br>[0111] 目前，拍摄多幅图像是发展的主流，但是会使样品遭受过量的辐射，而且大幅度延 长成像数据采集时间，不符合简便、快速和低剂量的要求。本发明只需要拍摄两张不同的图 像，即可解决上述技术问题。
[0112] 首先，由分析光栅透射光强和相位光栅入射光强之间的关系，可以得到分析光栅 的透射光强和样品入射光强之间的关系，通过移动分析光栅到一定的位置，使光强随着折 射角线性变化并得到其公式。本发明的一个实施例中，将样品放入样品扫描平台后，为样品 拍摄一幅第一图像(正面像)，然后，以Y轴为转轴，将样品旋转180度，再拍摄一幅第二图像 (反面像)，其中，样品旋转不局限于180度，当不为180度时，需要增加一个计算因子。由于 正面像和反面像吸收衰减相同，折射角相反，从而可以得到两幅图像的数学表达式，这样较 旋转角度不是180度的情况而言计算更加方便。
[0113] 最后，将正面像和反面像的数学公式相加，可解出样品的吸收像，如图8所示；将 上述两数学公式的差除以它俩的和，可解出折射角像，如图9所示。吸收像与折射角像的详 细推导过程请参考麦振洪编著的《同步辐射光源及其应用》（科学出版社2013年3月出版， p658 ~660, ISBN :9787030365347)。
[0114] 获得吸收像与折射角像后，再结合CT断层成像理论进行三维成像。即，由吸收 像和折射角像可得到相位二阶导数像，进而分离出相移像，并利用相移像、水平折射角像、 垂直折射角像和相位二阶导数像从一个断层推广到多个断层，从而进行样品结构的三维重 建。由于相位项在样品坐标系下的导数满足不随样品旋转而变的特点，将其作为重建函数， 进一步得到滤波反投影重建公式和卷积反投影重建公式，并将标题函数重建推广到矢量函 数重建。三维重建方法的详细推导过程请参考麦振洪编著的《同步辐射光源及其应用》（科 学出版社 2013 年 3 月出版，p663 ~679, ISBN :9787030365347)。
[0115] 基于上述的系统与方法，本发明的一个实施例选用以下结构参数，其中，
[0116] X射线源，焦斑直径不大于50 iim;
[0117] 光源光栅，光栅常数不大于10 U m，光栅面积为3cmX 3cm ;
[0118] 光源光栅与X射线源距离不大于2mm。
[0119] 本实施例的效果以下：可以分辨Imm样本中小于50 iim的组织结构形态，如可实现 对病理样品中皮肤组织的汗腺毛囊分辨；可以分辨小于Imm的血管，区分血管内部和外壁； 分辨乳房组织样品中小于50 y m的微小钙化点等，也可用于的 有机材料小块内部组成均一性测试；成像时间缩短到传统探测器成像时间的1/10。
[0120] 本发明将光子计数探测器与光栅相位衬度成像结合在一起，在低辐射剂量和样品 不被破坏的基础上，能够对弱吸收物质进行高对比度的成像，将很好地解决光栅相衬到达 探测器光子少，长时间积分又会引入噪声的问题，将能有利于相衬显微CT的进一步发展。
[0121] 上面对本发明所提供的基于光栅相位衬度和光子计数的X射线成像系统及方法 进行了详细的说明。对一般领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它 所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
【主权项】
1. 一种基于光栅相位衬度和光子计数的X射线成像系统，包括， X射线源，用于产生X射线， 光源光栅，用于将所述X射线源发出的X射线分成多个相干光源， 样品扫描平台，用于承载待测样品， 相位光栅，用于对X射线进行分束，并使分束后的X射线发生非相干干涉， 分析光栅，用于将X射线的相位信息转变为X射线的光强信息， 三维重建系统，根据图像对所述样品的结构进行三维重建， 其特征在于，还包括， 光子计数探测器，用于探测某时间段内到达其表面的X射线的光子以形成图像，并传 输到所述三维重建系统； 所述光源光栅设置在所述X射线源与所述样品之间，所述相位光栅设置在所述样品另 一侧与所述分析光栅之间，在所述分析光栅的另一侧设置光子计数探测器，所述光子计数 探测器与所述三维重建系统连接。2. 如权利要求1所述的X射线成像系统，其特征在于， 所述光子计数探测器是由多个像素构成的面阵探测器，其中每个所述像素包括光电转 换层、前置放大器、事件检出单元、能级鉴别比较器、脉冲整形器、计数器、累加器以及输出 总线；其中， 光电转换层，将单光子转换为电信号，传输至到前置放大器将信号放大； 事件检出单元，将放大信号中的噪声滤除，并发送至能级鉴别比较器； 能级鉴别比较器，对有效信号分级进入脉冲整形器进行脉冲整形； 计数器，对脉冲信号计数，并输入累加器和输出总线。3. 如权利要求2所述的X射线成像系统，其特征在于， 每个所述像素对捕获的光子进行强度测量、阈值比较，记录特定时间窗口内通过所述 像素的光子总数，获得该像素位置上的强度信息。4. 一种基于光栅相位衬度和光子计数的X射线成像方法，基于权利要求1所述的X射 线成像系统实现，其特征在于包括如下步骤： 步骤1 :在样品扫描平台没有样品时，所述X射线成像系统采集基准图像； 步骤2 :在样品扫描平台上放入样品，所述X射线成像系统采集第一图像； 步骤3 :将所述样品扫描平台旋转一定角度，所述X射线成像系统采集第二图像； 步骤4 :所述X射线成像系统基于步骤1~步骤3中的三幅图像，进行样品结构的三维 重建。5. 如权利要求4所述的X射线成像方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括以下步 骤： 步骤11 :X射线源向光源光栅发射X射线，所述光源光栅将X射线分成多个相干光源； 步骤12 :多个相干光源发出的X射线由相位光栅进行分束，并产生非相干干涉，形成干 涉条纹； 步骤13 :分析光栅将步骤12中分束的X射线的相位信息转变成X射线的光强信息，并 照射到光子计数探测器的表面； 步骤14 :所述光子计数探测器对到达表面的所述X射线的光子进行计数，形成基准图 像。6. 如权利要求5所述的X射线成像方法，其特征在于， 所述步骤11中，所述光源光栅的相邻两缝的X射线之间不相干，并且产生的干涉条纹 错位一个周期。7. 如权利要求4所述的X射线成像方法，其特征在于，所述步骤2或3进一步包括以下 步骤： 步骤21 :X射线源向光源光栅发射X射线，光源光栅将X射线分成多个相干光源； 步骤22 :多个相干光源发出的X射线穿透样品后，一部分X射线相位发生变化； 步骤23 :相位光栅将相位发生变化与未发生变化的全部X射线进行分束，并产生非相 干干涉，得到变形的干涉条纹； 步骤24 :分析光栅将步骤23中分束后的X射线的相位信息转变成X射线的光强信息， 并照射到光子计数探测器的表面； 步骤25 :光子计数探测器对到达其表面的所述X射线的光子进行计数，形成图像。8. 如权利要求5~7中任意一项所述的X射线成像方法，其特征在于， 所述步骤14或步骤25中，所述光子计数探测器通过计数器获得每个像素点的光子累 加值形成投影图，用于重建所述样品的三维结构。9. 如权利要求4所述的X射线成像方法，其特征在于， 所述步骤3中，样品扫描平台的旋转角度为180度。10. 如权利要求4所述的X射线成像方法，其特征在于， 所述步骤4中，根据吸收像和折射角像得到相位二阶导数像，并分离出相移像，结合所 述相移像、所述折射角像和所述相位二阶导数像从一个断层推广到多个断层，以重建所述 样品的三维结构。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光栅相位衬度和光子计数的X射线成像系统及方法。其中，X射线经光源光栅整形后，变成相干X射线，穿过样品以后的含有相位变化的相干X射线经相位光栅，形成分束的X射线，再经过分析光栅后将X射线的相位变化转化成光强的变化，然后再由光子计数探测器记录下强度不同的X射线相衬信息，通过三维重建系统得到基于相位衬度的断层影像，最终获得软组织样品的组成成份和内部精细结构信息。本发明可以用于医院病理科、放射科和科研部门对软组织样品标本的检验，有利于发现组织样品中的细小病灶等早期病变信息，大大提高检出率。
【IPC分类】A61B6/00
【公开号】CN104970815
【申请号】CN201410137171
【发明人】郑海亮, 李运祥, 曹红光
【申请人】曹红光, 李运祥, 郑海亮
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月4日