[發明專利]射線透射和熒光CT成像系統和成像方法

在審

• 申請號: 201710616773.6
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107315019A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 李亮;陳志強;張麗;趙自然;邢宇翔;張思遠
• 申請（專利權）人: 清華大學;同方威視技術股份有限公司
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;G01N23/223
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 范心田

技術領域

本發明的實施例涉及輻射成像，具體涉及一種射線透射和熒光CT成像系統和成像方法。

背景技術

X射線CT成像技術已經在臨床醫學、安檢、工業無損檢測等多個領域取得了巨大的成功。傳統X射線CT成像的基本原理利用X射線源發出的X射線束在不同角度下掃描物體，分別測量該X射線束穿過物體前、后的信息(能量積分、光子數量等)，利用這兩個信息的變化建立物理模型，然后通過CT圖像重建得到被掃描物體內部物質的等效線衰減系數的分布圖像，即表征物質對X射線吸收強弱的灰度圖像，然而這不具有特異性和唯一性，無法實現準確的物質識別。近十年以來，X射線能譜CT(包括雙能CT)技術取得了很大進展，通過采集兩個以上不同能量(能譜)的X射線投影數據，利用CT重建和材料分解算法，除了可以獲得不同能量下物體內部的等效線衰減系數分布圖像以外，還可以獲得其等效原子序數和電子密度的分布圖像，具備了一定的物質識別能力，在臨床醫學、安檢等應用領域獲得了重要應用。

不同于傳統X射線CT，X射線熒光CT利用一定能量的X射線束照射物體，激發物體內的某些高z元素產生特定能量的熒光光子發射出去，并被探測器探測到。由于每種元素都對應唯一的一種X射線熒光能譜，因此通過采集到的熒光能譜數據就可以實現不同元素的準確識別。熒光CT就是采集不同角度下由X射線掃描物體所產生的熒光光子，通過圖像重建對特異元素物質實現高靈敏度的識別和定量的計算。截止到目前，世界上關于熒光CT的研究主要分為兩大類：1)基于同步輻射光源的熒光CT研究：主要利用同步輻射光源的極高亮度和單色性，然而由于同步輻射系統體積龐大和價格昂貴，因此不太適用于工程應用研究；2)基于普通X光機的XFCT研究，X光機產生的X射線能譜具有連續的特性，并且由于其低廉的價格和小巧的體積而成為當前熒光CT研究的主流，但是目前基于X光機的熒光CT成像系統為了提高熒光光子收集效率和降低噪聲，普遍采用了能量分辨率很高的單像素X射線譜儀探測熒光光子，通過在X光機前或者在譜儀前增加單孔準直器來確定一條射線的路徑，采用效率很低的“旋轉+平移”式的第一代CT掃描方式完成熒光CT數據采集，因此需要幾個、甚至十幾個小時的掃描時間，從而無法滿足工程應用的需要。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種射線透射和熒光CT成像系統和成像方法，基于第三代CT掃描方式，通過一次圓周掃描同時實現了針對對象的透射CT成像和熒光CT成像。

在本發明的一個方面，提出了一種射線透射和熒光CT成像系統，包括：射線源，發出射線束；旋轉掃描設備，對被檢查對象執行旋轉CT掃描；透射CT探測器，接收射線源發出的穿過被檢查對象的射線束；熒光CT探測器，接收射線源發出的射線束照射在被檢查對象內所激發產生的熒光光子；數據采集單元，分別采集來自透射CT探測器的透射數據信號和來自熒光CT探測器的熒光數據信號；以及控制和數據處理單元，控制所述射線源發出射線束，控制旋轉掃描設備對被檢查對象執行旋轉CT掃描，并且基于所述透射數據信號和熒光數據信號，同時獲得透射CT圖像和熒光CT圖像。

優選地，控制和數據處理單元控制旋轉掃描設備旋轉射線源、透射CT探測器和所述熒光CT探測器，以對被檢查對象執行旋轉CT掃描。

優選地，所述熒光CT探測器包括：熒光能譜探測元件；準直器，將激發產生的熒光光子準直入射在所述熒光能譜探測元件上；以及屏蔽構件，將所述熒光能譜探測元件包封起來。

優選地，所述屏蔽構件由高密度材料形成，并且所述準直器形成在所述屏蔽構件的側壁上。

優選地，所述準直器與所述熒光能譜探測元件之間的距離以及所述熒光能譜探測元件的長度能夠調節。

優選地，所述準直器形成為準直孔，所述激發產生的熒光光子通過所述準直孔準直入射在所述熒光能譜探測元件上。

優選地，所述準直孔的開孔傾角為90度，中心孔徑為0.5mm。

優選地，所述熒光能譜探測元件為線陣探測元件或者面陣探測元件。

優選地，所述射線源是能夠發出X射線或γ射線的裝置。

優選地，所述透射CT探測器為線陣探測器或者面陣探測器。

優選地，所述控制和數據處理單元根據所述透射數據信號以及透射強度模型，計算與被檢查對象有關的線衰減系數分布。

優選地，所述控制和數據處理單元根據所述熒光數據信號、熒光強度模型以及所述線衰減系數分布，計算與被檢查對象有關的特異元素的濃度分布或成分分布。