多層x射線ct系統(tǒng)的探測器系統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種多層X射線CT系統(tǒng)的探測器系統(tǒng)，具體設(shè)及用于探測器系統(tǒng)的溫 度控制系統(tǒng)及溫度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在X射線CT系統(tǒng)中，X射線被用于對受治療者的局部或?qū)ο蟮膬?nèi)部結(jié)構(gòu)和特性進(jìn) 行成像。所述成像由X射線CT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，利用X射線對內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性成像形成一組薄層 平面切片或者對象的一個區(qū)域的3D圖像。對于醫(yī)學(xué)應(yīng)用來說，成像對象包括人體。
[0003] X射線CT系統(tǒng)通常包括一提供錐形X射線束的X射線源，W及面對X射線源設(shè)置 的緊密排列的一組X射線探測器陣列。X射線源和X射線探測器系統(tǒng)被安裝在一環(huán)形支架 上，使用CT系統(tǒng)成像的病人通常躺在一合適的支撐墊上，被定位在環(huán)形支架內(nèi)，位于X射線 源和探測器系統(tǒng)之間。所述環(huán)形支架和支撐墊可W相對運(yùn)動，使得X射線源和探測器系統(tǒng) 能夠沿病人的軸向被定位在所設(shè)定的位置。
[0004] 環(huán)形支架包括一可稱為定子的固定結(jié)構(gòu)，W及一成為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子 被安裝在定子上并可繞軸向轉(zhuǎn)動。在CT系統(tǒng)中，X射線源和探測器系統(tǒng)被安裝在轉(zhuǎn)子上。 轉(zhuǎn)子相對于軸向的角度位置是可控的，從而X射線源能夠被定位到環(huán)繞病人的所需角度， 即視角。 陽〇化]探測器系統(tǒng)中主要包括有：多枚探測器單元組成的探測器陣列（探測器單元由傳 感器電路板、接收X射線的閃爍晶體，將閃爍晶體輸出光信號轉(zhuǎn)化為電信號的光電二極管 和采集光電二極管輸出電信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，對應(yīng)每一探測器單元設(shè)有一個溫度傳感 器)，多個用于給探測器系統(tǒng)散熱的風(fēng)扇，控制探測器陣列工作的主控電路板和將上述構(gòu)成 部分組裝在一起的機(jī)械腔體。其中每個探測器單元中的接收X射線的閃爍晶體，將閃爍晶 體輸出光信號轉(zhuǎn)化為電信號的光電二極管和采集光電二極管輸出電信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器工 作時對于工作溫度十分敏感，在同樣能量強(qiáng)度的X射線照射但處于不同的工作溫度時，得 到的數(shù)據(jù)的噪聲水平是不同的。當(dāng)探測器陣列中不同的探測器單元的工作溫度差距較大 時，得到的數(shù)據(jù)中不同的噪聲足W影響最后CT系統(tǒng)成像質(zhì)量的偏差。若一個探測器系統(tǒng)不 能將工作溫度控制在處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)(此處所述的穩(wěn)定有時間和空間兩方面的含義， 即任意時刻探測器陣列中的任意兩枚探測器單元的工作溫度差值都在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)， 通常為±TC)，用一束X射線照射在探測器系統(tǒng)上，得到的數(shù)據(jù)的噪聲水平會有十分大的 差別，運(yùn)些差別反應(yīng)在重建圖像上會嚴(yán)重影響圖像的均勻性和一致性，使得重建后的圖像 會產(chǎn)生不同種類的偽影。運(yùn)就需要將探測器系統(tǒng)腔體內(nèi)的探測器陣列中不同的探測器單元 的工作溫度控制在同一范圍內(nèi)，即需要將探測器系統(tǒng)內(nèi)的工作溫度場分布控制在允許的穩(wěn) 定和均勻的范圍內(nèi)（此處所述的穩(wěn)定是指溫度場中各點(diǎn)的溫度值與目標(biāo)溫度值的差值的 最大值在±rcW內(nèi)，均勻是指溫度場中各點(diǎn)的溫度的差值的最大值在±rcW內(nèi)）。
[0006] 中國發(fā)明專利申請CN103713669A公開了一種閉環(huán)實(shí)施的精確控制CT探測器溫度 的裝置，該裝置包括封閉腔體、CT探測器、溫度傳感器、控制器、加熱裝置及其熱源，所述封 閉腔體由具有開口的金屬殼體和覆蓋該開口的碳纖維板構(gòu)成，所述CT探測器、溫度傳感器 置于封閉腔體內(nèi)，所述加熱裝置是設(shè)置在封閉腔體側(cè)面的加熱帶。通過加熱帶對封閉腔體 加熱，使熱量通過空氣傳導(dǎo)和熱福射傳遞到CT探測器和溫度傳感器上，根據(jù)溫度傳感器的 檢測結(jié)果，對封閉腔體加熱量進(jìn)行閉環(huán)控制，從而控制CT探測器的溫度恒定。
[0007] 上述裝置能夠?qū)ぷ鳒囟冗M(jìn)行控制，但是存在下列缺陷：1、溫度傳感器僅對封閉 腔體中的幾個點(diǎn)采集溫度，不能真實(shí)的反映探測器模塊在不同位置的工作溫度；2、需要通 過額外的?？诘碾娐穪磉_(dá)到控制加溫的目的，使成本增加；3、通過控制腔體的溫度來間接 控制探測器的溫度，控制精度不夠高。雖然可W通過增設(shè)風(fēng)扇的方法來使腔體內(nèi)的溫度分 布變得較為均衡，并在需要的時候用W降溫，但是仍然不能克服上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種多層X射線CT系統(tǒng)的探測器系統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)， W保證探測器系統(tǒng)內(nèi)探測器陣列在相對一致的溫度狀態(tài)下，從而保證CT系統(tǒng)重建圖像的 均勻性和一致性；本發(fā)明的另一發(fā)明目的是提供一種通過該系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制方法。
[0009] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種多層X射線CT系統(tǒng)的探測 器系統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)，包括腔體，設(shè)置在腔體內(nèi)的探測器陣列、主控電路板、溫度傳感器 和風(fēng)扇，所述溫度傳感器為分布設(shè)置在探測器陣列上的多個溫度傳感器，所述主控電路板 上的主控單元接收所述溫度傳感器的輸出并控制所述探測器陣列的采樣頻率和風(fēng)扇的工 作模式。
[0010] 上文中，所述主控單元可W采用現(xiàn)場可編程口陣列（FPGA，F(xiàn)ield-Programm油Ie GateArray),實(shí)時采集探測器陣列的各個溫度探測點(diǎn)的溫度，根據(jù)采樣得到的溫度和設(shè)定 的工作溫度的差值來決定采集光電二極管輸出電信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件陣列的采樣頻率(探 測器系統(tǒng)的主要發(fā)熱部件）和探測器系統(tǒng)的風(fēng)扇工作模式(探測器系統(tǒng)的散熱部件)，從而 保證探測器系統(tǒng)內(nèi)探測器陣列工作在相對一致的溫度狀態(tài)下。
[0011] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，構(gòu)成所述探測器陣列的探測器單元主要由傳感器電路板、接 收X射線的閃爍晶體，將閃爍晶體輸出光信號轉(zhuǎn)化為電信號的光電二極管和采集光電二極 管輸出電信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，對應(yīng)每一探測器單元設(shè)有一個溫度傳感器。
[0012] 構(gòu)成所述探測器陣列的探測器單元的具體數(shù)量可W根據(jù)實(shí)際需求任意配置。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述接收X射線的閃爍晶體和將閃爍晶體輸出光信號轉(zhuǎn)化為電 信號的光電二極管經(jīng)金屬接插件與傳感器電路板連接并貼附在傳感器電路板的表面。
[0014] 優(yōu)選的技術(shù)方案，所述溫度傳感器為熱敏電阻，所述熱敏電阻設(shè)置在。在傳感器電 路板上，其在傳感器電路板上的位置處于與所述接收X射線的閃爍晶體相對的另一面上。
[0015] 所述熱敏電阻位于傳感器電路板的中屯、位置。
[0016] 有一采集所述熱敏電阻數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述主控電路板上的主控單元控制各 溫度探測點(diǎn)上熱敏電阻與采集所述熱敏電阻數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器間回路的通斷。采用該方案 達(dá)到實(shí)時采集探測器陣列上所有溫度探測點(diǎn)的溫度的目的，由于只需使用一枚用于溫度采 樣的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可W降低探測器系統(tǒng)W及CT整機(jī)的生產(chǎn)成本。
[0017] -種多層X射線CT系統(tǒng)的探測器系統(tǒng)的溫度控制方法，包括下列步驟： (1)在探測器陣列上分布設(shè)置多個溫度傳感器，在探測器系統(tǒng)的腔體內(nèi)分布設(shè)置多個 風(fēng)扇，設(shè)定溫控的目標(biāo)溫度范圍，設(shè)定工作周期； (2) 在每一工作周期內(nèi)，檢測各溫度傳感器的輸出值，取所述多個溫度傳感器的中間值 或平均值與溫控的目標(biāo)溫度范圍的中間值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整探測器陣列的采樣 頻率W增大或減小探測器陣列的發(fā)熱量，同時控制風(fēng)扇的工作模式W增大或減小探測器陣 列的散熱量； (3) 復(fù)重步驟（2)，實(shí)現(xiàn)對探測器系統(tǒng)的溫度控制。
[0018] 上述技術(shù)方案中，在探測器陣列的每個探測器單元上設(shè)置一個溫度傳感器。
[0019] 上述技術(shù)方案中，是將整個腔體內(nèi)的溫度場控制在相對穩(wěn)定和均勻的范圍內(nèi)而非 一固定的目標(biāo)值。在工程實(shí)現(xiàn)上是無法將一個空置量始終保持在一個固定的值。
[0020] 上述技術(shù)方案中，設(shè)定的溫度控制的工作周期最小為1毫秒。從而在高精度下保 證了探測器系統(tǒng)的溫度控制過程是連續(xù)的，從而保證了探測器系統(tǒng)腔體內(nèi)的溫度場能連續(xù) 的工作在一個穩(wěn)定和均勻的范圍內(nèi)。
[0021] 上述技術(shù)方案中，所述探測器陣列中每個探測器單元的接收閃爍晶體的模數(shù)轉(zhuǎn)換 器采樣頻率為大于1000赫茲。之所W設(shè)定運(yùn)個范圍是因?yàn)槌龃朔秶脑O(shè)定將會給所述 模數(shù)轉(zhuǎn)換器引入額外的噪聲。具體來說若采樣頻率下限為0赫茲，此時模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬 部分長時間不工作。當(dāng)溫控系統(tǒng)需要將采樣頻率調(diào)節(jié)至某一大于0赫茲的頻率時，需要一 段穩(wěn)定的時間用來消除模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬部分長時間不工作所積累的噪聲，大大降低溫控 系統(tǒng)工作的連續(xù)性。
[0022] 上述技術(shù)方案中，所述風(fēng)扇的工作模式包括風(fēng)扇全關(guān)、開啟其中一個或多個風(fēng)扇， 開啟一個或多個風(fēng)扇時指定開啟風(fēng)扇的所在位置W使系統(tǒng)均衡散熱。
[0023] 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明在探測器陣列上廣泛均勻地設(shè)置了溫度傳感器，使檢測溫度能夠準(zhǔn)確反應(yīng)每 個探測器單元工作溫度，從而準(zhǔn)確的反應(yīng)探測器腔體內(nèi)的溫度場的分布水平。保證了探測 器系統(tǒng)內(nèi)探測器陣列每個探測器單元工作在允許的溫度范圍內(nèi)。
[0024] 2、本發(fā)明通過對探測器系統(tǒng)自身的采樣頻率的調(diào)節(jié)控制整個探測器系統(tǒng)的發(fā)熱 量，而不需要額外引進(jìn)專用的加熱系統(tǒng)，從而降低了探測器系統(tǒng)W及CT整機(jī)的生產(chǎn)成本。
[0025] 3、本發(fā)明將探測器單元作為一個整體，將接收X射線的閃爍晶體和將閃爍晶體輸 出光信號轉(zhuǎn)化為電信號的光電二極管經(jīng)金屬接插件與傳感器電路板連接并貼附在傳感器 電路板的表面，采集光電二極管輸出的模數(shù)傳感器和溫度傳感器貼附于傳感器電路板的另 一面；而非將閃爍晶體、光電二極管和溫度傳感器直接集成在一起。將閃爍晶體光電二極管 和溫度傳感器直接集成工藝十分復(fù)雜，本發(fā)明降低了生產(chǎn)成本。同時由于光電二極管中通 過的電信號極其微小，而溫度傳感器中通過的電信號比閃爍晶體中通過的電信號大很多， 將兩者直接集成必然引入新的噪聲。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中X射線CT系統(tǒng)的探測器系統(tǒng)的溫控系統(tǒng)概要圖。
[0027] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中單枚探測器單元組織形式的俯視圖。
[002引圖3是本發(fā)明實(shí)施例中單枚探測器單元組織形式的截面圖。
[0029] 圖4是本發(fā)明一種實(shí)施例中多枚探測器單元組成的探測器陣列的組織形式圖。
[0030] 圖5是本發(fā)明另一種實(shí)施例中多枚探測器單元組成的探測器陣列的組織形式圖。
[0031] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中探測器陣列上分布的熱敏電阻RTD的溫度采集控制示意 圖。
[0032] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例中X射線CT系統(tǒng)的探測器系統(tǒng)的溫控系統(tǒng)溫度控制流程說 明圖。
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