一种用于X射线相衬成像平板探测器及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于X射线相衬成像平板探测器及其使用方法，用于X射线相衬成像平板探测器包括探测器像素层，在探测器像素层上生长或粘贴有闪烁体层，在闪烁体层上覆盖有与探测像素周期一致的编码孔板，编码孔板上覆盖有保护层。本发明专利技术的用于X射线相衬成像平板探测器能够用于CBI相衬成像，同时在常规X射线吸收衬度成像应用中，能有效抑制散射并减小相邻像素间的光子串扰，以提高图像分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于X射线相衬成像平板探测器及其使用方法
本专利技术属于X射线探测器领域，具体地说，涉及一种用于X射线相衬成像平板探测器及其使用方法。
技术介绍
X射线相位衬度成像(X-rayphase-contrastimaging,XPCI)是基于射线穿过物体以后相位改变的机制而还原物体信息的新型X射线成像技术，其对于轻质物体或者两种密度相近的物体能够给出比传统的X射线吸收衬度成像更高的对比度，因此在临床医学、生命科学、材料科学和工业等领域有巨大的应用前景。基于编码孔成像(Coded-aperturebasedimaging,CBI)是一种有望将XPCI技术推向实际应用的相衬成像方法，其最大的特点在于，是一种非相干的方法。与其他经典的相衬成像方法相比，例如基于传播成像(Propagationbasedimaging,PBI)、基于分析晶体成像(Analyzerbasedimaging,ABI)和光栅干涉(Gratinginterferometry,GI)等，CBI对X射线源的相干性几乎没有要求，射线利用率高，成像时间短。CBI方法在射线源和平板探测器(Flatpaneldetector,FPD)之间放置两块编码孔(或狭缝)板，两块编码孔板分别置于被测样品和探测前方，称为样品编码孔板A1和探测器编码孔板A2。样品编码孔板A1将射线源出射的X射线束分成多个独立的细束，探测器编码孔板A2遮挡探测器每个像素的边缘。样品编码孔板A1、探测器编码孔板A2和探测器像素三者一一对应，从样品编码孔板A1出射的细束由于A2的调制，一部分被遮挡，一部分入射到探测器。当在样品编码孔板A1后方放置样品以后，由于X射线穿过样品后相位发生改变，表现为射线折射(折射角通常只有微弧度量级)，这会使得探测每个像素探测到的射线强度发生变化，由此可以得到相衬图像。但是该方法对样品编码孔板A1、探测器编码孔板A2和探测器的位置精度要求较高，要求探测器编码孔板A2的孔或者狭缝与探测器像素对应，以往的方法是固定FPD，将探测器编码孔板A2安装到精密运动平台上，通过精密运动平台调整探测器编码孔板A2的位置。该方法的缺点在于，需要借助精密运动平台，且运动精度要求高，此外，由于实验环境的改变，每次实验前，均需要重新进行定位，操作繁琐。综上所述，现有技术存在的问题是：现有的平板探测器还不能直接用于CBI相衬成像，需要借助额外的探测器编码孔板A2，还需借助精密运动平台对探测器编码孔板A2进行定位和位置校正，增加了对精度和实验环境的要求。有必要找到一种针对FPD的改进方法，更为简便快捷的实现CBI相衬成像。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于X射线相衬成像平板探测器及其使用方法，使得改进后的FPD能够用于CBI相衬成像，同时在常规X射线吸收衬度成像应用中，能有效抑制散射并减小相邻像素间的光子串扰，以提高图像分辨率。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种用于X射线相衬成像平板探测器，包括探测器像素层，在探测器像素层上生长或粘贴有闪烁体层，在闪烁体层上覆盖有与探测像素周期一致的编码孔板A3，所述编码孔板A3上覆盖有保护层。进一步地，编码孔板A3由若干个方形单元组成，每个方形单元上设置有第三透光孔。进一步地，第三透光孔的形状为长条形、方形、回字形或L形。进一步地，保护层采用碳纤维材料；编码孔板A3采用金、铅、钽或铂材料中的一种；闪烁体层采用碘化铯和/或硫氧化钆；所述探测器像素层为非晶硅和薄膜晶体管阵列组成的探测器像素阵列。本专利技术还公开了一种用于X射线相衬成像平板探测器的使用方法，采用上述的用于X射线相衬成像平板探测器，包括以下步骤：1)射线源发出X射线，X射线穿过样品编码孔板A1照射在被测样品上，射线源射出的X射线经过样品编码孔板A1被分成多条间隔为p1的细束，细束穿过被测样品照射到用于X射线相衬成像平板探测器上；其中，射线源的中心到样品编码孔板A1中心的距离为源-物距离，简称Dso；样品编码孔板A1中心到闪烁体层与编码孔板A3接触处的距离为物-探距离，简称Dod；编码孔板A3的周期p3＝pd，样品编码孔板A1的周期p1＝p3/M，其中M＝(Dso+Dod)/Dso为放大系数，pd为探测器像素周期或像素尺寸，编码孔板A3的第三透光孔宽度d3≤p3/2，样品编码孔A1的第一透光孔宽度d1＝d3/M；2)通过精密运动平台调节样品编码孔板A1与用于X射线相衬成像平板探测器之间的位置，观察用于X射线相衬成像平板探测器的计数，当靠近中心各像素的计数几乎相同时，表明两者的位置已经对准，再在一个方向上移动样品编码孔板A1，调节照亮区域的面积，以此根据实际应用，权衡折射角信息灵敏度和曝光时间；3)当放置被测样品时，X射线穿过样品时发生偏折，如果射线向上偏移，那么原来被探测的射线将被探测内置编码孔板吸收，对应像素的计数减小；相反，如果射线向下偏移，则原来被探测内置编码孔板遮挡的X射线被探测器所记录，对应像素的计数增加；由此通过像素计数的变化得到X射线折射的程度，进而实现相衬成像。进一步地，样品编码孔板A1需保证遮挡部分对X射线的吸收率大于95％，样品编码孔板A1开孔的形状与该用于X射线相衬成像平板探测器中的编码孔板A3形状一致。进一步地，当第三透光孔的形状为长条形时，实现一维折射信息的提取；当第三透光孔的形状为方形、回字形或L形时，通过调节样品编码孔板A1与用于X射线相衬成像平板探测器的相对位置，选择遮挡xy平面的x或y方向的像素边缘，从而分别得到两个方向上的X射线折射信息。与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：1)本专利技术不用外加探测器编码孔板和位移平台，改进后的FPD可直接用于CBI相衬成像。2)本专利技术由于探测器编码孔板集成于平板探测器上，因此位置固定，无需定位和校正；对于方孔型编码孔板、“回”形编码孔板和“L”形编码孔板均可用于二维相衬成像，照明面积可通过样品编码孔板调节。3)在常规X射线吸收衬度成像应用时，例如DR和CT，该改进方法能有效抑制散射并减小相邻像素之间的串扰。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术CBI相衬成像的原理示意图；图中：101-X射线源，102-X射线，103-样品编码孔板A1，104-被测样品，105-探测器编码孔板A2，106-平板探测器，107-第一透光孔，108-第二透光孔；图2是本专利技术可用于CBI相衬成像平板探测的截面示意图；图中：201-保护层，202-编码孔板A3，203-闪烁体层，204-探测器像素层；图3是本专利技术四种编码孔板的设计方案示意图；图中：a：狭缝型编码孔板，b：方孔型编码孔板，c：“回”型编码孔板，d：“L”型编码孔板；301-狭缝行编码孔板，302-方孔型编码孔板，303-“回”型编码孔板，304-“L”型编码孔板，205-方形单元，206-第三透光孔；图4是本专利技术使用本专利技术方法改进FPD应用于CBI相衬成像的原理示意图；图中：101-X射线管源，102-X射线，103-样品编码孔板A1，104-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于X射线相衬成像平板探测器，其特征在于，包括探测器像素层(204)，在探测器像素层(204)上生长或粘贴有闪烁体层(203)，在闪烁体层(203)上覆盖有与探测像素周期一致的编码孔板A3(202)，所述编码孔板A3(202)上覆盖有保护层(201)。

【技术特征摘要】
1.一种用于X射线相衬成像平板探测器，其特征在于，包括探测器像素层(204)，在探测器像素层(204)上生长或粘贴有闪烁体层(203)，在闪烁体层(203)上覆盖有与探测像素周期一致的编码孔板A3(202)，所述编码孔板A3(202)上覆盖有保护层(201)。2.根据权利要求1所述的用于X射线相衬成像平板探测器，其特征在于，所述编码孔板A3(202)由若干个方形单元(205)组成，每个方形单元(205)上设置有第三透光孔(206)。3.根据权利要求2所述的用于X射线相衬成像平板探测器，其特征在于，所述第三透光孔(206)的形状为长条形、方形、回字形或L形。4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的用于X射线相衬成像平板探测器，其特征在于，保护层(201)采用碳纤维材料；编码孔板A3(202)采用金、铅、钽或铂材料中的一种；闪烁体层(203)采用碘化铯和/或硫氧化钆；所述探测器像素层(204)为非晶硅和薄膜晶体管阵列组成的探测器像素阵列。5.一种用于X射线相衬成像平板探测器的使用方法，其特征在于，采用权利要求1-4中任一权利要求所述的用于X射线相衬成像平板探测器，包括以下步骤：1)射线源(101)发出X射线(102)，X射线(102)穿过样品编码孔板A1(103)照射在被测样品(104)上，射线源(101)射出的X射线经过样品编码孔板A1(103)被分成多条间隔为p1的细束，细束穿过被测样品(104)照射到用于X射线相衬成像平板探测器上；其中，射线源(101)的中心到样品编码孔板A1(103)中心的距离为源-物距离，简称Dso；样品编码孔板A1(103)中心到闪烁体层(203)与编码孔板A3(202)接触处的距离为物-探距离，简称Dod；样品编码孔板A1(103)的周...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘小东，张催，李公平，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62