[发明专利]单光子级X射线空时成像方法

说明书

一种单光子级X射线空时成像方法，通过空时高分辨的面阵成像采集设备获取单光子X射线的到达位置信息和到达时间信息，经过对单个光子激发像素产生时间走离效应的校准实现对单个X射线光子的识别，再利用光子的泊松过程特性，从光子的到达时间信息反推目标物的强度信息，利用采集到稀疏光子满足的空时变量关联特性，通过基于泊松分布的图像重构算法，实现在若干光子的超弱X射线光源对目标物体的超分辨图像重构。本发明利用时间飞行探测强度重构技术实现单光子级超弱光空时成像，进而减少X射线对人体辐射剂量。

技术领域

本发明涉及的是一种医疗成像领域的技术，具体是一种单光子级X射线空时成像方法。

背景技术

根据X射线理论原理，病人在X射线检查时，安全照射量应在100伦琴以内，按这个照射量再制定出容许的照射次数和时间。如胸部透视在几天以内总的积累不应超过12分钟，胃肠检查不应超过10分钟。病人在一年当中只能做2～3次检查来防止X射线对人体产生健康危害。

现有单光子级X射线空时成像的特点和不足在于弱光情况下无法实现图像采集及重构，只能增大辐射量，但是又对人身体造成损伤。

发明内容

本发明针对现有的X射线成像技术无法实现超弱光的图像数据采集及重构的不足，提出一种单光子级X射线空时成像方法，利用时间飞行探测强度重构技术实现单光子级超弱光空时成像，进而减少X射线对人体辐射剂量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种单光子级X射线空时成像方法，通过空时高分辨的面阵成像采集设备获取单光子X射线的到达位置信息和到达时间信息，经过对单个光子激发像素产生时间走离效应的校准实现对单个X射线光子的识别，再利用光子的泊松过程特性，从光子的到达时间信息反推目标物的强度信息，利用采集到稀疏光子满足的空时变量关联特性，通过基于泊松分布的图像重构算法，实现在若干光子的超弱X射线光源对目标物体的超分辨图像重构。

所述的空时高分辨的面阵成像采集设备包括：滤波模块、飞行时间记录模块和数据处理模块，其中：滤波模块根据来自X射线源的信号光子与噪声光子的具有不同能量信息，从中以特定波长范围的光子通过原则选出反映靶材特征谱的光子，飞行时间记录模块根据探测器记录光子的到达时间，比较同一时刻不同位置的光子计数得到目标物强度信息，数据处理模块根据来自探测器的稀疏光子信息，进行泊松分布的图像重构处理，得到目标物体的重构图像。

所述的信号光子与噪声光子的具有不同能量信息是指：X射线管发出的是连续波长的光子，选取能量谱在靶材特征峰处光子作为信号，其余的作为噪声滤掉。

所述的目标物强度信息是指：同一时刻，不同位置的光子计数多，说明该位置透过的光子多，目标物对应的该位置吸收的光子少，该处组织薄或者软信息。

所述的目标物强度信息是指：不同的生物体结构对X射线光子衰减程度不一样，导致在图像里面呈现出不同的灰度。

所述的稀疏光子是指：由于X射线光子的超低剂量，在图像上透过率高的地方有十几个光子，在透过率低的地方只有几个光子，这样形成的图像在空间上是不连续的，每个像素上光子的个数是有限的。这样的图像可以在某个坐标系中实现数据压缩，进而可以用来去除噪声。

所述的X射线单光子成像装置包括：以接近100％的效率探测X射线单光子，而且具有纳秒级的时间分辨率，能精确的记录光子的飞行时间以及分析光子的泊松过程的面阵像素直接探测器以及将X射线高能粒子通过闪烁体转换为很多个可见光光子，再被量子效率很高的相机采集这些光子的间接探测器件。

所述的X射线单光子成像装置优选采用面阵像素直接探测器。

所述的空时变量是指：待测X射线穿透目标物体后在不同位置上到达探测设备所有单光子所经历的飞行时间。

所述的目标物体是指：用于X射线成像的生物体标本，其中包含骨骼、肌肉组织密度不同的部位。