多能谱x射线光栅成像系统与成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及X射线光栅成像技术，特别是涉及一种多能谱X射线光栅成像系统与 成像方法。
【背景技术】
[0002] 在现有技术例如CT扫描设备中，利用X射线对物体进行扫描成像得到了广泛地应 用。传统的X射线扫描成像一般利用被测材料对X射线的衰减特性来W非破坏性方式检查 物体的内部结构。若物体内部的各部分结构组成的密度差异明显，则传统的X射线成像技 术的效果尤为显著。但对于轻元素构成的物质，它们对X射线来说是弱吸收物质，所W用传 统的X射线成像技术几乎看不到它们内部的具体结构。即使用其它辅助的手段，例如给生 物组织打上造影剂也很难得到清晰的图像，送造成了很多的缺憾。在上世纪九十年代，出现 了 X射线相衬成像技术。相衬成像是通过捕捉X射线的相移信息来观察物体内部的电子密 度变化，从而掲示物体的内部结构。开始时，出现的相衬成像方法一般通过利用相干或者部 分相干的X射线的干涉或衍射现象来增强福射图像的低对比度分辨率。而在此基础上，在[0003] 另外，在X射线成像的技术发展过程中，也出现了暗场成像的技术。暗场成像是利 用非直射光例如散射光、衍射光、折射光和英光等对物质材料进行成像的技术，通过物质对 X射线散射能力的差异来对物质内部结构进行成像。对于暗场成像，由于硬X射线独特的光 学性质，所需的光学元件制作非常困难，所W硬X射线的暗场成像一直难W较住地实现。然 而，硬X射线的暗场成像技术在对物质内部微细结构分辨和探测能力上相对于明场成像和 相衬成像具有独到的优势。由于硬X射线的散射在微米量级或甚至纳米量级尺度，因而硬 X射线暗场成像技术能够看到硬X射线明场成像和相衬成像都无法分辨到的物质内部超微 细结构。其中，于2009年，在公开号为"101943668A"、发明名称为"X射线暗场成像系统和 方法"巧利文献3)的专利申请中，其中该专利申请的全部内容在此通过参照引入到本申 请，黄志峰等人提出了利用X射线对物体进行暗场成像的技术方案，送包括；向被测物体发 射X射线；使得两块吸收光栅之一在至少一个周期内进行步进；在每个步进步骤，探测器接 收X射线，并转化为电信号；经过至少一个周期的步进，探测器上每个像素点处的X射线光 强表示为一个光强曲线；根据探测器上每个像素点处的光强曲线与不存在被检测物体情况 下的光强曲线的对比度，计算得到每个像素的散射角分布的二阶矩；在多个角度拍摄物体 的图像，然后根据CT重建算法可w得物体的散射信息图像。
[0004] 在前述的光栅成像技术中，都需要采用步进技术测量出探测器上每个探测单元 (像素点）的光强曲线。其中，所利用的步进技术的基本原理为：源光栅紧邻X光机源固定 不动后，在基于化化ot-Lau干涉法的技术中，位相光栅或者解析光栅在一个光栅周期范围 内相对平行移动若干步；而在基于经典光学方法的技术中，两块吸收光栅在一个光栅周期 范围内相对平行移动若干步。每一步探测器采集一张图像。完成一个光栅周期内的采集过 程后，通过比较每个像素点对应的样品光强曲线与背景光强曲线的差异可计算出折射图像 信息、衰减图像信息和暗场图像信息。传统的步进技术一般是平移位相光栅或者解析光栅 或吸收光栅，于2010年，在公开号为"102221565A"、发明名称为"X射线源光栅步进成像系 统与成像方法"(专利文献4)的专利申请中，其中该专利申请的全部内容在此通过参照引入 到本申请，黄志峰等人提出了 X射线源光栅步进的方法，由于源光栅的周期在几十微米级， 相对于传统的步进方法大大降低了步进精度要求。
[0005] 在前述的光栅成像技术中，均采用传统的能量沉积型X射线探测器，其对于常规X 射线光源(例如，常规X射线光机、分布式X射线源、X射线加速器等）产生的宽能谱X射线 仅能获取扫描物体的加权平均意义下的能量响应，其会产生射线硬化等问题，同时不能实 现对物质成分的有效识别。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的缺陷，在已经提出的X射线光栅相衬成像和暗场成像W及X射线 源光栅步进成像系统等技术的基础上，同样地基于X射线光栅成像技术，本发明提出了一 种非相干方法实现的多能谱X射线光栅成像系统与成像方法，其采用能谱分辨型X射线探 测器，实现对常规X射线光源产生的宽能谱X射线能量范围的不同能量段的探测（X射线能 量范围是0到出束能量的设定值)，W此解决能谱硬化等问题，并对不同能量段的物体成像， 获得能量维度的信息，实现对物质成分的识别。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提供一种多能谱X射线光栅成像系统，其特征在于，具 备： 非相干X射线源，发射用于对被检测物体进行照射的X射线； 光栅模块，包括彼此平行配置且依次布置在X射线传播方向上的第一吸收光栅和第二 吸收光栅；W及 能谱分辨型X射线探测器，接收通过了所述第一 W及第二吸收光栅的X射线。
[0008] 此外，在本发明的多能谱X射线光栅成像系统中，所述第一吸收光栅和所述第二 吸收光栅之一在其至少一个周期范围内进行相位步进动作，在每个相位步进过程，所述非 相干X射线源发射X射线对被检测物体进行照射，所述能谱分辨型X射线探测器接收X射 线并对X射线进行能谱分辨，经过一次相位步进过程和数据采集，所述能谱分辨型X射线探 测器上每个像素点处每个能量段的X射线的光强表示为一个光强曲线。
[0009] 此外，在本发明的多能谱X射线光栅成像系统中，还具备；源光栅，配置在所述非 相干X射线源与被检测物体之间的靠近所述非相干X射线源的位置并且能够在平行于所述 第一 W及第二吸收光栅的方向上移动，所述第一 W及第二吸收光栅固定不动，使所述源光 栅在其至少一个周期范围内进行步进动作，在每个相位步进过程，所述非相干X射线源发 射X射线对被检测物体进行照射，所述能谱分辨型X射线探测器接收X射线并对X射线进 行能谱分辨，经过一次相位步进过程和数据采集，所述能谱分辨型X射线探测器上每个像 素点处每个能量段的X射线的光强表示为一个光强曲线。
[0010] 此外，在本发明的多能谱X射线光栅成像系统中，还具备：致动装置，能够使被检 测物体相对于所述多能谱X射线光栅成像系统整体相对地旋转一个角度。
[0011] 此外，在本发明的多能谱X射线光栅成像系统中，在每个所述旋转角度下，重复进 行一次相位步进过程，然后根据预定CT图像重建算法来重建所述被检测物体的图像。
[0012] 此外，在本发明的多能谱X射线光栅成像系统中，所述多能谱X射线光栅成像系统 具备计算机工作站，所述计算机工作站具备；数据处理模块，用于进行数据信息的处理，并 从中计算得出所述被检测物体上各点的像素值；图像重建模块，用于根据计算得出的像素 值重建所述被检测物体的图像；控制模块，用于控制所述非相干X射线源、光栅模块W及所 述能谱分辨型X射线探测器。
[0013] 此外，在本发明的多能谱X射线光栅成像系统中，所述计算机工作站具备；显示单 元，用于显示所述被检测物体的图像。
[0014] 此外，在本发明的多能谱X射线光栅成像系统中，所述计算机工作站能够从存在 所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中计算出X 射线在所述被检测物体上预定点的折射信息，并由此计算出相应的像素值。
[0015] 此外，在本发明的多能谱X射线光栅成像系统中，所述计算机工作站能够从存在 所述被检测物体的光强曲线和不存在所述被检测物体的背景光强曲线的对比中