[发明专利]一种面向非理想同轴相衬成像的多材料相位抽取方法

权利要求书

1.一种面向非理想成像系统的多材料相位抽取方法，包括下列步骤：

(1)X射线同轴相衬成像参数设置：设置光源到物体的距离R₁以及物体到探测器的距离R₂，确定成像放大率

(2)设置数字放射成像系统的曝光参数，放置刀口器具在物体平面位置，在上述成像参数下连续采集多幅图像，从每幅图像获取不同位置的刀口截面曲线，而后各条刀口截面曲线进行平均，再对平均曲线求导数，获得对应的系统点扩散函数是物平面上的坐标位置；而后对傅里叶变换得到系统传递函数代表空间频率；

(3)骨组织仿体构建：用标记为材料“1”的亚克力加工得到直径12.75mm的大圆柱体，在其内部打4个依次排布的直径1mm的通孔，前3个通孔中依次嵌入直径1mm的不同材质的小圆柱体，3个小圆柱体的材质依次为：标记为材料“2”的骨等效塑料,标记为材料“3”的特氟龙和标记为材料“4”的羟基磷灰石，第四个圆柱形通孔保留，用来模拟骨组织体内部的空腔结构；

(4)将骨组织仿体放置于物体平面位置，对其成像，获得成像结果

(5)获取材料“2”小圆柱体的投影厚度

1)基于材料“2”的相移和吸收系数，从相衬图像中获取成像物体的投影厚度图像Img2，所得Img2中仅材料“2”小圆柱的投影厚度得到准确恢复且边界条纹消失，投影厚度图像Img2的获取方式为：

其中为材料“2”小圆柱体的频域相位抽取因子，δ₂、μ₂分别为材料“2”的相移系数和吸收系数，δ₁、μ₁分别为材料“1”的相移系数和吸收系数，R₂为物体到探测器的距离，代表空间频率；I_in为已知入射光强；分别表示傅里叶变换及傅里叶逆变换；ε为正则化参数，其数值设定为实际相衬图像信噪比的倒数，||为取模运算，*号为取共轭复数；为成像物体在不同位置的厚度；

2)在Img2中材料“2”小圆柱体投影厚度图像两侧、距材料“2”与包裹材料“1”交界面处进行分割，经图像分割抽取出材料“2”小圆柱体投影厚度图像而后用大圆柱体材料“1”对Img2中图像的位置进行填充，得到图像Img_m2；

(6)获取材料“3”小圆柱体的投影厚度

1)基于材料“3”的相移和吸收系数，从Img_m2中获取成像物体的投影厚度图像Img3，所得Img3中仅材料“3”小圆柱的投影厚度得到准确恢复且边界条纹消失；投影厚度图像Img3获取方式为：

其中H_p(δ_3-1,μ_3-1)是材料“3”的频域相位抽取因子，δ₃、μ₃分别为材料“3”的相移系数和吸收系数；

2)将步骤(5)第2)步中的材料“2”替换为材料“3”，用相同的方法从Img3图像中分割抽取出材料“3”小圆柱体的投影厚度而后用大圆柱体材料“1”对Img3中图像的位置进行填充，得到图像Img_m3；

(7)获取材料“4”小圆柱体的投影厚度

1)基于材料“4”的相移和吸收系数，从Img_m3中获取成像物体的投影厚度图像Img4，所得Img4中仅材料“4”小圆柱的投影厚度得到准确恢复且边界条纹消失；投影厚度图像Img4获取方式为：

其中H_p(δ_4-1,μ_-4是材料“4”的频域相位抽取因子，δ₄、μ₄分别为材料“4”的相移系数和吸收系数；

2)将步骤(5)第2)步中的材料“2”替换为材料“4”，用相同的方法从Img4图像中分割抽取出材料“4”小圆柱体的投影厚度

(8)获取骨组织仿体的外部包裹材料“1”的投影厚度

将原始相衬图像中材料“2”、“3”、“4”的图像位置用空气柱相衬图像填充，得到图像由下式获取材料“1”大圆柱体的投影厚度图像Img1:其中为材料“1”频域相位抽取因子，δ₁、μ₁分别为材料“1”的相移系数和吸收系数，代表空间频率；由上式求得的Img1即为材料“1”大圆柱体的投影厚度

(9)由公式求取材料“i”的相位其中k为波数，δ_i为材料“i”相移系数；而后将各材料的相位图像按照原先的图像位置叠加，最终获得骨组织仿体整体的相位信息图像