一种CT探测器及多排CT探测器模组的组装定位方法与流程

本技术涉及医疗器械，具体而言，涉及一种ct探测器及多排ct探测器模组的组装定位方法。

背景技术：

1、随着计算机断层扫描（ct）技术在临床诊断中的广泛应用，ct设备正朝着更宽覆盖范围、更高图像质量的方向快速发展。作为ct系统的核心部件之一，探测器负责接收穿透人体的x射线并将其转换为数字信号。ct探测器通常由多个探测器模组沿扫描平面排列而成，每个探测器模组又由多个晶体单元沿患者长轴方向排列构成。探测器排数由最初的单排，发展到现在的主流128排，个别已达256排甚至320排。

2、在ct探测器中，读出电路的核心部件模数转换芯片是主要发热源之一。随着探测器排数增加至128排、256排甚至更高，模数转换芯片数量呈倍数增长，单位面积热流密度急剧上升。同时，探测器模组空间结构紧凑，发热功率可达数百瓦，热量需及时排出以防止影响探测器性能。模数转换芯片的工作温度直接影响其转换精度、噪声特性以及长期可靠性，过热将导致图像信噪比下降、出现热漂移伪影，严重时会造成芯片损坏。因此，高效、可靠的散热设计已成为高排数ct探测器研发中的关键技术挑战。

3、为解决高排数ct探测器的散热问题，一种常见的方案是强制风冷方式，即在探测器上方或周围布置多个散热风扇，通过空气对流将热量带走，然而，强制风冷方式存在散热不均匀的问题，风扇之间的间隙不可避免，中间模组可能存在散热不良；同时，由于探测器模组之间间隙很小、z向长度较长，空气流动阻力大，热量难以有效排出；另一种方案是在探测器模组中安装散热片，使模数转换芯片与散热片紧密贴合，再通过散热鳍片和风扇将热量导出。再有液冷技术，在探测器模组两侧设置液体流道板，模数转换芯片通过导热介质（导热硅胶、石墨垫片或液态金属）将热量依次传导至导热板和楔形导热支架，再由液体流道板中的冷却液带走。

4、然而，ct探测器散热方案仍存在以下技术缺陷，无论是风冷方案还是液冷方案，模数转换芯片与散热结构之间通常需要设置硅胶垫、液态金属等导热介质。硅胶垫的导热系数较低，存在较大的界面热阻，散热效率有限，难以满足高功率密度探测器的散热需求。

5、液态金属方案成本高、结构复杂、存在安全隐患，液态金属虽然导热效率较高，但价格昂贵，且具有导电性和流动性，对封装结构要求极高。为防止液态金属泄漏导致电路短路，需要设计复杂的密封腔体和围坝结构，增加了制造难度和成本，且长期运行仍存在泄漏风险。

6、再有，探测器模组的定位组件如晶体安装支架与散热结构如液体流道板通常通过紧固件直接固定连接，形成一体化结构，散热结构的装配公差、热胀冷缩产生的形变应力会通过刚性连接直接传递至探测器定位组件，导致探测器单元的安装精度下降，影响ct图像质量。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种ct探测装置及多排ct探测器模组的组装定位方法，以解决现有技术中探测器定位组件与散热组件一体化集成所导致的定位精度受散热结构干扰的技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术的第一方面，提出了一种ct探测装置，包括：

3、多个探测单元，用于探测x射线并输出模拟信号；

4、多个模数转换芯片，用于将所述模拟信号转换为数字信号；

5、承载组件，所述承载组件包括安装支架以及导轨，所述安装支架承载所述多个探测单元，并通过定位结构固定于所述导轨上，以限定所述多个探测单元的位置；

6、散热组件，所述散热组件设有散热面和导热基板，所述导热基板的一侧贴合于所述散热面，所述散热组件的散热面的内部设有供冷却液循环流动的流道，其中所述多个模数转换芯片固设于所述导热基板的另一侧；

7、柔性信号传输件，跨接于所述承载组件与所述散热组件之间且通过自身形变适应所述承载组件与所述散热组件之间的相对位移，所述柔性信号传输件的一端与所述探测单元的信号端连接，另一端与所述模数转换芯片的信号输入端连接。

8、通过将承载组件与散热组件设置为相互独立的部件，二者之间无刚性连接关系，仅通过柔性信号传输件跨接，使得散热组件的装配公差和热形变应力无法传递至承载组件，从而保证了探测器单元的定位精度不受散热结构干扰。同时，模数转换芯片直接固设于导热基板，导热基板直接贴合于散热组件的散热面，无需任何导热介质即可实现高效散热，消除了界面热阻。

9、在本发明的ct探测装置的一种实施方式中，所述安装支架设有定位销和第一安装平面，所述导轨设有定位孔和第二安装平面，所述定位销插入所述定位孔，所述第一安装平面与所述第二安装平面贴合。

10、通过定位销与定位孔的配合实现安装支架在导轨平面内的粗定位，通过第一安装平面与第二安装平面的贴合实现安装支架的高度方向和角度方向的精定位，二者共同确定了安装支架在导轨坐标系中的唯一精确位置，从而使多个探测单元的位置精度由定位销和安装平面独立保证。

11、在本发明的ct探测装置的一种实施方式中，所述散热组件还包括水冷板，所述散热组件的散热面形成于所述水冷板；

12、还包括弹性预紧机构，所述弹性预紧机构设置于所述导热基板与所述水冷板之间，被配置为向所述导热基板施加朝向所述散热组件的散热面的法向压力。

13、通过在导热基板与水冷板之间设置弹性预紧机构，使导热基板与散热组件的散热面始终保持紧密贴合状态，有效减小接触热阻，确保热量能够从导热基板高效传导至水冷板，同时允许二者之间存在一定的装配偏差适应能力。

14、在本发明的ct探测装置的一种实施方式中，所述水冷板为梳状结构，所述梳状结构具有多个梳齿，所述多个梳齿与所述导热基板接触；和/或，

15、所述梳状结构由多个平行凸齿构成，相邻凸齿之间的凹槽构成所述流道的一部分。

16、通过将水冷板设置为梳状结构，多个梳齿与导热基板形成多点离散面贴合，在保证大面积接触传热的同时，冷却液可在相邻梳齿之间的凹槽中流动，从梳齿的顶面和两侧面同时带走热量，大幅增加了换热面积和换热效率。

17、在本发明的ct探测装置的一种实施方式中，所述弹性预紧机构包括弹性预紧件，所述弹性预紧件用于提供所述法向压力；和/或，

18、所述弹性预紧件的伸缩量可调以调整所述法向压力。

19、通过设置可调伸缩量的弹性预紧件，能够根据实际工况调节法向压力的大小，既保证了导热基板与水冷板之间的紧密贴合，又避免了压力过大导致结构变形，使散热接触状态处于最优范围。

20、在本发明的ct探测装置的一种实施方式中，还包括导向紧固件，所述弹性预紧件套设于所述导向紧固件上；

21、所述导向紧固件穿过所述导热基板且连接于所述散热组件。

22、通过导向紧固件将弹性预紧件的伸缩方向约束为垂直于散热组件的散热面的法向，确保弹性预紧力沿法向作用于导热基板，使导热基板在法向压力的作用下均匀贴合于散热组件的散热面，避免了侧向分力导致的贴合不均匀。

23、在本发明的ct探测装置的一种实施方式中，所述柔性信号传输件包括柔性电路板，所述柔性电路板的一端与所述探测单元的光电二极管电连接，另一端与所述模数转换芯片的信号输入端电连接。

24、采用柔性电路板作为信号传输件，既实现了探测单元与模数转换芯片之间的电信号传输，又利用柔性电路板可弯折的特性，在承载组件与散热组件之间产生相对位移时通过自身弯曲变形进行适应，而不会将应力传递至探测单元。

25、在本发明的ct探测装置的一种实施方式中，所述探测单元包括光电二极管和闪烁体，所述闪烁体被配置为将x射线转换为可见光，所述光电二极管被配置为将所述可见光转换为模拟电信号。

26、上述技术方案中，通过闪烁体与光电二极管的配合，实现了从x射线到可见光再到模拟电信号的完整转换路径，为模数转换芯片提供了标准的模拟信号输入。

27、本发明的第二方面，还提供一种多排ct探测器模组的组装定位方法，该组装定位方法应用于如上任一项所述的ct探测装置，包括以下步骤：

28、将承载有多个探测单元的安装支架通过定位结构固定于导轨；

29、将固设有模数转换芯片的导热基板贴合于散热组件的散热面，所述水冷板内部设有供冷却液循环流动的流道；

30、在所述导热基板与所述水冷板之间提供弹性预紧机构，使所述导热基板与所述散热组件的散热面保持紧密贴合；

31、通过柔性信号传输件连接所述探测单元的信号端与所述模数转换芯片的信号输入端，所述柔性信号传输件通过自身形变适应所述安装支架与所述散热组件之间的相对位移。

32、通过先定位承载组件、后安装散热组件、最后以柔性信号传输件跨接的组装顺序，确保了定位精度在组装过程中不受散热组件安装的干扰。先完成精定位再安装散热组件，使散热组件的装配公差不会影响已确定的探测器单元位置；柔性信号传输件在最后跨接，能够自由适应两组之间的位置偏差。

33、在本发明的多排ct探测器模组的组装定位方法的一种实施方式中，“在所述导热基板与所述水冷板之间提供弹性预紧机构，使所述导热基板与所述散热组件的散热面保持紧密贴合”进一步包括：

34、提供导向紧固件和弹性预紧件；

35、将所述导向紧固件穿过所述导热基板的通孔；

36、将所述弹性预紧件套设于所述导向紧固件；

37、将所述导向紧固件的端部拧入所述水冷板的螺纹孔；

38、调整所述弹性预紧件的压缩量，直至达到设定值。

39、通过导向紧固件、弹性预紧件与水冷板螺纹孔的配合，实现了弹性预紧力的量化调节，通过调整弹性预紧件的压缩量，能够精确控制导热基板与水冷板之间的贴合压力，使接触热阻降至最低。

40、综上所述，本发明的ct探测器及多排ct探测器模组的组装定位方法，具有如下优势：

41、通过将承载组件与散热组件设置为相互独立、无刚性连接的分离式架构，并采用柔性信号传输件跨接，使散热组件的安装应力、热形变应力无法传递至承载组件，探测器单元的定位精度由承载组件独立保证，避免了散热结构对定位精度的干扰，定位重复精度可达±0.02mm，显著优于传统一体化方案；

42、通过将模数转换芯片直接固设于导热基板、导热基板直接贴合于散热组件的散热面，省去了硅胶垫、液态金属等中间导热介质，彻底消除了界面热阻，同等工况下模数转换芯片温度降低5~8℃，热阻仅为传统硅胶垫方案的12%~30%，有效抑制了热漂移伪影，提升了ct图像信噪比；

43、通过采用无导热介质的直接接触散热方案，无需采购昂贵的液态金属，无需设计复杂的密封腔体，无需定期更换老化的硅胶垫，大幅降低了材料成本和维护成本；同时彻底避免了液态金属泄漏导致短路的风险和硅胶垫老化失效的隐患，系统长期运行可靠性显著提升；

44、通过弹性预紧机构提供可调的法向压力，使导热基板与水冷板始终保持紧密贴合，即使在温度变化导致部件热胀冷缩的情况下，仍能维持稳定的接触状态，进一步保证了散热性能的一致性；

45、通过先定位承载组件、后安装散热组件、最后跨接柔性信号传输件的组装顺序，使装配过程中各步骤互不干扰，装配工艺简化，无需控制导热介质厚度和均匀性，装配时间减少约40%。