[发明专利]一种X射线光栅相衬成像滤波迭代重建方法和系统

说明书

本发明公开了一种X射线光栅相衬成像滤波迭代重建方法和系统，涉及X射线成像系统与成像方法领域，包括以下步骤：向被检测物体发射X射线束；所述X射线束穿透被检测物体后，通过光栅干涉仪的同步辐射装置，采集对应的差分相位衬度投影数据；通过相位恢复算法提取所述投影数据对应的折射率信息；对所述投影数据进行滤波处理，将所述差分相位衬度投影数据转换为正积分投影数据；采用迭代算法对预处理后的投影数据进行图像重建。本发明提出的方法不直接计算系统矩阵，而是利用常规投影数据与微分相位数据的关系，通过严格的数学推导和物理模型加以说明，有效、准确地简化了现有技术中的迭代重建过程。

技术领域

本发明涉及X射线成像系统与成像方法领域，尤其涉及一种X射线光栅相衬成像滤波迭代重建方法和系统。

背景技术

传统X射线成像技术利用X射线穿透物体时，物质对X射线的吸收能力的差异进行成像。当不同物质之间的密度差异较大时，该方法可以获得很好的成像衬度，例如人体成像时，骨骼可以很清晰地从周边软组织中分辨出来。但是当两种物质密度接近时，该方法往往成像效果不佳。相位衬度成像(PCI)的对比度是基于复折射率实部的变化，复折射率实部的变化比X射线能量范围内吸收指数虚部的变化更为敏感。在PCI中，X射线通过物体的偏角记录了相位信息。因此，基于PCI的计算机断层扫描对于弱吸收材料尤其是软组织具有良好的成像质量。其中，基于光栅的相位衬度成像(GPCI)是一种最有潜力的临床技术，它可以利用光栅干涉仪重建和估计样品的衰减系数、相位信息和散射信息。而光栅相衬CT(GPC-CT)仍有许多技术局限性，如步进过程、数据采集时间、辐射剂量和连续旋转机架等。重建算法的改进是临床应用的必要条件。GPC-CT的标准重建方法是一种解析重建算法，即修正滤波反投影(mFBP)。为了提高图像质量和抑制伪影，解析算法需要完整的投影数据，但这会增加辐射剂量。

近年来，GPCI断层成像因其具有高分辨率成像的潜力和广阔的临床应用前景而成为一个研究热点[B]。Faris等人首先从理论上提出了光束偏转光学层析成像，得到了定量的高分辨率成像结果。这是首次断层扫描技术可以应用于相衬成像，而不是传统的吸收成像。Pfeiffer等人利用X射线管源设计并实现了GPC-CT。近年来，为了减少辐射剂量和体积，Wang等人提出了利用改进的系统矩阵实现差分相位衬度成像(DPCI)迭代重建的微分代数重建技术(DART)算法。Xu等人提出了Kaiser-Bessel窗函数来构造系统矩阵，并采用了两种迭代重建模型来进行DPCI层析成像。

现有的GPC-CT迭代重建算法将微分投影数据直接映射到重建图像。这些算法本质上是解决了投影与图像之间的数学矩阵函数。然而，这些GPC-CT的迭代方法需要找出具体的系统矩阵，这与传统的迭代重建算法不同。

现有技术所提供的光栅相衬重建方法，为了有快速的重建速度，大多采用了滤波反投影的解析重建技术，这些非迭代算法，所需投影角度数多，样品接收的X射线辐射剂量大，限制了该项技术的发展。

现有技术所提供的光栅相衬迭代重建方法，都是由光栅相衬微分投影数据直接重建出光栅相衬重建图像，采用了一种端到端的重建方法，需要给出复杂的重建数学模型。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种X射线光栅相衬滤波迭代重建算法以及其重建系统，利用常规投影数据与微分相位数据的关系，通过严格的数学推导和物理模型，提出一种新的迭代重建算法，解决了传统重建算法的不可重复性和不可扩展性问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有技术所提供的光栅相衬迭代重建方法，是由光栅相衬微分投影数据直接重建出光栅相衬重建图像，采用了一种端到端的重建方法，需要给出复杂的重建数学模型。

为实现上述目的，本发明提供了一种X射线光栅相衬成像滤波迭代重建方法，包括以下步骤：

向被检测物体发射X射线束；

所述X射线束穿透被检测物体后，通过光栅干涉仪的同步辐射装置，采集对应的差分相位衬度投影数据；