多能谱射线探测器及多能谱成像系统

技术领域

本发明涉及X射线成像装置技术领域，具体涉及一种多能谱射线探测器及多能谱成像系统。

背景技术

能谱CT成像技术可以利用物质在不同能量的X射线产生的不同的吸收来提供比常规CT更多的影像信息，不但能够获取物质密度及其分布图像，还能获得能谱图像，并能在此基础上计算出病变或组织的有效原子系数和电子密度，实现特异性组织鉴别，在物质识别、骨密度测量等方面有着极大的应用潜力。

相关技术中的多能谱成像设备在进行能谱成像时，最常用的是应用分辨能量的双层能谱探测器，采用常规CT扫描方案，通过上下两层探测器分别收集低能和高能射线进行能量采集，然后进行相关能谱计算；除此之外，常用的还有采用光子计数探测器，通过设置能量选通阈值来实现能谱通道的划分，分别对不同能谱区域内的光子数进行累积计数，获取关于不同材料的更全面的能谱信息进而实现物质识别。但以上两种方法都改变了探测器的内部结构或半导体材料，实现成本高，且结构复杂。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服相关技术中的多能谱成像系统都改变了探测器的内部结构或半导体材料，实现成本高，且结构复杂的缺陷，从而提供一种多能谱射线探测器及多能谱成像系统。

本发明提供一种多能谱射线探测器，包括：探测器本体，具有射线接收端；射线滤波机构，设置在所述探测器本体的射线接收端，所述滤波机构上具有并列设置的至少两种滤波单元，不同的所述滤波单元将同一射线分离成的射线均具有不同的能量；面阵探测机构，设置在所述探测器本体的射线接收端，且位于所述射线滤波机构的内侧，所述面阵探测机构上具有并列设置的多个晶体单元，所述晶体单元与所述射线滤波机构的滤波单元一一对应设置，通过所述晶体单元用于接收被所述滤波单元分离的具有不同能量的射线。

可选地，所述射线滤波机构包括：基底，所述基底为框架结构，所述滤波单元设置在所述基底的框架内。

可选地，所述基底上的多种滤波单元，沿横向和/或纵向的方向依次交替设置。

可选地，所述滤波单元为正方形或圆形，多种所述滤波单元在基底上沿横向和纵向的方向依次交替设置。

可选地，所述滤波单元为长方形，多种所述滤波单元在基底上沿横向或纵向的方向依次交替设置。

可选地，多种所述滤波单元中，至少一种滤波单元为空腔结构。

可选地，所述滤波单元阵列在所述基底上为单层结构。

可选地，所述基底的框架内具有网格镂空结构，通过所述网格镂空结构用于分别连接多个所述滤波单元。

可选地，所述晶体单元的形状与所述滤波单元的形状相同；所述晶体单元的面积小于或等于所述滤波单元的面积。

本发明还提供一种多能谱成像系统，包括上述所述的多能谱射线探测器。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的多能谱射线探测器，具有面阵探测机构、射线接收端以及设置在两者之间的射线滤波机构，当有射线射向该多能谱射线探测器射线接收端后，射线滤波机构会对射线进行不同程度的衰减，不同的滤波单元将射线分成高低能量不同的射线，高低能量不同的射线再被面阵探测机构接收，用于生成针对同一被扫描物体的能谱图像。使得多能谱成像系统在进行双能或多能成像时，一次扫描即可获取被扫描物上的目标位置的扫描图像，提高了检测效率，降低了辐射对患者带来的伤害；并且，无需改变探测器的内部结构或半导体材料，实现成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种实施方式中提供的多能谱射线探测器的结构示意图；

图2为本发明的又一种实施方式中提供的多能谱射线探测器的结构示意图；

图3为本发明的一种实施方式中提供的射线滤波机构的结构示意图；

图4为使用图3中的射线滤波机构所得到的两种不同能量的射线的数据示意图；

图5为采用插值法处理利用图4所示的射线滤波机构得到的数据的一种示意图；

图6为采用插值法处理利用图4所示的射线滤波机构得到的数据的又一种示意图；

图7为采用像素合并处理图5中的数据的一种示意图；

图8为图7中处理后的结果的示意图；

图9为本发明的又一种实施方式中提供的射线滤波机构的结构示意图；

图10为使用图8中的射线滤波机构所得到四种不同能量的射线的数据示意图；

图11为采用插值法处理利用图10所示的射线滤波机构得到的数据的一种示意图；

图12为采用插值法处理利用图10所示的射线滤波机构得到的数据的又一种示意图；

图13为采用插值法处理利用图10所示的射线滤波机构得到的数据的又一种示意图；

图14为采用插值法处理利用图13所示的射线滤波机构得到的数据的又一种示意图；

图15为采用像素合并处理图14中的数据的一种示意图；

图16为图15中处理后的结果的示意图；

图17为本发明的又一种实施方式中提供的射线滤波机构的结构示意图；

图18为本发明的一种实施方式中提供的多能谱成像系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-射线滤波机构； 2-第一滤波单元； 3-第二滤波单元；

4-第三滤波单元； 5-第四滤波单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1为本发明的一种实施方式中提供的多能谱射线探测器的结构示意图；图2为本发明的又一种实施方式中提供的多能谱射线探测器的结构示意图；如图1与图2所示，本发明提供一种多能谱射线探测器，包括：探测器本体，具有射线接收端；射线滤波机构，设置在探测器本体的射线接收端，滤波机构上具有并列设置的至少两种滤波单元，不同的滤波单元将同一射线分离成的射线均具有不同的能量；面阵探测机构，设置在探测器本体的射线接收端，且位于射线滤波机构1的内侧，面阵探测机构上具有并列设置的多个晶体单元，晶体单元与射线滤波机构的滤波单元一一对应设置，通过晶体单元用于接收被滤波单元分离的具有不同能量的射线。

例如，如图1所示，射线滤波机构1可以封装在多能谱射线探测器的内部，射线进入多能谱射线探测器之后，被分离成具有不同能量的射线，之后达到面阵探测机构的晶体单元。

例如，如图2所示，射线滤波机构1可以粘贴在多能谱射线探测器的外表面，射线进入多能谱射线探测器之前，被分离成具有不同能量的射线，之后达到面阵探测机构的晶体单元。

本发明提供的多能谱射线探测器，具有面阵探测机构、射线接收端以及设置在两者之间的射线滤波机构，当有射线射向该多能谱射线探测器射线接收端后，射线滤波机构会对射线进行不同程度的衰减不同的滤波单元将射线分成高低能量不同的射线，高低能量不同的射线再被面阵探测机构接收，用于生成针对同一被扫描物体的能谱图像。使得多能谱成像系统在进行双能或多能成像时，一次扫描即可获取被扫描物上的目标位置的扫描图像，提高了检测效率，降低了辐射对患者带来的伤害；并且，无需改变探测器的内部结构或半导体材料，实现成本低。

图3为本发明的一种实施方式中提供的射线滤波机构的结构示意图；如图3所示，本发明提供一种射线滤波机构1，包括：基底，基底为框架结构，基底的框架内具有并列设置的至少两种滤波单元，不同的滤波单元将同一射线分离成的射线均具有不同的能量。

具体的，该射线滤波机构1上的滤波单元可以沿基底的横向和纵向的方向依次交替呈棋盘式分布。例如，该射线滤波机构1上的滤波单元可以沿基底的横向或纵向的方向依次交替呈相互平行的条状分布。其中，滤波单元可以为正方形或圆形。

例如，不同的滤波单元可以对应一种透射能力的滤波材料，滤波材料可以是铝，也可以是铜，还可以是空气。例如，可以改变同一种滤波材料的厚度来改变其透射率。

例如，多种滤波单元中，至少一种滤波单元为空腔结构，例如，可以在基底上设置通孔，以形成镂空区域，该位置处的滤波单元为空气，射线直接穿过该滤波单元后，能量不会发生衰减。

例如，滤波单元在基底上为单层结构。例如，该射线滤波机构1的基底可以为拥有多个镂空结构网格状框架，在每个网格内嵌设或者粘贴不同透射能力的滤波材料以形成不同的滤波单元。例如，其中一种滤波材料可以为铝，记为第一滤波单元2；另一种滤波材料可以为铜，记为第二滤波单元3。其中，网格内所嵌合的滤波材料不限于两种，也可以是四种，还可以是九种，不同的滤波材料根据需要嵌合在不同的位置。

例如，基底上的网格的规格可以是64*64，即沿基底的长度方向设置有64个网格区，沿基底的宽度方向设置有64个网格区。其中，每一行有一半的网格区为第一滤波单元2，一半的网格区为第二滤波单元3，每一列也有一半的网格区为第一滤波单元2，一半的网格区为第二滤波单元3。

例如，射线滤波机构1还可以包括底板，基底设置在底板的板面上，底板可以用于粘接或者焊接在多能谱射线探测器上，底板的厚度可以设置的小一点，以减少X射线穿过时的能量衰减。例如，底板可以由薄铝板制成。

又一个实施例中，面阵探测机构上的晶体单元的形状与射线滤波机构1上的滤波单元的形状相同。

又一个实施例中，面阵探测机构上的晶体单元的面积小于或等于的射线滤波机构1上的滤波单元的面积。

例如，当滤波单元的面积与晶体单元的面积大小一致时，一个晶体单元可以对应一个滤波单元。例如，当滤波单元的面积大于晶体单元大小时，一个滤波单元可以对应多个晶体单元。使用时，可以使基底上的滤波单元与面阵探测机构上的晶体单元相对齐，有利于提高成像效果。

当有射线穿过该射线滤波机构1时，第一滤波单元2与第二滤波单元3对X射线具有不同的透射能力，例如，第一滤波单元2对于X射线的透射率高于第二滤波单元3，X射线在穿过射线滤波机构1后转变成高能X射线与低能X射线。

图18为本发明的一种实施方式中提供的多能谱成像系统的结构示意图；如图18所示，例如，对于整个多能谱成系统而言，其具有射线发生器，用于发射扫描所需的X射线；还具有该多能谱射线探测器，用于接收X射线；以及计算单元，用于接收该多能谱射线探测器探测到的射线，并进行数据分析。

例如，该能谱成像系统可以是锥形束CT扫描系统，也可以是直接数字化X射线摄影系统。

图4为使用图3中的射线滤波机构所得到的两种不同能量的射线的数据示意图；图5为采用插值法处理利用图4所示的射线滤波机构得到的数据的一种示意图；图6为采用插值法处理利用图4所示的射线滤波机构得到的数据的又一种示意图；图7为采用像素合并处理图5中的数据的一种示意图；图8为图7中处理后的结果的示意图；其中，各个附图中的“A”代表一种能量的射线所获取的数据，“B”代表又一种能量的射线所获取的数据，“C”代表又一种能量的射线所获取的数据，“D”代表又一种能量的射线所获取的数据。即，A、B、C以及D分别各自对应一种能量的射线所获取的数据。

如图4、图5、图6、图7以及图8所示，例如，在一次扫描中，射线发生器采用高电压，例如140KV，X射线穿过被扫描物体后，穿过具有不同透射能力的滤波单元，之后分成高低能量不同的射线，高低能量不同的射线被该多能谱射线探测器接收，该多能谱射线探测器再将数据传输至计算单元，最后可以生成针对同一被扫描物体的能谱图像。其中，计算单元可以进行数据提取，经过重建可获得针对同一物体的高能数据和低能数据两组投影图像，从而实现双能CT成像的投影采集。例如，一个实施例中，采用插值的方法将带“*”号的数据补充完整，得到两组与原采样数量一致的数据，之后，采用像素合并的方式，得到高能数据与低能数据，采样数量减小为原来的1/2。最后，利用CT重建得到被扫描物体在两种能量下的线性衰减系数，然后选取不同基材料对被检测物体进行基材料分解计算，进而获取原子序数图像和电子密度图像，实现特异性组织的鉴别。

本发明提供的多能谱成像系统，具有多能谱射线探测器，可以将具有单一能量的射线分离成具有不同能量的射线，使用时，射线发生器发出X射线，X射线穿过待检测物后，经由射线滤波机构1进行过滤，X射线穿过第一滤波单元2与第二滤波单元3后，分成高低能量不同的两种射线，高低能量不同的两种射线被面阵探测机构接收，最终可以生成针对同一待检测物的高能CT图像与低能CT图像。该多能谱成像系统一次扫描即可实现双能CT成像，提高了检测效率，降低了辐射对患者带来的伤害，而且无需对现有的探测器内部的晶体结构、材料以及相关制作工艺进行更改，有利于降低生产成本。

图9为本发明的又一种实施方式中提供的射线滤波机构的结构示意图；图10为使用图9中的射线滤波机构所得到四种不同能量的射线的数据示意图；图11为采用插值法处理利用图10所示的射线滤波机构得到的数据的一种示意图；图12为采用插值法处理利用图10所示的射线滤波机构得到的数据的又一种示意图；图13为采用插值法处理利用图10所示的射线滤波机构得到的数据的又一种示意图；图14为采用插值法处理利用图13所示的射线滤波机构得到的数据的又一种示意图；图15为采用像素合并处理图14中的数据的一种示意图；图16为图15中处理后的结果的示意图；如图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15以及图16所示，又一种实施方式中，射线滤波机构1包括第一滤波单元2、第二滤波单元3、第三滤波单元4与第四滤波单元5；其中，第一滤波单元2、第二滤波单元3、第三滤波单元4与第四滤波单元5沿逆时针或顺时针方向依次交替设置。其中，四个网格区为一个小整体，小整体内第一滤波单元2、第二滤波单元3、第三滤波单元4与第四滤波单元5的分布位置可以根据需要设计，在此不作限定。含有四个滤波单元的射线滤波机构1的使用方式与含有两个滤波单元的射线滤波机构1的使用方式相同，在此不再赘述。

图17为本发明的又一种实施方式中提供的射线滤波机构1的结构示意图；如图17所示，例如，该多能谱成像系统可以是全景CT扫描系统，也可以是直接数字化X射线摄影系统。

该实施例中，两种滤波单元均为长条状结构，分别记为第一滤波单元2与第二滤波单元3，第一滤波单元2与第二滤波单元3在基板上沿横向方向设置。

例如，可以将射线滤波机构1的尺寸设计的较大一些，使用该射线滤波机构1时，射线发出后，穿过被扫描物，之后穿过第一滤波单元2的可以为高能射线，穿过第二滤波单元3的可以是低能射线，两种射线再被多能谱射线探测器接收，多能谱射线探测器再将接收到的射线数据反馈至该多能谱成像系统的计算单元，最终可以生成高能图像与低能图像。并且，可以旋转射线发生器，以对被扫描物的不同位置进行扫描成像。综上，使用该多能谱成像系统一次扫描即可实现双能甚至多能成像，提高了检测效率，降低了辐射对患者带来的伤害，而且无需对现有的探测器的内部晶体结构、材料以及相关制作工艺进行更改，有利于降低成本。

综上，使用该多能谱成像系统一次扫描即可实现双能甚至多能成像，提高了检测效率，降低了辐射对患者带来的伤害，而且无需对现有的探测器的内部晶体结构、材料以及相关制作工艺进行更改，有利于降低成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。