[發明專利]基于逆康普頓散射X光源的高效康普頓散射成像系統

有效

• 申請號: 202111271755.1
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN113984815B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 遲智軍
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G01N23/20066
• 分類號: G01N23/20066;G01N23/20008;A61B6/00;A61B6/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 許富強

本發明公開了一種基于逆康普頓散射X光源的高效康普頓散射成像系統，該系統包含：逆康普頓散射X光源、入射X射線準直器、成像物體、康普頓散射X射線準直器和X射線探測器。其中，入射X射線準直器設置在逆康普頓散射X光源和成像物體之間，逆康普頓散射X光源產生的入射X射線為豎直偏振，經入射X射線準直器形成準單色的X射線，并入射至成像物體；康普頓散射X射線準直器設置在X射線探測器和成像物體之間，X射線經成像物體散射獲得的散射X射線經過康普頓散射X射線準直器后經X射線探測器探測；X射線探測器設置在與入射X射線垂直的方向上。本發明的成像系統能夠顯著提升圖像重建的精度和成像的效率。

技術領域

本發明涉及一種成像系統，具體涉及一種基于逆康普頓散射X光源的高效康普頓散射成像系統。

背景技術

在X射線成像領域，康普頓散射信號包含了成像物體豐富的物理信息。與傳統的透射成像相比，X射線康普頓散射成像具有自己獨特的優勢，如：(1)射線源和探測器只需放置在成像物體的同一側，非常適合于大尺寸物體的成像，這在橋梁、地下管道等的檢測中顯得尤為重要；(2)康普頓散射截面僅依賴于物體的電子密度，與(等效)原子序數Z無關，對于低Z和高Z材料均能夠獲得較高的襯度；(3)當被測物體的厚度或密度較低時，利用康普頓散射成像可以獲得比透射成像更高的靈敏度；(4)散射信號容易解釋，其強度正比于材料的密度。

由于電子密度的分布信息在重離子治療的劑量優化以及射程評估中非常關鍵，而康普頓散射可以直接給出成像物體電子密度的分布，因此其在醫學領域具有重要應用前景。另外，康普頓散射成像在工業無損檢測中也有重要的應用，比如飛機引擎發動機、汽車鑄件等的無損檢測，鋼板、土壤密度的測量等等。

目前，康普頓散射成像中所使用的X光源主要為X光管，即利用電子束打靶的方式產生軔致輻射。這種光源的優點在于：造價比較低廉、結構緊湊，并且積分通量也相對較高；其缺點在于：這種利用軔致輻射的方式產生的X射線的能譜是連續譜，即使通過一些濾波技術，最終得到的能譜也相對較寬，利用這種寬譜進行圖像重建，重建的精度會顯著降低，進而圖像的量化分析會引入較大的誤差。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于逆康普頓散射X光源的高效康普頓散射成像系統，解決了現有常規X光管的寬譜特性嚴重影響圖像重建的精度而導致圖像量化分析誤差較大的問題，能夠顯著提升圖像重建的精度和成像的效率。

為了達到上述目的，本發明提供了基于逆康普頓散射X光源的高效康普頓散射成像系統，該系統包含：逆康普頓散射X光源、入射X射線準直器、成像物體、康普頓散射X射線準直器和X射線探測器。

其中，所述入射X射線準直器設置在逆康普頓散射X光源和成像物體之間，所述逆康普頓散射X光源產生的入射X射線為豎直偏振，經入射X射線準直器形成準單色的X射線，并入射至成像物體；所述康普頓散射X射線準直器設置在X射線探測器和成像物體之間，X射線經成像物體散射獲得的散射X射線經過康普頓散射X射線準直器后經X射線探測器探測；所述X射線探測器設置在與入射X射線垂直的方向上。

優選地，所述入射X射線準直器的材料為鎢或鉛。

優選地，該系統的成像模式包含：近場成像和遠場成像；當成像模式為近場成像時，該系統采用點掃描或線掃描方式進行成像，在線掃描方式進行成像時，所述康普頓散射X射線準直器為一維平行孔陣列，所述X射線探測器由一維探測器陣列組成；當成像模式為遠場成像時，該系統采用面掃描方式成像，康普頓散射X射線準直器為二維平行孔陣列，X射線探測器由二維探測器陣列組成。

本發明的基于逆康普頓散射X光源的高效康普頓散射成像系統，解決了現有常規X光管的寬譜特性嚴重影響圖像重建的精度而導致圖像量化分析誤差較大的問題，具有以下優點：