[发明专利]一种X射线相位衬度成像方法

说明书

本公开提供了一种X射线相位衬度成像方法，包括：步骤1，采集背景图像并形成背景位移曲线；步骤2，计算步骤1中所述背景位移曲线的特征物理量；步骤3，根据步骤2所计算的背景位移曲线的特征物理量选取优化步进位，基于所述优化步进位采集物体的正向图像和反向图像；以及步骤4，根据步骤3中所述正向图像和反向图像、优化步进位以及所述特征物理量完成X射线相位衬度成像。

技术领域

本发明 涉及临床医学成像、无损检测、X射线CT成像技术领域，尤其涉及一种X射线相位衬度成像方法，用于大视场快速成像。

背景技术

传统X射线吸收成像在无损检测、医学影像以及材料科学等领域得到广泛应用并发挥重要作用，然而对低原子系数物质成像图像衬度较低。X 射线相衬成像方法，通过检测物体对X射线波前的相位调制，可以获得低原子序数物质较高衬度图像。这是因为物体对X射线的作用可用复数折射率n＝1-δ+iβ描述，实部减小量δ对应相位调制，虚部β对应吸收，随着原子序数的减小或成像能量的增加，β下降速度远大于δ的下降速度。在众多的相衬成像方法中，X射线光栅相衬成像，由于其较大的成像视场以及与常规光源较好的兼容性，被认为是一种很有可能应用于临床医学影像的相衬成像方法。X射线光栅相衬成像经历了两次重要发展，2002到2003 年X射线Talbot干涉仪的提出^【1-2】，光栅相衬成像从可见光波段推广到X 射线波段，然而仍局限于同步辐射光源或者微焦点光源。2006年， Talbot-Lau干涉仪的提出^【3】，大幅降低了对光源相干性要求，使得相衬成像适用于常规X射线源，为相衬成像的实际应用提供了基本条件。

尽管光栅相衬成像的应用前景被普遍看好，但是该方法仍然存在多方面的局限性，阻碍了其广泛应用。光栅相衬成像获得的投影像包含物体的吸收、折射以及散射。目前实验室阶段最常用的信息分离方法为相位步进方法^【4】，该方法至少需要三幅背景图像和三幅物体图像才能完成信息分离，通过等间距移动其中一块光栅获得多个位置处的背景和物体图像，再利用傅里叶分析方法获得物体的折射信息。

相位步进方法可以获得高质量图像，但是需要较长的数据采集时间和较多的投影图像。相比传统吸收成像，不仅增加了数据采集复杂度，更大的弊端是延长了曝光时间，物体受辐照剂量高。针对该问题，中科院高能物理研究所朱佩平研究员提出了一种快速低剂量的相衬成像方法^【5】。该方法利用正反投影共轭的特性，成功避免了传统信息恢复方法中光栅的复杂步进运动，大大提高了成像速度、降低了辐射剂量，实现了与传统CT扫描模式兼容的相衬CT成像。然而，该方法基于位移曲线腰位线性近似的假设，因此要求视场内所有像素相位步进曲线同步，增加了光栅均匀性要求；利用现有光栅工艺只能制作满足正反投影方法的小面积光栅，因此正反投影方法只能对小物体成像。

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