本发明专利技术公开了一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法，是应用于沿Z轴向上依次设置有X射线源、单光子计数探测器所构成的X射线相位传播成像系统中；X射线源出射的X射线在穿透被成像物体后，自由传播一定空间距离后，入射到单光子计数探测器；入射X射线的强度分布被单光子计数探测器测量并记录；利用物质分解算法处理单光子计数探测器记录的光强数据，获取被成像物体的物质分解结果。本发明专利技术能够解决一次曝光下，被成像物体的定量、准确的物质分解问题，提高了X射线相位传播成像的实验效率；从而避免了像素配准伪影、运动伪影，并提高了被成像物体的物质分解结果的准确性。提高了被成像物体的物质分解结果的准确性。提高了被成像物体的物质分解结果的准确性。
【技术实现步骤摘要】
一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法
[0001]本专利技术涉及X射线投影成像领域，具体的说是一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法。
技术介绍
[0002]经过二十多年来的成像理论完善和应用探索研究，X射线相位传播成像已经发展成为传统X射线成像技术的强力补充。原理上来说，被成像物体的吸收信号和相移信号对探测器直接测量的强度分布都有显著贡献。利用发展的信号提取公式，能够从探测器测量的强度数据中，提取得到被成像物体的吸收信号和相移信号。特别的，X射线相位传播成像对被成像物体内部不同材料的分界面非常敏感，能够区分、识别不同材料的空间分布。另外，X射线相位传播成像还具有高密度分辨率、高空间分辨率等优点，在临床乳腺成像、肺部病变早期诊断、公共安全检查等领域具有广阔的应用前景。
[0003]在X射线相位传播成像中，物质分解方法能够实现对不同物质材料的识别，在医学成像、无损检测等领域具有重要的应用价值。现有物质分解方法是利用能量积分探测器，对被成像物体先后进行两次曝光来测量得到两个不同能量区间的X射线强度数据。即现有物质分解方法要求的两个不同光强数据不是同时获取的。两个不同光强数据的非同时获取会严重降低X射线相位传播成像的物质分解结果的准确性。第一，现有物质分解方法要求对被成像物体进行先后两次曝光，以测量两个不同的光强数据。这就降低了X射线相位传播成像的实验效率。第二，外部振动等因素会导致非同时获取的两个光强数据不可避免地存在像素偏移。因此，在计算物质分解结果前，现有方法要求先对两个光强数据进行像素配准。但是，像素配准的插值计算会引入光强数据误差，进而导致物质分解结果的像素配准伪影，降低物质分解结果的准确性。第三，被成像物体总是有着一定内部或外部运动的。这就导致非同时获取的被成像物体的两个光强数据存在有像素偏移。类似地，需要对两个光强数据进行基于插值运算的像素配准。这就不可避免地引入了光强数据误差，导致物质分解结果的准确性的下降。这些局限性制约了X射线相位传播成像的物质分解在临床医学诊疗、安全检查等领域的推广应用。因此，发展新的X射线相位传播成像的物质分解方法，就成为X射线相位传播成像在实际推广应用中需要解决的问题之一。
技术实现思路
[0004]本专利技术为避免现有X射线相位传播成像的物质分解方法的不足，提出一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法，以期在对被成像物体仅进行一次曝光时，能够从单光子计数探测器测量的光强数据中定量获得被成像物体的物质分解结果，从而为实现快速、准确、高效的X射线相位传播成像的物质分解提供新途径。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法，是应用于由X射线源、单光子计数探测器组成的X射线相位传播成像系统中；
[0007]以所述X射线源的位置点为坐标系原点O，以射线轴方向为Z轴向，垂直于射线轴、且平行于所述单光子计数探测器的水平列方向为Y轴向，以共同垂直于射线轴和所述单光子计数探测器的水平列方向为X轴向，建立直角坐标系O
‑
XYZ；
[0008]在沿Z轴向上依次设置有所述X射线源、单光子计数探测器；设置所述X射线源与所述单光子计数探测器在沿Z轴向上的相对距离为L
12
；设置所述X射线源、单光子计数探测器在沿X轴向上中心对齐、在沿Y轴向上中心对齐；其特点是，所述X射线相位传播成像的物质分解方法是按如下步骤进行：
[0009]步骤1、获取背景光强数据：
[0010]步骤1.1、启动所述单光子计数探测器，设置所述单光子计数探测器的第一能量阈值为E1；设置所述单光子计数探测器的第二能量阈值为E2，且满足E1<E2；设置曝光时长为T；
[0011]步骤1.2、启动所述X射线源，设置所述X射线源的管电压为E3，且满足E2<E3；
[0012]步骤1.3、利用所述单光子计数探测器按照所述曝光时长T同时获取在能量区间[E1 E2]的X射线强度下的第一背景光强数据以及在能量区间[E2E3]的X射线强度下的第二背景光强数据
[0013]步骤1.4、关闭所述X射线源和所述单光子计数探测器；
[0014]步骤2、获取被成像物体的光强数据：
[0015]步骤2.1、将被成像物体沿Z轴向放置在所述X射线源和所述单光子计数探测器的中间；并将所述X射线源与所述被成像物体在沿Z轴向上的相对距离记为L
13
，且满足0＜L
13
＜L
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；设置所述被成像物体与所述单光子计数探测器在沿X轴向上中心对齐、在沿Y轴向上中心对齐；
[0016]步骤2.2、启动所述单光子计数探测器，设置所述单光子计数探测器的第一能量阈值仍为E1；设置所述单光子计数探测器的第二能量阈值仍为E2；设置曝光时长仍为T；
[0017]步骤2.3、启动所述X射线源，设置所述X射线源的管电压仍为E3；
[0018]步骤2.4、利用所述单光子计数探测器按照所述曝光时长T同时获取在能量区间[E1 E2]的X射线强度下所述被成像物体的第一光强数据以及在能量区间[E2E3]的X射线强度下所述被成像物体的第二光强数据
[0019]步骤2.5、关闭所述X射线源和所述单光子计数探测器；
[0020]步骤3、对所述被成像物体的第一光强数据进行归一化处理，得到归一化的第一光强数据I1，且满足
[0021]步骤4、对所述被成像物体的第二光强数据进行归一化处理，得到归一化的第二光强数据I2，且满足
[0022]步骤5、对归一化的第一光强数据I1进行取对数处理，得到第一处理结果ln(I1)；
[0023]步骤6、对归一化的第二光强数据I2进行取对数处理，得到第二处理结果ln(I2)；
[0024]步骤7、对第一处理结果ln(I1)作二维傅里叶变换，得到第一变换结果F1；
[0025]步骤8、对第二处理结果ln(I2)作二维傅里叶变换，得到第二变换结果F2；
[0026]步骤9、利用式(1)得到所述被成像物体(3)的物质分解的第一分解结果t1：
[0027][0028]式(1)中，表示二维逆傅里叶变换；B1为第一分解常数，并由式(2)得到；B2为第二分解常数，并由式(3)得到；D为常数，并由式(4)得到：
[0029][0030]式(2)中，是物质分解的第一基材料在能量区间[E2E3]的等效衰减系数；是物质分解的第一基材料在能量区间[E2 E3]的等效相移系数；R是所述被成像物体与所述单光子计数探测器在沿Z轴向上的等效相对距离，且满足R＝(L
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L
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)L
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/L
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；u是所述单光子计数探测器沿X轴向的空间频率；v是所述单光子计数探测器沿Y轴向的空间频率；
[0031][0032]式(3)中，是物质分解的第二基材本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法，是应用于由X射线源(1)、单光子计数探测器(2)组成的X射线相位传播成像系统中；以所述X射线源(1)的位置点为坐标系原点O，以射线轴方向为Z轴向，垂直于射线轴、且平行于所述单光子计数探测器(2)的水平列方向为Y轴向，以共同垂直于射线轴和所述单光子计数探测器(2)的水平列方向为X轴向，建立直角坐标系O
‑
XYZ；在沿Z轴向上依次设置有所述X射线源(1)、单光子计数探测器(2)；设置所述X射线源(1)与所述单光子计数探测器(2)在沿Z轴向上的相对距离为L
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；设置所述X射线源(1)、单光子计数探测器(2)在沿X轴向上中心对齐、在沿Y轴向上中心对齐；其特征是，所述X射线相位传播成像的物质分解方法是按如下步骤进行：步骤1、获取背景光强数据：步骤1.1、启动所述单光子计数探测器(2)，设置所述单光子计数探测器(2)的第一能量阈值为E1；设置所述单光子计数探测器(2)的第二能量阈值为E2，且满足E1<E2；设置曝光时长为T；步骤1.2、启动所述X射线源(1)，设置所述X射线源(1)的管电压为E3，且满足E2<E3；步骤1.3、利用所述单光子计数探测器(2)按照所述曝光时长T同时获取在能量区间[E1 E2]的X射线强度下的第一背景光强数据以及在能量区间[E2 E3]的X射线强度下的第二背景光强数据步骤1.4、关闭所述X射线源(1)和所述单光子计数探测器(2)；步骤2、获取被成像物体的光强数据：步骤2.1、将被成像物体(3)沿Z轴向放置在所述X射线源(1)和所述单光子计数探测器(2)的中间；并将所述X射线源(1)与所述被成像物体(3)在沿Z轴向上的相对距离记为L
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，且满足0＜L
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＜L
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；设置所述被成像物体(3)与所述单光子计数探测器(2)在沿X轴向上中心对齐、在沿Y轴向上中心对齐；步骤2.2、启动所述单光子计数探测器(2)，设置所述单光子计数探测器(2)的第一能量阈值仍为E1；设置所述单光子计数探测器(2)的第二能量阈值仍为E2；设置曝光时长仍为T；步骤2.3、启动所述X射线源(1)，设置所述X射线源(1)的管电压仍为E3；步骤2.4、利用所述单光子计数探测器(2)按照所述曝光时长T同时获取在能量区间[E1 E2]的X射线强度下所述被成像物体(3)的第一光强数据以及在能量区间[E2 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志立，陈恒，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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