[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

说明书

本发明公开了一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法，是应用于沿Z轴向上依次设置有X射线源、单光子计数探测器所构成的X射线相位传播成像系统中；X射线源出射的X射线在穿透被成像物体后，自由传播一定空间距离后，入射到单光子计数探测器；入射X射线的强度分布被单光子计数探测器测量并记录；利用物质分解算法处理单光子计数探测器记录的光强数据，获取被成像物体的物质分解结果。本发明能够解决一次曝光下，被成像物体的定量、准确的物质分解问题，提高了X射线相位传播成像的实验效率；从而避免了像素配准伪影、运动伪影，并提高了被成像物体的物质分解结果的准确性。

技术领域

本发明涉及X射线投影成像领域，具体的说是一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法。

背景技术

经过二十多年来的成像理论完善和应用探索研究，X射线相位传播成像已经发展成为传统X射线成像技术的强力补充。原理上来说，被成像物体的吸收信号和相移信号对探测器直接测量的强度分布都有显著贡献。利用发展的信号提取公式，能够从探测器测量的强度数据中，提取得到被成像物体的吸收信号和相移信号。特别的，X射线相位传播成像对被成像物体内部不同材料的分界面非常敏感，能够区分、识别不同材料的空间分布。另外，X射线相位传播成像还具有高密度分辨率、高空间分辨率等优点，在临床乳腺成像、肺部病变早期诊断、公共安全检查等领域具有广阔的应用前景。

在X射线相位传播成像中，物质分解方法能够实现对不同物质材料的识别，在医学成像、无损检测等领域具有重要的应用价值。现有物质分解方法是利用能量积分探测器，对被成像物体先后进行两次曝光来测量得到两个不同能量区间的X射线强度数据。即现有物质分解方法要求的两个不同光强数据不是同时获取的。两个不同光强数据的非同时获取会严重降低X射线相位传播成像的物质分解结果的准确性。第一，现有物质分解方法要求对被成像物体进行先后两次曝光，以测量两个不同的光强数据。这就降低了X射线相位传播成像的实验效率。第二，外部振动等因素会导致非同时获取的两个光强数据不可避免地存在像素偏移。因此，在计算物质分解结果前，现有方法要求先对两个光强数据进行像素配准。但是，像素配准的插值计算会引入光强数据误差，进而导致物质分解结果的像素配准伪影，降低物质分解结果的准确性。第三，被成像物体总是有着一定内部或外部运动的。这就导致非同时获取的被成像物体的两个光强数据存在有像素偏移。类似地，需要对两个光强数据进行基于插值运算的像素配准。这就不可避免地引入了光强数据误差，导致物质分解结果的准确性的下降。这些局限性制约了X射线相位传播成像的物质分解在临床医学诊疗、安全检查等领域的推广应用。因此，发展新的X射线相位传播成像的物质分解方法，就成为X射线相位传播成像在实际推广应用中需要解决的问题之一。

发明内容

本发明为避免现有X射线相位传播成像的物质分解方法的不足，提出一种一次曝光的X射线相位传播成像的物质分解方法，以期在对被成像物体仅进行一次曝光时，能够从单光子计数探测器测量的光强数据中定量获得被成像物体的物质分解结果，从而为实现快速、准确、高效的X射线相位传播成像的物质分解提供新途径。

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、单光子计数探测器组成的X射线相位传播成像系统中；

以所述X射线源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、单光子计数探测器；设置所述X射线源与所述单光子计数探测器在沿Z轴向上的相对距离为L₁₂；设置所述X射线源、单光子计数探测器在沿X轴向上中心对齐、在沿Y轴向上中心对齐；其特点是，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：