CN111465840A - 用于相衬x射线成像的高分辨率x射线探测的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种相衬X射线成像系统，用于对象成像，包括：X射线源；和X射线探测器，其具有25微米或更小的像素间距；其中，在X射线源与对象之间的距离小于或等于10cm。

Description

用于相衬X射线成像的高分辨率X射线探测的方法和系统

对相关申请的交叉引用

本申请要求2017年10月18日提交的美国临时专利申请62/573,759和2017年12月12日提交的美国临时专利申请62/597,622的优先权权益，所述美国临时专利申请在此通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容整体上涉及X射线成像，且更具体地涉及用于相衬成像的高分辨率X射线探测的方法和系统。

背景技术

X射线成像在对象的可视化方面具有广泛应用，其中，利用通过其组分的异源X射线吸收所提供的对比度/衬度。自然，如果X射线的穿透功率有效地使对象透明，则这种X射线成像主导模式的效用减小。对于生物软组织或其他诸如塑料之类的低密度材料而言，这是经常的情况。在此应用环境中，我们从光学想起：电磁波具有与其相关联的波幅和相位。当X射线穿透对象时，信息不仅由于吸收而被编码到波幅中，而且还由于折射而被编码到相位中。这类似于光学中的透镜，其中，其基本透明，不过可见光的折射对透镜形状形成编码。X射线相衬成像(XPC)包括：从由探测器探测到的X射线强度图样中提取相位信息的方法。

被提出的对XPC进行推测的更实用的解决方案涉及使用多X射线光栅和干涉量测技术(即，Talbot Lau效应)，其降低给量效率、恶化空间分辨率、增加成本和成像环节的复杂度，使得整个系统笨重且不适于低成本紧凑应用(例如，台式XPC)。几乎是最简单的方法，基于传播的XPC(PB-XPC)需要额外的设备。

使用PB-XPC，则恢复相位信息的能力(即，探测到X射线极小折射角度的能力)完全落在X射线源的性能上。至今，PB-XPC是同步加速器设施中所用的常见技术，其中对于PB-XPC应同时满足以下三个关键要求：(1)单色X射线，以便易于图像重构；(2)空间相干X射线，其可提供相关的波场，由此探测相位变化；(3)由于空间相干度正比于源至对象的距离，因而高通量的X射线是必要的，这是因为，对象被安置远离于源且X射线强度反比于距离的平方。虽然PB-XPC技术已被证明有用，不过其实际上局限于在同步加速器设施上使用。因而仍然需要一种紧凑快速的X射线相衬成像系统用于家庭实验室生命科学、健康和科学成像、和无损检测应用，其基于PB-XPC但不需要同步加速源而在低X射线曝光下对低密度材料成功成像。

因此，提供一种新式方法和系统用于相衬成像高分辨率X射线探测。

发明内容

在本公开内容的一个方案，提供一种相衬X射线成像系统，用于对象成像，包括：X射线源；X射线探测器，其具有25微米或更小的像素间距；其中，在所述X射线源与所述对象之间的距离(R_1-1)小于或等于10cm。

在另一方案中，R_1-1是在所述X射线源的源焦点与所述对象的对象平面之间的距离。在进一步的方案中，在所述X射线探测器与所述对象之间的距离(R_2-1)大于0cm。在又一方案中，R_2-1是在所述对象的对象平面与所述X射线探测器的探测器平面之间的距离。在一个方案中，R_2-1小于或等于200cm。

在进一步的方案中，所述系统进一步包括：第二X射线源；第二X射线探测器；其中，在所述第二X射线源与所述对象之间的距离(R_1-2)小于或等于10cm。在另一方案中，在所述第二X射线探测器与所述对象之间的距离(R_2-2)大于0cm。在另一方案中，所述X射线源和所述第二X射线源沿非平行方向朝向所述对象照射X射线光束。在又一方案中，所述X射线源和所述第二X射线源沿垂直方向朝向所述对象照射X射线光束。在一个方案中，所述X射线源的焦斑小于30μm。在另一方案中，所述X射线探测器是多层X射线探测器。在又一方案中，所述多层X射线探测器包括：直接转换层。在另一方案中，所述多层X射线探测器包括：直接和间接转换层。在又一方案中，所述多层X射线探测器包括：间接转换层。

在本公开内容的另一方案中，提供一种相衬X射线成像方法，包括：安置X射线源与拟成像对象分开距离R₁；安置X射线探测器与所述拟成像对象分开距离R₂；通过所述X射线源将多色光束引导至所述对象；通过所述X射线探测器探测X射线光子；其中，所述X射线探测器包括的像素具有的尺寸小于或等于25微米；其中，R₁小于10cm。在另一方案中，R₂在0cm至200cm之间。

在本公开内容的另一方案中，提供一种相衬X射线成像系统，用于对象成像，包括：X射线源；X射线探测器；其中，在所述X射线源与所述对象之间的距离(R₁)小于或等于10cm；其中，在所述X射线探测器与所述对象之间的距离(R₂)在0cm至200cm之间。

在另一方案中，R₁在所述X射线源的输出端与所述对象的对象平面之间测得。在又一方案中，R₂在所述X射线探测器的探测器平面与所述对象的对象平面之间测得。

附图说明

本公开内容的实施例将仅示例性地参照附图不进行描述。

图1是基于传播的X射线相衬成像系统的示意图；

图2是直接转换X射线探测器的剖面的示意图；

图3是用于图1所示系统中的数字X射线探测器的照片；

图4a的图线使用图3所示X射线探测器，显示出相对于空间频率的探测量子效率(DQE)；

图4b的图线使用现有X射线探测器，显示出相对于空间频率的DQE；

图5a是具有较小相衬的灯笼椒种子吸收图像的X射线图像；

图5b是具有相衬的灯笼椒种子吸收图像的X射线图像；

图6是具有层1至N的多层探测器的示意图；

图7是用于同时获得多能量X射线图像和相衬图像的系统构造的第一实施例的示意图；

图8的图线显示出在非晶硒光电导材料中的X射线光子的穿透深度；以及

图9是展示出相衬X射线成像方法的流程图。

具体实施方式

本公开内容涉及用于相衬成像的高分辨率X射线探测的方法和系统。在一个实施例中，所述系统包括X射线源和X射线探测器(其具有小于或等于25微米的像素间距)。X射线源优选地定位与对象平面的距离为R₁，而X射线探测器优选地定位与对象平面的距离为R₂。

转到图1，显示出用于相衬成像高分辨率X射线探测的系统的示意图。所述系统可见为基于传播的X射线相衬成像系统。在一个实施例中，通过从源和探测器视角处置PB-XPC，所述系统能够以紧凑快速方式实现基于传播的X射线相衬成像(PB-XPC)。系统10包括：X射线源12，将X射线(例如采取多色光束14的形式)朝向拟成像对象16引导。所述系统进一步包括：探测器18，其位于相对于对象16与X射线源相反的侧上以接收或探测通过自由空间传播经过对象16的X射线。在优选实施例中，X射线源12是标准的实验室微焦源，而X射线探测器18是极高分辨率且高效给量的X射线探测器，其具有的像素间距小于或等于25微米。

如图1中所示，X射线源12的焦斑的输出平面20定位与对象平面22相距R₁，而X射线探测器18的图像平面24与对象平面22相距R₂。通过选择对应的像素间距(其优选地小于或等于25微米)，优化的(或优选的)R₁(其可见为X射线源焦斑至对象平面/源至对象的距离)和优化的(或优选的)R₂(其可见为对象平面至探测器图像平面/对象至探测器的距离)可被选择以使用台式装置而实现快速、高效给量的PB-XPC。在一个实施例中，像素间距选择可基于离开对象的X射线的X射线折射角度(通过复合折射系数计算)和传播距离R₂而定。在优选实施例中，更希望小的R₂，使得在其上的X射线偏转能够通过具有小像素间距(例如小于或等于25微米)像素的探测器探测到。

如在试验中所见，所述系统可探测到与由对象16编码所致相位变化相关联的微小的(在10^-5～10^-4弧度的范围内)X射线折射。

在一个优选实施例中，X射线源12可为标准的低功率(8W)实验室微焦源，其焦斑尺寸为5～9μm。焦斑尺寸是X射线源电子束的与阳极靶材料(例如钨或钼)接触的尺寸，阳极靶材料然后产生X射线传播到对象16并随后传播到探测器18。在当前医疗成像解决方案中，焦斑尺寸为0.3～1mm。当焦斑较小(例如为5～9μm)时，焦斑扩展所致的半影模糊被最小化或减小，因而X射线源12不会限制系统10内的空间分辨率。如果目的在于探测由于对象16所致的相位变化，则相干的或部分相干的入射光束是必要的或优选的。侧向相干长度正比于源至对象的距离R₁，且反比于焦斑尺寸。也就是说，较小焦斑导致具有较小R₁距离(或者说更紧凑系统)的部分相干光束。

一个问题在于，在传统固定阳极(即，并非昂贵液体金属喷射源)微焦源中的小焦斑由于对象上的热载而导致低功率输出。当短时以低X射线曝光(例如最小化或减少对于对象(例如但不限于生物样本)的辐射损害)获得相衬图像时，这种限制是关键问题。

转到图2，其显示出X射线探测器的示意性剖面。在本公开内容中，探测器优选地基于高分辨率X射线探测器，其使用直接转换光电导体和互补金属氧化物半导体(CMOS)像素电子器件，具有小于或等于25微米的像素间距。

如图2中所示，X射线探测器18包括：CMOS底层30，其具有多个小尺寸像素32。在本公开内容中，每个像素32的像素间距小于或等于25微米。探测器18进一步包括：稳定/阻隔层34；光电导体层36；阻隔层38；和电极层40。探测器18可进一步包括一组焊盘42，用于实现控制/数据信号电连接。

在一个实施例中，光电导体层36是非晶硒(a-Se)光电导体层36。在此实施例中，在a-Se光电导体层36两侧上的阻隔层34和38可用于提高探测器18的机械稳定性和/或减小探测器18在高电场操作的过程中的暗电流。在另一实施例中，探测器18可包括阻隔层34或38中的仅一个或者不包括阻隔层34和38

在另一实施例中，稳定/阻隔层34可为聚酰亚胺层，其可用作在光电导体层36的底部上的抗结晶层和阻隔接触部。在另一实施例中，阻隔层38可为聚对二甲苯层，其用作对于光电导体层36的阻隔接触部。在光电导体层36与稳定/阻隔层之间的接触层也可为(但不限于)p型层(例如As掺杂的硒)或其他软聚合物材料。在光电导体层36与阻隔层38之间的接触层也可为(但不限于)n型层(例如碱金属掺杂的硒或冷沉积硒)或其他已知的有机或无机的孔阻隔层。虽然本论述涉及直接转换X射线探测器，不过，其他高分辨率探测器技术(例如间接转换探测器、或直接转换和间接转换X射线探测器的组合)也是可想到的。

在直接转换X射线探测器中，注入有非晶Se、Si、CdZnTe、CdTe、HgI₂、PbO、和闪烁体的有机光电导体(例如钙钛矿)与CMOS或薄膜晶体管(TFT)像素阵列)集成，可用于光电导体层36。对于间接转换X射线探测器，可以使用集成有CsI、LaBr₃、和像素化硫氧化钆(GOS)或CsI闪烁体的CMOS或TFT像素阵列。

除了X射线倾斜(其对间接和直接转换探测器均有影响)以外，在X射线探测器内的直接转换光电导体的厚度不具有与间接转换光电导体相同的空间分辨率折损，这是因为，大施加电场传输X射线生成的电荷载体，而侧向扩散可忽略。

本公开内容的一个优点是：使用极精细的或小的像素间距的、高效给量的直接转换X射线探测器与微焦源12协同工作用于PB-XPC方式。

当前的X射线间接探测技术展现出空间分辨率与给量效率之间的折衷。用于将X射线转换为光学光子供光二极管像素化矩阵探测的闪烁体材料使得光学散射随厚度而增加。较厚的闪烁体吸收较多的光子，但也导致光散射增加，而薄的闪烁体通过限制散射而维持分辨率，但吸收较少光子且给量低效而降低探测量子效率(DQE)。另外，通过较低空间分辨率的探测器实现极精细特征可视化的尝试，需要大的放大因数，这在联接于微焦斑(因而功率较低)的X射线源时还导致更长/大的扫描时间和给量。

转到图3，其显示出像素间距成像仪的一个实施例的照片。图3的像素间距成像仪是5.5um x 6.25um的像素间距成像仪。通过实验，给量效率测量值约为当前系统的10倍，通过使用尺寸小于或等于25微米的像素，投影结果最高可为当前探测器的100倍。通过使用高输出的微焦X射线管(例如金属喷射X射线)作为X射线源，成像时间可进一步减少，不过，使用高给量效率的探测器有助于进一步减少成像时间(例如用于高产率工业应用)，更重要的是最小化或减少对敏感生物组织的进一步辐射伤害，特别是在生命科学和医疗应用中。

另外，在图3的显微图中，像素成像仪或复合a-Se/CMOS数字X射线探测器的总体芯片尺度为1.8×3.0mm²。a-Se/CMOS复合结构通过偏置探针将正高电压施加于金电极而可见。

在图4a中，反映出使用本公开内容的X射线探测器的结果/测量值，显示出利用测得调制传递函数(MTF)和测得噪声功率频谱(NPS)计算的对于70kVp频谱的DQE。在20－60循环/mm范围内的结果超过所有其他先前报道的X射线探测器DQE结果。图4b显示出对于吸收优化a-Se光电导体层(厚度1000μm，假定没有焦斑模糊和100e-RMS(均方根)读出噪声)的70kVp的模型DQE。通过优化X射线吸收，DQE在20－60循环/mm范围内极高，高于0.5或50％。对于图4b的图线，模型探测器的光电导体厚度为1000微米，而图4a的探测器的光电导体厚度为56微米。

通过使用本公开内容的相衬X射线系统，因相衬所致的更多细节显现在图5a和5b中。使用钩悬挂用作成像对象的灯笼椒种子。在此相衬图像的情况下，源到探测器的距离为26cm(R₁+R₂之和)，与当前相衬系统通常报道的数分钟和数小时相比，允许在几秒钟内获取图像。由此可见本公开内容的系统为高度紧凑、快速、低给量的PB-XPC系统。在此试验中，R₁对被捕获图像而言小于10cm(其中R₂大于0cm)。本公开内容的系统中所用的R₁值与当前PB-XPC系统中截然不同，现有PB-XPC系统根本不建议使用10cm以下的R₁值。

通过使用本公开内容的系统，实现相衬图像，其中对于R₂值的范围(例如在0～200cm)，R₁值为10cm以下，像素尺寸小于或等于25微米。在一个实施例中，可以设想10微米以下的像素尺寸。

在模拟中，30μm以下的源焦斑显示适合于相衬成像，不过，对于更清晰的图像和更紧凑的系统而言，10μm以下的焦斑是优选的。

转到图6，其显示出用于本公开内容的系统的X射线探测器的另一实施例的示意图。图6的X射线探测器18可见为多层探测器，并可实现紧凑的X射线成像系统，其同时要求：多频谱(例如双能量频谱X射线数据)以及相衬图像(包括相位恢复)。

在当前实施例中，X射线探测器18包括：一组转换层100(可见为转换层1、转换层2、…转换层N(其中N为任意数))、一组衬底层102、和一组X射线过滤体104。可设想转换层100、衬底层102、和X射线过滤体104的不同设计/结构，图6提供一种这样的示例性结构。应认识到，这种多层探测器的最简单实施方案将包括：两个堆叠的转换层100，并具有中间的中过滤体104。改进的方式可使用三个堆叠转换层，其中中间的转换层用作中过滤体。应理解，每个转换层关联于尺寸小于或等于25微米的一组像素。对N个转换层和N组像素，按低对象给量(即，多频谱相衬以及原始衰减图像)，可同时获得或生成N个唯一数据组。

在菲涅耳区域中，“强度传递方程(TIE)”暗示：在图像平面处源自强度变化的衬度正比于与对象平面的传播距离和对象平面中的相分布的空间梯度。这种不同相衬引起“边缘增强”效应，这是因为，相位变化在对象边缘(在此存在折射系数快速变化)处最为急剧。虽然使用PB-XPC的X射线成像引起对象边界处衬度增大以通过微小X射线吸收实现材料的可探测性，不过，在对象物理几何形状与其在图像平面中的可视性之间的关系更为复杂。

特别地，图像中的边界可以不严格对应于对象中的边界。为了复原图像中的量化边界信息，典型地需要执行“相位恢复”重构。相位恢复的一种方法是“直接方式”，通过对于对象平面中的X射线强度和相位信息求解确定TIE实现。这种方法是非迭代的且数值高效，可切实用于投影成像和三维显微CT(计算机断层扫描)。

对于单一的波长，TIE包括一个已知变量(图像平面中的强度)和两个未知变量(对象平面中的强度和相位)。在纯相(即，无吸收)或均质对象和单色辐射的情况下，TIE的解相对直接。对此情况，在几何光学近似中，对象平面中的强度和相位是相关的，对TIE的唯一解可通过图像平面中的单一测量或者可替代地通过单一图像获取而获得。

对于通常的非均质对象(即，更实际的情况)，具有不相关的吸收和折射性能，需要不同图像平面或不同辐射波长的至少两个测量值求解方程组。这种需求对于辐射给量敏感的(生命科学或医疗)或者甚至高产率(例如实时)的应用(其中，实现相位恢复所必需的移动探测器以获取两个测量值(即图像)的耗时难以承受)构成挑战。由此，本公开内容的系统允许通过对于对象较低给量的曝光而恢复多个图像。另外，最实际的应用(例如生物医药成像或甚至在工业检测中)需要使用通常可用的多色X射线源，由于其固有地采用单色源而使得获得传统TIE解出现问题。

为了克服上述的获得至少两个测量值以求解TIE(具有单色和/或多色源)的难点，可使用图6的多层(即，堆叠)X射线探测器通过用于PB-XPC的适应性的X射线频谱在不同图像平面处同时捕获多个图像。多层探测器典型地包括：多个堆叠X射线转换层，在可选的衬底上，具有可选的中间X射线过滤材料(例如示意性地显示在图6中)，其中，慎重而言，每个转换层捕获不同图像平面中的信息。

每个转换层可为直接转换层(例如，提出的精细间距的a-Se直接转换X射线探测器)或者间接转换层。在直接转换层中，X射线半导体(例如，非晶Se、Si、PbO、HgI₂、CdZnTe、CdTe、具有纳米颗粒的有机半导体等等)将入射X射线光子直接转换为电荷。X射线半导体可选地可与包含读出像素有源矩阵阵列(晶体管和/或存储电容器)的读出电子面(例如薄膜晶体管阵列、CMOS像素阵列)配对。在特定情况下，X射线半导体和读出电子面可均为X射线转换层的一部分。

在间接X射线转换层中，闪烁体材料(例如，GOS、CsI、NaI、CaWO₄、LYSO，等等)用于将入射X射线光子转换为光学光子，光学光子然后由下层像素化光敏读出电子面探测。光敏读出电子面可为：由各种材料制成的大面积的像素有源矩阵阵列(例如包含具有薄膜晶体管的光二极管或者具有有源像素传感器的光二极管)，包括大面积薄膜无机(例如非晶硅、金属氧化物、LTPS(低温多晶硅)、连续晶硅、多晶硅)或甚至有机半导体。在此实施例中，闪烁体和光敏读出电子器件可均为X射线转换层的一部分。

由于较高能量的光子相对于较低能量的光子具有更大的穿透深度(例如，见图8，关于非晶硒半导体中的渗透深度)，因而单一X射线曝光使得每个X射线转换层获取具有不同X射线频谱的图像。X射线频谱可利用每个转换层(即，直接转换中的半导体层或者间接转换中的闪烁体层)和/或过滤层的厚度进行控制。频谱特征(无对象)对于相位恢复可能是必要的。

在一个实施例中，穿透深度等于X射线衰减系数的倒数，并对应于X射线强度减至其初始值约37％时的材料内深度。在约12.7keV处的非连续性是由于光电吸收所致。

过滤材料可涵盖常用金属(例如铝和铜)中过滤体。如果使用另外的X射线转换层作为过滤体，则在此情况下，将存在三个相互上下堆叠的X射线转换层。在原则上，至少两个X射线转换层是必要的，不过若有必要获得额外的频谱分离(其可通过允许使用更准确的重构公式而改善相位恢复)，则可堆叠额外的层。

更进一步的频谱分离可通过以下方式获得：逐个像素地调制任意给定直接X射线转换层中的X射线半导体厚度，或者可替代地逐个像素地调制任意给定间接X射线转换层中的闪烁体厚度。通过在像素水平上调制X射线转换层厚度，空间分辨率可为一种折衷，从而甚至在单层中也获得额外的频谱分离。

在每个转换层中使用极小的像素间距尺度(对于我们的精细像素间距探测器而言，具有的像素尺寸小于或等于25微米)，通过在从对象平面到图像平面的较短传播距离上探测小的X射线折射角度(其对于相衬而言是必要的)，可以进一步改善性能。X射线强度(由此以及信噪比)随传播距离的反平方而减小，因而与其他基于传播的方法或其他相衬成像方式(例如基于光栅)相比，减小传播距离能够降低给量并有可能加速相位恢复。

在另一实施例中，为了获得多频谱和PB-XPC相位恢复数据，系统可包括两个不同的X射线源，协同两个精细间距单层X射线探测器，其在不同平面中操作，如图7中示意性所示。应理解，精细间距单层X射线探测器具有的像素尺寸小于或等于25微米。

如图7中所示，系统包括：第一X射线源150，其将多色光束朝向对象152引导，对象152于是被第一X射线探测器154探测到。系统进一步包括：第二X射线源156，其将多色光束朝向对象152引导，对象152于是被第二X射线探测器158探测到。在一个实施例中，在第一X射线源150与对象平面之间的距离(R1_D1或R_1-1)和在第二X射线源156与对象平面之间的距离(R1_D2或R_1-2)可被设定为相同的值，而在对象平面与第一X射线探测器154的图像平面之间的距离(R2_D1或R_1-2)和在第二X射线探测器158的图像平面与对象平面之间的距离(R1_D2或R_2-2)可被设定为不同的值。两组X射线源和X射线探测器的成对设置允许系统从第一和第二X射线探测器获得多个二维(2D)图像。在可替代实施例中，第一X射线源和第二X射线源照射的X射线光束沿非平行方向朝向对象被引导。在另一实施例中，第一X射线源和第二X射线源的光束沿垂直方向朝向对象被引导。

在两个实施例中均生成或探测到多个图像，它们可然后按照任意已知方法组合以使用重构算法获得单个整体图像(若需要)。

图7的系统的一个优点是：来自第一X射线源150的X射线频谱和来自第二X射线源156的X射线频谱可独立于第一X射线探测器154和第二X射线探测器158被限定，使得重构算法更为简化。如前所述，图7的系统构造可以在单次扫描中实现相衬图像的获取、相位恢复、多频谱图像和传统衰减图像。为了获得三维(3D)图像，对象或者成对的源/探测器可旋转以获得多投影用于重构，或者可使用进一步的成对的X射线源/X射线探测器。

转到图9，所示流程图展示出相衬成像的方法。初始，将X射线源安置为与被成像对象分开距离R₁(900)。此距离优选地小于10cm，在一个实施例中从X射线源的焦斑至对象的对象平面进行测量。然后将X射线探测器安置为在对象的相反于X射线源位置的一侧上与对象分开距离R₂。此距离优选地为0cm至200cm，且在一个实施例中从对象平面至探测器平面进行测量。

X射线源然后将多色光束朝向对象引导(904)。结果形成的光子然后由X射线探测器通过其尺寸小于或等于25微米的像素组探测(906)。如果必要，则可将进一步的成对的X射线源和X射线探测器安置到对象周围(908)，以获得具有更低辐射给量的多个图像。

虽然本公开内容已涉及到具有直接转换Se-CMOS探测器的紧凑相衬X射线探测器，不过可采用其他直接转换材料(例如HgI₂、CZT、TlBr、Si)以替代Se，而CMOS像素可被替代为多晶硅、金属氧化物、或常用的II-VI或III-V族半导体。另外，也可采用高分辨率的间接转换X射线探测器(例如具有薄闪烁体或像素化闪烁体)，而同样比直接转换探测器具有更低的给量效率。显微计算机断层扫描(microCT)也可以通过以下方式用于此系统：添加旋转级(或形成旋转架)以从不同视角生成对象的多个X射线投影图像、和CT重构软件。

除了在紧凑系统中提供快速成像以外，本公开内容的系统还对于显微解剖成像具有显著益处：实现更高级别的可视化细节，通过使用更少X射线辐射获取图像而避免损害DNA。作为示例，由于基因的详细知识和控制基因表达的能力可用于小鼠和大鼠，因而使用相衬显微CT定量化高度标靶基因操控对器官结构和功能的影响的能力可有助于解答基因是如何联系到整个身体的病理生理学。结合使用相衬X射线和探测器高给量效率实现更好的软组织可视化，通过允许在活体完整无损的动物和植物、组织、甚至单细胞中实现高分辨率、非侵入性和非破坏性成像(即，使用其他技术不可能实现的任务)，可从根本上改进基因组学。类似的优点存在于其他科学和非破坏性成像应用中，例如成像农业产物、塑料、聚合物、和各种纳米复合材料和玻璃。

在先前的描述中，出于阐释目的，提出众多细节以提供对各实施例的透彻理解。不过，对于本领域技术人员将显见的是，这些具体细节可能并非必需。在其他情况下，公知的结构可通过方框示意图形式显示以避免混淆理解。例如，对于在此所述实施例的元件/元素是否实现为软件例程、硬件电路、固件、或者它们的组合，不提供具体细节。

本公开内容的实施例或其部件可提供为或表现为计算机程序产品，存储于机器可读介质(也称为计算机可读介质、处理器可读介质、或计算机可用介质，其中包含计算机可读程序代码)中。机器可读介质可为任何适合的实体的、非暂时性的介质，包括磁性、光学、或电学存储介质，包括磁盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、存储装置(易失性或非易失性的)、或类似存储机构。机器可读介质可包含各种指令组、代码序列、配置信息、或其他数据，其在被执行时使处理器或控制器执行根据本公开内容的实施例的方法中的各步骤。本领域普通技术人员应认识到，对于实现所述实施方案所必要的其他指令和操作也可存储到机器可读介质上。存储于机器可读介质上的指令可由处理器、控制器、或其他适合的处理装置执行，并可与电路交互以执行所述任务。

上述实施例意在仅为示例性的。对于特定的实施例，本领域技术人员在不背离仅由所附权利要求书限定的本发明范围的情况下可实现替代、修改和变化。

Claims (19)

1.一种相衬X射线成像系统，用于对象成像，包括：

X射线源；和

X射线探测器，具有25微米或更小的像素间距；

其中，在所述X射线源与所述对象之间的距离(R_1-1)小于或等于10cm。

2.根据权利要求1所述的相衬X射线成像系统，其中，R_1-1是在所述X射线源的源焦点与所述对象的对象平面之间的距离。

3.根据权利要求1所述的相衬X射线成像系统，其中，在所述X射线探测器与所述对象之间的距离(R_2-1)大于0cm。

4.根据权利要求3所述的相衬X射线成像系统，其中，R_2-1是在所述对象的对象平面与所述X射线探测器的探测器平面之间的距离。

5.根据权利要求4所述的相衬X射线成像系统，其中，R_2-1小于或等于200cm。

6.根据权利要求1所述的相衬X射线成像系统，进一步包括：

第二X射线源；和

第二X射线探测器；

其中，在所述第二X射线源与所述对象之间的距离(R_1-2)小于或等于10cm。

7.根据权利要求6所述的相衬X射线成像系统，其中，在所述第二X射线探测器与所述对象之间的距离(R_2-2)大于0cm。

8.根据权利要求7所述的相衬X射线成像系统，其中，所述X射线源和所述第二X射线源沿非平行方向朝向所述对象照射X射线光束。

9.根据权利要求8所述的相衬X射线成像系统，其中，所述X射线源和所述第二X射线源沿垂直方向朝向所述对象照射X射线光束。

10.根据权利要求1所述的相衬X射线成像系统，其中，所述X射线源的焦斑小于30μm。

11.根据权利要求1所述的相衬X射线成像系统，其中，所述X射线探测器是多层X射线探测器。

12.根据权利要求11所述的相衬X射线成像系统，其中，所述多层X射线探测器包括直接转换层。

13.根据权利要求12所述的相衬X射线成像系统，其中，所述多层X射线探测器包括直接和间接转换层。

14.根据权利要求11所述的相衬X射线成像系统，其中，所述多层X射线探测器包括间接转换层。

15.一种相衬X射线成像方法，包括：

将X射线源安置为与拟成像对象分开距离R₁；

将X射线探测器安置为与所述拟成像对象分开距离R₂；

经由所述X射线源将多色光束引导至所述对象；和

经由所述X射线探测器探测X射线光子；

其中，所述X射线探测器包括具有小于或等于25微米尺寸的像素；并且

其中，R₁小于10cm。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，R₂在0cm至200cm之间。

17.一种相衬X射线成像系统，用于对象成像，包括：

X射线源；和

X射线探测器；

其中，在所述X射线源与所述对象之间的距离(R₁)小于或等于10cm；并且

其中，在所述X射线探测器与所述对象之间的距离(R₂)在0cm至200cm之间。

18.根据权利要求17所述的相衬X射线成像系统，其中，R₁在所述X射线源的输出端与所述对象的对象平面之间测得。

19.根据权利要求17所述的相衬X射线成像系统，其中，R₂在所述X射线探测器的探测器平面与所述对象的对象平面之间测得。

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