專利名稱：X射線源光柵步進(jìn)成像系統(tǒng)與成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及了 X射線成像領(lǐng)域，更具體地涉及通過光柵步進(jìn)技術(shù)利用X射線對物體進(jìn)行投影成像。
背景技術(shù)：
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射線的衰減特性來以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)，所以用傳統(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，這造成了很多的缺憾。在上世紀(jì)九十年代，出現(xiàn)了 X射線相襯成像技術(shù)。所說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，從而揭示物體的內(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(qiáng)輻射圖像的低對比度分辨率。而在此基礎(chǔ)上，在申請?zhí)枮?00810166472. 9、名稱為“X射線光柵相襯成像系統(tǒng)及方法”以及申請?zhí)枮?“200810224362. 3”、發(fā)明名稱為“X射線相襯層析成像”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中，黃志峰等人提出了非相干光柵相襯成像的新技術(shù)構(gòu)思和方案，這包括使用兩塊吸收光柵在一個光柵周期范圍內(nèi)相對地平行移動若干步，每一步探測器采集一張圖像；在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(qiáng)曲線與背景光強(qiáng)曲線的差異計算出被檢測物體的折射圖像信息。這取到了較好的相襯成像效果。該方法可以工作在多色、非相干的射線源下，實現(xiàn)簡單可行的裝置。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)。所說暗場成像是利用非直射光例如散射光、衍射光、折射光和熒光等對物質(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，所以硬X射線的暗場成像一直難以較佳地實現(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，在申請?zhí)枮椤?00910088662. 8”、發(fā)明名稱為“X射線暗場成像系統(tǒng)和方法”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，這包括向被測物體發(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(qiáng)表示為一個光強(qiáng)曲線；根據(jù)探測器上每個像素點處的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體情況下的光強(qiáng)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重建算法可以得物體的散射信息圖像。
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(qiáng)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(jī)源固定不動后，在基于Talbot-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(qiáng)曲線與背景光強(qiáng)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。因位相光柵、解析光柵或吸收光柵的周期都在幾微米量級，步進(jìn)精度要求亞微米量級，這對機(jī)械設(shè)備的精度、整體設(shè)備防震、環(huán)境溫度等要求都非常高，這將極大增加成像系統(tǒng)的建設(shè)難度和資金，從而限制了這種新的光柵成像技術(shù)的應(yīng)用推廣。

發(fā)明內(nèi)容
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 X射線源光柵步進(jìn)成像的系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明，提出了一種基于源光柵步進(jìn)的成像系統(tǒng)，其中僅移動低精度的源光柵來實現(xiàn)步進(jìn)過程，而要求高精度的光柵相對地固定不動。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，X射線成像系統(tǒng)，包括χ射線源、源光柵、固定光柵模塊和X射線探測器，依次位于X射線的傳播方向上；被檢測物體位于所述源光柵和固定光柵模塊之間；所述源光柵可在垂直于光路方向和光柵條紋的方向上作步進(jìn)移動；其中，該系統(tǒng)還包括該系統(tǒng)還包括計算機(jī)工作站，其控制所述X射線源、源光柵、X射線探測器從而實現(xiàn)下述過程所述源光柵在其至少一個周期范圍內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動；在每個步進(jìn)步驟，X射線源向被測物體發(fā)射X射線，同時所述探測器接收X射線；其中，經(jīng)過至少一個周期的步進(jìn)和數(shù)據(jù)采集，探測器上每個像素點處的X射線的光強(qiáng)表示為一個光強(qiáng)曲線；將探測器上每個像素點處的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體情況下的光強(qiáng)曲線相比較；由所述光強(qiáng)曲線的變化計算得出在每個像素點的像素值。其中，所述系統(tǒng)還包括致動裝置，在所述計算機(jī)工作站的控制下，用于使得所述源光柵進(jìn)行步進(jìn)移動，和/或使得被檢測物體與所述系統(tǒng)的其他部分相對地旋轉(zhuǎn)一個角度。 在每個旋轉(zhuǎn)角度下，重復(fù)所述源光柵步進(jìn)過程，從而得出多個角度下的X射線成像像素值， 然后根據(jù)預(yù)定CT圖像重建算法來重建被檢測物體的立體圖像。其中，所述計算機(jī)工作站包括數(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被檢測物體的圖像；以及控制模塊，用于控制所述X射線源、源光柵、X射線探測器以及數(shù)據(jù)處理單元的操作。其中，根據(jù)一個實施例，所述數(shù)據(jù)處理器模塊和所述控制模塊可集成在一起，由一個通用或?qū)Ｓ锰幚砥鱽韺崿F(xiàn)。另外，所述計算機(jī)工作站還包括顯示單元，用于顯示被檢測物體的圖像。在可同時獲得多種圖像情況下，可互補(bǔ)地顯示這些圖像。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述計算機(jī)工作站能夠從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出χ射線在被檢測物體上預(yù)定點的折射信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，其中所述計算機(jī)工作站能夠從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X射線在被檢測物體上預(yù)定點的散射信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。根據(jù)本發(fā)明的又另一個實施例，其中所述計算機(jī)工作站能夠從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X射線在被檢測物體上預(yù)定點的衰減信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，涉及一種X射線成像方法，利用X射線成像系統(tǒng)對物體進(jìn)行成像，其中該X射線成像系統(tǒng)如上所述，其中，所述方法包括下述步驟向被測物體發(fā)射X射線；使得所述源光柵在其至少一個周期范圍內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動；在每個步進(jìn)步驟，X射線探測器接收X射線，并將其轉(zhuǎn)化為可處理的數(shù)字電信號；其中， 經(jīng)過至少一個周期的步進(jìn)和數(shù)據(jù)采集，所述探測器上每個像素點處的X射線光強(qiáng)表示為一個光強(qiáng)曲線；所述數(shù)據(jù)處理模塊將探測器上每個像素點處的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體情況下的光強(qiáng)曲線相比較，由此得到光強(qiáng)曲線的變化；由所述光強(qiáng)曲線的變化計算得出探測器上每個像素點處的像素值；以及由所述圖像重建模塊將所述被檢測物體的像素值，重建為被檢測物體的圖像。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明方法的實施例，在該方法中，旋轉(zhuǎn)被檢測物體，在每個旋轉(zhuǎn)角度下，重復(fù)所述各步驟，得出多個角度下的被檢測物體在X探測器上各點的像素值分布， 然后根據(jù)CT圖像重建算法來重建被檢測物體的立體圖像。根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施例，其中包括從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X射線在被檢測物體上預(yù)定點的折射信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值?；蛘?，根據(jù)另一個實施例，包括能夠從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X射線在被檢測物體上預(yù)定點的散射信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值?；蚋鶕?jù)又一個實施例，包括能夠從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X射線在被檢測物體上預(yù)定點的衰減信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)或方法，可以結(jié)合幾種成像機(jī)制，包括衰減成像、暗場散射成像和相襯成像，并互補(bǔ)地顯示，綜合應(yīng)用于材料科學(xué)，組織(例如乳腺)的醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。在獲得相同的圖像質(zhì)量和效果的同時，本發(fā)明極大地降低了原有技術(shù)對高精度機(jī)械和運(yùn)動設(shè)備、防震設(shè)備等苛刻要求，從而極大降低了設(shè)備建造成本，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，為基于光柵的多信息綜合成像技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備等實際產(chǎn)品極大降低了技術(shù)門檻。


圖1為本發(fā)明的X射線成像系統(tǒng)的示意圖。圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)基于可移動源光柵的成像原理的示意圖。圖3示出X射線探測器的某一探測單元(像素點)處所測量得到的光強(qiáng)曲線(背景位移曲線)。圖4示出了通過本發(fā)明的成像系統(tǒng)所采集的某被檢測物體的多種信息圖像，其中圖4左為吸收圖，圖4中為相襯圖，圖4右為暗場圖。
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圖5示出X射線經(jīng)過被檢測物體后，探測器某像素所測得的背景位移曲線和樣品位移曲線所體現(xiàn)的X射線強(qiáng)度和對比度以及相位變化的示意圖。
具體實施例方式參見圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的原理，X射線成像系統(tǒng)基本上包括X光機(jī)S、可移動的源光柵GO、固定光柵模塊P (包括第一光柵Gl和第二光柵G2)，以及X射線探測器T組成， 其依次位于所發(fā)射的X射線的傳播方向上。被檢測物體位于所述源光柵GO和所述固定光柵模塊之間。其中，作為X射線源的X光機(jī)可以為目前醫(yī)療設(shè)備中所通用的X光機(jī)，通常為適合乳腺成像的大電流脈沖式X光機(jī)，且可包括相應(yīng)的輔助設(shè)備。X光機(jī)用于向被檢測物體發(fā)射 X射線束。一般地說，輔助設(shè)備包含濾波片。醫(yī)用X光機(jī)的工作電壓一般設(shè)置在5-160kVp。 通用的X光機(jī)發(fā)射的X射線束可以是扇束、錐束或平行束。在本發(fā)明中，優(yōu)選地為錐束。其中，所述X射線探測器T用于接收X射線，并可通過光電信號轉(zhuǎn)換技術(shù)(例如， 數(shù)字化攝影技術(shù))將接收的X射線信號轉(zhuǎn)換為可進(jìn)行數(shù)字處理的電信號。優(yōu)選地，所述探測器可以是矩陣探測器，其中的每個探測元(像素)可以檢測射到該單元上的X射線的強(qiáng)度變化。優(yōu)選地，該探測器能夠定時地進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換X射線。優(yōu)選地，可以采用醫(yī)用低噪聲的面陣探測器，動態(tài)范圍> 12bit的面陣探測器，覆蓋整個成像區(qū)域。為了能夠檢查到幾百微米乳腺鈣化組織，探測器的空間分辨率要求在百微米左右或以下，例如70-100微米。另外，所述X射線成像系統(tǒng)還包括計算機(jī)工作站。整個成像系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)傳輸、圖像重建以及數(shù)據(jù)處理均可由計算機(jī)工作站完成。掃描控制信息、位置信息、投影數(shù)據(jù)等通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入到計算機(jī)工作站中。由工作站完成物體多種信息的提取，數(shù)據(jù)預(yù)處理物體及圖像重建的工作，最后在顯示器上顯示出來。計算機(jī)工作站可包括數(shù)據(jù)處理模塊，其可設(shè)置成用于從探測器輸出的可數(shù)字處理的電信號，計算得出X射線經(jīng)過被檢測物體后的光強(qiáng)(曲線)的變化，并通過所述光強(qiáng)(曲線)變化計算出出被檢測物體上某個點處對X射線的吸收信息、散射信息或折射信息，以及利用所述信息計算出所述被檢測物體的像素信息。這些功能實際上可通過編程的軟件來實現(xiàn)，或者可替換地，理論上可通過專用的硬件芯片組來實現(xiàn)。進(jìn)一步地，計算機(jī)工作站還可包括控制模塊(圖1中未示出)，用于控制所述X光機(jī)、源光柵、被測物體、固定光柵以及探測器等的操作，例如相對轉(zhuǎn)動、步進(jìn)運(yùn)動、X射線發(fā)射和信息采集等。優(yōu)選地，所述控制模塊和所述數(shù)據(jù)處理模塊可以集成為一體，由單個通用或?qū)Ｓ锰幚砥鱽韺崿F(xiàn)。進(jìn)一步地，計算機(jī)工作站還可包括有成像模塊(圖1中未示出)，根據(jù)得出的像素信息重建被檢測物體的圖像并輸出顯示。其中，該重建功能模塊可以由兼為數(shù)據(jù)處理模塊的處理器實現(xiàn)。所述成像系統(tǒng)還可包括致動裝置，其在計算機(jī)工作站的控制下，用于使得所述源光柵進(jìn)行步進(jìn)移動，和/或使得被檢測物體與所述系統(tǒng)的其他部分相對地旋轉(zhuǎn)一個角度。 在每個旋轉(zhuǎn)角度下，重復(fù)所述源光柵步進(jìn)過程，從而得出多個角度下的X射線成像像素值， 然后根據(jù)預(yù)定CT圖像重建算法來重建被檢測物體的立體圖像。該制動裝置在此定義為具有相對轉(zhuǎn)動被測物體的裝置和使得源光柵步進(jìn)移動的裝置的功能的結(jié)構(gòu)，實際上二者也可以分別單獨表示。進(jìn)一步地，該計算機(jī)工作站可包括顯示單元，用于顯示所重建的圖像，可由通用的顯示器來實現(xiàn)。下面進(jìn)一步詳細(xì)描述與所引證的先有技術(shù)存在差別的且需要重點介紹的組成部分?！垂潭ü鈻拍K〉固定光柵模塊P由兩塊高精度的光柵Gl和G2組成。在背景技術(shù)中所引證的專利申請中的光柵成像技術(shù)中，使用的兩塊高精度光柵需進(jìn)行相對步進(jìn)運(yùn)動來實現(xiàn)步進(jìn)技術(shù)， 而在本發(fā)明中，它們的相對位置卻恒定不變。所述兩塊光柵G1、G2的周期分別設(shè)定為Pl、 P2，其平行地依次位于X射線束的發(fā)射方向上。其中，優(yōu)選地，所述兩個光柵的周期一般在0. 1-30微米之間。光柵使用重金屬作為吸收材料，以金(Au)為例，金的高度由使用的X射線的能量決定，在10-100微米之間。例如，對20keV的X射線來說，金的高度大于16微米能阻擋90%的X射線。其中，根據(jù)物理原理，定義X射線的相干條件為Icoh= (LX/S，) > P1，其中l(wèi)。。h為橫向相干長度，L為源光柵到固定光柵模塊中第一塊光柵Gl的距離，S’為線光源寬度，λ 為X射線的波長，P1為射線方向上第一塊光柵Gl的周期。實際上，可存在兩種情形1)當(dāng)成像系統(tǒng)滿足上述的相干條件，則該第一塊光柵Gl為相位光柵，它改變?nèi)肷涞腦光的相位，在第一塊光柵后Gl產(chǎn)生Talbot效應(yīng)。而第二塊光柵G2則是作為吸收光柵， 它平行放置在第一塊光柵衍射的Talbot距離上。第一和第二光柵兩者相對固定不動。2)當(dāng)成像系統(tǒng)不滿足上述的相干條件時，則這兩塊光柵Gl和G2都是吸收光柵。 兩塊吸收光柵相距一段距離D，兩者相互平行固定放置。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，成像系統(tǒng)不滿足上述的相干條件，即固定光柵模塊所用的X射線為非相干光，此時固定光柵模塊P采用了上述第二種情形下的設(shè)置，第一和第二光柵G1、G2相距D?？商鎿Q地，在本發(fā)明的另一種實施例中，成像系統(tǒng)滿足上述的相干條件，即固定光柵模塊所用的χ射線為相干光或部分相干光，此時固定光柵模塊P采用了上述第一種情形下的設(shè)置，其中第二光柵G2與第一光柵Gl的距離為Talbot距離Dt，且Dr = p2J{U)<源光柵及其步進(jìn)技術(shù)>源光柵GO為多縫的吸收光柵，其作用相當(dāng)于將X光機(jī)分為多個窄束線光源。如圖 1所示，在本發(fā)明中，源光柵要實現(xiàn)在垂直于光路方向(Z軸)和光柵線條方向(Y方向)的 X方向上，在最少一個光柵周期Ptl的范圍內(nèi)平行移動，即實現(xiàn)步進(jìn)技術(shù)。相比而言，當(dāng)前已有的光柵成像技術(shù)中，源光柵的位置是設(shè)置成固定不動的，或者直接刻在X光機(jī)的靶材上。 因此，源光柵的步進(jìn)是本發(fā)明相對于所引證的先有技術(shù)的區(qū)別之處。源光柵的周期Ptl—般在十幾微米或幾十微米左右，因此步進(jìn)的步長可在幾微米或十幾微米量級，甚至幾十微米量級，則平移設(shè)備精度在幾微米或者十幾微米左右。可證明，源光柵步進(jìn)技術(shù)與在先技術(shù)中使得光柵模塊P的兩塊光柵相對地步進(jìn)所得到的結(jié)果可以是等效的。通過源光柵的相對步進(jìn)運(yùn)動，可以得到探測器上某像素點處所接收的X射線的強(qiáng)度變化曲線。對于如圖1所示的系統(tǒng)，固定光柵模塊的兩個光柵(G1、G2)相對固定，而源光柵沿X方向步進(jìn)。源光柵GO每平移一步，所述的探測器可采集一次數(shù)據(jù)；在平移距離范圍內(nèi)采集N張圖像后，可獲得探測器上每個像素(探測器的探測面上的每個點)在一個光柵周期內(nèi)光強(qiáng)變化曲線的分布情況。如圖3所示，該光強(qiáng)變化函數(shù)的形狀類似于正弦或余弦函數(shù)。在此處用連續(xù)的模擬曲線來表示，但實際上可由多個點模擬而成。<源光柵步進(jìn)移動過程>如圖2所示，為簡化計算假設(shè)在理想條件下，即三個光柵均在所示的X方向上的尺寸足夠大。其中，源光柵GO將大焦點的X光機(jī)分為一排線光源，其分布用函數(shù)Ttl(X)表示。 而光柵Gl和G2分別用T1 (χ)和T2 (χ)表示。光柵GO、Gl和G2的周期分別為p0、P1和p2。現(xiàn)以非相干X光成像為例，其中第一和第二光柵G1、G2之間的距離D，說明源光柵步進(jìn)的成像原理。當(dāng)光路上沒有放置被測物體，光柵Gl在X射線照射下，在光柵G2位置處所形成的像用函數(shù)IsOO表示，即Is (x) = I1(X)^S(X)(1)其中I1(X)是光柵Gl在點源照射下在光柵G2位置所形成的像，S(X)是源光柵GO 在光柵G2位置的投影像，于是有L ⑴=Ti (―~ χ)
L +DS (JC) = St (--χ)
t D其中，St(X)為光柵GO后光強(qiáng)分布，它由X光源分布函數(shù)Sci(X)與光柵GO透過率函數(shù) T0 (χ)共同作用，即 St (x) = S0 (χ) T0 (χ)。注意到，在G2位置上，I1(X)和S(X)的周期與光柵T2(X)的周期相等，都為P2，為方便表示均記為P。設(shè)探測器所探測到的光強(qiáng)分布函數(shù)為Id(X)，則ID(x)=Is(x)T2(x)(2)由于探測器單元(像素)的尺寸比光柵G2的周期要大許多，對某個像素所接受的光強(qiáng)值是幾個或幾十個光柵周期范圍內(nèi)光強(qiáng)累計，所以不失一般性，設(shè)
T2m—χ/(X) = TX7^x) =P
LdmT LJ η T2(x) = ^tne
2π —χ P S(X) = St χ) = S0(X)T0(X) = S0(-^x)T0(-^x)其中，戈⑵=S0(-^x)，T0(X)= T0(-j-x) = Yfne
Un即風(fēng) Χ) = S0(X)T0(X) = S0(X)
Zfne
2τπ-
2τπ一j P
權(quán)利要求
1.一種X射線成像系統(tǒng)，用于對物體進(jìn)行X射線成像，該系統(tǒng)包括x射線源(S)、源光柵(GO)、固定光柵模塊⑵和X射線探測器⑴，依次位于X射線的傳播方向上；被檢測物體位于所述源光柵和固定光柵模塊之間；所述源光柵可在垂直于光路方向和光柵條紋的方向上作步進(jìn)移動；其中，該系統(tǒng)還包括計算機(jī)工作站，其控制所述X射線源、源光柵、X射線探測器從而實現(xiàn)下述過程所述源光柵在其至少一個周期范圍內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動；在每個步進(jìn)步驟，X射線源向被測物體發(fā)射X射線，同時所述探測器接收X射線；其中， 經(jīng)過至少一個周期的步進(jìn)和數(shù)據(jù)采集，探測器上每個像素點處的X射線的光強(qiáng)表示為一個光強(qiáng)曲線；將探測器上每個像素點處的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體情況下的光強(qiáng)曲線相比較， 由所述光強(qiáng)曲線的變化計算得出在每個像素點的像素值；根據(jù)所計算得出的像素值重建被檢測物體的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括致動裝置，其在該計算機(jī)工作站的控制下，用于使得所述源光柵進(jìn)行步進(jìn)移動和/或使得被檢測物體與所述系統(tǒng)的其他部分相對地旋轉(zhuǎn)一個角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，在每個旋轉(zhuǎn)角度下，重復(fù)所述源光柵步進(jìn)過程，從而得出多個角度下的X射線成像像素值，然后根據(jù)預(yù)定CT圖像重建算法來重建被檢測物體的立體圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該計算機(jī)工作站包括數(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被檢測物體的圖像；以及控制模塊，用于控制所述X射線源、源光柵、X射線探測器的操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述固定光柵模塊(P)包括相對固定的第一和第二光柵(G1、G2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述計算機(jī)工作站還包括顯示單元，用于顯示被檢測物體的圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述該計算機(jī)工作站能夠從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X射線在被檢測物體上預(yù)定點的折射信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7的系統(tǒng)，其中所述該計算機(jī)工作站能夠從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X射線在被檢測物體上預(yù)定點的散射信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、7或8的系統(tǒng)，其中所述該計算機(jī)工作站能夠從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X射線在被檢測物體上預(yù)定點的衰減信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述X射線源發(fā)射非相干的X射線。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述源光柵、第一和第二光柵Gl和G2、X射線探測器相互之間具有下述的關(guān)系
12.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述源光柵、第一和第二光柵Gl和G2、X射線探測器相互之間具有下述的關(guān)系P2 = (Pl/2) *L/ (L-Dt)其中，P1和P2分別為第一和第二光柵(G1、G2)的周期，L為X射線源與第一光柵(Gl) 之間的距離，Dt為第一和第二光柵之間的距離，且Dr = P2Ji^)，λ為X射線的波長。
13.—種X射線成像方法，利用X射線成像系統(tǒng)對物體進(jìn)行成像，其中該X射線成像系統(tǒng)包括Χ射線源、源光柵、固定光柵模塊、X射線探測器和計算機(jī)工作站；其中，所述方法包括，在所述計算機(jī)工作站的控制下實現(xiàn)下述步驟向被測物體發(fā)射X射線；使得所述源光柵在其至少一個周期范圍內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動；在每個步進(jìn)步驟，X射線探測器接收X射線，并將其轉(zhuǎn)化為可處理的數(shù)字電信號；其中， 經(jīng)過至少一個周期的步進(jìn)和數(shù)據(jù)采集，所述探測器上每個像素點處的X射線光強(qiáng)表示為一個光強(qiáng)曲線；將探測器上每個像素點處的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體情況下的光強(qiáng)曲線相比較， 由此得到光強(qiáng)曲線的變化；由所述光強(qiáng)曲線的變化計算得出探測器上每個像素點處的像素值；以及根據(jù)所述圖像重建模塊將所述被檢測物體的像素值，重建被檢測物體的圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中該計算機(jī)工作站包括控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和圖像重建模塊。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)被檢測物體，在每個旋轉(zhuǎn)角度下，重復(fù)所述各步驟，得出多個角度下的被檢測物體在X探測器上各點的像素值分布，然后根據(jù)CT圖像重建算法來重建被檢測物體的立體圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中進(jìn)一步包括從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X 射線在被檢測物體上預(yù)定點的折射信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。
17.根據(jù)權(quán)利要求13或16的方法，其中進(jìn)一步包括從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X 射線在被檢測物體上預(yù)定點的散射信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。
18.根據(jù)權(quán)利要求13、16或17的方法，其中進(jìn)一步包括從存在被檢測物體的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體的背景光強(qiáng)曲線的對比中計算出X 射線在被檢測物體上預(yù)定點的衰減信息，并由此計算出相應(yīng)的像素值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述計算機(jī)工作站還包括顯示單元，用于顯示被檢測物體的圖像，該方法進(jìn)一步包括將所重建的圖像互補(bǔ)地顯示出來。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述步進(jìn)過程包括，在源光柵一個周期內(nèi)步進(jìn)數(shù)為5 步以上。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述步進(jìn)過程包括，在源光柵一個周期內(nèi)步進(jìn)數(shù)為5 步以下。
全文摘要
一種X射線成像系統(tǒng)，包括X射線源、源光柵、固定光柵模塊和X射線探測器，依次位于X射線的傳播方向上；被檢測物體位于所述源光柵和固定光柵模塊之間；所述源光柵可在垂直于光路方向和光柵條紋的方向上作步進(jìn)移動；其中，該系統(tǒng)還包括計算機(jī)工作站，其控制所述X射線源、源光柵、X射線探測器從而實現(xiàn)下述過程源光柵在其至少一個周期范圍內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動；在每個步進(jìn)步驟，X射線源向被測物體發(fā)射X射線，同時所述探測器接收X射線；其中，經(jīng)過至少一個周期的步進(jìn)和數(shù)據(jù)采集，探測器上每個像素點處的X射線的光強(qiáng)表示為一個光強(qiáng)曲線；將探測器上每個像素點處的光強(qiáng)曲線與不存在被檢測物體情況下的光強(qiáng)曲線相比較，由所述光強(qiáng)曲線的變化計算得出在每個像素點的像素值；根據(jù)所計算得出的像素值重建被檢測物體的圖像。
文檔編號G01N23/04GK102221565SQ201010149869
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者丁飛, 張麗, 李亮, 李元景, 肖永順, 趙自然, 邢宇翔, 陳志強(qiáng), 黃志峰 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司, 清華大學(xué)