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多层平板探测器成像技术获突破

2021-11-16 14:08     来源:器械汇     X射线探测器X射线
近日,国内学术期刊《光子学报》①发表的一篇论文,提出了一种多层平板探测器成像方案,并通过试验验证了该方案的可行性。


常用的双能成像技术分为快速kVp切换(kVp switching)和双源计算机断层扫描(Dual Source Computed Tomography, DSCT),其中:

快速kVp切换是指在曝光过程中使用两种不同的kV曝光2次,获得2种不同对比度的图像,从高kV图像中减去低kV图像中的骨骼结构影,从而产生软组织图像。进一步配置不同曝光条件可实现多能成像。

DSCT即通过两套X射线球管系统和两套探测器系统同时采集低、高能图像,一般仅用于CT。

受成像系统设计等因素约束,DR通常采用快速kVp切换技术,对多能图像减影可实现不同物质对比度增强。但kVp切换技术需在不同时刻多次曝光,对射线利用率低且易出现运动伪影。

科研人员为此提出一种使用多层平板探测器,通过单次曝光即可实现X射线多能成像的方法,能够提高射线利用率,降低辐射剂量,且不易出现运动伪影。

多层平板探测器结构


▲ 图1 多层X射线平板结构

 

(a)为单层X射线平板探测器(Flat Panel Detector, FPD),常用的闪烁体材料为CsI,感光层材料为光电二极管及薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)阵列。

(b)为双层X射线平板探测器,X射线经上层平板探测器后得到低能图像,X射线经上层平板、滤过层后通过下层平板探测器得到高能图像,故通过双层平板探测器可获得双能图像。

类似地在双层平板探测器下方叠加滤过、闪烁体和感光层组合即可得到(c)所示三层平板探测器。

该探测器可通过上、中、下层分别采集得到低能、中能、高能图像。继续添加一定滤过、闪烁体和感光层组合后可得到多层探测器。

多层平板成像系统

成像系统包括工作站、高压发生器、球管、束光器、滤线栅、多层平板探测器、电离室等。


图2 多层平板成像系统

射线分别被上、中、下三层平板探测得到低、中、高能图像。

科研人员仿真解析了单能射线切换下双能成像、减影原理,在kVp切换成像试验中多次曝光采集胸部体模低、中、高三能图像,发现胸模多能图像中肋骨、肺部区域存在差异,且对多能图像双能减影可实现骨骼增强、抑制。

仿真探究单次曝光下双能射线在双层平板中双能成像、减影原理。给出射线源在不同滤过下的能谱变化,在多层平板成像试验单次曝光中分别使第一层、第三层平板采集胸部体模低、高能图像。发现多层平板采集的低、高能图像中肋骨、肺部区域亦存在差异,对其双能减影亦可实现骨骼增强、抑制。


▲图3 多层平板试验成像效果

试验表明,随着层数增加,平板采集射线能谱平均光子能量升高,因此通过多层平板探测器可实现X射线多能成像。

试验中成像系统所采用的高压发生器、多层平板探测器及工作站均来自安健科技自研部件,X射线球管型号为西门子Ray-14系列。

这项研究成果发表于2021年第9期《光子学报》,作者分别来自深圳市安健科技股份有限公司和广东工业大学物理与光电工程学院。

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