[发明专利]X射线相位衬度图像提取方法、装置、终端及存储介质

说明书

本发明公开了一种X射线相位衬度图像提取方法、装置、终端及存储介质，其中方法包括：基于X射线光源、探测器、待测物体构建无光栅结构Talbot‑Lau相衬成像装置；调节X射线光源的工作电压和工作电流，采集待测物体在高能和低能时的投影图像，记为X射线双能吸收衬度图像；将X射线双能吸收衬度图像输入至训练好的深度神经网络模型，输出得到相位衬度图像，深度神经网络模型根据带光栅结构的Talbot‑Lau相衬成像装置采集到的样本相位步进投影图像和无光栅结构的Talbot‑Lau相衬成像装置采集到的双能吸收衬度图像训练得到。通过上述方式，本发明能够在不需要光栅的情况下提取出物体的相衬图像，提取过程更为快捷。

技术领域

本发明涉及X射线成像技术领域，特别是涉及一种X射线相位衬度图像提取方法、装置、终端及存储介质。

背景技术

传统的X射线吸收衬度成像技术是利用物质内部密度分布的差异造成对X射线吸收特性的不同来实现对物体内部结构的成像。它对存在明显密度分布差异的结构或组织可以获得很好的成像衬度，如不同密度的物质分布的界面，行李箱中的金属刀具，人体骨骼和肌肉的分布等。但对于密度分布差异小的由轻元素组成的材料或生物软组织，如关节软骨、乳腺、肝脏等人体软组织及聚乙烯材料等都是以轻Z元素为主要成分，对X射线的吸收通常都很弱，所以几乎无法通过传统的基于吸收衬度的X射线成像技术看到它们的内部结构。

而X射线相位衬度成像技术是利用成像物质对X射线的折射作用产生成像衬度的。对于由轻元素物质，X射线穿透物质时，引起的相位变化量是吸收变化量的103倍以上。因此X射线相位衬度成像技术在未来的材料科学及临床医学中具有非常广泛的应用研究前景。

目前，研究人员已提出了多种X射线相位成像技术实现方法，包括X射线晶体干涉仪相衬成像法、X射线衍射增强相衬成像法、X射线相位传播相衬成像法、X射线光栅相衬成像法等。其中晶体干涉仪法、衍射增强法及相位传播法这三种成像方法对X射线光源的相干性要求较高，一般需要同步辐射光源作为射线源，所以难以得到广泛的商业应用。而对于光栅相衬成像方法，其利用Talbot效应和Lau效应的原理，降低了对光源相干性的要求，可以使用普通的X射线光源实现相位衬度成像。但这种成像装置除了光源和平板探测器外，还有三块微米级的光栅，其中有两块光栅须是吸收光栅，且成像过程中通常需要对其中一块吸收光栅作相位步进运动才能成功提取出相位图像。这不仅增加了成像装置的复杂度和造价，更重要是吸收光栅的存在极大降低了辐射剂量的利用效率，同时，相位步进过程也极大地增加了成像时间并且使之难以和CT扫描技术融合。

发明内容

本发明提供一种X射线相位衬度图像提取方法、装置、终端及存储介质，以解决现有的X成像依赖于光栅来实现，过程复杂、造价高且辐射剂量大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种X射线相位衬度图像提取方法，其包括：基于X射线光源、探测器、待测物体构建无光栅结构Talbot-Lau相衬成像装置；调节X射线光源的工作电压和工作电流，采集待测物体在高能和低能时的投影图像，记为X射线双能吸收衬度图像；将X射线双能吸收衬度图像输入至训练好的深度神经网络模型，输出得到相位衬度图像，深度神经网络模型根据带光栅结构的Talbot-Lau相衬成像装置采集到的样本相位步进投影图像和无光栅结构的Talbot-Lau相衬成像装置采集到的双能吸收衬度图像训练得到。

作为本发明的进一步改进，调节X射线光源的工作电压和工作电流，采集待测物体在高能和低能时的投影图像，记为X射线双能吸收衬度图像，包括：调节X射线光源的低能工作电压和工作电流，采集待测物体的投影图像，记为X射线低能吸收衬度图像；调节X射线光源的高能工作电压和工作电流，采集待测物体的投影图像，记为X射线高能吸收衬度图像。