多層x射線ct系統的探測器系統的溫度控制系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種多層X射線CT系統的探測器系統，具體設及用于探測器系統的溫 度控制系統及溫度控制方法。
【背景技術】
[0002] 在X射線CT系統中，X射線被用于對受治療者的局部或對象的內部結構和特性進 行成像。所述成像由X射線CT系統實現，利用X射線對內部結構和特性成像形成一組薄層 平面切片或者對象的一個區域的3D圖像。對于醫學應用來說，成像對象包括人體。
[0003] X射線CT系統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射線探測器系統被安裝在一環形支架 上，使用CT系統成像的病人通常躺在一合適的支撐墊上，被定位在環形支架內，位于X射線 源和探測器系統之間。所述環形支架和支撐墊可W相對運動，使得X射線源和探測器系統 能夠沿病人的軸向被定位在所設定的位置。
[0004] 環形支架包括一可稱為定子的固定結構，W及一成為轉子的轉動結構，所述轉子 被安裝在定子上并可繞軸向轉動。在CT系統中，X射線源和探測器系統被安裝在轉子上。 轉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繞病人的所需角度， 即視角。 陽〇化]探測器系統中主要包括有：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轉換器構成，對應每一探測器單元設有一個溫度傳感 器)，多個用于給探測器系統散熱的風扇，控制探測器陣列工作的主控電路板和將上述構成 部分組裝在一起的機械腔體。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轉換器工 作時對于工作溫度十分敏感，在同樣能量強度的X射線照射但處于不同的工作溫度時，得 到的數據的噪聲水平是不同的。當探測器陣列中不同的探測器單元的工作溫度差距較大 時，得到的數據中不同的噪聲足W影響最后CT系統成像質量的偏差。若一個探測器系統不 能將工作溫度控制在處于相對穩定的狀態(此處所述的穩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允許的范圍內， 通常為±TC)，用一束X射線照射在探測器系統上，得到的數據的噪聲水平會有十分大的 差別，運些差別反應在重建圖像上會嚴重影響圖像的均勻性和一致性，使得重建后的圖像 會產生不同種類的偽影。運就需要將探測器系統腔體內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，即需要將探測器系統內的工作溫度場分布控制在允許的穩 定和均勻的范圍內（此處所述的穩定是指溫度場中各點的溫度值與目標溫度值的差值的 最大值在±rcW內，均勻是指溫度場中各點的溫度的差值的最大值在±rcW內）。
[0006] 中國發明專利申請CN103713669A公開了一種閉環實施的精確控制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成，所述CT探測器、溫度傳感器 置于封閉腔體內，所述加熱裝置是設置在封閉腔體側面的加熱帶。通過加熱帶對封閉腔體 加熱，使熱量通過空氣傳導和熱福射傳遞到CT探測器和溫度傳感器上，根據溫度傳感器的 檢測結果，對封閉腔體加熱量進行閉環控制，從而控制CT探測器的溫度恒定。
[0007] 上述裝置能夠對工作溫度進行控制，但是存在下列缺陷：1、溫度傳感器僅對封閉 腔體中的幾個點采集溫度，不能真實的反映探測器模塊在不同位置的工作溫度；2、需要通 過額外的專口的電路來達到控制加溫的目的，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通過增設風扇的方法來使腔體內的溫度分 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。
【發明內容】
[0008] 本發明的發明目的是提供一種多層X射線CT系統的探測器系統的溫度控制系統， W保證探測器系統內探測器陣列在相對一致的溫度狀態下，從而保證CT系統重建圖像的 均勻性和一致性；本發明的另一發明目的是提供一種通過該系統進行溫度控制方法。
[0009] 為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種多層X射線CT系統的探測 器系統的溫度控制系統，包括腔體，設置在腔體內的探測器陣列、主控電路板、溫度傳感器 和風扇，所述溫度傳感器為分布設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扇的工 作模式。
[0010] 上文中，所述主控單元可W采用現場可編程口陣列（FPGA，Field-Programm油Ie GateArray),實時采集探測器陣列的各個溫度探測點的溫度，根據采樣得到的溫度和設定 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轉換器件陣列的采樣頻率(探 測器系統的主要發熱部件）和探測器系統的風扇工作模式(探測器系統的散熱部件)，從而 保證探測器系統內探測器陣列工作在相對一致的溫度狀態下。
[0011] 進一步的技術方案，構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轉換器構成，對應每一探測器單元設有一個溫度傳感器。
[0012] 構成所述探測器陣列的探測器單元的具體數量可W根據實際需求任意配置。
[0013] 上述技術方案中，所述接收X射線的閃爍晶體和將閃爍晶體輸出光信號轉化為電 信號的光電二極管經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] 優選的技術方案，所述溫度傳感器為熱敏電阻，所述熱敏電阻設置在。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據的模數轉換器，所述主控電路板上的主控單元控制各 溫度探測點上熱敏電阻與采集所述熱敏電阻數據的模數轉換器間回路的通斷。采用該方案 達到實時采集探測器陣列上所有溫度探測點的溫度的目的，由于只需使用一枚用于溫度采 樣的高速模數轉換器，可W降低探測器系統W及CT整機的生產成本。
[0017] -種多層X射線CT系統的探測器系統的溫度控制方法，包括下列步驟： (1)在探測器陣列上分布設置多個溫度傳感器，在探測器系統的腔體內分布設置多個 風扇，設定溫控的目標溫度范圍，設定工作周期； (2) 在每一工作周期內，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溫度范圍的中間值進行比較，根據比較結果調整探測器陣列的采樣 頻率W增大或減小探測器陣列的發熱量，同時控制風扇的工作模式W增大或減小探測器陣 列的散熱量； (3) 復重步驟（2)，實現對探測器系統的溫度控制。
[0018] 上述技術方案中，在探測器陣列的每個探測器單元上設置一個溫度傳感器。
[0019] 上述技術方案中，是將整個腔體內的溫度場控制在相對穩定和均勻的范圍內而非 一固定的目標值。在工程實現上是無法將一個空置量始終保持在一個固定的值。
[0020] 上述技術方案中，設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 證了探測器系統的溫度控制過程是連續的，從而保證了探測器系統腔體內的溫度場能連續 的工作在一個穩定和均勻的范圍內。
[0021] 上述技術方案中，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轉換 器采樣頻率為大于1000赫茲。之所W設定運個范圍是因為超出此范圍的設定將會給所述 模數轉換器引入額外的噪聲。具體來說若采樣頻率下限為0赫茲，此時模數轉換器的模擬 部分長時間不工作。當溫控系統需要將采樣頻率調節至某一大于0赫茲的頻率時，需要一 段穩定的時間用來消除模數轉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 系統工作的連續性。
[0022] 上述技術方案中，所述風扇的工作模式包括風扇全關、開啟其中一個或多個風扇， 開啟一個或多個風扇時指定開啟風扇的所在位置W使系統均衡散熱。
[0023] 由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點： 1、本發明在探測器陣列上廣泛均勻地設置了溫度傳感器，使檢測溫度能夠準確反應每 個探測器單元工作溫度，從而準確的反應探測器腔體內的溫度場的分布水平。保證了探測 器系統內探測器陣列每個探測器單元工作在允許的溫度范圍內。
[0024] 2、本發明通過對探測器系統自身的采樣頻率的調節控制整個探測器系統的發熱 量，而不需要額外引進專用的加熱系統，從而降低了探測器系統W及CT整機的生產成本。
[0025] 3、本發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 出光信號轉化為電信號的光電二極管經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雜，本發明降低了生產成本。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是本發明實施例中X射線CT系統的探測器系統的溫控系統概要圖。
[0027] 圖2是本發明實施例中單枚探測器單元組織形式的俯視圖。
[002引圖3是本發明實施例中單枚探測器單元組織形式的截面圖。
[0029] 圖4是本發明一種實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是本發明另一種實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是本發明實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是本發明實施例中X射線CT系統的探測器系統的溫控系統溫度控制流程說 明圖。
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