通过侧面照射闪烁体的多能X射线探测器及能谱重建方法

本发明属于x射线探测与成像，提出了一种能够低成本实现多能x射线探测器的方法。

背景技术：

1、传统的基于闪烁体的x射线成像通常捕获x射线的全光谱，而不区分它们的能量。然而，缺乏x射线光谱信息常常导致图像对比度不足，特别是对于具有相似原子序数和密度的物质。x射线能量分辨技术的发展彻底改变了这种情况，使材料的可分辨性得到显著提高。虽然基于直接探测的能量分辨光子计数型探测器已经开始在高端计算机断层扫描(ct)系统中使用，但它们仍然存在一定的局限性。这些限制包括与生长光谱级晶体相关的高成本，由于“堆积”效应而导致的高通量x射线条件下的性能问题，以及与硅背板集成时像素的可用性有限等。鉴于基于闪烁体的间接探测在现代x射线检测系统中的持续流行，如平板探测器和ct线阵探测器，因此迫切需要开发基于闪烁体的能量分辨探测器。然而，具有多个能量通道的能量分辨闪烁体探测器的可用性仍然相当有限。例如，双能ct成像往往需要两个x射线源的快速切换，这阻碍了动态成像能力。虽然堆叠的双层或多层闪烁体有望用于多光谱动态x射线成像，但提高能量分辨率仍然是一个艰巨的挑战。因此，目前科研界和产业界都缺乏行之有效、制作成本简单的基于闪烁体的多能x射线探测器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种通过侧面照射闪烁体的多能x射线探测器及能谱重建方法。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种用于多能x射线探测器的能谱重建方法，其做法为：将闪烁体上各信号区域的闪烁强度输入预先建立的数学解析模型中，重建还原入射x射线的能谱；

4、所述闪烁体为长方体形状，其侧面作为x射线的入射面，x射线源位于闪烁体侧部并沿平行于闪烁体正面的方向照射闪烁体的侧面，所述信号区域为闪烁体正面的矩形区域且矩形区域的长度方向与x射线照射方向垂直；各信号区域宽度相同，且从靠近x射线源一侧的闪烁体正面边缘开始向远离x射线源一侧连续排列；所述各信号区域的闪烁强度通过对准闪烁体正面的可见光探测器记录。

5、作为上述第一方面的优选，所述数学解析模型为闪烁体上各信号区域闪烁强度值与入射x射线能谱中各能量通道强度之间的方程，其中能量通道数量与信号区域数量相同，方程系数矩阵基于预实验数据求解得到；所述预实验数据包含入射x射线的已知能谱以及对应测得的闪烁体各信号区域闪烁强度值。

6、作为上述第一方面的优选，所述闪烁体为薄片型结构，其面积最大的面作为正面，正面形状为矩形。

7、作为上述第一方面的优选，每个所述信号区域的长度与闪烁体正面垂直x射线照射方向的侧边长度相同。

8、作为上述第一方面的优选，每个所述信号区域的宽度为0.5～1mm。

9、作为上述第一方面的优选，每个信号区域的闪烁强度的计算方法为：用可见光探测器记录各个信号区域的闪烁光强度后，求各个信号区域中单位面积的平均灰度值作为对应信号区域的闪烁强度。

10、第二方面，本发明提供了一种通过侧面照射闪烁体的多能x射线探测器，其包括闪烁体、可见光探测器和数据处理单元；

11、所述闪烁体为长方体形状，其侧面作为x射线的入射面，x射线源位于闪烁体侧部并沿平行于闪烁体正面的方向照射闪烁体的侧面；所述闪烁体的正面设置有多个矩形的信号区域，矩形的长度方向与x射线照射方向垂直，各信号区域从靠近x射线源一侧的闪烁体正面边缘开始向远离x射线源一侧连续排列；

12、所述可见光探测器对准闪烁体正面，用于记录各信号区域的闪烁强度；

13、所述数据处理单元用于获取所述可见光探测器记录的各信号区域闪烁强度，并按照前述第一方面任一方案所述能谱重建方法重建还原入射x射线的能谱。

14、作为上述第二方面的优选，所述可见光探测器为cmos相机或者tft阵列。

15、本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

16、本发明采用侧面照射的闪烁体实现多能x射线探测器，它可以使用可见光图像传感器轻松获取x射线光谱信息，具有成本和工艺简单的优点。与传统的能量积分型x射线成像设备相比，不需要任何额外的硬件设备。而且本发明基于闪烁体的方法，避免了现有能量分辨探测器的固有缺陷“堆积效应”，可以在高通量x射线下正常使用，也可以很好地兼容目前成熟的硅基可见光探测技术。

技术特征：

1.一种用于多能x射线探测器的能谱重建方法，其特征在于：将闪烁体上各信号区域的闪烁强度输入预先建立的数学解析模型中，重建还原入射x射线的能谱；

2.如权利要求1所述的用于多能x射线探测器的能谱重建方法，其特征在于：所述数学解析模型为闪烁体上各信号区域闪烁强度值与入射x射线能谱中各能量通道强度之间的方程，其中能量通道数量与信号区域数量相同，方程系数矩阵基于预实验数据求解得到；所述预实验数据包含入射x射线的已知能谱以及对应测得的闪烁体各信号区域闪烁强度值。

3.如权利要求1所述的用于多能x射线探测器的能谱重建方法，其特征在于：所述闪烁体为薄片型结构，其面积最大的面作为正面，正面形状为矩形。

4.如权利要求3所述的用于多能x射线探测器的能谱重建方法，其特征在于：每个所述信号区域的长度与闪烁体正面垂直x射线照射方向的侧边长度相同。

5.如权利要求3所述的用于多能x射线探测器的能谱重建方法，其特征在于：每个所述信号区域的宽度为0.5～1mm。

6.如权利要求1所述的用于多能x射线探测器的能谱重建方法，其特征在于：每个信号区域的闪烁强度的计算方法为：用可见光探测器记录各个信号区域的闪烁光强度后，求各个信号区域中单位面积的平均灰度值作为对应信号区域的闪烁强度。

7.一种通过侧面照射闪烁体的多能x射线探测器，其特征在于，包括闪烁体、可见光探测器和数据处理单元；

8.如权利要求7所述的过侧面照射闪烁体的多能x射线探测器，其特征在于，所述可见光探测器为cmos相机或者tft阵列。

技术总结
本发明公开了一种通过侧面照射闪烁体的多能X射线探测器及能谱重建方法，属于X射线探测与成像技术领域。本发明利用X射线从侧面照射闪烁体，结合支配不同能量X射线光子吸收的朗伯比尔定律，通过分析闪烁体表面闪烁强度的分布，可以重构入射X射线的能谱。本发明不需要任何额外的硬件设备，在传统能量积分型X射线成像设备的基础上就能实现多能X射线线阵探测器。基于闪烁体的策略不仅避免了现有多能X射线探测器的固有缺陷“堆积效应”，可以在高通量X射线下正常使用；而且本发明的方法可以很好地兼容目前成熟的硅基可见光探测技术，比如基于晶硅的CMOS和基于非晶硅的TFT阵列等。

技术研发人员：杨旸,冉鹏
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15