[发明专利]X射线滤光镜和X射线数据采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种X射线滤光镜和包括该X射线滤光镜的X射线数据采集系统。

背景技术

在X射线成像领域中，由于X射线管发出的X射线具有连续的宽能谱，例如分布在1～150keV内，其中低能X射线(如1～10keV)对最后的成像结果没有意义，而且会在穿过人体的组织器官时被衰减。为了减少低能X射线对人体的辐射，目前的常见做法是在X射线传播方向上布置一些由衰减材料构成的薄层(以下简称衰减层)，以在X射线到达人体前将低能X射线衰减掉，不过衰减后的X射线仍具有连续的宽能谱，例如10～150keV。对目前的X射线成像技术而言，X射线的能谱越宽，图像的信噪比越差。

鉴于宽能谱的X射线对X射线成像的限制，一些新兴的X射线成像技术(例如相位差成像)等提出单色(monochromic)X射线的概念，理想的单色X射线的能谱是单一的，例如为70keV，其信噪比很高，且增强图像对比度，并提供更多成像信息。不过目前仅能在实验室特定条件下通过同步加速器辐射源得到单色X射线。由于目前单色X射线在普通条件下无法得到，所以商业化很困难。

本发明之前，本申请人还提交了一份发明名称为“一种X射线滤波能谱选择装置”的发明专利申请，提出可以使用反射膜滤光镜来产生分离的、单能谱的X射线，用于多选择的能量尖峰。这种反射膜滤光镜能在医学成像所用的频谱范围中进行能谱选择，其已被本申请人的数次实验结果所证明。不过，由于入射到反射膜滤光镜上的各X射线束与反射膜滤光镜的夹角不尽相同，根据布拉格公式，经反射膜滤光镜反射后的X射线的频谱也不尽相同，仍具有一定的频谱宽度，相比单色X射线束而言，信噪比仍较差，可提供的成像信息业有限。此外，由于入射到反射膜滤光镜上的X射线束和从该反射膜滤光镜上反射出的X射线束都是锥形束，在每个成像平面中则为扇形束，扇形束的边缘X射线和中心X射线与探测器的距离不等，从而限制对原始数据的重建，使重建后的图像中存在伪影。

发明内容

为克服现有技术中图像信噪比较差的缺陷，本发明提出一种X射线滤光镜和包括该X射线滤光镜的X射线数据采集系统。该X射线滤光镜的一个表面上镀有复数层能反射X射线的反射膜，这些反射膜的层厚经设计沿所述滤光镜的轴向呈梯度分布，使得不同频谱的入射X射线束经所述反射膜反射后，得到单色X射线束。

有鉴于此，本发明提供一种X射线滤光镜，所述滤光镜的一个表面上镀有复数层能反射X射线的反射膜，所述滤光镜经布置使其镀有反射膜的表面与入射X射线束之间存在夹角，所述反射膜的层厚经设计沿所述滤光镜的轴向呈梯度分布，使得不同频谱的入射X射线束经所述反射膜反射后，出射X射线束的频谱相同。于是经本发明的X射线滤光镜反射膜可以得到单色的出射X射线束，所以图像的信噪比很高，可显示的图像信息也就更多。

根据本发明的一个实施例，所述滤光镜经布置使出射X射线束为平行束。由于平行X射线束到达探测器的距离相等，从而克服因锥形束的几何参数引起的图像伪影。

根据本发明的再一个实施例，所述入射X射线束是锥形束或扇形束。

根据本发明的另一个实施例，所述反射膜的层厚根据如下公式来设计：其中，D(x)表示沿所述滤光镜的轴向的反射膜的层厚，θ_c表示所述滤光镜镀有反射膜的表面与各入射X射线束之间夹角的平均值，λ表示出射X射线束的波长，L表示X射线管焦点到所述滤光镜的轴向距离，h表示X射线管焦点到所述滤光镜的纵向距离，x表示入射X射线在所述滤光镜上的入射点与所述滤光镜中心的距离。

根据本发明的又一个实施例，所述反射膜的层厚为nm量级。

根据本发明的又一个实施例，所述反射膜对X射线的反射率为0.5以上。以尽可能多的反射X射线，减少X射线的能量损耗。

根据本发明的又一个实施例，所述反射膜的每一层包括由W材料构成的子层和由B₄C材料构成的子层，这两种子层交替布置。包括这两种材料的反射膜层对用于成像的X射线能谱范围的X射线反射率较高，并且能生产分离的、单能谱的X射线或者指定能谱的X射线。

根据本发明的又一个实施例，所述夹角为0.2°～2°。以实现略入射。

本发明还提供一种X射线数据采集系统，所述系统包括一X射线源、一探测器和所述的X射线滤光镜，其中，所述X射线源发出锥形或扇形X射线束，并入射到所述滤光镜上；所述滤光镜经布置使其镀有反射膜的表面与入射X射线束之间存在夹角，所述入射X射线束经所述滤光镜镀有反射膜的表面反射后，反射出频谱相同的单色X射线束；所述探测器接收所述单色X射线束。