[发明专利]一种新型双能量X射线成像探测器

说明书

技术领域

本发明涉及射线成像技术领域，尤其涉及一种新型双能量X射线成像探测器。

背景技术

目前，双能量X射线成像系统能够区别X射线所透射材料的密度差异，广泛应用于无损检测中需要对内部材料进行区分的领域，如骨密度测量、安全检测、集装箱检测等。双能量X射线成像系统的工作原理是基于同一物质对不同能量X射线的质量吸收系数不同，以及不同物质对相同能量的X射线的质量吸收系数也不相同的物理规律。在成像过程中，使X射线源产生能量分布一高一低的两组射线，双能量X射线透过被测物质后其射线强度和能谱均会产生变化，这些变化包含了物质的质量和密度等信息，通过对比高能X射线的透射图像和低能X射线的透射图像之间的差异即可区别被测物质内部的密度差异。

在双能量X射线成像系统中，双能量X射线探测器是系统的核心部件，用于区分透射双能X射线中不同能量的X射线所生成的透射图像。一般来讲双能X射线中的高能X射线和低能X射线同时产生且辐照区域相同，因此为了能同时测量透射双能X射线中两种不同能量的X射线，在探测区域内至少需要两种不同的X射线探测器件，一种用于探测低能X射线，另一种用于探测高能X射线，同时X射线探测器件具有面阵化结构以输出双能X射线的透射图像。

在现有技术中，X射线探测器多为闪烁探测器，双能X射线依次穿过两层闪烁体后在两层闪烁体中产生强度分布不同的闪烁光，闪烁光由与闪烁体耦合的光面阵探测器成像。由于闪烁光的发射方向有各向同性的特点，且探测高能X射线的闪烁体较厚，一般厚度大于1mm，图像的空间分辨率会因闪烁光在连续晶体中的发散而产生退化。为了抑制图像空间分辨率的退化，在现有大部分技术方案中闪烁体被切割成体积微小的分立单元，分立单元之间不存在光串扰，以此保证闪烁光的传播被限制在单个闪烁体单元内。但由于分立的闪烁体单元阵列之间不可避免地存在一定间隙，故现有技术方案在抑制空间分辨率退化的同时增加了X射线探测器的探测盲区，降低了X射线探测器的探测效率。同时分立单元构成的闪烁体阵列结构增加了系统集成的复杂性，在各分立单元中闪烁体性能、晶体切割、定位、耦合等因素差异所引起的不一致性，一方面提高了探测器的制造成本，另一方面降低了探测器的探测精度和稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型双能量X射线成像探测器，能够对在连续结构的闪烁体中产生的闪烁光成像，同时保持较高的空间分辨率和较高的探测效率，避免了分立的闪烁体阵列结构所引起的系统复杂度高和探测效率低等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种新型双能量X射线成像探测器，所述探测器包括复合闪烁体、光学组件和图像传感器，其中：

所述复合闪烁体由两种不同的片状闪烁体构成，一种片状闪烁体用于吸收双能X射线中的高能X射线并产生闪烁光，另一种片状闪烁体用于吸收双能X射线中的低能X射线并产生闪烁光；

所述光学组件位于所述复合闪烁体和所述图像传感器之间，使所述复合闪烁体产生的闪烁光在所述图像传感器的感光面上成像；

所述图像传感器探测其感光面所成图像的光场分布并转换为数字图像，对所述数字图像进行算法处理后得到闪烁光发光点的三维空间分布信息。

所述两种不同的片状闪烁体采用光学胶紧密耦合，所述复合闪烁体位于所述探测器外壳的前端窗口处。

所述光学组件包括调整透镜和透镜阵列，其中：

所述调整透镜为单一或者多个透镜共轴排列构成，用于调节成像放大比例以耦合所述透镜阵列；

所述透镜阵列由若干透镜单元排列而成，所有透镜单元的透镜中心处于同一平面且主光轴保持平行，所有透镜单元各自成像，使所述图像传感器的感光面上所成图像由若干单元图像构成。

所述光学组件由透镜阵列单独构成，所述复合闪烁体产生的闪烁光直接利用所述透镜阵列成像。

所述图像传感器包括感光芯片、读出电路和制冷系统，其中：

所述感光芯片用于采集入射到所述图像传感器感光面的光信号；

所述读出电路用于将所述感光芯片输出的光信号转化为通信用标准信号；

所述制冷系统用于控制所述感光芯片的温度，使其保持低温并维持稳定。

所述探测器还包括：

数据处理单元，用于对所述图像传感器采集到的数据进行显示、分析和变换处理，并利用特定的重建算法计算出闪烁光在所述复合闪烁体内的分布情况，进而分析计算出所述双能X射线中的高能X射线和低能X射线的透射图像。