常用的雙能成像技術(shù)分為快速kVp切換(kVp switching)和雙源計算機斷層掃描(Dual Source Computed Tomography， DSCT)，其中：
快速kVp切換是指在曝光過程中使用兩種不同的kV曝光2次，獲得2種不同對比度的圖像，從高kV圖像中減去低kV圖像中的骨骼結(jié)構(gòu)影，從而產(chǎn)生軟組織圖像。進一步配置不同曝光條件可實現(xiàn)多能成像。
DSCT即通過兩套X射線球管系統(tǒng)和兩套探測器系統(tǒng)同時采集低、高能圖像，一般僅用于CT。
受成像系統(tǒng)設(shè)計等因素約束，DR通常采用快速kVp切換技術(shù)，對多能圖像減影可實現(xiàn)不同物質(zhì)對比度增強。但kVp切換技術(shù)需在不同時刻多次曝光，對射線利用率低且易出現(xiàn)運動偽影。
科研人員為此提出一種使用多層平板探測器，通過單次曝光即可實現(xiàn)X射線多能成像的方法，能夠提高射線利用率，降低輻射劑量，且不易出現(xiàn)運動偽影。
多層平板探測器結(jié)構(gòu)
▲ 圖1 多層X射線平板結(jié)構(gòu)
(a)為單層X射線平板探測器(Flat Panel Detector， FPD)，常用的閃爍體材料為CsI，感光層材料為光電二極管及薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)陣列。
(b)為雙層X射線平板探測器，X射線經(jīng)上層平板探測器后得到低能圖像，X射線經(jīng)上層平板、濾過層后通過下層平板探測器得到高能圖像，故通過雙層平板探測器可獲得雙能圖像。
類似地在雙層平板探測器下方疊加濾過、閃爍體和感光層組合即可得到(c)所示三層平板探測器。
該探測器可通過上、中、下層分別采集得到低能、中能、高能圖像。繼續(xù)添加一定濾過、閃爍體和感光層組合后可得到多層探測器。
多層平板成像系統(tǒng)
成像系統(tǒng)包括工作站、高壓發(fā)生器、球管、束光器、濾線柵、多層平板探測器、電離室等。
射線分別被上、中、下三層平板探測得到低、中、高能圖像。
科研人員仿真解析了單能射線切換下雙能成像、減影原理，在kVp切換成像試驗中多次曝光采集胸部體模低、中、高三能圖像，發(fā)現(xiàn)胸模多能圖像中肋骨、肺部區(qū)域存在差異，且對多能圖像雙能減影可實現(xiàn)骨骼增強、抑制。
仿真探究單次曝光下雙能射線在雙層平板中雙能成像、減影原理。給出射線源在不同濾過下的能譜變化，在多層平板成像試驗單次曝光中分別使第一層、第三層平板采集胸部體模低、高能圖像。發(fā)現(xiàn)多層平板采集的低、高能圖像中肋骨、肺部區(qū)域亦存在差異，對其雙能減影亦可實現(xiàn)骨骼增強、抑制。
試驗表明，隨著層數(shù)增加，平板采集射線能譜平均光子能量升高，因此通過多層平板探測器可實現(xiàn)X射線多能成像。
試驗中成像系統(tǒng)所采用的高壓發(fā)生器、多層平板探測器及工作站均來自安健科技自研部件，X射線球管型號為西門子Ray-14系列。
這項研究成果發(fā)表于2021年第9期《光子學報》，作者分別來自深圳市安健科技股份有限公司和廣東工業(yè)大學物理與光電工程學院。
