[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

说明书

本发明涉及一种X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统及方法，系统包括X射线源和与X射线源间隔设置的样品台；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。本发明可取得优化空间分辨率、系统灵敏度、缩短成像时间的效果。

技术领域

本发明属于物理中借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料的技术领域，具体涉及一种X射线荧光CT与康普顿相机复合成像系统及方法。

背景技术

X射线计算机断层成像技术(X-ray Computed Tomography,X-CT)因可以无损对被检测样品内部的结构信息进行成像并检测观察，得到广泛应用。但当被检测样品较小或样品中待测组织与其它组织之间对X光子吸收的差异较小时，传统CT效果较差。于是发展出了如单光子发射计算机断层成像技术(Single-Photon Emission Computed Tomography,SPECT)和正电子发射断层成像技术(Positron Emission Tomography,PET)，将放射性同位素示踪剂输入被检测样品并做有目的的分布，这两种成像模式具有高度特异性，可以通过分子成像提供功能信息，具有较高的灵敏度，但空间分辨率较低；此外，由于同位素会不断衰变产生辐射，也在一定程度上限制了它们的应用。

随着科学技术的发展，还出现了X射线荧光CT(X-ray Fluorescence ComputedTomography,XFCT)技术，它是一种将X射线荧光分析(X-ray Fluorescence Analysis,XRFA)技术和X-CT技术相结合的成像技术，不仅可以实现传统X-CT的功能——对样品内部的结构信息进行成像，还能通过X射线照射样品激发其内部的高Z示踪剂原子通过光电效应产生X射线荧光光子并由X射线荧光探测器接收，从而可提供样品内部示踪剂浓度的空间分布信息。XFCT的示踪剂一般选择由金(Au)、钆(Gd)、钡(Ba)、碘(I)等高Z元素制成的纳米颗粒，可以克服SPECT和PET的放射性同位素示踪剂不断衰变的缺点。

为了提高分辨率和对比度，申请人还申报了CN106248705A的中国专利申请，公开了一种混合X射线荧光CT与X射线声波CT的成像方法及系统，利用X射线荧光CT进行功能成像，利用X射线声波CT进行结构成像，提高分辨率和对比度，仅用单个投影X射线，降低了样品所受剂量。

为了提高准确性，申请人还申报了CN109709127A的中国专利申请，公开了低散射X射线荧光CT成像方法，利用了X射线荧光探测器上的小孔或专门的针孔准直器，避免康普顿散射的光子对探测器所接受信号的影响，防止探测到的数据偏离真实结果、伪影。文献“Rayleigh and Compton Scattering Contributions to X-Ray FluorescenceIntensity”，J.E.Fernandez，《X-RAY SPECTROMETRY》，21，1992，57-68公开了X射线荧光领城康普顿散射对于X荧光信号的影响，并且研究了起飞角(探测器与入射X射线之间的夹角)的(P，C)相互作用贡献，也是在研究如何降低康普顿散射的光子对探测器接受信号的影响。但是，小孔或专门的针孔准直器，会存在限束作用，一部分没有穿过针孔的荧光光子将无法被探测器收集到，就会在一定程度上限制荧光光子的收集效率，降低了系统的灵敏度。

康普顿相机是一种非机械准直的新型成像模式，它基于康普顿散射的原理进行三维空间内射线的定位与成像，即借由康普顿散射的物理效应追踪入射光子的来向，进行“电子准直”。申请人考虑以一种全新的思维和方式，将康普顿相机成像技术应用到XFCT中来，弥补针孔限束造成的系统灵敏度降低，并且不存在康普顿散射光子影响探测器接受信号的问题，在空间分辨率、灵敏度、成像时间方面实现优化。

发明内容