单幅X射线微分相衬图像探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单幅X射线微分相衬图像探测系统，按X射线传播方向依次设置有X射线转换屏、耦合装置和可见光探测器，所述X射线转换屏为像素化转换屏，像素单元排布与成像系统的X射线干涉条纹周期配合；或是按X射线传播方向依次设置有吸收光栅、X射线转换屏和可见光探测器，所述吸收光栅在行方向和列方向上通过多个周期单元排布形成，周期单元为矩形，周期单元宽度和成像系统的X射线干涉条纹周期宽度相同。本发明专利技术无需物体多次曝光并移动相位光栅，简化了X射线微分相衬成像的相位获取流程，能够实现快速X射线相位衬度成像，从而提高成像效率。

A single X ray differential phase contrast image detection system

The invention discloses a single X ray phase contrast image detection system, according to the direction of propagation of X rays in turn set X converter screen, coupling device and visible light detector, the X converter screen pixel conversion screen, X pixel arrangement and X-ray imaging system with interference fringe period; or according to the propagation direction of X rays are provided with absorption grating, X ray conversion screen and visible light detector, through multiple cycles of the unit arrangement form the absorption grating row direction and the column direction, the periodic unit is rectangular, periodic unit width and X ray imaging system of the period of interference fringe width. The invention does not need multiple exposures and moving phase gratings, simplifies the phase acquisition process of X ray differential phase contrast imaging, and realizes fast X - ray phase contrast imaging, thereby improving the imaging efficiency.

【技术实现步骤摘要】
单幅X射线微分相衬图像探测系统
本专利技术医学和无损探伤领域，涉及一种X射线微分相衬成像系统，尤其涉及一种单幅X射线微分相衬图像探测系统。
技术介绍
普通X射线成像是利用物体对X射线的衰减形成图像衬度，但对于弱吸收物体，不同部分如果成分相同，对X射线衰减相同，就不能形成突出对比度，例如生物体软组织，但近十多年来，X射线相衬成像能对弱吸收物体成像,受到国内外众多研究者的广泛关注。目前有多种方法可以实现X射线相衬成像，如利用微焦斑光源的同轴相衬，采用同步辐射光源的衍射增强，利用硅单晶分光的双光束干涉成像，利用波带片聚焦的类Zernike方法等等。尽管从上个世纪六十年代起发展了以上的方法，但受限于光源相干性、光源亮度、系统机械稳定性、探测器分辨率等等因素的限制，多数方法仅能在实验室中实现，现如今也没能走向广泛应用。相比而言，微分相衬仅有较少因素的困扰，是最有可能广泛应用的X射线相衬成像技术，尤其是医学、生物学应用。微分相衬是一种基于光栅的成像技术，一般成像系统结构如图1所示，由X射线源71、源光栅72、位光栅73、析光栅74及X射线探测器构成。物体位于相位光栅前或后，没有物体时，相位光栅在X光的照射下，在特定的距离处会形成规则的X射线干涉条纹，物体的存在会扭曲这些规则的X射线干涉条纹，而条纹扭曲的程度则与物体的相位一阶分布相关。物体的相位分布“隐藏”在相位光栅的扭曲的X射线干涉条纹中，要提取相位信息，就需要利用相位恢复从条纹中“解调”出相位信息。相位光栅X射线干涉条纹周期仅有2-4微米，一般探测器无法探测，需要在X射线干涉条纹处加上周期相同的分析光栅，X射线干涉条纹同分析光栅形成大周期的Moirè条纹，利用普通X射线探测器就可探测，再移动相位光栅或分析光栅，利用Phase-step算法从多幅图像计算得到物体相位信息。每移动一次相位光栅或分析光栅，物体就需要曝光一次，多次移动就意味物体需要曝光多次，这会增加物体对X射线剂量的吸收、增加物体的成像时间，不利于该技术在医学及生物学中的应用。同时，光栅的移动量都在亚微米级，系统需要亚微米位移设备，昂贵的位移仪器无疑增加了成像系统的复杂性和成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种简化系统结构、降低物体对X射线剂量的吸收、提高了成像速度、光源利用率高的单幅X射线微分相衬图像探测系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：第一种技术方案：一种单幅X射线微分相衬图像探测系统，按X射线传播方向依次设置有X射线转换屏、耦合装置和可见光探测器，所述X射线转换屏为像素化转换屏，所述像素化转换屏包括多个像素单元，像素单元排布与成像系统的X射线干涉条纹周期配合。所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统中，优选所述像素化转换屏的像素单元为矩形，该像素单元的宽度同成像系统的X射线干涉条纹一个周期宽度相同，且在行方向上与X射线干涉条纹周期方向相同。所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统中，优选所述像素化转换屏的每个像素单元包括对X射线敏感的敏感区域和对X射线不敏感的非敏感区域，所述敏感区域为矩形，且其宽度d占像素单元宽度D的1-50％。所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统中，优选所述可见光探测器的像素单元为正方形，边长为T，所述像素化转换屏在X射线干涉条纹周期方向上，N个彼此相邻的像素单元组成一小组像素单元，N值为T/p，p为X射线干涉条纹一个周期宽度；N的值为正整数；同一小组像素单元中每个像素单元具有相同的结构；在行方向上，同小组中每个转换屏像素的敏感区域距离该像素单元边缘距离为s，在行方向上，每M个小组像素单元构成一大组像素单元，M的值为正整数；在一个大组像素单元中，对第m个小组像素单元，s的值为(m-1)p/(2M)。所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统中，优选所述像素化转换屏的每一行像素单元结构完全相同。所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统中，优选所述可见光探测器的每个像素单元为正方形，边长为T；像素化转换屏的每个像素单元的长度同可见光探测器的像素单元边长相同；任意相邻两行素化转换屏的像素单元在行方向上有相对位移q，q的值为X射线干涉条纹周期宽度p的1/M，M为大于1的正整数，同一转换屏中，q只有只取一个值，在像素化转换屏列的方向上，M个可见光探测器像素值恢复出一个物体相位信息。。第二种技术方案：一种单幅X射线微分相衬图像探测系统，按X射线传播方向依次设置有吸收光栅、X射线转换屏和可见光探测器，所述吸收光栅在行方向和列方向上通过多个周期单元排布形成，周期单元为矩形，其长度为f，宽度为p，p和成像系统的X射线干涉条纹周期宽度相同。所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统中，优选所述吸收光栅的周期单元分为透光区域和吸收区域，透光区域透过不少于90％入射X射线，吸收区域吸收不小于60％的入射X射线；在每个周期单元内，透光区域宽度q占整个周期单元宽度p的1-50％。所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统中，优选所述可见光探测器单个像素为正方形，边长为T；吸收光栅在行方向上，N个彼此相邻周期单元为一小组周期单元，N值为T/p，N的值为正整数；同小组周期单元中的每个周期单元具有相同的结构；在行方向上，同小组中每个透光区域边界距离该周期单元边界距离为s；在行方向上，M个小组单元构成一大组周期单元，M的值为正整数；在一个大组周期单元中，对第m个小组周期单元，s的值为(m-1)p/(2M)。所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统中，优选所述吸收光栅在任意相邻两行在行方向上有相对位移q，q的值为成像X射线干涉条纹周期p的1/M，M为大于1的正整数，同一吸收光栅中，q只取一个值；在列方向上，M个可见光探测器像素单元恢复出一个物体相位信息。本专利技术提出一种新单次曝光的微分相衬成像方法，避免了多次曝光问题。本专利技术的探测系统由可见光探测器、耦合装置和X射线转换屏，或者可见光探测器、X射线转换屏及吸收光栅构成。只需要单幅X射线干涉条纹可恢复图像中的相位信息。由于X射线转换屏为像素化转换屏，其空间结构尺寸同成像系统的X射线干涉条纹周期相联系；或者X射线吸收光栅空间结构尺寸同成像系统X射线干涉条纹周期相联系；在系统成像时，X射线转换屏或X射线吸收光栅的空间位置同X射线干涉条纹的空间位置有了特殊要求；利用邻近的2个或多个像素值恢复出单个相位信息。本专利技术的系统具有以下特点：1、由于是单次曝光，无须移动部件，系统中无需昂贵的纳米位移平台，简化了系统结构，降低了对系统机械稳定性的要求。2、单次曝光极大降低物体对X射线剂量的吸收，提高了成像速度。3、抛弃了吸收光栅作为分析光栅，系统的成像能量也就不受限制。4、本专利技术第二种技术方案采用特殊结构的探测器探测相位光栅的X射线干涉条纹，而不是吸收一半光子数的分析光栅，所以光源利用率提高一倍，降低了对光源亮度的要求。本专利技术无需物体多次曝光并移动相位光栅，简化了X射线微分相衬成像的相位获取流程，能够实现快速X射线相位衬度成像，从而提高成像效率。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是现有技术的结构示意图；图2是本专利技术X射线干涉条纹探测系统第一种实施方式的结构示意图；图3是本专利技术通用行方向上像素转换屏的结构示意图；图4是本专利技术通用列方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单幅X射线微分相衬图像探测系统，按X射线传播方向依次设置有X射线转换屏、耦合装置和可见光探测器，其特征在于，所述X射线转换屏为像素化转换屏，所述像素化转换屏包括多个像素单元，像素单元排布与成像系统的X射线干涉条纹周期配合。

【技术特征摘要】
1.一种单幅X射线微分相衬图像探测系统，按X射线传播方向依次设置有X射线转换屏、耦合装置和可见光探测器，其特征在于，所述X射线转换屏为像素化转换屏，所述像素化转换屏包括多个像素单元，像素单元排布与成像系统的X射线干涉条纹周期配合。2.根据权利要求1所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统，其特征在于，所述像素化转换屏的像素单元为矩形，该像素单元的宽度同成像系统的X射线干涉条纹一个周期宽度相同，且在行方向上与X射线干涉条纹周期方向相同。3.根据权利要求2所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统，其特征在于，像素化转换屏的每个像素单元包括对X射线敏感的敏感区域和对X射线不敏感的非敏感区域，所述敏感区域为矩形，且其宽度d占像素单元宽度D的1-50％。4.根据权利要求3所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统，其特征在于，所述可见光探测器的像素单元为正方形，边长为T，所述像素化转换屏在X射线干涉条纹周期方向上，N个彼此相邻的像素单元组成一小组像素单元，N值为T/p，p为X射线干涉条纹一个周期宽度；N的值为正整数；同一小组像素单元中每个像素单元具有相同的结构；在行方向上，同小组中每个转换屏像素的敏感区域距离该像素单元边缘距离为s，在行方向上，每M个小组像素单元构成一大组像素单元，M的值为正整数；在一个大组像素单元中，对第m个小组像素单元，s的值为(m-1)p/(2M)。5.根据权利要求4所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统，其特征在于，所述像素化转换屏的每一行像素单元结构完全相同。6.根据权利要求3所述的单幅X射线微分相衬图像探测系统，其特征在于，所述可见光探测器的每个像素单元为正方形，边长为T；像素化转换屏的每个像素单元的长度同可见光探测器的像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫，王翔，黄建衡，雷耀虎，郭金川，李冀，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44