CN107024490B - 一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法 - Google Patents

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CN107024490B CN201610065004.7A CN201610065004A CN107024490B CN 107024490 B CN107024490 B CN 107024490B CN 201610065004 A CN201610065004 A CN 201610065004A CN 107024490 B CN107024490 B CN 107024490B
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    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material

Abstract

本发明公开了一种一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法，所述方法包括：S21：调整光源和相位光栅，使平行X射线束垂直入射；S22：空置样品转台，相位光栅沿垂直于平行X射线束且垂直于栅条的方向逐步平移，每平移一步后采集并存储相位光栅的光强值；S23：根据每平移一步后采集的光强值确定角度信号响应函数；S24：调整高分辨率探测器，使探测单元与栅条对齐；S25：放置样品，采集并存储样品的光强值；S26：根据各探测单元采集的各样品单元光强值分别组合出相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的样品投影像；S27：根据相位光栅的角度信号响应函数和四张样品投影像，提取样品信息。本发明无需使用分析光栅，且一次曝光采集即可组合四张投影像。

Description

一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法
技术领域
本申请涉及X射线成像技术领域，具体涉及一种一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法。
背景技术
光栅剪切成像(Grating Interferometer，简称GI)是近年发展起来的一种相位衬度成像方法。对于由轻元素组成的样品(如软组织等)，GI可以提供比传统“吸收”衬度大得多的“相位”衬度信息；并且GI方法可以结合普通X射线光源进行成像，有望实现临床应用，因而具有广阔的发展前景。
图1为现有技术中一种典型的光栅剪切成像装置的结构示意图。如图1所示，目前通用的GI装置沿X射线10的传播方向依次包括X射线光源(普通X射线光源或微焦点等常规光源还需设置源光栅，同步辐射光源不需要设置源光栅)、相位光栅20、样品转台、分析光栅40和探测器50。目前通用的信息分离方法是相位步进法，其基本原理为：通过改变分析光栅40和相位光栅20的相对位置，采集探测器50在不同相对位移下曝光采集多张样品30的原始投影图像(一维位移情况下样品至少需要曝光采集4次，二维位移情况下至少需要曝光采集16次)，与无样品30情况下对应采集的投影图像对比分析，进而提取出样品30的吸收、折射和散射信息。上述装置和方法存在样品曝光次数较多、曝光时间较长的缺陷，对于生物样品及临床应用，尽可能降低样品所受辐射剂量是非常必要的。
在上述装置和方法的基础上，葛永帅等人(Y.S.Ge,et al,Opt.Express 22,14246-14252(2014).)提出了“不需要机械移动光栅的一次曝光方法”。此方案的主要创新点是对装置中的分析光栅进行了改造设计。图2为图1所示分析光栅和一种改造后的分析光栅的结构对比示意图。图2(a)所示为通常的分析光栅结构，图2(b)所示为改造后的分析光栅结构。图3为采用改造后分析光栅的光栅剪切成像装置的光路示意图。如图3所示，利用这套改造了分析光栅的方案，该实验组的人证明了此装置可以实现不移动光栅相对位移，一次曝光提取样品不同信息。然而上述装置和方法存在图像空间分辨率较低的缺陷，采用该装置和方法获取的图像空间分辨率为通用装置和方法所获取的图像空间分辨率的1/4，在一定程度上会影响后续对样品的定量分析。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种降低样品曝光辐射，同时维持较好的图像空间分辨率的一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法。
第一方面，本发明提供一种一次曝光光栅剪切成像装置，所述装置包括光源、相位光栅、样品转台和高分辨率探测器。
所述光源用于产生平行X射线束。
所述相位光栅、样品转台和高分辨率探测器沿所述平行X射线束的入射方向依次设置。
所述相位光栅的占空比为1:1，周期为P。
所述样品转台用于放置样品。
所述高分辨率探测器包括若干个排列成二维面阵的探测单元，所述探测单元的边长为P/4，所述高分辨率探测器用于采集并存储所述样品的光强值，所述样品的光强值包括每一探测单元采集的样品单元光强值，以根据各探测单元采集的各所述样品单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像。
第二方面，本发明提供一种基于上述一次曝光光栅剪切成像装置和相位步进算法的数据采集与信息提取方法，所述方法包括：
S11：调整光源和相位光栅，使光源产生的平行X射线束垂直入射所述相位光栅；
S12：调整高分辨率探测器，使探测单元与所述相位光栅的栅条对齐；
S13：空置样品转台，通过高分辨率探测器采集并存储所述相位光栅的光强值；其中，所述相位光栅的光强值包括每一探测单元采集的相位光栅单元光强值；
S14：根据各探测单元采集的各所述相位光栅单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张背景投影像；
S15：在所述样品转台上放置样品，通过高分辨率探测器采集并存储所述样品的光强值；其中，所述样品的光强值包括每一探测单元采集的样品单元光强值；
S16：根据各探测单元采集的各所述样品单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像；
S17：通过相位步进算法处理所述四张背景投影像和所述四张样品投影像，提取所述样品的吸收信息、折射信息和散射信息。
第三方面，本发明提供一种基于上述一次曝光光栅剪切成像装置和光栅角度信号响应函数的数据采集与信息提取方法，所述方法包括：
S21：调整光源和相位光栅，使光源产生的平行X射线束垂直入射所述相位光栅；
S22：空置样品转台，所述相位光栅沿垂直于所述平行X射线束的入射方向且垂直于栅条的方向逐步平移，每平移一步后通过高分辨率探测器采集并存储所述相位光栅的光强值；其中，所述平移的距离为P，步长为P/8或P/16；
S23：根据每平移一步后采集的相位光栅的光强值确定所述相位光栅的角度信号响应函数；
S24：调整高分辨率探测器，使探测单元与所述相位光栅的栅条对齐；
S25：在所述样品转台上放置样品，通过高分辨率探测器采集并存储所述样品的光强值；其中，所述样品的光强值包括每一探测单元采集的样品单元光强值；
S26：根据各探测单元采集的各所述样品单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像；
S27：根据所述相位光栅的角度信号响应函数和所述四张样品投影像，提取所述样品的吸收信息、折射信息和散射信息。
本发明诸多实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法无需使用分析光栅，大幅减少了由分析光栅带来的光强衰减(例如占空比1：1的分析光栅会造成光强衰减50％)，与采用分析光栅的光栅剪切成像系统和方法相比，采集相同质量的图像时，本发明提供的装置和方法大幅减小了样品所受的曝光时间；
本发明诸多实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法通过采用占空比为1:1、周期为P的相位光栅和探测单元边长为P/4的高分辨率探测器，即可实现一次曝光采集即组合得到相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张投影像，在减少样品曝光次数的同时，所获取的图像空间分辨率为通用装置和方法所获取的图像空间分辨率的1/2，从而维持了较好的图像空间分辨率；
本发明一些实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法通过分别在不放置样品和放置样品时进行一次曝光采集即可获取相位步进算法提取样品的吸收信息、折射信息和散射信息所需的四张背景投影像和四张样品投影像；并进一步通过样品转台的逐步旋转和高分辨率探测器的逐步单次采集即可获取相位步进算法得到样品的三维重构图像所需的样品投影像；
本发明一些实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法通过在不放置样品时逐步平移并曝光采集相位光栅，以确定所述相位光栅的角度信号响应函数，并通过放置样品时进行一次曝光采集组合得到四张样品投影像，实现了提取样品的吸收信息、折射信息和散射信息；并进一步通过样品转台的逐步旋转和高分辨率探测器的逐步单次采集即可利用光栅角度信号响应函数得到样品的三维重构图像所需的样品投影像。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为现有技术中一种典型的光栅剪切成像装置的结构示意图。
图2为图1所示分析光栅和一种改造后的分析光栅的结构对比示意图。
图3为采用改造后分析光栅的光栅剪切成像装置的光路示意图。
图4为本发明一实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置的结构示意图。
图5为本发明一实施例提供的一种数据采集与信息提取方法的流程图。
图6为相位光栅与探测单元在垂直于平行X射线束的平面的位置对应图。
图7为高分辨率探测器的第一列探测单元至第六列探测单元分别采集的单元光强值。
图8为图5所示方法的一优选实施方式中步骤S14的流程图。
图9为图5所示方法的一优选实施方式中步骤S16的流程图。
图10为图5所示方法的一优选实施方式的流程图。
图11为本发明一实施例提供的另一种数据采集与信息提取方法的流程图。
图12为图11所示方法的一优选实施方式中步骤S26的流程图。
图13为图11所示方法的一优选实施方式的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图4为本发明一实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置的结构示意图。
如图4所示，在本实施例中，本发明提供的一次曝光光栅剪切成像装置包括：光源、相位光栅20、样品转台和高分辨率探测器50。
所述光源用于产生平行X射线束10。
相位光栅20、样品转台和高分辨率探测器50沿平行X射线束10的入射方向依次设置。具体地，高分辨率探测器50放置在相位光栅20的分数Talbot距离处。
相位光栅20的占空比为1:1，周期为P。
所述样品转台用于放置样品30。
高分辨率探测器50包括若干个排列成二维面阵的探测单元51，探测单元51的边长为P/4，高分辨率探测器50用于采集并存储样品30的光强值，样品30的光强值包括每一探测单元51采集的样品单元光强值，以根据各探测单元51采集的各所述样品单元光强值分别组合出相位光栅20位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像。
上述实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置无需使用分析光栅，大幅减少了由分析光栅带来的光强衰减(例如占空比1：1的分析光栅会造成光强衰减50％)，与采用分析光栅的光栅剪切成像系统和方法相比，采集相同质量的图像时，本发明提供的装置大幅减小了样品所受的曝光时间；
上述实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置还通过采用占空比为1:1、周期为P的相位光栅和探测单元边长为P/4的高分辨率探测器，即可实现一次曝光采集即组合得到相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张投影像，在减少样品曝光次数的同时，所获取的图像空间分辨率为通用装置和方法所获取的图像空间分辨率的1/2，从而维持了较好的图像空间分辨率。
在一优选实施例中，所述样品转台还用于带动样品30逐步旋转。其中，所述样品转台的旋转轴垂直于平行X射线束10的入射方向，所述旋转的角度不小于180°。
高分辨率探测器50还用于在样品30每旋转一步后采集并存储样品30的光强值，进而对每旋转一步所采集的样品30的光强值组合出相位光栅20位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像。
在一优选实施例中，所述光源为以下任意一种：
同步辐射X射线光源；
直径为微米量级的高亮度X射线光源；
设有光源光栅的X射线光源。
在一优选实施例中，相位光栅20还用于使平行X射线束10的相位改变π或π/2。
图5为本发明一实施例提供的一种数据采集与信息提取方法的流程图。
如图5所示，在本实施例中，本发明提供的基于上述一次曝光光栅剪切成像装置和相位步进算法的数据采集与信息提取方法包括：
S11：调整光源和相位光栅，使光源产生的平行X射线束垂直入射所述相位光栅；
S12：调整高分辨率探测器，使探测单元与所述相位光栅的栅条对齐；
S13：空置样品转台，通过高分辨率探测器采集并存储所述相位光栅的光强值；其中，所述相位光栅的光强值包括每一探测单元采集的相位光栅单元光强值；
S14：根据各探测单元采集的各所述相位光栅单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张背景投影像；
S15：在所述样品转台上放置样品，通过高分辨率探测器采集并存储所述样品的光强值；其中，所述样品的光强值包括每一探测单元采集的样品单元光强值；
S16：根据各探测单元采集的各所述样品单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像；
S17：通过相位步进算法处理所述四张背景投影像和所述四张样品投影像，提取所述样品的吸收信息、折射信息和散射信息。
上述实施例提供的光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法通过分别在不放置样品和放置样品时进行一次曝光采集即可获取相位步进算法提取样品的吸收信息、折射信息和散射信息所需的四张背景投影像和四张样品投影像。
图6为相位光栅与探测单元在垂直于平行X射线束的平面的位置对应图。如图6所示，在一优选实施例中，在步骤S12中，高分辨率探测器50的第一列探测单元a1和第二列探测单元a2对准相位光栅20的第一栅条，第三列探测单元a3和第四列探测单元a4对准相位光栅20的第一栅条与第二栅条的间缝，第五列探测单元a5和第六列探测单元a6对准相位光栅20的第二栅条。
图7为高分辨率探测器的第一列探测单元至第六列探测单元分别采集的单元光强值。如图7所示，在步骤S13中，每一探测单元分别采集相位光栅20对应位置的相位光栅单元光强值。
图8为图5所示方法的一优选实施方式中步骤S14的流程图。
如图8所示，步骤S14包括：
S141：根据所述第一列探测单元a1和第二列探测单元a2采集的各所述相位光栅单元光强值组合出所述相位光栅位移为0时的第一背景投影像；
S142：根据所述第二列探测单元a2和第三列探测单元a3采集的各所述相位光栅单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/4时的第二背景投影像；
S143：根据所述第三列探测单元a3和第四列探测单元a4采集的各所述相位光栅单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/2时的第三背景投影像；
S144：根据所述第四列探测单元a4和第五列探测单元a5采集的各所述相位光栅单元光强值组合出所述相位光栅位移为3P/4时的第四背景投影像。
图9为图5所示方法的一优选实施方式中步骤S16的流程图。
如图9所示，步骤S16包括：
S161：根据所述第一列探测单元a1和第二列探测单元a2采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为0时的第一样品投影像；
S162：根据所述第二列探测单元a2和第三列探测单元a3采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/4时的第二样品投影像；
S163：根据所述第三列探测单元a3和第四列探测单元a4采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/2时的第三样品投影像；
S164：根据所述第四列探测单元a4和第五列探测单元a5采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为3P/4时的第四样品投影像。
在一优选实施方式中，只需执行上述步骤S161、S162、S163、S164中的任意三步即可，即组合出四张样品投影像中的任意三张，即可在步骤S17中通过相位步进算法处理所述四张背景投影像和三张样品投影像，提取所述样品的吸收信息、折射信息和散射信息。
具体地，根据发明人已发表的研究(P.Y.Li et al,Chinese Physics B 24,068704(2015))，上述第一样品投影像、第二样品投影像、第三样品投影像、第四样品投影像分别为“谷位像”、“右腰像”、“峰位像”和“左腰像”，上述研究对这四个投影像进行了详细的阐述，并对四个投影像的提取方法进行了严格的数学推导，并得出了“谷位像+峰位像＝左腰像+右腰像”的规律，因此只需组合出四张样品投影像中的任意三张即可实现样品信息的提取，从而进一步简化了信息提取方法。
图10为图5所示方法的一优选实施方式的流程图。
如图10所示，在一优选实施方式中，步骤S15包括：
S151：在所述样品转台上放置样品；
S152：所述样品转台带动样品逐步旋转，每旋转一步后通过高分辨率探测器采集并存储所述样品的光强值。其中，所述样品转台的旋转轴垂直于所述平行X射线束的入射方向，所述旋转的角度不小于180°。
步骤S16中，分别对每旋转一步所采集的样品的光强值组合出相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像。
步骤S17中，通过相位步进算法处理所述四张背景投影像和步骤S16所组合的若干组四张样品投影像，得到所述样品的三维重构图像。
上述实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法进一步通过样品转台的逐步旋转和高分辨率探测器的逐步单次采集即可获取相位步进算法提取样品的三维重构图像所需的样品投影像。
在一优选实施方式中，在步骤S16中，对于每旋转一步所采集的样品的光强值，只需分别组合出四张样品投影像中的任意三张，即可在步骤S17中通过相位步进算法处理所述四张背景投影像和若干组三张样品投影像，提取所述样品的三维重构图像。
图11为本发明一实施例提供的另一种数据采集与信息提取方法的流程图。
如图11所示，在本实施例中，本发明提供的基于上述一次曝光光栅剪切成像装置和光栅角度信号响应函数的数据采集与信息提取方法包括：
S21：调整光源和相位光栅，使光源产生的平行X射线束垂直入射所述相位光栅；
S22：空置样品转台，所述相位光栅沿垂直于所述平行X射线束的入射方向且垂直于栅条的方向逐步平移，每平移一步后通过高分辨率探测器采集并存储所述相位光栅的光强值；其中，所述平移的距离为P，步长为P/8或P/16；
S23：根据每平移一步后采集的相位光栅的光强值确定所述相位光栅的角度信号响应函数；
S24：调整高分辨率探测器，使探测单元与所述相位光栅的栅条对齐；
S25：在所述样品转台上放置样品，通过高分辨率探测器采集并存储所述样品的光强值；其中，所述样品的光强值包括每一探测单元采集的样品单元光强值；
S26：根据各探测单元采集的各所述样品单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像；
S27：根据所述相位光栅的角度信号响应函数和所述四张样品投影像，提取所述样品的吸收信息、折射信息和散射信息。
上述实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法通过在不放置样品时逐步平移并曝光采集相位光栅，以确定所述相位光栅的角度信号响应函数，并通过放置样品时进行一次曝光采集组合得到四张样品投影像，实现了提取样品的吸收信息、折射信息和散射信息。
在一优选实施方式中，在步骤S24中，所述高分辨率探测器的第一列探测单元和第二列探测单元对准所述相位光栅的第一栅条，第三列探测单元和第四列探测单元对准所述相位光栅的第一栅条与第二栅条的间缝，第五列探测单元和第六列探测单元对准所述相位光栅的第二栅条。
图12为图11所示方法的一优选实施方式中步骤S26的流程图。
如图12所示，在一优选实施方式中，步骤S26包括：
S261：根据所述第一列探测单元和第二列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为0时的第一样品投影像；
S262：根据所述第二列探测单元和第三列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/4时的第二样品投影像；
S263：根据所述第三列探测单元和第四列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/2时的第三样品投影像；
S264：根据所述第四列探测单元和第五列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为3P/4时的第四样品投影像。
在一优选实施方式中，只需执行上述步骤S261、S262、S263、S264中的任意三步即可，即组合出四张样品投影像中的任意三张，即可通过三张样品投影像和相位光栅的角度信号响应函数提取所述样品的吸收信息、折射信息和散射信息。
图13为图11所示方法的一优选实施方式的流程图。
如图13所示，在一优选实施方式中，步骤S25包括：
S251：在所述样品转台上放置样品；
S252：所述样品转台带动样品逐步旋转，每旋转一步后通过高分辨率探测器采集并存储所述样品的光强值。其中，所述样品转台的旋转轴垂直于所述平行X射线束的入射方向，所述旋转的角度不小于180°。
步骤S26中，分别对每旋转一步所采集的样品的光强值组合出相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像。
步骤S27中，根据所述相位光栅的角度信号响应函数和步骤S26所组合的若干组四张样品投影像，提取所述样品的三维重构图像。
上述实施例提供的一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法进一步通过样品转台的逐步旋转和高分辨率探测器的逐步单次采集即可获取光栅角度信号响应函数提取样品的三维重构图像所需的样品投影像。
在一优选实施方式中，在步骤S26中，对于每旋转一步所采集的样品的光强值，只需分别组合出四张样品投影像中的任意三张，即可在步骤S27中通过若干组三张样品投影像和相位光栅的角度信号响应函数提取所述样品的三维重构图像。
在一优选实施方式中，所述旋转一步的角度为1°或0.5°。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (15)

1.一种一次曝光光栅剪切成像装置，其特征在于，所述装置包括光源、相位光栅、样品转台和高分辨率探测器；
所述光源用于产生平行X射线束；
所述相位光栅、样品转台和高分辨率探测器沿所述平行X射线束的入射方向依次设置；
所述相位光栅的占空比为1:1，周期为P；
所述样品转台用于放置样品；
所述高分辨率探测器包括若干个排列成二维面阵的探测单元，所述探测单元的边长为P/4，所述高分辨率探测器用于采集并存储所述样品的光强值，所述样品的光强值包括每一探测单元采集的样品单元光强值，以根据各探测单元采集的各所述样品单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像。
2.根据权利要求1所述的一次曝光光栅剪切成像装置，其特征在于，所述样品转台还用于带动样品逐步旋转；其中，所述样品转台的旋转轴垂直于所述平行X射线束的入射方向，所述旋转的角度不小于180°；
所述高分辨率探测器还用于在所述样品每旋转一步后采集并存储所述样品的光强值，进而对每旋转一步所采集的样品的光强值组合出相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像。
3.根据权利要求1所述的一次曝光光栅剪切成像装置，其特征在于，所述光源为以下任意一种：
同步辐射X射线光源；
直径为微米量级的高亮度X射线光源；
设有光源光栅的X射线光源。
4.根据权利要求1所述的一次曝光光栅剪切成像装置，其特征在于，所述相位光栅还用于使所述平行X射线束的相位改变π或π/2。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述一次曝光光栅剪切成像装置的数据采集与信息提取方法，其特征在于，所述方法包括：
S11：调整光源和相位光栅，使光源产生的平行X射线束垂直入射所述相位光栅；
S12：调整高分辨率探测器，使探测单元与所述相位光栅的栅条对齐；
S13：空置样品转台，通过高分辨率探测器采集并存储所述相位光栅的光强值；其中，所述相位光栅的光强值包括每一探测单元采集的相位光栅单元光强值；
S14：根据各探测单元采集的各所述相位光栅单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张背景投影像；
S15：在所述样品转台上放置样品，通过高分辨率探测器采集并存储所述样品的光强值；其中，所述样品的光强值包括每一探测单元采集的样品单元光强值；
S16：根据各探测单元采集的各所述样品单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像；
S17：通过相位步进算法处理所述四张背景投影像和所述四张样品投影像，提取所述样品的吸收信息、折射信息和散射信息。
6.根据权利要求5所述的数据采集与信息提取方法，其特征在于，在步骤S12中，所述高分辨率探测器的第一列探测单元和第二列探测单元对准所述相位光栅的第一栅条，第三列探测单元和第四列探测单元对准所述相位光栅的第一栅条与第二栅条的间缝，第五列探测单元和第六列探测单元对准所述相位光栅的第二栅条。
7.根据权利要求6所述的数据采集与信息提取方法，其特征在于，步骤S14包括：
S141：根据所述第一列探测单元和第二列探测单元采集的各所述相位光栅单元光强值组合出所述相位光栅位移为0时的第一背景投影像；
S142：根据所述第二列探测单元和第三列探测单元采集的各所述相位光栅单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/4时的第二背景投影像；
S143：根据所述第三列探测单元和第四列探测单元采集的各所述相位光栅单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/2时的第三背景投影像；
S144：根据所述第四列探测单元和第五列探测单元采集的各所述相位光栅单元光强值组合出所述相位光栅位移为3P/4时的第四背景投影像。
8.根据权利要求6所述的数据采集与信息提取方法，其特征在于，步骤S16包括：
S161：根据所述第一列探测单元和第二列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为0时的第一样品投影像；
S162：根据所述第二列探测单元和第三列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/4时的第二样品投影像；
S163：根据所述第三列探测单元和第四列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/2时的第三样品投影像；
S164：根据所述第四列探测单元和第五列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为3P/4时的第四样品投影像。
9.根据权利要求5所述的数据采集与信息提取方法，其特征在于，步骤S15包括：
S151：在所述样品转台上放置样品；
S152：所述样品转台带动样品逐步旋转，每旋转一步后通过高分辨率探测器采集并存储所述样品的光强值；其中，所述样品转台的旋转轴垂直于所述平行X射线束的入射方向，所述旋转的角度不小于180°；
步骤S16中，分别对每旋转一步所采集的样品的光强值组合出相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像；
步骤S17中，通过相位步进算法处理所述四张背景投影像和步骤S16所组合的若干组四张样品投影像，得到所述样品的三维重构图像。
10.根据权利要求9所述的数据采集与信息提取方法，其特征在于，旋转一步的角度为1°或0.5°。
11.一种基于权利要求1-4任一项所述一次曝光光栅剪切成像装置的数据采集与信息提取方法，其特征在于，所述方法包括：
S21：调整光源和相位光栅，使光源产生的平行X射线束垂直入射所述相位光栅；
S22：空置样品转台，所述相位光栅沿垂直于所述平行X射线束的入射方向且垂直于栅条的方向逐步平移，每平移一步后通过高分辨率探测器采集并存储所述相位光栅的光强值；其中，所述平移的距离为P，步长为P/8或P/16；
S23：根据每平移一步后采集的相位光栅的光强值确定所述相位光栅的角度信号响应函数；
S24：调整高分辨率探测器，使探测单元与所述相位光栅的栅条对齐；
S25：在所述样品转台上放置样品，通过高分辨率探测器采集并存储所述样品的光强值；其中，所述样品的光强值包括每一探测单元采集的样品单元光强值；
S26：根据各探测单元采集的各所述样品单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像；
S27：根据所述相位光栅的角度信号响应函数和所述四张样品投影像，提取所述样品的吸收信息、折射信息和散射信息。
12.根据权利要求11所述的数据采集与信息提取方法，其特征在于，在步骤S24中，所述高分辨率探测器的第一列探测单元和第二列探测单元对准所述相位光栅的第一栅条，第三列探测单元和第四列探测单元对准所述相位光栅的第一栅条与第二栅条的间缝，第五列探测单元和第六列探测单元对准所述相位光栅的第二栅条。
13.根据权利要求12所述的数据采集与信息提取方法，其特征在于，步骤S26包括：
S261：根据所述第一列探测单元和第二列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为0时的第一样品投影像；
S262：根据所述第二列探测单元和第三列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/4时的第二样品投影像；
S263：根据所述第三列探测单元和第四列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为P/2时的第三样品投影像；
S264：根据所述第四列探测单元和第五列探测单元采集的各所述样品单元光强值组合出所述相位光栅位移为3P/4时的第四样品投影像。
14.根据权利要求11所述的数据采集与信息提取方法，其特征在于，步骤S25包括：
S251：在所述样品转台上放置样品；
S252：所述样品转台带动样品逐步旋转，每旋转一步后通过高分辨率探测器采集并存储所述样品的光强值；其中，所述样品转台的旋转轴垂直于所述平行X射线束的入射方向，所述旋转的角度不小于180°；
步骤S26中，分别对每旋转一步所采集的样品的光强值组合出相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像；
步骤S27中，根据所述相位光栅的角度信号响应函数和步骤S26所组合的若干组四张样品投影像，得到所述样品的三维重构图像。
15.根据权利要求14所述的数据采集与信息提取方法，其特征在于，所述旋转一步的角度为1°或0.5°。
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