[发明专利]一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法

说明书

本发明公开了一种一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法，所述方法包括：S21：调整光源和相位光栅，使平行X射线束垂直入射；S22：空置样品转台，相位光栅沿垂直于平行X射线束且垂直于栅条的方向逐步平移，每平移一步后采集并存储相位光栅的光强值；S23：根据每平移一步后采集的光强值确定角度信号响应函数；S24：调整高分辨率探测器，使探测单元与栅条对齐；S25：放置样品，采集并存储样品的光强值；S26：根据各探测单元采集的各样品单元光强值分别组合出相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的样品投影像；S27：根据相位光栅的角度信号响应函数和四张样品投影像，提取样品信息。本发明无需使用分析光栅，且一次曝光采集即可组合四张投影像。

技术领域

本申请涉及X射线成像技术领域，具体涉及一种一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法。

背景技术

光栅剪切成像(Grating Interferometer，简称GI)是近年发展起来的一种相位衬度成像方法。对于由轻元素组成的样品(如软组织等)，GI可以提供比传统“吸收”衬度大得多的“相位”衬度信息；并且GI方法可以结合普通X射线光源进行成像，有望实现临床应用，因而具有广阔的发展前景。

图1为现有技术中一种典型的光栅剪切成像装置的结构示意图。如图1所示，目前通用的GI装置沿X射线10的传播方向依次包括X射线光源(普通X射线光源或微焦点等常规光源还需设置源光栅，同步辐射光源不需要设置源光栅)、相位光栅20、样品转台、分析光栅40和探测器50。目前通用的信息分离方法是相位步进法，其基本原理为：通过改变分析光栅40和相位光栅20的相对位置，采集探测器50在不同相对位移下曝光采集多张样品30的原始投影图像(一维位移情况下样品至少需要曝光采集4次，二维位移情况下至少需要曝光采集16次)，与无样品30情况下对应采集的投影图像对比分析，进而提取出样品30的吸收、折射和散射信息。上述装置和方法存在样品曝光次数较多、曝光时间较长的缺陷，对于生物样品及临床应用，尽可能降低样品所受辐射剂量是非常必要的。

在上述装置和方法的基础上，葛永帅等人(Y.S.Ge,et al,Opt.Express 22,14246-14252(2014).)提出了“不需要机械移动光栅的一次曝光方法”。此方案的主要创新点是对装置中的分析光栅进行了改造设计。图2为图1所示分析光栅和一种改造后的分析光栅的结构对比示意图。图2(a)所示为通常的分析光栅结构，图2(b)所示为改造后的分析光栅结构。图3为采用改造后分析光栅的光栅剪切成像装置的光路示意图。如图3所示，利用这套改造了分析光栅的方案，该实验组的人证明了此装置可以实现不移动光栅相对位移，一次曝光提取样品不同信息。然而上述装置和方法存在图像空间分辨率较低的缺陷，采用该装置和方法获取的图像空间分辨率为通用装置和方法所获取的图像空间分辨率的1/4，在一定程度上会影响后续对样品的定量分析。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种降低样品曝光辐射，同时维持较好的图像空间分辨率的一次曝光光栅剪切成像装置及数据采集与信息提取方法。

第一方面，本发明提供一种一次曝光光栅剪切成像装置，所述装置包括光源、相位光栅、样品转台和高分辨率探测器。

所述光源用于产生平行X射线束。

所述相位光栅、样品转台和高分辨率探测器沿所述平行X射线束的入射方向依次设置。

所述相位光栅的占空比为1:1，周期为P。

所述样品转台用于放置样品。

所述高分辨率探测器包括若干个排列成二维面阵的探测单元，所述探测单元的边长为P/4，所述高分辨率探测器用于采集并存储所述样品的光强值，所述样品的光强值包括每一探测单元采集的样品单元光强值，以根据各探测单元采集的各所述样品单元光强值分别组合出所述相位光栅位移为0、P/4、P/2、3P/4时的四张样品投影像。