CN106501288A - 一种装有多探测器的锥形束ct系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种装有多探测器的锥形束CT系统，包括：扫描架、X射线发生器、承载机构、控制器、CT重建模块、多块面阵探测器和探测器切换装置；通过探测器切换装置根据需要切换选择多块面阵探测器中的一块探测器，即每次扫描只使用一块探测器；所述多块面阵探测器包括一块大面积探测器和一块高分辨率探测器，当需要大视野成像时，可选择大面积探测器；当需要高分辨成像时，可选择小像素的高分辨率探测器。本发明能够在一台锥形束CT系统中集成大视野成像和高分辨成像，且分辨率比现有解决方案更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种装有多探测器的锥形束CT系统，属于计算机断层成像(CT)。
背景技术
锥形束CT是一种使用面阵列探测器进行三维成像的X射线CT系统。系统扫描架、由X射线发生器、面阵探测器、承载机构、控制器、CT重建模块组成。扫描时，X射线发生器和探测器围绕被检对象旋转，获取多个不同角度的投影数据，然后通过CT重建模块将投影数据转化为三维数据。
空间分辨率是锥形束CT系统的关键技术指标，该指标取决于以下因素的组合：探测器分辨率、X射线焦点尺寸、投影图数量、重建像素尺寸等。其中，探测器分辨率是决定系统空间分辨率的最重要因素之一。在其他配置不变的情况下，探测器分辨率越高，系统的空间分辨率也越高。受制造工艺、采集速率等因素限制，分辨率越高的探测器，通常其成像面积也较小；反之，成像面积越大探测器，通常其分辨率越差。相应地，空间分辨率较高的锥形束CT系统，其成像视野相对较小；而成像视野较大的锥形束CT系统，其空间分辨率相对较低。
然而，在实际应用中使用者往往既需要大视野检查，又需要高分辨率检查。以口腔检查为例，在进行口腔颌面部总体检查时，需要较大的成像视野；而在进行单颗牙齿的检查时，则需要很高的空间分辨率。在其他应用中，采用较低的分辨率进行大范围的全局检查，采用较高的分辨率进行小范围的局部检查，也是很常见的检查方式。通过购买不同视野、不同分辨率的多台锥形束CT系统可以满足不同的检查需求，但成本很高。如何在一台锥形束CT系统中集成大视野成像和高分辨成像，是锥形束CT技术领域的一项难点。
现有解决方案是在大视野锥形束CT系统基础上通过优化扫描参数提高分辨率，具体优化方法包括延长扫描时间、增加投影数据采集频率、减小重建像素尺寸等。优化扫描参数可以在一定程度上提高系统分辨率，但无法突破探测器分辨率的限制。因此，无论如何优化参数，大视野锥形束CT系统的空间分辨率不如采用高分辨探测器的小视野锥形束CT系统。
现有文献中提到过一种带有多种探测器的口腔X射线机，其中所述多种探测器是指线阵列探测器、面阵探测器，能兼顾二维透视成像和三维锥形束CT成像，但不能兼顾大视野成像和高分辨成像。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种装有多探测器的锥形束CT系统，能够在一台锥形束CT系统中集成大视野成像和高分辨成像，且分辨率比现有解决方案更高。
本发明的技术方案：一种装有多探测器的锥形束CT系统，包括：扫描架、X射线发生器、承载机构、控制器、CT重建模块，其特征在于：还包括多块面阵探测器和探测器切换装置；通过探测器切换装置根据需要切换选择多块面阵探测器中的一块探测器，即每次扫描只使用一块探测器；所述多块面阵探测器包括一块大面积探测器和一块高分辨率探测器，当需要大视野成像时，可选择大面积探测器；当需要高分辨成像时，可选择小像素的高分辨率探测器。大面积探测器与高分辨率探测器为相对而言，当同一系统中的两块探测器在面积和像素尺寸上有差异时，则其中一块应视为大面积探测器，另一块应视为高分辨率探测器。
而且，系统还可以根据需要安装其他具有特殊功能的探测器，比如用于能谱CT成像的探测器。
所述扫描架是立式或卧式。
所述承载机构是座椅、颌托、扫描床或转台。
所述探测器切换装置的切换方式是平移式或旋转式。
所述切换过程可以是电动机驱动的。
本发明与现有技术相比的优点在于：
由于额外安装了一块高分辨率探测器，因此本发明提出的锥形束CT系统的分辨率要高于现有的仅使用一块大视野探测器的系统。而且，系统还支持根据需要安装其他具有特殊功能的探测器，扩展系统成像功能。
现有文献中提到过一种带有多种探测器的口腔X射线机，其中所述多种探测器是指线阵列探测器、面阵探测器，能兼顾二维透视成像和三维锥形束CT成像，但不能兼顾大视野成像和高分辨成像。而本发明提出的技术方案，所述探测器均为用于锥形束CT成像的面阵探测器，可解决在大视野锥形束CT系统中集成高分辨成像的问题。
附图说明
图1为本发明的采用颌托作为患者承载装置的锥形束CT系统示意图(立式扫描架)；
图2为本发明的采用座椅作为患者承载装置的锥形束CT系统示意图(立式扫描架)；
图3为本发明的锥形束CT系统示意图(卧式扫描架，床承载)
图4为本发明的锥形束CT系统示意图(扫描架固定，转台旋转)
图5为平移式探测器切换装置，上图为使用3-1探测器拍摄的状态，下图为使用3-2探测器拍摄的状态；
图6为旋转式探测器切换装置，上图为使用3-1探测器拍摄的状态，下图为使用3-2探测器拍摄的状态。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示，本发明所述系统由扫描架1(包括扫描架的固定部分1-1，扫描架的旋转部分1-2)、X射线发生器2、多块面阵探测器(图中仅示意大面积探测器3-1和高分辨率探测器3-2)、探测器切换装置4、承载机构5、控制器6、CT重建模块7组成。
扫描架1是系统的主框架，决定系统的整体结构，具有支撑、运动和为其他部件提供安装位置等功能。X射线发生器2、大面积探测器3-1、高分辨率探测器3-2以及探测器切换装置4都安装在扫描架1上。在采用X射线发生器和面阵探测器旋转扫描的系统中，X射线发生器2和大面积探测器3-1、高分辨率探测器3-2以及探测器切换装置4安装在扫描架的旋转部分1-2上。承载机构5根据设计的不同，可安装在扫描架上也可以独立存在，如以座椅或扫描床为承载机构的系统中，承载机构5可以不安装在扫描架1上。控制器6的功能是控制系统中各运动部件以及X射线发生器的启动和停止等，一般安装在扫描架上。CT重建模块7的功能是处理扫描过程中获得的数据，进行重建，生成三维的CT图像。CT重建模块7可以是位于扫描架之外的电脑，通过线缆进行连接，也可以是安装在扫描架1上的工控机(一种专门设计的电脑)。
在多块面阵探测器中，包括一块大面积探测器3-1，用于大视野成像，一般用于大视野成像的探测器尺寸不小于13cm×13cm，所形成的成像视野不小于12cm(直径)×8cm(高度)，用于全局检查；包括一块高分辨率探测器3-2，用于高分辨成像，一般用于高分辨成像的探测器的像素尺寸小于等于100um，所形成的成像视野小于等于8cm(直径)×8cm(高度)，这种成像用于进行局部精细检查；还可根据需要安装具有其他特征的探测器，比如安装具有X射线能谱分辨能力的探测器，用于能谱成像。每次扫描只使用一块面阵探测器，操作者可根据需要切换最合适的探测器。
需要说明的是，上述“大面积探测器”、“高分辨率探测器”中的“大面积”、“高分辨率”都是相对而言的。只要两块探测器的面积、分辨率有差异，即可认为其中一块是大面积探测器，另一块是高分辨率探测器。如以下两块探测器在同一锥形束CT成像系统中使用时，一个探测器是大面积探测器3-1，另一个则属于高分辨率探测器3-2：
大面积探测器3-1：
成像面积：13cm×13cm
像素尺寸：120um
高分辨率探测器3-2：
成像面积：12cm×12cm
像素尺寸：99um
如图1所示，本发明所述系统可以采用立式扫描架结构，承载机构5采用颌托。扫描时被检对象不动，由扫描架的旋转部分1-2带动X射线发生器2、大面积探测器3-1、高分辨率探测器3-2围绕被检对象旋转，进行扫描成像。
如图2所示，本发明所述系统可以采用立式扫描架结构，承载机构5采用座椅。扫描时被检对象不动，由扫描架的旋转部分1-2带动X射线发生器2、大面积探测器3-1、高分辨率探测器3-2围绕被检对象旋转，进行扫描成像。
如图3所示，本发明所述系统可以采用卧式扫描架结构，扫描架的旋转部分1-2为环形，环形中间的通道称为扫描通道，承载机构5采用扫描床。扫描时被检对象位于扫描床上，并进入扫描通道，被检对象不动，由扫描架的旋转部分1-2带动X射线发生器2、大面积探测器3-1、高分辨率探测器3-2围绕被检对象旋转，进行扫描成像。
如图4所示，本发明所述系统可以采用固定式扫描架结构，承载机构5采用转台。扫描时扫描架1连同X射线发生器2、大面积探测器3-1、高分辨率探测器3-2固定不动，被检对象位于转台，即承载机构5上，由转台带动被检对象旋转，进行扫描成像。
如图5所示，本发明所述系统的探测器切换装置4可以采用平移式设计。进行高分辨成像时，高分辨率探测器3-2对准扫描中心轴，进行成像；进行大视野成像时，高分辨率探测器3-2向一侧平移，至与大面积探测器3-1无重叠的位置，大面积探测器3-1对准扫描中心轴，进行成像。
如图6所示，本发明所述系统的探测器切换装置4可以采用旋转式设计。同一时刻只有一块探测器正对扫描中心轴和X射线入射方向，可以进行扫描成像；探测器切换装置4旋转一定角度后，将切换另一块探测器对准扫描中心轴和X射线入射方向。图6中所示的两种情况分别为使用大面积探测器3-1和高分辨率探测器3-2成像的情况，探测器切换装置4由一种情况切换至另一种情况时的旋转角度为180度。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
Claims (6)
1.一种装有多探测器的锥形束CT系统，包括：扫描架、X射线发生器、承载机构、控制器、CT重建模块，其特征在于：还包括多块面阵探测器和探测器切换装置；通过探测器切换装置根据需要切换选择多块面阵探测器中的一块探测器，即每次扫描只使用一块探测器；所述多块面阵探测器至少包括一块大面积探测器和一块高分辨率探测器，当需要大视野成像时，可选择大面积探测器；当需要高分辨成像时，可选择小像素的高分辨率探测器。
2.根据权利要求1所述的一种装有多探测器的锥形束CT系统，其特征在于：所述多块面阵探测器还可以扩展，包括一块具有X射线能谱分辨能力的探测器。
3.根据权利要求1所述的一种装有多探测器的锥形束CT系统，其特征在于：所述扫描架是立式或卧式。
4.根据权利要求1所述的一种装有多探测器的锥形束CT系统，其特征在于：所述承载机构是座椅、颌托、扫描床或转台。
5.根据权利要求1所述的一种装有多探测器的锥形束CT系统，其特征在于：所述探测器切换装置的切换方式是平移式或旋转式。
6.根据权利要求1所述的一种装有多探测器的锥形束CT系统，其特征在于：所述切换过程可以是电动机驱动的。
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