CN111198397A - 双能谱双分辨率的x-射线探测器、探测系统及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双能谱双分辨率的X‑射线探测器、探测系统及成像方法，探测器包括层叠设置的第一可见光传感器、第一荧光材料层、封装材料隔层、第二荧光材料层和第二可见光传感器，第一可见光传感器较第二可见光传感器靠近X‑射线源，第一可见光传感器的分辨率大于第二可见光传感器；第一可见光传感器吸收由第一荧光材料层受X‑射线激发而产生的可见光子；第二可见光传感器吸收由第二荧光材料层受X‑射线激发而产生的可见光子；封装材料隔层用于隔离第一荧光材料层受X‑射线激发而产生的可见光子与第二荧光材料层受X‑射线激发而产生的可见光子。本系统的上下两层探测器可以分别输出高分辨率图像和高能吸收图像，还可以通过图像算法得到感兴趣的图像。
Description
技术领域
本发明涉及X-射线探测器成像领域，尤其涉及一种双能谱双分辨率的X-射线探测器、探测系统及成像方法。
背景技术
X-射线成像系统中探测器对系统的成像起着决定性作用，在成像系统中希望能实现对不同能量的X-射线同时都能呈现，并且为能显示不同密度组织，希望成像系统能具有不同的分辨率，这个在大C系统中DSA功能的血管造影对双能和双分辨率的需求越来越明确。
目前在CT系统中使用双能成像的原理是使用不同能量源来实现双能成像，但在切换的过程中切换能源需要耗费一定的时间来切换，影响系统的效率，并且存在被测物体移动的可能，形成移动伪影。
在实际使用中需要有不同的分辨率在不同部位的使用中需要能分辨不同的组织，需要探测器同时能具有较高的分辨能力。
这样的应用情景对系统提出很高的要求，需要有高低能谱的探测能力的同时还要具于很高的分辨率，这样的需求同时对探测器提出具于双能谱的探测能力，同时可以提供不同的分辨率，现有技术中的探测系统无法很好地满足如此高的性能要求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种双能谱双分辨率的X-射线探测器、探测系统及成像方法，上下两层探测器可以分别输出高分辨率图像和高能吸收图像，还可以通过图像算法得到感兴趣的图像。所述技术方案如下：
一方面，本发明提供一种双能谱双分辨率的X-射线探测器，包括顺次层叠设置的第一可见光传感器、第一荧光材料层、封装材料隔层、第二荧光材料层和第二可见光传感器，所述第一可见光传感器较第二可见光传感器靠近X-射线源，所述第一可见光传感器的分辨率大于第二可见光传感器；
所述第一可见光传感器用于吸收由所述第一荧光材料层受X-射线激发而产生的可见光子；所述第二可见光传感器用于吸收由第二荧光材料层受X-射线激发而产生的可见光子；所述封装材料隔层用于隔离所述第一荧光材料层受X-射线激发而产生的可见光子与第二荧光材料层受X-射线激发而产生的可见光子。
进一步地，所述第二荧光材料层的厚度大于第一荧光材料层的厚度。
进一步地，所述双能谱双分辨率的X-射线探测器还包括沿着所述第一荧光材料层和第二荧光材料层侧面设置一周的封装材料壁层，且所述封装材料壁层的一边沿与第一可见光传感器相抵，另一边沿与第二可见光传感器相抵。
进一步地，所述第一可见光传感器与第二可见光传感器形状和大小相同，所述第一荧光材料层和第二荧光材料层形状和大小相同，所述第一可见光传感器的面积大于所述第一荧光材料层且所述封装材料壁层相对于所述第一可见光传感器和第二可见光传感器呈凹进结构。
进一步地，所述封装材料隔层和封装材料壁层均为由X荧光的封装材料制成，所述封装材料为铝薄膜和热熔胶。
进一步地，所述第一荧光材料层和第二荧光材料层包含的X光转可见光材料为碘化铯或其他闪烁体。
另一方面，本发明提供了一种双能谱双分辨率的X-射线探测系统，包括X-射线源、第一图像采集装置、第二图像采集装置及如上所述的双能谱双分辨率的X-射线探测器，所述第一图像采集装置与第一可见光传感器电连接以采集第一图像，所述第二图像采集装置与第二可见光传感器电连接以采集第二图像。
进一步地，所述双能谱双分辨率的X-射线探测系统还包括处理器，所述处理器与所述第一图像采集装置和第二图像采集装置电连接，所述处理器能够对所述第一图像采集装置采集的第一图像和所述第二图像采集装置采集的第二图像作图像运算处理。
再一方面，本发明提供了一种基于上述的双能谱双分辨率的X-射线探测系统的成像方法，包括以下步骤：
打开X-射线源，使其向X-射线探测系统的第一可见光传感器发射X-射线；
若目标得到高分辨率图像，则输出第一图像采集装置采集的第一图像；
若目标得到高能吸收图像，则输出第二图像采集装置采集的第二图像。
进一步地，所述成像方法还包括：
利用处理器对所述第一图像和第二图像作图像运算处理，得到合成的组合图像。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
a.利用上下两层分辨率不同的可见光传感器，高分辨率的可见光传感器输出高分辨率图像；
b.两层荧光材料层利用封装材料隔离，穿过一层荧光材料层和穿过两层荧光材料层的X-射线形成不同的两个能谱，其中穿入第二层荧光材料层的X-射线为高能谱，相应得到高能吸收图像；
c.应用不同图像算法，可以得到关注的图像，平衡分辨率和量子探测效率之后输出感兴趣的组合图像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1是本发明实施例提供的双能谱双分辨率的X-射线探测器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的双能谱双分辨率的X-射线探测系统的结构示意图。
其中，附图标记包括：1-第一可见光传感器，2-第二可见光传感器，3-第一荧光材料层，4-第二荧光材料层，5-封装材料隔层，6-封装材料壁层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明提供一种双能谱双分辨率的X-射线探测器，参见图1，其包括顺次层叠设置的第一可见光传感器1、第一荧光材料层3、封装材料隔层5、第二荧光材料层4和第二可见光传感器2，其中，所述第一可见光传感器1与第二可见光传感器2为两块不同分辨率的TFT平板，具体地，比如如图1所示，所述第一可见光传感器1较第二可见光传感器2靠近X-射线源，则设置所述第一可见光传感器1的分辨率大于第二可见光传感器2。
所述第一可见光传感器1用于吸收由所述第一荧光材料层3受X-射线激发而产生的可见光子；所述第二可见光传感器2用于吸收由第二荧光材料层4受X-射线激发而产生的可见光子。
如图1所示，所述双能谱双分辨率的X-射线探测器还包括沿着所述第一荧光材料层3和第二荧光材料层4侧面设置一周的封装材料壁层6，且所述封装材料壁层6的一边沿与第一可见光传感器1相抵，另一边沿与第二可见光传感器2相抵。所述封装材料隔层5和封装材料壁层6共同用于隔离所述第一荧光材料层3受X-射线激发而产生的可见光子与第二荧光材料层4受X-射线激发而产生的可见光子。在本发明的一个实施例中，所述封装材料隔层5和封装材料壁层6均为由X荧光的封装材料制成，所述封装材料优选为铝薄膜和热熔胶。
在本发明的一个优选实施例中，所述第二荧光材料层4的厚度大于第一荧光材料层3的厚度。可选地，所述第一荧光材料层3和第二荧光材料层4包含的X光转可见光材料为碘化铯(CsI)或其他闪烁体，本发明实施例中，所述第一荧光材料层3和第二荧光材料层4的X光转可见光材料可以相同，也可以不同，上述其他闪烁体可以是对高密度的Cherenkov晶体材料进行改性，使其成为闪烁晶体，比如PbF2、NaBi(WO4)2等晶体；也可以是NaI:Tl或CsI:Tl晶体等等。其中，所述第二荧光材料层4较厚的原因是，穿过第一荧光材料层3而进入到第二荧光材料层4的X-射线能谱变窄而射线硬化，即进入到第二荧光材料层4的X-射线的强度变高，为了确保第二荧光材料层4能够吸收强度高的X-射线，假设所述第一可见光传感器1吸收的光子与第二可见光传感器2吸收的光子数量接近或相同，则所述第二荧光材料层4的厚度大于第一荧光材料层3，否则，大部分的X-射线将在第一荧光材料层3中被吸收，则会影响第二可见光传感器2的光子吸收及其所在的下层探测器的成像质量。
参见图1，所述第一可见光传感器1与第二可见光传感器2形状和大小相同，即采集第一可见光传感器1形成的第一图像和采集第二可见光传感器2形成的第二图像是针对同一物体成像得到的两张图像，这两张图像中所述物体成像大小、角度均相同，为两张图像应用各种图像算法提供可能；所述第一荧光材料层3和第二荧光材料层4形状和大小相同，所述第一可见光传感器1的面积大于所述第一荧光材料层3且所述封装材料壁层6相对于所述第一可见光传感器1和第二可见光传感器2呈凹进结构，确保所述第一荧光材料层3受X-射线激发而产生的可见光子能够高效地被第一可见光传感器1吸收，确保所述第二荧光材料层4受X-射线激发而产生的可见光子能够高效地被第二可见光传感器2吸收。
在本发明的一个实施例中，提供了一种双能谱双分辨率的X-射线探测系统，如图2所示，所述X-射线探测系统包括X-射线源、第一图像采集装置、第二图像采集装置及如上所述的双能谱双分辨率的X-射线探测器，所述第一图像采集装置与第一可见光传感器1电连接以采集第一图像，所述第二图像采集装置与第二可见光传感器2电连接以采集第二图像。这种X-射线探测系统可以一次曝光输出两种形式的图像，分别为第一荧光材料层3吸收了低能的X-射线，转化为可见光子被高分辨率的第一可见光传感器1吸收，相应地所述第一图像采集装置采集得到高分辨率图像，其对低密度的组织有很好的成像效果，可以得到非常清晰的图像；没有被第一荧光材料层3吸收的X-射线穿入第二荧光材料层4，能谱发生变化(变窄)得到硬化，射线强度变高，在第二荧光材料层4中被吸收，转化为可见光子被低分辨率的第二可见光传感器2吸收，相应地所述第二图像采集装置采集得到高能吸收图像，高能的X-射线成像适合于对密度较高的组织，比如乳腺进行成像。需要说明的是，这里的第二可见光传感器2的低分辨率是相对于所述第一可见光传感器1的高分辨率而言的，若所述第二可见光传感器2的分辨率过高，则像素尺寸过小会不利于所述第二可见光传感器2对可见光子的吸收，因此，分辨率过高的第二可见光传感器2可能会因为可见光子吸收效率过低而无法成像。
在一个优选的实施例中，所述双能谱双分辨率的X-射线探测系统还包括处理器，所述处理器与所述第一图像采集装置和第二图像采集装置电连接，所述处理器能够对所述第一图像采集装置采集的第一图像和所述第二图像采集装置采集的第二图像作图像运算处理。在本实施例中，此X-射线探测系统可以一次曝光输出三种形式的图像，除了上述高分辨率图像和高能吸收图像以外，还可以输出组合图像，所述组合图像可以是对第一图像和第二图像作图像加法或减影或其他更多的图像处理操作。
在本发明的一个实施例中，提供了一种基于上述的双能谱双分辨率的X-射线探测系统的成像方法，包括以下步骤：
打开X-射线源，使其向X-射线探测系统的第一可见光传感器发射X-射线；
若目标得到高分辨率图像，则输出第一图像采集装置采集的第一图像x1，比如当前是对骨科患者拍摄X光片，则选择输出第一图像x1；
若目标得到高能吸收图像，则输出第二图像采集装置采集的第二图像x2，比如当前是对乳腺患者拍摄X光片，则选择输出第二图像x2。
进一步地，所述成像方法还包括：
利用处理器对所述第一图像x1和第二图像x2作图像运算处理，得到合成的组合图像f(x1)+f(x2)。比如，当前是对比较厚的但是密度又比较低的组织成像，比如髋关节，则需要对第一图像和第二图像进行减影处理，平衡分辨率和量子探测效率之后可以输出感兴趣的合成图像。本发明对第一图像和第二图像进行的图像算法f(x1)+f(x2)可以是现有技术中任意一种图像合成算法，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双能谱双分辨率的X-射线探测器，其特征在于，包括顺次层叠设置的第一可见光传感器(1)、第一荧光材料层(3)、封装材料隔层(5)、第二荧光材料层(4)和第二可见光传感器(2)，所述第一可见光传感器(1)较第二可见光传感器(2)靠近X-射线源，所述第一可见光传感器(1)的分辨率大于第二可见光传感器(2)；
所述第一可见光传感器(1)用于吸收由所述第一荧光材料层(3)受X-射线激发而产生的可见光子；所述第二可见光传感器(2)用于吸收由第二荧光材料层(4)受X-射线激发而产生的可见光子；所述封装材料隔层(5)用于隔离所述第一荧光材料层(3)受X-射线激发而产生的可见光子与第二荧光材料层(4)受X-射线激发而产生的可见光子。
2.根据权利要求1所述的双能谱双分辨率的X-射线探测器，其特征在于，所述第二荧光材料层(4)的厚度大于第一荧光材料层(3)的厚度。
3.根据权利要求1所述的双能谱双分辨率的X-射线探测器，其特征在于，还包括沿着所述第一荧光材料层(3)和第二荧光材料层(4)侧面设置一周的封装材料壁层(6)，且所述封装材料壁层(6)的一边沿与第一可见光传感器(1)相抵，另一边沿与第二可见光传感器(2)相抵。
4.根据权利要求3所述的双能谱双分辨率的X-射线探测器，其特征在于，所述第一可见光传感器(1)与第二可见光传感器(2)形状和大小相同，所述第一荧光材料层(3)和第二荧光材料层(4)形状和大小相同，所述第一可见光传感器(1)的面积大于所述第一荧光材料层(3)且所述封装材料壁层(6)相对于所述第一可见光传感器(1)和第二可见光传感器(2)呈凹进结构。
5.根据权利要求4所述的双能谱双分辨率的X-射线探测器，其特征在于，所述封装材料隔层(5)和封装材料壁层(6)均为由X荧光的封装材料制成，所述封装材料为铝薄膜和热熔胶。
6.根据权利要求1所述的双能谱双分辨率的X-射线探测器，其特征在于，所述第一荧光材料层(3)和第二荧光材料层(4)包含的X光转可见光材料为碘化铯或其他闪烁体。
7.一种双能谱双分辨率的X-射线探测系统，其特征在于，包括X-射线源、第一图像采集装置、第二图像采集装置及如权利要求1-6中任意一项所述的双能谱双分辨率的X-射线探测器，所述第一图像采集装置与第一可见光传感器(1)电连接以采集第一图像，所述第二图像采集装置与第二可见光传感器(2)电连接以采集第二图像。
8.根据权利要求7所述的双能谱双分辨率的X-射线探测系统，其特征在于，还包括处理器，所述处理器与所述第一图像采集装置和第二图像采集装置电连接，所述处理器能够对所述第一图像采集装置采集的第一图像和所述第二图像采集装置采集的第二图像作图像运算处理。
9.一种基于权利要求7所述的双能谱双分辨率的X-射线探测系统的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
打开X-射线源，使其向X-射线探测系统的第一可见光传感器发射X-射线；
若目标得到高分辨率图像，则输出第一图像采集装置采集的第一图像；
若目标得到高能吸收图像，则输出第二图像采集装置采集的第二图像。
10.根据权利要求9所述的成像方法，其特征在于，基于权利要求8所述的双能谱双分辨率的X-射线探测系统，所述成像方法还包括：
利用处理器对所述第一图像和第二图像作图像运算处理，得到合成的组合图像。
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