[发明专利]一种基于迭代算法的X射线衍射增强成像方法

权利要求书

1.一种基于迭代算法的X射线衍射增强成像方法，其特征是应用于衍射增强成像系统中，所述衍射增强成像系统是以X射线的传播方向为Z轴向，并在沿Z轴向上依次设置有X射线源(1)、单色晶体(2)、分析晶体(3)和探测器(4)；所述X射线衍射增强成像方法是按如下步骤进行：

步骤1、设置各器件相关位置满足：0＜d₁＜d₃＜d₄，其中，d₁为所述单色晶体(2)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离，d₃为所述分析晶体(3)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离，d₄为所述探测器(4)与所述X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离；

步骤2、获取背景投影数据：

步骤2.1、以所述分析晶体(3)的衍射面的法线为旋转轴；

步骤2.2、设置所述分析晶体(3)沿所述旋转轴的第一个角位置为θ₁；启动所述X射线源(1)后，利用所述探测器(4)按照曝光时长t1获取第一背景投影数据I₁；

步骤2.3、设置所述分析晶体(3)沿所述旋转轴的第二个角位置为θ₂；

利用所述探测器(4)按照曝光时长t2获取第二背景投影数据I₂；

步骤2.4、设置所述分析晶体(3)沿旋转轴的第三个角位置为θ₃；

利用所述探测器(4)按照曝光时长t3获取第三背景投影数据I₃后，关闭所述X射线源(1)；

步骤3、获取被成像物的投影数据：

步骤3.1、将所述被成像物(5)沿Z轴向放置在所述单色晶体(2)和所述分析晶体(3)的中间；并将所述被成像物(5)与X射线源(1)在沿Z轴向上的相对距离记为d₂，且满足d₁＜d₂＜d₃；

步骤3.2、设置所述分析晶体(3)沿旋转轴的第一个角位置为θ₁；

启动所述X射线源(1)后，利用所述探测器(4)按照所述曝光时长t1获取所述被成像物(5)的第一投影数据I′₁；

步骤3.3、设置所述分析晶体(3)沿旋转轴的第二个角位置为θ₂；利用所述探测器(4)按照曝光时长t2获取所述被成像物(5)的第二投影数据I′₂；

步骤3.4、设置所述分析晶体(3)沿旋转轴的第三个角位置为θ₃；利用所述探测器(4)按照曝光时长t3获取所述被成像物(5)的第三投影数据I′₃后，关闭所述X射线源(1)；

步骤4、基于迭代算法提取所述被成像物(5)的吸收信号T：

步骤4.1、定义迭代次数为k，并初始化k＝1；

利用式(1)得到第k次迭代下的吸收信号T^k：

步骤4.2、利用式(2)提取所述被成像物(5)在第k+1次迭代下的吸收信号T^k+1：

式(2)中，表示第k次迭代后的偏置校正，并有：

式(3)中，c是所述衍射增强成像系统的光强曲线的偏置，且c＞0；

步骤4.3、判断|T^k+1-T^k|＜ε₁是否成立，若成立，则表示迭代结束，得到最终的吸收信号T＝T^k+1，否则，将k+1赋值给k后，返回步骤4.2；其中，ε₁为给定的阈值；

步骤5、基于迭代算法提取所述被成像物(5)的折射信号θ_R：

步骤5.1、初始化k＝1；

利用式(4)得到第k次迭代下的折射信号

步骤5.2、利用式(5)提取所述被成像物(5)在第k+1次迭代下的折射信号

步骤5.3、判断是否成立，若成立，则表示迭代结束，得到折射信号否则，将k+1赋值给k后，返回步骤5.2执行；其中，ε₂为另一个给定的阈值；

步骤6、基于迭代算法提取所述被成像物(5)的散射信号

步骤6.1、初始化k＝1；

利用式(6)得到第k次迭代下的散射信号

步骤6.2、利用式(7)提取所述被成像物(5)在第k+1次迭代下的散射信号

步骤6.3、判断是否成立，若成立，则表示迭代结束，得到散射信号否则，将k+1赋值给k后，返回步骤6.2执行；其中，ε₃为第三个给定的阈值；

以所述被成像物(5)的吸收信号T、折射信号θ_R、散射信号作为所述衍射增强成像方法的结果。

2.根据权利要求1所述的X射线衍射增强成像方法，其特征是：

所述被成像物(5)的第一投影数据I′₁满足式(3.1)：

式(3.1)中，σ_r是所述衍射增强成像系统的光强曲线的角宽度；

所述被成像物(5)的第二投影数据I′₂满足式(3.2)：

所述被成像物(5)的第三投影数据I′₃满足式(3.3)：