X射线探测装置、锥形束CT系统及其成像方法

摘要

本发明涉及一种X射线探测装置、锥形束CT系统及其成像方法。上述X射线探测装置包括：X射线发生器以及多个X射线探测器；各个X射线探测器以可移动的方式设置在探测器承载装置的同一侧上，与探测器承载装置平行设置，所述X射线探测器在探测器承载装置上平放组合形成投影数据采集面积扩大的X射线探测器；各个X射线探测器分别与CT重建模块连接，分别将采集的投影数据发送至CT重建模块，所述CT重建模块将各个X射线探测器采集的投影数据进行拼接并重建CT图像。通过对各个X射线探测器进行移动组合，并利用组合后的探测器采集的投影数据进行图像重建，实现了利用小尺寸的探测器进行大视野成像，且在扩大成像视野的同时得到了高分辨率的CT图像。

说明书

技术领域

本发明涉及CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)成像技术领域，特别是涉及一种X射线探测装置、锥形束CT系统及其成像方法。

背景技术

随着CT成像技术的发展，各种CT设备不断更新，CT设备中的探测器也是研究重点之一。然而，受到加工工艺以及成本等原因的限制，通常情况下，尺寸越大的探测器，其分辨率就越差，从而导致被检测物体的CT图像的空间分辨率下降，细节变得模糊，严重影响CT图像质量。而对于小尺寸探测器，虽然探测器分辨率很高，但是受到尺寸限制，采集的投影数据有限，导致重建出的CT图像只能反映部分物体断层信息，无法利用小尺寸的探测器进行大视野高分辨率的成像。

例如，锥形束CT系统采用平板探测器和锥形X射线束，围绕被扫描对象进行多个角度的曝光，从而得到诸多二维投影数据，对这些投影数据进行CT图像重建，得到被检测物体的三维图像数据。传统的多探测器的锥形束CT系统，一般是通过分别安装小尺寸的高分辨率探测器和大尺寸的低分辨率探测器，根据需要切换选择其中一块探测器进行成像，只能分别得到高分辨率小面积视野成像，或者低分辨率大面积视野成像，无法在扩大成像视野情况下得到高分辨率的CT图像。

发明内容

基于此，有必要针对无法利用小尺寸的探测器进行大视野高分辨率的成像的问题，提供一种X射线探测装置。

一种X射线探测装置，包括：X射线发生器以及多个X射线探测器；

所述X射线探测器的射线接收侧与X射线发生器的射线出口相对；

各个所述X射线探测器以可移动的方式设置在探测器承载装置的同一侧上，与探测器承载装置平行设置，所述X射线探测器在探测器承载装置上平放组合形成投影数据采集面积扩大的X射线探测器；

各个所述X射线探测器分别与CT重建模块连接，分别将采集的投影数据发送至CT重建模块，所述CT重建模块将各个X射线探测器采集的投影数据进行拼接并重建CT图像。

上述X射线探测器，可以根据预设的成像视野的需求对探测器承载装置上的X射线探测器进行相应的移动组合，从而在不降低分辨率的情况下，根据成像视野的需求在相应的方向上增加投影数据的采集面积，使得重建后的CT图像既具有高分辨率又满足扩大视野的需求。

另外，还针对无法在大成像视野情况下得到高分辨率的CT图像的问题，提供一种锥形束CT系统及其成像方法。

一种锥形束CT系统，包括：扫描支架、载物台、CT重建模块以及上述的X射线探测装置；

所述扫描支架用于支撑所述X射线探测装置；所述载物台设置在所述X射线探测装置的X射线发生器以及X射线探测器之间，用于承载被检测物体；所述CT重建模块与各个X射线探测器连接，将各个X射线探测器以不同平放组合方式采集的投影数据进行拼接，并根据拼接后的投影数据重建CT图像。

一种锥形束CT的成像方法，基于上述的锥形束CT系统实现，该成像方法包括以下步骤：

根据预设的成像视野的需求对探测器承载装置上的各个平板探测器进行移动组合；

利用组合后的X射线探测器获取X射线经过被检测物体后的投影数据；

将所述投影数据发送至CT图像重建模块，在CT图像重建模块中，利用解析重建算法或者迭代重建算法对所述投影数据进行重建，获取符合预设成像视野要求的CT重建图像。

上述锥形束CT的系统及其成像方法，根据不同的成像视野需求，通过对探测器承载装置上的多个X射线探测器进行相应的移动组合，并利用组合后的探测器采集的投影数据进行CT图像重建，可以获得成像视野扩大且分辨率与单个尺寸X射线探测器所能达到的分辨率相当的CT图像，从而实现了在大成像视野情况下得到高分辨率的CT图像。

附图说明

图1为一个实施例的X射线探测装置的结构示意图；

图2为一个实施例的平板探测器在探测器承载装置上平放组合的示意图；

图3为另一个实施例的平板探测器在探测器承载装置上平放组合的示意图；

图4为又一个实施例的平板探测器在探测器承载装置上平放组合的示意图；

图5为再一个实施例的平板探测器在探测器承载装置上平放组合的示意图；

图6示出了一个实施例的X射线遮挡板的射线开口位置的示意图；

图7示出了另一个实施例的X射线遮挡板的射线开口位置的示意图；

图8示出了又一个实施例的X射线遮挡板的射线开口位置的示意图；

图9示出了再一个实施例的X射线遮挡板的射线开口位置的示意图；

图10示出了一个实施例的锥形束CT的成像方法的流程图；

图11示出了一个应用实例的口腔颌面锥形束CT系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。

本发明的X射线探测装置，可以应用在立式CT扫描系统、卧式CT扫描系统、基于旋转台的CT扫描系统等多种形式的CT系统中。

参考图1，图1示出了一个实施例的X射线探测装置的结构示意图，主要包括：X射线发生器100以及多个X射线探测器201；所述X射线探测器201的射线接收侧与X射线发生器100的射线出口相对；各个所述X射线探测器201以可移动的方式设置在探测器承载装置200的同一侧上，与探测器承载装置平行设置，所述X射线探测器201在探测器承载装置200上平放组合形成投影数据采集面积扩大的X射线探测器；各个所述X射线探测器201分别与CT重建模块连接，分别将采集的投影数据发送至CT重建模块，所述CT重建模块将各个X射线探测器采集的投影数据进行拼接并重建CT图像。

其中，所述X探测器可以是基于薄膜晶体管的平板探测器、基于电荷耦合器件的平板探测器或其他适用于CT系统的平板探测器等；所述X射线探测器的数目至少为两个，形状可以为矩形，例如，可以如图2至图5所示，选择两块正方形的平板探测器，在实际应用中，也可以根据探测器的种类调整选用的探测器的数量，或根据需要达到的视野要求选择长方形的探测器。

具体地，各个X射线探测器以可移动的方式设置在探测器承载装置的同一侧上，各个X射线探测器的射线接收侧与探测器承载装置平行设置，且各个X射线探测器的射线接收侧处在同一平面内。

当成像视野的需求发生变化时，各个X射线探测器可以在探测器承载装置上通过移动进行相应的平放组合，平放组合后的各个X射线探测器的射线接收侧仍处在同一平面内，从而形成投影数据采集面积扩大的X射线探测器；其中，各个X射线探测器的移动方式不限，可以是平移或者旋转，只要能将各个X射线探测器移动到与组合方式相对应的位置上即可；驱动各个X射线探测器移动的方式可以是手动驱动，也可以通过控制器控制驱动装置从而推动X射线探测器进行移动。

各个所述X射线探测器分别与CT重建模块连接，分别将采集的投影数据发送至CT重建模块，CT重建模块将各个X射线探测器采集的投影数据进行拼接并重建CT图像；其中，可以采用解析重建算法或者迭代重建算法进行CT图像的重建。通过对各个X射线探测器采集的投影数据进行合并，并利用合并后的投影数据重建CT图像，可以获得具有大成像视野且分辨率与该单个平板探测器所能达到分辨率相当的高分辨率CT图像；其中，所述大成像视野是相对利用单个平板探测器进行投影数据采集并重建后获得的图像视野而言，所述高分辨率是相对于传统技术采用的能获得相同大小成像视野的大尺寸平板探测器的分辨率而言。

上述X射线探测器，可以根据预设的成像视野的需求对探测器承载装置上的X射线探测器进行相应的移动组合，从而在不降低分辨率的情况下，根据成像视野的需求在相应的方向上增加投影数据的采集面积，使得重建后的CT图像既具有高分辨率又满足扩大视野的需求。

在一个实施例中，所述探测器承载装置上设置两块尺寸相同的平板探测器；所述探测器承载装置的竖直高度不小于两块平板探测器沿竖直方向平放组合后的竖直高度，所述探测器承载装置的水平宽度不小于两块平板探测器沿水平方向平放组合后的水平宽度，所述探测器承载装置的面积至少为所述平板探测器面积的四倍。

在上述实施例中，两块尺寸相同的平板探测器可以是高分辨率的小尺寸平板探测器，其中，所说小尺寸是相对于探测器承载装置的面积而言，由于探测器承载装置的尺寸不小于两块探测器组合所能达到的最大水平宽度和竖直高度，所以两块探测器可以在上述探测器在探测器承载装置的平面上进行各个方向的灵活移动以及各种形式的自由组合。

在一个实施例中，如图2，图2示出了一个实施例的平板探测器在探测器承载装置上平放组合的示意图，两个平板探测器201a-201b可以在探测器承载装置200上沿水平方向相邻平放组合，组合后的平板探测器竖直高度不变，水平宽度拼接为单个平板探测器201a-201b水平宽度的两倍。通过将两个平板探测器201a-201b沿水平方向边与边对齐且相邻地平放组合在一起，并以该平放组合方式采集投影数据并进行图像重建，可以获得水平方向成像视野扩大的CT图像。

在一个实施例中，如图3，图3示出了另一个实施例的平板探测器在探测器承载装置上平放组合的示意图，两个平板探测器201a-201b可以在探测器承载装置200上沿竖直方向相邻平放组合，组合后的平板探测器水平宽度不变，竖直高度拼接为单个平板探测器201a-201b竖直高度的两倍。通过将两个平板探测器201a-201b沿竖直方向边与边对齐且相邻地平放组合在一起，并以该平放组合方式采集投影数据并进行图像重建，可以获得竖直方向成像视野扩大的CT图像。

在一个实施例中，如图4，图4示出了又一个实施例的平板探测器在探测器承载装置上平放组合的示意图，两个平板探测器201a-201b在探测器承载装置200上沿探测器承载装置200的第一对角线相邻平放组合，各个平板探测器201a-201b的对角线在一条直线上，且与探测器承载装置200的第一对角线平行。

在一个实施例中，如图5，图5示出了再一个实施例的平板探测器在探测器承载装置上平放组合的示意图，两个平板探测器201a-201b在探测器承载装置200上沿探测器承载装置200的第二对角线相邻平放组合，两个平板探测器201a-201b的对角线在一条直线上，且与所述探测器承载装置的第二对角线平行。

具体地，两个平板探测器201a-201b沿探测器承载装置200的第一对角线平放组合，是指一个平板探测器201a放置于探测器承载装置的第一象限内，另一个平板探测器201b放置于探测器承载装置的第四象限内，两个平板探测器201a-201b的顶角相对，对角线在同一条直线上且与探测器承载装置200的对角线平行；两个平板探测器201a-201b沿探测器承载装置200的第二对角线平放组合，是指一个平板探测器201a放置于探测器承载装置200的第二象限内，另一个平板探测器201b放置于探测器承载装置200的第三象限内，两平板探测器201a-201b的顶角相对，对角线在同一条直线上且与探测器承载装置200的对角线平行。

通过将两个平板探测器沿探测器承载装置的第一对角线或第二对角线进行平放组合，并用该平放组合方式采集的投影数据重建CT图像，可以获得竖直方向及水平方向成像视野均扩大的CT图像。

传统的技术若需要获得相同成像视野且高分辨率的CT图像，需要采用一块面积至少为所述平板探测器面积四倍的高分辨率平板探测器，并在探测器承载装置的四个象限内都必须具有探测阵列进行投影数据的采集，本发明的一个实施例利用两个小尺寸高分辨率平板探测器沿探测器承载装置的第一对角线或第二对角线进行平放组合，两块小尺寸平板探测器以其中任一种平放组合方式采集投影数据并进行重建后，均可以获得成像视野与四倍面积平板探测器所获得的图像的成像视野相同的高分辨率CT图像，降低了加工成本，弥补了大尺寸高分辨率探测器加工困难的不足，实现了在低成本的条件下，利用小尺寸的探测器获得大视野高分辨率的CT重建图像。

在一个实施例中，还可以在X射线发生器的射线出口前端设置X射线遮挡板，X射线遮挡板上开设射线开口，射线开口的位置与探测器承载装置上的各个X射线探测器的位置相对应；其中，X射线遮挡板可以采用铅等能屏蔽X射线的材料。

通过在与X射线探测器相对的位置上开设射线开口，对未能到达X射线探测器的X射线进行屏蔽，可以减少对被检测物体的辐射剂量，避免不必要的辐射伤害。

在一个实施例中，参考图6，图6示出了一个实施例的X射线遮挡板的射线开口位置的示意图，若两个平板探测器在探测器承载装置上沿水平方向相邻平放组合，X射线遮挡板400沿水平方向开设第一射线开口401，第一射线开口的形状与两平板探测器沿水平方向相邻平放组合后的形状相似，射线开口大小与平放组合后的探测器尺寸的比例可以根据射线源焦点位置，射线源到射线开口的距离、平板探测器尺寸或射线源焦点到平板探测器平面的距离等几何参数进行设置；通过第一射线开口到达平板探测器上的X射线的水平照射宽度至少为单个平板探测器水平宽度的两倍，竖直照射高度至少为单个平板探测器的竖直高度。

在一个实施例中，参考图7，图7示出了另一个实施例的X射线遮挡板的射线开口位置的示意图，若两个平板探测器在探测器承载装置上沿竖直方向相邻平放组合，X射线遮挡板400沿竖直方向开设第二射线开口402，第一射线开口的形状与两平板探测器沿竖直方向相邻平放组合后的形状相似；通过第二射线开口到达平板探测器上的X射线的竖直照射高度至少为单个平板探测器竖直高度的两倍，水平照射宽度至少为单个平板探测器的水平宽度。

在一个实施例中，参考图8，图8示出了又一个实施例的X射线遮挡板的射线开口位置的示意图，若两平板探测器在探测器承载装置上沿探测器承载装置的第一对角线相邻平放组合，则X射线遮挡板400在与两平板探测器相对应的第一象限开设第三射线开口403以及第四象限开设第四射线开口404；第三射线开口、第四射线开口的形状与单个板探测器的形状相似；通过第三、第四射线开口的X射线至少可以覆盖设置在探测器承载装置第一象限以及第四象限的平板探测器。

在一个实施例中，参考图9，图9示出了再一个实施例的X射线遮挡板的射线开口位置的示意图，若两平板探测器在探测器承载装置上沿探测器承载装置的第二对角线相邻平放组合，则X射线遮挡板400在与两平板探测器相对应的第二象限开设第五射线开口405以及第三象限开设第六射线开口406；第五射线开口、第六射线开口的形状与单个板探测器的形状相似；通过第五、第六射线开口的X射线至少可以覆盖设置在探测器承载装置第二象限以及第三象限的平板探测器。

此外，本发明还提供一种锥形束CT系统，下面结合附图对本发明的锥形束CT系统进行详细阐述。

在一个实施例中，参考图1所示，锥形束CT系统主要包括：扫描支架301、载物台500、CT重建模块700以及上述任一实施例所述的X射线探测装置；所述扫描支架301用于支撑所述X射线探测装置；所述载物台500设置在所述X射线探测装置的X射线发生器100以及X射线探测器201之间，用于承载被检测物体；所述CT重建模块700连接X射线探测器201，用于根据X射线探测器201采集的被检测物体的投影数据进行CT图像重建。

其中，所述扫描支架可以是立式，载物台为座椅或颌托，扫描支架也可以是卧式，载物台为扫描床；扫描支架可以为旋转式，扫描时由扫描支架的旋转部分带动X射线发生器、探测器承载装置以及其上的X射线探测器围绕被检测物体旋转，从而采集投影数据；扫描支架也可以是固定式，扫描时由载物台携带被检测物体旋转从而进行投影数据的采集。

CT重建模块可以是位于扫描支架之外的电脑，通过线缆进行连接，也可以是安装在扫描支架上的工控机。进一步地，所述CT重建模块还可以对CT图像重建后的图像进行三维可视化处理。

进一步地，还可以包括：控制装置，所述控制装置用于根据预设的成像视野的需求，控制各个X射线探测器在探测器承载装置所在的平面上沿竖直方向平放组合、水平方向平放组合或对角线方向平放组合。

具体地，控制装置接收相应的扩大成像视野的指令，根据指令驱动电机，电机推动探测器承载装置上的X射线探测器进行移动并进行相应地组合。

进一步地，控制装置还可以控制X射线探测器的开关，从而控制处在进行X射线探测工作状态中的X射线探测器的个数。通过控制处在工作状态中的X射线探测器的个数，可以选择采用一个探测器进行采集或利用多个探测器进行组合采集等多种不同的采集方式，利用一台CT设备就可以获得多种大小不同的成像视野的CT图像，提高了设备的利用率。

进一步地，所述控制装置还可以控制X射线发生器发射或停止发射X射线、控制探测器承载装置位置的调整，控制扫描支架的旋转或升降等。

上述锥形束CT的系统，通过对探测器承载装置上的多个X射线探测器进行相应的移动组合，并利用组合后的探测器采集的投影数据进行CT图像重建，可以获得成像视野扩大且分辨率与单个尺寸X射线探测器所能达到的分辨率相当的CT图像，从而实现了在大成像视野情况下得到高分辨率的CT图像。

此外，本发明还提供一种锥形束CT的成像方法，该锥形束CT的成像方法是基于上述任一实施例所述的锥形束CT系统的基础上实现；参考图10，图10示出了一个实施例的锥形束CT的成像方法的流程图，主要包括以下步骤：

步骤S10：根据预设的成像视野的需求对探测器承载装置上的各个平板探测器进行移动组合。

具体地，重建图像不同方向上视野的扩大对应着探测器承载装置上各个平板探测器不同的平放组合方式，根据需求通过平移或旋转等方式将各个平板探测器移动到对应的位置上。

步骤S20：利用组合后的X射线探测器获取X射线经过被检测物体后的投影数据。

具体地，组合后的X射线探测器扩大了投影数据采集的面积，扫描时X射线探测器以组合后的方式围绕被检测物体同时进行投影数据的采集。

步骤S30：将所述投影数据发送至CT图像重建模块，在CT图像重建模块中，利用解析重建算法或者迭代重建算法对所述投影数据进行重建，获取符合预设成像视野要求的CT重建图像。

在一个实施例中，所述根据预设的成像视野的需求对探测器承载装置上的各个平板探测器进行移动组合的步骤包括：

当设置扩大被检测物体竖直方向的成像视野时，将探测器承载装置上的X射线探测器在探测器承载装置上沿竖直方向进行平放组合；

当设置扩大被检测物体水平方向的成像视野时，将探测器承载装置上的X射线探测器在探测器承载装置上沿水平方向进行平放组合；

当设置同时扩大被检测物体的竖直和水平方向的成像视野时，将探测器承载装置上的X射线探测器在探测器承载装置上沿第一对角线方向或第二对角线方向进行平放组合。

上述锥形束CT的成像方法，通过对探测器承载装置上的多个X射线探测器进行相应的移动组合，并利用组合后的探测器采集的投影数据进行CT图像重建，可以获得成像视野扩大且分辨率与单个尺寸X射线探测器所能达到的分辨率相当的CT图像，从而实现了在大成像视野情况下得到高分辨率的CT图像。

下面，结合本发明在口腔颌面锥形束CT系统中应用的应用实例，对本发明进行更详细的阐述。

参考图11，图11示出了本发明一个应用实例的口腔颌面锥形束CT系统的结构示意图，主要包括：骨架300、设置在骨架上的可旋转的扫描支架301、设置在扫描支架301一端的X射线发生器100以及设置在X射线发生器100前端的X射线遮挡板400，设置在扫描支架另一端的探测器承载装置200以及以可移动的方式设置在探测器承载装置上的多个平板探测器201，扫描支架301以旋转轴302为中心围绕被检测物体旋转；该系统还包括设置在骨架300上的载物台500和控制装置600，以及用线缆连接的计算机700，用于对采集的投影数据进行图像重建及三维可视化处理。

所述探测器承载装置上设置两个可移动的小尺寸高分辨率平板探测器，从锥形束X射线发生器的方向看向探测器承载装置，如果需要得到物体更宽的信息，则如图2所示，两个平板探测器沿水平方向相邻平放组合；如果需要得到物体更高的信息，则如图3所示，两个平板探测器沿竖直方向相邻平放组合；如果需要同时得到物体更宽更高的信息，则如图4或图5所示，两个平板探测器沿第一对角线或第二对角线的方向相邻平放组合。

相应地，若两个平板探测器沿水平方向相邻平放组合，X射线遮挡板在如图6所示的位置上开设射线开口；若两个平板探测器沿竖直方向相邻平放组合，X射线遮挡板在如图7所示的位置上开设射线开口；若两个平板探测器沿第一对角线方向平放组合，X射线遮挡板在如图8所示的位置上开设射线开口；若两个平板探测器沿第二对角线方向平放组合，X射线遮挡板在如图9所示的位置上开设射线开口，X射线遮挡板对不能到达探测器的射线进行了阻挡，从而降低了对被检测物体的辐射剂量。

控制装置可以通过控制驱动电机从而带动探测器承载装置靠近或者远离扫描支架的旋转轴运动，或在平板探测器所在的平面内沿水平或竖直方向运动；控制装置还可以控制平板探测器采集或停止采集工作、控制扫描支架旋转或移动等。

上述口腔颌面锥形束CT系统，根据不同的成像视野需求，通过对探测器承载装置上的多个X射线探测器进行相应的移动组合，并利用组合后的探测器采集的投影数据进行CT图像重建，可以获得成像视野扩大且分辨率与单个尺寸X射线探测器所能达到的分辨率相当的CT图像，从而实现了在大成像视野情况下得到高分辨率的CT图像。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。