CN107307878A - 一种ct***温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种CT***，包括：CT球管；探测器模组，与CT球管相对设置，该探测器模组包括基体、布置于基体内的探测器；温度传感器，包括设置于基体外面的第一温度传感器单元以及基体内部的第二温度传感器单元。
Description
技术领域
本发明涉及医学成像***，尤其涉及CT***温度控制方法。
背景技术
计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)是X射线成像技术的一个重大突破，在医学上可用来诊断脊柱和头部损伤、颅内肿病、脑中血凝块、胃肠疾病以及肌体软组织损伤等。目前的计算机断层扫描***的主要结构包括两大部分：X射线断层扫描装置和计算机装置。前者主要由产生X射线束的高压发生器和球管以及接收、检测X线的探测器组成，后者主要包括数据采集***、中央处理单元、操作台、图像显示器等辅助设备。X射线球管和探测器分别安装在被扫描组织的两侧，方向相对。其大致的原理是：CT利用人体不同组织对X射线的吸收不等，将人体被测层面分成许多立方体小块(体素)，CT测得每一体素的密度和灰度(像素)，X射线经过选定层面后的衰减总量为各体素X射线衰减量的总和，旋转球管，X线从不同角度穿过选定层面，旋转多次后，可得一联立方程，在该方程中，X线衰减总量为已知值，各体素X线衰减值为未知量，经计算机运算求出各体素X射线衰减值(对应各像素)，由这些像素组成一幅二维的断层图像，多幅二维图像可以组合成一副三维图像。
在CT数据采集***中，探测器是整个***的核心部件，其结构十分复杂，它直接接收X射线束穿过被测物后的光子信号，通过其自身的特性转换为相应的电信号，一个典型的CT探测器主要包括介质(如气体闪烁体等)、光电转换阵列和电子学部分，此外还有准直器、电源灯等辅助设备。在探测器工作过程中，X射线信号照射到晶体表面会产生部分热能，随后X射线辐射能量会转换为晶格的热运动能量，从而引起探测器晶体温度升高。然而，探测器所使用的材料如钨酸镉晶体对于温度非常敏感，环境温度的变化会引起光电峰值漂移，影响光电转换性能。更恶劣的是，如果温度变化过大，将导致晶体探测器性能发生变化，重建图像出现条纹，从而影响诊断识别。
现有技术中，CT探测器***大都安装在一个较大的金属基体上，为了使探测器温度维持在稳定水平，常用的一种解决方式是在金属基体上设置一些半导体温度传感器、加热器件和冷却器件，根据温度传感器反馈金属基体表面的温度来控制冷却风扇或者加热器件的工作，从而维持探测器温度在一定范围内。另一种解决方式是把温度传感器集成在CT探测器内部，利用其内部的温度传感器作为温度调节单元的输入。然而以上两种方式都存在一定风险，即安装在金属基体上的外部温度传感器和探测器内部的温度传感器都有可能发生异常，从而导致反馈非真实的温度值，从而引起温度控制进入不正常的状态。并且，在CT的运行过程中，机架旋转、球管散热、传感器反馈延迟等因素会对整个CT探测器***温度的控制都会产生影响，温度传感器反馈的温度不可避免的与探测器实际温度有差异，且随着条件的不同发生变化。鉴于此，有必要提出可有效避免温度波动产生伪影的CT成像方法。
发明内容
为了解决CT***中探测器的温度控制问题，本申请一方面披露了一种CT扫描***。所述CT扫描***包括：CT球管；探测器模组，与CT球管相对设置，该探测器模组包括基体、布置于基体内的探测器；温度传感器，包括设置于基体外面的第一温度传感器单元以及基体内部的第二温度传感器单元。
优选地，所述基体外面包括朝向CT球管的正面以及背向CT球管的反面以及位于正面和反面之间的侧面，所述第一温度传感器设置于侧面。
优选地，所述探测器包括数个探测器单元，具有朝向CT球管的第一面以及背向CT球管的第二面，所述第二温度传感器设置于第二面。
优选地，所述第二温度传感器设置于探测器单元的第一面、第二面之间的侧面上。
优选地，所述探测器包括数个探测器单元，且所述数个探测器单元的侧面形成弧面。
优选地，所述温度调节单元包括一个或多个加热单元和一个或多个冷却单元。
优选地，所述温度调节单元用于判断所述探测器的温度是否在所述第一目标温度范围内，并产生第一结果；所述温度调节单元用于判断所述金属基体的温度是否在所述第二温度范围内，并产生第二结果。
优选地，如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述探测器的温度高于所述第一目标温度范围的上限，则开始冷却所述探测器；如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述探测器的温度低于所述第一目标温度范围的下限，则开始加热所述探测器。
优选地，如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述金属基体的温度高于所述第二目标温度范围的上限，则开始冷却所述探测器；如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述金属基体的温度低于所述第二目标温度范围的下限，则开始加热所述探测器。
另一方面，本申请披露了一种CT***探测器的温度控制方法，包括：获取探测器的温度，判断所述探测器的温度是否在第一目标温度范围内，并产生第一结果；获取金属基体的温度，判断所述金属基体的温度是否在第二目标温度范围内，并产生第二结果；如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述探测器的温度高于所述第一目标温度范围的上限，则开始冷却所述探测器；以及，如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述探测器的温度低于所述第一目标温度范围的下限，则开始加热所述探测器。
附图说明
图1为本发明CT***结构示意图；
图2为本发明实施方式的探测器与其上的加热、冷却单元的布局图；
图3为CT***温度控制流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
为了完整地了解本发明，请参考图1，表示本发明以较佳实施方式的CT***结构示意图。该CT***包括但不限于CT球管101、准直器102、探测器模组、高压发生器105、温度调节单元106、传感器单元107、数据采集***(data acquisition system，DAS)110、中央处理单元120、图像重建单元130以及显示器140。
高压发生器105用于接收中央处理单元120的命令并控制CT球管101的工作。CT球管101用来提供X射线103。该X射线103穿过位于扫描床上的人体并产生部分衰减。探测器模组与CT球管相对设置，探包括基体和布置于基体内的探测器104。探测器104接收部分衰减的X射线信号并转换为相应的电信号。探测器104安装于金属基体内部，并与CT球管101安装于机架的相对两侧。探测器104可以包括以阵列方式布置的闪烁晶体、位于闪烁晶体下层的ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯片以及闪烁晶体的芯片基板。探测器104可以包括数个探测器单元，且所述数个探测器单元的侧面形成弧面。探测器单元具有朝向CT球管的第一面以及背向CT球管的第二面。
与探测器104***连接的数据采集***110获取探测器104输出的电信号。例如，探测器104包括ASIC芯片，可以将接收到的X射线信号并转换为相应的电信号。上述电信号经A/D转换器转换为数字信号(投影数据)。中央处理单元120连接数据采集***110，接收投影数据。中央处理单元120对接收到的投影数据进行数据压缩和重定格式处理，随后将处理后的数据存储(例如，放入缓存)和/或进行进一步处理。处理后的数据可以缓存于图像重建单元130。图像重建单元130中的反投影控制器将控制模块处理后的投影数据分配至反投影版的各个单元。每个反投影单元容纳的数据可从一个投影到六个投影，并被同时存储起来，接着影像数据与每个反投影单元的结果一起被传送到每个反投影板进行求和运算合成像素数据，即可重建得到断层摄影图像，并在显示器140中显示或存储在一个存储设备上。
CT***扫描过程中，由于X射线的照射以及光电转换过程中能量的变化会使得探测器的温度升高，而探测器工作环境的波动会影响其光电转换效率，最终重建得到的图像也会产生伪影，因此，需要在成像扫描中保证***的稳定性和一致性。本发明CT***中可通过传感器单元107获取与探测器104和金属基体相关的温度信息。传感器单元107可以包括设置于探测器104内部的温度传感器，用于获取探测器内部的温度信息。传感器单元107也可以包括设置于金属基体上的温度传感器，用于获取金属基体的温度信息，探测器104安装于金属基体的内部。
在一些实施例中，中央处理单元120可以根据传感器单元107获取的温度信息判断探测器104或者金属基体是否处在目标温度范围内。在一些实施例中，目标温度范围指的是探测器104或者金属基体能够正常工作的温度范围，也可以是某个预设的具体温度范围。具体的，目标温度范围可以包括第一目标温度范围和第二目标温度范围。第一目标温度范围可以是使探测器104正常工作的温度范围，或者某个针对探测器104预设的具体温度范围。第二目标温度范围可以是使金属基体正常工作的温度范围，或者某个针对金属基体预设的具体温度范围。在一些实施例中，第一目标温度范围可以等于第二目标温度范围。在一些实施例中，第一目标温度范围可以不等于第二目标温度范围。在一些实施例中，第一目标温度范围等于第二目标温度范围指第一目标温度范围的上限温度与第二目标温度范围的上限温度相同，并且第一目标温度范围的下限温度与第二目标温度范围的下限温度相同。第一目标温度范围不等于第二目标温度范围指第一目标温度范围的上限温度与第二目标温度范围的上限温度不同，和/或第一目标温度范围的下限温度与第二目标温度范围的下限温度不同。
中央处理单元120可以通过温度调节单元106控制探测器104的温度。中央处理单元120通过温度调节单元106将探测器104内部温度调整至第一目标温度范围内，金属基体225的温度调整至第二目标温度范围内。温度调节单元106可以包括若干冷却单元和加热单元。在一些实施例中，冷却单元可以是风扇。风扇可以将金属基体外部的空气吹至金属基体内部，以降低探测器的温度。在一些实施例中，加热单元可以是加热条，用来加热金属基体升高温度。在一些实施例中，加热条可以为铜片，其分散设置于金属基体的内侧边缘位置，工作时通过改变流过铜片的电流可调节铜片产生的热量。
图2为本发明实施方式中的探测器、金属基体与其上的加热、冷却单元的布局图。探测器阵列225包括以阵列方式布置的闪烁晶体、位于闪烁晶体下层的ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)芯片以及闪烁晶体的芯片基板。探测器104安装在金属基体225内部。在本实施例中，基于铝既有良好的散热和传导效果，探测器支架的材料选用金属铝或者铝合金。
为了便于调节探测器的温度，本发明所用探测器还包括设置在金属基底225框架上的加热条221、222、223、224作为加热单元，设置在探测器支架一侧的风扇201、202、203、204、205、206作为冷却单元。本领域技术人员应当理解，加热单元和冷却单元的数量和分布方式并不局限于本披露书中实施例给出的方式，加热单元和冷却单元的数量和分布方式可以根据具体的情况改变。
基体外面包括朝向CT球管的正面以及背向CT球管的反面以及位于正面和反面之间的侧面，第一温度传感器设置于侧面。在金属基体侧面上，与加热条位置相对应设置有多个第一温度传感器211、212、213、214、215。具体的，在金属基体外部设置温度传感器215，用于获取金属基体外界空气温度；在加热条224附近设置温度传感器214，用于获取加热条224周围空气温度；在加热条221附近设置温度传感器211,用于获取加热条221周围金属基底的温度；在加热条222附近设置温度传感器212,用于获取加热条222周围金属基底的温度；在加热条223附近设置温度传感器213，用于获取加热条223以及其附近金属基底的空气温度。探测器包括数个探测器单元，具有朝向CT球管的第一面以及背向CT球管的第二面，所述第二温度传感器设置于第二面。例如，探测器104内部背对CT球管的第二面也设置了第二温度传感器216，用来获取探测器104内部温度。在一些实施例中，所述第二温度传感器也可以设置于探测器单元的第一面、第二面之间的侧面上。
需要指出的是，本实施例中所用的加热条为铜片，其分散设置于金属基体的内侧边缘位置，工作时通过改变流过铜片的电流可调节铜片产生的热量。当需要对探测器进行加热时，如图2所示的气流230方向，外界较低温度的空气(18-25℃)首先到达金属基体前端的加热条224进行一级加热，此时的温度可以升高到28±2℃。经过一级加热的空气可以分别在加热条221、222、223进行二级加热，此时的空气温度可以升高为36±1℃。探测器与空气之间不断进行热量交换可将探测器104的温度升高到预设的目标温度范围内。当探测器由于吸收X射线而导致温度超过目标范围上限值时，需要对探测器进行散热降温。例如，加热条停止工作，风扇运转增加金属基体内外的空气流通，从而加快探测器与外界低温空气的热量交换，降低探测器104的温度。本发明实施例中采用电加热条(铜片)作为加热单元，但也可以采用其他方式作为加热单元。本发明实施例中采用风扇(风冷)作为冷却单元，但也可以采用其他方式作为冷却单元。
如图3所示为采用本发明CT***的成像方法的流程图，具体为：
在步骤301，中央处理单元120通过传感器单元107设置于探测器104内部的温度传感器216获取探测器104内部的温度，并根据预设的第一目标温度范围判断探测器104的温度是否在第一目标温度范围内，并产生第一结果。第一结果可以包括“是”或“否”，或“正常”或“不正常”。如果探测器104内部的温度在第一目标温度范围内，则产生的第一结果为为“是”或“正常”，即探测器104内部温度正常，如果探测器104内部的温度在第一目标温度范围外，则产生的第一结果为为“否”或“不正常”，即探测器104内部温度不正常。
在步骤302，中央处理单元120通过传感器单元107设置于金属基体上225温度传感器211、212、213获取金属基体225的温度，并根据预设的第二目标温度范围判断金属基体225的温度是否在第二目标温度范围内，并产生第二结果。第二结果可以包括“是”或“否”，或“正常”或“不正常”。在一些实施例中，第一目标温度范围可以等于第二目标温度范围。在一些实施例中，第一目标温度范围可以不等于第二目标温度范围。如果金属基体225的温度在第二目标温度范围内，则产生的第二结果为为“是”或“正常”，即金属基体225温度正常。如果金属基体225的温度在第二目标温度范围外，则产生的第二结果为为“否”或“不正常”，即金属基体225温度不正常。
在步骤303，中央处理单元120判断第一结果和第二结果是否相等。如果探测器104内部温度和金属基体225温度都正常，则第一结果等于第二结果。如果探测器104内部温度和金属基体225温度都不正常，则第一结果等于第二结果。如果探测器104内部温度正常，金属基体225温度不正常，则第一结果不等于第二结果。如果探测器104内部温度不正常，金属基体225温度正常，则第一结果不等于第二结果。
如果第一结果和第二结果不相等，说明传感器单元107出现异常，进入步骤304，中央处理单元120控制温度调节单元106关闭部分或所有加热单元(如加热条221、222、223、和/或224)，打开部分或所有冷却单元(如风扇201、202、203、204、205、和/或206)，使CT***的温度降低，以免高温破坏探测器104。
如果第一结果和第二结果相等，在步骤305，中央处理单元120通过温度调节单元106将探测器104内部温度调整至第一目标温度范围内，金属基体225的温度调整至第二目标温度范围内。具体的，若温度低于目标温度范围的下限，则开始加热探测器104。中央处理单元120将加大加热条221、222、223、和/或224的工作功率，或者启用备用的加热条，或者降低风扇201、202、203、204、205、和/或206的工作功率，或者关闭一定数量的风扇。若温度高于目标温度范围的上限，则开始冷却探测器104。中央处理单元120将加大风扇201、202、203、204、205、和/或206的工作功率，或启用备用的风扇，或者降低加热条221、222、223、和/或224的工作功率，或者关闭一定数量的加热条。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种CT***，其特征在于，包括：
CT球管；
探测器模组，与CT球管相对设置，该探测器模组包括基体、布置于基体内的探测器；
温度传感器，包括设置于基体外面的第一温度传感器单元以及基体内部的第二温度传感器单元。
2.如权利要求1的CT***，其特征在于，所述基体外面包括朝向CT球管的正面以及背向CT球管的反面以及位于正面和反面之间的侧面，所述第一温度传感器设置于侧面。
3.如权利要求1的CT***，其特征在于，所述探测器包括数个探测器单元，具有朝向CT球管的第一面以及背向CT球管的第二面，所述第二温度传感器设置于第二面。
4.如权利要求1的CT***，其特征在于，所述第二温度传感器设置于探测器单元的第一面、第二面之间的侧面上。
5.如权利要求1的CT***，其特征在于，所述探测器包括数个探测器单元，且所述数个探测器单元的侧面形成弧面。
6.如权利要求1所述的CT***，其特征在于，所述温度调节单元包括一个或多个加热单元和一个或多个冷却单元。
7.如权利要求6所述的CT***，进一步包括：
所述温度调节单元用于判断所述探测器的温度是否在所述第一目标温度范围内，并产生第一结果；
所述温度调节单元用于判断所述金属基体的温度是否在所述第二温度范围内，并产生第二结果。
8.如权利要求6所述的CT***，其特征在于，如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述探测器的温度高于所述第一目标温度范围的上限，则开始冷却所述探测器；如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述探测器的温度低于所述第一目标温度范围的下限，则开始加热所述探测器。
9.如权利要求6所述的CT***，其特征在于，如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述金属基体的温度高于所述第二目标温度范围的上限，则开始冷却所述探测器；如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述金属基体的温度低于所述第二目标温度范围的下限，则开始加热所述探测器。
10.一种CT***温度控制方法，其特征在于，包括：
获取探测器的温度，判断所述探测器的温度是否在第一目标温度范围内，并产生第一结果；
获取金属基体的温度，判断所述金属基体的温度是否在第二目标温度范围内，并产生第二结果；
如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述探测器的温度高于所述第一目标温度范围的上限，则开始冷却所述探测器；以及
如果所述第一结果等于所述第二结果，并且所述探测器的温度低于所述第一目标温度范围的下限，则开始加热所述探测器。
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