[发明专利]用于相衬X射线成像的系统和方法

说明书

一种微分相衬X射线成像系统包括：X射线照射系统；布置在X射线照射系统的辐射路径中的分束器；以及被布置在辐射路径中以检测通过分束器之后的X射线的检测系统。

相关申请的交叉引用

本申请要求保护对Dan Stutman于 2014年5月9日提交的序列号为61/990,831的题为“System and Method for Phase-Contrast X-Ray Imaging”的美国临时专利申请的优先权和权益，通过引用将其整体合并于此。本申请还与Dan Stutman和MichaelFinkenthal的2013年1月31日提交序列号为13/493,392的题为“Differential PhaseContrast X-ray imaging System and Components”的美国专利申请、2014年2月6日提交的编号为14/174,830的题为“Systems and Method for Phase-Contrast X-Ray Imaging”的美国专利申请、2014年2月10日提交的编号为14/176,655题为“Large Field of ViewGrating Interferometers for X-ray Phase Contrast Imaging and CT at HighEnergy”的美国专利申请有关，通过引用以其整体合并于此。

技术领域

本公开涉及X射线系统，并且更特别地涉及微分相衬X射线成像系统和X射线照明系统。

背景技术

X射线微分相衬（DPC）成像依赖于通过物体的X射线的折射。因为对于硬X射线来说折射角处于μ弧度范围，DPC成像所使用的基本技术是以μ弧度分辨率对所发射的X射线射束进行角度滤波，因此将来自折射的射束角偏差转换成常规检测器上的强度变化。使用诸如晶体或光栅之类的X射线光学器件来完成角度滤波。

DPC成像的根本优势是它对被测物体中的密度梯度敏感而不是对其体积X射线吸收敏感。例如在医学成像中，折射在组织边界处具有对比度增强效果，这实现了在其他方面在常规X射线成像中不可见的软组织的检测。在微结构化的软组织（诸如软骨、肌腱、韧带或肌肉）中出现的超小角散射也具有体积对比度增强效果。对于医学成像来说DPC的另一好处是它可以以与常规X射线成像类似或更小的剂量改善对比度和分辨率。这是可能的，因为DPC使用不会被身体吸收的X射线并且因为在X射线能量的情况下软组织折射系数比吸收系数降低慢得多。特别地，对于DPC通过使用平均能量在大约50-80keV范围中的光谱，在折射大大高于吸收的同时软组织剂量被最小化。

X射线相衬也对材料科学中的成像和无损特征（特别关于低Z材料的成像和无损特征）感兴趣。可以使用X射线相衬来以微米级探测范围来探测从聚合物到纤维复合材料、到木材、以及到设计的生物材料的材料的结构和缺陷。还可以用中子来应用用于X射线相衬的各技术中的一些技术。近来X射线相衬已经在聚变能研究中引起关注，在聚变能研究中基于折射的成像以测量物体中密度梯度的能力可以被用于诊断惯性约束聚变（ICF）和其他高能量密度物理（HEDP）实验中的高密度等离子体。

直到最近，通过使用晶体光学器件，在同步加速器处关于X射线DPC成像的研究大部分已经完成；同步加速器的高强度补偿晶体光学器件的低效率（小于a%的百分之一）。尽管存在针对发展桌面同步加速器或使用来自常规管的窄K_α线的尝试，但晶体方法尚未进入实际应用的领域。因此，对开发可以与常规医学或工业X射线管一起工作的更有效OPC方法和光学器件感兴趣。