專利名稱：：用于體積計算機斷層攝影成像的多面可平鋪檢測器的制作方法
技術領域：
：本發明的實施例一般涉及用于診斷成像的射線照相檢測器，尤其涉及具有以最小圖像數據降級提供增加切片(Slice)采集的多面(multi-faceted)構造的計算機斷層攝影(CTComputedTomography)檢測器模塊。
背景技術：
：典型地，在計算機斷層攝影(CT)成像系統中，χ射線源朝例如患者或行李的受試者(subject)或對象發射扇形射束。在下文中，術語“受試者”和“對象”應當包括能夠被成像的任何事物。射束在被受試者衰減之后撞擊在輻射檢測器陣列上。在檢測器陣列接收的衰減射束輻射的強度典型地取決于受試者對χ射線射束的衰減。檢測器陣列的每個檢測器元件產生指示每個檢測器元件接收的衰減射束的分離電信號。這些電信號被傳送到數據處理系統以供分析，所述分析最終產生圖像。通常，χ射線源和檢測器陣列在成像平面內的機架周圍并且圍繞受試者旋轉。χ射線源典型地包括在焦點發射X射線射束的X射線管。X射線檢測器典型地包括用于校準在檢測器接收的χ射線射束并且拒絕來自患者的散射的準直器、與準直器相鄰的用于將χ射線轉換為光能的閃爍器(scintillator)以及用于接收來自相鄰閃爍器的光能并且從其產生電信號的光電二極管。典型地，閃爍器陣列的每個閃爍器將χ射線轉換為光能。每個閃爍器將光能釋放到與之相鄰的光電二極管。每個光電二極管檢測光能并且生成對應電信號。光電二極管的輸出然后被傳送到數據處理系統以供圖像重建。在過去的十年中，體積(volumetric)或錐形射束CT(VCT)技術的發展已經導致在CT檢測器中使用的切片(Z軸線)數量的快速增加。實際上，在VCT中使用的檢測器通過增加患者曝光面積而在患者掃描中實現越來越多的覆蓋范圍。為適應(accommodate)這樣的覆蓋范圍，CT檢測器的寬度已在Z軸線(即，患者長度方向)增加。現有技術CT系統的χ射線檢測器由耦合到硅光電二極管2D陣列的閃爍像素2D陣列組成，其中確定該典型陣列的尺寸以便能夠提供64個切片的采集(即，在GE掃描儀的情況下按ISO的40mm陣列尺寸)。然而，目前對心臟成像的需要已越來越多地受到關注并且在一次旋轉內對心臟進行成像已成為要求。為了在一次旋轉中對心臟進行成像，按ISO檢測器陣列尺寸需要為160mm以在一半掃描中覆蓋整個器官，這在我們的案例中相當于256個切片的檢測器。然而，將檢測器在Z軸線的覆蓋范圍從超過64個切片向上增加到256個切片可能導致檢測器性能的降級。也就是說，檢測器像素的性能，尤其是在沿Z軸線離檢測器中心線更大距離的那些像素的性能，將由于此類像素接收來自錐形射束的χ射線所處的角而降級。在沿Z軸線的某個位置，χ射線的主射束將在Z方向橫過(cross)兩個鄰接像素，由此引起顯著的統稱為“視差”的切片間串擾(crosstalk)、由于通過像素的射束硬化(hardening)而產生的光譜非線性、切片輪廓(profile)降級和調制傳遞函數(MTF)劣化。這種由增加的切片數量引起的視差能夠導致偽像(artifact)出現在重建的CT圖像中，由此給由256切片及以上的檢測器提供的圖像質量帶來顯著缺陷。所以，設計通過容納(accommodate)高達256個切片的數據采集而提供VCT心臟成像的CT檢測器會合乎需要。使此類檢測器中的視差效應最小化以提供患者心臟區域的高質量圖像重建對于此類CT檢測器同樣會合乎需要。
發明內容本發明是用于以最小圖像數據降級提供增加切片采集的CT圖像采集的有向(directed)設備。提供具有多面構造的檢測器模塊，其中在該模塊上的多個面被構造以便相對χ射線源焦點以不同角進行定向(orient)。檢測器子模塊定位在有角(angled)面上以接收被對象衰減的χ射線并且將Χ射線轉換為電信號，其中檢測器子模塊相對焦點的偏角調節(angling)用于使圖像數據降級最小化。根據本發明的一個方面，一種CT系統包括可旋轉機架，具有接收待掃描對象的開口；定位在可旋轉機架上的X射線投射源，將X射線的錐形射束從X射線投射源的焦點投射到對象；以及多個檢測器模塊，定位在可旋轉機架上并且配置成接收被對象衰減的X射線。多個檢測器模塊中的每一個還包括具有頂表面的模塊框架，所述頂表面包括形成在其上的經過構造相對焦點以不同角進行定向的多個面和定位在所述多個面上以接收被對象衰減的X射線并且將X射線轉換為電信號的多個子模塊，其中每個子模塊基于該模塊被安裝在其上的相應面以相對焦點的角進行定向。該CT系統還包括連接到多個子模塊以從其接收電信號的數據采集系統(DAS)。根據本發明的另一方面，一種用于在CT掃描過程期間接收被對象衰減的X射線的檢測器模塊包括具有非平面頂表面的模塊框架，所述頂表面包括以臺階式配置形成在其上的多個面，其中所述多個面沿檢測器的Z軸線對準。檢測器模塊還包括定位在所述多個面上以接收被對象衰減的X射線并且將X射線轉換為電信號的多個子模塊和連接到所述多個子模塊以從其接收電信號的數據采集系統(DAS)。根據本發明的又一方面，一種CT系統包括可旋轉機架，具有接收待掃描對象的開口；定位在可旋轉機架上的X射線投射源，將X射線的錐形射束從X射線投射源的焦點投射到對象；以及多個檢測器模塊，定位在可旋轉機架上以接收被對象衰減的X射線。所述多個檢測器模塊中的每一個包括多面檢測器模塊，所述多面檢測器模塊包括沿Z軸線對準的多個子模塊，其中多個子模塊中的每一個基于其沿Z軸線在多面檢測器模塊上的位置相對X射線投射源的焦點以最佳角進行定向。從以下詳細描述和附圖，各種其他特征和優點將顯而易見。附圖示出當前預期用于實現本發明的優選實施例。在附圖中圖1是CT成像系統的示圖。圖2是圖1中所示系統的示意框圖。圖3是CT系統檢測器陣列的一個實施例的透視圖。4圖4是根據本發明實施例的檢測器模塊的透視圖。圖5是根據本發明實施例與圖4中檢測器模塊一起使用的檢測器子模塊的透視圖。圖6是與非侵入包裹檢查系統一起使用的CT系統的示圖。具體實施例方式針對256切片計算機斷層攝影(CT)系統描述本發明的操作環境。然而，如下面將要詳細解釋的一樣，本發明同樣適用于與在六十四個切片和256個切片之間及以上的其他多切片配置一起使用。而且，將針對χ射線的檢測和轉換描述本發明。然而，本領域技術人員還將領會本發明同樣適用于其他高頻電磁能量的檢測和轉換。本發明將針對“第三代”CT掃描儀進行描述，但是同樣適用于其他CT系統。參考圖1和2，計算機斷層攝影(CT)成像系統10示為包括代表“第三代”CT掃描儀的機架12。機架12具有χ射線源14，χ射線源14從源14的焦點15并朝在機架12相對側的檢測器組件18投射χ射線射束。現在參考圖2，檢測器組件18由多個檢測器模塊20和數據采集系統(DAQ32構成。多個檢測器模塊20感測經過醫療患者22的所投射χ射線16，并且DAS32將該數據轉換為數字信號供后續處理。每個檢測器模塊20產生模擬電信號，該模擬電信號表示撞擊χ射線射束及由此因其經過患者22而衰減的射束的強度。在采集χ射線投射數據的掃描期間，機架12和安裝在其上的部件圍繞旋轉中心M旋轉。機架12的旋轉和χ射線源14的操作由CT系統10的控制機構沈管理。控制機構沈包括將功率和定時(timing)信號提供給χ射線源14的χ射線控制器觀以及控制機架12的轉速和位置的機架電機控制器30。圖像重建器34從DAS32接收采樣的數字化χ射線數據并且執行高速重建。重建的圖像作為輸入施加給計算機36，計算機36將該圖像存儲在大容量存儲裝置38中。計算機36也經由控制臺40從操作者接收命令和掃描參數，控制臺具有某種形式的操作者接口，例如鍵盤、鼠標、語音激活控制器或任何其他合適輸入設備。關聯的顯示器42允許操作者觀察來自計算機36的重建圖像和其他數據。操作者提供的命令和參數被計算機36用于將控制信號和信息提供給DAS32、χ射線控制器觀和機架電機控制器30。另外，計算機36操作工作臺(table)電機控制器44，工作臺電機控制器44控制電動化(motorized)工作臺46以定位患者22和機架12。特別地，工作臺46移動患者22全部或部分通過圖1的機架開口48。如圖3中所示，檢測器組件18包括具有放置在其間的準直片或板19的軌道(rail)17。對板19進行定位，以便在χ射線16撞擊在例如定位在檢測器組件18上的圖4中檢測器模塊20上之前校準此類射束。根據本發明實施例，檢測器組件18包括57個檢測器模塊20，每個檢測器模塊20具有256x16陣列大小的像素元件，如將在下面詳細解釋的一樣。因此，檢測器組件18具有256行和912列(16x57個檢測器)，這允許隨機架12的每次旋轉收集256個同時的數據切片。參考圖4，根據本發明的示范實施例示出檢測器模塊20的構造。檢測器模塊20包括其內具有開口以容納DAS32的模塊框架(frame)52。模塊框架52的頂表面56被構造為具有臺階式(stepped)配置并且因此包括在其上的多個面(facet)58。面58沿Z軸線60沿模塊框架52縱向對準。根據本發明的一個實施例，八個面58形成在模塊框架52的頂表面56上。如圖4中所示，形成在模塊框架52頂表面56上的每個面58被確定尺寸和配置成容納檢測器子模塊60以接收和處理經患者或對象衰減的χ射線。盡管僅單個子模塊60示為被包括在檢測器模塊20上，但是要認識到子模塊60可以被放置在模塊框架52的每個/所有面58上，使得多個子模塊60被包括在檢測器模塊20中(例如八個子模塊60)。在圖5中根據本發明實施例示出子模塊60的詳圖。子模塊60包括布置成閃爍組裝件(pack)陣列64的許多閃爍器檢測器元件或像素62。根據一個實施例，閃爍組裝件陣列64由32x16陣列的檢測器元件62組成，使得每個閃爍組裝件陣列64包括32個切片。閃爍組裝件陣列64定位在由多個二極管元件或像素68構成(即，3&16二極管陣列)的背光(backlit)二極管陣列66上。檢測器元件62光耦合到背光二極管陣列66，并且背光二極管陣列66又電耦合到附連到二極管陣列66的一面并且附連到DAS32(圖4)的撓性(flex)電路70。在一個實施例的操作中，撞擊在檢測器元件62內以生成光子的χ射線橫跨(traverse)組裝件陣列64，由此生成在背光二極管陣列66內的二極管68上被檢測的模擬信號。生成的模擬信號從背光二極管陣列66通過撓性電路70運送到DAS32，在那里將模擬信號轉換為數字信號。根據本發明的實施例，子模塊60的尺寸能夠變化以便優化性能和可縮放性(scalability)。該子模塊例如可以具有長度為20mm的尺寸(S卩，沿Z軸線為20mm)。然而要認識到，子模塊60的長度可以從IOmm—直到40mm，這取決于檢測器模塊20的精確配置，例如每個面58的尺寸。此外，盡管子模塊60示為包括閃爍器陣列64和光電二極管陣列66，但是要認識到子模塊60中的此類元件/材料可以被替換為將χ射線直接轉換為電信號的直接轉換材料，例如碲化鎘(CdTe:cadmium-telluride)或碲化鋅鎘(CZTcadmium-zinc-telluride)。再次參考圖4，看到八個面58沿Z軸線沿模塊框架52縱向對準，因此允許增加在CT成像期間能夠獲得的切片的數量。根據本發明的一個實施例，檢測器模塊20能夠包括八個子模塊60，其中每個子模塊60定位在相應面58上，使得每個子模塊60中檢測器元件62的每個32x16陣列的總和對于檢測器模塊20導致256x16陣列大小的檢測器元件62。因此，檢測器模塊20提供將隨機架12(圖1)的每次旋轉而收集的256個同時數據切片。然而，有益地，檢測器模塊20的子模塊60是可平鋪(tileable)的，因為包括在檢測器模塊20中的子模塊60的數量能夠根據需要而變化。也就是說，根據本發明的實施例，例如只有四個子模塊60可以被包括在檢測器模塊20中。在只有四個子模塊60被包括在檢測器模塊20中的實施例中，子模塊60將沿Z軸線以關于檢測器模塊中心線72的對稱方式被定位在面58上。對于尺寸被確定為具有20mm長度的子模塊60，因此要認識到檢測器模塊20能夠基于在Z軸線上增加(populate)和減少(cbpopulate)子模塊60而被構建為具有從20到160mm的長度。在檢測器模塊20中包括例如八個子模塊60的更大量子模塊60以形成256切片檢測器時，要認識到，由于檢測器模塊20的長度在Z方向(即，基于子模塊60數量的檢測器元件/像素62陣列長度)增加，由檢測器模塊20采集的CT數據的質量可降低。也就是說，檢測器元件/像素62在Z軸線的性能將因接收χ射線16所處的錐角而降級。在沿Z軸線的某些位置，主χ射線射束16將在Z方向橫過兩個鄰接像素62，從而導致顯著的主射束16沿Z軸線從一個切片到其相鄰切片的χ射線串擾、由于通過像素的射束硬化而產生的光譜非線性、切片輪廓降級和調制傳遞函數(MTF)劣化，這些質量問題被統稱為“視差”。這種在檢測器模塊20中經歷的視差可以在重建的CT圖像中導致顯著偽像。因此，對檢測器模塊20進行配置，使得每個子模塊60以相對χ射線射束焦點15的某個角進行定位以避免視差效應。為了以相對焦點15的預期角定位子模塊60，模塊框架52頂表面56的每個面58以向焦點15的給定角74進行定向。單獨對形成每個面58的角74進行優化，使得子模塊60的切片受視差現象影響最小(即，使切片之間的χ射線串擾、光譜非線性、切片輪廓降級和MTF劣化最小化)，其中每個面58相對焦點15的角按預期性能和待改善特定圖像質量參數的函數而變化/確定。根據本發明的實施例，每個面58相對焦點15進行定向的角74能夠變化，以屬于落在面58平放在頂表面56上與面58被轉動一個角以與焦點15垂直(即，與從焦點15發射的并且被定位在相應面58上的子模塊60接收的χ射線射束16垂直)之間的角范圍。一般而言，特定面58離檢測器模塊20的中心線72越遠，則該面58相對焦點15的角74將增加。因此，與在模塊框架52上鄰近中心線72的中間面58相比，模塊框架52上最外面的面58可相對焦點15以更大角進行定向，其中中間面58可以幾乎平坦地定向在頂表面56上。子模塊60然后被定位在面58上，并且例如通過粘合劑、螺釘或任何其他可接受緊固方法固定在那里以便以由其對應面58形成的預期角進行定位。因此，通過模塊框架52上的有角面58對子模塊60相對焦點15的偏角調節提供對在Z軸線的焦點運動不敏感的檢測器模塊20。在檢測器模塊20中使視差現象最小化，由此使最外面子模塊60的串擾、光譜線性和切片輪廓與最里面子模塊60—致，并且類似于與現有64切片檢測器模塊架構大致關聯的VCT規范。如上文所提出的，每個面相對焦點的角按預期性能和待改善特定圖像質量參數的函數而變化/確定。現在參考圖6，包裹/行李檢查系統100包括其中具有開口104的可旋轉機架102，包裹或行李可以通過開口104。可旋轉機架102收容有高頻電磁能量源106以及具有檢測器模塊20的檢測器組件108，檢測器模塊20與圖4和5中示出的類似。還提供傳送系統110，并且傳送系統110包括傳送帶112，傳送帶112由結構114支撐以自動和連續地使包裹或行李116通過開口104以進行掃描。對象116通過傳送帶112被饋送通過開口104，然后采集成像數據，并且傳送帶112以受控和連續方式將包裹116從開口104移走。因此，郵局檢查員、行李處理員和其他安全人員可以非侵入地檢查包裹116的內容，查找爆炸物、刀具、槍支、違禁品等。根據本發明的一個實施例，將檢測器模塊20(圖4)合并到包裹/行李檢查系統100提供減少的包裹116掃描時間。也就是說，檢測器模塊20(圖4)允許系統100在機架102的單個旋轉中掃描更大量的包裹，因為檢測器模塊20能夠采集256個切片。因此，通過將檢測器模塊20(圖4)合并到系統100，實現包裹/行李檢查系統100對包裹116的更有效率掃描。所以，根據本發明的一個實施例，一種CT系統包括可旋轉機架，具有接收待掃描對象的開口；定位在可旋轉機架上的X射線投射源，從X射線投射源的焦點朝對象投射X射線的錐形射束；以及，多個檢測器模塊，定位在可旋轉機架上并且配置成接收被對象衰減的X射線。多個檢測器模塊中的每一個還包括具有頂表面的模塊框架，頂表面包括形成在其上的多個面和多個子模塊，對所述多個面進行構造以便相對焦點以不同角進行定向，所述多個子模塊定位在所述多個面上以接收被對象衰減的X射線并且將X射線轉換為電信號，其中每個子模塊基于安裝在其上的相應面以相對焦點的角進行定向。該CT系統還包括數據采集系統(DAS)，連接到多個子模塊以從其接收電信號。根據本發明的另一實施例，一種用于在CT掃描過程期間接收被對象衰減的χ射線的檢測器模塊包括具有非平面頂表面的模塊框架，所述頂表面包括以臺階式配置形成在其上的多個面，其中所述多個面沿檢測器的Z軸線對準。所述檢測器模塊還包括多個子模塊和數據采集系統(DAQ，所述多個子模塊定位在所述多個面上以接收被對象衰減的χ射線并且將χ射線轉換為電信號，所述數據采集系統連接到所述多個子模塊以從其接收電信號。根據本發明的又一方面，一種CT系統包括可旋轉機架，具有接收待掃描對象的開口；定位在可旋轉機架上的X射線投射源，從X射線投射源的焦點朝對象投射X射線的錐形射束；以及，多個檢測器模塊，定位在可旋轉機架上以接收被對象衰減的X射線。所述多個檢測器模塊中的每一個包括多面檢測器模塊，多面檢測器模塊包括沿Z軸線對準的多個子模塊，其中多個子模塊中的每一個基于其沿ζ軸線在多面檢測器模塊上的位置相對χ射線投射源的焦點以最佳角進行定向。本文字描述使用包括最佳模式的示例來公開本發明，并且還允許本領域技術人員能夠實施本發明，包括制造和使用任何裝置或系統并執行任何合并的方法。本發明的可專利范圍由權利要求書限定，并且可以包括本領域技術人員想到的其他示例。如果此類其他示例具有沒有與權利要求中文字語言不同的結構要素，或者如果它們包括具有與權利要求中文字語言的非實質差別的等效結構要素，那么此類其他示例旨在處于權利要求書的范圍內。8權利要求1.一種CT系統(10)，包括可旋轉機架(12)，具有接收待掃描對象02)的開口08)；定位在所述可旋轉機架(1上的χ射線投射源(14)，將χ射線(16)的錐形射束從所述χ射線投射源(14)的焦點(15)投射到所述對象02)；和多個檢測器模塊(20)，定位在所述可旋轉機架(1上并且配置成接收被所述對象(22)衰減的χ射線，其中所述多個檢測器模塊OO)中的每一個包括具有頂表面(56)的模塊框架(52)，所述頂表面包括形成在其上的多個面(58)，其中構造所述多個面(58)以便相對所述焦點(1以不同角進行定向；多個子模塊(60)，定位在所述多個面(58)上以接收被所述對象0衰減的χ射線并且將所述χ射線(16)轉換為電信號，其中每個子模塊(60)基于其上安裝所述子模塊(60)的相應面(58)以相對所述焦點(15)的角進行定向；和數據采集系統(DAS)(32)，連接到所述多個子模塊(60)以從其接收所述電信號。2.根據權利要求1所述的CT系統(10)，其中所述多個面(58)沿Z軸線(60)對準，所述Z軸線(60)是所述對象0通過所述CT系統(10)的行進方向。3.根據權利要求1所述的CT系統(10)，其中所述模塊框架(52)的頂表面(56)被構造成具有臺階式配置，使得所述多個子模塊(60)中最外面的子模塊相對所述多個子模塊(60)中最中間的子模塊以不同高度進行定位。4.根據權利要求1所述的CT系統(10)，其中所述多個面(58)中每個面相對所述焦點(15)的角的范圍在平放在所述模塊框架(5的頂表面(56)上和轉動一個角度以便垂直于所述焦點(15)之間。5.根據權利要求1所述的CT系統(10)，其中所述多個面(58)包括八個面。6.根據權利要求1所述的CT系統(10)，其中所述多個子模塊(60)包括可平鋪子模塊(60)，所述可平鋪子模塊可選擇性地加到所述模塊框架(5的面(58)，使得所述多個子模塊(60)包括數量比所述多個面(58)中面(58)的數量小或與其相等的子模塊(60)。7.根據權利要求1所述的CT系統(10)，其中所述多個子模塊(60)的每一個包括閃爍器陣列(64)，具有配置成接收通過所述對象0衰減的χ射線(16)的多個閃爍器像素(62)；光電二極管陣列(66)，光耦合到所述閃爍器陣列(64)并且包括配置成檢測從對應閃爍器像素(6輸出的光的多個光電二極管(68)；和撓性電路(70)，連接到所述光電二極管陣列(66)以從其接收電信號并且將所述電信號傳遞到所述DAS(32)。8.根據權利要求7所述的CT系統(10)，其中所述撓性電路(70)配置成將所述子模塊固定到所述模塊框架(52)。9.根據權利要求7所述的CT系統(10)，其中所述多個子模塊(60)的每一個包括閃爍器像素(6的32x16陣列，使得所述多個子模塊(60)的每一個配置成采集32個圖像數據切片。10.根據權利要求1所述的CT系統(10)，其中所述檢測器模塊00)配置成在所述χ射線源(14)圍繞所述可旋轉機架(1的單次旋轉期間采集256個圖像數據切片。全文摘要提供具有增加切片采集與最小圖像數據降級的CT圖像采集系統和方法。系統(10)包括將x射線(16)的錐形射束從x射線投射源(14)的焦點(15)投射到對象(22)的經定位x射線投射源(14)和定位在可旋轉機架(12)上以接收被對象(22)衰減的x射線的多個檢測器模塊(20)。檢測器模塊(20)中的每個包括具有頂表面(56)的模塊框架(52)，頂表面包括形成在其上的為相對焦點(15)以不同角定向而構造的多個面(58)和定位在多個面(58)上以接收被對象(22)衰減的x射線并將x射線(16)轉換為電信號的多個子模塊(60)，每個子模塊(60)基于其上安裝子模塊(60)的相應面(58)以相對焦點(15)的角定向。文檔編號A61B6/03GK102440794SQ20101062513公開日2012年5月9日申請日期2010年12月27日優先權日2010年10月11日發明者A·伊赫勒夫申請人:通用電氣公司