[发明专利]X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统及方法

权利要求书

1.X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统，包括X射线源和与X射线源间隔设置的样品台；其特征在于：还包括两套康普顿相机吸收探测器，两套康普顿相机吸收探测器信号连接数据处理系统；所述两套康普顿相机吸收探测器设置在X射线源和样品台之间，且两套康普顿相机吸收探测器对称设置在X射线源和样品台两者的直线连线的两侧，每套康普顿相机吸收探测器与样品台之间还分别对应设有康普顿相机散射探测器；

任一康普顿相机散射探测器上开设有开孔；康普顿相机吸收探测器的材质为碲锌镉以使其可以同时兼具X射线荧光探测器的功能。

2.根据权利要求1所述X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统，其特征在于：X射线源为扇形束X射线源。

3.根据权利要求2所述X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统，其特征在于：两套康普顿相机吸收探测器之间的夹角为120°。

4.根据权利要求1所述X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统，其特征在于：康普顿相机散射探测器的材质为硅。

5.根据权利要求1所述X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统，其特征在于：康普顿相机吸收探测器和康普顿相机散射探测器均采用阵列式探测器。

6.根据权利要求1所述X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统，其特征在于：所述开孔的面积占其所在康普顿相机散射探测器面积的1/2～2/3。

7.根据权利要求6所述X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统，其特征在于：所述开孔中安装有针孔准直器。

8.根据权利要求1-7任一项所述X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统，其特征在于：X射线源发出的X射线光照射到置于样品台上的被检测样品上，X射线光与被检测样品中的物质相互作用而产生荧光光子；

入射到康普顿相机散射探测器上的荧光光子在康普顿相机散射探测器中发生康普顿散射，散射的荧光光子由对应的康普顿相机吸收探测器接收，并由数据处理系统生成康普顿相机成像事件数据；

从所述开孔中穿过的荧光光子由对应的康普顿相机吸收探测器接收，并由数据处理系统生成X射线荧光CT成像事件数据；

数据处理系统将康普顿相机成像事件数据作为先验信息结合X射线荧光CT成像事件数据通过混合迭代算法对被检测样品进行图像重建。

9.X射线荧光CT与康普顿相机复合成像方法，其特征在于：本方法基于权利要求1-8中任一项所述的X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统而进行，包括如下步骤：

1)将X射线源发出的X射线光照射到样品台上的被检测样品，X射线光与被检测样品中的物质相互作用而产生荧光光子；

2)入射到康普顿相机散射探测器上的荧光光子在康普顿相机散射探测器中发生康普顿散射，利用对应的康普顿相机吸收探测器接收散射的荧光光子，并由数据处理系统生成康普顿相机成像事件数据；

利用对应的康普顿相机吸收探测器接收从开孔中穿过的荧光光子，并由数据处理系统生成X射线荧光CT成像事件数据；

3)数据处理系统将康普顿相机成像事件数据作为先验信息结合X射线荧光CT成像事件数据通过混合迭代算法对被检测样品进行图像重建。

10.根据权利要求9所述X射线荧光CT与康普顿相机复合成像方法，其特征在于：步骤3)中，所述混合迭代算法包括：

①将被检测样品所在的空间区域分割为立方体网格状空间，每个立方体网格状空间作为一个体素；

②对空间区域每个体素的权重赋一个估计的初始值；

③运用公式进行康普顿相机的图像重建；

式中，表示经过n次迭代后得到的体素j的计算权重，s_j表示体素j中荧光光子在任意位置处被探测到的概率，t_ij表示源自体素j产生的事件i的加权概率；

④根据康普顿相机重建的图像推算出被检测样品中X射线光的衰减系数分布μ^I和荧光光子的衰减系数分布μ^F；

⑤以康普顿相机重建的图像作为X射线荧光CT重建的初始估计图像，运用公式进行X射线荧光CT的图像重建；

式中，表示经过n次迭代后得到的像素j的计算权重，根据推算的μ^I和μ^F加入吸收校正计算h_ij，h_ij是投影矩阵中的元素，表示第j个像素对第i个投影值的贡献，I_i表示康普顿相机吸收探测器测量的X射线荧光CT投影数据。