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申请/专利权人：北京航星机器制造有限公司

摘要：本发明公开了一种CT探测装置及系统，其中，该装置包括射线源、旋转盘和CT探测器；其中，CT探测器包括N个探测板；射线源设置于旋转盘的一端；N个探测板设置于旋转盘的另一端，并且每个探测板的成像区域中心点与射线源的射线源焦点的连线垂直于每个探测板的成像区域中心点所在的外表面；其中，以中心探测板为基准，其余的探测板沿中心探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线对称分布。本发明从重建算法的角度考虑，实现基于螺旋扫描T‑FDK算法这里简称ST‑FDK数据完全利用的问题，并实现设备小型化问题。

主权项：1.一种CT探测装置，其特征在于包括：射线源1、旋转盘2和CT探测器3；其中，CT探测器3包括N个探测板；射线源1设置于旋转盘2的一端；N个探测板设置于旋转盘2的另一端，并且每个探测板的成像区域中心点与射线源1的射线源焦点7的连线垂直于每个探测板的成像区域中心点所在的外表面；其中，以中心探测板8为基准，其余的探测板沿中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线对称分布；中心探测板8的成像区域中心点与其余每个探测板的成像区域中心点的连线与相对应的其余每个探测板的成像区域中心点与射线源焦点7的连线垂直；中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线和左侧第二个探测板9的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角γ1通过以下公式得到： 其中，β1为中心探测器左边界点与射线源焦点7的连线与中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，L为探测板的宽度尺寸，与中心探测板8相邻的左侧探测板定义为左侧第二个探测板9；中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线和左侧第k个探测板11的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角γk通过以下公式得到： 其中，βk为左侧第k块探测器左边界点与射线源焦点7的连线与中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，βk和βk-1的关系如下公式：βk＝2*γk-1-βk-1，其中，βk-1为左侧第k-1块探测器左边界点与射线源焦点7的连线与中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，γk-1为中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线和左侧第k-1个探测板的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，所述射线源1为CT射线源；每个探测器板成像区域中心点到射线源焦点的距离与该探测器板成像区域中心点和射线源焦点的连线与中心探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线的夹角的余弦值成正比；圆轨道扫描条件下,T-FDK算法步骤是首先进行锥束到倾斜平行束投影数据的重排，重排后的数据投影到旋转中心虚拟探测器上，如同一个帐篷的形状；重排之后，“帐篷”两侧的高度和中间高度的关系是： 其中，γ为重排后的平行射线束与重排前中心射束的夹角。

全文数据：一种CT探测装置及系统技术领域本发明属于安检技术领域，尤其涉及一种CT探测装置及系统。背景技术在基于X射线的爆炸物检查技术中，X射线计算机断层扫描成像技术简称“CT技术”因其自身特有的优势，在安全检查领域被高度重视。在美国联邦航空管理局FAA,FederalAviationAdministration唯一认证的EDSExplosiveDetectionSystem型安检设备就是CT设备，可见X射线CT技术在安全检查领域的地位。X射线CT安检技术是通过对CT投影数据进行重建得到被扫描物体的断层图像，通过对断层图像中的特征数据进行分析，实现对被扫描物体中危险物品的识别。在传统的CT设备中，探测器装置的分布如图1所示，其中1为射线源，2为支撑射线源和探测器的可旋转盘面，3为探测器。其特点是：探测器连续排列，分布在以射线源靶点为圆心的同一标准圆周内，使得在同一时间内探测器部件接收到的X射线束剂量范围相近，这样可以减少后续算法处理的工作量，同时在同一断层图像内中心和边缘的空间分辨率相近，另外可以采用标准弧形探测器的标准重建算法。但这样的布局方式设备的尺寸相对会比较大，导致占地面积比常规安检机大很多，这是限制X射线CT安检设备在安检领域大量应用的关键因素之一，尤其对于针对手提行李检测的CT设备，场地对设备尺寸比较敏感，因此设计小型化的CT设备十分有必要，而小型化的关键点在于CT的光路布局设计。发明内容本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种CT探测装置及系统，从重建算法的角度考虑，实现基于螺旋扫描T-FDK算法这里简称ST-FDK数据完全利用的问题，并实现设备小型化问题。本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种CT探测装置，其包括：射线源、旋转盘和CT探测器；其中，CT探测器包括N个探测板；射线源设置于旋转盘的一端；N个探测板设置于旋转盘的另一端，并且每个探测板的成像区域中心点与射线源的射线源焦点的连线垂直于每个探测板的成像区域中心点所在的外表面；其中，以中心探测板为基准，其余的探测板沿中心探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线对称分布。上述CT探测装置中，中心探测板的成像区域中心点与其余每个探测板的成像区域中心点的连线与相对应的其余每个探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线垂直。上述CT探测装置中，中心探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线和左侧第二个探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线的夹角γ1通过以下公式得到：其中，β1为中心探测器左边界点与射线源焦点的连线与中心探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线的夹角，L为探测板的宽度尺寸，与中心探测板相邻的左侧探测板定义为左侧第二个探测板。上述CT探测装置中，中心探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线和左侧第k个探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线的夹角γk通过以下公式得到：其中，βk为左侧第k块探测器左边界点与射线源焦点的连线与中心探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线的夹角，k＝2,3,4…，上述CT探测装置中，βk和βk-1的关系如下公式：βk＝2*γk-1-βk-1，其中，βk-1为左侧第k-1块探测器左边界点与射线源焦点的连线与中心探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线的夹角，γk-1为中心探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线和左侧第k-1个探测板的成像区域中心点与射线源焦点的连线的夹角，k＝2,3,4…，上述CT探测装置中，所述射线源为CT射线源。一种CT系统，包括：如权利要求1至6所述的任一CT探测装置、传送带、数据处理计算机、传送带电机、滑环电机和运动控制计算机；其中，所述CT探测装置包括射线源、旋转盘和CT探测器；射线源和CT探测器设置于旋转盘上，CT探测器与数据处理计算机连接，传送带电机和滑环电机均与运动控制计算机连接；运动控制计算机控制传送带电机带动传送带匀速运动，运动控制计算机控制滑环电机匀速转动；被检测物体放置在传动带上，传送带带动被检测物体进入检测通道，旋转盘围绕传送带匀速转动；射线源发射射线，CT探测器接收来自于CT射线源的射线光子信号，由数据处理计算机完成CT投影数据的采集、存储和所有的数据处理工作。本发明与现有技术相比具有如下有益效果：本发明提出除了基于紧凑结构设计考虑，还基于投影数据的完全利用和重建算法的改进，众所周知，圆轨道的T-FDK重建算法，数据重排以后会有一部分数据舍弃不用。而采用发明提出的光路布局，利用T-FDK重建算法时，探测器采集到的投影数据依然可以完全利用。该结论对于螺旋轨道T-FDK即ST-FDK重建算法同样适用。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是现有技术的探测器装置的示意图；图2是本发明实施例提供的CT探测装置的结构示意图；图3是本发明实施例提供的N个探测板和射线源焦点的位置关系示意图；图4是本发明实施例提供的扇束重排示意图；图5是本发明实施例提供的Cone-parallel重排示意图；图6是本发明实施例提供的重排几何的俯视图；图7是本发明实施例提供的CT系统的结构示意图；图8是本发明实施例提供的CT探测装置的另一结构示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。图2是本发明实施例提供的CT探测装置的结构示意图；图3是本发明实施例提供的N个探测板和射线源焦点的位置关系示意图。如图2和图3所示，该CT探测装置包括：射线源1、旋转盘2和CT探测器3。其中，CT探测器3包括N个探测板；每个探测板都有自己相对应的成像区域中心点5。射线源1设置于旋转盘2的一端。旋转盘2包括旋转中心4。N个探测板设置于旋转盘2的另一端，并且每个探测板的成像区域中心点与射线源1的射线源焦点7的连线垂直于每个探测板的成像区域中心点所在的外表面；其中，以中心探测板8为基准，其余的探测板沿中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线对称分布。具体的，N个探测板包括中心探测板8和其余的探测板，位于中心探测板8左侧的探测板的个数为位于中心探测板8右侧的探测板的个数为中心探测板8的成像区域中心点与其余每个探测板的成像区域中心点的连线与相对应的其余每个探测板的成像区域中心点与射线源焦点7的连线垂直。具体的，如图3所示，中心探测板8的成像区域中心点与左侧第二块探测板9的成像区域中心点的连线与左侧第二块探测板9的成像区域中心点与射线源焦点7的连线垂直。中心探测板8的成像区域中心点与左侧第三块探测板10的成像区域中心点的连线与左侧第三块探测板10的成像区域中心点与射线源焦点7的连线垂直。中心探测板8的成像区域中心点与左侧第k块探测板11的成像区域中心点的连线与左侧第k块探测板11的成像区域中心点与射线源焦点7的连线垂直。中心探测板8的成像区域中心点与右侧第二块探测板12的成像区域中心点的连线与右侧第二块探测板12的成像区域中心点与射线源焦点7的连线垂直。中心探测板8的成像区域中心点与右侧第三块探测板13的成像区域中心点的连线与右侧第三块探测板13的成像区域中心点与射线源焦点7的连线垂直。中心探测板8的成像区域中心点与右侧第k块探测板14的成像区域中心点的连线与右侧第k块探测板14的成像区域中心点与射线源焦点7的连线垂直。每个探测器板成像区域中心点到射线源焦点7的距离与该探测器板成像区域中心点和射线源焦点1的连线与中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线即沿中心射束6的方向的夹角的余弦值成正比。如图3所示，中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线和左侧第二个探测板9的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角γ1通过以下公式得到：其中，β1为中心探测器左边界点与射线源焦点7的连线与中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，L为探测板的宽度尺寸，与中心探测板8相邻的左侧探测板定义为左侧第二个探测板9。中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线和左侧第k个探测板11的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角γk通过以下公式得到：其中，βk为左侧第k块探测器左边界点与射线源焦点7的连线与中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，k＝2,3,4…，βk和βk-1的关系如下公式：βk＝2*γk-1-βk-1，其中，βk-1为左侧第k-1块探测器左边界点与射线源焦点7的连线与中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，γk-1为中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线和左侧第k-1个探测板的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，k＝2,3,4…，螺旋锥束扫描是当前商用安检CT中最常用的扫描方式，而重建算法目前最常用的依然是解析近似重建算法。这其中比较有代表性的算法是螺旋FDK算法以及基于FDK算法的改进算法，可以统称为FDK-based算法。圆轨道扫描条件下,T-FDK是FDK算法中的一个经典的改进算法,T-FDK算法步骤是首先进行锥束到倾斜平行束投影数据的重排，如下图4、5所示。重排后的数据投影到旋转中心虚拟探测器上，如同一个帐篷的形状。图6为重排几何的俯视图。锥束重排过程同扇束重排为平行束类似，见图4、5，重排公式为：θ,t为平行束几何下的坐标，β,γ为扇束和锥束几何下的坐标。设定射线源、探测器围绕物体逆时针旋转，对于扇束的投影，重排前后的投影关系如下：而对于锥束重排过程，重排公式如下：可以发现“帐篷”两侧的高度和中间高度的关系是：其中γ为重排后的平行射线束与重排前中心射束的夹角。如上文所述，重排后的数据投影到旋转中心位置的虚拟探测器上，如同一个帐篷的形状。采用滤波反投影算法进行重建时，滤波方向为水平方向，部分数据需要舍去，这样不利于重建图像质量的提高和图像信噪比的提高，为了充分利用探测上的投影数据。本专利设计探测器的光路布局不在标准弧形上面，而每个探测板成像区域中心点到射线源焦点的距离与该探测器板成像区域中心点和射线源焦点连线与中心射束夹角的余弦值成正比。这是本专利设计思路所在。优选地，见图3，沿传送装置运动方向的侧视角图。设中心探测板的左边界与中心射束夹角为β1，相邻左侧第二块探测板的左边界与和中心射束的夹角为β2，依次类推，相邻左侧第三块探测版的左边界与和中心射束的夹角为β3，相邻左侧第k块探测版的左边界与和中心射线束的夹角为βk。7为射线源焦点，8为中心探测板这里约定为第一块探测板，9为左侧第二块探测板，10为左侧第三块探测板，11为左侧第k块探测板，12为右侧第二块探测板，13为右侧第三块探测板，14为右侧第k块探测板。图7是本发明实施例提供的CT系统的结构示意图。如图7所示，该CT系统包括CT探测装置、传送带50、数据处理计算机90、传送带电机60、滑环电机80和运动控制计算机70。其中，CT探测装置包括射线源1、旋转盘2和CT探测器3；射线源1和CT探测器3设置于旋转盘2上，CT探测器3与数据处理计算机90连接，传送带电机60和滑环电机80均与运动控制计算机70连接；运动控制计算机70控制传送带电机60带动传送带匀速运动，运动控制计算机70控制滑环电机80匀速转动；被检测物体40放置在传动带50上，传送带50带动被检测物体40进入检测通道，旋转盘2围绕传送带匀速转动；射线源1发射射线，CT探测器3接收来自于CT射线源1的射线光子信号，由数据处理计算机90完成CT投影数据的采集、存储和所有的数据处理工作。本实施例提出除了基于紧凑结构设计考虑，还基于投影数据的完全利用和重建算法的改进，众所周知，圆轨道的T-FDK重建算法，数据重排以后会有一部分数据舍弃不用。而采用本实施例提出的光路布局，利用T-FDK重建算法时，探测器采集到的投影数据依然可以完全利用。该结论可以推广到到螺旋扫描重建。图8为另一种优选的实施例，在图8所示的布局中，中心射束位于中间两块探测板的中间，这种情况下，探测板的总数为偶数，同样地，每个探测板成像区域中心点到射线源焦点的距离与该探测器板成像区域中心点和射线源焦点连线与中心射束夹角的余弦值成正比。本领域的技术人员应该知道该种布局也在本专利的保护范围之内。以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种CT探测装置，其特征在于包括：射线源1、旋转盘2和CT探测器3；其中，CT探测器3包括N个探测板；射线源1设置于旋转盘2的一端；N个探测板设置于旋转盘2的另一端，并且每个探测板的成像区域中心点与射线源1的射线源焦点7的连线垂直于每个探测板的成像区域中心点所在的外表面；其中，以中心探测板8为基准，其余的探测板沿中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线对称分布。2.根据权利要求1所述的CT探测装置，其特征在于：中心探测板8的成像区域中心点与其余每个探测板的成像区域中心点的连线与相对应的其余每个探测板的成像区域中心点与射线源焦点7的连线垂直。3.根据权利要求1所述的CT探测装置，其特征在于：中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线和左侧第二个探测板9的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角γ1通过以下公式得到：其中，β1为中心探测器左边界点与射线源焦点7的连线与中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，L为探测板的宽度尺寸，与中心探测板8相邻的左侧探测板定义为左侧第二个探测板9。4.根据权利要求1所述的CT探测装置，其特征在于：中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线和左侧第k个探测板11的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角γk通过以下公式得到：其中，βk为左侧第k块探测器左边界点与射线源焦点7的连线与中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，5.根据权利要求4所述的CT探测装置，其特征在于：βk和βk-1的关系如下公式：βk＝2*γk-1-βk-1，其中，βk-1为左侧第k-1块探测器左边界点与射线源焦点7的连线与中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，γk-1为中心探测板8的成像区域中心点与射线源焦点7的连线和左侧第k-1个探测板的成像区域中心点与射线源焦点7的连线的夹角，6.根据权利要求1所述的CT探测装置，其特征在于：所述射线源1为CT射线源。7.一种CT系统，其特征在于包括：如权利要求1至6所述的任一CT探测装置、传送带50、数据处理计算机90、传送带电机60、滑环电机80和运动控制计算机70；其中，所述CT探测装置包括射线源1、旋转盘2和CT探测器3；射线源1和CT探测器3设置于旋转盘2上，CT探测器3与数据处理计算机90连接，传送带电机60和滑环电机80均与运动控制计算机70连接；运动控制计算机70控制传送带电机60带动传送带匀速运动，运动控制计算机70控制滑环电机80匀速转动；被检测物体40放置在传动带50上，传送带50带动被检测物体40进入检测通道，旋转盘2围绕传送带匀速转动；射线源1发射射线，CT探测器3接收来自于CT射线源1的射线光子信号，由数据处理计算机90完成CT投影数据的采集、存储和所有的数据处理工作。

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