[发明专利]一种基于迭代算法的X射线衍射增强成像方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代算法的X射线衍射增强成像方法，是应用于沿X射线传播方向上依次设置有X射线源、单色晶体、分析晶体和探测器所构成的衍射增强成像系统中，X射线入射到单色晶体表面被衍射，出射的单色准直X射线在穿透被成像物后入射到分析晶体表面后被衍射，出射X射线入射到探测器后，X射线的强度被探测器检测并记录，以分析晶体的衍射面的法线为旋转轴，并利用探测器记录分析晶体在三个不同角位置的投影数据，从而利用提出的迭代算法处理探测器记录的投影数据，得到被成像物的吸收、折射和散射信号。本发明能够解决光强曲线的偏置不为零时被成像物的折射信号和散射信号的准确提取问题。

技术领域

本发明涉及X射线成像方法领域，具体的说是一种基于迭代算法的X射线衍射增强成像方法。

背景技术

经过100多年来的不断发展，X射线成像技术在临床医学诊疗、公共安全检查、材料科学等众多领域得到了广泛的应用。对于含重金属元素的物体，利用X射线吸收衬度成像技术，能够得到很好的成像效果。然而，对于有机复合材料、人体软组织等主要由低原子序数元素组成的物体，它们对X射线的衰减非常弱，利用吸收衬度成像技术，获得的图像质量很差。为了克服这一局限性，科学家们陆续发展了一系列的多模式X射线成像方法，作为传统吸收衬度成像技术的有力补充。这些新的成像方法能够利用X射线穿过物体时的相移信号、散射信号来形成图像衬度，在对弱吸收物体成像时能够得到很好的图像质量。其中，衍射增强成像方法是利用晶体衍射对入射X射线角度的选择性，将物体中折射率变化导致的X射线传播方向的微小变化筛选出来。衍射增强成像方法能够同时获取被成像物体的吸收、折射和散射信号，并具有高空间分辨率、高灵敏度等优点，在乳腺/关节成像、多孔复合材料的三维空间结构研究等领域得到了日益广泛的应用。

当前，X射线衍射增强成像方法普遍采用多图统计法来进行多模式成像的数据采集和被成像物体的吸收、折射和散射信号的提取。多图统计法要求：以分析晶体的衍射面的法线为旋转轴，对分析晶体进行角位置步进扫描、采集几十张投影图像，导致很长的数据采集时间，降低了实验效率；对被成像物体进行多次(实验上一般是几十次)曝光，增加了被成像物的辐射损伤风险。更加重要的是，在光强曲线的偏置不为零时，多图统计法不能准确提取被成像物体的折射信号和散射信号。这些局限性阻碍了X射线衍射增强成像在动态多模式成像、多孔材料定量表征等领域的推广应用。因此，发展新的衍射增强成像方法，克服多图统计法要求分析晶体角位置步进扫描、被成像物体的多次曝光、光强曲线偏置为零的局限性，已经成为推动X射线衍射增强成像方法实际应用进程中亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明为避免现有成像方法的不足之处，提出一种基于迭代算法的X射线衍射增强成像方法，以期能摒弃繁琐的分析晶体的角位置步进扫描，简化X射线衍射增强成像过程；只需对被成像物体作三次曝光，就能够同时获取被成像物的吸收、折射和散射信号，以降低辐射损伤风险；并在光强曲线的偏置不为零时，能够准确提取被成像物的折射信号和散射信号，从而为实现快速、准确、低辐射损伤的X射线衍射增强成像提供新途径。

为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种基于迭代算法的X射线衍射增强成像方法的特点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、单色晶体、分析晶体和探测器；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为所述单色晶体与所述X射线源在沿Z轴向上的相对距离，d₃为所述分析晶体与所述X射线源在沿Z轴向上的相对距离，d₄为所述探测器与所述X射线源在沿Z轴向上的相对距离；

步骤2、获取背景投影数据：

步骤2.1、以所述分析晶体的衍射面的法线为旋转轴；