[发明专利]一种带有光栅结构的相干散射型X射线探测器及探测方法

说明书

本发明公开了一种带有光栅结构的相干散射型X射线探测器及探测方法，包括探测器像素阵列，以及用于以固定角度收集X射线相干散射光子的吸收光栅和互补光栅；所述吸收光栅设置在所述探测器像素阵列的上表面，所述吸收光栅为由方形实心单元和方形中空单元上下左右交错排列组成的网格状结构，所述吸收光栅内、位于每一个方形中空单元处设置有闪烁晶体；所述互补光栅设置在吸收光栅和所要探测的物体之间，并间隔所述吸收光栅一距离布置，所述互补光栅为由条形实心单元和条形中空单元上下交错排列组成的矩阵状结构。本发明通过一次曝光可获得多种能量组分的X射线散射信息，为CT的成像提供了更多的参数信息，使重建获得的图像更加完整与精确。

技术领域

本发明涉及利用半导体探测器进行X射线探测领域，尤其涉及对医用相干散射CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)X射线散射信息的探测及解析。

背景技术

传统医用CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)的探测器基于X射线的平均衰减效应进行探测，但是对于化学元素组成相似的软组织对比度较差。大量文献表明，当X射线透射过人体时，X射线与人体组织之间会发生X射线的相干散射、非相干散射和光电效应三种相互作用。发生X射线相干散射的时候，X射线光子与原子的电子发生相互碰撞，发生碰撞时的光子传递给电子的能量远远地小于原子对电子的束缚能量。因此，原子既不会被电离,也不会被激发，所有的反冲动量完全被原子吸收。在这种情况下，被原子束缚的电子所散射出去的辐射的波长与入射线波长是一样的。散射光子之间都有一个固定的相位关系,所以可以发生结构干涉作用。在满足布拉格条件的情形下,会产生光学的干涉图案。在相对入射方向的前向小角度范围内主要的散射效应是相干散射，不同组织具有非常明显的相干散射曲线和不同的散射峰。因此，小角度散射成像技术在医用CT上的应用已经研究多年。直接相干散射系统具有很大的潜力来区分不同组织之间的相干散射所产生的微小差异。

近年来，Talbot干涉仪的出现证明，与传统吸收型CT相比，小角度散射成像可以有效地提取额外的信息。但是Talbot/Talbot-Lau成像系统均基于X射线的干涉原理，因此需要精心设计光栅的制作和精确的扫描控制，所以所获得的信息包括噪声、误差和背景信号的影响，不能可靠灵敏的捕获对应不同相干散射分布的不同组织的特征。当前基于散射的成像技术由准直器辅助的扫描来完成,相干散射系统以特征角收集散射信号，逐点或逐行获得2D材料图，但是实际上由于主通量光子的影响，捕获非常小角度的散射信号是不容易的。

发明内容

本发明面向X射线散射信号探测领域，提出了一种带有光栅结构的相干散射型X射线探测器，并基于此探测器提出了一种X射线散射信息探测方法，通过一次曝光可获得多种能量组分的X射线散射信息，为CT的成像提供了更多的参数信息，使重建获得的图像更加完整与精确。

本发明所采用的技术方案是：一种带有光栅结构的相干散射型X射线探测器，包括探测器像素阵列，所述探测器像素阵列包括多个用于光电信号转化和光生电荷的收集的探测器像素，所述探测器像素通过模数转换单元和数字信号处理单元连接至图像重建单元；还包括用于以固定角度收集X射线相干散射光子的吸收光栅和互补光栅；所述吸收光栅设置在所述探测器像素阵列的上表面，所述吸收光栅为由方形实心单元和方形中空单元上下左右交错排列组成的网格状结构，所述吸收光栅内、位于每一个方形中空单元处设置有用于将X射线转换为可见光的闪烁晶体；所述互补光栅设置在所述吸收光栅和所要探测的物体之间，并间隔所述吸收光栅一距离布置，所述互补光栅为由条形实心单元和条形中空单元上下交错排列组成的矩阵状结构。

网格状结构的所述吸收光栅的行由方形实心单元和方形中空单元左右交错排列组成，矩阵状结构的所述互补光栅的行为条形实心单元或条形中空单元；所述吸收光栅的每一行宽度和所述互补光栅的每一行宽度一一对应。

所述吸收光栅和互补光栅采用铅或钨制成。

所述探测器像素设置有若干个，并布置在所述吸收光栅的每一个方形中空单元处；所述述探测器像素的尺寸大于或等于方形中空单元的尺寸。