[實用新型]一種X射線光柵相襯成像系統

有效

• 申請號: 200720190341.5
• 申請日: 2007-11-23
• 公開（公告）號: CN201191275Y
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 康克軍;黃志峰;張麗;陳志強;李元景;劉以農;趙自然;刑宇翔
• 申請（專利權）人: 同方威視技術股份有限公司;清華大學
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;G21K1/06;G02B27/52
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 龔海軍;譚祐祥

技術領域

本實用新型涉及圖形成像領域，具體而言，涉及用X射線對物體進行CT成像的領域。

背景技術

傳統的X射線成像及其CT技術是利用物質材料對X射線的衰減特性來非破壞性地檢查物體的內部結構。如果物體內部的各部分結構組成的密度差異明顯，則X射線成像的效果尤為顯著。但是，以輕元素(例如氫、炭、氮和氧)構成的物質，它們對X射線來說是弱吸收物質，所以用傳統的X射線成像技術幾乎看不到它們內部的具體結構。即使是用其它輔助的手段，例如給生物組織打上造影劑也很難得到清晰的圖像。二十世紀九十年代中期，由于第三代同步輻射裝置的發展，硬X射線位相襯度成像(phase-contrastimaging，簡稱相襯成像)技術應運而生。相襯成像技術就是通過捕捉X射線的相移信息來觀察物體內部的電子密度變化，從而揭示物體的內部結構。相襯成像技術使X射線成像的空間分辨率由毫米量級推進到微米量級甚至納米量級，并將X射線成像可檢測的物質范圍由對X射線高吸收的重元素物質擴展到弱吸收的輕元素物質。

至今十年間，借助同步輻射射線源的高亮度和良好的相干性，相襯成像技術已經發展了至少4種的成像方法：干涉法、類同軸成像、衍射增強成像和光柵相襯成像等，這些技術與傳統X射線成像及其CT技術、MRI技術、超聲技術等各種現有成像技術相比具有獨特的優勢，因此，相襯成像技術已經成為X射線成像領域里最前沿的技術之一。然而，相襯成像技術對X射線源的苛刻要求和自身的成像特點，極大限制了它在醫學上的臨床應用。

首先，從X射線源方面來說，同步輻射裝置的造價昂貴、體積龐大，視場小(十毫米量級)，限制了它的應用范圍。另外一個選擇是微焦點X射線源，它發出的X射線具有部分相干性，可以實現相襯成像。但是，微焦點X射線源亮度非常低，因此探測器需要曝光時間相當長(幾十秒甚至幾分鐘)，這也是臨床應用所不能容忍的。如果能在通用X射線機上實現相襯成像，那么將是非常有實際價值和意義的事情。

其次，從相襯成像方法的自身特點而言，干涉法、類同軸在實際使用中受到一定的限制。由于干涉法、類同軸成像通過觀察相干X射線的干涉現象或Fresnel衍射現象來獲取位相信息，都需要具有很高空間相干性的X射線源和分辨率達微米量級的探測器。但是這兩種裝置都很昂貴，而且微米分辨率的探測器的面積一般都很小(幾平方厘米左右)，這就決定了整個成像系統的視場也比較小，從而做不了大樣品的成像檢查。衍射增強成像方法雖然可以使用通用X射線機和分辨率不那么高的探測器來實現高對比度(密度分辨率)的物體邊緣增強的成像，但是光路中單色晶體的單色作用使得視場扁小，單色光亮度降低。因此，這些相襯成像方法在醫學臨床應用中具有一定的局限性。

瑞士PSI(Paul?Scherrer?Institut.)的David?C等人于2002年在ESRF上用2相位光柵和1個分析晶體形成的光路上首次實現了基于光柵衍射Tabot效應的硬X射線光柵相襯成像方法。日本的Momose?A等于2003年后在Spring-8上也展開了基于位相光柵和吸收光柵的光柵相襯成像方法的研究，提出用兩個光柵提取一階位相信息的技術。瑞士PSI的Weitkamp?T和Pfeiffer?F等于2003在DavidC工作的基礎上在SLS和ESRF上同樣實現了基于2個光柵的相襯成像技術。然而，上述方法都是基于同步輻射射線源上進行的，視場都很小，極大限制了相襯成像的應用。

Pfeiffer?F等人于2006年取得了突破，他們使用三塊功能不同的光柵實現了基于通用X射線機的光柵相襯成像方法，克服了衍射增強成像方法視場小的缺點，得到了接近64mm×64mm大小視場，從此為相襯成像技術的實際應用開拓了切實可行的道路；但是，他們所建的光柵相襯成像系統的成像時間比較長(曝光時間為40秒)，無法進行活體實驗；另外這套系統并沒有實現相襯CT成像。然而，這種方法使用了源光柵(source?grating)Talbot將X射線機射線源分成一系列寬度在25微米到50微米之間的、互不相干的線射線源。單個線射線源的發出的X射線是部分相干的，與相位光柵作用產生Talbot效應。在本質上，這種成像方法利用源光柵使通用X射線機發出的非相干光產生部分相干性，利用光柵衍射的Talbot效應來實現相襯成像。