过对穿透样品后的每一个单一 X光子所携带能量进行鉴 另IJ。该类能量信息可W提供更多的样品信息。
[0043] 在上述技术思想的指引下，本发明利用光子计数技术、相衬成像技术和H维重建 技术对弱吸收物质进行无损伤检测，获得具有能量鉴别能力、微米或纳米级空间分辨能力 的数字蜡块，并对数字蜡块进行数字染色，w便观察识别样品的内部组织结构w及物质成 分组成。下面对此展开详细具体的说明。
[0044] 图1为本发明提供的X射线相衬成像系统的整体结构示意图。该X射线相衬成像 系统包括X射线源、用于承载被检测样品的扫描平台、光子计数探测器W及H维重建系统 等组件。其中，X射线源是一种微焦点近单色光源，用于向扫描平台上的样品发射X射线。 该X射线在经过过滤片进行过滤之后，获得近单色的X射线，照射到被检测的样品上。X射 线在穿透样品时，会产生吸收、反射、折射、透射和相移等物理现象，在成像平面产生大量携 带特定空间位置中材料信息的光子。光子计数探测器用于对成像平面的光子进行计数，W 便获得入射光子的投影数据W及能量数据，并传输至H维重建系统。在X射线照射过程中， 被检测的样品随扫描平台不断旋转、翻转，从而使H维重建系统获取不同角度的样本相衬 图像序列。H维重建系统根据投影数据重建样品内部的相位分布；通过H维重建获取具有 能量鉴别级别的像素数据块，根据能量分布图对样品的数字蜡块进行数字染色，对样品内 部的物质成分进行区分。利用该X射线相衬成像系统，可W在病理学、组织学、生物学W及 工业领域实现亚微米级别的成像。
[0045] 下面首先对本发明所提供的X射线相衬成像系统的各个组件进行详细说明。
[0046] 现有的相衬成像方法主要包括干涉法、衍射增强法、类同轴法W及光栅成像法。在 本发明的一个实施例中，采用类同轴法对样品进行相衬成像。由于类同轴法是一种非干涉 法相衬成像方式，需要高度相干或者部分相干的X射线源。为此，需要采用同步福射源或者 微焦点X射线管。
[0047] 在本发明中，所使用的X射线源可W包括同步福射源、微聚焦X射线管等。考虑到 成本等诸方面因素，本发明中优选采用微焦点X射线管。微焦点X射线管采用辆致福射方 式，可W使光源焦点控制在0. 5?5微米之间。如图2所示，为了改善X射线的色纯度，可 W在X射线源的出口处放置过滤片，将低能部分和高能部分滤除，从而获得近似单色的X射 线。
[0048] X射线源的祀面和过滤片的材料选取，对于样品的成像效果发挥很大作用。通常， X射线源的阳极祀面选取鹤、钢、错等金属材料，过滤片选取铅、钢、错或者被等金属材料。在 本发明的一个实施例中，阳极祀面优选为鹤，过滤片的材料优选为铅、钢、错或者被中的一 种。该样的组合方式不仅可W有效减少人类或者动物等活体的X射线福射剂量，降低对活 体组织的潜在破坏，同时还可W保证成像的质量。
[0049] 如图3所示，本发明中使用的扫描平台可W让样品在其上进行全方位的旋转或翻 转，从而便于改变样品的X射线照射角度，获得样品的全方位组织结构信息。上述扫描平台 可W采用现有的成熟产品实现，在此就不具体说明了。
[0050] 本发明采用的类同轴法有要求成像平面必须与样品之间有足够距离，相干的X射 线穿过样品后，产生近场菲涅耳衍射效应。如图4所示，为使光子计数探测器在近场菲涅尔 衍射区成像，需要满足W下条件：X射线管的焦点与扫描平台上的样品之间的距离：
[0051] 尺1 = 1^3冲3/入
[0052] 其中，Ls为空间相干长度，Fs为焦点大小，A为X射线波长。R1可W根据样品规 格大小，进行适当调整。通常情况下，空间相干长度Ls不小于1微米。
[0053] 样品与光子计数探测器之间的距离：
[0054] R2 5 * 5 *M/ 入
[00巧]其中，A是X射线波长，M是放大倍数，M = (R1 + R2)/R1，5是样品需要分辨的 细节。实践中可W通过调整R2的大小，获得对应分辨细节的高质量相衬图像。
[0056] 与现有技术相比较，本发明的一个显著特点在于采用光子计数探测技术而不是传 统的能量积分探测技术。因此，光子计数探测器是实现本发明的核也功能组件之一。参见 图5和图6所示，光子计数探测器是由N*M (N、M均为正整数，一般不低于1024*1024,需要 时可W达到4096*4096 W上)个像素构成的面阵探测器，由光电转换器件与电信号处理电路 直接在像元（Wafer)层面组合而成。每个像素的尺寸根据不同应用场合对于分辨率的要求， 可W从lum到200um不等。其中，像素大小《5*M，5是样品需要分辨的细节，M是放大倍 数；矩阵大小=样品大小*M，例如图中样品大小为5mm，矩阵大小为5mm術品大小）*20倍 二 100mm。
[0057] 光子计数探测器能在极低剂量下获得每一个透过样品X光子的检测，并鉴别每一 个光子的能量。具体地说，光子计数探测器获得X射线穿过样品后的二阶微分相移信息，由 此重建样品的二维或者H维图像。光子计数探测器中的每个像素作为一个探测器单元，相 互独立。每个独立的像素均具有对单一 X射线光子进行捕获、放大、鉴别、阔值比较、整形和 计数的能力。光子计数探测器对成像平面的光子进行计数，通过探测器内部的能量鉴别单 元对每个空间位置上的光子能量进行测量，获得多个参量(至少包含吸收衬度、相位衬度、 单光子能量鉴别等）的入射光子的投影数据和能量数据。
[0058] 如图7所示，该探测器单元包括光电转换层、前置放大器、事件检出单元、能级鉴 另批较器、脉冲整形器、计数器、累加器W及输出总线。其中，光电转换层连接前置放大器的 输入端，该前置放大器的输出端连接事件检出单元，事件检出单元的输出端连接能级鉴别 比较器。在本发明的一个实施例中，上述前置放大器、事件检出单元和能级鉴别比较器均由 运算放大器及其外围电路实现。能级鉴别比较器由4个并联的比较器电路实现。各个比较 器电路中分别设置作为比较基准的比较电压1、比较电压2、比较电压3和比较电压4,各个 比较器电路的输出端依序连接脉冲整形器和计数器。4个计数器的输出端分别连接累加器 W及输出总线。另外，该探测器单元还可W设置若干个(一般常用5个)寄存器，其中一个寄 存器用于存放光子事件的总数，其它的寄存器用于存放不同能级光子被检出的次数。
[0059] 在本发明所提供的光子计数探测器中，光电转换层用于实现光电信号的转化，所 采用的材料可W为娃、蹄化領、蹄锋領、砸的其中一种，在本发明中不进行具体的限定。在 光电转换层中，捕获单个X光子，并形成电子空穴对。电子空穴对在加载的电场作用下，传 送到前置放大器的输入端。前置放大器将单光子事件脉冲放大，并交由事件检出单元进行 滤除噪声处理。X射线穿透样品之后，由于光路上被检测物质原子序数的高低不同，致使到 达光子计数探测器表面的光子能量也有区别，所形成的事件脉冲幅度也有不同。将事件脉 冲与设置阔值口限鉴别比较，可W对低能量的脉冲进行甄别并滤除。能级鉴别比较器的作 用是区分有效的事件脉冲还是随机噪声，并且对有效的事件脉冲进行口限比较。假定能级 鉴别比较器设立的数目为K (K为正整数)，单个X光子的能量可W分为K+ 1个能级鉴别 分组。每个能级鉴别比较器的输出经脉冲整形器的作用，使事件脉冲被整形为一个通道的 脉冲输出，W便进行后续的信号数字化处理。每个能级事件脉冲经脉冲整形器作用后，计数 器分别对不同能级的光子事件进行计数。在设定的计数时间周期内，每个通道的光子事件 被累加，累加和在输出总线的读出周期被并行传输到外部数据处理设备。其中，计数周期为 1/108砂?1砂不等，依据光子流大小和计数器有效位数决定，也根据实际应用进行设定。 每个像素的总线读出仅需要1个时钟周期进行并行传输，读出的同时对所有计数器清零， 接下来继续对光子事件进行计数。上述的时序是可W控制的，W便用于不同的应用场合。计 数与读出的占空比也是可W进行调节的。每个像素的数据包括多个能级的计数和W及累加 和。其中计数和表示像素上光子事件能量信息，累加和表示像素所获得的密度相关的吸收 衰减信息。
[0060] 光子计数探测器通过常用的计算机接口（包括但不限于USB接口、千兆或百兆网 络接口、无线网络接口等）进行数据实时通信，其数据的发送/接收按照逐行的方式进行。 每行包括N个像素的多个信息，每个像素包括强度信号寄存器的数值和多个能级寄存器的 数值，每一峽包括M行的数据。当一个完整N*M的峽图像数据发送完成后，光子计数探测器 向上位计算机发送头文件信息。在峽图像和峽图像之间的间隔处，光子计数探测器与上位 计算机进行命令参数的通信过程。
[0061] 在光子计数探测器的工作过程中，每个像素对捕获的光子进行强度测量，通过对 特定时间窗口内所捕获的光子总数的记录获得该像素位置上的强度信息。像素通过对每个 被捕获的X光子进行阔值比较，可W测量出该X光子所具有的能量级别。一