一种高分辨显微能谱CT成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高分辨显微能谱CT成像方法及系统，该方法包括：步骤1，开启射线源照射样品；步骤2，将穿过样品的射线中部分转换成可见光；步骤3，获得高分辨扫描数据；步骤4，获得多个不同能谱扫描数据；步骤5，配准高分辨扫描数据和多能谱扫描数据，CT重建高分辨率能谱成像的显微CT成像；所述配准包括：透视成像标准尺寸样品，提取透视成像中的标准尺寸样品；标定获得光耦合探测器的物方像素尺寸和光子计数探测器的物方像素尺寸；计算高分辨扫描数据与多能谱扫描数据的配准缩放参数和平移参数；根据缩放参数与平移参数，配准高分辨扫描数据和多能谱扫描数据。本发明专利技术能够重建出同时具备高空间分辨率与物质分辨能力的CT图像。

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨显微能谱CT成像方法及系统
本专利技术涉及一种显微CT成像系统，特别是涉及一种高分辨显微能谱CT成像方法及系统。
技术介绍
基于光耦合的可见光探测器的显微CT成像方式是一种目前世界上主流的高分辨率X射线成像技术，其基本原理是利用闪烁体将X射线转换成可见光，然后利用显微镜组将可见光分布放大成像在相机芯片上，由显微物镜的光学放大可实现高分辨率的X射线成像。闪烁体的厚度往往较薄，对X射线的转换效率很低，通常小于10％，且闪烁体不具备分能谱X射线-可见光转换的能力。光子计数探测器是一种可以对X射线光子进行分能量分别计数的探测装置。光子计数探测器中，传统平板探测器需要首先将X射线转换成可见光，再将可见光转换成电信号。而能谱平板探测器可以直接将X射线转换为电信号，并在每个像元位置集成多个X射线-电荷转换单元，各个单元分别对不同能量范围的X射线光子进行计数。但是，光子计数探测器的像元较大，尽管可以通过几何放大作用对像进行放大，但受限于实验室X射线源焦点尺寸，其成像分辨率因此受到限制，无法实现亚微米级的高分辨率显微CT成像。因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高分辨显微能谱CT成像方法及系统来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。为实现上述目的，本专利技术提供一种高分辨显微能谱CT成像方法，该方法包括如下步骤：步骤1，开启射线源，使其发出的射线照射样品；步骤2，通过闪烁体，将穿过所述样品的射线中的一部分转换成可见光；步骤3，通过反射镜折转光路，改变所述步骤2转换得到的所述可见光的传播方向，该部分可见光经由倍数放大处理后，在光耦合探测器上成像，获得高分辨扫描数据Pocd；步骤4，穿过所述样品的射线中的未被所述闪烁体转换的另一部分射线沿直线继续传播，在光子计数探测器上成像，获得多个不同能谱扫描数据Qk，k＝1,…,K，其中k表示所述光子计数探测器的能谱分辨通道数；步骤5，将所述步骤3获得的所述高分辨扫描数据Pocd和所述步骤4获得的所述多能谱扫描数据Qk进行配准，通过CT重建，得到高分辨率能谱成像的显微CT成像；其中，所述步骤5中的“配准”具体包括：步骤51，对标准尺寸样品进行透视成像，并提取高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk中的标准尺寸样品；步骤52，通过步骤51提取的高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk中的标准尺寸样品，利用如下式(1)和式(2)，标定获得所述光耦合探测器的物方像素尺寸h1和所述光子计数探测器的物方像素尺寸h2；式(1)中，s1为所述射线源的源焦点到所述标准尺寸样品的中心的距离，s2为所述标准尺寸样品的中心到所述闪烁体的中心的距离，s3为所述光子计数探测器的中心到所述闪烁体的中心的距离，t为所述光耦合探测器的镜头放大倍率，d1为所述高分辨扫描数据Pocd中的所述标准尺寸样品的像素大小，d2为所述多能谱扫描数据Qk中的所述标准尺寸样品的像素大小，r为所述标准尺寸样品的尺寸；步骤53，根据步骤52获得的h1和h2，利用如下的式(3)计算所述高分辨扫描数据Pocd与多能谱扫描数据Qk的配准缩放参数g；步骤54，获取所述高分辨扫描数据Pocd与多能谱扫描数据Qk的平移参数；步骤55，根据所述步骤53得到的缩放参数与所述步骤54得到的平移参数，完成所述高分辨扫描数据Pocd和所述多能谱扫描数据Qk的配准。进一步地，所述步骤54具体包括：分别计算步骤51得到的所述高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk中所提取的标准尺寸样品透视图的重心，记为(xo,yo)与(xp,yp)，则所述高分辨扫描数据Pocd与多能谱扫描数据Qk的平移参数为((xo-xpg),(yo-ypg))；所述步骤55具体包括：利用所述步骤54中的所述平移参数，进行图像平移插值，即每个像素按照该参数更换到新的位置上，其中，(xo-xpg)为水平方向的位移量，(yo-ypg)为y方向平移量。进一步地，所述步骤3中的所述反射镜折转光路包括反射镜、显微物镜和镜筒透镜，其中，所述射线源布置在所述样品的一侧，所述闪烁体和反射镜先后依次布置在所述射线源出射的射线穿过所述样品之后的直线传播光路上，且所述反射镜能够将所述步骤2转换得到的所述可见光的传播方向改变后，经由所述显微物镜倍数放大处理，在所述光耦合探测器上成像；穿过所述样品的射线中的未被所述闪烁体转换的另一部分射线透过所述反射镜沿直线继续传播，并在所述光子计数探测器上成像。进一步地，通过在2倍至50倍的范围之间选择性更换所述显微物镜的放大倍率，以实现不同分辨率的成像。进一步地，通过微调所述反射镜相对于所述闪烁体的角度，以使所述闪烁体在所述反射镜里的像垂直所述显微物镜的光轴。进一步地，通过沿所述显微物镜的光轴控制所述镜筒透镜作一维轴向平移，以使成像像面落到所述光耦合探测器的靶面上。进一步地，通过控制所述光耦合探测器绕所述显微物镜的光轴旋转及在垂直于所述显微物镜的光轴的平面内横向二维平移调整，以调整像在述光耦合探测器的靶面上的位置及方向。进一步地，通过调整所述射线源、样品、闪烁体及光子计数探测器的轴向位置关系，使所述光耦合探测器与光子计数探测器上的图像放大率一致。本专利技术还提供一种高分辨显微能谱CT成像系统，该系统包括：射线源、高分辨光耦合探测模块、光子计数探测器和计算机，其中：所述高分辨光耦合探测模块包括闪烁体、反射镜、显微物镜和镜筒透镜；所述射线源布置在样品的一侧，所述闪烁体将穿过所述样品的射线中的一部分转换成可见光，该可见光经由所述反射镜反射，经由所述显微物镜倍数放大处理，在所述光耦合探测器上成像，获得并输出高分辨扫描数据Pocd；穿过所述样品的射线中的未被所述闪烁体转换的另一部分射线透过所述反射镜沿直线继续传播，并在所述光子计数探测器上成像，获得并输出多能谱扫描数据Qk，k＝1,…,K，其中N表示所述光子计数探测器的能谱分辨通道数；所述计算机接收所述高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk，并将Pocd和Qk进行配准，通过CT重建，得到高分辨率能谱成像的显微CT成像；所述配准具体包括：对标准尺寸样品进行透视成像，并利用阈值方法提取高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk中的标准尺寸样品；通过提取的高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk中的标准尺寸样品，利用如下式(1)和式(2)，标定获得所述光耦合探测器的物方像素尺寸h1和所述光子计数探测器的物方像素尺寸h2；式(1)中，s1为所述射线源的源焦点到所述标准尺寸样品的中心的距离，s2为所述标准尺寸样品的中心到所述闪烁体的距离，s3为所述光耦合探测器到所述闪烁体的距离，t为所述光耦合探测器的镜头放大倍率，d1为所述高分辨扫描数据Pocd中的所述标准尺寸样品的像素大小，d2为所述多能谱扫描数据Qk中的所述标准尺寸样品的像素大小，r为所述标准尺寸样品的尺寸；根据获得的h1和h2，利用如下的式(3)计算所述高分辨扫描数据Pocd与多能谱扫描数据Qk的配准缩放参数g；所述高分辨扫描数据Pocd与多能谱扫描数据Qk的平移参数；根据得到的缩放参数与平移参数，完成所述高分辨扫描数据Pocd和所述多能谱扫描数据Qk的配准。进一步地，所述高分辨扫描数据Pocd本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分辨显微能谱CT成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，开启射线源(1)，使其发出的射线照射样品(2)；步骤2，通过闪烁体(3)，将穿过所述样品(2)的射线中的一部分转换成可见光；步骤3，通过反射镜折转光路，改变所述步骤2转换得到的所述可见光的传播方向，该部分可见光经由倍数放大处理后，在光耦合探测器(4)上成像，获得高分辨扫描数据Pocd；步骤4，穿过所述样品(2)的射线中的未被所述闪烁体(3)转换的另一部分射线沿直线继续传播，在光子计数探测器(5)上成像，获得多个不同能谱扫描数据Qk，k＝1,…,K，其中k表示所述光子计数探测器(5)的能谱分辨通道数；步骤5，将所述步骤3获得的所述高分辨扫描数据Pocd和所述步骤4获得的所述多能谱扫描数据Qk进行配准，通过CT重建，得到高分辨率能谱成像的显微CT成像；其中，所述步骤5中的“配准”具体包括：步骤51，对标准尺寸样品进行透视成像，并提取高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk中的标准尺寸样品；步骤52，通过步骤51提取的高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk中的标准尺寸样品，利用如下式(1)和式(2)，标定获得所述光耦合探测器(4)的物方像素尺寸h1和所述光子计数探测器(5)的物方像素尺寸h2；...

【技术特征摘要】
1.一种高分辨显微能谱CT成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，开启射线源(1)，使其发出的射线照射样品(2)；步骤2，通过闪烁体(3)，将穿过所述样品(2)的射线中的一部分转换成可见光；步骤3，通过反射镜折转光路，改变所述步骤2转换得到的所述可见光的传播方向，该部分可见光经由倍数放大处理后，在光耦合探测器(4)上成像，获得高分辨扫描数据Pocd；步骤4，穿过所述样品(2)的射线中的未被所述闪烁体(3)转换的另一部分射线沿直线继续传播，在光子计数探测器(5)上成像，获得多个不同能谱扫描数据Qk，k＝1,…,K，其中k表示所述光子计数探测器(5)的能谱分辨通道数；步骤5，将所述步骤3获得的所述高分辨扫描数据Pocd和所述步骤4获得的所述多能谱扫描数据Qk进行配准，通过CT重建，得到高分辨率能谱成像的显微CT成像；其中，所述步骤5中的“配准”具体包括：步骤51，对标准尺寸样品进行透视成像，并提取高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk中的标准尺寸样品；步骤52，通过步骤51提取的高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk中的标准尺寸样品，利用如下式(1)和式(2)，标定获得所述光耦合探测器(4)的物方像素尺寸h1和所述光子计数探测器(5)的物方像素尺寸h2；式(1)中，s1为所述射线源(1)的源焦点到所述标准尺寸样品的中心的距离，s2为所述标准尺寸样品的中心到所述闪烁体(3)的中心的距离，s3为所述光子计数探测器(5)的中心到所述闪烁体(3)的中心的距离，t为所述光耦合探测器(4)的镜头放大倍率，d1为所述高分辨扫描数据Pocd中的所述标准尺寸样品的像素大小，d2为所述多能谱扫描数据Qk中的所述标准尺寸样品的像素大小，r为所述标准尺寸样品的尺寸；步骤53，根据步骤52获得的h1和h2，利用如下的式(3)计算所述高分辨扫描数据Pocd与多能谱扫描数据Qk的配准缩放参数g；步骤54，获取所述高分辨扫描数据Pocd与多能谱扫描数据Qk的平移参数；步骤55，根据所述步骤53得到的缩放参数与所述步骤54得到的平移参数，完成所述高分辨扫描数据Pocd和所述多能谱扫描数据Qk的配准。2.如权利要求1所述的高分辨显微能谱CT成像方法，其特征在于，所述步骤54具体包括：分别计算步骤51得到的所述高分辨扫描数据Pocd和多能谱扫描数据Qk中所提取的标准尺寸样品透视图的重心，记为(xo,yo)与(xp,yp)，则所述高分辨扫描数据Pocd与多能谱扫描数据Qk的平移参数为((xo-xpg),(yo-ypg))；所述步骤55具体包括：利用所述步骤54中的所述平移参数，进行图像平移插值，即每个像素按照该参数更换到新的位置上，其中，(xo-xpg)为x方向的位移量，(yo-ypg)为y方向平移量。3.如权利要求1或2所述的高分辨显微能谱CT成像方法，其特征在于，所述步骤3中的所述反射镜折转光路包括反射镜(6)、显微物镜(7)和镜筒透镜(8)，其中，所述射线源(1)布置在所述样品(2)的一侧，所述闪烁体(3)和反射镜(6)先后依次布置在所述射线源(1)出射的射线穿过所述样品(2)之后的直线传播光路上，且所述反射镜(6)能够将所述步骤2转换得到的所述可见光的传播方向改变后，经由所述显微物镜(7)倍数放大处理，在所述光耦合探测器(4)上成像；穿过所述样品(2)的射线中的未被所述闪烁体(3)转换的另一部分射线透过所述反射镜(6)沿直线继续传播，并在所述光子计数探测器(5)上成像。4.如权利要求3所述的高分辨显微能谱CT成像方法，其特征在于，通过在2倍至50倍的范围之间选择性更换所述显微物镜(7)的放大倍率，以实现不同分辨率的成像。5.如权利要求3所述的高分辨...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱溢佞，张慧滔，毛珩，翟慕岳，张朋，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11