[发明专利]基于动量编码的X射线衍射成像装置及方法

说明书

一种基于动量编码的X射线衍射成像装置及方法，包括X射线源、动量编码模块、待测物体、X射线面阵探测器和数据处理模块，动量编码模块为一个多衍射体结构，各个衍射体具有不同的衍射周期、中心位置与指向。X射线源发出的发散的X射线经过动量编码模块，各个不同衍射周期、中心位置与指向的衍射体对发散的X射线的动量进行编码，出射的X射线会沿着不同的动量方向传播，并汇聚通过待测物体。本发明光学传递过程、装置特性和数据处理过程不同于传统的衍射成像方法。本发明应用于X射线衍射成像中，能极大地提高成像质量和成像速度，并减少待测物体的辐射损伤。

技术领域：

本发明属于X射线衍射成像技术领域，具体是一种基于动量编码的X射线衍射成像装置及方法。

背景技术：

X射线衍射强度关联成像技术是一种利用光场高阶关联的衍射成像技术。该成像技术在理论上不需要相干光源就可以得到物体透过率函数的傅里叶变换分布，通过相位恢复算法恢复出物体的实空间分布信息。由于其对光源要求较低，有望实现小型化的显微成像装置。

中国科学院上海光学精密机械研究所的喻虹等人设计了非相干X射线衍射强度关联成像装置(非相干X射线衍射强度关联成像装置，201110148476.6)，并于2016年完成了X射线傅里叶变换关联成像(XFGI)的原理演示实验(H.Yu et al.,“Fourier-TransformGhost Imaging with Hard X Rays,”Phys.Rev.Lett.,vol.117,no.11,2016)，验证了该成像技术的有效性。但该技术采集的数据是时间序列的，主要存在以下几个局限：

1)在理论上，关联成像的结果是通过计算系综平均得到的，需要无限多的时间序列才能够得到结果。在实际中，往往是有限次的测量，通过压缩感知等算法得到一个较为满意的结果，其时间测量次数通常为几百至数千次。较多的时间测量次数带来的必然是成像时间的延长，特别的在X光成像领域中，较长的成像时间通常是难以接受的。

2)传统强度关联衍射成像技术中，在探测臂通常是采样点探测器，相比与面阵探测器，点探测器只能够记录一个空间点的光强数据。而探测臂光强在空间中具有一定的分布，仅记录一点的光强数据无疑造成了光通量的浪费。

3)由于传统分光装置无法运用在X射线分光中，探测臂和参考臂需要依靠是否在光路中放置待测物体进行分辨。因此，探测臂和参考臂的数据需要依靠时间序列采集，大大延长成像时间。

发明内容：

本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的缺陷，提出一种基于动量编码的X射线衍射成像装置及方法，在光路中引入动量编码模块，其中，动量编码模块为一个多衍射体结构，各个衍射体具有不同的衍射周期、中心位置与指向。X射线源发出的发散的X射线经过动量编码模块，各个不同衍射周期、中心位置与指向的衍射体对发散的X射线的动量进行编码，单一X射线面阵探测器上记录的空间光强分布包含在先技术中所述探测臂与参考臂测量得到的空间信息，通过计算X射线面阵探测器上记录的空间光强分布的空间关联得到物体的傅里叶衍射谱，进行相位恢复或端对端的图像恢复神经网络程序得到物体的实空间强度分布。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于动量编码的X射线衍射成像装置及方法，其特征在于其构成包括X射线源、动量编码模块、待测物体、X射线面阵探测器和数据处理模块。所述的X射线源发出的发散的X射线经过动量编码模块，汇聚通过待测物体后射入X射线面阵探测器。所述的数据处理模块与X射线面阵探测器相连，具有对记录的光强空间分布进行待测物体实空间分布恢复的程序。

所述的动量编码模块是一个多衍射体结构，各个衍射体的衍射周期、中心位置与指向的编码会对发散的X射线的动量产生编码作用。所述的X射线源是真实热X射线源，或赝热X射线源。

所述的基于动量编码的X射线衍射成像装置及方法，其特征在于所述的数据处理模块是计算机，或具有计算和存储能力的处理器。