基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置及成像系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置及成像系统，涉及能谱探测技术领域。探测装置包括探测器阵列、放大器、能量校准器、单像素阈值产生器、阈值设置器、比较器和脉冲计数器；成像系统包括电脑PC、辐照X射线源、旋转载物装置和上述的基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置。本实用新型专利技术能重建理想的X射线能谱，加快采集速度的同时，能有效避免直接用光子计数探测器进行采集时会发生的脉冲堆积效应，为使用光子计数器进行X射线全能谱采集提供了可能。

【技术实现步骤摘要】
基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置及成像系统
本技术涉及能谱探测
，尤其涉及一种基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置及成像系统。
技术介绍
CT成像因其分辨率高、扫描速度快已经成为医疗常规设备，在临床诊疗过程中起着不可替代的作用。但在临床诊断中还存在很多局限性，无法满足临床诊疗的需求和医生的期待。目前常规CT中存在射束硬化伪影、辐射剂量较高、软组织区分能力差，以及仅能提供形态信息、无法提供物质和功能信息等问题。随着双能CT的出现，有效地解决了上述一部分问题。X射线具有连续的能谱，穿过物质后的射线中包含着丰富的被照射物体的衰减信息。能谱CT就是充分利用X射线中丰富的衰减信息，可以有效的提高图像质量，获得物质成分信息，降低辐射剂量，增强软组织对比度，全方位提升CT成像质量。能谱CT成像的关键技术是对于X射线能谱的探测。目前，能谱CT常用的探测器是X射线光子计数探测器。光子计数(photoncounting)技术最早应用于弱光的检测，通过对微弱信号的放大、甄别和处理，实现对于极弱入射光子的探测。光子计数探测器具有光子增益高、动态范围宽、输出亮度高、响应速度快、畸变小和空间分辨率高等优势。光子计数探测器通过设置多个电子学阈值，识别入射光子的能量信息并将其对应到不同的能区分别进行计数，将较宽能谱分布的X射线分能区进行计数，得到不同能区的成像结果。光子计数探测器需要将每个入射光子作为一个独立事件进行分析，并判断其所属能量区间，因此，光子计数率较高时不同光子与物质相互作用会产生叠加。同时，受到电子学处理速度的限制，光子计数探测器的能区数量有限，并且在入射光子数很大时，无法得到理想的结果。带有N个能量阈值光子计数探测器的单个像素通道基本结构如图1所示。其工作原理如下：首先，当X射线光子到达光子计数探测器时，探测器接收到X射线光子，产生光子事件，具有一定能量的X射线光子通过光子事件使探测器产生电子电荷。然后，电子电荷在探测器内部向电极运动，产生脉冲信号。之后，脉冲高度与一个给定的能量阈值相比较。如果脉冲高度大于能量阈值，那么，计数器进行计数，否则，计数器不进行计数。最后，数模转换单元将N个能量阈值通道计数器的计数值转换为数字信号，分别读出。从而，单个像素通道探测器接收到X射线后，就会得到具有N个能量阈值的X射线投影数据。若M*M个像素单元的光子计数探测器每个探测器通道都具有图1所示的结构，就会得到M*M的光子计数探测器。虽然光子计数探测器的优势越来越被人们认可，但是针对医学应用的需求仍然存在着某些技术难题。在X射线/CT医用成像系统中，短时间内需要捕获大量的光子，需要有大量的信息进行转换并传输存储至计算机中，对于电子学(ASIC)有很高要求。具有N个能量阈值的X射线光子计数探测器存在以下缺点：脉冲堆积效应。脉冲堆积总是存在于光子计数探测器系统中。它反映探测器计数率和死时间的一个性能。在光子计数探测器以高速率记录每个光子的能量时，区分X射线谱的不同能段，光子数过多时，有些响应一致的光子也会被探测器认为是同一个光子，从而导致计数率丢失和空间分辨率扭曲，这种现象被称为“脉冲堆积效应”。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本技术提供一种基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置及成像系统，基于压缩感知理论，产生X射线能谱随机采样阈值，在设定的采样时间下对各个随机采样阈值的X射线进行光子计数，使用压缩感知迭代重建算法重建要探测的X射线能谱，能有效避免直接用光子计数探测器进行采集时会发生的脉冲堆积效应，为使用光子计数器进行X射线全能谱采集提供了可能。。一方面，本技术提供一种基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置，包括探测器阵列、放大器、能量校准器、单像素阈值产生器、阈值设置器、比较器和脉冲计数器；探测器阵列为包括若干个像素的平板型探测器，对于各像素通道均设有相应的放大器、能量校准器、比较器和脉冲计数器，各像素通道的输出端均连接各自对应的放大器，每个探测器像素均能探测穿过被扫描物衰减后的X射线光子，并生成所探测到的辐射信号；放大器的另一端连接能量校准器的一端；放大器将探测器阵列生成的微弱辐射信号进行放大，得到幅值较大的信号；能量校准器的另一端连接比较器的一个输入端；能量校准器校准标准能量阈值脉冲高度与经放大器放大后的X射线能量之间的对应关系，然后将校准后的信号发送给比较器；单像素阈值产生器连接阈值设置器的一端；单像素阈值产生器根据压缩感知原理产生单像素随机稀疏采样阈值矩阵；阈值设置器的另一端连接各像素通道对应的比较器的另一个输入端；阈值设置器将单像素阈值产生器产生的单像素随机稀疏采样阈值矩阵施加到各个探测器像素通道对应的比较器中；比较器的输出端连接脉冲计数器；对于每个探测器像素通道，以阈值设置器输出的阈值为基准，比较器比较探测器探测到的脉冲信号的幅值高度与阈值高度，如果两者相等，则将该信号经过比较器输出到一个高电平脉冲，否则，比较器输出低电平脉冲；脉冲计数器将比较器输出的高电平脉冲进行计数，其输出为光子能量，等于阈值的X射线光子的数量。另一方面，本技术还提供一种基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测成像系统，包括电脑PC、辐照X射线源、旋转载物装置和上述的基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置；所述电脑PC通过网线与基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置的单像素阈值产生器和脉冲计数器连接，探测装置处于成像系统的X射线所照视野的被扫描物之后。由上述技术方案可知，本技术的有益效果在于：本技术提供的一种基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置及成像系统，能重建理想的X射线能谱，加快采集速度的同时，能有效避免直接用光子计数探测器进行采集时会发生的脉冲堆积效应，为使用光子计数器进行X射线全能谱采集提供了可能。附图说明图1为带有N个能量阈值的单个像素光子计数探测器基本结构示意图；图2为本技术实施例提供的基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置结构示意图；图3为本技术实施例提供的基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测成像系统结构示意图；图4为本技术实施例提供的X射线能谱探测流程图；图5为本技术实施例提供的X射线能谱重建结果曲线图。图中：1、电脑PC；2、辐照X射线源；3、旋转载物装置；4、探测装置；5、网线；6、被扫描物。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。一种基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置，如图2所示，包括探测器阵列、放大器、能量校准器、单像素阈值产生器、阈值设置器、比较器和脉冲计数器和。探测器阵列是一个由512*512个直接转换探测器像素构成的平板型探测器，每个像素均可探测穿过被扫描物衰减后的X射线光子，并生成所探测到的辐射信号。对于各像素通道均设有相应的放大器、能量校准器、比较器和脉冲计数器，各像素通道的输出端均连接各自对应的放大器。放大器的另一端连接能量校准器的一端；放大器用于将探测器阵列生成的微弱辐射信号进行放大，得到幅值较大的信号。能量校准器的另一端连接比较器的一个输入端；能量校准器用于校准标准能量阈值脉冲高度与经放大器放大后的X射线能量之间的对应关系，然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置，其特征在于：该探测装置包括探测器阵列、放大器、能量校准器、单像素阈值产生器、阈值设置器、比较器和脉冲计数器；探测器阵列为包括若干个像素的平板型探测器，对于各像素通道均设有相应的放大器、能量校准器、比较器和脉冲计数器，各像素通道的输出端均连接各自对应的放大器，每个探测器像素均能探测穿过被扫描物衰减后的X射线光子，并生成所探测到的辐射信号；放大器的另一端连接能量校准器的一端；放大器将探测器阵列生成的微弱辐射信号进行放大，得到幅值较大的信号；能量校准器的另一端连接比较器的一个输入端；能量校准器校准标准能量阈值脉冲高度与经放大器放大后的X射线能量之间的对应关系，然后将校准后的信号发送给比较器；单像素阈值产生器连接阈值设置器的一端；单像素阈值产生器根据压缩感知原理产生单像素随机稀疏采样阈值矩阵；阈值设置器的另一端连接各像素通道对应的比较器的另一个输入端；阈值设置器将单像素阈值产生器产生的单像素随机稀疏采样阈值矩阵施加到各个探测器像素通道对应的比较器中；比较器的输出端连接脉冲计数器；对于每个探测器像素通道，以阈值设置器输出的阈值为基准，比较器比较探测器探测到的脉冲信号的幅值高度与阈值高度，如果两者相等，则将该信号经过比较器输出到一个高电平脉冲，否则，比较器输出低电平脉冲；脉冲计数器将比较器输出的高电平脉冲进行计数，其输出为光子能量，等于阈值的X射线光子的数量。...

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知的光子计数X射线能谱探测装置，其特征在于：该探测装置包括探测器阵列、放大器、能量校准器、单像素阈值产生器、阈值设置器、比较器和脉冲计数器；探测器阵列为包括若干个像素的平板型探测器，对于各像素通道均设有相应的放大器、能量校准器、比较器和脉冲计数器，各像素通道的输出端均连接各自对应的放大器，每个探测器像素均能探测穿过被扫描物衰减后的X射线光子，并生成所探测到的辐射信号；放大器的另一端连接能量校准器的一端；放大器将探测器阵列生成的微弱辐射信号进行放大，得到幅值较大的信号；能量校准器的另一端连接比较器的一个输入端；能量校准器校准标准能量阈值脉冲高度与经放大器放大后的X射线能量之间的对应关系，然后将校准后的信号发送给比较器；单像素阈值产生器连接阈值设置器的一端；单像素阈值产生器根据压缩感知原理产生单像素随机稀疏采样阈值矩阵；阈值设置器的另一端连接各像素通道对应的比较器的另一个输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：孝大宇，郭洋，刘栋，滕月阳，李建华，李宏，康雁，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21