[发明专利]X射线光栅相衬成像重建方法及其系统

说明书

本申请涉及医学成像领域，公开了一种X射线光栅相衬成像重建方法及其系统。该方法包括，获得降采样的投影数据，并提取出相衬投影，吸收投影和散射投影；利用至少两种投影数据重建图像。该方法充分利用了光栅相衬成像获得的多种物质信息，结合两种或三种信息重建图像，相比已有技术，该方法能够在相衬CT成像系统投影数据不完备的情况下得到高质量的重建图像，从而实现低剂量、快速的光栅相衬CT成像。

技术领域

本申请涉及医学成像，特别涉及X射线光栅相衬成像重建技术。

背景技术

传统X射线CT成像利用X射线穿过物体后的衰减程度来获得物体的内部信息，测量的是物体的吸收因子，但对于轻元素构成的物体，它们对X射线的吸收不明显，因此传统的X射线成像技术很难显示这类弱吸收物质的内部结构信息。X射线相衬成像(PCI)测量样品的相位因子，对于原子序数较小的轻元素，X射线的相位变化高于同样情况下吸收差异的1000倍，从而提高了生物软组织的对比度。在过去的几十年中，PCI成像技术已经发展了至少4种成像方法，包括干涉成像，同轴成像，衍射增强成像和光栅相衬成像。然而，对X射线源的极高要求阻碍了PCI在医疗或工业领域的广泛应用。

2006年，Pfeiffer等人使用三光栅系统在传统X射线源上实现了光栅相衬成像，使得相衬成像摆脱了需要同步辐射光源的限制，并且没有过多损失成像质量。因此将光栅干涉仪与常规X射线源应用于各种领域具有广阔前景。另一方面，基于光栅的相衬成像不仅可以产生相位信息，还可以提供另外两种描述物体不同性质的信息：吸收信息和散射信息。其中吸收信息主要包含物质的高吸收元素，而散射信息显示了物质的散射。如图1，为穿过样品与自由传播的X光，其中Δφ、Δ|E|分别是由样品引起的相移和幅值的改变，α是由于样品导致的X光的传播方向发生的改变，根据Δ|E|、Δφ以及α可以提取出吸收、相位、散射信息。

然而，光栅相衬成像过程中，传统步进扫描方式导致的长时间的数据采集和相对较高的辐射剂量限制了光栅相衬成像的广泛应用。

一个解决方案是减少X射线投影角度数目来降低辐射剂量，也就是在稀疏角度的情况下恢复图像的结构，其中稀疏角度是指投影角度的数目少于现有的X射线投影角度数目。但是稀疏角度会带来重建的图像质量下降的问题。这里就存在一个技术矛盾，一方面需要减少X射线投影的角度来降低辐射剂量，另一方面又不能够减少X射线投影的角度以免影响重建图像的质量。如何解决这个技术矛盾就成为本领域的技术人员急需解决的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种X射线光栅相衬成像重建方法及其系统，能够在相衬CT成像系统投影数据不完备的情况下得到高质量的重建图像，从而实现低剂量、快速的光栅相衬CT成像。

为了解决上述问题，本申请公开了一种X射线光栅相衬成像重建方法，包括：

获得光栅相衬成像的投影数据；

从该投影数据提取出吸收投影、相衬投影和散射投影中的至少两种；

根据第一投影重建第一图像，其中至少参考第二投影；其中，该第一投影是该吸收投影，该第一图像是吸收图像，该第二投影是该相衬投影或该散射投影；或者，该第一投影是该相衬投影，该第一图像是相衬图像，该第二投影是该吸收投影或该散射投影；或者，该第一投影是该散射投影，该第一图像是散射图像，该第二投影是该相衬投影或该吸收投影。

在一优选例中，该根据第一投影重建第一图像的步骤包括至少一次迭代，第一次迭代所使用的初值为初始重建图像G₀，将最后一次迭代所得的重建图像G_i作为该第一图像，其中第_i次迭代包括以下子步骤：

根据在第i-1次迭代后所得的该第一投影的重建图像G_i-1，查询第一双字典，得到估计图像F_i；