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    重庆时时彩101: X射线相衬成像系统与成像方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201410610466.3

    申请日:

    2014.11.04

    公开号:

    CN105606633A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 23/04申请日:20141104|||公开
    IPC分类号: G01N23/04; G01N23/083 主分类号: G01N23/04
    申请人: 清华大学; 同方威视技术股份有限公司
    发明人: 张丽; 陈志强; 姜晓磊; 朱晓骅; 金鑫
    地址: 100084 北京市海淀区清华大学
    优先权:
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 闫小龙;陈岚
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410610466.3

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2019.03.19|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及X射线成像系统与成像方法。本发明的X射线成像系统具有分布式X射线源、固定光栅???、X射线探测器及计算机工作站,被检测物体位于所述分布式X射线源与所述固定光栅??橹?,所述计算机工作站进行控制,以实现如下过程:所述分布式X射线源的各光源依次曝光,向所述被检测物体发射X射线;在每次曝光时,所述X射线探测器接收X射线,经所述分布式X射线源的一次步进曝光过程和数据采集,所述X射线探测器上每个像素点处的X射线的光强表示为一个光强曲线;将所述光强曲线与不存在所述被检测物体的情况下的光强曲线进行比较,由光强曲线的变化得到每个像素点的像素值;根据所得到的像素值重建所述被检测物体的图像。

    权利要求书

    1.一种X射线相衬成像系统,其特征在于,具备:分布式非相干X射线源;固定光栅???,由第一光栅和第二光栅构成,并且所述第一光栅和所述第二光栅相互平行且相对位置固定;以及X射线探测器。2.如权利要求1所述的X射线相衬成像系统,其特征在于,所述分布式非相干X射线源的各光源沿着垂直于X射线的传播方向且垂直于光栅条纹的方向分布,所述X射线相衬成像系统还具备计算机工作站,所述计算机工作站对所述分布式非相干X射线源以及所述X射线探测器进行控制,以实现如下过程:所述分布式非相干X射线源的各光源依次曝光,向被检测物体发射X射线;在每次曝光时,所述X射线探测器对X射线进行接收,并且,经过所述分布式非相干X射线源的一次步进曝光过程和相应的数据采集,所述X射线探测器上每个像素点处的X射线的光强表示为一个光强曲线;将所述X射线探测器上每个像素点处的光强曲线与不存在所述被检测物体的情况下的光强曲线进行比较,由所述光强曲线的变化得到每个像素点的像素值;根据所得到的像素值重建所述被检测物体的图像。3.如权利要求2所述的X射线相衬成像系统,其特征在于,还具备:致动装置,在所述计算机工作站的控制下,使所述被检测物体相对于所述X射线成像系统的其他部分相对地旋转一个角度。4.如权利要求3所述的X射线成像系统,其特征在于,在每个所述旋转角度下,重复所述步进曝光过程,然后根据预定CT图像重建算法来重建所述被检测物体的图像。5.如权利要求1所述的X射线相衬成像系统,其特征在于,所述分布式非相干X射线源采用碳纳米管作为电子源。6.如权利要求2所述的X射线成像系统,其特征在于,所述计算机工作站具备:数据处理???,用于进行数据信息的处理,并从中计算得出所述被检测物体上各点的像素值;图像重建???,用于根据计算得出的像素值重建所述被检测物体的图像;控制???,用于控制所述分布式X射线源以及所述X射线探测器。7.如权利要求2所述的X射线成像系统,其特征在于,所述计算机工作站具备:显示单元,用于显示所述被检测物体的图像。8.如权利要求2所述的X射线成像系统,其特征在于,所述计算机工作站能够从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的折射信息,并由此计算出相应的像素值。9.如权利要求2或8所述的X射线成像系统,其特征在于,所述计算机工作站能够从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的散射信息,并由此计算出相应的像素值。10.如权利要求2、8或9所述的X射线成像系统,其特征在于,所述计算机工作站能够从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的衰减信息,并由此计算出相应的像素值。11.一种X射线成像方法,其特征在于,具有如下步骤:分布式非相干X射线源的各光源依次曝光,向被检测物体发射X射线;在所述分布式非相干X射线源每次发射X射线时,经所述被检测物体折射的X射线经由第一吸收光栅和第二吸收光栅形成强度变化的X射线信号;利用X射线探测器接收所述强度变化的X射线,并将接收到的X射线信号转换为电信号;以跨周期取点的方式从所述接收的电信号中提取X射线束经过物体的折射角信息,以及利用预定的算法得出物体的像素信值;以及根据所得到的像素值重建所述被检测物体的图像。12.如权利要求11所述的X射线成像方法,其特征在于,使所述被检测物体旋转,在每个所述旋转角度下,重复所述步进曝光过程,然后根据预定CT图像重建算法来重建所述被检测物体的图像。13.如权利要求11所述的X射线成像方法,其特征在于,从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的折射信息,并由此计算出相应的像素值。14.如权利要求11或13所述的X射线成像方法,其特征在于,从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的散射信息,并由此计算出相应的像素值。15.如权利要求11、13或14所述的X射线成像方法,其特征在于,从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的衰减信息,并由此计算出相应的像素值。

    说明书

    X射线相衬成像系统与成像方法

    技术领域

    本发明涉及X射线光栅成像技术,特别涉及基于分布式X射线源的X射线相衬成像系统与成像方法。

    背景技术

    在现有技术例如CT扫描设备中,利用X射线对物体进行扫描成像得到了广泛应用。传统的X射线扫描成像一般利用被测材料对X射线的衰减特性来以非破坏性方式检查物体的内部结构。若物体内部的各部分结构组成的密度差异明显,则传统的X射线成像技术的效果尤为显著。但是,对于轻元素构成的物质,它们对X射线来说是弱吸收物质,所以,用传统的X射线成像技术几乎看不到它们内部的具体结构。即使用其它辅助的手段,例如,给生物组织打上造影剂也很难得到清晰的图像,这造成了很多的缺憾。在上世纪九十年代,出现了X射线相衬成像技术。相衬成像是通过捕捉X射线的相移信息来观察物体内部的电子密度变化,从而揭示物体的内部结构??际?,出现的相衬成像方法一般通过利用相干或者部分相干的X射线的干涉或衍射现象来增强辐射图像的低对比度分辨率。在此基础上,在公开号为“CN101532969A”、名称为“X射线光栅相衬成像系统及方法”(专利文献1)以及公开号为“CN101726503A”、发明名称为“X射线相衬层析成像”(专利文献2)的专利申请中,其中这些专利申请的全部内容在此通过参照引入到本申请中,黄志峰等人提出了非相干光栅相衬成像的新技术构思和方案,这包括:使用两块吸收光栅在一个光栅周期范围内相对地平行移动若干步,每一步探测器采集一张图像;在完成一个光栅周期内的采集过程后,通过比较每个像素点对应的样品光强曲线与背景光强曲线的差异计算出被检测物体的折射图像信息。这取得了较好的相衬成像效果。该方法可以工作在多色、非相干的射线源下,实现简单可行的装置。

    另外,在X射线成像的技术发展过程中,也出现了暗场成像的技术。暗场成像是利用非直射光例如散射光、衍射光、折射光和荧光等对物质材料进行成像的技术,通过物质对X射线散射能力的差异来对物质内部结构进行成像。对于暗场成像,由于硬X射线独特的光学性质,所需的光学元件制作非常困难,所以,硬X射线的暗场成像一直难以较好地实现。然而,硬X射线的暗场成像技术在对物质内部微细结构分辨和探测能力上相对于明场成像和相衬成像具有独到的优势。由于硬X射线的散射在微米量级或甚至纳米量级尺度,因而硬X射线暗场成像技术能够看到硬X射线明场成像和相衬成像都无法分辨到的物质内部超微细结构。其中,于2009年,在公开号为“CN101943668A”、发明名称为“X射线暗场成像系统和方法”(专利文献3)的专利申请中,其中该专利申请的全部内容在此通过参照引入到本申请,黄志峰等人提出了利用X射线对物体进行暗场成像的技术方案,这包括:向被测物体发射X射线;使得两块吸收光栅之一在至少一个周期内进行步进;在每个步进步骤,探测器接收X射线,并转化为电信号;经过至少一个周期的步进,探测器上每个像素点处的X射线光强表示为一个光强曲线;根据探测器上每个像素点处的光强曲线与不存在被检测物体情况下的光强曲线的对比度,计算得到每个像素的散射角分布的二阶矩;在多个角度拍摄物体的图像,然后根据CT重建算法可以得物体的散射信息图像。

    在前述的光栅成像技术中,都需要采用步进技术测量出探测器上每个探测单元(像素点)的光强曲线。其中,所利用的步进技术的基本原理为:源光栅紧邻X光机源固定不动后,在基于Talbot-Lau干涉法的技术中,位相光栅或者解析光栅在一个光栅周期范围内相对平行移动若干步;而在基于经典光学方法的技术中,两块吸收光栅在一个光栅周期范围内相对平行移动若干步。每一步探测器采集一张图像。完成一个光栅周期内的采集过程后,通过比较每个像素点对应的样品光强曲线与背景光强曲线的差异可计算出折射图像信息、衰减图像信息和暗场图像信息。传统的步进技术一般是平移位相光栅或者解析光栅或吸收光栅,于2010年,在公开号为“CN102221565A”、发明名称为“X射线源光栅步进成像系统与成像方法”(专利文献4)的专利申请中,其中该专利申请的全部内容在此通过参照引入到本申请,黄志峰等人提出了X射线源光栅步进的方法,由于源光栅的周期在几十微米级,相对于传统的步进方法大大降低了步进精度要求。

    但即便如此,步进技术的存在仍然对光栅成像技术的推广造成极大障碍,机械系统的步进非常耗时,大大增加扫描时间,同时即使是几十微米级的平移仍然对机械设备的精度、整体设备防震、环境温度等有较高的要求,这两方面大大限制了这种新的光栅成像技术的应用推广。

    发明内容

    本发明针对现有技术的缺陷,在已经提出的X射线光栅相衬成像、暗场成像以及X射线源光栅步进成像系统等技术的基础上,同样地基于X射线光栅成像技术,提出一种非相干方法实现的基于分布式X射线源的X射线相衬成像系统与成像方法,以分布式非相干X射线源代替传统的X射线光源,以多个光源依次曝光代替步进技术,从而大大减少了成像时间,降低了对成像系统机械精度等的要求。

    本发明提供一种用于对物体进行X射线成像的X射线成像系统,其特征在于,

    具有依次位于X射线的传播方向上的分布式X射线源、固定光栅??橐约癤射线探测器,在进行X射线成像的情况下,被检测物体位于所述分布式X射线源与所述固定光栅??橹?,

    所述固定光栅??橛傻谝还庹ず偷诙庹す钩?,所述第一光栅和所述第二光栅的相对位置固定不变并且彼此平行地依次位于X射线的传播方向上,

    所述分布式X射线源的各光源沿着垂直于X射线的传播方向且垂直于光栅条纹的方向分布,

    所述X射线成像系统还具备计算机工作站,所述计算机工作站对所述分布式X射线源以及所述X射线探测器进行控制,以实现如下过程:

    所述分布式X射线源的各光源依次曝光,向所述被检测物体发射X射线;

    在每次曝光时,所述X射线探测器对X射线进行接收,并且,经过所述分布式X射线源的一次步进曝光过程和相应的数据采集,所述X射线探测器上每个像素点处的X射线的光强表示为一个光强曲线;

    将所述X射线探测器上每个像素点处的光强曲线与不存在所述被检测物体的情况下的光强曲线进行比较,由所述光强曲线的变化得到每个像素点的像素值;

    根据所得到的像素值重建所述被检测物体的图像。

    此外,在本发明的X射线成像系统中,还具备:

    致动装置,在所述计算机工作站的控制下,使所述被检测物体相对于所述X射线成像系统的其他部分相对地旋转一个角度。

    此外,在本发明的X射线成像系统中,

    在每个所述旋转角度下,重复所述步进曝光过程,然后根据预定CT图像重建算法来重建所述被检测物体的图像。

    此外,在本发明的X射线成像系统中,

    所述计算机工作站具备:数据处理???,用于进行数据信息的处理,并从中计算得出所述被检测物体上各点的像素值;图像重建???,用于根据计算得出的像素值重建所述被检测物体的图像;控制???,用于控制所述分布式X射线源以及所述X射线探测器。

    此外,在本发明的X射线成像系统中,

    所述计算机工作站具备:显示单元,用于显示所述被检测物体的图像。

    此外,在本发明的X射线成像系统中,

    所述计算机工作站能够从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的折射信息,并由此计算出相应的像素值。

    此外,在本发明的X射线成像系统中,

    所述计算机工作站能够从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的散射信息,并由此计算出相应的像素值。

    此外,在本发明的X射线成像系统中,

    所述计算机工作站能够从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的衰减信息,并由此计算出相应的像素值。

    此外,本发明提供一种X射线成像方法,利用X射线成像系统对物体进行X射线成像,所述X射线成像系统具有分布式X射线源、固定光栅???、X射线探测器以及计算机工作站,所述X射线成像方法具有如下步骤:

    所述分布式X射线源的各光源依次曝光,向被检测物体发射X射线;

    在每次曝光时,所述X射线探测器对X射线进行接收,并且,经过所述分布式X射线源的一次步进曝光过程和相应的数据采集,所述X射线探测器上每个像素点处的X射线的光强表示为一个光强曲线;

    将所述X射线探测器上每个像素点处的光强曲线与不存在所述被检测物体的情况下的光强曲线进行比较,由此得到光强曲线的变化;

    由所述光强曲线的变化得到所述X射线探测器上每个像素点的像素值;

    根据所得到的像素值重建所述被检测物体的图像。

    此外,在本发明的X射线成像方法中,

    使所述被检测物体旋转,在每个所述旋转角度下,重复所述步进曝光过程,然后根据预定CT图像重建算法来重建所述被检测物体的图像。

    此外,在本发明的X射线成像方法中,

    从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的折射信息,并由此计算出相应的像素值。

    此外,在本发明的X射线成像方法中,

    从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的散射信息,并由此计算出相应的像素值。

    此外,在本发明的X射线成像方法中,

    从存在所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在所述被检测物体上预定点的衰减信息,并由此计算出相应的像素值。

    根据本发明,用分布式X射线源代替传统的X射线光源,利用分布式的多个光源依次曝光(步进曝光过程)实现传统的机械移动光栅的相位步进过程,大大降低了扫描时间,同时降低了成像系统对于高精度平移的需求,降低了整体设备对于防震、环境温度等的较高要求,可以更好地推动光栅成像系统的实用化。

    附图说明

    图1是本发明的基于分布式非相干X射线源的X射线相衬成像系统的示意图。

    图2是在本发明中利用步进扫描所获得的光强曲线的示意图。

    图3是在本发明中跨周期步进扫描的示意图,(a)是多周期采集与跨周期取点的示意图(其中的点),(b)是跨周期采集位移曲线的示意图。

    图4是本发明的实施例1的示意图。

    图5是本发明的实施例2的示意图。

    图6是本发明的实施例3的示意图。

    具体实施方式

    以下,参照附图详细地对本发明进行说明。

    图1是本发明的基于分布式非相干X射线源的X射线相衬成像系统的示意图。如图1所示,本发明的X射线相衬成像系统具有分布式X射线源S(在本发明中,分布式X射线源S是分布式非相干X射线源)、固定光栅??镻以及X射线探测器,并且,分布式X射线源S、固定光栅??镻以及X射线探测器依次位于X射线的传播方向上。此外,在对被检测物体进行成像时,使被检测物体(即,图1中扫描物体)W位于分布式X射线源S和固定光栅??镻之间。此外,如图1所示那样,分布式X射线源S的各光源(即,X射线发射点)沿着垂直于光路的方向(即,X射线的传播方向)且垂直于光栅条纹的方向分布,这些X射线发射点可以按照预定顺序发射X射线,例如这些X射线发射点依次发射X射线,由此实现了传统的相位步进的效果。

    此外,关于分布式X射线源,例如可以使用公开号为CN103903941A的专利申请中所公开的分布式X射线装置。该分布式X射线装置能够通过控制使得以预定顺序在各焦点位置(即,靶点)发射X射线。

    此外,在本发明中,固定光栅??镻由两块高精度的光栅G1和G2组成,这两个光栅G1和G2彼此平行。在背景技术中所引用的专利文献的光栅成像技术中,所使用的两块高精度光栅需要进行相对步进运动来实现步进技术,而在本发明中,光栅G1和G2的相对位置是固定不变的,它们之间的距离为D,并且,分布式X射线源S与光栅G1之间的距离为L。此外,将两块光栅G1、G2的周期分别设定为p1、p2,它们平行地依次位于X射线的传播方向上。

    此外,优选地,光栅G1、G2的周期一般在0.1~30微米之间。光栅使用重金属作为吸收材料,以金(Au)为例,金的高度由所使用的X射线的能量决定,在10~100微米之间。例如,对20keV的X射线来说,金的高度大于16微米能阻挡90%的X射线。

    此外,X射线探测器用于接收X射线,并且能够通过光电信号转换技术(例如,数字化摄影技术)将所接收到的X射线信号转换为可进行数字处理的电信号。优选地,X射线探测器可以是矩阵探测器,其中的每个探测元(像素)可以检测射到该探测元上的X射线的强度变化。优选地,X射线探测器能够定时地进行采集和转换X射线。优选地,可以采用医用低噪声的面阵探测器,动态范围>l2bit的面阵探测器,覆盖整个成像区域。为了能够检查到几百微米乳腺钙化组织,X射线探测器的空间分辨率要求在百微米左右或以下,例如70~l00微米。

    此外,本发明的X射线相衬成像系统还包括计算机工作站。整个成像系统的控制、数据传输、图像重建以及数据处理均可由计算机工作站完成。扫描控制信息、位置信息、投影数据等通过数据采集系统输入到计算机工作站中。由计算机工作站完成物体多种信息的提取、数据预处理及图像重建的工作,最后在显示器上显示出来。

    此外,计算机工作站可包括数据处理???,其可设置成用于从X射线探测器输出的可数字处理的电信号,计算得出X射线经过被检测物体后的光强(曲线)的变化,并且通过所述光强(曲线)变化计算出被检测物体上某个点处对X射线的吸收信息、散射信息或折射信息,以及利用这些信息计算出被检测物体的像素信息。这些功能实际上可通过编程的软件来实现,或者可替换地,理论上可通过专用的硬件芯片组来实现。

    此外,计算机工作站还可包括控制??椋ㄔ谕?中未示出),用于控制分布式X射线源S、被检测物体W、固定光栅??镻以及X射线探测器等的操作,例如相对转动、X射线发射和信息采集等。优选地,控制??楹褪荽砟?榭梢约晌惶?,由单个通用或专用处理器来实现。

    此外,计算机工作站还可包括有成像??椋ㄔ谕?中未示出),根据得到的像素信息重建被检测物体的图像并输出显示。并且,重建功能??榭梢杂杉嫖荽砟?榈拇砥魇迪?。

    此外,本发明的X射线相衬成像系统还可包括致动装置,其在计算机工作站的控制下,用于使被检测物体与X射线相衬成像系统的其他部分相对地旋转一个角度。在每个旋转角度下,重复分布式X射线源的相位步进曝光过程,从而得出多个角度下的X射线成像像素值,然后,根据预定CT图像重建算法来重建被检测物体的立体图像。该致动装置在此定义为具有相对转动被检测物体的功能的结构。

    此外,计算机工作站可包括显示单元,用于显示所重建的图像,可由通用的显示器来实现。

    具体地,本发明的基于分布式非相干X射线源的X射线相衬成像系统的工作过程如下。即,在本发明中,计算机工作站对分布式X射线源S以及X射线探测器进行控制,从而实现下述过程:分布式X射线源S的多个光源(即,X射线发射点)依次曝光(即,步进曝光过程),在每次曝光时,X射线源S向被检测物体W发射X射线,同时X射线探测器对X射线进行接收;其中,经过分布式X射线源的一次步进曝光过程(即,所有X射线发射点依次发射了一次X射线)和相应的数据采集,X射线探测器上每个像素点处的X射线的光强表示为一个光强曲线(如图2所示);将X射线探测器上每个像素点处的光强曲线与不存在被检测物体W的情况下的光强曲线(即,背景光强曲线)相比较(此处,不存在被检测物体W的情况下的光强曲线是已知的,可以存储在计算机工作站或者从外部调入),由所述光强曲线的变化计算得出每个像素点的像素值;根据所计算得出的像素值重建被检测物体的图像。即,在本发明中利用分布式非相干X射线源的各X射线发射点依次发射X射线来代替现有技术中的使两个光栅进行步进移动,而数据采集、光强曲线的获得和比较以及像素值的计算、图像的重建等可以利用与现有技术相同的方法。

    特别地,本发明中的分布式非相干X射线源的相位步进曝光过程是在专利文献4所提出的X射线源光栅步进方法的基础上提出的,但是,传统的相位步进过程是在一个光栅周期范围内平移其中的一块光栅,若按此实现,则分布式X射线源的各个光源会有重叠,实际中难以实现。为了解决此问题,本申请发明提出了跨周期的相位步进方法,以此为基础实现基于分布式非相干X射线源的X射线相衬成像系统与成像方法,其取点示意图与位移曲线如图3所示。即,图3是在本发明中跨周期步进扫描的示意图,(a)是多周期采集与跨周期取点的示意图(其中的点),(b)是跨周期采集位移曲线的示意图。具体地说,传统的相位步进过程是在一个光栅周期内完成的,这对应于图3(a)中的一个正弦周期,而在本发明中所提出的跨周期相位步进过程是在多个光栅周期内完成的(即,跨周期取点),例如,在传统的相位步进过程中取N个点(即,N步)的情况下,那么相应地,在本发明的跨周期相位步进过程中就需要在N个周期中每个周期取一个点,例如,在第1个周期中取一个点与传统的相位步进过程中的第1个点对应,在第2个周期中取一个点与传统的相位步进过程中的第2个点对应,在第3个周期中取一个点与传统的相位步进过程中的第3个点对应,以此类推,直到在第N个周期中取一个点与传统的相位步进过程中的第N个点对应??悸堑秸闹芷谛?,可知这样取点的效果是与传统的相位步进过程的效果一样的,而这样取点的好处是为分布式光源的摆放提供了可能并为其采用的成像方法提供了依据,如果是传统的相位步进过程,那么分布式光源就没法摆放了。

    此外,在本发明中,在使用了分布式非相干光源的情况下采用了跨周期取点的方法,但是,并不限于此,跨周期取点的方法也能够应用于现有技术的X射线相衬成像系统。

    根据以上的内容,可以确定分布式X射线源的要求,并且,在本发明中所使用的分布式X射线源是分布式非相干X射线源。

    (1)对单个光源尺寸的要求。引用专利文献1中对源光栅G0的周期要求,即,其中,、、分别为G0、G1和G2这三块光栅的周期,l是G0和G1之间的距离,λ是X射线波长。因此,在本发明中,分布式X射线源的每个光源的焦点尺寸不大于,其中DC为源光栅的占空比,其定义为开口尺寸与光栅周期之比。

    (2)对分布式X射线源的光源间距的要求。由上述的跨周期步进扫描过程可知,一个由n个焦点组成的分布式X射线源,其两两焦点间距为。其中m可以取任意正整数,较大的m取值可以增大光源间距,降低加工难度。

    在本发明的采用分布式非相干X射线源的情况下采用了跨周期取点的方式,但并不限于此,跨周期取点也可以使用在其他的X射线相衬成像系统中。

    此外,如上所述那样,本发明的利用X射线进行成像的方法包括:分布式非相干X射线源的X射线发射点依次向被检测物体发射X射线束;分布式非相干X射线源每次发射X射线时,经被检测物体折射的X射线经由第一和第二吸收光栅即光栅G1和光栅G2形成强度变化的X射线信号;X射线探测器接收所述强度变化的X射线,并将接收到的X射线信号转换为电信号;以跨周期取点的方式从所述接收的电信号中提取X射线束经过物体的折射角信息,以及利用预定的算法得出物体的像素信息。此外,如前述那样,还可以从所接收到的强度变化的X射线得到衰减信息以及散射信息。即,在本发明中,能够同时得到折射信息、散射信息以及衰减信息,从而可同时得到被检测物体的相衬图、暗场图以及衰减图。

    本发明能够利用于X射线光栅相衬CT成像系统,该X射线光栅相衬CT成像系统除了包括如上所述的系统组成外,还包括一个旋转结构,用于使得被检测物体相对于X射线源和光栅、检测单元(X射线探测器)等进行旋转。所述CT成像系统在CT模式下,可以通过旋转被检测物体,获得各个投影角度下的折射角信息及相应的平面像素信息,进而利用预定算法来重构物体内部的折射率分布的断层图像。

    如上所述那样,本发明的最大优点是完全摆脱了对高精度平移装置的依赖,以多个光源依次曝光替代步进技术,从而大大减少成像时间,降低了对于成像系统机械精度等的要求。同时,本发明延续了专利文献1的优点,完全摆脱了对射线源相干性的依赖,没有Talbot距离的限制,而且能使用微米量级以上的周期的光栅实现近分米量级机场的非相干条件下的相衬成像。此外,与传统X射线成像相比,本发明的系统能够对弱吸收物质(例如,乳腺、血管和肌肉等软组织、纤维材料、昆虫等)进行高对比度的成像。此外,与现有相衬成像相比,降低了微米量级周期、大深宽比光栅的制作难度要求,并可很容易地推广到使用高能量(>40keV)X射线进行相衬成像。本发明将进一步降低相衬成像实际应用的门槛,为相衬成像走向医学、生物学、工业材料等领域应用开拓崭新的思路和途径,具有重大的实际意义和应用价值。

    (实施例)

    以下说明本发明的几个应用例。

    图4是本发明的实施例1的示意图。如图4所示,实施例1示出将本发明的基于分布式X射线源的X射线相衬成像系统用于X射线摄影,可以一次扫描后同时获得衰减、相衬和暗场三种图像,可以用于新一代乳腺机等应用。

    此外,图5是本发明的实施例2的示意图。如图5所示,实施例2示出将本发明的基于分布式X射线源的X射线相衬成像系统用于X射线CT成像,扫描样品W可以沿垂直光路的方向旋转,从而可以获取物质结构的三维信息。

    此外,图6是本发明的实施例3的示意图。如图6所示,实施例3示出将本发明的基于分布式X射线源的X射线相衬成像系统用于X射线CT成像,整体机械结构可以沿垂直光路的方向旋转,从而可以获取物质结构的三维信息。

    综上所述,本发明所提出的基于分布式X射线源的X射线相衬成像系统使用分布式非相干X射线源代替传统的X射线光源,利用分布式的多个光源依次曝光(步进曝光过程)实现传统的机械移动光栅的相位步进过程,大大降低了扫描时间,同时降低了成像系统对于高精度平移的需求,降低了整体设备对于防震、环境温度等的较高要求,可以更好地推动光栅成像系统的实用化。

    本发明的创新性在于将分布式X射线源技术与光栅成像技术相结合,可以充分发挥光栅成像技术的优越性,在一次扫描过程中同时获得体现物质内部信息的衰减、暗场和相衬这三种信息,可以更加全面地反应物体的内部结构信息以及组成信息,同时可以利用分布式X射线源快速切换曝光的优势,以步进曝光过程替代机械步进过程,实现光栅成像技术的快速稳定成像,从而可以在医疗成像、安全检查等多方面的领域中发挥巨大的作用。

    以上对本发明进行了说明,但是本领域技术人员应该理解的是,对于目前所给出的公开内容,在不脱离这里所描述的本发明技术思想的范围内可以进行各种变形。因此,并不意味着本发明局限于所示出的和所描述的特定实施例。

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