使用后准直器的检测器的目标准直

相关申请的交叉引用

本申请依赖于2021年11月4日提交的题为“Targeted Collimation of DetectorsUsing Associated Collimators”的美国专利临时申请号63/263,527要求优先权，该申请通过引用整体结合于此。

技术领域

本说明书总体涉及X射线扫描系统，更具体地，涉及单独准直器或多个准直器中的每个准直器相对于多个检测器元件中的相关检测器元件的定位和定向。

背景技术

为了产生射线照相图像，除了对所产生的X射线束敏感的检测器阵列之外，还需要用于产生X射线束的X射线辐射源。在透射扫描系统中，需要成像的物体穿过辐射源和检测器阵列之间，并衰减X射线束，在检测器阵列上观察到的信号中产生对比。在该简单模型中的所有点处，都会出现散射的X射线，这对于这种形式的透射成像是不期望的。散射的X射线会产生背景噪声，这会使检测器阵列上的真实X射线信号失真，并降低成像所需的对比度。散射减少是通过使用准直来实现的，准直可以各种方式来实现，以遮挡辐射源处的部分X射线束或屏蔽部分检测系统，从而防止散射光子到达检测器。

如图1A所示，为了便于机械操作，大规模扫描系统通常具有布置成倒置L形的多个检测器，其中检测器105竖直布置，检测器110水平布置。X射线源102被定位和准直成使得它可以产生入射在竖直检测器105和水平检测器110上的扇形束112。在竖直和水平检测器装置内，如图1B所示，每个单独的检测器或多个单独的检测器115定位成使得其直接指向X射线源102。检测器115可以在检测器壳体(例如竖直检测器壳体120)的范围内形成交错或锯齿形布置。

然而，前述竖直检测器装置105和水平检测器装置110充满了发生在每个单独的检测器单元115和检测器壳体120之间的散射，如图1C所示，其中示出了入射X射线束112的散射光子125可能采用的散射路径。这里，每个检测器单元115的下侧暴露于散射光子125，这导致单元115中的信号增加，这会使射线照相图像失真。在高衰减区域中，由于由竖直检测器阵列105和水平检测器阵列110形成的倒置L形检测器装置，散射导致射线照相图像中的可见伪像，这些伪像影响X射线检查系统穿透被检查目标物体(例如货物)的密集区域的能力。在检测器装置105/110的底部检测器单元115中观察到大的散射水平。散射水平可能是在其他单独检测器单元115中观察到的两倍以上，导致扫描图像中的可见伪像。从敏感检测器单元下方发出的散射看起来被检测器壳体120进一步散射到每个检测器装置105/110的第一单独检测器单元115中，该第一单独检测器单元115随后充当其余检测器115的屏蔽。虽然算法/过滤器可以在一定程度上帮助清理这些图像，但减少散射X射线的量是提高图像质量的最有效方法。

因此，需要对检测器阵列中的每个检测器进行目标准直，以防止散射的X射线光子进入检测器。

发明内容

结合系统、工具和方法描述和说明了以下实施例及其各方面，这些实施例和方面是示例性和说明性的，而不是限制范围。本申请公开了许多实施例。

本说明书公开了一种适于检测从辐射源发射的辐射的检测器阵列，包括：封装在壳体中的多个检测器元件，其中壳体具有至少第一壁和与第一壁相距预定距离定位的第二相对壁，其中第一壁面向辐射源，其中多个检测器元件中的每个的前侧基本面向第一壁，并且其中多个检测器元件中的每个的后侧基本面向第二相对壁；以及多个准直器，其中多个准直器中的每个位于多个检测器元件中的一个的后面，使得多个检测器元件中的所述一个位于多个准直器中的所述每个和第一壁之间，并且使得多个准直器中的所述每个从多个检测器元件中的所述一个的后侧延伸到壳体的第二侧附近的位置。

可选地，多个准直器中的每个从多个检测器元件中的所述一个的后侧延伸，以物理接触壳体的第二侧。

可选地，多个检测器元件中的每个具有长度，其中多个准直器中的每个位于处于多个检测器元件中的相应一个的长度的一半处的点处。

可选地，多个检测器元件的每个准直器垂直于多个检测器元件中的相应一个的后侧定向。

可选地，多个准直器中的每个具有宽度，其中从辐射源发射的辐射是具有厚度的X射线束，其中，所述宽度在X射线束的所述厚度的10％至100％的范围内。

可选地，多个准直器中的每个具有在2mm至5mm的范围内的宽度。

本说明书还公开了一种用于扫描物体的检测系统，包括：X射线源，其配置成产生投射到物体上的X射线束；检测器阵列，其适于接收透射通过物体的X射线束，其中检测器阵列包括封装在壳体中的多个检测器元件，其中壳体具有至少第一侧和与第一侧相距第一距离定位的第二相对侧，其中多个检测器元件中的每个位于第一侧和第二相对侧之间，使得每个检测器的前侧定位成以相对于前侧的中心垂直的角度接收X射线束；以及多个准直器，其中多个准直器中的每个位于多个检测器元件中的一个的后面，并且其中多个准直器中的每个垂直于多个检测器元件中的相应一个的后侧定向。

可选地，多个检测器元件布置成锯齿形布置。

可选地，多个检测器元件中的每个基本朝向X射线源倾斜，用于限制X射线束的视差检测。

可选地，多个检测器元件中的每个基本朝向X射线源倾斜，使得多个检测器元件中的每个的中心轴线直接与X射线源对准。

可选地，多个检测器元件中的每个与第二相对侧分开第二距离。可选地，多个准直器中的每个具有等于所述第二距离的50％至99％的长度。可选地，多个准直器中的每个具有基本等于第二距离的长度。可选地，多个准直器中的每个具有等于所述第二距离的80％至100％的长度。

可选地，多个检测器元件中的每个具有长度，并且多个准直器中的每个位于处于多个检测器元件中的相应一个的长度的40％至60％的范围内的点处。

可选地，多个检测器元件中的每个具有长度，并且多个准直器中的每个位于处于多个检测器元件中的相应一个的长度的48％至52％的范围内的点处。

可选地，多个准直器中的每个位于距离多个检测器元件中的相应一个的后侧中心10mm至0mm的范围内。

可选地，X射线束是具有第一宽度的扇形束，其中多个准直器中的每个具有适于覆盖第一宽度的50％至100％的第二宽度。

可选地，多个准直器中的每个具有3mm的厚度。

可选地，多个准直器中的每个具有在1.5mm至4.5mm的范围内的厚度。

本说明书还公开了一种用于感测来自被辐射束扫描的物体的辐射的检测器，其中辐射束由X射线辐射源产生，该检测器包括：封装在壳体中的多个检测器元件，其中壳体的第一侧面向辐射源，壳体的第二侧与第一侧相对，其中多个检测器元件中的每个具有第三侧和与第三侧相对的第四侧，并且其中垂直于第三侧的第一轴线基本指向辐射源；以及多个准直器，其中多个准直器中的每个具有多个检测器元件中的相关检测器元件，其中多个准直器中的每个具有覆盖相关检测器元件的第四侧和壳体的第二侧之间的距离的全部或大部分的长度。

可选地，多个准直器中的每个具有面向相关检测器元件的第四侧的表面，其中该表面的第二法线也基本指向辐射源。可选地，第一和第二法线基本平行。可选地，第一法线和第二法线基本同轴。

可选地，相关检测器元件具有长度，并且多个准直器中的每个位于处于相关检测器元件的长度的一半处的点处。

可选地，多个准直器中的每个具有约3mm的厚度。

本说明书还公开了一种检测器装置，包括：封装在壳体中的多个检测器元件，其中壳体具有第一侧、第二侧、第三侧和第四侧，其中第一侧面向辐射源，第二侧与第一侧相对，并且其中多个检测器元件中的每个基本指向辐射源；以及多个准直器，其中多个准直器中的每个位于多个检测器元件中的相关检测器元件的后面，使得它从相关检测器元件的后侧延伸到壳体的第二侧或者壳体的第二侧附近的点。

可选地，相关检测器元件具有长度，其中多个准直器中的每个位于定位在相关检测器元件的长度的一半处的点处。

可选地，多个检测器元件中的每个由外壳限定，该外壳具有面向辐射源的第五侧和与第五侧相对的第六侧，并且其中多个准直器中的每个垂直于相关检测器元件的第六侧定向。

可选地，多个准直器中的每个具有在由检测器装置检测的X射线束的厚度的10％到100％的范围内的宽度。

可选地，多个准直器中的每个具有在2mm到5mm的范围内的厚度。

本说明书还公开了一种用于扫描物体的系统，包括：辐射源，用于产生投射到物体上的X射线束；检测器装置，用于接收透射通过物体的X射线束，其中检测器装置包括封装在壳体中的多个检测器元件，其中壳体的第一侧面向辐射源，壳体的第二侧与第一侧相对，其中多个检测器元件中的每个具有第三侧和与第三侧相对的第四侧，并且其中垂直于第三侧的第一轴线基本指向辐射源；以及多个准直器，其中多个准直器中的每个位于多个检测器元件中的相关检测器元件的后面，其中多个准直器中的每个具有面向相关检测器元件的第四侧的表面，并且其中垂直于该表面的第二轴线也基本指向辐射源。

可选地，多个检测器元件布置成锯齿形布置。

可选地，第一轴线和第二轴线基本平行。

可选地，第一轴线和第二轴线基本同轴。

可选地，多个准直器中的每个具有覆盖相关检测器元件的第四侧和壳体的第二侧之间的全部或大部分距离的长度。

可选地，相关检测器元件具有长度，并且其中多个准直器中的每个位于处于相关检测器元件的长度的一半处的点处。

可选地，多个准直器中的每个垂直于相关检测器元件的第四侧定向。

可选地，X射线束是扇形束，并且其中多个准直器中的每个具有适于覆盖扇形束的宽度的50％至100％的宽度。

可选地，多个准直器中的每个具有约3mm的厚度。

本说明书公开了一种用于感测来自被辐射束扫描的物体的辐射的检测器，其中辐射束由X射线辐射源产生，检测器包括：封装在壳体中的多个检测器元件，其中壳体的第一侧面向辐射源，壳体的第二侧与第一侧相对，其中多个检测器元件中的每个具有第三侧和与第三侧相对的第四侧，并且其中垂直于第三侧的第一轴线基本指向辐射源；以及多个准直器，其中多个准直器中的每个具有多个检测器元件中的相关检测器元件，其中多个准直器中的每个具有覆盖相关检测器元件的第四侧和壳体的第二侧之间的距离的全部或大部分的长度。

可选地，多个准直器中的每个具有面向相关检测器元件的第四侧的表面，并且其中该表面的第二法线也基本指向辐射源。

可选地，第一和第二法线基本平行。

可选地，第一和第二法线基本同轴。

可选地，相关检测器元件具有长度，并且其中多个准直器中的每个位于处于相关检测器元件的长度的一半处的点处。

可选地，多个准直器中的每个具有约3mm的厚度。

本说明书的上述和其他实施例将在下面提供的附图和详细描述中更深入地描述。

附图说明

附图示出了系统、方法的各种实施例以及本公开的各种其他方面的实施例。本领域普通技术人员将理解，图中所示的元件边界(例如方框、方框组或其他形状)代表边界的一个示例。在一些示例中，一个元件可被设计为多个元件，或者多个元件可被设计为一个元件。在一些示例中，示出为一个元件的内部部件的元件可以在另一个元件中被实现为外部部件，反之亦然。此外，元件可能没有按比例绘制。参考以下附图描述了非限制性和非穷尽性的描述。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明原理上。

图1A示出了具有竖直检测器装置和水平检测器装置的X射线扫描系统，形成颠倒或倒置的“L”形检测器阵列；

图1B示出了容纳在竖直检测器装置中的多个检测器的锯齿形布置；

图1C示出了由于X射线束入射到检测器阵列内的单独检测器的装置上而产生的多个散射路径，如在图1A和图1B中描述的传统检测器中所见；

图2A示出了根据本说明书的一些实施例的检测器装置的一部分的第一侧视图；

图2B示出了根据本说明书的一些实施例的图2A的检测器装置的一部分的第二侧视图；

图2C是根据本说明书的一些实施例的图2A的检测器装置的一部分的第一俯视图；

图2D是根据本说明书的一些实施例的图2A的检测器装置的一部分的第二俯视图；

图2E是根据本说明书的一些实施例的图2A的检测器装置的一部分的X射线束视图；以及

图2F是根据本说明书的一些实施例的具有准直器的如图2A所示的检测器装置的侧视图。

具体实施方式

本说明书针对多个实施例。提供以下公开内容是为了使本领域普通技术人员能够实践本发明。本说明书中使用的语言不应被解释为对任何一个具体实施例的一般性否定，也不应被用来将权利要求限制在其中使用的术语的含义之外。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，这里定义的一般原理可以应用于其他实施例和应用。此外，所使用的术语和措辞是为了描述示例性实施例，不应被视为限制。因此，本发明将符合最宽的范围，包括与所公开的原理和特征一致的众多替代、修改和等同物。为了清楚起见，没有详细描述与本发明相关技术领域中已知的技术材料相关的细节，以免不必要地模糊本发明。

在本申请的说明书和权利要求中，词语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”及其形式中的每个不一定限于该词语可能关联的列表中的成员。因此，它们在含义上是等同的，并且是开放式的，因为这些词中的任何一个词后面的一个或多个词并不意味着是这一个或多个词的详尽列举，或者意味着仅限于所列举的一个或多个词。这里应该注意的是，除非明确指出，否则与特定实施例相关描述的任何特征或部件可以与任何其他实施例一起使用和实现。

还必须注意，如本文和所附权利要求中所用，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有规定。尽管在本公开的实施例的实践或测试中可以使用与这里描述的系统和方法类似或等同的任何系统和方法，但是现在描述优选的系统和方法。

在各种实施例中，该系统包括至少一个能够处理程序指令的处理器，具有能够存储程序指令的存储器，并且采用由多个程序指令构成的软件来执行这里描述的过程。

在各种实施例中，计算设备可以用于接收和处理数据信号和图像数据，并且可以包括输入/输出控制器、至少一个通信接口和系统存储器。系统存储器包括至少一个随机存取存储器(RAM)和至少一个只读存储器(ROM)。这些元件与中央处理单元(CPU)通信，以实现计算设备的操作。在各种实施例中，计算设备可以是传统的独立计算机，或者可替代地，计算设备的功能可以分布在多个计算机系统和架构的网络上。在一些实施例中，存储在一个或多个非易失性存储器中的多个程序指令或代码序列的执行使得或促使计算设备的CPU执行或启用各种功能、过程和算法，例如执行用于在屏幕上显示的图像重建。在替代实施例中，可以使用硬连线电路来代替或结合用于实现本申请中描述的系统和方法的过程的软件指令。因此，所描述的系统和方法不限于硬件和软件的任何特定组合。

图2A和2B分别表示根据本说明书的一些实施例的检测器装置200的一部分的第一侧视图和第二侧视图。图2C和2D分别表示根据本说明书的一些实施例的检测器装置200的一部分的第一俯视图和第二俯视图。图2E表示根据本说明书的一些实施例的检测器装置200的一部分的X射线束视图。图2F是根据本说明书的一些实施例的具有准直器的检测器装置200的侧视图。现在将参考图2A-2F，将同时对其进行详细描述。

如图2A所示，在一些实施例中，X射线辐射源202配置成将X射线束215(例如扇形束)投射到被扫描的物体203上，使得X射线束215透射穿过物体203并照射到检测器装置200上。可替代地，检测器装置200可以与辐射源202位于物体203的同一侧，使得检测器装置200接收已经被物体203反向散射的X射线束。

在一些实施例中，检测器装置200包括多个检测器元件或单元205的至少一个阵列，其位于具有第一壁/侧210、第二壁/侧212、第三壁/侧(图中未示出)和第四壁/侧(图中未示出)的检测器壳体或外壳内。应当理解，虽然图2A示出了检测器装置200的竖直配置，但在其他实施例中，检测器装置200可以相对于辐射源202水平配置。在一些实施例中，多个检测器装置200可以用于竖直和水平配置中的任一种或两种。图2A和2C示出了面向X射线辐射源202的壳体的第一或前侧210以及与第一或前侧210相对的第二或后侧212。

在一些实施例中，多个检测器元件或单元205是由具有相关光敏器件的闪烁晶体阵列形成的固态检测器。闪烁晶体吸收透射通过物体203的X射线215，并将吸收的辐射转换成可见光光子(光信号)。这种光透射通过闪烁材料的主体至光敏器件。光敏器件将输入光信号转换成电流，用于电子电路的后续积分。然后，可以将积分信号转换成数字数据，以传输到至少一个处理器，该处理器能够将数据(在显示器或监视器上)呈现为人可读的形式，例如扫描图像。在一些实施例中，闪烁材料具有高密度和高原子序数，并且可以选自一组材料，例如但不限于CsI、NaI、BGO、CdWO4、LSO、GSO、LYSO和LaBr3。在一些实施例中，光敏器件是半导体装置，例如光电二极管、雪崩光电二极管或硅光电倍增管，或者它可以是真空管装置，例如光电倍增管或更混合的装置，例如具有光电二极管读出的微通道板。

现在同时参考图2A至2F，每个检测器元件或单元205具有长度l

根据本说明书的各方面，多个检测器元件或单元205中的每个都与准直器225相关。每个准直器225具有长度l

这里应当注意，检测器元件205定位成使得它们直接指向X射线源202。换句话说，检测器205的中心线倾斜，使得每个检测器元件的中间直接指向X射线源202。因此，如下所述，每个相关的准直器225沿着中心线定位成与检测器单元205的后侧205b的表面成90度角，使得它“指向”X射线扇形束215或与之“共线”。这样做时，X射线尽可能少地入射到后准直器225上，从而最小化从准直器225返回到检测器单元205中的任何散射。如果准直器角度不是90度，那么X射线将有更大的表面积散射。类似地，如果准直器225远离中心线(或中点)定位，那么它将不会与X射线路径共线(如图1C所示)，并且将具有更大的表面积来引起散射。如果检测器元件205的角度改变，例如，如果检测器元件205在检测器单元205的前侧205a的顶部边缘或底部边缘与X射线源202对准，那么每个对应的准直器225也将必须重新对准或重新定位，使得其满足散射的最小表面积。

为了达到或实现上述第一和第二条件，每个准直器225可以由以下规范中的至少一个来表征。作为第一特征，在一些实施例中，每个准直器225可以直接位于相应检测器元件或单元205的后面。因此，每个准直器225位于相应检测器元件或单元205的第二或后侧205b的后面。在一些实施例中，每个准直器225定位在距相应检测器元件或单元205的后侧中心10mm至0mm的范围内，以及其中的任何数值增量。

作为第二特征，每个准直器225可以位于相应检测器元件或单元205的长度l

作为第三特征，每个准直器225可以具有基本平行于第一法线220的第二法线230，其中第二法线230垂直于相应检测器单元205的后侧205b的表面。在一些实施例中，第一法线220和第二法线230基本同轴。因此，准直器225垂直于(90°)相应检测器元件或单元205的第二或后侧205b定向，结果第二法线230也基本朝向X射线辐射源202倾斜(或向后指)。

作为第四特征，准直器225可以具有长度l

作为第五特征，每个准直器225可以具有足以覆盖X射线扇形束215的基本宽度的宽度w

作为第六特征，每个准直器225可以具有使准直器225足够薄的厚度t

在各种实施例中，用于制造准直器225的材料取决于X射线源202的能量。高能源将需要使用高原子序数的材料，例如钨或铅。例如，较低的能源可以使用钢、铜或铝。

上述示例仅仅是本说明书的系统的许多应用的说明。虽然这里只描述了本发明的几个实施例，但应该理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可以许多其他特定形式来实施。因此，本示例和实施例被认为是说明性的而非限制性的，并且本发明可以在所附权利要求的范围内进行修改。