[發(fā)明專利]一種基于成像系統(tǒng)特性的X射線相位成像方法

有效

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• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106596594B
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周仲興;高峰;趙會娟;張力新;郭柏寬
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;G01N23/083
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明公開一種基于成像系統(tǒng)特性的X射線相位成像方法，包括：設(shè)置X射線類同軸相襯成像參數(shù)和數(shù)字放射成像系統(tǒng)的曝光參數(shù)，在待成像的物平面位置放置刀口器具，采集獲得刀口圖像，從圖像中獲取不同位置的刀口截面曲線，計算二維點擴(kuò)散函數(shù)。放置成像物體，對物體成像。根據(jù)物體組成的先驗信息以及所得圖像的噪聲情況，計算松弛松弛因子的初始值。計算物體的相位信息。根據(jù)所得結(jié)果的對比度，微調(diào)松弛因子，直到獲得理想結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程及醫(yī)學(xué)影像學(xué)領(lǐng)域，涉及一種基于成像系統(tǒng)特性的X射線相位成像的方法。

背景技術(shù)

乳腺癌是當(dāng)前婦女第一大“殺手”，據(jù)2015年最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全世界乳腺癌患者人數(shù)和死亡人數(shù)在2012年分別增加至170萬和52萬，各占所有女性癌癥病例的25％和癌癥死亡數(shù)的15％[2]。我國人口眾多，近年來乳腺癌患病率呈明顯上升趨勢，乳腺癌的診治已經(jīng)成為日益沉重并亟需解決的社會問題，而實現(xiàn)其早期診斷是解決這一社會問題、提高患者生存率和生活質(zhì)量的關(guān)鍵。

當(dāng)前乳腺常規(guī)檢查的主要手段為鉬(銠)靶X射線乳房成像術(shù)，然而長期臨床實踐表明，該技術(shù)在靈敏度，特異性，安全性和舒適性等方面均存在重大缺欠：一方面該技術(shù)存在高達(dá)10-15％的漏檢率；另一方面由該技術(shù)診斷為陽性而最終的活檢確診率為25-29％。尤其嚴(yán)重的是，由于年輕女性的乳房過于致密，導(dǎo)致診斷準(zhǔn)確性嚴(yán)重降低。

直到上世紀(jì)末，X射線相位襯度成像理論(X-ray phase contrast imaging,XPCI)的提出，打破了傳統(tǒng)的X射線成像理念，為實現(xiàn)理想的早期乳腺癌解剖成像診斷技術(shù)帶來了新的曙光。研究表明，在相同輻射劑量下，相襯成像的襯度分辨率較之傳統(tǒng)X線吸收襯度成像提高10倍左右，顯著提高了軟組織成像的圖像可見度。在當(dāng)前可用的X射線相襯成像技術(shù)中，類同軸相襯成像技術(shù)由于不需要引入額外的光學(xué)裝置，成像光路設(shè)計相對簡單穩(wěn)定，被認(rèn)為是當(dāng)前條件下最適合實現(xiàn)臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用轉(zhuǎn)化的顯微成像技術(shù)之一。

在類同軸相襯成像測量中，入射的X射線經(jīng)過物體后，波面發(fā)生畸變，當(dāng)畸變后的波面在繼續(xù)傳播到一定距離后，將和未發(fā)生畸變的波面重疊而發(fā)生干涉效應(yīng)。這樣，X光通過薄層弱吸收弱相移樣本后，經(jīng)過一定距離的自由傳播，就能將相位改變信息轉(zhuǎn)化成經(jīng)調(diào)制后的強(qiáng)度信息通過像平面顯示出來。類同軸相襯成像成像采用的采用菲涅耳近場衍射的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，此時在像面上獲得的衍射強(qiáng)度分布正比于相位改變量的Laplacian變換，并非直接反映的相位改變二維分布，所以要通過數(shù)學(xué)方法從得到的光強(qiáng)信息中獲取相位分布信息，這種由強(qiáng)度測量來恢復(fù)物體相位信息問題的逆過程就是相位抽取。到目前為止，已經(jīng)有很多學(xué)者開展了理想情況下類同軸相襯成像的相位抽取研究，取得了有價值的成果。

但迄今為止，X射線類同軸相襯成像在乳腺癌臨床診斷上仍沒有得到應(yīng)用，大部分的研究是基于同步輻射源的類同軸相襯成像展開的，同步輻射源投資巨大，占地面積巨大，不利于臨床應(yīng)用推廣。而實際工程可行的基于微焦點源的X射線相襯成像系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)非理想性，相襯成像與理論結(jié)果存在差異，導(dǎo)致最終相位抽取結(jié)果并沒有達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。目前采用的各類類同軸相襯成像的相位抽取模型是建立在理想的成像系統(tǒng)和成像過程上，而對于實際系統(tǒng)中的引起成像質(zhì)量惡化的因素沒有充分考慮，更沒有采取措施對成像結(jié)果中的惡化效應(yīng)進(jìn)行排除。雖然通過采用高亮度微焦斑X射線源以及高量子檢測效率探測器可望在較大程度上改善上述問題，但在目前條件下，高性能X射線源及探測器尚處于研發(fā)階段，即使這些設(shè)備得到了應(yīng)用，成像質(zhì)量惡化因素仍然無法完全排除。另外，如果引入高性能設(shè)備，勢必造成系統(tǒng)成本提高，導(dǎo)致類同軸相襯成像的推廣普及優(yōu)勢的極大削弱。

因此，當(dāng)前制約同軸相襯成像技術(shù)在臨床推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題主要體現(xiàn)在像系統(tǒng)方面，圖像系統(tǒng)自身存在著缺陷，比如X光源并非理想點源，探測器性能受到自身分辨率及點擴(kuò)散函數(shù)等因素的限制，系統(tǒng)存在各類有害噪聲等。