[发明专利]一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法

说明书

本发明公开了一种高排数CT探测器的探测器单元排列方法，该探测器单元排列方法包括：在同一个探测器模块中，预先确定所有探测器最小单元按照平面排列时的X射线入射角；对于X射线入射角超出图像重建算法和成像软件可接受范围的探测器最小单元，通过调整其Y、Z方向位置以及偏转一定角度的方式对X射线入射角进行修正，并使所有探测器最小单元之间连续过渡。本发明采用灵活的X射线入射角度选择，结合相邻的探测器单元在Z方向连续分布的安排，同时满足对探测器模块X射线入射角、X方向相邻模块的间隙以及探测器空间连续性三个方面的要求。

技术领域

本发明涉及医学成像设备，尤其是一种高排数CT探测器设计中的探测器最小单元排列方法。

背景技术

和常规中低排数CT相比，高排数CT(例如256排CT)采用高排数宽体探测器，显著增加了CT系统在扫描方向(Z方向)的成像覆盖范围，在大功率球管和高速机架以及大椎束成像软件的配合下，使扫描时间更短，病人在扫描过程中受到的辐射剂量更低。目前高排数CT在全身多脏器的影像检查中已得到越来越广泛的应用，在需要快速成像的心脏各种病理检查中，更有不可替代的优势。

高排数CT中的高排数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。其中探测器模块中的探测阵列由多个探测器最小单元沿Z方向排列而成，每个最小单元包括后准直器阵列、闪烁体阵列、光敏阵列、模数转换芯片以及用于精确装配定位的安装块等组件，探测器最小单元的一种结构示意如图2。探测器最小单元在探测器模块中最简单的排列方式为平面排列，图3为采用8个平面排列的探测器最小单元的探测器模块示意，每个单元中心X射线的入射方向用虚线表示。X射线对每个探测器单元的理想入射方向是垂直入射，但平面探测器模块设计中，X射线对每个探测器单元的入射方向和垂直入射存在不可避免的偏差，离模块中心越远的探测器单元，这个偏差越大。通常图像重建算法和成像软件对该偏差引起的信号质量下降有一定的校正和容忍度，但对于高排数平面探测器模块，Z方向靠近边缘的探测器单元的X射线入射角偏差通常大大超出算法和软件可以校正的范围，带来显著的图像质量问题。

针对平面探测器模块的图像质量问题，一种解决方案为将探测器单元在Z方向按弧面排列，保证每个探测器单元距球管焦点距离相同，以及X射线对单元中心垂直入射，形成如图4所示的球面探测器模块设计。球面探测器模块设计解决了平面探测器模块设计中由于X射线入射角偏差带来的图像质量问题，但在整个探测器阵列中，造成X方向相邻模块之间的间隙沿Z方向不一致，偏离探测器模块中心越远，X方向相邻模块的探测器最小单元之间的间隙越小。图5为平面和球面探测器模块设计在X方向相邻探测器模块之间间隙沿Z方向分布的一个比较示例。在探测器阵列的设计中，X方向相邻模块之间的间隙有最大和最小值的限制。一方面从探测器模块的加工和安装精度考虑，需要在相邻模块之间保留一个合理的最小间隙，以避免相邻模块在导轨上安装时发生干涉或挤压损坏；另一方面从成像质量考虑，该间隙会带来成像数据的缺失，因此有一个最大值的限制。上述高排数球面探测器模块的设计造成的X方向相邻模块之间的间隙沿Z方向不一致，使在整个探测器范围内满足该间隙最大最小值要求成为挑战。

一个解决球面探测器模块上述问题的方案为在探测器模块的问题区域，适当增加探测器单元距球管焦点的距离，由此增加X方向相邻模块在问题区域内的间隙，满足间隙最小值的要求。一种该方案的具体实现为如图6所示的阶梯球面探测器模块，模块中的8个探测器单元分为两组，离模块中心近的4个单元作为一组分布在一个球面上，而离模块中心远的4个单元作为另一组分布在以球管焦点为中心，但半径大一些的另一个球面上，两组探测器单元的边缘形成一个阶梯。该阶梯球面探测器模块设计对应的X方向相邻模块的间隙沿Z方向的分布的一个示意如图7所示，可以通过调整阶梯的大小来满足间隙最大最小值的要求。但两组探测器单元之间的的阶梯会带来探测器信号的不连续，容易在阶梯位置对应的图像中产生伪影，特别是当X光信号有一个较大的空间梯度时，这个问题会更加严重。