多层x射线ct系统的探测器系统的温度控制系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种多层X射线CT系统的探测器系统，具体设及用于探测器系统的溫 度控制系统及溫度控制方法。
【背景技术】
[0002] 在X射线CT系统中，X射线被用于对受治疗者的局部或对象的内部结构和特性进 行成像。所述成像由X射线CT系统实现，利用X射线对内部结构和特性成像形成一组薄层 平面切片或者对象的一个区域的3D图像。对于医学应用来说，成像对象包括人体。
[0003] X射线CT系统通常包括一提供锥形X射线束的X射线源，W及面对X射线源设置 的紧密排列的一组X射线探测器阵列。X射线源和X射线探测器系统被安装在一环形支架 上，使用CT系统成像的病人通常躺在一合适的支撑垫上，被定位在环形支架内，位于X射线 源和探测器系统之间。所述环形支架和支撑垫可W相对运动，使得X射线源和探测器系统 能够沿病人的轴向被定位在所设定的位置。
[0004] 环形支架包括一可称为定子的固定结构，W及一成为转子的转动结构，所述转子 被安装在定子上并可绕轴向转动。在CT系统中，X射线源和探测器系统被安装在转子上。 转子相对于轴向的角度位置是可控的，从而X射线源能够被定位到环绕病人的所需角度， 即视角。 阳〇化]探测器系统中主要包括有：多枚探测器单元组成的探测器阵列（探测器单元由传 感器电路板、接收X射线的闪烁晶体，将闪烁晶体输出光信号转化为电信号的光电二极管 和采集光电二极管输出电信号的模数转换器构成，对应每一探测器单元设有一个溫度传感 器)，多个用于给探测器系统散热的风扇，控制探测器阵列工作的主控电路板和将上述构成 部分组装在一起的机械腔体。其中每个探测器单元中的接收X射线的闪烁晶体，将闪烁晶 体输出光信号转化为电信号的光电二极管和采集光电二极管输出电信号的模数转换器工 作时对于工作溫度十分敏感，在同样能量强度的X射线照射但处于不同的工作溫度时，得 到的数据的噪声水平是不同的。当探测器阵列中不同的探测器单元的工作溫度差距较大 时，得到的数据中不同的噪声足W影响最后CT系统成像质量的偏差。若一个探测器系统不 能将工作溫度控制在处于相对稳定的状态(此处所述的稳定有时间和空间两方面的含义， 即任意时刻探测器阵列中的任意两枚探测器单元的工作溫度差值都在系统允许的范围内， 通常为±TC)，用一束X射线照射在探测器系统上，得到的数据的噪声水平会有十分大的 差别，运些差别反应在重建图像上会严重影响图像的均匀性和一致性，使得重建后的图像 会产生不同种类的伪影。运就需要将探测器系统腔体内的探测器阵列中不同的探测器单元 的工作溫度控制在同一范围内，即需要将探测器系统内的工作溫度场分布控制在允许的稳 定和均匀的范围内（此处所述的稳定是指溫度场中各点的溫度值与目标溫度值的差值的 最大值在±rcW内，均匀是指溫度场中各点的溫度的差值的最大值在±rcW内）。
[0006] 中国发明专利申请CN103713669A公开了一种闭环实施的精确控制CT探测器溫度 的装置，该装置包括封闭腔体、CT探测器、溫度传感器、控制器、加热装置及其热源，所述封 闭腔体由具有开口的金属壳体和覆盖该开口的碳纤维板构成，所述CT探测器、溫度传感器 置于封闭腔体内，所述加热装置是设置在封闭腔体侧面的加热带。通过加热带对封闭腔体 加热，使热量通过空气传导和热福射传递到CT探测器和溫度传感器上，根据溫度传感器的 检测结果，对封闭腔体加热量进行闭环控制，从而控制CT探测器的溫度恒定。
[0007] 上述装置能够对工作溫度进行控制，但是存在下列缺陷：1、溫度传感器仅对封闭 腔体中的几个点采集溫度，不能真实的反映探测器模块在不同位置的工作溫度；2、需要通 过额外的专口的电路来达到控制加溫的目的，使成本增加；3、通过控制腔体的溫度来间接 控制探测器的溫度，控制精度不够高。虽然可W通过增设风扇的方法来使腔体内的溫度分 布变得较为均衡，并在需要的时候用W降溫，但是仍然不能克服上述缺陷。
【发明内容】
[0008] 本发明的发明目的是提供一种多层X射线CT系统的探测器系统的溫度控制系统， W保证探测器系统内探测器阵列在相对一致的溫度状态下，从而保证CT系统重建图像的 均匀性和一致性；本发明的另一发明目的是提供一种通过该系统进行溫度控制方法。
[0009] 为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种多层X射线CT系统的探测 器系统的溫度控制系统，包括腔体，设置在腔体内的探测器阵列、主控电路板、溫度传感器 和风扇，所述溫度传感器为分布设置在探测器阵列上的多个溫度传感器，所述主控电路板 上的主控单元接收所述溫度传感器的输出并控制所述探测器阵列的采样频率和风扇的工 作模式。
[0010] 上文中，所述主控单元可W采用现场可编程口阵列（FPGA，Field-Programm油Ie GateArray),实时采集探测器阵列的各个溫度探测点的溫度，根据采样得到的溫度和设定 的工作溫度的差值来决定采集光电二极管输出电信号的模数转换器件阵列的采样频率(探 测器系统的主要发热部件）和探测器系统的风扇工作模式(探测器系统的散热部件)，从而 保证探测器系统内探测器阵列工作在相对一致的溫度状态下。
[0011] 进一步的技术方案，构成所述探测器阵列的探测器单元主要由传感器电路板、接 收X射线的闪烁晶体，将闪烁晶体输出光信号转化为电信号的光电二极管和采集光电二极 管输出电信号的模数转换器构成，对应每一探测器单元设有一个溫度传感器。
[0012] 构成所述探测器阵列的探测器单元的具体数量可W根据实际需求任意配置。
[0013] 上述技术方案中，所述接收X射线的闪烁晶体和将闪烁晶体输出光信号转化为电 信号的光电二极管经金属接插件与传感器电路板连接并贴附在传感器电路板的表面。
[0014] 优选的技术方案，所述溫度传感器为热敏电阻，所述热敏电阻设置在。在传感器电 路板上，其在传感器电路板上的位置处于与所述接收X射线的闪烁晶体相对的另一面上。
[0015] 所述热敏电阻位于传感器电路板的中屯、位置。
[0016] 有一采集所述热敏电阻数据的模数转换器，所述主控电路板上的主控单元控制各 溫度探测点上热敏电阻与采集所述热敏电阻数据的模数转换器间回路的通断。采用该方案 达到实时采集探测器阵列上所有溫度探测点的溫度的目的，由于只需使用一枚用于溫度采 样的高速模数转换器，可W降低探测器系统W及CT整机的生产成本。
[0017] -种多层X射线CT系统的探测器系统的溫度控制方法，包括下列步骤： (1)在探测器阵列上分布设置多个溫度传感器，在探测器系统的腔体内分布设置多个 风扇，设定溫控的目标溫度范围，设定工作周期； (2) 在每一工作周期内，检测各溫度传感器的输出值，取所述多个溫度传感器的中间值 或平均值与溫控的目标溫度范围的中间值进行比较，根据比较结果调整探测器阵列的采样 频率W增大或减小探测器阵列的发热量，同时控制风扇的工作模式W增大或减小探测器阵 列的散热量； (3) 复重步骤（2)，实现对探测器系统的溫度控制。
[0018] 上述技术方案中，在探测器阵列的每个探测器单元上设置一个溫度传感器。
[0019] 上述技术方案中，是将整个腔体内的溫度场控制在相对稳定和均匀的范围内而非 一固定的目标值。在工程实现上是无法将一个空置量始终保持在一个固定的值。
[0020] 上述技术方案中，设定的溫度控制的工作周期最小为1毫秒。从而在高精度下保 证了探测器系统的溫度控制过程是连续的，从而保证了探测器系统腔体内的溫度场能连续 的工作在一个稳定和均匀的范围内。
[0021] 上述技术方案中，所述探测器阵列中每个探测器单元的接收闪烁晶体的模数转换 器采样频率为大于1000赫兹。之所W设定运个范围是因为超出此范围的设定将会给所述 模数转换器引入额外的噪声。具体来说若采样频率下限为0赫兹，此时模数转换器的模拟 部分长时间不工作。当溫控系统需要将采样频率调节至某一大于0赫兹的频率时，需要一 段稳定的时间用来消除模数转换器的模拟部分长时间不工作所积累的噪声，大大降低溫控 系统工作的连续性。
[0022] 上述技术方案中，所述风扇的工作模式包括风扇全关、开启其中一个或多个风扇， 开启一个或多个风扇时指定开启风扇的所在位置W使系统均衡散热。
[0023] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点： 1、本发明在探测器阵列上广泛均匀地设置了溫度传感器，使检测溫度能够准确反应每 个探测器单元工作溫度，从而准确的反应探测器腔体内的溫度场的分布水平。保证了探测 器系统内探测器阵列每个探测器单元工作在允许的溫度范围内。
[0024] 2、本发明通过对探测器系统自身的采样频率的调节控制整个探测器系统的发热 量，而不需要额外引进专用的加热系统，从而降低了探测器系统W及CT整机的生产成本。
[0025] 3、本发明将探测器单元作为一个整体，将接收X射线的闪烁晶体和将闪烁晶体输 出光信号转化为电信号的光电二极管经金属接插件与传感器电路板连接并贴附在传感器 电路板的表面，采集光电二极管输出的模数传感器和溫度传感器贴附于传感器电路板的另 一面；而非将闪烁晶体、光电二极管和溫度传感器直接集成在一起。将闪烁晶体光电二极管 和溫度传感器直接集成工艺十分复杂，本发明降低了生产成本。同时由于光电二极管中通 过的电信号极其微小，而溫度传感器中通过的电信号比闪烁晶体中通过的电信号大很多， 将两者直接集成必然引入新的噪声。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例中X射线CT系统的探测器系统的溫控系统概要图。
[0027] 图2是本发明实施例中单枚探测器单元组织形式的俯视图。
[002引图3是本发明实施例中单枚探测器单元组织形式的截面图。
[0029] 图4是本发明一种实施例中多枚探测器单元组成的探测器阵列的组织形式图。
[0030] 图5是本发明另一种实施例中多枚探测器单元组成的探测器阵列的组织形式图。
[0031] 图6是本发明实施例中探测器阵列上分布的热敏电阻RTD的溫度采集控制示意 图。
[0032] 图7是本发明实施例中X射线CT系统的探测器系统的溫控系统溫度控制流程说 明图。
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