專利名稱：具有穩(wěn)定的檢測器性能的x射線斷層攝影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算機控制的X射線斷層攝影(CT)系統(tǒng)，特別涉及一種用于這種系統(tǒng)中的X射線檢測器組件和防散射板組件的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
第三代CT掃描器通常包括分別安裝在一個圓盤的直徑相對兩側(cè)的X射線源和X射線檢測器，后者在框架形的支承結(jié)構(gòu)中做可旋轉(zhuǎn)安裝。在對處于圓盤開孔中的病人進行掃描時，圓盤繞旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動，同時自X射線源發(fā)出的X射線穿過病人到達檢測系統(tǒng)。
X射線源和X射線檢測器陣列的排列方式可以使焦點和每個檢測器之間的所有X射線路徑都處于垂直于圓盤旋轉(zhuǎn)軸的同一平面內(nèi)(即所謂“分層平面”，“旋轉(zhuǎn)平面”或“掃描平面”)。由于射線基本是從源點以不同角度發(fā)射到達檢測器，射線路徑就象一個扇面，所以術(shù)語“扇束”被用來描述某一時刻所有的射線路徑。掃描時單個檢測器在一個檢測時間周期所檢測的輻射被看作是一次“照射”。射線的強度在其路徑上要受到病人身體的衰減，所以每個檢測器會檢測到一個作為衰減的函數(shù)的、也就是由焦點到該檢測器之間路徑中病人身體某部位的密度的函數(shù)的強度檢測值。這些X射線的強度或照射量的檢測通常都是在規(guī)定的測量周期中，在圓盤上一定角度范圍內(nèi)的若干個點位置上來進行的。
理想的狀況是，在掃描過程中扇束內(nèi)所有的輻射的強度均相同，所有檢測器均具有相同的輸入-輸出特性(或傳遞函數(shù))，即在理想狀態(tài)下對于給定的X輻射信號輸入強度所有的檢測器應(yīng)能給出相同的輸出信號。另外，在理想狀態(tài)下檢測器系統(tǒng)對于輻射的靈敏度的穩(wěn)定性不應(yīng)有變化，即在順序的或周期的掃描之間檢測器系統(tǒng)所產(chǎn)生的信號不應(yīng)有漂移。
已經(jīng)開發(fā)出各種形式的檢測器，包括氣態(tài)和固態(tài)的檢測器。典型的固態(tài)檢測器包括可將高能量X射線光子轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芰靠梢姽夤庾拥拈W爍晶體，和可將低能量可見光光子轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅Ｎ⑿‰娏?即量級在微微安培至毫微安培)的光電二極管。每個檢測器的非常微小電流的輸出表示照射在該檢測器上的X射線劑量。檢測器陣列的輸出通過導(dǎo)線排輸送到數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)進行信號處理。
由于最終圖象的分辨率是檢測器尺寸的函數(shù)，CT掃描系統(tǒng)通常裝有數(shù)百個緊湊分布在扇束弧內(nèi)的檢測器。為了降低這種檢測器陣列的成本，在發(fā)明人為John Dobb和David Banks并且屬于本申請人的美國專利No.5,487,098中提出了一種其中包含有若干固態(tài)檢測器預(yù)裝式固態(tài)檢測器組件，(下文中簡稱為專利‘098)本發(fā)明將引入該專利作為參考。例如，由本申請人制造的第三代CT掃描系統(tǒng)包括384個檢測器，它們分屬24個每個裝有16個檢測器的組件，這些檢測器緊密的貼緊安裝在對應(yīng)角度不大于48度的圓弧上。單個檢測器的寬度大約1毫米。
每個檢測器組件的所有表面通常用導(dǎo)電的不透明的，但是對X射線是透明的屏蔽層來覆蓋。包覆組件的屏蔽層一般用反射膜制造。另外，組件中的單個檢測器(即下面所用的術(shù)語“檢測器”，“檢測器晶體”)用厚度至少為0.2毫米的白色的具有高反射性能材料環(huán)繞，這種材料可使X射線從中穿過，同時還可防止晶體之間的過量的光泄露。這樣X射線可以以任意角度照射檢測器晶體；因為有環(huán)繞檢測器的不透明屏蔽層，晶體由于X射線照射所產(chǎn)生的可見光則不能由一個檢測器進入或反射到另一個檢測器，這樣就可基本減少或消除相鄰檢測器通路之間的干擾。
由于相鄰檢測器晶體之間的覆蓋層厚度以及單個晶體加工時的機械誤差，將晶體非常緊密的貼緊安裝以形成真正的連續(xù)檢測區(qū)是難以實現(xiàn)的。在陣列中即使是最緊湊的安裝，檢測器晶體之間的間隔距離至少也要0.2毫米以容納多層反射材料。在對病人進行掃描時，這個單個晶體之間的小間隔或間隙表現(xiàn)為信號信息削弱區(qū)。這種區(qū)域的存在降低了檢測器晶體在整個扇束區(qū)內(nèi)對輻射進行均勻檢測的有效性，進而影響了重現(xiàn)圖象的精確度和分辨率。
這種狀況由于在輻射到達檢測器晶體之前必須對其進行準直而變得更加惡化。因為致密的物質(zhì)對輻射有散射的趨向，必須盡最大可能防止不是由X射線源焦點經(jīng)直線路徑到達每個檢測器晶體的輻射。為了防止這種散射的輻射照射到檢測器晶體，在X射線源和檢測器晶體之間設(shè)置了長而薄的準直元件或“防散射”板陣列。防散射板對X射線是透明的，其相對于檢測器晶體的安裝位置可以起到準直作用，也就是只允許由射線源焦點經(jīng)直線路徑到達檢測器晶體的輻射通過。防散射板一般與由射線源焦點到陣列中對應(yīng)的相鄰檢測器晶體之間間隙的徑向連線平行安裝，因此它們可以阻擋任何與各個射線路徑的正常射線角度偏差不大于三度的射線照射到檢測器晶體上。防散射板相對于對應(yīng)的檢測器晶體之間間隙的這種安裝方式保證了每個防散射板只遮擋相鄰檢測器靈敏度最低的區(qū)域，因此對應(yīng)的檢測器晶體可檢測到最大的輻射量。在專利‘098中對這種優(yōu)異的防散射板安裝對正裝置有詳細論述。
在已有的CT掃描系統(tǒng)中，通常認為必須在陣列中每個檢測器晶體之間至少留有一定的間隙以容納防散射板和防散射板在檢測器晶體上的陰影。盡管每個防散射板都是很薄，例如0.1毫米左右，它們有時還是會阻擋X射線或在對應(yīng)的相鄰一個或兩個檢測器晶體上造成“遮擋”。被防散射板“遮擋”的檢測器晶體會產(chǎn)生的信號強度比未受遮擋檢測器晶體要相對減弱。但是，檢測器系統(tǒng)的靈敏度性能受到信號穩(wěn)定性的影響要大于信號強度減弱的影響。在掃描中，當安裝有檢測器晶體和防散射板的圓盤旋轉(zhuǎn)時，由于熱效應(yīng)或圓盤的旋轉(zhuǎn)結(jié)果，長期運行防散射板會移動。這種長期運行中防散射板相對于檢測器晶體的移動會造成防散射板在對應(yīng)的檢測器晶體上的遮擋程度發(fā)生變化。遮擋程度發(fā)生變化的結(jié)果就是被遮擋的檢測器產(chǎn)生的輸出信號會隨防散射板的移動而變化。盡管從空間運動的意義來講，防散射板的移動很微小，但電流波動的幅度可能很大，因為每個檢測器晶體的輸出都標定在很高的精度(0.03％)并且在這個精度水平上進行測量。所以在本發(fā)明之前，一般認為防散射板應(yīng)該盡可能薄，并且盡可能與兩個相鄰的檢測器晶體之間相應(yīng)的間隙(每個檢測器晶體靈敏度最低的部分)對正，以使落在相鄰的檢測器晶體的檢測區(qū)域內(nèi)的陰影最少，從而使檢測器產(chǎn)生的輸出信號受到的影響最小。
但是系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計需要與檢測器結(jié)構(gòu)的設(shè)計相協(xié)調(diào)。一方面，要求檢測器晶體之間的間隙盡可能小以獲得更接近連續(xù)檢測區(qū)域的仿真效果。另一方面，要求相鄰的檢測器晶體之間的間隙足夠大，以容下防散射板的陰影從而盡量減小防散射板的遮擋對檢測區(qū)域的影響。這就要求防散射板安裝位置可使其陰影完全投射在檢測器晶體之間的間隙內(nèi)，而不會投射到檢測器晶體的檢測區(qū)域內(nèi)，這種設(shè)計是非常難以實現(xiàn)的。一般來說，檢測器晶體對輻射的靈敏度在檢測器晶體的中心區(qū)域具有恒定的最大值，在靠近晶體的邊緣部分靈敏度迅速下降。對靠近相鄰檢測器晶體間隙的檢測器晶體邊緣部分，也就是低靈敏區(qū)域，的遮擋也會因防散射板的相對小的移動造成信號強度的很大變化，從而產(chǎn)生令人討厭的信號改變和不穩(wěn)定性。
因此，必須將檢測器組件和防散射板進行非常費力和精確的彼此之間的定位安裝。為使遮擋最小、檢測到的直接輻射量最大、檢測到的散射輻射最小以及防止信號的不穩(wěn)定，必須將防散射板和檢測器晶體之間所有相對運動降到最低限度或消除。隨著檢測器晶體分辨率的提高及晶體和晶體間的間隙變得更小，將防散射板的陰影完全保持在間隙區(qū)域內(nèi)也更加難以實現(xiàn)和保證。而且，由于檢測區(qū)域不是連續(xù)的，而是被檢測器晶體邊緣處的低靈敏度區(qū)分割開的恒定最大靈敏度檢測區(qū)的不連續(xù)的陣列，可能會出現(xiàn)穿過病人身體的只占輻射總量很少但或許是很重要的一部分輻射未被檢測到的情況。檢測器產(chǎn)生的信號可能不那么穩(wěn)定，根據(jù)這些信號重現(xiàn)的圖象可能會由于引入的偽差而變形和模糊。
因此，克服現(xiàn)有系統(tǒng)的弊病將是CT掃描系統(tǒng)技術(shù)的進展。
本發(fā)明的目的因此，本發(fā)明的一個目的是提出一種CT掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)帶有可與X射線源和檢測器部件做精確定位的防散射板部件，以控制防散射板陰影在檢測器晶體上出現(xiàn)的位置。
本發(fā)明的一個目的是提出一種CT掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)帶有無須將檢測器晶體之間間隙最小化以容納防散射板的檢測器部件。
本發(fā)明的另一個目的是提出一種CT掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)中防散射板部件的對正方式可使防散射板在輻射路徑上的任何遮擋和由于熱效應(yīng)或圓盤轉(zhuǎn)動造成的防散射板相對于檢測器的任何移動實際上都不會對檢測器產(chǎn)生的信號具有影響。發(fā)明簡述相應(yīng)于本發(fā)明的X射線掃描系統(tǒng)包括(a)構(gòu)架，構(gòu)架帶有支承X射線源以及X射線檢測器部件的圓盤和支承圓盤并可使圓盤繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的框架，(b)X射線檢測器部件，它包含與X射線源協(xié)同工作的若干個X射線檢測器，(c)防散射板部件，它包含設(shè)置在X射線源和檢測器部件之間輻射路徑上的若干個防散射板，以及(d)支承結(jié)構(gòu)，它固定在圓盤上并支承著檢測器部件和防散射板部件。掃描系統(tǒng)還包括穩(wěn)定信號的裝置，它可防止由于X射線源，檢測器以及防散射板之間相對移動而產(chǎn)生的信號改變。
信號穩(wěn)定裝置包括可將防散射板部件相對于檢測器部件定位安裝在支承結(jié)構(gòu)上的定位機構(gòu)，以使每個防散射板與對應(yīng)的檢測器對輻射具有連續(xù)恒定最大靈敏度的區(qū)域?qū)φ＿@樣將防散射板相對于檢測器對正安裝的結(jié)果是檢測器產(chǎn)生的所有信號都受到均勻的衰減，因而X射線源或防散射板相對于檢測器的任何移動均會導(dǎo)致防散射板對相應(yīng)的檢測器的恒定最大靈敏度區(qū)域的遮擋，故檢測器的輸出不會受防散射板移動的影響。因此由于熱效應(yīng)或圓盤轉(zhuǎn)動造成的射線源、防散射板和檢測器的任何相對移動對信號的影響可以忽略不計。
每個檢測器部件和每個防散射板部件最好是帶有可分別與支承結(jié)構(gòu)各對應(yīng)基準面相配合的基準面的組件單元。支承結(jié)構(gòu)最好帶有貫通基礎(chǔ)基準面相對支承機構(gòu)是固定的定位機構(gòu)。當防散射板組件相對于檢測器組件定位安裝在支承結(jié)構(gòu)上時，防散射板與對應(yīng)的檢測器恒定最大靈敏度區(qū)域?qū)φ?br> 在一個實施例中，防散射板的數(shù)量等于檢測器的數(shù)量。在其他實施例中，防散射板的數(shù)量可以與檢測器的數(shù)量不相等，可以多于或少于檢測器的數(shù)量。
本發(fā)明的另一個特點是，提出了一種在X射線系統(tǒng)中穩(wěn)定檢測器產(chǎn)生的信號，防止由于檢測器部件，X射線源和防散射板部件的相對移動造成的信號改變的方法。根據(jù)這個方法，防散射板部件相對于檢測器部件的定位安裝可使防散射板與對應(yīng)的檢測器恒定最大靈敏度區(qū)域?qū)φ?br> 本發(fā)明的又一個特點是，對X射線系統(tǒng)中與X射線源配合使用的X射線檢測器部件提出了一種改進的組件結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)包括至少一個檢測器組件和至少一個防散射板組件，檢測器組件帶有基準面以及一個或多個相對于基準面固定的可檢測X射線源發(fā)出的X射線的檢測器，防散射板組件帶有第二基準面以及固定在第二基準面上可減少檢測器接受到的散射X射線的裝置。用來支承檢測器和防散射板組件的基礎(chǔ)支承部件固定在X射線系統(tǒng)上?；A(chǔ)支承部件帶有基礎(chǔ)基準面和可將每個組件固定在基礎(chǔ)支承部件上并使它們之間以及組件之間準確定位的定位機構(gòu)。定位機構(gòu)包括貫通基礎(chǔ)基準面相對于基礎(chǔ)支承部件為固定的三個銷釘，并使第一銷釘與檢測器組件配合，第二銷釘與防散射板組件配合，第三銷釘與檢測器組件和防散射板組件同時配合，從而使每個組件的基準面同基礎(chǔ)支承部件的基礎(chǔ)基準面呈互相對置的關(guān)系。這樣在組件和基礎(chǔ)支承部件安裝到X射線系統(tǒng)中之后，檢測器組件和防散射板組件就可以相對于射線源以及彼此之間做到精確定位。改進包括防止由于X射線源、檢測器、以及防散射板的相對移動造成的信號改變、穩(wěn)定檢測器接受到的信號的裝置。需特別提到的是，這一穩(wěn)定信號裝置可使防散射板部件和檢測器部件之間相對的定位安裝能保證防散射板與對應(yīng)的檢測器恒定最大靈敏度區(qū)域?qū)φ?br> 本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員根據(jù)下面的詳細描述可以對本發(fā)明的其他目的和優(yōu)越性有清楚的了解，下面的內(nèi)容只是通過對本發(fā)明的最佳形式的介紹展示和敘述了兩個優(yōu)選實施例。顯然，在不超出本發(fā)明范圍的前提下，本發(fā)明可以有其他不同的實施方式，也可以在不同方面對本發(fā)明的許多細節(jié)做出修改。因此，附圖和敘述實際上應(yīng)理解為說明性的而不是限制性的。
對附圖的簡要說明為了更充分的理解本發(fā)明實質(zhì)和目的，應(yīng)參閱下面結(jié)合附圖所做的詳細描述，附圖包括

圖1為包含本發(fā)明實施例的CT掃描系統(tǒng)的軸向視圖；圖2為展示安裝在支承結(jié)構(gòu)上的檢測器組件和防散射板組件的安裝關(guān)系的局部分解立體圖；圖3為檢測器組件的立體圖；圖4A、4B為陣列中單個和多個檢測器的簡化立體圖；圖5為已有技術(shù)X射線系統(tǒng)的局部簡化立體圖，示出了檢測器和防散射板的相對位置，和已有技術(shù)X射線系統(tǒng)中檢測器的信號靈敏度特性曲線；圖6為相應(yīng)于本發(fā)明X射線系統(tǒng)的局部簡化立體圖，圖中防散射板位于對應(yīng)的檢測器恒定最大靈敏度區(qū)的上方，和相應(yīng)于本發(fā)明的X射線系統(tǒng)中檢測器的信號靈敏度特性曲線；以及圖7A、7B分別為相應(yīng)于本發(fā)明兩個其他實施例的X射線系統(tǒng)的局部簡化立體圖，其中防散射板的數(shù)量與檢測器晶體的數(shù)量不同。
對優(yōu)選實施例的詳細描述圖1所示為相應(yīng)于本發(fā)明的CT掃描系統(tǒng)。為提供CT掃描所需的數(shù)據(jù)，掃描器8包括X射線源12和安裝在圓盤10上的檢測器陣列14。射線源12和檢測器陣列14可繞旋轉(zhuǎn)軸16(在垂直于圖1圖面方向延伸)旋轉(zhuǎn)，以便在做CT掃描時可繞置于圓盤中心孔中的目標體18旋轉(zhuǎn)。目標體18可以是病人身體的某個部位，如頭部或軀干。射線源12在掃描平面(垂直于旋轉(zhuǎn)軸線16)內(nèi)發(fā)射出連續(xù)的扇形分布的X射線束20，X射線束由焦點9發(fā)射出穿過目標體18后到達檢測器陣列14，并被檢測器陣列14接收。在目標體18和檢測器陣列14之間設(shè)有防散射板22的陣列，以減少檢測器接收到的散射輻射量。
在優(yōu)選實施例中，檢測器的數(shù)量為384個，分布弧角度為48°，當然這個數(shù)量和角度可有不同的選擇。參見圖1，圓盤10最好用輕質(zhì)材料制造，如可用鋁，它可以繞軸線16做快速平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動。圓盤10是開放式的框架結(jié)構(gòu)，目標體18可以置于圓盤的開孔中。目標體18可放置在托板或平臺32之上，托板或平臺32對X射線的衰減應(yīng)盡量小。在圓盤10旋轉(zhuǎn)時檢測器陣列14進行周期的取樣檢測，以獲得在掃描平面內(nèi)以許多不同照射角度穿過目標體18的非連續(xù)的X射線信號。然后根據(jù)常用的數(shù)學(xué)方法用適當?shù)男盘柼幚硌b置(圖中未示)對檢測結(jié)果進行處理，來形成最終的圖象數(shù)據(jù)。圖象數(shù)據(jù)可以存在存儲器中，利用計算機進行分析，或以某種方式進行顯示。
參見圖1，更具體地說，相應(yīng)于本發(fā)明的檢測器陣列14包括帶有易于在機床直角坐標系統(tǒng)中精確加工成型的平面基準或基準面的基礎(chǔ)支承結(jié)構(gòu)，其具體形式為支承基準骨架28。檢測器和防散射板分別組裝成若干個完全相同的組件24和26，這些組件也要由標準的機床直角坐標系統(tǒng)來精確加工。然后將組件精確的排布并固定在骨架28的基準面上，骨架28是通過適當?shù)墓潭ㄑb置固定在圓盤10上，如可用支架30，這樣所有的檢測器都排列在掃描平面內(nèi)，相對于X射線源12的焦點9的對應(yīng)角度也都相同。
參見圖2，檢測器陣列14包括骨架28、檢測器組件24和防散射板組件26。在使用中，整個檢測器陣列固定在圓盤10上，例如，檢測器陣列可以包括一個骨架、8個防散射板組件和24個檢測器組件，每個檢測器組件裝有16個檢測器。骨架28最好是圓弧形的，在安裝到圓盤10上后，其圓弧中心與射線源12的焦點9相重合。骨架28帶有兩個平行的表面40和42，可將表面40看作是前基準，或前基準面，在這些表面上用普通的標準機床加工出垂直于基準面40進入骨架28的非常精確的基準孔44、48、50和56以及安裝孔54，58。定位銷60A～60D裝配在基準孔中，如專利‘098中所述。
為實現(xiàn)精確的定位，防散射板22首先組裝成防散射板組件26，防散射板組件可以包括安裝在帶有平的外側(cè)安裝基面72的底板70和頂板74之間的48個防散射板22，如圖2所示。底板70和頂板74互相相對的表面上最好設(shè)有固定防散射板22的裝置，在檢測器部件正確安裝并固定在圓盤上后，可使每個防散射板能夠在徑向方向與焦點9對正。固定裝置最好是帶有可容放每個防散射板22的定位槽的很窄的突起部分76，當每個防散射板組件26和檢測器組件24安裝在骨架上之后，防散射板22與對應(yīng)的檢測器的恒最大靈敏區(qū)域相對正。在本發(fā)明中，通過使定位槽由其位置均勻的向右或左排列，如專利‘098中所述，間距等于檢測器晶體寬度和相鄰晶體間隔尺寸的二分之一。防散射板組件的結(jié)構(gòu)在專利‘098中已經(jīng)有詳細論述，這里不多討論。
圖3所示為檢測器組件24優(yōu)選實施例的詳細結(jié)構(gòu)。組件包括金屬塊90，其上裝有固態(tài)檢測器陣列92，在一個表面上還裝有多導(dǎo)線帶狀電纜94或其他形式的柔性連接。金屬塊90最好用擠壓鋁材制造，當然也可以用其他材料。圖4所示為檢測器的詳細結(jié)構(gòu)，每個檢測器可包括能將X射線能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柕拈W爍晶體97和可將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯墓怆姸O管99?？衫贸Ｒ?guī)技術(shù)在基片上形成二極管，晶體可直接粘結(jié)在二極管的項部。多導(dǎo)線帶狀電纜94可以用釬焊或其他方法同基片96連接，使每個檢測器的輸出分別通過帶狀電纜中對應(yīng)的導(dǎo)線輸送到掃描器的信號處理單元。所完成的基片結(jié)構(gòu)可以粘結(jié)在金屬塊90上。組件24可以裝設(shè)16個檢測器，每個檢測器的寬度大約為1毫米。如果將它們按八分之一度的間隔來安裝，它們的中心距會小于2毫米。如前所述，檢測器間距的均勻性對于將檢測結(jié)果準確的分配給重現(xiàn)圖象的像素是很重要的。盡管檢測器性能的均勻性也是需要的，實際上，應(yīng)該對每個檢測器在預(yù)期的溫度范圍內(nèi)進行標定。而且還需要良好的導(dǎo)熱粘結(jié)以使檢測器的溫度均勻。
定位裝置包括穿過基礎(chǔ)基準面并固定在支承結(jié)構(gòu)上的三個銷釘或鍵，使得第一銷釘或鍵與檢測器組件24配合，第二銷釘或鍵與防散射板組件26配合，第三銷釘或鍵與兩個組件同時配合，使兩個組件的基準面同支承結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)基準面呈互相對置的關(guān)系。這樣在組件及支承結(jié)構(gòu)安裝在X射線系統(tǒng)中之后，檢測器組件和防散射板組件之間及組件相對于射線源就可精確定位。
每個檢測器組件24及防散射板組件26都包括可與第三銷釘緊密配合的圓孔，和與孔的位置對正寬度比長度略小的槽。槽的寬度使槽可以與第一和第二銷釘緊密配合，槽的長度可適應(yīng)第一和第三銷釘以及第二和第三銷釘之間的尺寸偏差。
檢測器部件24、防散射板部件26、檢測器組件和防散射板組件在骨架上的安裝以及調(diào)整裝置在專利‘098中已有論述，這里不做進一步敘述。
如圖4A、4B所示，為防止檢測器彼此之間的光泄露，應(yīng)至少將每個檢測器92相對的兩個表面用具有高反光性能材料形成的薄膜107屏蔽層來覆蓋(最好將除與光電二極管99接觸的底面外的其他所有表面均覆蓋)。但是覆蓋檢測器的屏蔽層對X射線應(yīng)是透明的(如箭頭109所示)。如前所述，位于薄膜覆蓋層107之間的檢測器晶體部分對X射線的敏感度要大大高于檢測器邊緣，其部分原因就是由于薄膜107的存在在相鄰的檢測器之間形成了間隙或間隔121。盡管在檢測器部件中檢測器相距很近，這種檢測器之間的小的間隙或間隔通常也在0.2毫米左右。投射到檢測器晶體之間間隙上的輻射信號強度大約為照射在檢測器晶體上的信號強度1％左右。
圖5為已有技術(shù)的X射線系統(tǒng)中檢測器92與防散射板22的相對位置的簡圖。在已有技術(shù)的CT系統(tǒng)中，防散射板22的固定方式可使它們大體與相鄰檢測器之間的間隙121(由多層高反光性能材料構(gòu)成)對正。在已有技術(shù)的X射線系統(tǒng)中，將防散射板22放置在檢測器92之間間隙的上方被認為是將防散射板對于檢測器的遮擋降到最低限度，因而減小由于防散射板的相對移動而使檢測器92出現(xiàn)信號改變現(xiàn)象的必要措施。但是從檢測器簡圖下方的對應(yīng)的信號特性簡圖中可看到，由于間隙非常狹小，要將防散射板22與檢測器92之間的間隙121實現(xiàn)精確的、完全的定位安裝是不實際的和難以做到的。防散射板22或檢測器92相對于X射線源的最微小的移動也會造成防散射板22相對于間隙的錯位，對檢測器晶體而不是對晶體之間的間隙形成遮擋。對晶體的斷續(xù)遮擋會使由該晶體產(chǎn)生的信號呈不穩(wěn)定性，并在重現(xiàn)的圖象中出現(xiàn)令人討厭的偽差。
由圖5可以清楚看到，如果檢測器之間的間隙足夠大，能夠容納防散射板22而不會使陰影投射到晶體上，這種使得防散射板的陰影只落在檢測器之間的間隙121內(nèi)的布置是比較理想的。但是隨著檢測器距離更加靠近，它們之間的間隙尺寸更小，要使它們的陰影只落在間隙121內(nèi)的布置就更加困難。由于檢測器之間的低靈敏度的間隙區(qū)變得更窄，必須將防散射板以更高的精度安放在這些區(qū)域之上，所允許的防散射板與檢測器之間的相對移動也更小。即使將防散射板精確的安放在檢測器之間的非常窄小的間隙區(qū)之上，防散射板的任何微小的移動都會使它們的陰影投射到檢測器的恒定最大靈敏度區(qū)，隨著陰影在恒定最大靈敏度區(qū)92A和檢測器之間低靈敏度的間隙區(qū)121之間的飄忽不定，會造成信號強度的不可預(yù)測的變化。
由圖5可見，在恒定靈敏度區(qū)域內(nèi)未被防散射板遮擋的檢測器產(chǎn)生的信號強度為恒定的最大值，相應(yīng)于圖中區(qū)域92A，而檢測器之間的區(qū)域的信號強度則非常低，相應(yīng)于圖中區(qū)域121A。作為比較，圖6示出了相應(yīng)于本發(fā)明的X射線系統(tǒng)優(yōu)選實施例中防散射板和檢測器的相對位置。應(yīng)注意到，防散射板22不是設(shè)在檢測器之間間隙區(qū)域的上方，而是置于檢測器對輻射靈敏度為恒定最大值的區(qū)域。如圖6所示，被防散射板遮擋的檢測器在恒定的最大靈敏度區(qū)域(相應(yīng)于圖中區(qū)域92 A)內(nèi)產(chǎn)生的信號強度最大，在防散射板下方被遮擋的區(qū)域內(nèi)(相應(yīng)于圖中區(qū)域121A)信號強度最小。照射在檢測器晶體上，相應(yīng)于區(qū)域92A上的輻射，產(chǎn)生的信號強度最大，照射在檢測器之間的間隙區(qū)或防散射板，相應(yīng)于區(qū)域121A和123A上的輻射，產(chǎn)生的信號強度最小。如前所述，盡管位于檢測器晶體之下的光電二極管同檢測器晶體相比對輻射的靈敏度相對較低，在間隙區(qū)還是可以檢測到一定量的輻射(量級在1％左右)。
當將防散射板安放就位使其遮擋區(qū)位于檢測器的恒定最大靈敏度區(qū)時，如圖6所示，每個檢測器產(chǎn)生信號強度受到輻射路徑上防散射板的均勻衰減，但不會受到防散射板的位置的影響。很重要的一點是，不再有由于陰影斷續(xù)的投射在恒定最大靈敏度區(qū)和低靈敏度區(qū)的結(jié)果而出現(xiàn)的信號強度(也就是信號穩(wěn)定性)的突變。本發(fā)明的一個重要的優(yōu)越性在于，由于不必將防散射板置于檢測器之間的間隙區(qū)域內(nèi)，因而不再要求盡量減小檢測器晶體之間的容納防散射板的間隔區(qū)域的尺寸。因此可將防散射板放置在相對較大的檢測區(qū)域92A內(nèi)，而不是在相對窄小的檢測器之間的間隙區(qū)121中，其陰影可投射到任意處。在這個區(qū)域內(nèi)，對防散射板及檢測器相對于X射線源的移動的限制也可大大放松，而不會對檢測器產(chǎn)生的信號的穩(wěn)定性有不良影響。
將防散射板置于相應(yīng)檢測器的恒定靈敏度區(qū)域之上而不是在檢測器之間的間隙的上方還具有其他重要的優(yōu)越性。首先，將防散射板設(shè)置在令其陰影投射到對高能光子靈敏度最大且是均勻、恒定的檢測器中心區(qū)域的位置處，而不是設(shè)在靈敏度較低的間隙區(qū)域121會使得檢測器產(chǎn)生的信號受到均勻的衰減(即使在常規(guī)的機械運動狀態(tài)下)，因而可防止由于熱效應(yīng)或某些或所有檢測器被斷續(xù)遮擋造成的信號改變。其次，將防散射板置于檢測器恒定靈敏度區(qū)域之上而不是在檢測器之間的間隙的上方，可在更大程度上容許檢測器、防散射板與X射線源之間的相對移動，不會對檢測器產(chǎn)生的信號有不良影響。如在對已有技術(shù)X射線系統(tǒng)的討論中所述，盡管檢測器之間的間隙區(qū)121A相對很窄小，它也必須有足夠的寬度來容納防散射板22。相反，在本發(fā)明的實施例中防散射板22可以設(shè)置在檢測器的恒定靈敏度區(qū)域92A內(nèi)任意處，不必放置在檢測器之間的間隙處。本發(fā)明的一個重要方面是由于防散射板相對于檢測器的精確定位已不再重要，因而可以降低檢測器、裝置檢測器的組件單元和防散射板的加工精度。例如，如果象在已有技術(shù)的系統(tǒng)中那樣將防散射板置于檢測器間隙的上方，必須將公差控制在0.0125毫米以內(nèi)。反之，如果將檢測器置于檢測器的恒定靈敏度區(qū)域之上而不是置于檢測器間隙的上方，公差只需控制在0.1毫米的范圍內(nèi)，比已有技術(shù)系統(tǒng)的要求降到一個數(shù)量級。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，可通過在防散射板組件26的殼體上精確確定防散射板22的安裝槽的位置，來使防散射板22固定在對應(yīng)的檢測器92的恒定最大靈敏度區(qū)域上方。所需的防散射板和檢測器的正確安裝位置可用任何能滿足要求的方式來實現(xiàn)，例如可將防散射板簡單的粘結(jié)在防散射板組件的所需位置處，使防散射板與檢測器的相對位置滿足要求，也可以在骨架上精確的確定基準孔和安裝孔的位置，或是在檢測器和/或防散射板組件上加工出適當取向的槽而不是孔來調(diào)整這些組件在骨架上的相對位置。在本技術(shù)領(lǐng)域中的其他常用的可實現(xiàn)防散射板和檢測器之間所需安裝定位的方法這里不再逐一敘述，但均屬于本發(fā)明的范圍。
應(yīng)注意到，不必保持防散射板與檢測器1∶1的數(shù)量關(guān)系。在某些應(yīng)用中，可根據(jù)需要增大相鄰的防散射板之間距離，使所用防散射板的數(shù)量少于檢測器的數(shù)量，如圖7A,7B所示。也可以使防散射板的數(shù)量多于檢測器。例如系統(tǒng)可相應(yīng)的按一個防散射板對n個檢測器的比例來設(shè)置防散射板，n可以是整數(shù)也可以是分數(shù)，只要防散射板不處于相鄰檢測器之間的間隙上方即可。如圖7B所示，可將防散射板安放在相對于對應(yīng)的檢測器的任意位置處，只要其遮擋區(qū)是在恒定最大靈敏度的均勻檢測區(qū)域內(nèi)即可。影響防散射板相對于檢測器配置密度的因素包括防散射板的實體尺寸、預(yù)計的散射輻射強度、實際的約束情況、以及防散射板組件的加工、安裝成本。
這樣就能方便簡捷的實現(xiàn)所需的防散射板與對應(yīng)檢測器的恒定最大靈敏度區(qū)域?qū)φㄎ弧ｋS著檢測器分辨率的提高，制造公差亦要提高，檢測器的尺寸均一性也必須提高。因此檢測器之間的間隙尺寸可能會減小，這樣將防散射板定位并保持在檢測器之間的間隙內(nèi)會變得更加困難和難以實現(xiàn)。所以尋求一種新的對重現(xiàn)圖象質(zhì)量和精度無不良影響的防散射板安裝方式是非常重要的。
支承結(jié)構(gòu)30的形式，骨架在徑向和切向方向的可調(diào)整性在專利‘098中已有詳細論述，不作為本發(fā)明的內(nèi)容。
由于在不偏離這里所述的本發(fā)明的范圍可對上述裝置做出某些修改，所以前面的敘述或附圖所包含的內(nèi)容應(yīng)理解為是解釋性的而不具有限制意義。
權(quán)利要求
1．一種X射線掃描系統(tǒng)，包括(a)構(gòu)架，構(gòu)架帶有支承至少一個X射線源的圓盤，和支承圓盤并可使圓盤繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的框架，(b)X射線檢測器部件，它包含與X射線源協(xié)同工作的若干個X射線檢測器，(c)防散射板部件，它包含設(shè)置在所述射線源和所述檢測器部件之間輻射路徑上的若干個防散射板，以及(d)支承結(jié)構(gòu)，它固定在所述圓盤上并支承著所述檢測器部件和防散射板部件，所述支承結(jié)構(gòu)帶有基礎(chǔ)基準面，所述掃描系統(tǒng)還包括可防止由于所述X射線源、所述檢測器以及所述防散射板的相對移動而產(chǎn)生的信號改變的穩(wěn)定信號的裝置。
2．如權(quán)利要求1所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定信號的裝置包括可將所述防散射板相對于所述X射線檢測器定位的定位裝置，故每個所述防散射板都可與對應(yīng)檢測器的恒定最大靈敏度區(qū)域?qū)φ?br> 3．如權(quán)利要求2所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，每個檢測器部件和每個防散射板部件都是帶有相應(yīng)的基準面的組件單元，支承結(jié)構(gòu)帶有貫通所述基礎(chǔ)基準面并相對于支承機構(gòu)是固定的定位機構(gòu)，可將檢測器組件和防散射板組件定位安裝在支承結(jié)構(gòu)上。
4．如權(quán)利要求3所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，防散射板的數(shù)量等于檢測器的數(shù)量。
5．如權(quán)利要求3所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，防散射板的數(shù)量不等于檢測器的數(shù)量。
6．在一種X射線掃描系統(tǒng)中，包括(a)構(gòu)架，構(gòu)架帶有支承至少一個X射線源的圓盤，和支承圓盤并可使圓盤繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的框架，(b)X射線檢測器部件，它包含與X射線源協(xié)同工作的若干個X射線檢測器，(c)防散射板部件，它包含設(shè)置在所述射線源和所述檢測器部件之間輻射路徑上的若干個防散射板，(d)支承結(jié)構(gòu)，它固定在所述圓盤上并支承著所述檢測器部件和防散射板部件，以及(e)處理所述檢測器接受到的信號的數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)，一種防止由于所述X射線源、所述檢測器部件以及所述防散射板部件的相對移動而造成的信號改變的穩(wěn)定信號的方法，該方法包括以下步驟將所述防散射板部件相對于所述檢測器部件定位安裝在支承結(jié)構(gòu)上，使所述防散射板與對應(yīng)檢測器的恒定最大靈敏度區(qū)域?qū)φ?br> 7．在X射線系統(tǒng)中與X射線源配合工作的X射線檢測器部件的組件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括至少一個檢測器組件，至少一個防散射板組件，和基礎(chǔ)支承結(jié)構(gòu)，檢測器組件帶有基準面以及一個或多個相對于基準面固定的可檢測X射線源發(fā)出的X射線的檢測器，防散射板組件帶有第二基準面以及固定在第二基準面上可減少檢測器接受到的散射X射線的裝置，基礎(chǔ)支承結(jié)構(gòu)固定在X射線系統(tǒng)中用于支承檢測器和防散射板組件，基礎(chǔ)支承結(jié)構(gòu)帶有基礎(chǔ)基準面和可將每個組件固定在基礎(chǔ)支承結(jié)構(gòu)并使它們之間以及組件之間準確定位的定位機構(gòu)，定位機構(gòu)包括貫通基礎(chǔ)基準面相對于基礎(chǔ)支承部件為固定的三個銷釘，并使第一銷釘與檢測器組件配合，第二銷釘與防定的三個銷釘，并使第一銷釘與檢測器組件配合，第二銷釘與防散射板組件配合，第三銷釘與檢測器組件和防散射板組件同時配合，從而使每個組件的基準面同基礎(chǔ)基準面呈互相對置的關(guān)系，這樣在組件和基礎(chǔ)支承結(jié)構(gòu)安裝到X射線系統(tǒng)中之后，檢測器組件和防散射板組件就可以相對于射線源以及彼此之間做到精確定位，其特征在于，進一步包括防止由于X射線源、檢測器以及防散射板的相對移動造成的信號改變，穩(wěn)定檢測器接受到的信號的裝置。
8．如權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的穩(wěn)定信號的裝置包括將所述防散射板組件相對于所述檢測器組件對正的對正裝置，該對正裝置可使所述防散射板與對應(yīng)檢測器的恒定最大靈敏度區(qū)域?qū)φ?br> 9．如權(quán)利要求8所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，防散射板的數(shù)量等于檢測器的數(shù)量。
10．如權(quán)利要求8所述的X射線掃描系統(tǒng)，其特征在于，防散射板的數(shù)量不等于檢測器的數(shù)量。
全文摘要
在包括X射線源(12)、若干檢測器組件(14)和若干防散射板組件(22)的CT掃描系統(tǒng)(8)中,利用可將防散射板(22)對正安裝在對應(yīng)的檢測器(14)恒定最大靈敏度區(qū)域的定位機構(gòu)可防止信號不穩(wěn)定性及在重現(xiàn)圖象中出現(xiàn)的相應(yīng)的偽差。防散射板(22)的遮擋區(qū)完全投射在輻射的恒定最大靈敏度區(qū)域內(nèi),因而使由于熱效應(yīng)或射線源(12),檢測器(14)和防散射板(22)在掃描之間的相對移動造成的信號改變降到最低限度。
文檔編號A61B6/03GK1224998SQ97196314
公開日1999年8月4日 申請日期1997年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月15日
發(fā)明者約翰·多布斯 申請人:模擬公司