[发明专利]射线透射和荧光CT成像系统和成像方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及辐射成像，具体涉及一种射线透射和荧光CT成像系统和成像方法。

背景技术

X射线CT成像技术已经在临床医学、安检、工业无损检测等多个领域取得了巨大的成功。传统X射线CT成像的基本原理利用X射线源发出的X射线束在不同角度下扫描物体，分别测量该X射线束穿过物体前、后的信息(能量积分、光子数量等)，利用这两个信息的变化建立物理模型，然后通过CT图像重建得到被扫描物体内部物质的等效线衰减系数的分布图像，即表征物质对X射线吸收强弱的灰度图像，然而这不具有特异性和唯一性，无法实现准确的物质识别。近十年以来，X射线能谱CT(包括双能CT)技术取得了很大进展，通过采集两个以上不同能量(能谱)的X射线投影数据，利用CT重建和材料分解算法，除了可以获得不同能量下物体内部的等效线衰减系数分布图像以外，还可以获得其等效原子序数和电子密度的分布图像，具备了一定的物质识别能力，在临床医学、安检等应用领域获得了重要应用。

不同于传统X射线CT，X射线荧光CT利用一定能量的X射线束照射物体，激发物体内的某些高z元素产生特定能量的荧光光子发射出去，并被探测器探测到。由于每种元素都对应唯一的一种X射线荧光能谱，因此通过采集到的荧光能谱数据就可以实现不同元素的准确识别。荧光CT就是采集不同角度下由X射线扫描物体所产生的荧光光子，通过图像重建对特异元素物质实现高灵敏度的识别和定量的计算。截止到目前，世界上关于荧光CT的研究主要分为两大类：1)基于同步辐射光源的荧光CT研究：主要利用同步辐射光源的极高亮度和单色性，然而由于同步辐射系统体积庞大和价格昂贵，因此不太适用于工程应用研究；2)基于普通X光机的XFCT研究，X光机产生的X射线能谱具有连续的特性，并且由于其低廉的价格和小巧的体积而成为当前荧光CT研究的主流，但是目前基于X光机的荧光CT成像系统为了提高荧光光子收集效率和降低噪声，普遍采用了能量分辨率很高的单像素X射线谱仪探测荧光光子，通过在X光机前或者在谱仪前增加单孔准直器来确定一条射线的路径，采用效率很低的“旋转+平移”式的第一代CT扫描方式完成荧光CT数据采集，因此需要几个、甚至十几个小时的扫描时间，从而无法满足工程应用的需要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种射线透射和荧光CT成像系统和成像方法，基于第三代CT扫描方式，通过一次圆周扫描同时实现了针对对象的透射CT成像和荧光CT成像。

在本发明的一个方面，提出了一种射线透射和荧光CT成像系统，包括：射线源，发出射线束；旋转扫描设备，对被检查对象执行旋转CT扫描；透射CT探测器，接收射线源发出的穿过被检查对象的射线束；荧光CT探测器，接收射线源发出的射线束照射在被检查对象内所激发产生的荧光光子；数据采集单元，分别采集来自透射CT探测器的透射数据信号和来自荧光CT探测器的荧光数据信号；以及控制和数据处理单元，控制所述射线源发出射线束，控制旋转扫描设备对被检查对象执行旋转CT扫描，并且基于所述透射数据信号和荧光数据信号，同时获得透射CT图像和荧光CT图像。

优选地，控制和数据处理单元控制旋转扫描设备旋转射线源、透射CT探测器和所述荧光CT探测器，以对被检查对象执行旋转CT扫描。

优选地，所述荧光CT探测器包括：荧光能谱探测元件；准直器，将激发产生的荧光光子准直入射在所述荧光能谱探测元件上；以及屏蔽构件，将所述荧光能谱探测元件包封起来。

优选地，所述屏蔽构件由高密度材料形成，并且所述准直器形成在所述屏蔽构件的侧壁上。

优选地，所述准直器与所述荧光能谱探测元件之间的距离以及所述荧光能谱探测元件的长度能够调节。

优选地，所述准直器形成为准直孔，所述激发产生的荧光光子通过所述准直孔准直入射在所述荧光能谱探测元件上。

优选地，所述准直孔的开孔倾角为90度，中心孔径为0.5mm。

优选地，所述荧光能谱探测元件为线阵探测元件或者面阵探测元件。

优选地，所述射线源是能够发出X射线或γ射线的装置。

优选地，所述透射CT探测器为线阵探测器或者面阵探测器。

优选地，所述控制和数据处理单元根据所述透射数据信号以及透射强度模型，计算与被检查对象有关的线衰减系数分布。

优选地，所述控制和数据处理单元根据所述荧光数据信号、荧光强度模型以及所述线衰减系数分布，计算与被检查对象有关的特异元素的浓度分布或成分分布。