CN110108730B - 一种x射线单次曝光双能显微成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种单次曝光X射线双能显微成像的系统，其特征在于，包括X射线双能转换装置和分光显微成像装置。其中，X射线双能转换装置包括：预滤波层，用于预先滤除部分能量极低的X射线，该预滤波层由锡制成；多层复合闪烁片，所述多层复合闪烁片包括，第一闪烁片，用于吸收多色X射线中的低能X射线，并产生第一闪烁光；滤波层，用于过滤剩余低能X射线；第二闪烁片，用于吸收多色X射线中的高能X射线，并产生第二闪烁光，其中所述第二闪烁光和第一闪烁光的中心波长相差较大，便于分光装置将所述两种闪烁光分开。

Description

一种X射线单次曝光双能显微成像装置

技术领域

本发明涉及辐射成像领域，尤其涉及一种单次曝光X射线双能显微成像的装置

背景技术

在非接触式检测领域中，X射线成像检测是一种重要的技术手段，被用于安全检查，医疗诊断，工业探伤，集装箱检测等领域，在车站，医院，码头等场所广泛应用。

X射线具有穿透能力，在非接触的情况下对穿透物体内部，从而对物体内部成像。

在单能X射线检测技术中，由于仅能利用物质对单一X射线的衰减值来识别物质，而不同物质在同一X射线穿透下可能呈现出相同的衰减值，故该技术在一定条件下难以对物质进行分类识别。

现已知X射线与物质间发生的物理反应取决于X射线能量以及物质的等效原子序数Zeff和电子密度Ne，故不同能量的X射线对同一物体的穿透能力不同，不同物体对同一能量的X射线的衰减能力也不同，所以使用不同能量的射线对对物体进行探测，可以识别物质的基本属性。

近年来，利用物质对高能和低能X射线的衰减差异对物质检测识别的X射线双能检测技术得到了关注和发展，出现了多种双能X射线检测设备与方法。常见的双能X射线检测系统有双源双探测器系统和快速千伏切换探测系统。

双源双探测器系统由两组出射X射线的单源单探测器系统构成，包括高能X射线源及探测器与低能X射线源与探测器，两组探测子系统呈90度放置，高能和低能射线源分别出射高能与低能X射线，其对应的探测器分别采集图像，因此可获得高能和低能两组X射线投影图，该种系统具有双能谱分离程度良好和双能数字图像噪声匹配程度良好的特点。

快速千伏切换探测系统由可快速切换管电压的射线源和单探测器构成，包括一个可快速切换管电压的射线源和一个探测器，该系统中的射线源在角度变化的过程中通过快速切换管电压，交替出射高能和低能X射线，使得同一探测器可交替接探测高能和低能的X射投影图，其具有空间匹配性较好和数据域的处理方式较为灵活的特点。

对于上述双源双探测器系统，由于其系统实际上由两组传统单能探测系统构成，两组子系统独立采集，故该系统对硬件安装的对准要求较高，通常来说，该种系统的高能数据和低能数据的空间匹配度较差。在快速千伏切换探测系统中，由于需要射线源的电压快速切换，难以在探测高能X射线时，将高Z滤波片同步地切换放置在探测路径上，所以该系统在进行高能数据的采集时，其探测到的X射线中也包含了大量的低能射线，故该系统的高能数据与低能数据所对应的X射线光谱叠加比较严重。上述两种双能探测系统还存在在时间匹配度较差的问题，其中双源双探测器系统在的高能和低能数据在时间上相差扫描1/4圈所对应的时间，而快速千伏切换探测系统的高能和低能数据在时间上相差一个角度下的扫描时间。在上述两种探测系统中，要求被检物分别在不同能量的X射线照射下进行双能数据的采集，故被检物受到的X射线辐射剂量偏大。

发明内容

本发明的目的是针对X射线显微成像技术，提供一种单次曝光X射线双能显微成像系统。技术方案如下：

本发明提供一种单次曝光X射线双能显微成像的装置，其特征在于，具有：

X射线双能转换装置，该装置包括：

预滤波层，用于预先滤除部分能量极低的X射线，该预滤波层可由锡制成；

多层复合闪烁片，所述多层复合闪烁片包括，第一闪烁片，用于吸收多色X射线中的低能X射线，并产生第一闪烁光；滤波层，用于过滤剩余低能X射线；第二闪烁片，用于吸收多色X射线中的高能X射线，并产生第二闪烁光，其中所述第二闪烁光和第一闪烁光的中心波长相差较大，便于分光装置将所述两种闪烁光分开；

物镜套筒，用于隔离光线以及安装预滤波层和多层复合闪烁片。

进一步地，所述所述第一闪烁片可由CsI，SrI2，GAGG，YAG，LuAG中的一种材料制成；所述滤波层可由BaTiO3，KTaO3，ZrO2，Y2O3，LiTaO3中的一种材料制成；所述第二闪烁片可为LuAG，LYSO的一种材料制成。

进一步地，所述单次曝光X射线双能显微成像装置，还包括分光显微成像装置，该装置包括：

二向色镜，可以使所述第一闪烁光和第二闪烁光的其中一种闪烁光沿着入射方向传播，另一种闪烁光被所述二向色镜反射后沿着垂直于水平面的方向传播；

显微成像装置，包括一个物镜，两个套筒透镜，一个电动平移装置，一个反光镜，两个滤波片以及两个光电传感器，其中，所述物镜和所述套筒透镜构成两套无限远校正显微系统，所述两个套筒透镜，其中一个套筒透镜光轴与所述透射闪烁光入射方向重合，另一个套筒透镜的光轴与所述闪烁光反射方向重合；所述两个滤波片，其中一片为短通滤波片，在对应闪烁光中心波长较短的光路中，置于所述对应套筒透镜前，另一片为长通滤波片，在对应闪烁光中心波长较长的光路中，置于所述对应套筒透镜前；所述电动平移装置用于调整其中一个套筒透镜的位置，使得通该套筒透镜的闪烁光可以在所述对应光电传感器上聚焦成像；所述反光镜用于反射所述透射闪烁光，使其传播方向垂直于水平面；所述两个光电传感器用于分别接收所述第一闪烁光和所述第二闪烁光，所述两个光电传感器的感光装置中的感光平面均与水平面平行，使得所述感光平面垂直于所述第一闪烁光和第二闪烁光的入射方向。

进一步地，所述二向色镜置于所述物镜和套筒透镜之间，其中心为两条光轴交点，与两条光轴均成45度角。

进一步地，所述单次曝光X射线双能显微成像的装置，还包括阻光装置，其特征在于，包括：

金属暗箱，用于安装所述X射线转换装置和所述分光显微装置，以及隔离外界光线，使得所述分光显微装置中的光电传感器仅接收第一闪烁光和第二闪烁光；

防护铅皮两块，安装于所述暗箱上，置于光电传感器感光装置和X射线源之间，用于防止X射线对光电传感器感光装置的干扰。

附图说明

下面结合附图对根据本发明实施方式的单次曝光X射线双能显微成像装置进行详细描述，其中相同的标号指定相同的结构或者子装置，并且在其中：

图1是根据本发明的一种实施例的单次曝光X射线双能显微成像装置的外观示意图

图2是本发明实施例中X射线双能转换装置结构示意图

图3是图2中A区域的放大视图

图4是本发明实施例的单次曝光X射线双能显微成像装置的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，详细描述本发明的具体实施例，对本发明中所述技术方案作进一步说明。下述参考附图对本发明实施例的描述仅为对本发明的思路进行详细解释，并不用于限制本发明。所详述的实施例仅为本发明其中一种实施例，而不是全部的实施例。

本发明实施例提供一种单次曝光X射线双能显微成像装置，其外观参见图1，其中，金属暗箱1外部安装有显微物镜43，和光电传感器47a和47b，X射线转换装置41安装在显微物镜43上，防护铅皮50a和50b分别放置与光电传感器47a和47b前，在金属暗箱1的上面，光电传感器转接板49e和49f分别安装在金属暗箱1和光电传感器47a和光电传感器47b之间，用于将光电传感器47a和光电传感器47b固定在金属暗箱1上，其余组件或装置均安装于金属箱体1内部。

参见图2，本发明实施例中的单次曝光X射线双能显微成像装置包括X射线双能转换装置，该X射线双能转换装置包括：

物镜套筒筒盖21，用于防止外界可见光进入多层复合闪烁片23，对待采集的闪烁光形成干扰，筒盖中间开有边长大小为10mm方孔，使通过物镜镜筒中心的X射线透过率较高；

预滤波层22，用于吸收能量极低的X射线，本发明实施例中，该极低能量的X射线的能量应低于20KeV，该预滤波层贴于物镜镜筒筒盖21的内壁，其表面与X射线入射方向垂直，预滤波层的材料可选择原子序数较小的金属薄片，包括但不限于铝箔，锡纸等；

多层复合闪烁片23，用于将入射X射线的中的低能X射线与高能X射线分别转换为中心波长不同的可见光，如图3所示，本实施例所采用的多层复合闪烁片，由第一闪烁片23a，滤波层23b和第二闪烁片23c组成，按X射线经过的先后顺序，依次为第一闪烁片23a，滤波层23b和第二闪烁片23c；

可选的，第一闪烁片23a可由CsI，SrI₂，GAGG，YAG，LuAG中的一种材料制成，本实施例中，该闪烁片由SrI₂制成；

可选的，滤波层23b可由BaTiO₃，KTaO₃，ZrO₂，Y₂O₃，LiTaO₃中的一种材料制成，其需要为高透光材料；

可选的，第二闪烁片23c可为LuAG，LYSO的一种材料制成，本实施例中，该闪烁片由LuAG制成；

物镜镜筒筒身24，用于防止外界光线进入物镜，同时用于将闪烁片固定在物镜的前焦面上，使得所述分光显微成像装置可以对闪烁片发出的闪烁光聚焦成像。

参看图4，所示为本实施例的X射线双能显微成像装置的内部结构。根据本实施例，结合图4，本实施例的X射线双能显微成像装置还包括：

分光显微成像装置，该装置具体包括：

二向色镜42，用于将混合入射的分别代表高能数据和低能数据的闪烁光分开，具体为，将代表低能数据的波长较短的闪烁光反射，使之进入套筒透镜44a所处的光路；使代表高能数据的波长较长的闪烁光透射，并使之进入套筒透镜44b所处的光路；

进一步地，该分光显微成像装置还包括：滤波片47a，本实施例中该滤波片用于滤除来自第二闪烁片23c的闪烁光，使得进入套筒透镜44a的可见光全部来自于第一闪烁片23a；滤波片47b，本实施例中，该滤波片用于滤除来自第一闪烁片23a发出的闪烁光，使得进入套筒透镜44b的可见光全部来自于第二闪烁片23c；

进一步地，该分光显微成像装置还包括：两套无限远校正显微装置，具体由显微物镜41，套筒透镜44a，套筒透镜44b和反光镜45组成，其中两套无限远校正显微装置共用同一个显微物镜41，套筒透镜44a的光轴垂直于水平面，套筒透镜44b的光轴与显微物镜41重合，反光镜45用于将经过套筒透镜44b的出射光反射至光电传感器48b的感光面上；

进一步地，该分光显微成像装置还包括：一个电动平移装置46，该电动位移装置安装于套筒透镜44b和金属暗箱1之间，用于移动套筒透镜44b的位置，使之能将第二闪烁片23c

进一步地，该分光显微成像装置还包括：两个光电传感器，光电传感器48a和光电传感器48b，在本实施例中，光电传感器48a用于接收来自于第一闪烁片23a的闪烁光，光电传感器48b用于接收来自于第二闪烁片23c的闪烁光；其中，高分辨传感器48a和48b分别将接收到的可见光转换为电信号，并传输至图形工作站上分别形成数字图像，形成的两幅数字图像分别代表低能投影数据和高能投影数据；

本实施例的X射线双能显微成像装置还包括：

支架49a，支架49a，支架49c和支架49d，所述支架安装于金属暗箱1的内部，用于将所述X射线双能转换装置和所述分光显微装置固定在所述金属暗箱的箱体中；

转接板49e和转接板49f，用于将光电传感器48a和光电传感器48b分别固定在金属暗箱1上。

利用本发明实施例提供的X射线单次曝光双能显微成像装置，可以在对物体进行X射线单次曝光时，同时得到分别代表高能投影数据和低能投影数据的数字图像。

可见，使用本发明实施例提供的一种X射线单次曝光双能显微成像装置，在对物体进行X射线单次曝光时，通过所述X射线双能转换装置对X射线进行转换和滤波再转换，并通过分光显微成像装置对所述第一闪烁片和第二闪烁片发出的可见光进行分光再滤波，并通过所述两个光电传感器分别对两路可见光进行敏感成像，可在图形工作站上同时生成两幅分别代表高能投影数据和低能投影数据的数字图像，解决了X射线双能显微成像中时间或者空间匹配性差以及物体所受辐射剂量过大的问题。

需要说明的是，本实施例仅为本发明的其中一种技术方案，不具备限制性，本领域普通技术人员应当理解，在不违背本发明权利要求的原则下，可以对所示实施例进行改变，故本发明的范围应以权利要求作为限定。

Claims (6)

1.一种单次曝光X射线双能显微成像的系统，其特征在于，包括X射线双能转换装置和分光显微成像装置，其中，

X射线双能转换装置包括：

预滤波层，用于预先滤除部分能量极低的X射线，该预滤波层由锡制成；

多层复合闪烁片，所述多层复合闪烁片包括，第一闪烁片，用于吸收多色X射线中的低能X射线，并产生第一闪烁光；滤波层，用于过滤剩余低能X射线；第二闪烁片，用于吸收多色X射线中的高能X射线，并产生第二闪烁光，其中所述第二闪烁光和第一闪烁光的中心波长相差较大，便于分光装置将所述两种闪烁光分开；

物镜套筒，用于隔离光线以及安装预滤波层和多层复合闪烁片；

所述的分光显微成像装置包括：

二向色镜，用以使所述第一闪烁光和第二闪烁光的其中一种闪烁光沿着入射方向传播，另一种闪烁光被所述二向色镜反射后沿着垂直于水平面的方向传播；

显微成像装置，包括一个物镜，两个套筒透镜，一个电动平移装置，一个反光镜，两个滤波片以及两个光电传感器，其中，所述物镜和所述套筒透镜构成两套无限远校正显微系统，所述两个套筒透镜，其中一个套筒透镜光轴与所述透射闪烁光入射方向重合，另一个套筒透镜的光轴与所述闪烁光反射方向重合；所述两个滤波片，其中一片为短通滤波片，在对应闪烁光中心波长较短的光路中，置于所述对应套筒透镜前，另一片为长通滤波片，在对应闪烁光中心波长较长的光路中，置于所述对应套筒透镜前；所述电动平移装置用于调整其中一个套筒透镜的位置，使得通该套筒透镜的闪烁光可以在所述对应光电传感器上聚焦成像；所述反光镜用于反射所述透射闪烁光，使其传播方向垂直于水平面；所述两个光电传感器用于分别接收所述第一闪烁光和所述第二闪烁光，所述两个光电传感器的感光装置中的感光平面均与水平面平行，使得所述感光平面垂直于所述第一闪烁光和第二闪烁光的入射方向。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一闪烁片由CsI，SrI₂，GAGG，YAG，LuAG中的一种材料制成。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滤波层由BaTiO₃，KTaO₃，ZrO₂，Y₂O₃，LiTaO₃中的一种材料制成。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二闪烁片为LuAG，LYSO中的一种材料制成。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二向色镜置于所述物镜和套筒透镜之间，其中心为两条光轴交点，与两条光轴均成45度角。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单次曝光X射线双能显微成像的系统，还包括阻光装置，其特征在于，包括：

金属暗箱，用于安装所述X射线转换装置和所述分光显微装置，以及隔离外界光线，使得所述分光显微装置中的光电传感器仅接收第一闪烁光和第二闪烁光；

防护铅皮两块，安装于所述暗箱上，置于光电传感器感光装置和X射线源之间，用于防止X射线对光电传感器感光装置的干扰。

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