CN205317698U - 一种快速扇束几何相位衬度ct成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速扇束几何相位衬度CT成像装置，包括X光源、相位光栅、样品平台、分析光栅以及探测器，本实用新型采用柱面光学元件，在常规X光源照明下可以实现大视场成像；本实用新型利用与光线几何匹配的柱面光学元件，避免了大入射角射线受阻挡的问题，大大提高了成像视场，同时结合正方投影思想，在传统CT扫描模式下，成功提取物体的相位信息，完成了快速相衬CT成像。

Description

一种快速扇束几何相位衬度CT成像装置

技术领域

本实用新型涉及X光成像技术领域，特别涉及一种快速扇束几何相位衬度CT成像装置。

背景技术

自伦琴发现X光以来，X光广泛应用于医学影像、工业无损检测等领域，然而，传统X光吸收成像对原子系数低的软组织成像效果不理想。在X光照射下，物体的折射率可用复数表示为n＝1-δ-iβ，其中δ为折射率实部减小量、β为折射率虚部。随着原子系数减小，δ和β随之减小，然在硬X光波段，低原子系数软组织的折射率实部减小量δ是折射率虚部β的1000倍左右。因此，利用物体的相位信息理论上可以获得比吸收图像衬度高的图像。

目前，X光相位衬度成像已发展了五种成像方法：同轴相衬成像方法、晶体干涉仪成像方法、分析晶体成像方法、光栅相衬成像方法以及边缘照明成像方法。光栅相衬成像方法由于对光源相干性要求较低以及成像视场较大等特点，近年来被广泛研究。传统的光栅相衬成像方法利用相位步进方法完成信息分离和提取，但是相位步进方法需要横向移动光栅、与CT扫描方式不兼容，导致相衬CT成像时间长、剂量高等弊端，不能对心脏等动态组织成像。2010年，朱佩平研究员等在美国国家科学院院刊发表了一种快速光栅相衬成像方法(PNAS107,13576–13581，2010)即正反投影方法，同时该方法成功申请专利CN102325498B,然该方法只能应用于平行束照明几何，通常为同步辐射X光源，很大程度限制了其实际应用。如果能把正反投影思想应用于扇束几何照明，将大大促进相衬CT的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种快速扇束几何相位衬度CT成像装置，尤其适用于医疗成像和食品检测。在传统CT扫描方式下能够获得相位衬度信息，进而实现快速相衬CT。

本实用新型采用的技术方案是：

一种快速扇束几何相位衬度CT成像装置，用于对物体进行三维相衬成像，该装置沿光路依次包括X光源、样品平台、相位光栅、分析光栅以及探测器，其中：

X光源，用于向被检测物体发射X光；

样品平台，用于固定物体；

相位光栅，为π相移光栅或π/2相移光栅，用于调制入射X光的波前相位；

分析光栅，为吸收光栅，与相位光栅自成像图像产生大周期莫尔条纹，便于低分辨率探测器探测物体信息；

探测器，用于记录通过物体和光学系统的X光强度。

优选的，所述X光源为硬X光发射装置。

优选的，所述相位光栅、分析光栅周期小于10μm。

所述探测器像素单元尺寸范围为20μm～100μm。

优选的，相位光栅、分析光栅的占空比均为0.5。

相位光栅、分析光栅以及探测器均为柱面光学元件。

相位光栅的曲率半径为R₁，位于以X光源为原点、R₁为半径的圆弧上，分析光栅的曲率半径为R₂，且位于以X光源为原点、R₂为半径的圆弧上。

进一步的，相位光栅和分析光栅周期满足关系，其中d₁为相位光栅周期，d₂为分析光栅周期，R₁和R₂分别为X光源到相位光栅以及相位光栅到分析光栅间的距离。相位光栅和分析光栅间距R₂满足Talbot距离 $R_2=\frac{{\mathrm{Nd}}_1{d}_2}{2\mathrm{\η}\mathrm{\λ}},N=1,3,5,7...$ 。

当相位光栅产生π/2相移时，η＝1；当相位光栅产生π相移时，η＝2。N为Talbot自成像级次，d₁为相位光栅周期，d₂为分析光栅周期,λ为X光波长。

有益效果：

本实用新型利用与扇束几何匹配的柱面光学元件，避免了大入射角射线受阻挡的问题，大大提高了成像视场。同时结合正方投影思想，在传统CT扫描模式下，成功提取物体的相位信息，进而完成快速相衬CT成像。

附图说明

图1快速扇束几何相位衬度CT成像装置示意图。

具体实施方式

在光栅相衬成像硬X光照明时，成像系统中的吸收光栅需要较大的厚度，导致高宽比很大。扇束几何照明时，大高宽比平面光栅将阻挡大入射角射线，严重制约成像视场。

如图1所示，本实用新型公开一种快速扇束几何相位衬度CT成像装置，用于对物体进行三维相衬成像，该装置沿光路依次包括X光源S、样品平台P、相位光栅G₁、分析光栅G₂以及探测器D，其中：

X光源S用于向被检测物体发射X光；

样品平台P用于固定物体；

相位光栅G₁为π相移光栅或π/2相移光栅，用于调制入射X光的波前相位；

分析光栅G₂为吸收光栅，与相位光栅G₁自成像图像产生大周期莫尔条纹，便于低分辨率探测器探测物体信息；

在本实施例中，相位光栅G₁、分析光栅G₂的占空比均为0.5。

探测器D用于记录通过物体和光学系统的X光强度，探测器D像素尺寸范围为20μm～100μm。

相位光栅G₁、分析光栅G₂以及探测器D均为柱面光学元件。

相位光栅G₁的曲率半径为R₁，位于以X光源S为原点、R₁为半径的圆弧上，分析光栅G₂的曲率半径为R₂，且位于以X光源S为原点、R₂为半径的圆弧上。

相位光栅G₁和分析光栅G₂的周期小于10μm。

相位光栅G₁和分析光栅G₂周期满足关系，其中，d₁为相位光栅G₁周期，d₂为分析光栅G₂周期，R₁和R₂分别为X光源S到相位光栅G₁以及相位光栅G₁到分析光栅G₂的距离，当相位光栅G₁产生π/2相移时，η＝1；当相位光栅G₁产生π相移时，η＝2。

相位光栅G₁和分析光栅G₂间距R₂满足Talbot距离 $R_2=\frac{{\mathrm{Nd}}_1{d}_2}{2\mathrm{\η}\mathrm{\λ}},N=1,3,5,7...$ 。

N为Talbot自成像级次，d₁为相位光栅G₁周期，d₂为分析光栅G₂周期,λ为X光波长。

以上所述是本实用新型的具体实施方案，应当指出的是，该方案并不用于受限本实用新型，凡在本实用新型的原理思想前提下，所做的任何修改、等同替换或改进，均应含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种快速扇束几何相位衬度CT成像装置，用于对物体进行三维相衬成像，其特征在于，该装置沿光路依次包括X光源(S)、样品平台(P)、相位光栅(G₁)、分析光栅(G₂)以及探测器(D)，其中：

X光源(S)，用于向被检测物体发射X光；

样品平台(P)，用于固定物体；

相位光栅(G₁)，为π相移光栅或π/2相移光栅，用于调制入射X光的波前相位；

分析光栅(G₂)，为吸收光栅，与相位光栅(G₁)自成像图像产生大周期莫尔条纹，便于低分辨率探测器探测物体信息；

探测器(D)，用于记录通过物体和光学系统的X光强度。

2.根据权利要求1所述的快速扇束几何相位衬度CT成像装置，其特征在于，相位光栅(G₁)、分析光栅(G₂)的占空比均为0.5。

3.根据权利要求1所述的快速扇束几何相位衬度CT成像装置，其特征在于，相位光栅(G₁)、分析光栅(G₂)以及探测器(D)均为柱面光学元件。

4.根据权利要求1所述的快速扇束几何相位衬度CT成像装置，其特征在于，相位光栅(G₁)的曲率半径为R₁，位于以X光源(S)为原点、R₁为半径的圆弧上，分析光栅(G₂)的曲率半径为R₂，且位于以X光源(S)为原点、R₂为半径的圆弧上。

5.根据权利要求1所述的快速扇束几何相位衬度CT成像装置，其特征在于，相位光栅(G₁)和分析光栅(G₂)的周期小于10μm。

6.根据权利要求1所述的快速扇束几何相位衬度CT成像装置，其特征在于，探测器(D)像素尺寸范围为20μm～100μm。

7.根据权利要求1所述的快速扇束几何相位衬度CT成像装置，其特征在于，相位光栅(G₁)和分析光栅(G₂)周期满足关系，其中，d₁为相位光栅(G₁)周期，d₂为分析光栅(G₂)周期，R₁和R₂分别为X光源(S)到相位光栅(G₁)以及相位光栅(G₁)到分析光栅(G₂)的距离，当相位光栅(G₁)产生π/2相移时，η＝1；当相位光栅(G₁)产生π相移时，η＝2。

8.根据权利要求1所述的快速扇束几何相位衬度CT成像装置，其特征在于，相位光栅(G₁)和分析光栅(G₂)间距R₂满足Talbot距离N＝1,3,5,7...N为Talbot自成像级次，d₁为相位光栅(G₁)周期，d₂为分析光栅(G₂)周期,λ为X光波长。