用于消除串扰的线段形模块CT探测器和方法与流程

一般来说，本发明涉及医学CT成像和工业CT成像领域，更具体地说，本发明涉及用于消除串扰的线段形模块CT探测器和方法。

背景技术：
CT探测器能将照射在其上的x射线转换成电信号，它是CT装置中最重要的部分。CT探测器由很多探测器模块构成。常规的CT探测器模块具有较少的x-方向上的通道(即像素)，例如16通道，以便使探测器的像素更好地形成在一弧形上。这种呈弧形或准弧形设置的探测器具有等像素间距。并相对于x射线管焦点，各个像素具有相等的张角角度。常规CT弧形或准弧形探测器表面上方装有多个准直器板将射线管发出的x射线束导向探测器模块的相应像素上。这些多个准直器板相对于x射线管焦点具有相等的张角角度，其特征在于每一块准直器板的中心平面都对齐到相应的像素之间的缝隙的中心。通常说成：等像素宽度、等张角准直器CT探测器。x射线通过人体或物体后，产生透射线和散射线。现在的CT是利用透射线(线束)重构图像的。散射线对重构图像是有害的，需要消除掉。这些多个准直器板通过吸收作用，能减少或消除散射x射线，阻止散射x射线到达模块的像素上。当使用这种弧形或准弧形的CT探测器时，使用标准滤波反投影(FBP)图像重建方法或例如迭代重建(IR)的其他图像重建方法等来重建图像。为了降低成本，人们使用呈线段形设置的探测器模块的CT探测器。在这种线段形设置的CT探测器中，每个模块在x-方向上类似直线段形状，多个线段形模块拼接形成部分多边形的形状。每个线段形模块表面的中心点都在以x-射线球管焦点为圆心、半径为D的弧上。线段形模块在x方向上可以包括多个像素阵列(大于32通道，例如64通道或大于等于128通道)。但是，在这种线段形探测器模块中，等像素间距(即相邻像素中心之间的距离)将不再形成对x射线球管焦点的等张角。换句话说，等张角的准直器板之间的x射线束将不再对称地照射在探测器模块的每个像素上，而会产生一些偏移，从而导致x射线束能够到达相邻像素而产生串扰。串扰会导致图像有伪影。各个等张角的准直器板的中心平面将不再对齐到相应的像素之间的缝隙的中心。而会产生一些偏移量.这个偏移量在不同通道位置是不同的。图1示出在相同x射线管照射情况下的常规弧形或准弧形探测器和线段形模块探测器在x方向上的比较。其中，标号110表示线段形模块探测器，其包括5个探测器模块，每个模块具有128个通道。标号120表示弧形探测器，其包括40个窄模块，每个模块只具有16个通道。从图1可见，弧形探测器120中的所有通道几乎都位于弧上。在弧形探测器中(见图7)，从探测器表面到x射线管焦点FS具有几乎相同的距离(等于弧的半径)R。所有通道都具有相同的像素间距P以及相同的张角Alpha，其中Alpha＝P/R。总而言之，常规弧形探测器呈等像素间距和等张角的几何形状。与上述弧形探测器具有窄模块不同的是，线段形模块探测器110的模块表面更宽更平，形成多个直线段，具有更多的通道数，一般大于等于32通道。在这种线段形的探测器中，不同的像素表面到FS的距离不同。线段形模块探测器110的模块表面中心点到FS的距离是D，则模块表面边缘到FS的距离将是D/cos(theta)，其中theta是FS到模块边缘与FS到模块表面中心之间的夹角。显然，模块中的相同像素间距不再对应相同的张角，或者换句话说，x射线以相同张角度照射在探测器模块表面上时，在x方向上的照射不再具有相同的宽度。从附图2中可更清楚的理解上述弧形探测器和线段形模块探测器在x方向上的不同。标号200表示x射线管的焦点。标号290表示准直器板。标号220表示准直器板间张角alpha，即x射线照射张角。标号230表示上述的线段形模块探测器。标号240表示上述的弧形探测器，其包括的各个探测器窄模块几乎都在同一弧上。标号250表示探测器模块中的像素。标号260表示像素之间的缝隙(kerf)。标号270表示两个相邻像素中心之间的距离，即像素间距P。标号280表示x射线束，x射线束不能够到达其相邻像素。从图2清楚可知，由于准直器板的屏蔽作用，x射线束照射到相应像素上，并不能够到达相邻像素，从而没有串扰问题出现。图3更进一步示出线段形模块探测器在x方向上的x射线照射的细节。取线段形模块探测器具有与准弧形探测器相同的像素间距P。标号310表示准直器板。标号320表示准直器板间的张角(准直器板之间的角度)alpha，取该张角与图2中的准弧形探测器的x射线照射张角相同Alpha＝P/R。标号330表示线段形模块探测器。标号340表示x射线束。显然，这些x射线束能够到达相邻像素，从而产生串扰。从图3清楚可知，由准直器板形成的等照射张角将在像素表面产生不同的宽度，导致x射线束偏移至相邻像素，照射到阴影区域所示的相邻像素，从而产生串扰问题。导致图像有伪影。因此，虽然现有的线段形模块CT探测器相对于弧形CT探测器能够极大地减少成本，但如何消除线段形模块CT探测器中的串扰问题是本领域中亟需解决的问题。

技术实现要素：
根据本发明的一个实施例，本发明涉及一种CT探测器，包括：至少一个呈线段形设置的探测器模块，探测器模块包括：多个像素，像素之间具有缝隙；以及多个准直器板，多个准直器板配置为将射线管的射线束导向探测器模块的相应像素上；本发明的特征在于，消除射线束在像素之间的串扰。根据本发明的一个实施例，探测器包括多个等张角准直器板配置和位于缝隙上的吸收x射线的高密度材料的栅格。通过栅格的吸收射线作用，消除射线束在像素之间的串扰。根据本发明的一个实施例，栅格的宽度是相同的。根据本发明的一个实施例，栅格具有不同的宽度。根据本发明的一个实施例，栅格对称设置在像素的缝隙上。根据本发明的一个实施例，栅格不对称设置在像素的缝隙上。根据本发明的一个实施例，栅格的宽度在10um到400um的范围内。根据本发明的一个实施例，栅格的厚度在30um到4mm的范围内。根据本发明的一个实施例，栅格只在一个方向上(一维x-方向)设置在缝隙上。根据本发明的一个实施例，栅格在两个相交的方向上(二维，x-方向和z-方向)设置在缝隙上。根据本发明的一个实施例，栅格由钨、钼或其他高密度材料、高密度合金制成。根据本发明的一个实施例，多个准直器板具有等张角并具有使得射线束在像素之间不产生串扰的厚度。根据本发明的一个实施例，多个准直器板的厚度是相同的。根据本发明的一个实施例，多个准直器板具有不相同的厚度。根据本发明的一个实施例，探测器模块表面的中心点到射线管的焦点之间具有最优距离值，最优距离值能使得：各个等张角的准直器板的中心平面与相应的缝隙中心的绝对偏移量最小化。也就是使得多个偏移量集的最大值随D变化时最小化。从而，使得所有像素的串扰减到最小。根据本发明的一个实施例，CT探测器可使用基于相对应半径R的弧形探测器所用的现有的标准滤波反投影FBP图像重建方法或迭代重建方法来重建图像，而无需修改或校正算法。根据本发明的一个实施例，多个准直器板之间具有不同的张角度，从而使得射线束在像素之间不产生串扰。根据本发明的一个实施例，根据射线束角度和所述像素的位置及宽度计算准直器板之间的张角度及准直器板到相应像素表面的位置。根据本发明的一个实施例，位于两个相邻探测器模块之间的边缘准直器板配置为使得边缘准直器板形成为其相邻准直器板的对称板且所述边缘准直器板与其相邻准直器板形成的张角明显大于其他相邻准直器板间的张角。根据本发明的一个实施例，一种用于CT探测器的消除射线束串扰的方法，CT探测器包括：至少一个呈线段形设置的探测器模块，探测器模块包括多个像素，像素之间具有缝隙；以及多个准直器板，多个准直器板配置为将射线管的射线束导向探测器模块的相应像素上；该方法包括：配置CT探测器使得消除射线束在像素之间的串扰。根据本发明的一个实施例，配置CT探测器的步骤包括配置多个等张角准直器板并在缝隙上设置吸收x射线的高密度材料的栅格。根据本发明的一个实施例，栅格的宽度是相同的。根据本发明的一个实施例，栅格的宽度等于准直器板的厚度。根据本发明的一个实施例，栅格的宽度在10um到400um的范围内。根据本发明的一个实施例，探测器模块表面的中心点到射线管的焦点之间具有最优距离值，最优距离值为使得各个等张角的准直器板的中心平面与相应的缝隙中心的绝对偏移量随D变化时最小化。根据本发明的一个实施例，栅格只在一个方向上设置在缝隙上。根据本发明的一个实施例，栅格在两个相交的方向上设置在缝隙上。根据本发明的一个实施例，栅格由钨、钼或其他高密度材料制成。根据本发明的一个实施例，在缝隙上设置栅格的步骤包括：确定栅格的宽度和位置。根据本发明的一个实施例，确定栅格的宽度和位置包括：确定参数值Ch，P，R，其中Ch是线段形模块具有的总像素数；P是相邻像素中心之间的距离，R是相应的弧形探测器的弧半径；计算缝隙的中心位置P*n-P*Ch/2，其中n＝0，1，2，...，Ch；计算准直器板之间的等张角度P/R；计算在模块表面上的等张角度的准直器板中心平面的位置：D*tan(P/R*n-P/R*Ch/2)；通过使得在所有像素缝隙中心以及相对应的准直器板的中心平面位置的最大各个偏移值随D变化时最小化来确定最优距离值Do。一般总会是模块表面上的边缘准直器板中心面的位置大于模块的宽度，这样的Do，使得模块与模块的拼接总是可行的；再结合准直器板的厚度确定栅格的位置及宽度。根据本发明的一个实施例，配置CT探测器的步骤包括配置多个等张角准直器板并增加多个准直器板的厚度(比像素缝隙宽度再厚超过或等于80um)，从而使得射线束在像素之间不产生串扰。根据本发明的一个实施例，多线段模块拼接成的CT探测器可使用基于相对应参数值P，R的弧形探测器所用的现有的标准滤波反投影FBP图像重建方法或迭代重建方法来重建图像，而无需修改或校正算法。根据本发明的一个实施例，多个准直器板之间的张角度是不同的，从而使得射线束在像素之间不产生串扰。根据本发明的一个实施例，根据射线束角度计算准直器板之间的张角度。根据本发明的一个实施例，位于两个相邻探测器模块之间的边缘准直器板配置为使得所述边缘准直器板形成为其相邻准直器板的对称板且所述边缘准直器板与其相邻准直器板形成的张角明显大于其他相邻准直器板间的张角。附图说明根据随附权利要求、以下对一个或多个示范实施例的详细描述以及对应的附图，本发明的实施例的特征和优点将变得显而易见，附图中：图1示出常规准弧形窄模块探测器和线段形模块探测器在x方向上的比较。图2示出具有准直器板(等张角度)的常规探测器在x方向上的细节。图3示出具有准直器板(等张角度)的线段形模块探测器在x方向上的x射线照射细节。图4示出具有屏蔽栅格的线段形模块探测器在x方向上的x射线照射细节。图5A和5B是屏蔽栅格的细节俯视图。图6是闪烁体像素、2D像素阵列的细节俯视图。图7示出准弧形窄模块的模块排列的几何形状和相应的像素数目的线段形模块的示意图。图8是获得Do值、栅格宽度以及栅格位置的流程图。图9A和9B分别示出相应的弧形或准弧形窄模块探测器以及本发明中的线段形模块探测器的细节。图10示出具有更厚的准直器板的线段形模块探测器在x方向上的x射线照射细节。图11示出具有特别设计的不等张角准直器的线段形模块探测器在x方向上的x射线照射细节。具体实施方式根据本发明的一个实施例，本发明提供一种消除现有技术中的串扰问题的线段形模块CT探测器。本发明中所述的“线段形”指的是每个模块以类似直线形，在模块之间形成多个直线段拼接的形状；“准弧形”指的是每个很少像素(比方说16个像素)的模块以接近或类似圆弧形设置或排列。根据上文对图3的描述可知，准直器板间的等照射张角在像素表面上产生不同的宽度，导致x射线束偏移，并且照射到阴影区域中的相邻像素，从而产生了串扰。由此，根据本发明的一个实施例，本发明的线段形模块CT探测器增加在像素的表面上且在准直器下方的栅格，用于屏蔽上述由于准直器板没有对齐像素阵列的缝隙中心而引起的x射线照射偏移，从而消除串扰。同时，在像素表面增加栅格后也使得x方向上的像素有效地变成等间距和等角度的几何形状。栅格置于像素之间的缝隙的上方，并且栅格的中心与缝隙的中心大致对齐，也就是说，栅格对称设置在像素的缝隙上。在本发明一个实施例中，可以设置相同宽度的栅格。栅格的宽度在10um到400um的范围内，优选等于准直器板的厚度200um。在本发明的另一实施例中，栅格的宽度可以从像素到像素不同。栅格之间的间隔在0.08mm到2.0mm的范围内，栅格间隔可以是恒定的，或者从像素到像素不同。栅格的厚度在30um到4mm的范围内。栅格可以由钨、钼或其他高密度材料、高密度合金制成。在一个实施例中，栅格只在x方向上设置在像素表面。换言之，栅格呈一维结构的金属带状。在另一个实施例中，在像素表面的x以及z方向均设置栅格。在该实施例中，栅格形成两维的阵列结构。在本发明一个实施例中，栅格不对称设置在像素的缝隙上。在一个实施例中，探测器包括5个模块，并且在x方向上每个模块有128个通道(x方向上的像素数量)。在另一实施例中，探测器可包括3个模块，在x方向上每个模块有224个通道。本领域技术人员可以理解本发明所举的模块和通道个数只是示例性的说明，不应理解为对本发明的限制。换言之，模块数量不限于3或5，而可以是1、2、4、6、7...等，并且一个模块中的通道数量能够是其他值。图4示出本发明的具有屏蔽栅格的线段形模块探测器在x方向上的x射线照射细节。其中，标号410表示钨准直器板。标号420表示准直器板张角(即x射线照射张角)alpha，取该张角与图3中所示的类弧模块的准直器板张角相同alpha＝P/R，配置使得多个准直器板的张角相同。标号430表示线段形模块探测器的位置。标号440表示在x方向上设置的栅格。标号450表示从射线管射出的射线束。从图4中清楚可知，偏移至相邻像素的x射线(阴影所示)能够被添加的栅格吸收，从而消除串扰问题。并且，像素只接收来自由准直器板形成的相应的等张角的x射线。这样，只适用常规弧形和准弧形CT探测器的基于等角的几何形状的标准FBP图像重建方法或迭代重建方法也同样适用于本发明，而无需修改或校正算法或数据。也就是说，CT探测器可使用基于相对应半径的弧形探测器所用的现有的标准滤波反投影FBP图像重建方法或迭代重建方法来重建图像。对于由屏蔽栅格造成的在阴影中损失的少量x射线，能够通过在现有GE商业CT中使用的重建算法中的空气校准过程来进行归一化。图5A和5B是屏蔽栅格的俯视图。图5A示出栅格设置的第一实例。图5B示出栅格设置的第二实例。其中，标号510和520都表示栅格。如上所述，栅格可形成一维结构的多个直线段，如图5A所示。与图5A相比，图5B增加了在z方向上的金属线状的栅格，形成了上述的2D结构的栅格。z方向上的栅格的宽度通常匹配像素之间的缝隙的宽度，如图6所示。图6是具有2D结构的栅格的像素阵列的俯视图。与像素匹配的二极管阵列位于像素阵列之下(这里未示出)。标号610表示x方向上的多像素阵列(即通常所说的多个通道)。标号620表示在z方向上的多像素阵列。标号630表示z方向上的像素间距。标号640表示匹配缝隙宽度的栅格。标号650表示阵列内的像素。标号660表示x方向上的像素间距。图7示出准弧形窄模块的模块排列的几何形状和相应的像素数目的线段形模块的示意图。标号710表示本发明的线段形模块。标号720表示相应的现有的准弧形窄模块阵列。标号730表示包括16个通道的准弧形窄模块。如图7所示，D表示线段形模块探测器的模块表面中心到x射线管的焦点FS的距离；theta角表示模块表面边缘到FS的连线与FS到模块表面中心的连线之间的夹角；R表示相应的准弧形窄模块探测器的弧半径。根据本发明的另一实施例，本发明涉及一种用于优化线段形模块表面的中心点到x射线管焦点的距离D的方法。下面结合图7具体说明本发明提供的方法。在现有的弧形或准弧形探测器中，准直器板之间的张角alpha对于所有像素间距是相等的。假设像素间距是P，则该准直器板之间的张角alpha＝P/R。假设在本实施例相应的线段形模块探测器中，线段形模块具有总通道(即像素)数Ch。并且，线段形模块的中心是在0mm。像素间距相同，也是P。取准直器板之间也具有相同的张角alpha＝P/R，则准直器板中心平面在像素表面的位置将是D*tan(P/R*n-P/R*Ch/2)，其中n＝0，1，2，...，Ch。线段形模块的像素缝隙的中心位置将是P*n-P*Ch/2；通过拟合D得到与R相关的Do值，D值为线段型模块表面的中心点到x射线管焦点的距离。最优的Do值为当从x射线在模块表面的照射位置(准直器板中心面与模块表面上相交的位置)到缝隙的中心位置的各个偏移值{[D*tan(P/R*n-P/R*Ch/2)]-(P*n-P*Ch/2)}中的绝对值的最大值随D变化时取得最小值的距离值。通过使用这种Do值，在线段形模块探测器中具有相等张角的x射线响应将是与具有R值半径的相应的原先的弧形探测器中的具有相同张角的x射线响应最接近的。最优Do值使得探测器在本发明的探测器配置中与相应的弧形探测器具有最小偏差。对于具有屏蔽栅格的线段形模块探测器，在这一特定距离，使用的栅格宽度是小的并且x射线剂量效率是最优的。栅格应该覆盖各个像素上的偏移，即从准直器板面与像素表面相交的位置到像素边缘的距离。因为现有的弧形探测器中的准直器板厚度覆盖了缝隙，所以选择x方向上与现有准直器厚度相同的栅格宽度并使得栅格覆盖线段形模块探测器的缝隙，恰好类似于原先的准弧形探测器中的准直器板位置，这样做是方便的。因此，正偏移和负偏移二者都被栅格所覆盖。图8是获得Do值、栅格宽度以及栅格位置的流程图。在步骤810，得到基本参数Ch，P，R，其中P是像素间距，Ch是线段形模块具有的总通道数(即，总像素数)，R是相应的弧形探测器的弧半径。在步骤820，求出线段形模块的缝隙中心位置。在步骤830，求出准直器板之间的角度alpha。在步骤840，求出在具有距离D的线段形模块的表面上的准直器板中心平面的位置。在步骤850，通过使得在所有通道缝隙中心以及相应的准直器板中心平面的位置的最大各个偏移值最小化来拟合D而得到Do值。在步骤850，结合准直器板的厚度，得出栅格的宽度和在x方向上的不同通道处栅格的位置。结合下面对线段形模块探测器的一个实例的论述会更好地理解上面的内容。假设在现有的准弧形探测器中，像素间距P＝1.15mm；在x方向上的像素之间的间隔kerf是0.120mm；准直器板厚度是0.200mm，完全覆盖了缝隙的宽度，从而减少串扰和屏蔽缝隙中的x射线泄漏；准直器板厚度是0.200mm可以减小或消除散射线到可接受的程度。弧形探测器的半径是949.075mm；准直器板张角是alpha＝1.15/949.075＝0.001212。假设选择具有128个通道(x方向上的像素阵列)的线段形模块。通过拟合D，我们得到Do＝947.647mm，并且128个准直器板的最大偏移的最小值是+/-0.037mm(在线段形模块的两最外端，准直器板向外超出0.037mm)。原则上，可以选择栅格的宽度为0.037mm并且根据其+/-偏移将栅格置于像素/缝隙表面上。原则上，栅格宽度能够根据所计算的+/-偏移从像素到像素变化。但是这里，本发明只方便地选择统一栅格宽度以等于准直器板厚度0.200mm。并且使得栅格对称地覆盖缝隙。这样，来自+/-偏移的x射线都能够被具有统一栅格宽度的栅格吸收。很好地吸收x射线的栅格厚度是0.03mm到4mm的钨栅格。图9A和9B分别示出上面论述的本发明实例中相应的准弧形窄模块探测器和线段形模块探测器的细节。标号910表示准弧形窄模块探测器实例中的准直器板，其厚度为0.200mm。标号920表示准直器板张角。标号930表示闪烁体像素。标号940表示线段形模块探测器实例中的准直器板，其厚度为0.200mm。标号950表示准直器板张角，其与标号920所表示的准直器张角大小相同。标号960表示本发明提供的栅格，其宽度为0.200mm。标号970表示闪烁体像素。标号900和980均表示宽度为0.120mm的缝隙。标号990表示x射线束。根据本发明的另一实施例，本发明通过增加准直器板厚度来覆盖偏移，使得探测器中不存在x射线串扰。增加准直器板厚度旨在屏蔽由于准直器板没有在探测器像素阵列的缝隙中心上对齐而引起的x射线照射偏移，而不是用于进一步减少x射线散射线。通常钨钼准直器板厚度为0.200mm时x射线散射线就已经被减少到可以接受的程度。现有的准弧形探测器中其厚度就是为0.200mm。例如将准直器板的厚度从200um增加到200+37x2＝274um(结合上面论述的实例的+/-0.037mm偏移)。这样，来自+/-偏移的x射线都能够被增加了厚度准直器板所吸收。根据本发明的另一实施例，准直器板的增加的厚度可以不同。其厚度增加可以根据上面论述的不同位置准直器板的偏移量得到。只要将准直器板的厚度增加为：200um加上大于或等于其偏移量的值。就可以完全覆盖偏移所产生的串扰。图10示出具有更厚的准直器板的线段形模块探测器在x方向上的x射线照射的细节。标号1010表示更厚的准直器板。标号1020表示准直器板之间的张角alpha，其与准弧形窄模块的准直器板之间的张角相同，配置使得多个准直器板的张角相同。标号1030表示线段形模块探测器的位置。标号1040表示x射线束。类似地，在常规弧形和准弧形CT探测器中使用的基于等角的几何形状的标准FBP图像重建方法或迭代重建方法同样适用于图10所示实施例中的探测器，而无需对算法和数据进行修改或校正。根据本发明的又一实施例，通过使用不同的准直器板张角(即准直器板之间的角度)而使得探测器中不存在x射线串扰，如图11所示。标号1110表示x射线管的焦点。标号1120表示两个线段形模块i以及j之间的边缘准直器板。该边缘准直器板对称地对齐到两个线段形模块i以及j的连接处，换言之，位于两个相邻探测器模块之间的边缘准直器板形成为其相邻准直器板的对称板。标号1130表示非模块之间的准直器板。标号1140表示准直器板的张角(即x射线照射张角)alpha。从图11可见，准直器板之间的张角是不同的，也就是准直器板在模块表面的位置是根据x射线束角度计算，使得x射线束不会串扰到从模块中心向外的下一个像素。根据射线束角度和像素的位置及宽度计算准直器板之间的张角度及准直器板到相应像素表面的位置。标号1150表示来自x射线管的x射线束。x射线束之间没有串扰。标号1160表示像素。标号1170表示两个相邻线段形模块的边缘连接处。在本发明的实施例中，位于两个相邻探测器模块之间的边缘准直器板形成为其相邻准直器板的对称板且这个边缘准直器板与其相邻准直器板形成的张角明显大于其他相邻准直器板间的张角。尽管关于有限数量的实施例描述了本发明，但本领域技术人员将由此明白众多修改和改变。随附权利要求要涵盖所有这些落在本发明真实精神和范围内的修改和改变。