CN103975253A - X射线探测装置 - Google Patents

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Abstract

一种设有X射线探测器的X射线成像装置和和放置的被测物质。所述X射线探测器包括配制成将入射X射线波长光子转换并发出可见光波长光子的部件、放置被测物质的位置、X射线源、配置成干扰X射线能量谱的结构，所述构件均位于公共轴上，其中，X射线源设置成将X射线能量谱沿公共轴对准发射撞击在所述部件上，所述结构配置成干扰X射线能量谱；其中，所述结构位于X射线源和所述部件之间，向放置被测物质的位置一边并与公共轴线相交；其中，所述结构包括至少三个相邻区，每个区与直接相邻区不同并配置成对X射线能量谱产生不同的干扰。

Description

X射线探测装置
技术领域
本发明涉及一种X射线探测器，尤其涉及设有闪烁体的X射线探测器。
背景技术
X射线管发出的辐射能量带范围宽，其能量分布由施加在管上的加速电压决定。X射线撞击在材料上，在穿过材料过程中被吸收。不同能量的X射线，其吸收也不同，这意味着初始X射线强度分布曲线会发生变化。由于不同的材料会使X射线强度谱形状发生明显变化，因此，若能足够准确地记录强度谱，便可预测X射线所穿过的材料。
虽然质量吸收系数取决于材料类型和入射光子的能量，但不受材料的厚度和密度影响。因此，借助合成的强度谱并已知触发能量谱，可推出质量吸收系数值，进而推出X射线穿过的材料的类型。
X射线探测分为两类。一类是直接探测，其中，撞击在特定材料上的X射线光子能量可直接探测到。
通过直接探测可按上述方法对材料进行鉴别。
例如，LiNbO3或Ge等X射线探测器可直接探测入射X射线的能量并能输出X射线能谱，从而确定材料的类型。
该技术在已发表的多个专利申请中均有介绍。例如：
公开号为WO2008/142446的国际专利申请中描述了扫描透射模式中的能量色散X射线吸收光谱，包括连续频带间强度比的计算；
公开号为WO2009/125211的国际专利申请中描述了一种成像装置及方法；
公开号为WO2009/130492的国际专利申请中描述了混合液的测定；及
公开号为WO2010/136790的国际专利申请中描述了一种鉴别容器中材料的方法。
尽管上述专利申请中阐述的工艺有效，然而探测器自身存在诸多缺陷。所需的直接型X射线探测器十分昂贵，且此类探测器运转所需的电子元件较不精密，这便导致了因暗噪声、脉冲堆积和能带波动等现象引起的误差。此外，探测器很难突破1024个像素，这使其只能局限于简单领域或纯扫描式探测。这些探测器限制了可应用直接探测技术的有效申请的范围。
另一类X射线探测称为间接探测，其中，X射线光子先通过闪烁体转化成可见光信号，再对该可见光进行探测。
传统观念认为，X射线在闪烁体内转化成可见光的过程中，所有X射线光子原本具有的能量信息均被破坏，而闪烁体输出的可见光只能反映入射光子密度。因此，传统上，间接转化一直局限使用于纯成像技术，而直接转化则用于材料鉴别。
双能量行扫仪是使用闪烁体的X射线探测器的一个发展品种，该仪器使用两台探测器，其中，每台探测器均设有一闪烁体，这两台探测器隔开安置但轴向对齐，需分析的材料位于X射线源与两个闪烁体中第一个闪烁体之间。这里的闪烁体应满足，部分射线源射出的和穿过材料的X射线谱被第一个闪烁体吸收，进而撞击到第二个闪烁体上的X射线能谱与撞击到第一个闪烁体上的不完全相同，即使不存在需分析的材料。因此，各个闪烁体的光子发射情况不同。另外，需分析的材料影响各个闪烁体光子发射间的差异。而对于材料，可通过观察第一和第二个闪烁体各自光子发射的比率进行鉴别。
EP1063538中描述了另一种双能量探测器。与穿过样本和两个轴向对齐的探测器的X射线不同的是，该发明提供了一种包括交替出现的闪烁体厚度的线性阵列闪烁体系统，其中，闪烁体材料中的一个厚度发出表明X射线通过低分子量材料的信号，其它闪烁体材料厚度则发出表明X射线通过高分子量材料的信号。所述线性阵列的使用需借助穿过测试物体并撞击线性阵列闪烁体的稀疏平行的X光幕。根据EP1063538，所述线性阵列闪烁体和现有技术下的双能量探测器相比，更易生成立体图像和区分高分子量材料与低分子量材料。
在鉴别高分子量或低分子量材料方面，双能量行扫仪很有效果。然而，在鉴别分子量介于极限值之间的材料或区分分子量类似的材料差异性方面，双能量行扫仪并非特别有效。
运用借助闪烁体的间接探测探测各种材料的能力将会十分占优势。这是因为，同X射线直接探测用设备相比，借助闪烁体进行间接探测的设备相对便宜，同时，这方面的精密电子设备也已得到了发展。此外，直接探测器使用的分辨率限制了分割图像的像素数目，目前约为1000，而众多使用此类探测器的探测活动则希望显著增加分割图像的像素数目。
虽然双能量探测器有一些材料鉴别能力，但该能力有限。
因此需要提供一个带闪烁体、能鉴别材料的间接X射线探测器。
发明内容
根据本发明的第一个方面，本发明提供了X射线成像装置，该装置包括X射线探测器和放置的被测物质，所述X射线探测器包括一个配制成将入射X射线波长光子转换并发出可见光波长光子的部件、一个放置被测物质的位置、X射线源、一个配置成干扰X射线能量谱的结构，所述构件均在公共轴上，其中，X射线源设置成将X射线能量谱沿公共轴对准发射撞击在所述部件上，所述结构配置成干扰X射线能量谱；其中，所述结构位于X射线源和所述部件之间，向放置被测物质的位置一边并与公共轴线相交；其中，所述结构包括至少三个相邻区，每个区与直接相邻区不同并配置成对X射线能量谱产生不同的干扰。
优势是，所述区彼此横向排布；且所述结构优选包括多个彼此横向排布的区，优选为成两个正交的方向。
优选地，配置成将入射X射线波长光子转换并发出可见波长光子的部件为闪烁体。
闪烁体可包括闪烁体层和背衬层。
优势是，所述多个区以阵列形式排布，且所述结构中可重复设置所述阵列。例如，所述多个区可包括一个3乘3的阵列(共9个区)，且所述结构可包括许多区。
优选地，所述结构为平面结构或非平面结构。所述结构至少一个面可为曲面。
优选地，相邻区之间的差别是相邻区中结构材料的厚度不同。
所述结构可包括多个伸出或凹陷，所述伸出或凹陷的厚度在其至少一个方向上变化，每个伸出或凹陷设置至少三个相邻区并配置成干扰X射线能量谱。
优选地，所述伸出或凹陷的形状为锥形。
所述结构可包括其中设置许多凹陷的非金属层，每个凹陷用金属填充。优选地，所述结构包括其中设置许多凹陷的第一非金属层和包括相应数量伸出的第二金属层，每个伸出填充在相应的凹陷中并与之紧密配合。
第二层可覆盖在第一层的表面上，凹陷的开口位于所述表面上。
相邻凹陷或伸出可通过X射线干扰材料相互隔开，且其中分隔相邻凹陷或伸出的材料可构成所述至少三个区的其中一个区。
所述非金属层可用硅制成。
相邻区之间可在所述结构单个相邻区的制作材料上加以区别。
相邻区的厚度和制作材料可有所不同。例如，所述结构可包括厚度均匀的基底，且所述单个区可通过在相邻区上建立分离的材料层设置在其表面上。层数和/或这些层的材料可有所不同。PVD(物理气相沉积)、电镀或激光烧蚀等工艺可用于制作所述单个区。
另外，区域差异可通过堆垛箔层实现，同时使切割区在彼此的上面，以形成多种侧面厚度。
另一可选方案为将一系列金属丝网一起以相似的方式堆垛在箔上，使得材料厚度上形成差异。这种方案类似于中性密度滤光片。
另一可选方案是具有一定厚度的材料和切割区以形成不同的厚度，这种方案可通过激光微加工或离子束铣等很多工艺实现。
若所述结构的材料特性，如所述结构的厚度连续变化而不是渐进变化，取所述结构上任一点，若其特性(厚度)与所述结构的相邻点处的厚度不同，则这两个点可分别视为配置成对X射线能量谱产生不同的干扰的区。
所述配置成干扰X射线能量谱的结构可包括在闪烁体内，即在闪烁体的闪烁体层中或背衬层中。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种适用于根据本发明第一方面的X射线探测装置的X射线探测器，所述X射线探测装置包括一个配置成将X射线波长光子转换并发出可见光波长光子的部件和一个对准X射线能量谱源的结构，所述结构配置成干扰X射线能量谱并包括至少三个相邻的区，其中每个区与直接相邻区不同且每个相邻区配置成对X射线能量谱产生不同的干扰。
优势是，所述区彼此横向排布；且所述结构优选包括多个彼此横向排布的区，优选为成两个正交的方向。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种配置成干扰其上入射X射线能量谱的结构，所述结构包括至少三个相邻区，其中每个区与直接相邻区不同且每个相邻区配置成对X射线能量谱产生不同的干扰。
优势是，所述区彼此横向排布；且所述结构优选包括多个彼此横向排布的区，优选为成两个正交的方向。
优势是，所述多个区以阵列形式排布，且所述结构中可重复设置所述阵列。例如，所述多个区可包括一个3乘3的阵列(共9个区域)，且所述结构可包括许多区域。
优选地，所述结构为平面结构或非平面结构。所述结构至少一个面可为曲面。
优选地，相邻区之间的重要差别是所述结构相邻区中材料的厚度不同。
所述结构可包括多个伸出或凹陷，所述伸出或凹陷的厚度在其至少一个方向上变化，每个伸出或凹陷设置至少三个相邻区并配置成干扰X射线能量谱。
所述伸出或凹陷的形状为锥形。
所述结构可包括其中设置许多凹陷的非金属层，每个凹陷用金属填充。
优势是，所述结构包括其中设置许多凹陷的第一非金属层和包括相应数量伸出的第二金属层，每个伸出填充在相应的凹陷中并与之紧密配合。
优选地，所述第二层覆盖在第一层的表面上，凹陷的开口位于所述表面上。
相邻凹陷或伸出可通过X射线干扰材料相互隔开，且其中分隔相邻凹陷或伸出的材料构成所述至少三个区的其中一个区。
优选地，所述非金属层用硅制成。
所述非金属层中的凹陷优选通过蚀刻制成。锥形凹陷的壁优选与非金属层的表面呈54.7°。
相邻区之间的重要差别可为所述结构单个相邻区的制作材料。
相邻区的厚度和制作材料可有所不同。例如，所述结构可包括厚度均匀的基底，且所述单个区可通过在相邻区上建立分离的材料层设置在其表面上。层数和/或这些层的材料可有所不同。PVD、电解积淀、激光烧蚀或3D印刷等工艺可用于制作所述单个区。
另外，区域差异可通过堆垛箔层实现，同时使切割区在彼此的上面，以形成多种侧面厚度。
另一可选方案为将一系列金属丝网一起以相似的方式堆垛在箔上，使得材料厚度上形成差异。这种方案类似于中性密度滤光片。
另一可选方案是具有一定厚度的材料和切割区以形成不同的厚度，这种方案可通过激光微加工或离子束铣等很多工艺实现。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种确定物质材料特性的方法，其中所述方法包括以下步骤：
a)将物质放置在根据本发明第一方面的X射线探测装置中；
b)调整X射线源使X射线能量谱沿公共轴对准；
c)分析由配置成将入射X射线波长光子转换发出可见光波长光子的部件所发出的可见光波长光子。
本发明的探测器尤其适合于具有很强能量依赖性的闪烁体材料。现有技术中，尽可能避免很难将能量和与X射线所穿过材料相关的厚度信息区分开的材料。现有技术中，尽可能选择一个入射X射线光子输出一个可见光光子的闪烁体材料。
本发明的探测器，即间接探测器，对物体的材料进行鉴别，成像分辨率很高。这表示本发明的探测器优于二维相机尺寸非常非常有限的直接探测器。
本发明的成像装置尤其适合于用有限材料系统进行复杂形状的高分辨率成像。例如，印刷电路板和通用电子器件的检验以及杂乱或屏蔽环境中放射性同位素的探测和鉴别。
成像装置还可有效地应用在其他很多领域，例如，非破坏性试验、医疗设备和食品工业等。
所述物质可为固体、液体或二者结合，例如，人体/动物组织或食品。
附图说明
附图说明了根据本发明的X射线探测器的优选实施例及其组件：
图1为根据本发明第一实施例的X射线探测器的简化示意图；
图2为图1中探测器闪烁体板的第一实施例的剖视图；
图3为图1中探测器闪烁体板的第二实施例的剖视图；
图4为图2中闪烁体板的后视图和图3中闪烁体正视图。
图5a为根据本发明另一方面的X射线探测器的简化示意图，其中探测器的组件位于物体和探测器之间；
图5b为根据本发明另一方面的X射线探测器的简化示意图，其中探测器的组件位于X射线源和物体之间；
图6为图5中探测器干涉板图5中A-A轴上的剖视图；
图7为图6中多区结构，即干涉板，的正视图；
图8为说明X射线源典型波普输出强度和能量关系的曲线；
图9为表示直接探测器中被测强度和能量谱关系的曲线图，其中，X射线源为图8中的射线源，X射线穿过正在受分析、厚度均匀的材料。
图10为说明干涉板厚度对X射线强度的影响的曲线；
图11为说明X射线能量谱穿过本发明干涉板的能量和由此产生的强度谱关系的曲线图；
图12为表示根据本发明的探测器中被测强度和能量谱关系的曲线图，其中，X射线源为图9中的射线源，X射线穿过正在受分析的相同材料。
图13a为由若干层材料建立的干涉板的分解图；
图13b为图13a中类型的干涉板的组成部分的平面图；
图14为由若干层金属丝网建立的干涉板的分解图；
图15为厚度在其两个方向上变化的干涉板的示意图；
图16a为干涉板的可替代实施例的示意图、俯视图和侧视图；
图16b为图16a中实施例的分解侧视图和示意图；及
图17为根据本发明的装置。
具体实施方式
如图1所示，为清晰起见，所示的探测器为最基本的形式，包括X射线源1、物体2、像素化闪烁体板3。X像素源1发出的X射线穿过物体2，闪烁体板3对穿过物体2衰减的X像素进行探测。X射线源1、物体2和闪烁体3位于公共轴线A-A上。
图2为包括闪烁体层4和背衬层5的闪烁体板3的第一实施例的剖视图。闪烁体层4为同种材料，厚度均匀。优选地，制作闪烁体层4的材料对入射X射线光子能量响应强烈。而背衬层5包括许多厚度不同的区，分别用5a至5d表示。为清晰起见，只有作为示例的区标示了编号。
图3为包括闪烁体层4和背衬层5的闪烁体板3的第二实施例的剖视图。然而，在本实施例中，金属(铝)背衬层为同种材料，厚度相同，但闪烁体层4包括许多厚度不同的区，分别用4a至4d表示。为清晰起见，只有作为示例的区标示了编号。优选地，制作闪烁体层4的材料对入射X射线光子能量反应强烈。
图4为图2中闪烁体板的后视图和图3中闪烁体板的正视图。板3设置49个区，基于9种不同像素密度的重复阵列，由3乘3的区块构成。这种排布使得对于任一3乘3的组(共9个区)中，中心像素由八个区围绕，所述八个区的厚度不同，且与任一所选像素相邻的区的密度不同。闪烁体板的右下角的编号如图3的正视图所示，左上角的编号如图2的后视图所示。
上述示例中，相邻区之间的厚度差约为200微米。
虽然板3基于9种不同像素密度的重复阵列设置49个区，本发明并不局限于这种形式。例如，板3的布局可基于四种不同像素密度的重复阵列(2乘2阵列)。
现有技术表明在间接X射线探测器中，闪烁体材料应对入射X射线能量具有平坦相应。此种闪烁体材料对图2和图3中的实施例均不是很有用。然而，闪烁体材料最好应具有很强的能量响应，即产生的可见光光子的数量与入射X射线强度和入射X射线能量有关，可能对入射X射线能量强于入射X射线强度。
图5至图7为本发明的替代实施例，其中代替呈现不同厚度区的闪烁体的闪烁体板的背衬板，使用了标准构造的闪烁体，同时干涉板6(如钨干涉板，还可视为多吸收板，即板的不同区具有不同的X射线吸收能力)设置在物体和闪烁体之间(如图5a所示)或设置在X射线源和物体之间(如图5b)所示。此种构造比图1至图4所示类型的闪烁体更简单且制造成本更低。而且，除制造各区厚度不同的干涉板外，干涉板的厚度也可均匀一致，并通过制作不同材料的干涉板单个区使相邻区具有重要差别。
干涉板可包括各区可制作在其上或在基底中的基底。单个区可通过蚀刻或者甚至是对基底进行机加工的方式制作在基层中。
干涉板可通过3D印刷的方式制作。
图2-4、图6和图7所示的单个区可代表不同厚度的区。
所述单个区可通过积淀方式制作在基底上，如现有技术中称为“剥离”的工艺。此种工艺的优势是，“剥离”过程中积淀的材料可与制作基底的材料相同。相邻区的重要差别为每个像素的密度。另外，若相邻区之间的重要差别在于材料类型和/或材料厚度，积淀材料可与基底材料不同。
图8为X射线源发出的X射线的典型强度对能量谱。当相同的X射线穿过厚度均匀的材料时，一些X射线光子被材料吸收，因此光谱强度减小，如图9所示。
若使用“背景技术”部分所述类型的直接探测器探测X射线穿过材料，图9所示的曲线为探测到的情况。然而，若使用间接探测器，探测器的输出，即闪烁体发出的可见光谱中光子的数量很大程度上不依赖于入射X射线光子和能量，而仅取决于入射X射线光子的强度。因此，间接探测器的强度对能量的曲线仅包括一条代表任意平均能量值的线。
图10为显示特定材料输出强度变化的曲线，强度变化取决于材料的厚度。三个不同曲线分别代表具有低、中和高能量的入射X射线光子。图8所示的X射线能量谱源发出的X射线谱由具有不同能量的X射线光子构成。从图10可以理解，增加X射线光子所穿过材料的厚度的效果是，低能量的X射线光子被吸收，中等能量和高能量的光子穿过材料，能量最高的X射线光子穿过了最厚的材料。
图11为强度和能量关系的曲线，所示为低能量X射线光子穿过厚度不同的相同材料的各个强度对能量谱。最右面的曲线代表光子穿过最厚材料的强度对能量谱。
因此，应理解，让X射线源谱发出的X射线谱穿过由厚度不同的区构成的结构，会产生多个X射线谱，每个射线谱与该X射线谱所穿过材料的厚度对应。当所述多个X射线谱入射在闪烁体上，虽然入射谱的能量可能与该入射谱X射线光子的强度无关，但每个入射谱均引起强度响应。因此，在使用多种像素密度的3乘3阵列的情况下，闪烁体产生九个不同的强度值。图12为说明此类闪烁体输出的曲线图。
图9所示的输出为能量响应基本平坦的闪烁体的输出。由于闪烁体能量响应会导致图像中产生阴影，现有技术中一般倾向于消除闪烁体能量响应，但这种做法普遍被认为并不可取。本发明中优选使用对能量响应不平坦的闪烁体材料。使用此类闪烁体材料时，入射能量越大，产生的闪烁体输出强度越大。本发明的探测器能有效利用输出强度差。
参看图10所示中的曲线，图中所使用的闪烁体材料的输出强度随撞击X射线光子的能量而变化，可以理解，相邻区闪烁体输出强度差比使用对能量响应平坦的闪烁体材料要大。可利用这些差帮助进行材料鉴定。
这种类型的X射线探测器的工作原理是将已知材料、已知材料组合、或其他特性的已知材料或材料组合与其探测的材料进行比较。因此，能对越多的两种材料、材料组合等进行辨别，该探测器的用途也就越大。
合适的闪烁体材料包括Csl(Tl)和Nal(Tl)，这两种材料为mif(医学图像融合)高范围X射线光子常用的闪烁体材料。它们具有较高的阻止能力并且是高效的可见光子发生器。此外，还能很容易产生大面积单晶体，使其成为大表面积探测器的理想材料。
Bi12FeO20(BGO)是另一种合适的闪烁体材料，尤其适用于硬X射线和软γ射线，但它与上述碱卤化物相比，更难大规模制造。
塑料闪烁体也是常见的闪烁体材料，具有极佳的衰减常数，约为毫微秒，而上述无机闪烁体为微秒。此外，塑料闪烁体容易制成复杂的形状(通常通过模塑工艺)，因此是制造本发明所述一些实施例的理想材料。聚萘二甲酸乙二醇酯已表现出极佳的闪烁性质并且很耐用。
图13a和图13b说明了干涉板6的一种替代结构。在该示例中，干涉板6由四层(6a至6d)材料构成，如箔。其中，第一层无穿孔，第二层6b包括第一宽度的孔6b’，第三层6c包括第二宽度的孔6c’，第四层6d包括第三宽度的孔6d’。孔6b’到6d’中心对准堆叠时，所形成的结构具有横截面6’。对准孔边缘堆叠6a到6d层时，所形成的结构具有横截面6”。
结构6’和6”各提供了厚度不同的狭长区。
图13b中，形成的两个干涉板6堆叠成孔彼此垂直对准。形成的干涉板提供一个方形区阵列，其中相邻区的厚度不同。
图14说明了由三层金属丝网(6f至6h)构成的干涉板6的另一替代排布，其中每个金属丝网网目尺寸不同。一层堆在另一个上面时，某些区中，入射X射线撞击在第一层6f的金属丝上，某些区中，入射X射线撞击在第二层6g的金属丝上，某些区中，入射X射线撞击在第三层6h的金属丝上。另外，在其他区中，入射X射线同时撞击在6f、6g和6h中不只一层的一些金属丝上。另外，有些区不设置金属丝，入射到这些区的X射线穿过时不受干扰。
图15中，干涉板6由一块平面图为方形的材料构成，该材料沿板的两个轴厚度不同。因此，板的材料厚度连续变化。这时，区的实际大小由像素化网格决定，例如探测摄像机的像素化网格。对于图15所示的干涉板6，相邻区平均厚度必须足以在入射X射线干扰时形成可探测差异。
图16a和16b所示为干涉板60的另一替代构造，包括第一层61和第二层63。第一层61由硅片制成，其中设有许多凹陷62。在图例中，凹陷的深度为800微米。凹陷通过蚀刻制成。众所周知，由于不同的晶面中硅原子的键强度不同，氢氧化钾或四甲基氢氧化铵等强碱性湿蚀刻剂比其他物质优先蚀刻某些硅晶面。{111}晶面是最耐蚀刻剂之一，因此{100}和{110}面将以比{111}面更快的速度蚀刻。制造第一层61的硅片以{100}为方向。界定凹陷62阵列的面罩包覆在硅片表面上并施以碱性蚀刻剂。碱性蚀刻剂接触硅时，碱性蚀刻剂开始蚀刻，形成正方形底的锥形凹陷62。凹陷62的倾斜侧壁为硅{111}面，与{100}硅片表面成54.7°的角。一直蚀刻到{111}侧壁相交形成锥形凹陷62的顶点。
制作凹陷62所用的蚀刻剂为氢氧化钾。用于制作62的面罩的形状与图16a中所示的平面图一致。在该图例中，凹陷排布成中心到中心为1mm x1mm的网格。相邻凹陷62间的距离约为50微米。
通过增大或缩小凹陷中心间的距离，可增加或减少凹陷的数量。凹陷间的距离变化时，凹陷的深度以及凹陷底的大小也变化，底的大小与凹陷深度和54.7°的壁角成函数关系。例如，每个凹陷的深度可减小至100微米。
图16a和图16b说明了干涉板的一部分。例如，干涉板可为26cm x15cm，且凹陷可设在比此处所示中心到中心为1mm x1mm的网格小的网格上。
第二层63由镍、铜或锡制成。金属厚度沿锥形壁的斜面发生变化，使该金属第二层63对入射在其上的X射线进行干扰，每个锥形突出设置无数个厚度不同的区。第一层起到有助于制造干涉板的作用，且制造后有支承和保护金属层63的作用。如图16a和16b所示，第二层63包括锥形突出64和背衬板65。所述第二层63通过在第一层61表面上沉积熔融金属制成，熔融金属填充锥形凹陷62并形成薄薄的背衬板65(约几微米)覆盖在第一层61的表面上。相邻锥形突出间的第二层63的金属可视为与相邻区厚度不同的区，与相邻锥形突出的金属对X射线能量谱产生不同的干扰。
干涉板60可通过机械夹紧或胶粘等方式附在闪烁体上。
干涉板(也可称为多吸收板)可采用二维印刷工艺制成。
图17所示为根据本发明的实验室级装置100。该装置包括壳体101，其中设置X射线源102、试样台103形式的用于放置被测材料的位置，其中试样台103设在横档104上，以便调整试样台103的位置。该装置100还包括干涉(或多吸收)板105和X射线探测器106，其中所述探测器106构成X射线摄像机的一部分，包括用于将X射线阴影图像的X射线波长光子转换成可见波长光子的闪烁体。所述摄像机用于捕捉图像用于以后分析。
测定物质的材料特性时，将该物质放置在试样台103上，使X射线源102的X射线能量谱对准穿过放置的试样、干涉板105，然后撞击在探测器106上。配置成将入射X射线波长光子转换成可见光波长光子的部件发出可见光波长光子，然后按以下步骤对可见光波长光子进行分析：
步骤(i)-对探测器106进行像素化处理：比较探测器记录的每个像素的可见光波长光子的强度和记录的相邻像素的强度，记录强度差；
步骤(ii)-比较装置中不放置物质探测器记录的每个像素的可见光波长光子的强度和记录的相邻像素的强度，记录强度差；
步骤(iv)-比较步骤(i)和(ii)测定记录的相邻像素间的强度差；
步骤(v)-对至少一种已知材料按照步骤(i)到(iv)进行测定并将强度差保存在数据库中；及
步骤(vi)-将记录的被测物质的强度差和数据库中记录的已知物质的强度差进行比较。

Claims (68)

1.一种X射线成像装置，该装置包括X射线探测器和放置的被测物质，所述X射线探测器包括配制成将入射X射线波长光子转换并发出可见光波长光子的部件、放置被测物质的位置、X射线源、配置成干扰X射线能量谱的结构，所述构件均在公共轴上，其中，X射线源设置成将X射线能量谱沿公共轴对准发射撞击在所述部件上，所述结构配置成干扰X射线能量谱；其中，所述结构位于X射线源和所述部件之间，向放置被测物质的位置一边并与公共轴线相交；其中，所述结构包括至少三个相邻区，每个区与直接相邻区不同并配置成对X射线能量谱产生不同的干扰。
2.根据权利要求1所述的X射线成像装置，其中配置成将入射X射线波长光子转换并发出可见波长光子的部件为闪烁体。
3.根据权利要求2所述的X射线成像装置，其中闪烁体包括闪烁体层和背衬层。
4.根据上述任一权利要求所述的X射线成像装置，其中所述多个区以阵列形式设置。
5.根据权利要求4所述的X射线成像装置，其中所述阵列包括一个x乘y的阵列，其中x乘y的积大于等于3。
6.根据权利要求4或5所述的X射线成像装置，其中所述结构中重复设置所述阵列。
7.根据权利要求4至6任一项所述的X射线成像装置，其中所述结构包括许多阵列。
8.根据上述任一权利要求所述的X射线成像装置，其中所述结构为平面结构或非平面结构。
9.根据权利要求8所述的X射线成像装置，其中所述结构至少一个面可为曲面。
10.根据上述任一权利要求所述的X射线成像装置，其中所述结构相邻区间的差别包括相邻区中所述结构材料的厚度不同。
11.根据上述任一权利要求所述的X射线成像装置，其中相邻区间的差别包括所述结构单个相邻区的制作材料不同。
12.根据权利要求10或11所述的X射线成像装置，其中所述结构的单个区包括多个分离的层。
13.根据权利要求12所述的X射线成像装置，其中不同区间和/或每个区中分离层的厚度不同。
14.根据权利要求12或13所述的X射线成像装置，其中不同区间和/或每个区中分离层的制作材料不同。
15.根据权利要求12至14所述的X射线成像装置，其中不同区间和/或每个区中分离层的数量不同。
16.根据权利要求10至15任一项所述的X射线成像装置，其中所述结构包括多个分离的层且至少一个分离层包括至少一个孔。
17.根据权利要求16所述的X射线成像装置，其中所述多个分离的层包括至少一个孔，其中所述结构不同层孔的大小不同。
18.根据权利要求16或17所述的X射线成像装置，其中所述分离层用箔制成。
19.根据权利要求16或17所述的X射线成像装置，其中所述分离层用网制成。
20.根据权利要求10所述的X射线成像装置，其中所述结构的厚度在至少一个方向上连续变化。
21.根据权利要求20所述的X射线成像装置，其中所述结构的厚度在两个正交的方向上连续变化。
22.根据权利要求10所述的X射线成像装置，其中所述结构包括多个伸出或凹陷，所述伸出或凹陷的厚度在其至少一个方向上变化，每个伸出或凹陷设置至少三个相邻区并配置成干扰X射线能量谱。
23.根据权利要求22所述的X射线成像装置，其中所述伸出或凹陷的形状为锥形。
24.根据权利要求22或23所述的X射线成像装置，其中所述结构包括其中设置许多凹陷的非金属层，每个凹陷用金属填充。
25.根据权利要求24所述的X射线成像装置，其中所述结构包括其中设置许多凹陷的第一非金属层和包括相应数量伸出的第二金属层，每个伸出填充在相应的凹陷中并与之紧密配合。
26.根据权利要求25所述的X射线成像装置，其中所述第二层覆盖在第一层的表面上，凹陷的开口位于所述表面上。
27.根据权利要求22至26任一项所述的X射线成像装置，其中所述相邻凹陷或伸出通过X射线干扰材料相互隔开，且其中分隔相邻凹陷或伸出的材料构成所述至少三个区的其中一个区。
28.根据权利要求24至27任一项所述的X射线成像装置，其中所述非金属层用硅制成。
29.根据上述任一权利要求所述的X射线成像装置，其中配置成干扰X射线能量谱的结构包括在闪烁体内。
30.根据权利要求28所述的X射线成像装置，其中所述结构包括在闪烁体的闪烁体层中或背衬层中。
31.根据权利要求1至28任一项所述的X射线成像装置，其中所述结构是与闪烁体相独立的组件。
32.根据权利要求24所述的X射线成像装置，其中所述组件包括基底且所述多个区设置在基底内和/或基底上。
33.根据上述任一权利要求所述的X射线成像装置，其中所述闪烁体层由能量依赖性平坦的闪烁体材料制成。
34.根据权利要求1至32任一项所述的X射线成像装置，其中所述闪烁体层由能量依赖性不平坦的闪烁体材料制成。
35.一种适用于根据权利要求1至34任一所述的X射线成像装置的X射线探测器，其中所述X射线成像装置包括配置成将X射线波长光子转换并发出可见光波长光子的部件和对准X射线能量谱源的结构，所述结构配置成干扰X射线能量谱并包括至少三个相邻的区，其中每个区域与直接相邻区不同并配置成对X射线能量谱产生不同的干扰。
36.一种根据权利要求35所述的用于X射线探测器的结构，其中所述结构配置成对其上入射X射线能量谱进行干扰，所述结构包括位于同一平面上的至少三个区，其中每个区域与直接相邻区不同且每个相邻区配置成对X射线能量谱产生不同的干扰。
37.根据权利要求36所述的结构，其中所述多个区以阵列形式设置。
38.根据权利要求37所述的结构，其中所述结构中重复设置所述阵列。
39.根据权利要求36至38所述的结构，其中所述结构包括许多阵列。
40.根据权利要求36至39任一项所述的结构，其中所述结构为平面结构或非平面结构。
41.根据权利要求40所述的结构，其中所述结构至少一个面可为曲面。
42.根据权利要求36至41任一项所述的结构，其中相邻区间的重要差别包括相邻区中所述结构材料的厚度不同。
43.根据权利要求36至42任一项所述的结构，其中相邻区间的重要差别包括所述结构单个相邻区的制作材料不同。
44.一种根据权利要求42或43所述的结构，其中所述结构的单个区包括多个分离的层。
45.根据权利要求44所述的结构，其中不同区间和/或每个区中分离层的厚度不同。
46.根据权利要求44或45所述的结构，其中不同区间和/或每个区中分离层的制作材料不同。
47.根据权利要求44至46任一项所述的结构，其中不同区间和/或每个区中分离层的数量不同。
48.根据权利要求44至47任一项所述的结构，其中所述结构包括多个分离的层且至少一个分离层包括至少一个孔。
49.根据权利要求48所述的结构，其中所述多个分离的层包括至少一个孔，其中所述结构不同层孔的大小不同。
50.根据权利要求48或49所述的结构，其中所述分离层用箔制成。
51.根据权利要求48或49所述的结构，其中所述分离层用网制成。
52.根据权利要求36所述的结构，其中所述结构的厚度在至少一个方向上连续变化。
53.根据权利要求52所述的结构，其中所述结构的厚度在两个正交的方向上连续变化。
54.根据权利要求36所述的结构，其中所述结构可包括若干个伸出或凹陷，所述伸出或凹陷的厚度在其至少一个方向上改变，每个伸出或凹陷设置至少三个相邻区并配置成干扰X射线能量谱。
55.根据权利要求54所述的结构，所述伸出或凹陷的形状为锥形。
56.根据权利要求54或55所述的结构，其中所述结构包括其中设置许多凹陷的非金属层，每个凹陷用金属填充。
57.根据权利要求56所述的结构，其中所述结构包括其中设置许多凹陷的第一非金属层和包括相应数量伸出的第二金属层，每个伸出填充在相应的凹陷中并与之紧密配合。
58.根据权利要求57所述的结构，其中所述第二层覆盖在第一层的表面上，凹陷的开口位于所述表面上。
59.根据权利要求54至58任一项所述的结构，其中所述相邻凹陷或伸出通过X射线干扰材料相互隔开，且其中分隔相邻凹陷或伸出的材料构成所述至少三个区的其中一个区。
60.根据权利要求54至58任一项所述的结构，其中所述非金属层用硅制成。
61.根据权利要求36至60任一项所述的结构，其中配置成干扰X射线能量谱的结构包括在闪烁体内。
62.根据权利要求61所述的结构，其中所述结构包括在闪烁体的闪烁体层中或背衬层中。
63.一种测定物质材料特性的方法，包括以下步骤：
a)将物质放置在权利要求1至34任一项所述的X射线成像装置中；
b)调整X射线源使X射线能量谱沿公共轴对准；
c)分析由配置成将入射X射线波长光子转换成可见光波长光子的部件所发出的可见光波长光子。
64.根据权利要求63所述的方法，其中对探测器进行像素化处理，所述方法包括比较探测器记录的每个像素的可见光波长光子的强度和记录的相邻像素的强度，记录所记录的强度的差。
65.根据权利要求64所述的方法，其中包括记录不放置物质探测器记录的每个像素的可见光波长光子的强度和记录的相邻像素的强度，记录所记录的强度的差。
66.根据权利要求65所述的方法，其中包括比较按权利要求64和65中步骤测定记录的相邻像素间的强度差。
67.根据权利要求66所述的方法，其中包括对至少一种已知材料按照权利要求64中步骤进行测定并将强度差保存在数据库中；将记录的被测物质的强度差和记录的已知物质的强度差进行比较。
68.一种基本如附图中所示的和参照附图所述的X射线探测装置。
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