(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109471185 A(43)申请公布日 2019.03.15
(21)申请号 201811542627.4(22)申请日 2018.12.17
(71)申请人 同方威视技术股份有限公司
地址 100084 北京市海淀区双清路同方大
厦A座2层
申请人 清华大学
(72)发明人 张丽 陈志强 黄清萍 孙运达
金鑫 沈乐 李亮 赵眺 (74)专利代理机构 北京东方亿思知识产权代理
有限责任公司 11258
代理人 娜拉(51)Int.Cl.
G01V 5/00(2006.01)G01N 23/046(2018.01)
权利要求书2页 说明书7页 附图3页
(54)发明名称
CT系统和用于CT系统的探测装置(57)摘要
本发明公开了一种CT系统和用于CT系统的探测装置。该装置包括：高能探测器组件，高能探测器组件包括沿预定轨迹排布的多排高能探测器；低能探测器组件，与高能探测器组件层叠设置，低能探测器组件包括沿预定轨迹间隔排布的多排低能探测器；其中，低能探测器的排数小于高能探测器的排数；每排低能探测器均覆盖一排高能探测器。根据本发明实施例提供的CT系统和用于CT系统的探测装置，提高了对材料的分辨能力。
CN 109471185 ACN 109471185 A
权 利 要 求 书
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1.一种用于CT系统的探测装置，所述装置包括：高能探测器组件，所述高能探测器组件包括沿预定轨迹排布的多排高能探测器；低能探测器组件，与所述高能探测器组件层叠设置，所述低能探测器组件包括沿所述预定轨迹间隔排布的多排低能探测器；
其中，所述低能探测器的排数小于所述高能探测器的排数；每排所述低能探测器均覆盖一排所述高能探测器。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，任意相邻两排所述高能探测器紧密设置。3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述多排高能探测器沿所述预定轨迹间隔排布。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，任意相邻两排所述高能探测器之间均具有第一预设间距。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，被所述低能探测器覆盖的任意相邻两排所述高能探测器之间，设置有至少一排未被所述低能探测器覆盖的所述高能探测器。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，被所述低能探测器覆盖的所述高能探测器，与未被所述低能探测器覆盖的所述高能探测器按所述预定轨迹交替排布。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，任意相邻两排所述低能探测器之间均具有第二预设间距。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二预设间距为5至80毫米；或，所述第二预设间距为30至50毫米。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定轨迹为圆弧。10.一种用于CT系统的探测装置，所述装置包括：层叠设置的第一层探测器组件、第二层探测器组件、……、第N层探测器组件，所述N为大于2的整数；
其中，所述第一层探测器组件包括沿预定轨迹排布的多排第一探测器，所述第二层探测器组件包括沿所述预定轨迹间隔排布的多排第二探测器，……，所述第N层探测器组件包括沿所述预定轨迹间隔排布的多排第N探测器；
所述第一探测器的能量响应峰值对应的能量、所述第二探测器的能量响应峰值对应的能量、……、所述第N探测器的能量响应峰值对应的能量依次减小；
第k+1层探测器组件中探测器的排数小于第k层探测器组件中探测器的排数，k＝1，2，……N-1；
所述第k+1层探测器组件中的每排探测器均覆盖所述第k层探测器组件中的一排探测器。
11.一种CT系统，所述系统包括：扫描通道，用于被检查物体进出所述CT系统；滑环，用于围绕所述扫描通道旋转；与所述滑环连接的射线源；以及
与所述射线源相对设置并连接在所述滑环上的探测装置，所述探测装置是如权利要求1-10任意一项所述的装置。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
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数据处理模块，用于基于所述探测装置输出的数据信号重建所述被检查物体的CT图像。
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说 明 书
CT系统和用于CT系统的探测装置
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技术领域
[0001]本发明涉及辐射检测领域，尤其涉及一种CT系统和用于CT系统的探测装置。背景技术
[0002]目前，基于射线辐射成像的计算机断层扫描技术被广泛应用于安全检查，尤其用于检查行李物品中的可疑物品。在基于射线辐射成像的CT技术中，通过CT数据重建可以得到断层内的被扫描物体的特征分布数据，通过对特征数据进行分析，可实现对行李中常见的嫌疑物质进行识别。
[0003]目前常用双能CT系统采用双层探测器结构，获取双能投影数据，以对被检测物体进行分辨。但是，目前的CT系统中的双层探测器结构最多只能提供双能投影数据，限制了对材料的分辨能力。
发明内容
[0004]本发明实施例一种CT系统和用于CT系统的探测装置，通过利用多能投影数据，提高了对材料的分辨能力。
[0005]根据本发明实施例的一方面，提供一种用于CT系统的探测装置，该装置包括：[0006]高能探测器组件，高能探测器组件包括沿预定轨迹排布的多排高能探测器；[0007]低能探测器组件，与高能探测器组件层叠设置，低能探测器组件包括沿预定轨迹间隔排布的多排低能探测器；[0008]其中，低能探测器的排数小于高能探测器的排数；[0009]每排低能探测器均覆盖一排高能探测器。[0010]在一个实施例中，任意相邻两排高能探测器紧密设置。[0011]在一个实施例中，多排高能探测器沿预定轨迹间隔排布。[0012]在一个实施例中，任意相邻两排高能探测器之间均具有第一预设间距。[0013]在一个实施例中，被低能探测器覆盖的任意相邻两排高能探测器之间，设置有至少一排未被低能探测器覆盖的高能探测器。[0014]在一个实施例中，被低能探测器覆盖的高能探测器，与未被低能探测器覆盖的高能探测器按预定轨迹交替排布。[0015]在一个实施例中，任意相邻两排低能探测器之间均具有第二预设间距。[0016]在一个实施例中，第二预设间距为5至80毫米；或，[0017]第二预设间距为30至50毫米。[0018]在一个实施例中，预定轨迹为圆弧。[0019]根据本发明实施例的另一方面，提供一种用于CT系统的探测装置，该装置包括：[0020]层叠设置的第一层探测器组件、第二层探测器组件、……、第N层探测器组件，N为大于2的整数；[0021]其中，第一层探测器组件包括沿预定轨迹排布的多排第一探测器，第二层探测器
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组件包括沿预定轨迹间隔排布的多排第二探测器，……，第N层探测器组件包括沿预定轨迹间隔排布的多排第N探测器；
[0022]第一探测器的能量响应峰值对应的能量、第二探测器的能量响应峰值对应的能量、……、第N探测器的能量响应峰值对应的能量依次减小；[0023]第k+1层探测器组件中探测器的排数小于第k层探测器组件中探测器的排数，k＝1，2，……N-1；[0024]第k+1层探测器组件中的每排探测器均覆盖第k层探测器组件中的一排探测器。[0025]根据本发明实施例的再一方面，提供一种CT系统，该系统包括：[0026]扫描通道，用于被检查物体进出CT系统；[0027]滑环，用于围绕扫描通道旋转；[0028]与滑环连接的射线源；以及
[0029]与射线源相对设置并连接在滑环上的探测装置，探测装置是如本发明实施例提供的装置。
[0030]在一个实施例中，CT系统还包括：数据处理模块，用于基于探测装置输出的数据信号重建被检查物体的CT图像。
[0031]根据本发明实施例中的CT系统和用于CT系统的探测装置，探测装置包括高能探测器组件以及与高能探测器组件层叠设置的低能探测器组件，高能探测器组件包括沿预定轨迹排布的多排高能探测器，低能探测器组件包括沿所述预定轨迹间隔排布的多排低能探测器，由于低能探测器的排数小于高能探测器的排数，并且每排低能探测器均覆盖一排高能探测器，因此射线源发出的射线可以具有三种穿透探测装置的方式，从而可以获取三能投影图像，提高了对材料的分辨率。附图说明
[0032]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1示出本发明一些实施例提供的CT系统的结构示意图；
[0034]图2示出本发明一实施例提供的用于CT系统的探测装置的示例性结构示意图；[0035]图3示出本发明一些实施例提供的单排探测器的结构示意图；[0036]图4示出图2中探测装置的侧视图；
[0037]图5示出图2中探测装置中低能探测器和高能探测器的能量响应曲线；[0038]图6示出本发明另一实施例提供的探测装置的侧视图；[0039]图7示出本发明再一实施例提供的探测装置的侧视图。
具体实施方式
[0040]下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实
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施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。[0041]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0042]为了更好的理解本发明，下面将结合附图，详细描述根据本发明实施例的CT系统和用于CT系统的探测装置，应注意，这些实施例并不是用来限制本发明公开的范围。[0043]图1示出本发明实施例提供的CT系统的结构示意图。如图1所示，CT系统包括：扫描通道1、射线源2、探测装置3、滑环4、控制装置5和数据处理装置6。[0044]在本发明的实施例中，被检查物体沿传送方向V通过扫描通道1进出CT系统。[0045]射线源2与滑环连接，用于发出射线束。射线源2可以是常用的各种型号的X光机、加速器，也可以是放射性同位素、同步辐射光源等能够发出X射线或γ射线的装置。[0046]探测装置3与射线源2相对设置，并且探测装置3连接在滑环4上。探测装置3接收射线源2发出的穿过被检查物体的射线束。[0047]滑环4围绕扫描通道1旋转。其中，滑环4的旋转轴线与扫描通道1传送被检查物体的传送方向V大致平行。滑环4按照预设的扫描参数旋转，以带动射线源2和探测装置3围绕被检查物体旋转，从而完成对被检查物体的旋转扫描。[0048]控制装置5控制射线源2的辐射发射，以及控制对探测装置3输出的数据信号的采集。并且，控制装置5还用于控制扫描通道1和滑环4的动作。
[0049]数据处理装置6基于探测装置3在扫描被检查物体的过程中产生的数据信号进行处理，从而重建被检查物品的CT图像。
[0050]图2示出本发明一实施例提供的探测装置3的结构示意图。参考图2，探测装置3包括：
[0051]高能探测器组件31，高能探测器组件31包括沿预定轨迹排布的多排高能探测器311。[0052]低能探测器组件32，与高能探测器组件31层叠设置，低能探测器组件32包括沿预定轨迹间隔排布的多排低能探测器321。[0053]其中，低能探测器组件32设置于靠近射线源2的一侧，高能探测器组件31设置于远离射线源2的一侧。也就是说，射线源2发出的射线首先进入低能探测器321。[0054]继续参考图2，高能探测器组件31包括沿图2中带箭头的虚线所示的圆弧轨迹N排列的面阵列高能探测器311。其中，面阵列的高能探测器包括多排高能探测器311，并且任意相邻两排的高能探测器311紧密设置。换句话说，任意相邻两排的高能探测器311之间的间距无限趋近于0。可选地，面阵列的每个高能探测单元的中心可以分布在以射线源2的焦点为圆心的圆弧上。[0055]可选地，多排高能探测器排布的预定轨迹为与传送方向V平行的直线。[0056]图3示出本发明实施例提供的单排探测器的结构示意图。此处的单排探测器可以
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为单排的低能探测器或单排的高能探测器。如图3所示，单排探测器是由多个探测单元按照预定轨迹排布形成的。其中，每个探测单元独立输出一个数据。可选地，多个探测单元之间可以连续排布也可以间隔排布。[0057]在本发明的实施例中，每排高能探测器包括多个按预定轨迹排布的高能探测单元。参考图2，多个高能探测单元沿图2中的弧形轨迹M排布。可选地，每排高能探测器中的多个高能探测单元可沿直线排布。[0058]在本发明的实施例中，高能探测器中的高能探测单元的排布轨迹可以为与扫描通道的传送方向V大致平行的直线。也就是说，多个高能探测单元按照扫描通道的传送方向排布。高能探测器中的高能探测单元的排布轨迹也可以为以射线源的焦点为圆心的圆弧。[0059]在本发明的实施例中，低能探测器组件32包括多排按图2中的圆弧轨迹N间隔排布的低能探测器321。可选地，相邻两个低能探测器321之间的间距可以相等，也可以不相等。[0060]可选地，每相邻两排低能探测器之间的间距相等。低能探测器31之间的间距可以是5至80毫米、10至70毫米、20至60毫米、30至50毫米、35至45毫米、36至40毫米，或者38毫米。具体地，可根据被检查物体的需求进行设定。[0061]其中，每排低能探测器均包括多个按预定轨迹排布的低能探测单元。参考图2，每排低能探测器中的多个低能探测单元也沿图2中的弧形轨迹排布。可选地，每排低能探测器中的多个低探测单元也可以按照与传送方向V平行的直线排布。[0062]在本发明的实施例中，低能探测器321的排数小于高能探测器311的排数，并且每排低能探测器321均覆盖一排高能探测器321。由于低能探测器321的排数小于高能探测器321的排数，因此高能探测器组件中包括被低能探测器覆盖的高能探测器和未被低能探测器覆盖的高能探测器。
[0063]图4示出图2中探测装置的侧视图。图5示出图2中低能探测器和高能探测器的能量响应曲线。如图4所示，在使用CT系统的过程中，通过利用图2中的探测装置，射线源1发出的X射线有三种穿透探测装置的方式：X射线直接进入低能探测器321并沉积，穿透低能探测器321的X射线再进入被低能探测器覆盖的高能探测器沉积，X射线直接进入未被低能探测器覆盖的高能探测器并沉积。[0064]其中，由于低能探测器321的排数小于高能探测器311的排数，因此高能探测器组件中才包括未被低能探测器覆盖的高能探测器，因此X射线才可以直接沉积在未被低能探测器覆盖的高能探测器。
[0065]由于每排低能探测器321均覆盖一排高能探测器321，因此穿透低能探测器的射线可以沉积在被低能探测器覆盖的高能探测器。[0066]如图5所示，实线代表的是低能探测器的第一能量响应曲线、虚线代表的是被低能探测器覆盖的高能探测器的第二能量响应曲线、点划线代表的是未被低能探测器覆盖的高能探测器的第三能量响应曲线。[0067]参考图4和图5，当X射线沉积在低能探测器后，低能探测器321的第一能量响应在低能段比较显著。
[0068]当X射线直接沉积在未被低能探测器覆盖的高能探测器时，未被低能探测器覆盖的高能探测器的第三能量响应在高能段较显著。
[0069]当X射线穿透低能探测器沉积在被低能探测器覆盖的高能探测器后，被低能探测
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器覆盖的高能探测器具有和第一能量响应不同的第二能量响应，第二能量响应是第一能量响应和第三能量响应的乘积。参见图5，第二能量响应在低能段和高能段之间的中间能段比较显著。
[0070]继续参考图5，对于低能探测器、被低能探测器覆盖的高能探测器以及未被低能探测器覆盖的高能探测器这三类探测器而言，每类探测器中沉积比例最大的光子的能量不同。
[0071]也就是说，低能探测器的第一能量响应的峰值对应的能量、被低能探测器覆盖的高能探测器的第二能量响应的峰值对应的能量、未被低能探测器覆盖的高能探测器的第三能量响应的峰值对应的能量依次增加。[0072]因此，使用本发明实施例提供的探测器装置的CT系统可以获取被检查物体的三能投影数据。相比于双能投影图像，三能投影图像能更准确地描述被扫描材料的衰减系数函数，从而具有更强的材料分辨能力。[0073]在本发明的实施例中，低能探测器组件和高能探测器组件之间未设置其他器件，是为了实现射线源射出的射线可以直接在未被低能探测器覆盖的高能探测器沉积，并实现在被低能探测器覆盖的高能探测器上沉积，从而实现利用两层探测器组件得到三能投影数据，以提高对材料的分辨能力。[0074]作为一个示例，对于两种不同的材料A和材料B，其中材料A的衰减系数函数存在K-edge跳变，而材料B的衰减系数函数不存在K-edge跳变，但整体上与材料A的衰减系数函数相近。其中，K-edge是原子K层电子的结合能。当光子能量超过K-edge时，原子K层电子与光子作用将发生光电效应，原子的衰减系数函数将产生跳变。[0075]由于X射线能谱存在较明显的能量展宽，从双能投影数据重建出的材料A的衰减系数是材料A的衰减系数函数在X射线能谱上的一种平均，即等效衰减系数，它与重建出的材料B的等效衰减系数很接近，即无法从双能投影数据分辨材料A和材料B。[0076]本发明实施例提供的探测装置可以提供三能投影数据，三能投影数据可以给出三个不同能谱下的等效衰减系数，相比于双能等效衰减系数，多出一维数据用来体现K-edge跳变是否存在，从而能区分材料A和材料B，即提高了对材料的分辨能力。[0077]在本发明的实施例中，将低能探测器组件32设置于靠近射线源2的一侧，而未将高能探测器组件31设置于靠近射线源2的一侧，是为了实现射线源发出的射线可以穿透低能探测器组件，从而进入被低能探测器覆盖的高能探测器，进而得到具有第二能量响应的投影数据。
[0078]若将高能探测器组件31设置于靠近射线源2的一侧，而将低能探测器组件32设置于远离射线源2的一侧，则无法获取三能投影数据。一般地，高能探测器的厚度较大，因此射线中的全部光子将在高能探测器中全部沉积。若将高能探测器组件31设置于靠近射线源2的一侧，则会导致被高能探测器覆盖的低能探测器中没有光子射入，从而只能获取双能投影数据。
[0079]高能探测器中的探测晶体一般较厚，因此设置于远离射线源2一侧的高能探测器组件可以完全吸收射线源发射的X射线光子，因此本发明实施例中的探测装置的探测效率高、图像噪声较小且穿透力强。[0080]在本发明的实施例中，被低能探测器覆盖的高能探测器具有第二能量响应，而未
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被低能探测器覆盖的高能探测器具有第三能量响应。为了进一步提高被检查物体的图像质量，以及提高高能探测器组件中具有第三能量响应的投影数据的均匀性和准确性，可对高能探测器组件中的高能探测单元进行标定或校准。[0081]作为一个示例，首先获取未被低能探测器覆盖时，高能探测器中多个高能探测单元分别输出的第一数据；然后将低能探测器覆盖在高能探测器上，以获取被低能探测器覆盖时，高能探测器中的多个高能探测单元分别输出的第二数据，以及和低能探测器中多个低能探测单元分别输出的第三数据。然后，根据多个第一数据、多个第二数据和多个第三数据，建立第一数据与第二数据和第三数据的关系。[0082]作为一个具体示例，以第一数据作为自变量，第二数据和第三数据作为因变量，建立第一数据与第二数据、第三数据之间的关系，从而求取当利用第二数据和第三数据加权求和估计第一数据时，第二数据所对应的权重和第三数据所对应的权重。[0083]对于探测装置中，被低能探测器覆盖的高能探测器中的每个高能探测单元，根据预先标定的第二数据的权重和第三数据的权重，将覆盖高能探测单元的低能探测单元的第三数据和该高能探测单元的第二数据进行加权求和，估计出被低能探测器覆盖的高能探测器中每个高能探测单元，在未被低能探测器覆盖时的估计投影数据。[0084]然后，将被低能探测器覆盖的高能探测器中每个高能探测单元所对应的估计投影数据，与其他未被低能探测器覆盖的高能探测器中的高能探测单元输出的投影数据相结合，从而构成只具有第三能量响应的高能探测器的投影数据，进而给出被检查物体的单能三维重建结果。
[0085]通过提高高能探测器组件中高能探测器输出数据的一致性，可以得到被检查物体的更多数据，提高了数据的均匀性和图像质量，从而进一步提高对材料的分辨率。[0086]图6示出本发明另一实施例提供的探测装置的侧视图。图6中示出的探测装置与图2中所示的探测装置的不同之处在于：
[0087]高能探测器组件中的多排高能探测器沿预定轨迹间隔排布。[0088]其中，对于任意两排高能探测器之间的间距可以相等，也可以不等。可选地，为了保持高能探测器输出的数据在空间上的均匀性和图像质量，可使任意相邻两排高能探测器之间具有相等的间距。
[0089]在本发明的实施例中，若每相邻两排低能探测器之间的间距相等，且每相邻两排高能探测器之间的间距也相等，为了保证高能探测器组件中包括未被低能探测器覆盖的高能探测器，则低能探测器的排间距大于高能探测器的排间距。[0090]在本发明的实施例中，为了保持数据的均匀性和图像质量，任意相邻两排被低能探测器覆盖的高能探测器之间，设置有至少一排未被低能探测器覆盖的高能探测器。[0091]具体地，被低能探测器覆盖的高能探测器，与未被低能探测器覆盖的高能探测器按预定轨迹交替排布，以保证具有第二能量响应的投影数据和具有第三能量响应的投影数据均匀分布，从而提高被检测物体的图像质量，以进一步提高对材料的分辨能力。[0092]本发明实施例还提供一种探测装置，该探测装置包括：[0093]层叠设置的第一层探测器组件、第二层探测器组件、……、第N层探测器组件，N为大于2的整数。[0094]其中，第一层探测器组件包括沿预定轨迹排布的多排第一探测器，第二层探测器
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组件包括沿预定轨迹间隔排布的多排第二探测器，……，第N层探测器组件包括沿预定轨迹间隔排布的多排第N探测器。[0095]第一探测器的能量响应峰值对应的能量、第二探测器的能量响应峰值对应的能量、……、第N探测器的能量响应峰值对应的能量依次减小；[0096]第k+1层探测器组件中探测器的排数小于第k层探测器组件中探测器的排数，k＝1，2，……N-1。[0097]第k+1层探测器组件中的每排探测器均覆盖第k层探测器组件中的一排探测器。[0098]作为一个示例，图7示出当N＝3时探测装置的侧视图。通过设置多层探测器组件，可以获取被检查物体的四能及四能以上的多能投影数据，从而更进一步提高对材料的分辨率。
[0099]根据本发明实施例提供的包括三层及三层以上的探测器组件的探测装置与结合图2至图6的包括两层探测器组件的探测装置相类似，在此将不再赘述。[0100]以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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