多能譜x射線光柵成像系統(tǒng)與成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及X射線光柵成像技術(shù)，特別是涉及一種多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)與 成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有技術(shù)例如CT掃描設(shè)備中，利用X射線對物體進(jìn)行掃描成像得到了廣泛地應(yīng) 用。傳統(tǒng)的X射線掃描成像一般利用被測材料對X射線的衰減特性來W非破壞性方式檢查 物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。若物體內(nèi)部的各部分結(jié)構(gòu)組成的密度差異明顯，則傳統(tǒng)的X射線成像技 術(shù)的效果尤為顯著。但對于輕元素構(gòu)成的物質(zhì)，它們對X射線來說是弱吸收物質(zhì)，所W用傳 統(tǒng)的X射線成像技術(shù)幾乎看不到它們內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)。即使用其它輔助的手段，例如給生 物組織打上造影劑也很難得到清晰的圖像，送造成了很多的缺憾。在上世紀(jì)九十年代，出現(xiàn) 了 X射線相襯成像技術(shù)。相襯成像是通過捕捉X射線的相移信息來觀察物體內(nèi)部的電子密 度變化，從而掲示物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。開始時，出現(xiàn)的相襯成像方法一般通過利用相干或者部 分相干的X射線的干涉或衍射現(xiàn)象來增強福射圖像的低對比度分辨率。而在此基礎(chǔ)上，在[0003] 另外，在X射線成像的技術(shù)發(fā)展過程中，也出現(xiàn)了暗場成像的技術(shù)。暗場成像是利 用非直射光例如散射光、衍射光、折射光和英光等對物質(zhì)材料進(jìn)行成像的技術(shù)，通過物質(zhì)對 X射線散射能力的差異來對物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。對于暗場成像，由于硬X射線獨特的光 學(xué)性質(zhì)，所需的光學(xué)元件制作非常困難，所W硬X射線的暗場成像一直難W較住地實現(xiàn)。然 而，硬X射線的暗場成像技術(shù)在對物質(zhì)內(nèi)部微細(xì)結(jié)構(gòu)分辨和探測能力上相對于明場成像和 相襯成像具有獨到的優(yōu)勢。由于硬X射線的散射在微米量級或甚至納米量級尺度，因而硬 X射線暗場成像技術(shù)能夠看到硬X射線明場成像和相襯成像都無法分辨到的物質(zhì)內(nèi)部超微 細(xì)結(jié)構(gòu)。其中，于2009年，在公開號為"101943668A"、發(fā)明名稱為"X射線暗場成像系統(tǒng)和 方法"巧利文獻(xiàn)3)的專利申請中，其中該專利申請的全部內(nèi)容在此通過參照引入到本申 請，黃志峰等人提出了利用X射線對物體進(jìn)行暗場成像的技術(shù)方案，送包括；向被測物體發(fā) 射X射線；使得兩塊吸收光柵之一在至少一個周期內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)；在每個步進(jìn)步驟，探測器接 收X射線，并轉(zhuǎn)化為電信號；經(jīng)過至少一個周期的步進(jìn)，探測器上每個像素點處的X射線光 強表示為一個光強曲線；根據(jù)探測器上每個像素點處的光強曲線與不存在被檢測物體情況 下的光強曲線的對比度，計算得到每個像素的散射角分布的二階矩；在多個角度拍攝物體 的圖像，然后根據(jù)CT重建算法可w得物體的散射信息圖像。
[0004] 在前述的光柵成像技術(shù)中，都需要采用步進(jìn)技術(shù)測量出探測器上每個探測單元 (像素點）的光強曲線。其中，所利用的步進(jìn)技術(shù)的基本原理為：源光柵緊鄰X光機源固定 不動后，在基于化化ot-Lau干涉法的技術(shù)中，位相光柵或者解析光柵在一個光柵周期范圍 內(nèi)相對平行移動若干步；而在基于經(jīng)典光學(xué)方法的技術(shù)中，兩塊吸收光柵在一個光柵周期 范圍內(nèi)相對平行移動若干步。每一步探測器采集一張圖像。完成一個光柵周期內(nèi)的采集過 程后，通過比較每個像素點對應(yīng)的樣品光強曲線與背景光強曲線的差異可計算出折射圖像 信息、衰減圖像信息和暗場圖像信息。傳統(tǒng)的步進(jìn)技術(shù)一般是平移位相光柵或者解析光柵 或吸收光柵，于2010年，在公開號為"102221565A"、發(fā)明名稱為"X射線源光柵步進(jìn)成像系 統(tǒng)與成像方法"(專利文獻(xiàn)4)的專利申請中，其中該專利申請的全部內(nèi)容在此通過參照引入 到本申請，黃志峰等人提出了 X射線源光柵步進(jìn)的方法，由于源光柵的周期在幾十微米級， 相對于傳統(tǒng)的步進(jìn)方法大大降低了步進(jìn)精度要求。
[0005] 在前述的光柵成像技術(shù)中，均采用傳統(tǒng)的能量沉積型X射線探測器，其對于常規(guī)X 射線光源(例如，常規(guī)X射線光機、分布式X射線源、X射線加速器等）產(chǎn)生的寬能譜X射線 僅能獲取掃描物體的加權(quán)平均意義下的能量響應(yīng)，其會產(chǎn)生射線硬化等問題，同時不能實 現(xiàn)對物質(zhì)成分的有效識別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，在已經(jīng)提出的X射線光柵相襯成像和暗場成像W及X射線 源光柵步進(jìn)成像系統(tǒng)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，同樣地基于X射線光柵成像技術(shù)，本發(fā)明提出了一 種非相干方法實現(xiàn)的多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)與成像方法，其采用能譜分辨型X射線探 測器，實現(xiàn)對常規(guī)X射線光源產(chǎn)生的寬能譜X射線能量范圍的不同能量段的探測（X射線能 量范圍是0到出束能量的設(shè)定值)，W此解決能譜硬化等問題，并對不同能量段的物體成像， 獲得能量維度的信息，實現(xiàn)對物質(zhì)成分的識別。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)，其特征在于，具 備： 非相干X射線源，發(fā)射用于對被檢測物體進(jìn)行照射的X射線； 光柵模塊，包括彼此平行配置且依次布置在X射線傳播方向上的第一吸收光柵和第二 吸收光柵；W及 能譜分辨型X射線探測器，接收通過了所述第一 W及第二吸收光柵的X射線。
[0008] 此外，在本發(fā)明的多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)中，所述第一吸收光柵和所述第二 吸收光柵之一在其至少一個周期范圍內(nèi)進(jìn)行相位步進(jìn)動作，在每個相位步進(jìn)過程，所述非 相干X射線源發(fā)射X射線對被檢測物體進(jìn)行照射，所述能譜分辨型X射線探測器接收X射 線并對X射線進(jìn)行能譜分辨，經(jīng)過一次相位步進(jìn)過程和數(shù)據(jù)采集，所述能譜分辨型X射線探 測器上每個像素點處每個能量段的X射線的光強表示為一個光強曲線。
[0009] 此外，在本發(fā)明的多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)中，還具備；源光柵，配置在所述非 相干X射線源與被檢測物體之間的靠近所述非相干X射線源的位置并且能夠在平行于所述 第一 W及第二吸收光柵的方向上移動，所述第一 W及第二吸收光柵固定不動，使所述源光 柵在其至少一個周期范圍內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)動作，在每個相位步進(jìn)過程，所述非相干X射線源發(fā) 射X射線對被檢測物體進(jìn)行照射，所述能譜分辨型X射線探測器接收X射線并對X射線進(jìn) 行能譜分辨，經(jīng)過一次相位步進(jìn)過程和數(shù)據(jù)采集，所述能譜分辨型X射線探測器上每個像 素點處每個能量段的X射線的光強表示為一個光強曲線。
[0010] 此外，在本發(fā)明的多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)中，還具備：致動裝置，能夠使被檢 測物體相對于所述多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)整體相對地旋轉(zhuǎn)一個角度。
[0011] 此外，在本發(fā)明的多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)中，在每個所述旋轉(zhuǎn)角度下，重復(fù)進(jìn) 行一次相位步進(jìn)過程，然后根據(jù)預(yù)定CT圖像重建算法來重建所述被檢測物體的圖像。
[0012] 此外，在本發(fā)明的多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)中，所述多能譜X射線光柵成像系統(tǒng) 具備計算機工作站，所述計算機工作站具備；數(shù)據(jù)處理模塊，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的處理，并 從中計算得出所述被檢測物體上各點的像素值；圖像重建模塊，用于根據(jù)計算得出的像素 值重建所述被檢測物體的圖像；控制模塊，用于控制所述非相干X射線源、光柵模塊W及所 述能譜分辨型X射線探測器。
[0013] 此外，在本發(fā)明的多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)中，所述計算機工作站具備；顯示單 元，用于顯示所述被檢測物體的圖像。
[0014] 此外，在本發(fā)明的多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)中，所述計算機工作站能夠從存在 所述被檢測物體的光強曲線和不存在所述被檢測物體的背景光強曲線的對比中計算出X 射線在所述被檢測物體上預(yù)定點的折射信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。
[0015] 此外，在本發(fā)明的多能譜X射線光柵成像系統(tǒng)中，所述計算機工作站能夠從存在 所述被檢測物體的光強曲線和不存在所述被檢測物體的背景光強曲線的對比中