[發明專利]一種X射線光柵相襯成像濾波迭代重建方法和系統

有效

• 申請號: 201910542783.9
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110310347B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 孫建奇;侯志尚
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

1.一種X射線光柵相襯成像濾波迭代重建方法，其特征在于，包括以下步驟：

向被檢測物體發射X射線束；

所述X射線束穿透被檢測物體后，通過光柵干涉儀的同步輻射裝置，采集對應的差分相位襯度投影數據，投影方式是平行投影、扇形投影或錐形束投影；

通過相位恢復算法提取所述差分相位襯度投影數據對應的折射率信息；

對所述差分相位襯度投影數據進行濾波處理，將所述差分相位襯度投影數據轉換為正積分投影數據；

采用迭代算法對經過濾波處理后的相位信息進行圖像重建，所述重建是二維重建或三維重建；所述迭代算法包括ART、Siddon-ART和基于全變分正則化算法中的任一種；

所述差分相位襯度投影數據表示為：

待重建的目標函數為：

其中，(s,t)表示旋轉θ度的坐標系，s是投影方向，t是垂直于s的方向；δ表示衍射指數衰減，Δ(t,θ)對應于坐標系(s,t)中線積分的投影函數，Γ(ω,θ)是Δ(t,θ)的傅立葉變換，F^-1表示反傅立葉變換，ω為法線積分的濾波函數；

所述同步輻射裝置采集到的所述差分相位襯度投影數據用下面的公式表示：

則，待重建的目標函數表示為：

其中，P(ω,θ)是p(t,θ)的傅立葉變換，濾波器函數H(ω)＝|ω|/(2πiω)，根據式(3)，P(t,θ)表示為：

通過分析式(2)和式(4)，建立兩個不同線積分的傅立葉變換之間的聯系，用下面的公式表示：

Γ(ω,θ)＝P(ω,θ)L(ω)，當且僅當：

其中，濾波器L(ω)＝1/(2πiω)，用于將所述差分相位襯度投影數據轉換為正積分投影數據。

2.一種X射線光柵相襯成像濾波迭代重建裝置，用于實現如權利要求1所述的X射線光柵相襯成像濾波迭代重建方法，其特征在于，包括：

分布式X射線源，用于向被檢測物體發射X射線束；

固定光柵模塊，包括具有同步輻射裝置的光柵干涉儀，用于采集所述X射線束穿透被檢測物體后的差分相位襯度投影數據，所述被檢測物體位于所述分布式X射線源與固定光柵模塊之間，投影方式是平行投影、扇形投影或錐形束投影；

X射線探測器，位于所述被檢測物體和所述光柵模塊的后面，用于將所述差分相位襯度投影數據轉換為可識別的電信號；

數據處理模塊，用于處理所述電信號的數據，并從中對所述X射線束的差分相位襯度投影數據進行濾波迭代重建處理，由此重建出被檢測物體的圖像信息，所述重建是二維重建或三維重建；所述迭代重建處理包括ART、Siddon-ART和基于全變分正則化重建處理中的任一種；

所述數據處理模塊包括濾波單元和重建單元，其中，所述濾波單元用于將所述差分相位襯度投影數據轉換為正積分投影數據，包括以下公式：

所述差分相位襯度投影數據表示為：

待重建的目標函數為：

其中，(s,t)表示旋轉θ度的坐標系，s是投影方向，t是垂直于s的方向；δ表示衍射指數衰減，Δ(t,θ)對應于坐標系(s,t)中線積分的投影函數，Γ(ω,θ)是Δ(t,θ)的傅立葉變換，F^-1表示反傅立葉變換，ω為法線積分的濾波函數；

所述同步輻射裝置采集到的投影數據用下面的公式表示：

則，待重建的目標函數表示為：

其中，P(ω,θ)是p(t,θ)的傅立葉變換，濾波器函數H(ω)＝|ω|/(2πiω)，根據式(3)，P(t,θ)表示為：

通過分析式(2)和式(4)，建立兩個不同線積分的傅立葉變換之間的聯系，用下面的公式表示：

Γ(ω,θ)＝P(ω,θ)L(ω)，當且僅當：

其中，濾波器L(ω)＝1/(2πiω)；

所述重建單元采用迭代算法，將上述投影數據進行重構，得到重建后的被檢測物體圖像信息。