CN110133011B - 免步进x射线光栅相衬成像方法 - Google Patents

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    • 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
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    • G01N23/041—Phase-contrast imaging, e.g. using grating interferometers

Abstract

本发明公开了一种免步进X射线光栅相衬成像方法，包括以下步骤：1)布置成像系统；2)改变所述分析光栅的角度或者改变所述相位光栅自成像条纹的周期，使探测器平面接收到莫尔条纹；3)调整成像系统结构参数获得背景位移曲线；4)在所述物点处放置样品，采集此时探测器接收到的条纹信息，获得物体位移曲线；5)根据获得的背景位移曲线和物体位移曲线，处理得到样品的吸收、折射和散射信息。与传统X射线光栅相衬成像方法采用相位步进相比，本发明由于免除了相位步进流程，大大提高了相衬成像的速度，降低了对机械部件的精度要求，同时，没有额外增加成本、物体不用移动扫描、对莫尔条纹的一致性要求也不高，是光栅相衬成像方法的有效补充。

Description

免步进X射线光栅相衬成像方法
技术领域
本发明涉及X射线光栅相衬成像领域，特别涉及一种免步进X射线光栅相衬成像方法。
背景技术
X射线相位衬度成像方法，相对于传统基于吸收的成像方法，因其对于人体软组织等低原子序数物质有明显优势，自提出以来引起了各方面的广泛关注。从上世纪90年代开始，X射线相衬成像主要有晶体干涉仪方法、衍射增强方法、同轴方法以及光栅干涉仪方法。由于X射线相移探测要求X射线光源有比较高的相干性，所以刚开始都是在同步辐射上完成的。在2006年，Pfeiffer等人从可见光的相位测量得到启发，在原有的基于两块光栅的Talbot干涉仪基础上增加了一块源光栅，提出了可以使用普通光源的Talbot-Lau干涉仪。由于该方法摆脱了庞大而昂贵的同步辐射光源以及低功率的微焦点光源，真正使X射线相衬成像应用于医学成像、无损检测等成为了可能。
光栅相衬成像方法，其最大特点就是可以同时获取被检物体的吸收，折射以及散射图像，三种信息可以反映物质的不同特征，且相互补充。光栅相衬成像的基础在于通过信息分离技术求解衰减信息、折射信息与散射信息。主流的信息分离技术是相位步进法，需要在条纹信息采集时对光栅进行步进，耗时长，剂量大，对机械精度要求高等不足。为了提高光栅相衬成像的速度，异形光栅法、物体扫描法和傅里叶分析法也分别被提出，但带来一定改进的同时，也各有缺陷，异形光栅法额外增加了设计制造成本，物体扫描法依然需要被测物体的移动，傅里叶分析法对莫尔条纹的一致性要求很高。
参考文献：[1]Pfeiffer F,Weitkamp T,Bunk O,et al.Phase retrieval anddifferential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray sources[J].Nature Physics,2006,2(4):258-261.
[2]Arboleda C,Wang Z,Stampanoni M.Tilted-grating approach forscanning-mode X-ray phase contrast imaging[J].Optics Express,2014,22(13):15447-58.
[3]Nicholas B,Joseph Z,Ke L,et al.Multicontrast x-ray computedtomography imaging using Talbot-Lau interferometry without phase stepping.[J].Medical Physics,2012,39(1):424-8.
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种免步进X射线光栅相衬成像方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种免步进X射线光栅相衬成像方法，包括以下步骤：
1)布置成像系统，所述成像系统包括沿光路依次设置的X射线光源、物点、分析光栅、相位光栅及探测器；
2)改变所述分析光栅的角度或者改变所述相位光栅自成像条纹的周期，使探测器平面接收到莫尔条纹；
3)调整成像系统结构参数，使系统的极限分辨率大小的像素在探测器平面成像为1个条纹周期，采集探测器接收到的条纹信息，获得背景位移曲线；
4)在所述物点处放置样品，采集此时探测器接收到的条纹信息，获得物体位移曲线；
5)根据获得的背景位移曲线和物体位移曲线，利用相位信息分离算法，处理得到样品的吸收、折射和散射信息，实现相衬成像。
优选的是，所述步骤3)中，探测器接收到的条纹信息满足1个周期，此处的探测器等效为相位步进法对物点的一个周期的步进。
优选的是，所述成像系统满足：
Figure BDA0002074586280000021
Figure BDA0002074586280000022
其中，S为X射线光源的焦点大小，p为探测器像素大小，n为探测器像素个数，R为系统空间分辨率，l为焦点到物点距离，d为物点到探测器距离。
优选的是，其中，所述探测器像素个数n为5。
优选的是，所述成像系统还包括设置在所述X射线光源和物点之间的源光栅。
本发明的有益效果是：与传统X射线光栅相衬成像方法采用相位步进相比，本发明由于免除了相位步进流程，大大提高了相衬成像的速度，降低了对机械部件的精度要求，同时，没有额外增加成本、物体不用移动扫描、对莫尔条纹的一致性要求也不高，是光栅相衬成像方法的有效补充。
附图说明
图1为本发明的一种实施例中的成像系统的结构示意图；
图2为本发明的一种实施例中的分析光栅和相位光栅配合的示意图；
图3为本发明的另一种实施例中的分析光栅和相位光栅配合的示意图；
图4为本发明的一种实施例中的探测器接收到的莫尔条纹的示意图。
附图标记说明：
1—X射线光源；2—物点；3—分析光栅；4—相位光栅；5—探测器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本实施例的一种免步进X射线光栅相衬成像方法，包括以下步骤：
1)按照经典Talbot光栅相衬成像方案布置成像系统，参照图1，所述成像系统包括沿光路依次设置的X射线光源、物点、分析光栅、相位光栅及探测器；
2)改变所述分析光栅的角度或者改变所述相位光栅自成像条纹的周期，使探测器平面接收到莫尔条纹；参照图2、图3和图4，A为分析光栅条纹，B为相位光栅自成像条纹，图2为改变所述相位光栅自成像条纹的周期，图3为改变所述分析光栅的角度，图4为探测器接收到的莫尔条纹；
3)调整成像系统结构参数，使系统的极限分辨率大小的像素在探测器平面成像为1个条纹周期，采集探测器接收到的条纹信息，获得背景位移曲线；其中，探测器接收到的条纹信息满足1个周期，此处的探测器等效为相位步进法对物点的一个周期的步进；
其中，所述成像系统满足：
Figure BDA0002074586280000041
Figure BDA0002074586280000042
其中，S为X射线光源的焦点大小，p为探测器像素大小，n为探测器像素个数，在优选的实施例中n为5，R为系统空间分辨率，l为焦点到物点距离，d为物点到探测器距离。
4)在所述物点处放置样品，采集此时探测器接收到的条纹信息，获得物体位移曲线；
5)根据获得的背景位移曲线和物体位移曲线，利用相位步进处理算法相同的相位信息分离算法，处理得到样品的吸收、折射和散射信息，实现相衬成像。
本方案中，数据采集方案上与相位步进法不同，免除了相位步进，处理算法(相位信息分离算法)上一致。
在一种优选的实施例中，所述成像系统还包括设置在所述X射线光源和物点之间的源光栅。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (3)

1.一种免步进X射线光栅相衬成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)布置成像系统，所述成像系统包括沿光路依次设置的X射线光源、物点、分析光栅、相位光栅及探测器；
2)改变所述分析光栅的角度或者改变所述相位光栅自成像条纹的周期，使探测器平面接收到莫尔条纹；
3)调整成像系统结构参数，使系统的极限分辨率大小的像素在探测器平面成像为1个条纹周期，采集探测器接收到的条纹信息，获得背景位移曲线；
4)在所述物点处放置样品，采集此时探测器接收到的条纹信息，获得物体位移曲线；
5)根据获得的背景位移曲线和物体位移曲线，利用相位信息分离算法，处理得到样品的吸收、折射和散射信息，实现相衬成像；
所述步骤3)中，探测器接收到的条纹信息满足1个周期，此处的探测器等效为相位步进法对物点的一个周期的步进，所述成像系统满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，S为X射线光源的焦点大小，p为探测器像素大小，n为探测器像素个数，R为成像系统空间分辨率，l为焦点到物点的距离，d为物点到探测器的距离。
2.根据权利要求1所述的免步进X射线光栅相衬成像方法，其特征在于，其中，所述探测器像素个数n为5。
3.根据权利要求1所述的免步进X射线光栅相衬成像方法，其特征在于，所述成像系统还包括设置在所述X射线光源和物点之间的源光栅。
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