图1所示的安检设备，主要包括X射线球管1、线阵探测器2以及物体传送装置3，其中，X射线球管1发出的X射线4经过准直后照射到相对布置的线阵探测器2上，X射线球管1和线阵探测器2可以视为处于同一个探测平面内；物体传送装置3设置于X射线球管1与线阵探测器2之间并且可以带动物体5沿着垂直于探测平面的方向X匀速运动；线阵探测器2以等时间间隔获取X射线4或者X射线4穿过物体5后的强度信息并最终重建形成图像。此方式可以获得物体内部的透视图像，该透视图像实质上为物体经过X射线探测平面时的二维平面图像，如图1中物体5内的黑色部分投影图所示，随着物体的传送在不同时刻得到物体不同位置的透视图像，但这些透视图像实际上是物体内部各要素在X射线方向的累加图像，并不能准确反映物体内部各要素的三维结构，由于物体内部的各种要素之间可能存在重叠放置的情况，此时通过透视图像难以分辨细小的物体。

为了解决图像重叠带来的细小物体分辨困难的问题，最为常见的方法是在同一台安检设备中放置多组对应的线阵探测器与X射线球管，从不同角度获取物体内的透视图像。考虑到成本因素，通常采用两组对应的线阵探测器与X射线球管从两个视角分别获取图像并进行危险物体的识别。但这种方式仍无法实现物体三维成像，获得的图像仍存在物体叠加的情况。

为实现三维图像的获取，螺旋CT成像技术被应用于安检设备中，如图2所示。与传统安检设备相比，采用这一类技术的安检设备中X射线球管1′与线阵探测器2′成对布置，并且二者同时围绕物体传送装置3′进行旋转，当物体5′(以若干个成像剖面图表示)随着传送装置3′行进时可以获取多个角度的投影数据，进而通过图像重建技术完成三维断层图像的获取。为实现高速、连续成像，如图2中所示，物体5′放置于传送装置3′上并沿轴向方向X′匀速前进，线阵探测器2′与X射线球管1′同步持续旋转，二者相关的图像数据信号以及电源信号均通过配套的滑环装置6′进行传输。为了保持投影数据的完整性，需要沿着轴向紧密排布多组线阵探测器2′，同时物体5′前进的速度需要小于多组线阵探测器2′的轴向宽度与探测器2′旋转一周所花时间的比值。虽然螺旋CT成像技术能够实现三维断层图像的获取，但是由于滑环装置的使用，其成像速度较慢且使得结构复杂，同时滑环在使用过程中还存在数据传输不稳定、滑环本身易损坏等问题。

为了避免滑环的使用，业界开始发展静态CT成像技术。其将探测器围绕物体前进的方向按环形结构布置，在探测器环中的多个位置放置球管。物体仍然沿轴向方向匀速运动。静态CT中需要X射线球管按顺序逐个产生射线，但是现有技术中的X射线球管因无法频繁开断，需要开发特殊的X射线球管装置。静态CT虽避免了滑环装置的使用，提升了成像速度，降低了系统结果复杂度，但是一方面开发特殊的X射线球管势必提升研发费用，另一方面当探测大物件时环形布置的探测器将极大的提高探测器的数量，二者均会导致设备成本过高。