[发明专利]基于横向错位光栅的三维锥束计算机层析成像方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于横向错位光栅的X射线光栅差分相位衬度三维锥束计算机层析成像方法及装置，该方法包括：以横向错位吸收光栅布置Talbot‑Lau三维锥束层析成像结构；以上述结构获取X射线穿过物体后的二维强度图像序列；以傅里叶分析法从采集到的二维强度图像中分离出X射线吸收衬度、差分相位衬度及散射衬度三种图像序列；利用吸收衬度、差分相位衬度和散射衬度滤波反投影重建算法分别对三种衬度图像序列进行图像重建获得物体三种衬度CT切片图像。本发明无需对吸收光栅进行步进，以传统基于X射线衰减的CT扫描方法即可获得三种衬度CT切片图像，大幅减小了成像时间，降低了成像剂量，提高了系统成像效率和稳定性。

技术领域

本发明涉及X射线计算机层析成像技术领域，尤其涉及一种基于横向错位光栅的X射线光栅差分相位衬度三维锥束计算机层析成像方法及装置。

背景技术

在X射线计算机层析成像(Computed Tomography，简称CT)系统中，X射线源发出X射线，从不同角度穿过被检测物体的某一区域，放置于射线源对面的探测器在相应角度接收。然后，根据各角度射线不同程度的衰减，利用一定的重建算法和计算机进行运算，重建出物体被扫描区域的射线线衰减系数分布映射图像，从而实现由投影重建图像，无损地再现物体在该区域内的介质密度、成分和结构形态等特征。

传统基于X射线衰减原理的CT技术仅能获得物体内部结构的吸收衬度图像，对低原子序数材料结构样品难以获得高对比度图像。近年，相位衬度成像技术被提出来提高这些低衰减样品的成像衬度。如，袁清习等，同步辐射硬X射线衍射增强峰位成像CT研究，Chinese Physics C,vol.29.No.10,pp:1023-1026,2005,实现了一种衍射增强相衬成像方法；Pfeiffer F 等，Phase retrieval differential phase-contrast imaging withlow-brilliance x-ray sources,Nature Physics,vol.2,no.4,pp.258-261,2006,提出了一种基于光栅的差分相衬方法；Zanette I等, Speckle-based x-ray phase-contrastimaging using a grating interferometer,Physical review letter, vol.112,no.25,2014,提出了一种散斑相衬成像技术。这其中，基于光栅的差分相衬方法能采用普通X光管实现，具有重大工程应用前景，得到了广泛研究。

但现有基于光栅的差分相衬方法大都是基于吸收光栅平移步进的传统方法，成像时间长，剂量大，稳定性低，效率不高，制约了其进一步工程应用。

目前，尚未发现基于横向错位吸收光栅的X射线光栅差分相位衬度三维锥束计算机层析成像装置。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺陷，提供一种基于横向错位光栅的X射线光栅差分相位衬度三维锥束计算机层析成像方法及装置。

本发明采用的技术方案为：一种基于横向错位光栅的X射线光栅差分相位衬度三维锥束计算机层析成像方法，包括如下步骤：

步骤1、以基于横向错位光栅的Talbort-Lau三维层析成像结构获取X射线穿过物体后的二维投影图像序列；所述二维投影图像序列是物体沿轴向转动过程中，所属探测器周期性采集X射线穿过物体后的二维投影，且在一个采集周期中采集得到一幅所述物体的二维投影图像；

步骤2、对所述二维投影图像序列进行傅里叶变换分离出X射线吸收衬度、差分相位衬度及散射衬度三种衬度图像；

步骤3、使用吸收衬度、差分相位衬度及散射衬度滤波反投影重建算法分别对三种衬度二维图像序列进行图像重建，获得所述物体吸收衬度、相位衬度和散射衬度三种CT切片图像。

进一步地，所述的横向错位吸收光栅布置Talbot-Lau成像结构，包括：