一种用于多层x射线ct系统的数据测量和采集系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于多层X射线CT系统的数据测量和采集系统，包括：多个X射线闪烁体阵列，多个光电二极管模块，所述X射线闪烁体阵列被安装在所述光电二极管模块上，用于将模拟信号数字化成为数字信号的与光电二极管模块连接的多个数字化卡，与数字化卡经数字线连接的一个或多个主板，所述主板控制数字化卡对模拟信号进行采样和数字化；，用于安装和固定光电二极管模块、数字化卡和主板的一弧形支撑结构，其中弧形支撑结构的弧聚焦于X射线CT系统的一个X射线源，并且每一X射线闪烁体阵列被设置聚焦于X射线源。本发明大大减小了数据传送时可能受到的干扰，并可以用于不同层数的不同多层X射线CT系统。
【专利说明】一种用于多层X射线CT系统的数据测量和采集系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多层X射线CT系统，具体涉及一种用于多层X射线CT系统的数据测量和采集系统。
【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，以及面对X射线源设置的邻近排列的一组X射线探测器阵列。X射线源和探测器阵列被安状在一环形支架上，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射线源和探测器阵列之间。所述环形支架和支撑垫可以相对运动，使得X射线源和探测器阵列能够被设置在沿病人的轴向相对位置。
[0004]所述环形支架包括一可称为定子的固定结构，以及一称为转子的转动结构，所述转子被安状在定子上并可沿轴向转动。在第三代CT系统中，X射线源和探测器被安装在转子上。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的角度，即视角。
[0005]为了对病人的局 部进行一个层的成像，X射线源被设置在该层的轴向位置并绕该层转动以便用X射线从一组不同的视角照射该层。在每个视角，探测器阵列中的探测器产生与从X射线源穿越该层的X射线的强度相关的信号。该信号被处理以确定X射线从X射线源经过不同的路径长度穿越成像的层导致的衰减的数值。利用该X射线衰减的数值，确定该层的材料的X射线吸收系数与该层的位置关系。吸收系数被用来生成该层的图像，确定该层的组织的组成和密度。
[0006]包括在CT系统的探测器阵列中的X射线探测器通常被分为几个模块，此后称之为CT探测器模块，每一模块包括一组X射线探测器。现代大部分的CT系统设计成同时产生多层成像的多层CT系统。在多层CT系统中的每个CT探测器模块中的X射线探测器被设置成由行和列构成的矩形阵列。在一个CT系统中的任意两个CT探测器模块中的X射线探测器阵列是完全相同的，包括相同行数和相同列数的探测器。模块被相邻连续布置，各行的探测器端部相邻，使得X射线探测器形成一组长的以行平行设置的方式。
[0007]多层X射线CT系统通常以其能够同时成像的最多层数命名，例如，8层CT系统即是指能够同时成像最多8个层的系统；16层CT系统能够同时成像至多16个层。
[0008]X射线探测器的每一长行设置在以CT系统的X射线源的焦点为圆心的一圆弧上，这些探测器的设计依赖于圆的半径，此后将该半径称为聚焦距离。根据一个CT系统的聚焦距离设计的圆弧上的X射线探测器不能应用于另一个不同聚焦距离的CT系统。
[0009]典型的X射线探测器包括一用以校准探测器接收到的X射线束的具有多个反散射板的瞄准器，与瞄准器相邻设置的用以将X射线转换成光能的闪烁体，以及用于从相邻的闪烁体接收光能并产生电信号的光电二极管。瞄准器上的反散射板与闪烁体元件阵列对准排列，并应当具有很小的公差。对多个闪烁体元件阵列和反散射板的对准固定是一个非常耗费时间和人力的过程。
[0010]用于处理来自CT探测器模块中的X射线探测器的模拟信号的电子元件通常被设置在远离探测器模块的位置。探测器模块中的每一探测器通过一连接线与该模块的电子处理元件连接，模拟信号经该连接线从探测器传递至处理电路。由于光电二极管产生的电荷非常小，传递这些电荷的连接线非常容易受到干扰，导至重建的CT图像产生伪影；连接线越长，受到的干扰越大。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提供一种用于多层X射线CT系统的数据测量和采集系统，以解决现有技术的上述问题。
[0012]为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是:
一种用于多层X射线CT系统的数据测量和采集系统，所述X射线CT系统包括至少一个X射线源，所述数据测量和采集系统包括:
(1)用于接收X射线光子并将其转换成可见光子的多个X射线闪烁体阵列；
(2)用于将所述可见光子转换成模拟信号的多个光电二极管模块，所述X射线闪烁体阵列被安装在所述光电二极管模块上；
(3)用于将所述模拟信号数字化成为数字信号的与所述光电二极管模块连接的多个数字化卡；
(4)与所述数字化卡经数字线连接的一个或多个主板，所述主板控制所述数字化卡对所述模拟信号进行采样和数字化；
(5)用于安装和固定所述光电二极管模块、所述数字化卡和所述主板的一弧形支撑结构，其中所述弧形支撑结构的弧聚焦于所述X射线CT系统的一个X射线源，并且每一所述X射线闪烁体阵列被设置聚焦于所述X射线源。
[0013]上述技术方案中，所述弧形支撑结构的半径根据多层X射线CT系统的X射线源的聚焦距离而配置，在预先设定的半径范围内，至少具有与第一 X射线源的聚焦距离相等的第一半径的第一弧形铸件，以及与第二 X射线源的聚焦距离相等的第二半径的第二弧形机加工件，第一半径与第二半径不相同，第二弧形机加工件是从第一弧形铸件经机加工而成。
[0014]所述数据测量和采集系统包括反散射板和弯曲的反散射齿形金属条，所述反散射板经弯曲的反散射齿形金属条与所述闪烁体阵列固定并对准，所述弯曲的反散射齿形金属条被固定对准于所述弧形支撑结构上。
[0015]所述弯曲的反散射齿形金属条由柔性金属制备，以从旋转中心指向X射线源的焦点的方向为Y轴，沿Y轴方向设有至少两根所述弯曲的反散射齿形金属条，所述反散射板的两个相对的表面嵌设在该至少两根所述弯曲的反散射齿形金属条上的沿Y轴方向对准的槽中；所述弯曲的反散射齿形金属条与所述弧形支撑结构具有相同的弯曲度，且该组合的弯曲方向和所述槽使得所述反散射板对准所述X射线源。
[0016]所述光电二极管模块包括:
(I)用于将所述可见光子转换成所述模拟信号的光电二极管阵列；(2)一支撑基座，所述光电二极管阵列被安装于该支撑基座上；
(3)一支撑板，所述支撑板安装于所述支撑基座与安装光电二极管阵列侧面相对的另一侧。
[0017]或者，所述光电二极管模块包括:
(1)一个或多个高密度连接器；
(2)用于将所述可见光子转换成所述模拟信号的光电二极管阵列；
(3)一支撑基座； 所述光电二极管阵列安装于所述支撑基座上，所述高密度连接器安装于所述支撑基座上；由光电二极管阵列产生的模拟信号被传送至所述高密度连接器。
[0018]进一步的技术方案，所述光电二极管模块还包括用于将光电二极管模块的元件沿Z轴汇流的组合开关；所述光电二极管阵列产生的模拟信号经该组合开关被传送至所述高密度连接器，所述Z轴为与旋转平面垂直的方向。
[0019]上述技术方案中，所述数字化卡上设置有与所述光电二极管模块上的高密度连接器配合的高密度插头。
[0020]所述光电二极管模块沿Y轴布置，所述Y轴为从旋转中心指向X射线源的焦点的方向。
[0021]一种技术方案，所述光电二极管模块包括组合开关，当开关被使能时，沿Z轴组合光电二极管模块的元件，当开关被禁用时，模拟信号直接通过；其中，DMAS为第一多层X射线CT系统第一组数字卡准备和配置，并带有设置在光电二极管模块上的可以被使能或禁用的组合开关，或者，DMAS为第二多层X射线CT系统的第二组数字卡准备和配置，并带有设置在光电二极管模块上的可以被使能或禁用的组合开关；所述第一组数字卡和第二组数字卡的数量不同；所述第一多层X射线CT系统的最大层数和所述第二多层X射线CT系统的最大层数不同。
[0022]进一步的技术方案，所述数据测量和采集系统还包括上弯曲反散射齿形金属条和下弯曲反散射齿形金属条；所述弧形支撑结构还包括一用于安装和固定上弯曲反散射齿形金属条的上弧形支撑结构，用于安装和固定下弯曲反散射齿形金属条的下弧形支撑结构，用于固定所述闪烁器阵列、光电二极管模块和数字化卡的基座；所述上弧形支撑结构、所述下弧形支撑结构和所述基座相对所述X射线源位置同心布置；所述数据测量和采集系统还包括反散射板，所述反散射板经所述上、下弯曲反散射齿形金属条上的槽固定并对准所述X射线源位置。
[0023]所述上弯曲反散射齿形金属条被配置改变为将所述反散射板对准另一个X射线源位置，该位置与所述上弧形支撑结构、所述下弧形支撑结构、和所述基座同心的X射线源位置不同。
[0024]本发明同时提供了上述用于X射线系统的光电二极管模块。
[0025]由于上述技术方案的使用，本发明可以实现一多层X射线CT系统，包括一个或多个X射线源，一个或多个本发明的数据测量和采集系统(DMAS)。DMAS可以配置不同数量的数字化卡，以用于不同层数的不同多层X射线CT系统。
[0026]同时，本发明大大减小了数据传送时可能受到的干扰。【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是现有技术中多层X射线CT系统的原理示意图。
[0028]图2是现有技术中CT探测器阵列系统的原理示意图。
[0029]图3是图2的剖视示意图。
[0030]图4是图3的俯视图。
[0031]图5是本发明实施例的多层X射线CT数据测量和采集系统的示意图。
[0032]图6是实施例中DMAS模块组件的剖视示意图。
[0033]图7是图6的俯视图。
[0034]图8是另一实施例中DMAS模块组件的剖视示意图。
[0035]图9是实施例中组装在弯曲反散射齿形金属条上的反散射板的示意图。
[0036]图10是实施例中组装在弯曲反散射齿形金属条上的反散射板与弧形支撑结构的剖视示意图。
[0037]图11是实施例中弧形支撑结构的示意图。
[0038]图12是实施例中不同配置的多层CT系统的示意图。
[0039]图13是实施例中多层X射线CT DMAS弧形支撑结构的示意图。
[0040]图14是实施例中采用可配置的DMAS的两种不同多层CT系统的示意图。
【具体实施方式】`
[0041]附图1所示为一种现有技术的多层X射线CT系统100的示意图。常规的多层X射线CT系统通常包括一 X射线源110，其产生一锥形X射线束140。X射线束140穿过设置在病人前的瞄准器，该瞄准器使X射线束仅照射目标区域，遮挡不需要的区域的X射线。病人通常身在扫描系统的扫描视场(FOV) 150内，被X射线束140照射。X射线探测系统120接收X射线光子并转换成与X射线光子能量成比例的模拟信号。X射线CT系统100还包括一环形机架160，其包括一转动部分162和一固定部分164。X射线源110，瞄准器130和探测系统120被安装在环形机架160的转动部分162上。转动部分162绕旋转中心170旋转。
[0042]X射线源110的焦点S和旋转中心C之间的距离182此后以Rsc表示，而X射线源110的焦点S和探测系统D之间的距离180此后以聚焦距离Rsd表示。不同的CT系统可能具有不同的Rs。、Rsd或者扫描F0V。
[0043]从旋转中心指向X射线源的焦点的方向此后以Y轴表示，与成像平面和旋转平面垂直的方向此后表不为Z轴,在旋转平面内垂直于Y轴的方向此后以X轴表不。
[0044]附图2所示为现有技术CT探测阵列系统200的示意图，类似于附图1的现有技术的CT系统100的探测系统120。探测阵列系统200通常包括探测模块210，位于数据控制板240上的模拟数据处理单元250。连接线220连接探测模块210和数据控制板240，将探测模块210产生的模拟信号传递给数据控制板240上的模拟数据处理单元250。模拟数据处理单元250远离探测模块210。由于测模块产生的电荷非常小，传导这些电荷的连接线很容易受到干扰，导致重建的CT图像产生伪影，传导电荷的连接线越长，受到的干扰越多。
[0045]各探测模块210相邻布置，在一支撑结构230上构成紧密排列的阵列。弧形的支撑结构230中心位于CT系统的X射线源的焦点处。现有技术的弧形支撑结构的半径是针对特定的CT系统型号设计并确定的，探测模块也是如此。
[0046]附图3所示为使用在现有技术的CT探测阵列系统的现有的探测模块的剖视示意图。每一探测模块包括一安装在光电二极管模块214上的闪烁体阵列212。光电二极管模块214与柔性连接线220连接，将模拟信号传送至数据控制板240上的数据处理单元250。
[0047]附图4所示为附图3中的现有技术的探测模块的俯视图。闪烁体阵列212包括闪烁体矩阵单元213，该矩阵由多个沿Z轴的行和多个沿X轴的列构成。例如，对于8层CT扫描器，行数为8,列数为16。
[0048]附图5所示为本发明一个实施例的多层X射线CT数据测量和采集系统(DMAS)300的示意图。依据本发明的实施例的一种形式，DMAS 300包括多个DMAS模块组件310，多个数字信号线320，一 DMAS弧形支撑结构330，一个或多个DMAS主板340，一个或多个柔性可弯曲反散射齿形金属条350,以及多个反散射板360。
[0049]根据本发明的一个实施例，DMAS模块组件310接收X射线光子，将其转换成数字数据并将数字数据经数字信号线320传递至DMAS主板340。主板340根据DMAS模块组件310的指令采集数字数据并将该数字数据传递至X射线CT系统的重建引擎，以生成扫描物体的CT图像。主板340也控制DMAS模块组件对接收到的X射线光子进行采样和数字化，例如，控制采样开始时间、持续时间、数字化采样率、复位、自我诊断、开机自检。所有DMAS模块组件310被组装在DMAS弧形支撑结构330上，形成一以X射线源为中心的弧形。反散射板360被弯曲的反散射齿形金属条350固定，阻挡散射的X射线光子，只允许发射的X射线光子到达DMAS模块组件。弯曲的反散射齿形金属条350也被安装和固定在DMAS弧形支撑结构的弧上，使得弯曲的反散射齿形金属条与弧形支撑结构具有以X射线源为中心的相同的曲率。
[0050]附图6所示为本发明一个实施例的多层X射线CT DMAS 300的DMAS模块组件310的剖视示意图。附图7所示为图6的俯视图。
[0051]参见附图6和7所不,本发明的一个实施例中，DMAS模块组件310包括一闪烁体阵列412，一光电二极管模块414，一个或多个高密度连接器415，一个或多个数字化卡416，一个或多个固定件417，以及一个或多个数字线419。
[0052]参见附图5、附图6和附图7所示，本发明的一个实施例，DMAS 300包括用于接收X射线光子并将其转换成可见光子的多个X射线闪烁体阵列412 ;多个供X射线闪烁体阵列412安装的用于将可见光子转换成模拟信号的光电二极管模块414 ;多个与光电二极管模块连接的用于将模拟信号数字化成数字信号的数字化卡416 ;—个或多个经数字线419与数字化卡416连接的主板340 ;其中，主板340控制数字化卡416对模拟信号进行采样和数字化；以及用于安装和固定光电二极管模块414、数字化卡416、主板340的弧形支撑结构330;其中所述弧形支撑结构的弧聚焦于所述X射线CT系统的一个X射线源，并且每一所述X射线闪烁体阵列412被设置聚焦于所述X射线源。
[0053]在本发明的一个优选实施例中，闪烁体阵列412将X射线光子转换成可见光子。用于构建闪烁体阵列的材料的例子包括Gd2O2S, CdffO4,以及其它能够在X射线束照射下能够产生可见光子的闪烁晶体。如附图7所示，闪烁体阵列412包括由闪烁体元件404构成的矩阵。沿Z轴方向被称为行方向，沿X轴方向被称为列方向。闪烁体阵列矩阵大小的一个例子是16行32列。闪烁体元件是由闪烁体阵列切割构成，每一闪烁体元件表面涂覆有蓄光材料，例如环氧树脂，以将可见光子保留在闪烁体元件内，使可见光子只能从光电二极管模块的界面处离开。
[0054]在本发明的另一优选实施例中，闪烁体阵列412被安装在光电二极管模块414上，光电二极管模块包括光电二极管阵列402、支撑基座413、以及多个场效应管(FET)开关。光电二极管阵列402被精密安装在支撑基座413上。与安装在支撑基座413上的光电二极管阵列402相对，也可以包括一安装在支撑基座413另一侧的支撑板411。在本发明的一个实施例中，支撑基座413由印刷电路板(PCB)材料制成，而支撑板411则由陶瓷制成。PCB材料比陶瓷更便宜且易于制造成支撑基座，但是其强度不如陶瓷，同时具有比陶瓷更大的热膨胀系数。使用一比支撑基座小得多的陶瓷支撑板，与PCB支撑基座组合，可以在保持模块的整体强度的同时降低光电二极管模块的总成本。
[0055]根据本发明的一个实施例，闪烁体阵列412的每一闪烁体元件404被采用透明胶精密安装在光电二极管阵列402的每个光电二极管上。每一光电二极管将从对应闪烁体兀件404传送来的可见光子转换成模拟信号。支撑基座413采用具有小的热膨胀系数的高强度材料例如陶瓷制成。组合 开关401将相邻两行光电二极管输出的模拟信号组合成一行模拟信号。例如，对于32行的光电二极管阵列，当组合开关使能时，光电二极管阵列的输出包含16行模拟信号；当组合开关禁用时，光电二极管阵列包含32行模拟信号。模拟信号，或者说光电二极管转换的电荷，通过组合开关401经基底上的导线被传送至高密度连接器415。
[0056]在本发明的一个实施例中，每一光电二极管模块414包括一个或多个高密度连接器415，一光电二极管阵列402和一支撑基座413 ;其中，光电二极管阵列402被精密安装在支撑基座413上；高密度连接器415被精密安装在支撑基座413相对于光电二极管402的另一侧；由光电二极管阵列402产生的模拟信号被直接传送至高密度连接器415。
[0057]根据本发明的一个实施例，光电二极管模块414可以包括一温度测量传感器403,用以测量光电二极管模块414和闪烁体阵列412的温度，例如，采用一二端或三端或四端的钼电阻温度传感器(RTD)。对一四端的钼RTD而言，两个端子被用于给RTD供电，另两个端子被用于测量。
[0058]根据本发明的实施例的另一个方面，光电二极管模块414也包括一个或多个高密度连接器415，例如，400线高密度连接器。高密度连接器415使得数字化卡416不需要通过软线即可与光电二极管模块414的基底413连接。使用高密度连接器也缩短了模拟信号从光电二极管阵列402至数字化卡416上的模数转换(ADC)处理单元418间的距离，有效降低了极其微弱的模拟信号受到的干扰。
[0059]再次参见附图6，在本发明的一个优选实施例中，光电二极管模块414包括两个沿Z轴布置的高密度连接器415。该两个高密度连接器具有沿Y轴方向的不同的配合高度。每个数字化卡包括一个与光电二极管模块414的高密度连接器415配合的高密度插头。每个高密度连接器上插设有一个数字化卡416，使得DMAS模块组件310具有两个数字化卡。接近光电二极管阵列402和闪烁体阵列412的高密度连接器比另一个高密度连接器具有更高的配合高度。两个高密度连接器的不同的配合高度使得两个数字化卡416能在具有沿Z轴的偏移的前提下沿Y轴布置，且沿X轴对准光电二极管模块414和闪烁体阵列412。
[0060]在本发明的一个实施例中，数字化卡416包括多个ADC处理单元418。每个ADC处理单元是一个高精度多通道AD转换器。对于医学应用，典型地需要18位或更高的分辨率；而对其它应用，12位分辨率可能就够了。例如，市售有单片的128通道24位分辨率AD转换器集成电路(IC)芯片，其可以被用于医学用途的X射线CT系统。ADC处理单元418将光电二极管阵列402产生的模拟信号转换成数字信号。数字信号中的每个通道表示每个闪烁体元件接收到的X射线强度。数字信号通过数字线419传送至如附图5所示的一个DMAS主板340。另一方面，本实施例中，数字线419为屏蔽微线缆。本领域技术人员公知，数字信号比模拟信号更不容易受到干扰，因此，使用线缆将数字信号传送给主板比使用线缆将模拟信号传送给主板具有更大的优势。另外，传递模拟信号所需的电线数量远大于传递数字信号所需的电线数量，例如，传递256通道的光电二极管阵列的模拟信号需要大约300根线；而对数字信号，传递256通道的光电二极管阵列的数字信号只需要大约10根线。
[0061]在本发明的另一个实施例中，数字化卡416也可以包括一温度测量传感器403，用以测量数字化卡416的温度，例如，一两端或三端或四端的钼电阻温度传感器(RTD)。对一四端的钼RTD而言，两个端子被用于给RTD供电，另两个端子被用于测量。
[0062]根据本发明的一个实施例，数字线也可以传递光电二极管模块414和数字化卡416上的温度传感器403的信号。对于四端RTD，每一 RTD需要三根线用于将电力和信号经数字线419传递至一个DMAS主板340。
[0063]再参见附图6和附图7,根据本发明的一个实施例,两个紧固件417被用于固定光电二极管模块414、数字化卡416，将其精确定位至DMAS的弧形支撑结构330上。位于闪烁体阵列412左侧的紧固件将光电二极管模块414固定和定位至DMAS弧形支撑结构330 ;位于闪烁体阵列412右侧的紧固件将光电二极管模块414和数字化卡416固定和定位至DMAS弧形支撑结构330。
[0064]附图8所示为本发明实施例中多层X射线CT的DMAS 300的DMAS模块组件310的剖视图。在该可选结构中，只有一个数字化卡416被插在两个高密度连接器415中的一个上。
[0065]根据本发明的一个 实施例，DMAS300可以为第一多层X射线CT系统例如16层X射线CT系统的第一组数字卡，例如46个，准备和配置；也可以为第二多层X射线CT系统例如32层X射线CT系统的第二组数字卡，例如92个，准备和配置。
[0066]参见附图6、附图7、和附图8，根据本发明的一个实施例，每一 DMAS模块组件的闪烁体阵列412具有一沿Z轴的32行和沿X轴的16列的闪烁体元件矩阵，光电二极管模块414也具有一沿Z轴的32行和沿X轴的16列的与闪烁体元件矩阵大小相同的矩阵，此后称为光电二极管阵列。光电二极管模块414上的光电二极管阵列402的内侧16行(256通道=内侧16行X16列)输出的模拟信号被传送至一个高密度连接器415,而光电二极管模块414上的光电二极管阵列402的外侧16行(256通道=外侧16行X16列)输出的模拟信号被传送至另一个高密度连接器415。
[0067]根据本发明的另一个实施例，光电二极管阵列402的所有输出模拟信号首先被连接至光电二极管模块414上的组合FET开关401。当组合FET开关401禁用时，内侧16行模拟信号被连接至一个高密度连接器，而外侧16行模拟信号被连接至另一个高密度连接器；当组合FET开关401使能时，即，开关将相邻的两行模拟信号组合成一行模拟信号，32行模拟信号被组合成16行模拟信号，并被导向连接至一个高密度连接器415。
[0068]根据本发明的一个实施例，每一光电二极管模块包括组合开关，当开关被使能时，沿Z轴组合光电二极管模块的元件，当开关被禁用时，模拟信号直接通过；其中，DMAS可以为第一多层X射线CT系统例如16层X射线CT系统的第一组数字卡，例如46个，准备和配置，并带有设置在光电二极管模块上的可以被使能或禁用的组合开关；DMAS也可以为第二多层X射线CT系统例如32层X射线CT系统的第二组数字卡，例如92个，准备和配置，并带有设置在光电二极管模块上的可以被使能或禁用的组合开关。
[0069]根据本发明的一个实施例，每一数字化卡416将256通道的模拟信号转换成数字信号。在DMAS模块组件310的一种配置中，只有一个数字化卡416与两个高密度连接器415中的一个连接。在这种配置下，DMAS 300获取、转换并输出内侧16行模拟信号，或者组合后的16行模拟信号。在另一种配置中，有两个数字化卡416分别与两个高密度连接器415连接，DMAS 300获取、转换并输出32行模拟信号。
[0070]根据本发明的一个优选实施例，当每个DMAS模块组件仅有一个数字化卡时，DMAS300可以被配置和应用于例如16层X射线CT系统；当每个DMAS模块组件具有两个数字化卡时，DMAS 300可以被配置和应用于例如32层X射线CT系统。根据本发明的另一个实施例，当每个DMAS模块组件仅有一个数字化卡而X射线源具有沿Z方向的飞焦点时，DMAS300可以被配置和应用于例如32层X射线CT系统；当每个DMAS模块组件具有两个数字化卡而X射线源具有沿Z方向的飞焦点时，DMAS 300可以被配置和应用于例如64层X射线CT系统。
[0071]参见附图5、附图6、附图7、和附图9，根据本发明的一个实施例，反散射板被沿Z轴垂直于闪烁体阵列设置。每一反散射板被设置在闪烁体元件的两列之间，并且如附图7所示，每一反散射板以准X射线源的焦点。每一反散射板360并非与闪烁体阵列粘合或结合，而是如附图9所示，通过弯曲的反散射齿形金属条350固定。弯曲的反散射齿形金属条利用预先沿DMAS弧形 支撑结构的弧设置的圆孔固定和对准，使得弯曲的反散射齿形金属条具有与DMAS弧形支撑结构相同的弯曲度。在DMAS弧形支撑结构330的每一端，分别设有弯曲的反散射齿形金属条，其上的槽520沿Y轴对准，每一反散射板360被设置和固定在弯曲的反散射齿形金属条的槽中。反散射板通常由高原子序数材料制成，例如钨。弯曲的反散射齿形金属条可以采用不锈钢制成，其上的槽采用蚀刻技术制备。每个槽可以是例如110微米宽，而每一反散射板可以是例如100微米厚。弯曲的反散射齿形金属条如附图5所示沿着DMAS弧形支撑结构330安装固定。
[0072]附图10所示为本发明实施例中安装在弯曲的反散射齿形金属条350和弧形支撑结构330上的反散射板360的剖视示意图。弧形支撑结构330包括一支撑和固定上弯曲反散射板齿形金属条352的上弧形支撑结构332，一支撑和固定下弯曲反散射板齿形金属条354的下弧形支撑结构334，以及一用于安装和对准DMAS模块组件310的基座336。
[0073]附图11所示为本发明实施例中用于固定弯曲的反散射齿形金属条350的弧形支撑结构的原理图。上弧形支撑结构332、下弧形支撑结构334、以及基座336相对X射线源501的焦点同心设置。由于柔性的上弯曲反散射板齿形金属条352和下弯曲反散射板齿形金属条354是与上、下弧形支撑结构332和334固定的，弯曲的反散射齿形金属条350也相对X射线源501的焦点同心设置。弯曲的反散射齿形金属条350上的槽520 (如附图9所示)和表示两个相邻的槽520的中心之间的距离的槽距530 (如附图9所示)被配置成使得每个反散射板360对准X射线源501的焦点。根据本发明的一个优选实施例，每个闪烁体元件在基座336上等距排列，上、下弯曲反散射板齿形金属条上的槽520也沿弧形支撑结构330的径向均匀分布。
[0074]根据本发明的一个实施例,DMAS 300还可以包括反散射板360和弯曲的反散射齿形金属条350 ;其中，反散射板360由弯曲的反散射齿形金属条350固定和对准闪烁体阵列412 ;弯曲的反散射齿形金属条350对准固定于DMAS弧形支撑结构330。弯曲的反散射齿形金属条350由柔性金属或其它适合的基材制备；如附图9所示，每一反散射板360的两个相对的面510分别固定于至少两个沿Y轴对准的弯曲的反散射齿形金属条350的槽520 ；弯曲的反散射齿形金属条350具有与DMAS弧形支撑结构330相同的弯曲度；如附图11所示，组合后的曲率和设置反散射板360的槽对准X射线源501。
[0075]附图12所示为本发明实施例中不同的多层CT系统采用可配置的多层X射线CTDMAS 300的原理图。根据本发明的一个实施例，如附图5所示，多个DMAS模块组件310被对准、安装、固定于DMAS弧形支撑结构330上。DMAS弧形支撑结构330包括一用于支撑和固定上弯曲反散射齿形金属条的可配置的上弧形支撑结构610，用于支撑和固定下弯曲反散射齿形金属条的固定的下弧形支撑结构334，以及用于固定和对准DMAS模块组件的基座336。初始配置的上弧形支撑结构610、固定的下弧形支撑结构334、以及基座336均相对多层X射线CT系统的X射线源的焦点S 630同心设置。对于不同X射线源位置，例如S1 632或者S2 634的X射线CT系统，可配置的上弧形支撑结构被相应调节成上弧形支撑结构612和614 ;上弧形支撑结构612的圆心是S1 632，而上弧形支撑结构614的圆心是S2 634 ;相应的弯曲的反散射齿形金属条350也被配置和改变，使反散射板360对准相应的X射线源；所有DMAS 300的其它元件或结构，包括下弧形支撑结构334、基座336、下弯曲反散射板齿形金属条354、以及DMAS模块组件，保持与适用于S 360位置的X射线源的初始X射线CT系统相同。
[0076]参见附图12，DMAS上弧形支撑结构610以X射线源S630的焦点为圆心，聚焦距离为Rsd。在该配置下，X射线源和DMAS相对旋转中心C 620转动。在另一个配置中，DMAS300也可以被改变配置为具有与X射线源SI 632的聚焦距离为Rsid的弧形支撑结构612，旋转中心为Cl 622 ;在再一个配置`中，DMAS 300也可以被改变配置为具有与X射线源S2 634的聚焦距离为Rs2d的弧形支撑结构614，旋转中心为C2 624。本领域技术人员能够理解，这些位置不仅可以沿直线SD连续变化，也可以不在直线SD上。
[0077]附图13所示为本发明实施例中具有不同聚焦距离710和720的两种不同DMAS上弧形支撑结构的多层X射线CT DMAS弧形支撑结构铸件700。DMAS弧形支撑结构铸件700采用例如铝铸造，然后被调节成具有预定义的聚焦距离范围，例如950毫米至1050毫米。DMAS上弧形支撑结构710，例如，被调节成聚焦距离1020毫米，而DMAS上弧形支撑结构720，例如，被调节成具有聚焦距离960毫米。然而，在这两种不同弯曲度的上弧形支撑结构中，下弧形支撑结构、基座、DMAS模块组件、以及下弯曲反散射齿形金属条保持相同。
[0078]附图14所示为本发明实施例中使用可配置的DMAS 300的两种不同的多层CT系统的原理示意图。DMAS的弧形支撑结构包括上弧形支撑结构332、下弧形支撑结构334、基座336，它们均以预设的X射线源位置S 801同心设置。DMAS模块组件310被安装固定在基座336上，直接对准X射线源801。下弯曲反散射齿形金属条354被安装固定在下弧形支撑结构334上，相对X射线源S 801同心设置。上弯曲反散射齿形金属条352被安装固定在上弧形支撑结构332上，也相对X射线源S 801同心设置。弯曲的反散射齿形金属条350的槽520被配置调整，使得每一反散射板对准X射线源S 801。
[0079]在本发明的一个实施例中，对于具有不同X射线源位置S1 802的X射线CT系统，DMAS只需要使用不同的上弯曲反散射齿形金属条，而所有其它元件和结构可以保持不变。上弯曲反散射齿形金属条332的槽520被配置调整，使得每一反散射板对准X射线源S1 802而不是801。所有的闪烁体元件被沿着基座336均匀布置，上、下弯曲反散射齿形金属条的槽相对X射线源S 801等距布置；然而，当对于X射线源S1 802配置时，为了将每一反散射板对准X射线源S1 802，上弯曲反散射齿形金属条352的槽522变得不均匀布置。因为每一闪烁体元件直接面对X射线源S 801，而不是直接面对X射线源S1 802，闪烁体的有效间距(相邻闪烁体中心之间的距离)不再是常数。
[0080]根据本发明的一个实施例，DMAS还包括上弯曲反散射齿形金属条352和下弯曲反散射齿形金属条354;其中，弧形支撑结构进一步包括用于安装和固定上弯曲反散射齿形金属条352的上弧形支撑结构332，用于安装和固定下弯曲反散射齿形金属条354的下弧形支撑结构334，用于固定包括闪烁体阵列、发光二极管模块、和数字化卡的DMAS模块组件的基座336 ;其中，上弧形支撑结构332、下弧形支撑结构334、基座336相对预设的X射线源位置S 801同心设置；DMAS可以进一步包括反散射板360，散射板利用上、下弯曲反散射齿形金属条的槽520被固定并对准X射线源位置S 801。由于上、下弯曲反散射齿形金属条由柔性材料制作，它们可以适应上、下弧形支撑结构的弯曲度，并相对X射线源位置S 801同心设置。
[0081]根据本发明的一个实施例，上弯曲反散射齿形金属条352被配置调整使得反散射板360对准与预设的X射线源位置S 801不同的另一个X射线源位置S1 802，上弧形支撑结构、下弧形支撑结构 、基座相对S1同心设置。
[0082]根据本发明的一个实施例，DMAS可以为不同X射线源聚焦距离的多层X射线CT系统调整配置；其中，在预设的半径范围中，例如950毫米至1050毫米，DMAS的弧形支撑结构被制造成具有第一半径例如1000毫米的弧形铸件，并调整成在预设半径范围内的第二半径，例如1020毫米；其中，X射线源的聚焦距离等于弧形支撑结构的半径。
[0083]根据本发明实施例的另一方面，探测器Z的间距离匕，即两个相邻的闪烁体元件沿Z轴的中心间的距离，与CT的旋转中心的层宽度相关。关系式为Ws=PzRsJRsd，其中，WS是旋转中心位置层的宽度，Rsc是焦点S和旋转中心C之间的距离。Rsd是焦点S和DMAS弧D之间的聚焦距离。探测器的Z间距固定时，对于不同的Rsd，层宽Ws是相同的，选定Rsc，Rsc/Rsd为常数。因此，对于不同聚焦距离的CT系统，DMAS 300为不同聚焦距离进行配置和调整，能够获得相同的层宽度。
[0084]根据本发明的一个实施例，一多层X射线CT系统可以包括一个或多个X射线源、一个或多个数据测量和采集系统(DMAS);其中每个DMAS可以包括多个X射线闪烁体阵列，用以接收X射线光子并转换成可见光子；多个带有X射线闪烁体阵列的光电二极管模块，用于将可见光子转换成模拟信号，多个与光电二极管模块连接的用于将模拟信号数字化成数字信号的数字化卡，一个或多个与数字化卡经数字线连接的主板；所述主板控制数字化卡对模拟信号进行采样和数字化，一弧形支撑结构用以安装和固定光电二极管模块、数字化卡、主板；该弧聚焦于X射线CT系统的X射线源并且每一 X闪烁阵列被配置或改变为聚焦于X射线源。[0085]根据本发明的一个实施例，DMAS被调整配置具有第一组数字卡，例如46个，以同时获取第一最大层数例如16层的CT图像；其中，DMAS可以在此后增加一第二组数值，例如46个，的数字卡，使得总数变为第一组和第二组数值之和，例如92个，以同时获取一第二最大层数例如32层的CT图像；该和不大于预先设定的数字，例如92个。
[0086]根据本发明的一个实施例，用于X射线系统的一光电二极管模块，其中每个X射线系统包括一组用于接收X射线光子并将其转换成可见光子的闪烁体阵列，一个或多个X射线源，包括一接收可见光子并将其转换成电荷的光电二极管阵列；一支撑基座，光电二极管阵列被安装于支撑基座上；所述支撑基座同时传送电荷；以及一支撑板，该支撑板被安装在支撑基座相对于发光二极管阵列的另一面。
[0087]根据本发明的一个实施例，X射线系统的光电二极管模块，其中X射线系统包括多个用于接收X射线光子并转换成可见光子的闪烁体阵列，一个或多个X射线源，包括一个或多个高密度连接器；一光电二极管阵列；一支撑基座；其中，光电二极管阵列被安装于支撑基座上；高密度连接器被精密安装于支撑基座上；由发光二极管产生的模拟信号被传送至高密度连接器；位于发光二极管模块的支撑基座上的高密度连接器具有沿Y轴的不同的匹配高度；高密度连接器沿Z轴设置。
【权利要求】
1.一种用于多层X射线CT系统的数据测量和采集系统，所述X射线CT系统包括至少一个X射线源，其特征在于，所述数据测量和采集系统包括: (1)用于接收X射线光子并将其转换成可见光子的多个X射线闪烁体阵列； (2)用于将所述可见光子转换成模拟信号的多个光电二极管模块，所述X射线闪烁体阵列被安装在所述光电二极管模块上； (3)用于将所述模拟信号数字化成为数字信号的与所述光电二极管模块连接的多个数字化卡； (4)与所述数字化卡经数字线连接的一个或多个主板，所述主板控制所述数字化卡对所述模拟信号进行采样和数字化； (5)用于安装和固定所述光电二极管模块、所述数字化卡和所述主板的一弧形支撑结构，其中所述弧形支撑结构的弧聚焦于所述X射线CT系统的一个X射线源，并且每一所述X射线闪烁体阵列被设置聚焦于所述X射线源。
2.根据权利要求1所述的数据测量和采集系统，其特征在于:所述弧形支撑结构的半径根据多层X射线CT系统的X射线源的聚焦距离而配置；在预先设定的半径范围内，至少具有与第一 X射线源的聚焦距离相等的第一半径的第一弧形铸件，以及与第二 X射线源的聚焦距离相等的第二半径的第二弧形机加工件，第一半径与第二半径不相同，第二弧形机加工件是从第一弧形铸件经机加工而成。
3.根据权利要求1所述的数据测量和采集系统，其特征在于:所述数据测量和采集系统包括反散射板和弯曲的反散射齿形金属条，所述反散射板经弯曲的反散射齿形金属条与所述闪烁体阵列固定并对准，所述弯曲的反散射齿形金属条被固定对准于所述弧形支撑结构上。
4.根据权利要求3所述的数据`测量和采集系统，其特征在于:所述弯曲的反散射齿形金属条由柔性金属制备，以从旋转中心指向X射线源的焦点的方向为Y轴，沿Y轴方向设有至少两根所述弯曲的反散射齿形金属条，所述反散射板的两个相对的表面嵌设在该至少两根所述弯曲的反散射齿形金属条上的沿Y轴方向对准的槽中；所述弯曲的反散射齿形金属条与所述弧形支撑结构具有相同的弯曲度，且该组合的弯曲方向和所述槽使得所述反散射板对准所述X射线源。
5.根据权利要求1所述的数据测量和采集系统，其特征在于:所述光电二极管模块包括组合开关，当开关被使能时，沿Z轴组合光电二极管模块的元件，当开关被禁用时，模拟信号直接通过；其中，DMAS为第一多层X射线CT系统第一组数字卡准备和配置，并带有设置在光电二极管模块上的可以被使能或禁用的组合开关，或者，DMAS为第二多层X射线CT系统的第二组数字卡准备和配置，并带有设置在光电二极管模块上的可以被使能或禁用的组合开关；所述第一组数字卡和第二组数字卡的数量不同；所述第一多层X射线CT系统的最大层数和所述第二多层X射线CT系统的最大层数不同。
6.根据权利要求1所述的数据测量和采集系统，其特征在于:所述数据测量和采集系统还包括上弯曲反散射齿形金属条和下弯曲反散射齿形金属条；所述弧形支撑结构还包括一用于安装和固定上弯曲反散射齿形金属条的上弧形支撑结构，用于安装和固定下弯曲反散射齿形金属条的下弧形支撑结构，用于固定所述闪烁器阵列、光电二极管模块和数字化卡的基座；所述上弧形支撑结构、所述下弧形支撑结构和所述基座相对所述X射线源位置同心布置；所述数据测量和采集系统还包括反散射板，所述反散射板经所述上、下弯曲反散射齿形金属条上的槽固定并对准所述X射线源位置。
7.根据权利要求6所述的数据测量和采集系统，其特征在于:所述上弯曲反散射齿形金属条被配置改变为将所述反散射板对准另一个X射线源位置，该位置与所述上弧形支撑结构、所述下弧形支撑结构、和所述基座同心的X射线源位置不同。
8.用于X射线系统的光电二极管模块，包括多个用于接收X射线光子并将其转换为可见光子的闪烁器阵列，其特征在于，还包括: (1)二个或多个高密度连接器； (2)一个光电二极管阵列； (3)一支撑基座； 所述光电二极管阵列安装于所述支撑基座上，所述高密度连接器安装于所述支撑基座上；由光电二极管阵列产生的模拟信号被传送至所述高密度连接器。
9.根据权利要求8所述的光电二极管模块，其特征在于:所述支撑基座还包括一支撑板，所述支撑板安装于所述支撑基座与安装光电二极管阵列侧面相对的另一侧。
10.根据权利要求8所述的光电二极管模块，其特征在于:所述光电二极管模块的支撑基座上的所述高密度连接器沿Y轴具有不同的匹配高度，所述Y轴为从旋转中心指向X射线源的焦点的方向。
11.根据权利要求8所述的光电二极管模块，其特征在于:所述高密度连接器沿Z轴分散布置，所述Z轴为与成像平面和旋转平面垂直的方向。
12.根据权利要求8所述的光电二极管模块，其特征在于:所述光电二极管模块的所有输出模拟信号首先被连接至组合FET开关，然后由所述组合FET开关连接至所述高密度连接器。当所述组合FET开关禁用时，内侧若干行模拟信号被连接至所述的一个高密度连接器，而其余外侧模拟信号被连接至所述另一个高密度连接器；当组合FET开关使能时，开关将相邻的两行模拟信号组合成一行模拟信号，并被导向连接至所述的一个高密度连接器。
【文档编号】A61B6/03GK103622715SQ201310266115
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2012年8月20日
【发明者】应峥嵘 申请人:苏州波影医疗技术有限公司