CT探测器模块的宽温度校正方法及采用其的CT与流程

ct探测器模块的宽温度校正方法及采用其的ct
技术领域
1.本发明属于计算机断层扫描技术领域，尤其涉及一种ct探测器模块的宽温度校正方法及采用其的ct。


背景技术：

2.ct探测器系统主要由准直器、探测器模块、数据采集模块、控制板、风扇及用于封装、固定这些部件的机械结构等组成。每个探测器模块对应一个数据采集模块。数据采集模块上焊接有各种芯片，探测器系统工作时，这些芯片会产生大量的热，从而使探测器内部温度不断升高。
3.对于探测器模块内的光电二极管而言，其内部的载流子主要靠热运动激发，其能量分布遵从玻尔兹曼分布，温度升高会导致载流子浓度增加。温度增加几度，载流子浓度会增加几十倍。为了防止因温度变化而导致探测器各模块的灵敏度发生不同步的变化，一般采用将ct整机置于一个恒温的环境中，或者调整数据采集模块上高功耗芯片(ad芯片、fpga芯片)的位置，让其能够直接受到后置的风扇产生的强气流吹风，提高散热效率的方式来保证ct整机的温度变化不大。
4.但前者需要额外的加热装置，导致系统功耗增加，功率加大，结构复杂，不利于成像系统和ct整机的小型化。后者虽然有利于成像系统的小型化，但是由于各探测器模块在探测器系统的位置不一样，在环境温度发生剧烈变化的环境下使用时依然会出现探测器模块的温度变化不同步的现象，从而导致环状伪影。现有技术存在不足。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种ct探测器模块的宽温度校正方法，旨在建立不同温度下各探测器灵敏度的校正表，通过校正避免宽温度环境中成像时的断层图像的环状伪影问题。
6.一方面，本发明提供了一种ct探测器模块的宽温度校正方法，所述方法包括下述步骤：
7.f1.采集ct中各个探测器模块在不同温度下的输出信号强度，计算对应的温度—灵敏度校正系数，建立温度—灵敏度校正表；
8.f2.在实际环境中基于所述温度—灵敏度校正表，校正各个所述探测器模块的投影数据。
9.进一步的，所述步骤f1包括以下步骤：
10.s1.ct关机，将ct处于预设温度的环境中，对各个所述探测器模块的对应温度传感器进行校准；
11.s2.ct开机，记录曝光前各个所述探测器模块的暗电流；进行空气曝光；记录x射线源管电流、各个所述探测器模块的输出信号强度，以及曝光时对应的环境温度；
12.s3.升高环境温度，继续空气曝光；记录各个所述探测器模块在不同温度下的输出
信号强度和暗电流，以及对应的x射线源管电流；
13.s4.完成工作温度范围的数据采集后，对数据进行建表处理，建立温度—灵敏度校正表。
14.进一步的，所述步骤f2包括以下步骤：
15.t1.采集各个所述探测器模块的实际环境温度来计算平均环境温度；
16.t2.以所述平均环境温度作为所述基准温度对所述温度—灵敏度校正表进行变换；
17.t3.以变换后的温度—灵敏度校正表校正各个所述探测器模块在实际环境温度时的投影数据。
18.另一方面，本发明还提供一种工作在宽环境温度范围的ct，包括转盘和分别固定在所述转盘两端对应设置的x射线源和探测系统，采用如上述任一项所述的ct探测器模块的宽温度校正方法。
19.进一步的，所述探测系统包括多个探测器模块；多个所述探测器模块呈圆弧状排列，圆弧的圆心为所述x射线源的焦点；
20.所述探测器模块在x射线的方向上依次设置有闪烁体、光电二极管、基板和接插件；所述基板在面对所述x射线源的一面上设置有温度传感器。
21.进一步的，所述温度传感器的工作温度范围为-50摄氏度到100摄氏度，精度大于0.5摄氏度。
22.本发明提供一种温度—灵敏度校正表建立方案并具体应用在ct的投影数据校正中。首先在硬件上通过在每个探测器模块上增加对应的温度传感器，实现了在不同环境温度下均可以准确检测到每个探测器模块的实际工作温度，进而基于探测器模块的输出在温度与灵敏度的关系上建立校正表。最终在实际成像过程中基于该校正表对每个探测器模块的投影数据进行分别校正，使在较宽温度环境中使用ct时，其中所有的探测器模块都能输出基于一个标准温度的投影数据，有效的消除断层图像的环状伪影，增强成像系统适应环境的能力。
附图说明
23.图1是本发明实施例一提供的ct探测器模块的宽温度校正方法的实现流程图；
24.图2是本发明实施例一提供的ct探测器模块的宽温度校正方法中构建校正表的实现流程图；
25.图3是本发明实施例一提供的ct探测器模块的宽温度校正方法中应用校正表的实现流程图；
26.图4是本发明实施例二提供的ct的探测器模块结构示意图。
具体实施方式
27.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说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
29.实施例一：
30.图1示出了本发明实施例一提供的ct探测器模块的宽温度校正方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
31.本发明提供了一种ct探测器模块的宽温度校正方法，所述方法包括下述步骤：
32.f1.采集ct中各个探测器模块在不同温度下的输出信号强度，计算对应的温度—灵敏度校正系数，建立温度—灵敏度校正表；
33.f2.在实际环境中基于温度—灵敏度校正表，校正各个探测器模块的投影数据。
34.如图2所示，步骤f1包括以下步骤：
35.s1.ct关机，将ct处于预设温度的环境中，对各个探测器模块的对应温度传感器进行校准；
36.s2.ct开机，记录曝光前各个探测器模块的暗电流；进行空气曝光；记录x射线源管电流、各个探测器模块的输出信号强度，以及曝光时对应的环境温度；
37.s3.升高环境温度，继续空气曝光；记录各个探测器模块在不同温度下的输出信号强度和暗电流，以及对应的x射线源管电流；
38.s4.完成工作温度范围的数据采集后，对数据进行建表处理，建立温度—灵敏度校正表。
39.进一步的，步骤s4包括以下步骤：
40.s41.扣除各个探测器模块的输出信号强度在不同预设温度下的暗电流，得到净信号强度：
41.d
k,n
＝d
k,n-b
k,n
；
42.其中，d为净信号强度，d为输出信号强度，b为暗电流，k为预设温度，n为探测器模块编号；
43.s42.对各预设温度下的x射线源管电流进行归一化校正，获取管电流的校正系数：
[0044][0045]
其中，a为管电流的校正系数；i为管电流；k为预设温度；i1为标准电流；
[0046]
s43.利用管电流的校正系数对各温度下各探测器模块的净信号强度进行归一化校正，消除管电流涨落对探测器灵敏度的影响：
[0047][0048]
其中，ak为温度为k时的管电流的校正系数，c为管电流归一到标准电流时探测器输出的信号强度，c
k,n
为净信号强度在预设温度k时曝光时第n个探测器模块的信号强度；
[0049]
s44.在多个预设温度中选择一个预设温度作为基准温度，对各探测器模块在各个预设温度时的灵敏度进行归一化处理，构建温度—灵敏度校正表。
[0050]
进一步的，步骤s44中归一化处理为：
[0051][0052]
其中，kb为从预设温度中选定的基准温度，f为探测器模块的温度—灵敏度校正系数。通过基于一个基准温度构成的比值，不同温度的校正系数构建的温度—灵敏度校正系数表可以方便的进行基准温度变换(即当需要调整新的温度作为基准温度时，表中所有校
正系数同时除以该温度对应的系数即可完成变换。也即，新的基准温度对应的校正系数为1。)进而应用在宽温度范围的实际温度环境中。
[0053]
在优选的实施例中，在执行步骤f1时，当探测器模块处于适当的低温环境而不产生暗电流的情况下，步骤s4构建温度—灵敏度校正表时采用输出信号强度与管电流归一到标准电流时探测器输出的信号强度的比值作为探测器模块的温度—灵敏度校正系数。
[0054]
具体为：如此，可以有效提高温度—灵敏度校正表的构建速度。
[0055]
进一步的，步骤s3中温度升高的步进间隔为1摄氏度。
[0056]
如图3所示，步骤f2包括以下步骤：
[0057]
t1.采集各个探测器模块的实际环境温度来计算平均环境温度；
[0058]
t2.以平均环境温度作为基准温度对温度—灵敏度校正表进行变换；
[0059]
t3.以变换后的温度—灵敏度校正表校正各个探测器模块在实际环境温度时的投影数据。
[0060]
进一步的，步骤t3包括以下步骤：
[0061]
t31.计算各个探测器模块在实际环境温度下输出的净信号强度；
[0062]
t32.基于变换后的温度—灵敏度校正表校，将实际环境温度下输出的净信号强度乘以平均温度时校正系数与实际环境温度时校正系数的比值，得到对应探测器模块进行温度效应校正后的投影数据：
[0063][0064]
其中，f
kb,n
为以平均环境温度作为基准温度变换后温度—灵敏度校正表中温度是基准温度的校正系数；
[0065]fkt,n
为探测器模块n的实测温度t在变换后温度—灵敏度校正表中的校正系数；
[0066]dkt,n
为探测器模块n在实测温度t时输出的净信号强度；
[0067]en
为进行温度效应校正后的投影数据。
[0068]
在优选的实施例中，ct工作的环境温度中，各个探测器模块的平均温度正好与构建温度—灵敏度校正表的基准温度相同时，可以跳过该校正表的变换步骤直接使用来校正各个探测器模块的投影数据。使得同一ct中各个探测器模块的输出统一在一个温度下，避免环状伪影。
[0069]
以下表格为在具体实施时，以25摄氏度作为基准温度建立的温度—灵敏度校正表。具体表格为：
[0070] 模块1模块2
……
模块n温度1f
1,1f1,2 f
1,n
温度2f
2,1f2,2 f
2,n
……ꢀꢀꢀꢀ
25摄氏度1111
……ꢀꢀꢀꢀ
温度kf
k,1fk,2 f
k,n
[0071]
步骤s3中温度升高的步进间隔为1摄氏度，则上述表格中为ct中所有的探测器模
块(1、2
…
n)以温度1为起点以1摄氏度为步进一直到温度k，记录对应于基准温度25摄氏度的校正系数。
[0072]
在具体实施时，假设由于环境温度发生了大的变化，ct内部各个探测器模块的温度在短时间内无法达到一致。比如，模块1的温度是22摄氏度，输出的净信号强度为d
22℃，1
，模块2的温度是24摄氏度，输出的净信号强度为d
24℃，2
，
……
模块n的温度是28摄氏度，输出的净信号强度为d
28℃，n
等等。
[0073]
鉴于所有探测器模块的工作温度均在25摄氏度附近分布，于是采用将25摄氏度作为基准温度的温度—灵敏度校正表对各个探测器模块的输出进行校正。此处，也可以计算所有探测器模块的平均温度来得到基准温度。
[0074]
具体为，根据公式：
[0075][0076]
对各个探测器模块的净信号强度进行校正得到统一温度标准的投影数据：
[0077]
模块1：
[0078]
模块2：
[0079]
……
[0080]
模块n：最终实现将ct中所有的探测器模块都校正到同一个温度来保证输出数据的统一性，避免断层图像出现环状伪影。
[0081]
该实施例利用管电流的校正系数对各温度下各探测器模块的净信号强度进行归一化校正得到净信号强度的校正系数，再基于净信号强度的校正系数对各探测器模块其它温度的灵敏度进行归一化处理，得到探测器模块的校正系数。确定基准温度即可构建温度—灵敏度校正表。
[0082]
由于校正系数为比值，故可以通过乘法方便的根据实际环境温度中ct各个探测器模块的平均温度变换校正表的基准温度，以及与其对应的其他温度的校正系数。基于该温度—灵敏度校正表可以供实际成像过程中不同环境温度下对采集的投影数据进行校正，有效的消除断层图像的环状伪影，增强成像系统适应环境的能力。
[0083]
当温度变化不可避免的时候，现有技术中的计算机断层成像校正方法一般通过获得探测器第一温度对应的第一空气校正表；在探测器处于第二温度时，进行空气扫描，基于空气扫描和第一空气校正表获得第二空气校正表；使用第二空气校正表对第二温度下获得的图像进行校正。
[0084]
这其中，ct探测器在第二温度时必须处于稳定状态，也就是说，各探测器模块在两次的第二温度状态时，其温度是相同的。对于处于环境温度稳定的ct室内的大型ct而言，这是很容易实现的。但是，对于处于室外复杂多变环境中的移动ct而言，因为在一个新的环境温度中，各个探测器模块所处的温度场是不一样的，通过热传递达到一个稳定的温度分布需要很长的时间，而这和移动ct需要在现场快速扫描出图的要求相矛盾。可见现有技术的
方案无法满足实际需求。
[0085]
而本发明的温度—灵敏度校正表建立方法则在探测器的温度不在第一温度时，对探测器增益进行快速且有效的校正，产生在第二温度下的第二空气校正表。根据与实际温度对应的校正表，能够在各种开放环境温度下工作，比如从-20度(东北的冬天)到40度(南方的夏天)这种较宽的温度范围之间。
[0086]
实施例二：
[0087]
图4示出了本发明实施例二提供的一种工作在宽环境温度范围的ct，包括转盘和分别固定在转盘两端对应设置的x射线源和探测系统，采用如上述任一项的ct探测器模块的宽温度校正方法。
[0088]
进一步的，探测系统包括多个探测器模块；多个探测器模块呈圆弧状排列，圆弧的圆心为x射线源的焦点；
[0089]
探测器模块在x射线的方向上依次设置有闪烁体、光电二极管、基板和接插件；基板在面对x射线源的一面上设置有温度传感器。
[0090]
进一步的，温度传感器的工作温度范围为-50摄氏度到100摄氏度，精度大于0.5摄氏度。
[0091]
因为当实际的测量过程中，工作环境温度与温度—灵敏度校正表的基准温度相差越大时，累积的误差有可能越大。为此在使用校正表时采用就近原则来确认探测器系统各个探测器模块的温度，即计算各个探测器模块的平均温度，并以此作为变换校正表的基础。
[0092]
同时，本发明通过在面对x射线源的一面上为每一个探测器模块设置对应的温度传感器，可以直接获取各探测器模块的在环境中的实时温度，根据变换后的温度—灵敏度校正表，可以方便的通过查找表格进行探测器模块的灵敏度校正，然后直接重建断层图像，并且快速出图。
[0093]
本发明实施例的通过在每个探测器模块上增加一个温度传感器，采集不同温度下的探测器灵敏度，建立与温度对应的温度影响校正表，供实际成像过程中对采集的投影数据进行校正应用，以便消除因环境温度影响而导致断层图像出现的环状伪影。这样移动ct的环境适应能力得到增强，可以在各种环境温度中使用，而不像现在的临床ct需要在恒温环境的ct中使用。
[0094]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。