[发明专利]基于低剂量单步光栅的X射线相位衬度成像

说明书

技术领域

本发明涉及用于基于低剂量单步光栅的X射线相位衬度成像的方法和系统。

背景技术

众所周知，与传统的可见光光学不同，X射线光学中的折射率非常接近于并小于一，因为X射线光子能量经常远大于原子谐振能量。在第一近似中，对于介质中小的且可忽略的各向异性而言，可以利用折射率的复数形式来表示表征组织的光学性质的折射率，包括X射线吸收：                                                ，其中δ是折射率实部的减少量，其表征相移性质，而虚部β描述样本的吸收性质。在传统的基于吸收的放射照相术中，X射线相移信息通常不直接用于图形重构。然而，在光子能量大于10keV处并对于光材料（由低Z元素制成）而言，相移项起到比衰减项更突出的作用，因为δ典型地是β的三个数量级那么大。因此，与传统的基于吸收的成像相比，相位衬度模态可以生成显著更大的图像衬度。此外，远离吸收边缘，δ与X射线能量的平方成反比，而β随能量的四次幂减少。该机制的显著结果在于可以利用比吸收低得多的剂量沉积来获得相位信号，当诸如在生物样本中或在活体系统中必须将辐射伤害纳入考虑时这是非常重要的问题。

为了记录相位信号已经开发了若干方法。可以将它们分类为干涉测量方法（利用晶体）、相位传播方法、基于分析器晶体或基于光栅干涉测量的技术。

在现有技术中，已经论证了在硬X射线区域中使用由玻璃板上的金条制成的透射光栅对的双光栅干涉测量的可行性。该工作自那时以来已经被延伸以使用硬X射线双光栅干涉仪实现三维断层照相相位重构。最近，已经论证了在硬X射线区域中利用低亮度的基于管的X射线源的三光栅干涉测量。该基于实验室的仪器对于生物学、医学中的应用以及对于非破坏性测试而言有很大的兴趣。光栅干涉仪安装在机械上是鲁棒的、易于对齐、对于机械漂移具有低敏感度，并且其对时间相干性（ΔE/E～0.1-0.2）和空间相干性（几微米）的要求是适中的：因此，可以容易地按比例放大仪器到大视场，当与传统的X射线管组合使用时这是重要优点。

这些特性使得光栅干涉测量优于其他相位衬度方法并且设置了广泛使用相位衬度X射线放射照相术和断层照相术的先决条件。

为了从其他贡献分离相位信息，正常采用相位步进方法。横向位移光栅中的一个到入射束同时获取多个投影。检测器平面中每个像素处的强度信号根据位移振荡，并且该强度振荡的相位可以与波前相位轮廓和与对象折射率实部δ的减少量有直接联系。

显而易见，该方法负担有（长）数据获取时间和释放到标本的严格剂量两者的限制。

因此，本发明的目的是提供一种用于提取相位信息的方法和系统，其不需要步进过程，因此克服了数据获取时间和给予标本的剂量两者的限制。

发明内容

该目的由用于从样本获得定量X射线图像的、针对X射线（尤其是硬X射线）的干涉仪关于系统根据本发明来实现，该干涉仪包括：

a）X射线源；

b）优选地为透射几何形状的除布拉格晶体之外的衍射光学元件，下文称作分束器光栅；

c）具有空间调制检测灵敏度的位置敏感检测器，具有多个独立像素；

d）用于记录检测器的图像的装置；

e）用于评估一系列图像中每个像素的强度从而针对每个独立像素将对象的特性标识为吸收主导像素和/或差分相位衬度主导像素和/或X射线散射主导像素的装置；

其中通过从0到π或2π连续旋转或步进旋转样本或相对于样本连续旋转或步进旋转干涉仪和源来采集图像系列。

关于该方法，根据本发明由用于从样本获得定量x射线图像的方法来实现目的，所述方法包括步骤：

a）提供X射线源；

b）提供优选地为透射几何形状的除布拉格晶体之外的衍射光学元件，下文称作分束器光栅；

c）提供具有空间调制检测灵敏度的位置敏感检测器，其具有多个独立像素；

d）向探针施加X射线源的发射并且记录检测器的图像；

e）评估一系列图像中每个像素的强度，从而针对每个独立像素将对象的特性标识为吸收主导像素和/或差分相位衬度主导像素和/或X射线散射主导像素；

其中通过从0到2π连续旋转或步进旋转样本或相对于样本连续旋转或步进旋转干涉仪来采集图像系列。