多能谱X射线光栅成像系统与成像方法技术方案

技术编号:14931197 阅读:99 留言:0更新日期:2017-03-31 13:06
本发明专利技术涉及多能谱X射线光栅成像系统与成像方法。本发明专利技术的多能谱X射线光栅成像系统具备发射对被检测物体进行照射的X射线的非相干X射线源、由彼此平行配置且依次布置在X射线传播方向上的第一吸收光栅和第二吸收光栅组成的光栅模块以及接收通过了第一以及第二吸收光栅的X射线的能谱分辨型X射线探测器,第一吸收光栅和第二吸收光栅之一在其至少一个周期范围内进行相位步进动作,在每个相位步进过程,非相干X射线源发射X射线对被检测物体进行照射,能谱分辨型X射线探测器接收X射线并对X射线进行能谱分辨,经过一次相位步进过程和数据采集,能谱分辨型X射线探测器上每个像素点处每个能量段的X射线的光强表示为一个光强曲线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及X射线光栅成像技术,特别是涉及一种多能谱X射线光栅成像系统与成像方法
技术介绍
在现有技术例如CT扫描设备中,利用X射线对物体进行扫描成像得到了广泛地应用。传统的X射线扫描成像一般利用被测材料对X射线的衰减特性来以非破坏性方式检查物体的内部结构。若物体内部的各部分结构组成的密度差异明显,则传统的X射线成像技术的效果尤为显著。但对于轻元素构成的物质,它们对X射线来说是弱吸收物质,所以用传统的X射线成像技术几乎看不到它们内部的具体结构。即使用其它辅助的手段,例如给生物组织打上造影剂也很难得到清晰的图像,这造成了很多的缺憾。在上世纪九十年代,出现了X射线相衬成像技术。相衬成像是通过捕捉X射线的相移信息来观察物体内部的电子密度变化,从而揭示物体的内部结构。开始时,出现的相衬成像方法一般通过利用相干或者部分相干的X射线的干涉或衍射现象来增强辐射图像的低对比度分辨率。而在此基础上,在公开号为“101532969A”、名称为“X射线光栅相衬成像系统及方法”(专利文献1)以及公开号为“101726503A”、专利技术名称为“X射线相衬层析成像”(专利文献2)的专利申请中,其中该专利申请的全部内容在此通过参照引入到本申请中,黄志峰等人提出了非相干光栅相衬成像的新技术构思和方案,这包括:使用两块吸收光栅在一个光栅周期范围内相对地平行移动若干步,每一步探测器采集一张图像;在完成一个光栅周期内的采集过程后,通过比较每个像素点对应的样品光强曲线与背景光强曲线的差异计算出被检测物体的折射图像信息。这取得了较好的相衬成像效果。该方法可以工作在多色、非相干的射线源下,实现简单可行的装置。另外,在X射线成像的技术发展过程中,也出现了暗场成像的技术。暗场成像是利用非直射光例如散射光、衍射光、折射光和荧光等对物质材料进行成像的技术,通过物质对X射线散射能力的差异来对物质内部结构进行成像。对于暗场成像,由于硬X射线独特的光学性质,所需的光学元件制作非常困难,所以硬X射线的暗场成像一直难以较住地实现。然而,硬X射线的暗场成像技术在对物质内部微细结构分辨和探测能力上相对于明场成像和相衬成像具有独到的优势。由于硬X射线的散射在微米量级或甚至纳米量级尺度,因而硬X射线暗场成像技术能够看到硬X射线明场成像和相衬成像都无法分辨到的物质内部超微细结构。其中,于2009年,在公开号为“101943668A”、专利技术名称为“X射线暗场成像系统和方法”(专利文献3)的专利申请中,其中该专利申请的全部内容在此通过参照引入到本申请,黄志峰等人提出了利用X射线对物体进行暗场成像的技术方案,这包括:向被测物体发射X射线;使得两块吸收光栅之一在至少一个周期内进行步进;在每个步进步骤,探测器接收X射线,并转化为电信号;经过至少一个周期的步进,探测器上每个像素点处的X射线光强表示为一个光强曲线;根据探测器上每个像素点处的光强曲线与不存在被检测物体情况下的光强曲线的对比度,计算得到每个像素的散射角分布的二阶矩;在多个角度拍摄物体的图像,然后根据CT重建算法可以得物体的散射信息图像。在前述的光栅成像技术中,都需要采用步进技术测量出探测器上每个探测单元(像素点)的光强曲线。其中,所利用的步进技术的基本原理为:源光栅紧邻X光机源固定不动后,在基于Talbot-Lau干涉法的技术中,位相光栅或者解析光栅在一个光栅周期范围内相对平行移动若干步;而在基于经典光学方法的技术中,两块吸收光栅在一个光栅周期范围内相对平行移动若干步。每一步探测器采集一张图像。完成一个光栅周期内的采集过程后,通过比较每个像素点对应的样品光强曲线与背景光强曲线的差异可计算出折射图像信息、衰减图像信息和暗场图像信息。传统的步进技术一般是平移位相光栅或者解析光栅或吸收光栅,于2010年,在公开号为“102221565A”、专利技术名称为“X射线源光栅步进成像系统与成像方法”(专利文献4)的专利申请中,其中该专利申请的全部内容在此通过参照引入到本申请,黄志峰等人提出了X射线源光栅步进的方法,由于源光栅的周期在几十微米级,相对于传统的步进方法大大降低了步进精度要求。在前述的光栅成像技术中,均采用传统的能量沉积型X射线探测器,其对于常规X射线光源(例如,常规X射线光机、分布式X射线源、X射线加速器等)产生的宽能谱X射线仅能获取扫描物体的加权平均意义下的能量响应,其会产生射线硬化等问题,同时不能实现对物质成分的有效识别。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷,在已经提出的X射线光栅相衬成像和暗场成像以及X射线源光栅步进成像系统等技术的基础上,同样地基于X射线光栅成像技术,本专利技术提出了一种非相干方法实现的多能谱X射线光栅成像系统与成像方法,其采用能谱分辨型X射线探测器,实现对常规X射线光源产生的宽能谱X射线能量范围的不同能量段的探测(X射线能量范围是0到出束能量的设定值),以此解决能谱硬化等问题,并对不同能量段的物体成像,获得能量维度的信息,实现对物质成分的识别。为了达到上述目的,本专利技术提供一种多能谱X射线光栅成像系统,其特征在于,具备:非相干X射线源,发射用于对被检测物体进行照射的X射线;光栅模块,包括彼此平行配置且依次布置在X射线传播方向上的第一吸收光栅和第二吸收光栅;以及能谱分辨型X射线探测器,接收通过了所述第一以及第二吸收光栅的X射线。此外,在本专利技术的多能谱X射线光栅成像系统中,所述第一吸收光栅和所述第二吸收光栅之一在其至少一个周期范围内进行相位步进动作,在每个相位步进过程,所述非相干X射线源发射X射线对被检测物体进行照射,所述能谱分辨型X射线探测器接收X射线并对X射线进行能谱分辨,经过一次相位步进过程和数据采集,所述能谱分辨型X射线探测器上每个像素点处每个能量段的X射线的光强表示为一个光强曲线。此外,在本专利技术的多能谱X射线光栅成像系统中,还具备:源光栅,配置在所述非相干X射线源与被检测物体之间的靠近所述非相干X射线源的位置并且能够在平行于所述第一以及第二吸收光栅的方向上移动,所述第一以及第二吸收光栅固定不动,使所述源光栅在其至少一个周期范围内进行步进动作,在每个相位步进过程,所述非相干X射线源发射X射线对被检测物体进行照射,所述能谱分辨型X射线探测器接收X射线并对X射线进行能谱分辨,经过一次相位步进过程和数据采集,所述能谱分辨型X射线探测器上每个像素点处每个能量段的X射线的光强表示为一个光强曲线。此外,在本专利技术的多能谱X射线光栅成像系统中,还具备:致动装置,能够使被检测物体相对于所述多能谱X射线光栅成像系统整体相对地旋转一个角度。此外,在本专利技术的多能谱X射线光栅成像系统中,在每个所述旋转角度下,重复进行一次相位步进过程,然后根据预定CT图像重建算法来重建所述被检测物体的图像。此外,在本专利技术的多能谱X射线光栅成像系统中,所述多能谱X射线光栅成像系统具备计算机工作站,所述计算机工作站具备:数据处理模块,用于进行数据信息的处理,并从中计算得出所述被检测物体上各点的像素值;图像重建模块,用于根据计算得出的像素值重建所述被检测物体的图像;控制模块,用于控制所述非相干X射线源、光栅模块以本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种多能谱X射线光栅成像系统,其特征在于,具备:非相干X射线源,发射用于对被检测物体进行照射的X射线;光栅模块,包括彼此平行配置且依次布置在X射线传播方向上的第一吸收光栅和第二吸收光栅;以及能谱分辨型X射线探测器,接收通过了所述第一以及第二吸收光栅的X射线。

【技术特征摘要】
1.一种多能谱X射线光栅成像系统,其特征在于,具备:
非相干X射线源,发射用于对被检测物体进行照射的X射线;
光栅模块,包括彼此平行配置且依次布置在X射线传播方向上的第一吸收光栅和第二吸收光栅;以及
能谱分辨型X射线探测器,接收通过了所述第一以及第二吸收光栅的X射线。
2.如权利要求1所述的多能谱X射线光栅成像系统,其特征在于,
所述第一吸收光栅和所述第二吸收光栅之一在其至少一个周期范围内进行相位步进动作,在每个相位步进过程,所述非相干X射线源发射X射线对被检测物体进行照射,所述能谱分辨型X射线探测器接收X射线并对X射线进行能谱分辨,经过一次相位步进过程和数据采集,所述能谱分辨型X射线探测器上每个像素点处每个能量段的X射线的光强表示为一个光强曲线。
3.如权利要求1所述的多能谱X射线光栅成像系统,其特征在于,
还具备:源光栅,配置在所述非相干X射线源与被检测物体之间的靠近所述非相干X射线源的位置并且能够在平行于所述第一以及第二吸收光栅的方向上移动,
所述第一以及第二吸收光栅固定不动,使所述源光栅在其至少一个周期范围内进行步进动作,在每个相位步进过程,所述非相干X射线源发射X射线对被检测物体进行照射,所述能谱分辨型X射线探测器接收X射线并对X射线进行能谱分辨,经过一次相位步进过程和数据采集,所述能谱分辨型X射线探测器上每个像素点处每个能量段的X射线的光强表示为一个光强曲线。
4.如权利要求1~3的任意一项所述的多能谱X射线光栅成像系统,其特征在于,
还具备:致动装置,能够使被检测物体相对于所述多能谱X射线光栅成像系统整体相对地旋转一个角度。
5.如权利要求4所述的多能谱X射线光栅成像系统,其特征在于,
在每个所述旋转角度下,重复进行一次相位步进过程,然后根据预定CT图像重建算法来重建所述被检测物体的图像。
6.如权利要求1~3的任意一项所述的多能谱X射线光栅成像系统,其特征在于,
所述多能谱X射线光栅成像系统具备计算机工作站,
所述计算机工作站具备:数据处理模块,用于进行数据信息的处理,并从中计算得出被检测物体上各点的像素值;图像重建模块,用于根据计算得出的像素值重建被检测物体的图像;控制模块,用于控制所述非相干X射线源、光栅模块以及所述能谱分辨型X射线探测器。
7.如权利要求6所述的多能谱X射线光栅成像系统,其特征在于,
所述计算机工作站具备:显示单元,用于显示所述被检测物体的图像。
8.如权利要求6所述的多能谱X射线光栅成像系统,其特征在于,
所述计算机工作站能够从存在被检测物体的光强曲线和不存在被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X射线在被检测物体上预定点的折射信息,并由此计算出相应的像素值。
9.如权利要求6或8所述的多...

【专利技术属性】
技术研发人员:张丽陈志强姜晓磊朱晓骅金鑫
申请(专利权)人:同方威视技术股份有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1