[发明专利]一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法

权利要求书

1.一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法，是应用于由X射线源(1)、单光子计数探测器(2)组成的X射线相位传播成像系统中；

以所述X射线源(1)的位置点为坐标系原点O，以射线轴方向为Z轴向，垂直于射线轴、且平行于所述单光子计数探测器(2)的水平列方向为Y轴向，以共同垂直于射线轴和所述单光子计数探测器(2)的水平列方向为X轴向，建立直角坐标系O-XYZ；

在沿Z轴向上依次设置有所述X射线源(1)、单光子计数探测器(2)；设置所述X射线源(1)与所述单光子计数探测器(2)在沿Z轴向上的相对距离为L₁₂；设置所述X射线源(1)、单光子计数探测器(2)在沿X轴向上中心对齐、在沿Y轴向上中心对齐；其特征是，所述X射线相位传播成像的物质分解方法是按如下步骤进行：

步骤1、获取背景光强数据：

步骤1.1、启动所述单光子计数探测器(2)，设置所述单光子计数探测器(2)的第一能量阈值为E1；设置所述单光子计数探测器(2)的第二能量阈值为E2，且满足E1E2；设置曝光时长为T；

步骤1.2、启动所述X射线源(1)，设置所述X射线源(1)的管电压为E3，且满足E2E3；

步骤1.3、利用所述单光子计数探测器(2)按照所述曝光时长T同时获取在能量区间[E1E2]的X射线强度下的第一背景光强数据以及在能量区间[E2 E3]的X射线强度下的第二背景光强数据

步骤1.4、关闭所述X射线源(1)和所述单光子计数探测器(2)；

步骤2、获取被成像物体的光强数据：

步骤2.1、将被成像物体(3)沿Z轴向放置在所述X射线源(1)和所述单光子计数探测器(2)的中间；并将所述X射线源(1)与所述被成像物体(3)在沿Z轴向上的相对距离记为L₁₃，且满足0＜L₁₃＜L₁₂；设置所述被成像物体(3)与所述单光子计数探测器(2)在沿X轴向上中心对齐、在沿Y轴向上中心对齐；

步骤2.2、启动所述单光子计数探测器(2)，设置所述单光子计数探测器(2)的第一能量阈值仍为E1；设置所述单光子计数探测器(2)的第二能量阈值仍为E2；设置曝光时长仍为T；

步骤2.3、启动所述X射线源(1)，设置所述X射线源(1)的管电压仍为E3；

步骤2.4、利用所述单光子计数探测器(2)按照所述曝光时长T同时获取在能量区间[E1E2]的X射线强度下所述被成像物体(3)的第一光强数据以及在能量区间[E2 E3]的X射线强度下所述被成像物体(3)的第二光强数据

步骤2.5、关闭所述X射线源(1)和所述单光子计数探测器(2)；

步骤3、对所述被成像物体(3)的第一光强数据进行归一化处理，得到归一化的第一光强数据I₁，且满足

步骤4、对所述被成像物体(3)的第二光强数据进行归一化处理，得到归一化的第二光强数据I₂，且满足

步骤5、对归一化的第一光强数据I₁进行取对数处理，得到第一处理结果ln(I₁)；

步骤6、对归一化的第二光强数据I₂进行取对数处理，得到第二处理结果ln(I₂)；

步骤7、对第一处理结果ln(I₁)作二维傅里叶变换，得到第一变换结果F₁；

步骤8、对第二处理结果ln(I₂)作二维傅里叶变换，得到第二变换结果F₂；

步骤9、利用式(1)得到所述被成像物体(3)的物质分解的第一分解结果t₁：

式(1)中，表示二维逆傅里叶变换；B₁为第一分解常数，并由式(2)得到；B₂为第二分解常数，并由式(3)得到；D为常数，并由式(4)得到：

式(2)中，是物质分解的第一基材料在能量区间[E2 E3]的等效衰减系数；是物质分解的第一基材料在能量区间[E2 E3]的等效相移系数；R是所述被成像物体(3)与所述单光子计数探测器(2)在沿Z轴向上的等效相对距离，且满足R＝(L₁₂-L₁₃)L₁₃/L₁₂；u是所述单光子计数探测器(2)沿X轴向的空间频率；v是所述单光子计数探测器(2)沿Y轴向的空间频率；

式(3)中，是物质分解的第二基材料在能量区间[E2 E3]的等效衰减系数；是物质分解的第二基材料在能量区间[E2 E3]的等效相移系数；

D＝A₁×B₂-A₂×B₁      (4)

式(4)中，A₁为第三分解常数，并由式(5)得到；A₂为第四分解常数，并由式(6)得到：

式(5)中，是物质分解的第一基材料在能量区间[E1 E2]的等效衰减系数；是物质分解的第一基材料在能量区间[E1 E2]的等效相移系数；

式(6)中，是物质分解的第二基材料在能量区间[E1 E2]的等效衰减系数；是物质分解的第二基材料在能量区间[E1 E2]的等效相移系数；

步骤10、利用式(7)得到所述被成像物体(3)的物质分解的第二分解结果t₂：

以所述被成像物体(3)的第一分解结果t₁、第二分解结果t₂作为所述一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解结果。