CN101221824A - 层叠式ct准直器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及层叠式CT准直器及其制备方法。一种CT准直器包括第一辐射吸收叠层(112),其具有通过其形成的多个孔(116)。通过第一辐射吸收叠层(112)形成的每一孔(116)与在相应的像素化元件(106)和X射线发射源(102)之间形成的相应轴(137)对准。准直器包括第二辐射吸收叠层(114),其具有通过其形成的多个孔(118),通过第二辐射吸收叠层(114)形成的每一孔(118)与在相应的像素化元件(106)和X射线发射源(102)之间形成的相应轴(137)对准。隔离物(126)定位在第一和第二辐射吸收叠层(112,114)之间。

Description

层叠式CT准直器及其制备方法
技术领域
[0001]本发明通常涉及诊断成像,以及更具体地涉及层叠式CT探测器准直器及其制备方法。
背景技术
[0002]一般来讲,在计算机断层摄影(CT)成像***中,X射线源朝向对象或物体诸如患者或一件行李发射扇形射束。下文中,术语“对象”和“物体”将包括能够被成像的任何事物。射束被对象削弱后碰撞到辐射探测器阵列上。在探测器阵列处所接收的射束辐射强度通常取决于由对象削弱的X射线射束。探测器阵列的每一探测器产生指示由每一探测器元件所接收的削弱射束的单独电信号。该电信号传输到用于分析的数据处理***,其最终生成图像。
[0003]一般来讲,X射线源和探测器阵列围绕台架在成像平面内和对象周围旋转。X射线源通常包括X射线管,其在焦点处发射X射线射束。X射线探测器通常包括具有多个准直器板以便准直在探测器处所接收的X射线射束的准直器,邻近准直器的用于将X射线转换成光能的闪烁器,以及用于接收来自邻接闪烁器的光能并由其产生电信号的光电二极管。
[0004]代替使用闪烁装置,X射线探测器可包括具有能够进行X射线计数和能够提供每个探测的X射线能量水平测量的直接转换材料。在此所述的层叠式准直器同样适用于能量识别装置或利用像素化元件(pixellated dement)的其它探测器。
[0005]一般来讲,闪烁器阵列的每一闪烁器将X射线转换成光能。每一闪烁器将光能释放到邻近其的光电二极管。每一光电二极管探测光能并生成相应的电信号。然后将光电二极管的输出传输到数据处理***,以便图像重构。
[0006]图像质量直接与探测器组件之间的对准程度相关。CT探测器的探测器单元之间的“串扰”是普遍的,并且在一定程度上受到探测器组件的对准或其缺乏的影响。在该点上,当CT探测器的组件未对准时,串扰通常更高。
[0007]串扰通常限定为CT探测器邻近元件之间的数据通信。通常,设法降低串扰,因为串扰导致在最终重构的CT图像中存在伪影(artifact)并导致差的空间分辨率。在单一的CT探测器中会产生不同类型的串扰。当光从一个单元通过光电二极管层和闪烁器之间的互相接触层通到另一单元时会发生串扰。电串扰可源自光电二极管之间不希望的通信发生。光串扰在光通过闪烁器周围的反射器的光传输过程中会发生。由于闪烁器单元之间的X射线散射会发生X射线串扰。
[0008]在为了降低串扰的努力中,可将准直器的板或层与闪烁器阵列的单元对准。将闪烁器阵列的单元与准直器板的对准可能是费时和劳动量大的过程。准直器通常利用插在一组轨(rail)之间的大约1000个准直板来形成。所述轨通常具有附着到其的梳形物,每一梳形物具有构造成保持准直板的多个齿。通常轨被对准为非常严格的公差,使得梳形物的齿被定位以接收准直板,并且当***到齿中时,提供到像素化元件的准直效果。此外,准直器到闪烁器的物理放置或对准尤其容易受到累积未对准的影响。也就是,如果闪烁器-准直器组件未对准会不利地影响邻近组件的对闪烁器-准直器阵列对准。简单来讲,如果一个闪烁器-准直器阵列组合未对准,在不进行修正测量的情况下,所有随后定位的闪烁器-准直器阵列组合将会不能对准。此外,当只有一个探测器未对准时,该组件需要调节几个探测器。总的过程可能是代价高并且费时的。
[0009]由于由台架在高台架速度下的旋转导致的G负载会导致该板的机械偏斜。如果CT***在例如一个速度下校准而例如在第二速度下获取图像数据的话,那么对于两个台架速度来说,准直器板的机械偏斜会是不同的。这种机械偏斜会在最终的图像中导致图像伪影。此外,在近年来患者的Z轴范围增加,并且增加的Z轴范围同样需要相称的较长准直器板。因此,准直器板因而更容易受到机械偏斜以及由其导致的图像质量问题的影响。
[0010]因此,期望设计用来制备低成本准直器和闪烁器模块的方法和设备,以由此降低串扰和增加其机械稳定性。
发明内容
[0011]本发明涉及克服上述缺陷的设备。CT探测器包括多个像素化元件和层叠式准直器。在准直器中的叠层由隔离物材料分开,并具有在相应的像素化元件和X射线源之间对准的孔。
[0012]根据本发明的一方面,CT准直器包括第一辐射吸收叠层,其具有通过其形成的多个孔。通过第一辐射吸收叠层形成的每一孔与在相应的像素化元件和X射线发射源之间形成的相应轴对准。准直器包括第二辐射吸收叠层,其具有通过其形成的多个孔,通过第二辐射吸收叠层形成的每一孔与在相应的像素化元件和X射线发射源之间形成的相应轴对准。隔离物定位在第一和第二辐射吸收叠层之间。
[0013]根据本发明的另一方面,制备CT探测器的方法包括提供具有多个像素化元件的探测器并将多层准直器耦合到探测器。该多层准直器包括至少两层基本不可透过辐射的材料。该方法包括将***物定位在所述至少两层之间,并且对准准直器,这样在准直器中的多个X射线通路在该多个像素化元件和X射线发射源之间以1∶1对应对准。
[0014]根据本发明的另一方面,CT***包括具有开口以接收将被扫描物体的可旋转台架,被配置成朝向物体投射高频电磁能量射束的高频电磁能量投射源,以及具有多个像素单元的探测器阵列,其中每一单元被配置成探测经过对象的高频电磁能量。辐射滤波器配置成吸收朝向邻近像素单元之间空隙指引的高频电磁能量,其中辐射滤波器包括至少由隔离物材料隔开的一对多孔筛。光电二极管阵列光学上耦合到闪烁器阵列,并且包括配置成探测来自相应闪烁器单元的光输出的多个光电二极管。数据采集单元(DAS)连接到光电二极管阵列,并配置成接收光电二极管输出。图像重构器连接到DAS,并配置成由DAS所接收的光电二极管输出重构物体图像。
[0015]从下面详细说明和附图可明了本发明的多种其它特征和优势。
附图说明
[0016]附图示出预期用于执行本发明的一个优选实施例。
[0017]在图中:
[0018]图1是根据本发明的CT成像***的示图;
[0019]图2是图1所示***的示意框图;
[0020]图3是CT***探测器阵列的一个实施例的透视图;
[0021]图4是图3所示探测器阵列的探测器的一个实施例的透视图;
[0022]图5是根据本发明的实施例的一部分闪烁器组和具有隔离物的层叠式准直器的截面图;
[0023]图6是根据本发明的实施例的具有定位于组装销之间的层叠式准直器的透视图;
[0024]图7是根据本发明的实施例的用于对结构泡沫切片的设备的示图;
[0025]图8是根据本发明的实施例的一部分闪烁器组(pack)和具有封装材料隔离物的层叠式准直器的截面图;
[0026]图9是根据本发明的实施例的具有结构泡沫隔离物的层叠式准直器一部分的截面图;
[0027]图10是根据本发明的实施例的具有多个隔离物的层叠式准直器一部分的截面图;
[0028]图11是根据本发明的实施例的与非侵入式包裹检查***一同使用的CT***的示图。
具体实施方式
[0029]关于六十四切片计算机断层摄影(CT)***对本发明的操作环境进行描述。但是,对于本领域的那些技术人员来说应该意识到本发明同样适用于其它多切片构造。此外,将关于X射线的探测和转换来描述本发明。但是,对于本领域的那些技术人员来说还应该意识到本发明同样适用于其它高频电磁能量的探测和转换。将关于“第三代”CT扫描器描述本发明,但是其同样可适用于其它CT***。
[0030]参照图1和图2,计算机断层摄影(CT)成像***10被示为包括代表“第三代”CT扫描器的台架12。台架12具有X射线源14,其朝向台架12的相对侧上的探测器组件或准直器18投射X射线射束16。探测器组件18由多个探测器20和数据采集***(DAS)32形成。所述多个探测器20感测经过医疗患者22的投射的X射线,并且DAS32将数据转换成数字信号以便随后处理。每一探测器20产生模拟电信号,所述模拟电信号代表碰撞X射线射束的强度以及从而代表当其经过患者22时的削弱射束的强度。在扫描过程中为了采集X射线投射数据,台架12和配备于其上的组件绕旋转中心24旋转。
[0031]台架12的旋转和X射线源14的操作受到CT***10的控制机构26的控制。控制机构26包括将电源和计时信号提供到X射线源14的X射线控制器28和控制台架12旋转速度和位置的台架电机控制器30。图像重构器34接收来自DAS 32的取样的和数字化的X射线数据,并执行高速重构。重构图像作为输入施加到计算机36,其将图像存储于海量存储装置38中。
[0032]计算机36还经由具有键盘的控制台40来接收来自操作员的命令和扫描参数。相关的阴极射线管显示器42允许操作员观察来自计算机36的重构图像和其它数据。操作员提供由计算机36利用的命令和参数将控制信号和信息提供到DAS 32、X射线控制器28和台架电机控制器30。此外,计算机36操作控制电动台46的台电机控制器44以便将患者22和台架12定位。具体的,台46将患者22的部分移动通过台架开口48。
[0033]如图3和4所示,探测器组件18包括多个探测器20和DAS32,其中每一探测器20包括设置在组51中的多个探测器元件50。探测器组件18准直器的轨17具有设置于其间的准直叶片或板19。定位探测器组件18以便在所述射束碰撞到探测器20上之前准直X射线16。在图3所示的一个实施例中,探测器组件18包括五十七个探测器20,每一探测器20具有像素化元件50的64×16的阵列大小。结果,探测器组件18具有64行和912列(16×57个探测器),其允许在台架12每次旋转时同时收集64个切片数据。
[0034]探测器20包括相对于探测器元件50定位于组51中的销52。组51定位在具有多个二极管59的二极管阵列53上。二极管阵列53依次定位在多层基板54上。隔离物55定位在多层基板54上。探测器元件50光学上耦合到二极管阵列53,并且二极管阵列53又电耦合到多层基板54。柔性电路56附着到多层基板54的面57,并附着到DAS32。通过使用销52将探测器20定位在探测器组件18中。
[0035]在操作过程中,碰撞到探测器元件50内的X射线产生穿过组51的光子,由此产生在二极管阵列53内的二极管58上探测的模拟信号。产生的模拟信号被携带通过多层基板54,通过柔性电路56之一,到达DAS 32,其中模拟信号转换成数字信号。
[0036]图5和图8示出根据本发明实施例的CT探测器100的一部分。为了解释说明的目的,在图5和8中的叠层112,114和136的厚度被放大,以便更好示出X射线16通过其的通路。但是在图9和10中所示的叠层112,114和136的厚度最佳地示出其关于作为整体的CT探测器100的比例。
[0037]图5是根据本发明实施例的CT探测器的一部分。CT探测器100包括闪烁器组(pack)104和准直器110。CT探测器100在旋转台架坐标***的X-Z平面内取向,并且定位,这样从X射线管诸如图1所示X射线管14的X射线焦点102发射的X射线16朝向闪烁器组104指引。闪烁器组104包括由反射器108分开的像素或闪烁器元件106。虽然图5的CT探测器100的部分示出准直器110的相应部分带有五个像素,但是本领域内的技术人员将认识到在CT探测器100中的像素106的数目可包括多于所示的五个像素106。
[0038]准直器110的第一叠层或筛(screen)112紧接闪烁器组104定位。叠层112被穿孔使得其中形成的每一穿孔或开口116被定尺寸并被定位以允许X射线16从其中经过以便碰撞到相应像素106的顶表面120上。以该方式,每一穿孔116基本与相应像素106和焦点102之间形成的轴线137对准。进一步给叠层112的穿孔116定尺寸并定位,使得叠层112的结构材料122也被定位,以便阻挡从焦点102朝向反射器108发射的X射线16。
[0039]准直器110的第二叠层或筛114紧接叠层112定位。叠层114穿孔,这样其中形成的每一穿孔或开口118具有一定大小,并定位以允许X射线16从其中经过以便碰撞到相应像素106的顶表面120上。在该方式下,每一穿孔118基本与一轴线对准,该轴线之一示出为相应像素106和焦点102之间形成的轴线137。因此相应于每一像素106的每对穿孔116和118形成通过准直器110的孔或开口129,其基本与相应像素106和焦点102之间形成的相应轴线137对准。进一步定制叠层114的穿孔118的尺寸并定位,这样叠层114的结构材料124也被定位,以便阻挡从焦点102朝向反射器108发射的X射线16。
[0040]在一个像素106和一个轴139的焦点102之间形成扇形展开角128,以及在另一个像素106和另一个轴137的焦点102之间形成另一扇形展开角130。第一叠层112的穿孔116的方式可与第二叠层114的穿孔118的方式不同。因此,在一个实施例中,穿孔116具有较大的开口并且比相应的穿孔118被更近地定位。在另一个实施例中,穿孔116比相应的穿孔118被更远地定位,但是具有基本类似于相应穿孔118开口的开口。但是预期相应穿孔116,118的方式基本类似,并且根据例如扇形展开角128和130限定的展开扇形定尺寸和定位。因此,根据扇形展开角128,在叠层112中的穿孔116可相对彼此具有不同的尺寸和间距。类似的,根据扇形展开角130,在叠层118中的穿孔118可相对彼此具有不同的尺寸和间距。
[0041]叠层112,114由诸如钨等的高密度材料制成。因此,叠层112,114基本不可透过并且基本上削弱了另外会碰撞到闪烁器组104中的反射器108区域上的X射线16。预期其中的穿孔116,118通过蚀刻、钻孔、模制等形成。
[0042]仍然参照图5,在叠层112,114之间定位间隔物或叠层126。在一个实施例中,隔离物126由诸如RohacellTM的预固化的闭孔结构泡沫、石墨片等构成,使得隔离物126基本可透过X射线16。RohacellTM可从德国杜塞尔多夫(Dusseldorf)的DegussaAG获得。在关于下面图8所述的另一个实施例中,隔离物126是封装材料,并被在位固化。隔离物126在结构上支撑叠层112,114,并在台架旋转过程中增加准直器110的G负载限度。在CT探测器100的每一层104,112,114,126之间的表面132处嵌入的粘合剂141将层104,112,114,126结合在一起,并导致CT探测器100的结构完整性。
[0043]在操作过程中,准直器110基本削弱从焦点102发射的X射线,防止其碰撞到反射器108上。准直器110还准直从图1和2中例如患者22中的次级发射点133发射并沿路径135行进的X射线。因此,准直器110基本允许从焦点102发射的X射线16碰撞到像素106上,并且基本削弱来源于次级发射的X射线133。
[0044]仍然参照图5,示出具有叠层112、隔离物126和叠层114的准直器110。在一个实施例中,取决于由116,118形成的开口和总准直器110堆叠高度之间的高宽比,可增加未示出的附加叠层,从而获得例如7-8毫米或更大的准直器深度。本领域的技术人员将认识到叠层可直接彼此叠加,以形成多层削弱材料,并且在其间不具有隔离物,或者在其间放置隔离物之前可将几层叠层堆叠在一起,只要考虑叠层之间的几何间距适应例如作为示例的扇形展开角128,130。例如,在替换实施例中,叠层136可直接接触叠层114定位并附着到叠层114。例如,当需要非常精确的特性时,并且当使用较厚的叠层时更难于或代价较高地获得所述精确度时,这可有利于允许使用更薄的叠层材料。
[0045]此外,虽然图5中以Y-Z平面内的二维设计示出了CT探测器100,但是本领域的技术人员将认识到由扇形展开角128,130所示的扇形展开角的方式也可在X-Y平面内以类似的方式扇形展开,从而形成叠层的扇形展开角在两个维度内突出的三维准直器。图6示出叠层112,114具有在其间定位的隔离物126。图6示出准直器110和相应扇形展开角的三维扇形展开需求,并且相应扇形展开角可在X-Y平面内和Y-Z平面内获得,从而获得三维的扇形展开效果。
[0046]再次参照图6,每一叠层112,114可具有在其中定位的凹口113,115。定位在每一叠层112,114中的凹口113,115被如此定位使得例如相对于销117装配成单元时所述凹口113,115垂直对准。这种对准使得准直器110的构造简化,并且能够快速目视检查装配单元以确保叠层112,114相对于彼此正确对准。本领域的技术人员将认识到凹口113,115可代替地包括用于构建准直器110的突出对准翼片(tab)。
[0047]参照图7,诸如RohacellTM等的结构泡沫200可使用诸如铬镍铁合金(inconel)的热的、0.014”厚的线202切割成薄片,所述线202在两个陶瓷圆柱体204,206之间伸长拉紧并定位于平坦表面208之上的所需高度210处。结构泡沫200片放置到平坦表面208上并保持在那,同时横向于线202馈给,从而对薄的泡沫片212切片,从而用于隔离物126。结构泡沫200可放置到馈给材料211并且横向通过线202以对结构泡沫200的薄片进行切片。
[0048]现在参照图8,如上所述,在本发明的一个实施例中,隔离物126可以是定位于准直器110内的封装材料138。因此,叠层112,114被如此定位使得其中形成间隙140。诸如环氧树脂或结构泡沫的封装材料138定位在间隙140内并被在位固化。封装材料138选自于基本透过X射线通路的材料。封装材料138例如可以是未固化的泡沫或环氧树脂,其导致被注入或另外流入间隙140内,并允许固化。此外,为了降低封装材料138的密度,诸如中空玻璃微珠的低密度填充物可与其混合,低密度填充物优选具有小于封装材料138的平均密度的平均密度。
[0049]图9示出根据本发明实施例的准直器110。叠层112,114定位于隔离物126之间,并且最佳地示出作为整体的准直器110的比例。
[0050]图10示出根据本发明的另一实施例的CT探测器100的隔离物126。多个细管150可基本定位于叠层112和114之间,这样经过开口116,118的X射线随机被阻挡,从而避免了可产生图像伪影的阻挡方式。细管150可具有圆形152或其它形状的截面,诸如矩形或六边形,并且还可在叠层112和114之间随机取向。
[0051]图11是与非侵入式包裹检查***一同使用的CT***的示图。包裹/行李检查***510包括其中具有开口514的可旋转台架512,包裹或行李件可经过开口514。根据本发明的实施例,可旋转台架512容纳高频电磁能量源516,以及具有由闪烁器单元构成的闪烁器阵列的探测器组件518。还提供传送***520,并且包括由结构524支撑的传送带522以使得接受扫描的包裹或行李件526自动和连续地通过开口514。物体526由传送带522馈给通过开口514,然后获取图像数据,并且传送带522以可控和连续的方式将包裹526从开口514去除。结果,邮政检查员、行李处理者以及其它安全人员可非侵入式地检查包裹526的内容物,从而暴露刀、枪、违禁品等。此外,这种***可用在工业应用中,以便非破坏性地评价部件和组件。
[0052]因此,根据本发明的一个实施例,CT准直器包括第一辐射吸收叠层,其具有通过其形成的多个孔。通过第一辐射吸收叠层形成的每一孔与在相应的像素化元件和X射线发射源之间形成的相应轴对准。准直器包括第二辐射吸收叠层,其具有通过其形成的多个孔,通过第二辐射吸收叠层形成的每一孔与在相应的像素化元件和X射线发射源之间形成的相应轴对准。隔离物定位在第一和第二辐射吸收叠层之间。
[0053]根据本发明的另一实施例,制备CT探测器的方法包括提供具有多个像素化元件的探测器并将多层准直器耦合到探测器。多层准直器包括至少两层基本不可透过辐射的材料。该方法包括将***物定位在所述至少两层之间,并且对准准直器,使得在准直器中的多个X射线通路在该多个像素化元件和X射线发射源之间以1∶1对应对准。
[0054]根据本发明的另一实施例,CT***包括具有开口以接收将被扫描的物体的可旋转台架,被配置成朝向物体投射高频电磁能量射束的高频电磁能量投射源,以及具有多个像素单元的探测器阵列,其中每一单元配置成探测经过对象的高频电磁能量。辐射滤波器配置成朝向邻近像素单元之间空隙指引的高频电磁能量,其中辐射滤波器包括至少由隔离物材料隔开的一对多孔筛。光电二极管阵列光学上耦合到闪烁器阵列,并且包括配置成探测来自相应闪烁器单元的光输出的多个光电二极管。数据采集单元(DAS)连接到光电二极管阵列,并配置成接收光电二极管输出。图像重构器连接到DAS,并配置成由DAS所接收的光电二极管输出重构物体图像。
[0055]虽然根据优选实施例对本发明进行了描述,但是应该认识到排除在那些明确陈述之外的等同物、替换形式和变型是可以的,并且处于所附权利要求的范围内。
附图标记列表
10计算机断层摄影(CT)成像***
12台架
14X射线源
16X射线射束
17轨
18探测器组件或准直器
19准直叶片或板
20多个探测器
22医疗患者
24旋转中心
26控制机构
28X射线控制器
30台架电机控制器
32数据采集***(DAS)
34图像重构器
36计算机
38海量存储装置
40经由控制台的操作员
42键盘。相关的阴极射线管显示器
44台电机控制器
46电动台
48台架开口
50探测器元件数目
51设置在组中的探测器元件50的数目
52销
53二极管阵列
54多层基板
55隔离物
56柔性电路
58二极管
59多个二极管
100CT探测器
102X射线焦点
104闪烁器组
106闪烁器元件
108反射器
110准直器
112叠层
113凹口
114叠层
115凹口
116孔
117销
118孔
120上表面
122结构材料
124结构材料
126隔离物或叠层
128扇形展开角
129孔或开口
130扇形展开角
132表面
133次级发射点
135路径
136叠层
137轴
138封装材料
139轴
140间隙
141粘合剂
150多个细管
152圆形
200结构泡沫
202线
204陶瓷圆柱体
206陶瓷圆柱体
208平坦表面
210高度
211馈给材料
212薄泡沫片
510包裹/行李检查***
512可旋转台架
514开口
516高频电磁能量源
518探测器组件
520传送***
522传送带
524结构
526包裹或行李件

Claims (10)

1.一种接近CT探测器(100)定位的CT准直器,该CT准直器包括:
第一辐射吸收叠层(112),其具有通过其形成的多个孔(116),通过第一辐射吸收叠层(112)形成的每一孔(116)与在相应的像素化元件(106)和X射线发射源(102)之间形成的相应轴(137)对准;
第二辐射吸收叠层(114),其具有通过其形成的多个孔(118),通过第二辐射吸收叠层(114)形成的每一孔(118)与在相应的像素化元件(106)和X射线发射源(102)之间形成的相应轴(137)对准;以及
隔离物(126),其定位在第一和第二辐射吸收叠层(112,114)之间。
2.根据权利要求1所述的CT准直器,其中所述CT探测器(100)包括闪烁器和直接转换材料之一。
3.根据权利要求1所述的CT准直器,其中隔离物(126)包括泡沫、石墨片、环氧树脂(141)、纤维和管(150)之一。
4.根据权利要求3所述的CT准直器,其中所述环氧树脂(141)具有分散于其中的填充物材料,所述填充物材料具有低于所述环氧树脂的平均密度的平均密度。
5.根据权利要求3所述的CT准直器,其中所述泡沫被在位固化。
6.根据权利要求1所述的CT准直器,进一步包括:
第三辐射吸收叠层(136),其具有通过其形成的多个孔(129),所述第三辐射吸收叠层(136)附着到所述第一和第二辐射吸收叠层(112,114)之一,
其中第三辐射吸收叠层(136)的每一孔(129)与相应开口的相应轴(137)对准。
7.根据权利要求1所述的CT准直器,其中所述第一和第二辐射吸收材料(112,114)包括高-Z材料。
8.根据权利要求7所述的CT准直器,其中所述高-Z材料是钨。
9.根据权利要求1所述的CT准直器,其中所述隔离物(126)是具有通过其中形成的多个孔的材料片。
10.根据权利要求1所述的CT准直器,其中所述第一和第二辐射吸收叠层(112,114)具有彼此基本对准的凹口(113)或突出翼片之一。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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