[发明专利]具有三种定量成像机制的纳米CT三维成像方法

摘要

本发明公开了一种具有三种定量成像机制的纳米CT三维成像方法，包括以下步骤：首先根据角度信号响应成像机制，在X射线微分相位衬度显微镜像面拍摄样品各转角的谷位放大像、上坡放大像、峰位放大像、下坡放大像，其次根据三种定量成像机制，在X射线微分相位衬度显微镜物面上重建样品各转角的二维吸收衬度像、二维折射衬度像和二维散射衬度像，然后根据逆Radon变换，重建样品的线性吸收系数三维像、线性散射系数三维像、折射率实部衰减率三维像和折射率实部衰减率导数三维像。通过上述方法可以对直径5μm以上的完整细胞进行三维成像，分辨率达到纳米量级。

主权项

1.一种具有三种定量成像机制的纳米CT三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：根据三种定量成像机制，在X射线微分相位衬度显微镜的物面上重建样品各转角的二维吸收衬度像、二维折射衬度像和二维散射衬度像，其中，在所述X射线微分相位衬度显微镜的所述物面上重建所述样品各转角的所述二维吸收衬度像的表达式为:在所述X射线微分相位衬度显微镜的所述物面上重建所述样品各转角的所述二维折射衬度像的表达式为:在所述X射线微分相位衬度显微镜的所述物面上重建所述样品各转角的所述二维散射衬度像的表达式为:其中(x_o,y_o)为所述X射线微分相位衬度显微镜的物面二维直角坐标系的坐标，所述物面二维直角坐标系的原点位于所述物面和光轴的相交点，(x_i,y_i)为所述X射线微分相位衬度显微镜的样品放大像所在的像面二维直角坐标系的坐标，所述样品放大像所在的像面二维直角坐标系原点位于所述像面和所述光轴的相交点，所述样品放大像所在的像面二维直角坐标系的坐标与所述物面二维直角坐标系的坐标一一对应，为所述样品的转角；既是在所述物面上重建的所述样品各转角的所述二维吸收衬度像，又用于表征所述物面上所述样品在转角时各点吸收X射线的吸收函数；既是在所述物面上重建的所述样品各转角的所述二维折射衬度像，又用于表征所述物面上所述样品在转角时各点折射所述X射线的折射角函数；既是在所述物面上重建的所述样品各转角的所述二维散射衬度像，又用于表征所述物面上所述样品在转角时各点散射所述X射线的散射角方差函数；I₀为无样品时照明所述样品放大像所在像面的光强，为角度信号响应函数的直流项，ΔR为所述角度信号响应函数的交流项振荡幅度，p为环形栅靶像和环形分析光栅的周期，d_o为所述样品相对波带片透镜的物距，d_i为所述样品放大像相对所述波带片透镜的像距，s_i为所述环形栅靶像相对所述波带片透镜的像距；为在所述样品放大像所在像面拍摄的所述样品各转角的谷位放大像，为在所述样品放大像所在像面拍摄的所述样品各转角的上坡放大像，为在所述样品放大像所在像面拍摄的所述样品各转角的峰位放大像，为在所述样品放大像所在像面拍摄的所述样品各转角的下坡放大像；根据以下关系式重建所述样品的线性吸收系数三维像、线性散射系数三维像、折射率实部衰减率三维像和折射率实部衰减率导数三维像，其中,所述线性吸收系数三维像的重建算法公式为:所述线性散射系数三维像的重建算法公式为:所述折射率实部衰减率三维像的重建算法公式为:所述折射率实部衰减率导数三维像的重建算法公式为:其中(x′_o,y′_o,z′_o)为所述X射线微分相位衬度显微镜物空间中随样品旋转的旋转坐标系的坐标，所述旋转坐标系的原点位于所述物面和光轴的相交点，所述旋转坐标系的坐标(x′_o,y′_o,z′_o)和所述X射线微分相位衬度显微镜物空间中的固定坐标系的坐标(x_o,y_o,z_o)之间的转换关系为：且，所述旋转坐标系的原点与所述固定坐标系的原点重合；既是所述旋转坐标系相对所述固定坐标系的转角，又是所述样品的转角，即所述样品固定在所述旋转坐标系上；μ(x′_o,y′_o,z′_o)为在所述旋转坐标系中重建的所述线性吸收系数三维像，ω_x(x′_o,y′_o,z′_o)为在所述旋转坐标系中重建的所述线性散射系数三维像，δ(x′_o,y′_o,z′_o)为在所述旋转坐标系中重建的所述折射率实部衰减率三维像，为在所述旋转坐标系中重建的所述折射率实部衰减率导数三维像；为卷积，F^‑1为逆傅里叶变换，ρ为所述物面二维直角坐标系中x_o轴方向的空间频率，为狄拉克函数，‑π/2≤τ≤π/2，