用于相衬X射线成像的高分辨率X射线探测的方法和系统技术方案

一种相衬X射线成像系统，用于对象成像，包括：X射线源；和X射线探测器，其具有25微米或更小的像素间距；其中，在X射线源与对象之间的距离小于或等于10cm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于相衬X射线成像的高分辨率X射线探测的方法和系统对相关申请的交叉引用本申请要求2017年10月18日提交的美国临时专利申请62/573,759和2017年12月12日提交的美国临时专利申请62/597,622的优先权权益，所述美国临时专利申请在此通过引用并入本文。
本公开内容整体上涉及X射线成像，且更具体地涉及用于相衬成像的高分辨率X射线探测的方法和系统。
技术介绍
X射线成像在对象的可视化方面具有广泛应用，其中，利用通过其组分的异源X射线吸收所提供的对比度/衬度。自然，如果X射线的穿透功率有效地使对象透明，则这种X射线成像主导模式的效用减小。对于生物软组织或其他诸如塑料之类的低密度材料而言，这是经常的情况。在此应用环境中，我们从光学想起：电磁波具有与其相关联的波幅和相位。当X射线穿透对象时，信息不仅由于吸收而被编码到波幅中，而且还由于折射而被编码到相位中。这类似于光学中的透镜，其中，其基本透明，不过可见光的折射对透镜形状形成编码。X射线相衬成像(XPC)包括：从由探测器探测到的X射线强度图样中提取相位信息的方法。被提出的对XPC进行推测的更实用的解决方案涉及使用多X射线光栅和干涉量测技术(即，TalbotLau效应)，其降低给量效率、恶化空间分辨率、增加成本和成像环节的复杂度，使得整个系统笨重且不适于低成本紧凑应用(例如，台式XPC)。几乎是最简单的方法，基于传播的XPC(PB-XPC)需要额外的设备。使用PB-XPC，则恢复相位信息的能力(即，探测到X射线极小折射角度的能力)完全落在X射线源的性能上。至今，PB-XPC是同步加速器设施中所用的常见技术，其中对于PB-XPC应同时满足以下三个关键要求：(1)单色X射线，以便易于图像重构；(2)空间相干X射线，其可提供相关的波场，由此探测相位变化；(3)由于空间相干度正比于源至对象的距离，因而高通量的X射线是必要的，这是因为，对象被安置远离于源且X射线强度反比于距离的平方。虽然PB-XPC技术已被证明有用，不过其实际上局限于在同步加速器设施上使用。因而仍然需要一种紧凑快速的X射线相衬成像系统用于家庭实验室生命科学、健康和科学成像、和无损检测应用，其基于PB-XPC但不需要同步加速源而在低X射线曝光下对低密度材料成功成像。因此，提供一种新式方法和系统用于相衬成像高分辨率X射线探测。
技术实现思路
在本公开内容的一个方案，提供一种相衬X射线成像系统，用于对象成像，包括：X射线源；X射线探测器，其具有25微米或更小的像素间距；其中，在所述X射线源与所述对象之间的距离(R1-1)小于或等于10cm。在另一方案中，R1-1是在所述X射线源的源焦点与所述对象的对象平面之间的距离。在进一步的方案中，在所述X射线探测器与所述对象之间的距离(R2-1)大于0cm。在又一方案中，R2-1是在所述对象的对象平面与所述X射线探测器的探测器平面之间的距离。在一个方案中，R2-1小于或等于200cm。在进一步的方案中，所述系统进一步包括：第二X射线源；第二X射线探测器；其中，在所述第二X射线源与所述对象之间的距离(R1-2)小于或等于10cm。在另一方案中，在所述第二X射线探测器与所述对象之间的距离(R2-2)大于0cm。在另一方案中，所述X射线源和所述第二X射线源沿非平行方向朝向所述对象照射X射线光束。在又一方案中，所述X射线源和所述第二X射线源沿垂直方向朝向所述对象照射X射线光束。在一个方案中，所述X射线源的焦斑小于30μm。在另一方案中，所述X射线探测器是多层X射线探测器。在又一方案中，所述多层X射线探测器包括：直接转换层。在另一方案中，所述多层X射线探测器包括：直接和间接转换层。在又一方案中，所述多层X射线探测器包括：间接转换层。在本公开内容的另一方案中，提供一种相衬X射线成像方法，包括：安置X射线源与拟成像对象分开距离R1；安置X射线探测器与所述拟成像对象分开距离R2；通过所述X射线源将多色光束引导至所述对象；通过所述X射线探测器探测X射线光子；其中，所述X射线探测器包括的像素具有的尺寸小于或等于25微米；其中，R1小于10cm。在另一方案中，R2在0cm至200cm之间。在本公开内容的另一方案中，提供一种相衬X射线成像系统，用于对象成像，包括：X射线源；X射线探测器；其中，在所述X射线源与所述对象之间的距离(R1)小于或等于10cm；其中，在所述X射线探测器与所述对象之间的距离(R2)在0cm至200cm之间。在另一方案中，R1在所述X射线源的输出端与所述对象的对象平面之间测得。在又一方案中，R2在所述X射线探测器的探测器平面与所述对象的对象平面之间测得。附图说明本公开内容的实施例将仅示例性地参照附图不进行描述。图1是基于传播的X射线相衬成像系统的示意图；图2是直接转换X射线探测器的剖面的示意图；图3是用于图1所示系统中的数字X射线探测器的照片；图4a的图线使用图3所示X射线探测器，显示出相对于空间频率的探测量子效率(DQE)；图4b的图线使用现有X射线探测器，显示出相对于空间频率的DQE；图5a是具有较小相衬的灯笼椒种子吸收图像的X射线图像；图5b是具有相衬的灯笼椒种子吸收图像的X射线图像；图6是具有层1至N的多层探测器的示意图；图7是用于同时获得多能量X射线图像和相衬图像的系统构造的第一实施例的示意图；图8的图线显示出在非晶硒光电导材料中的X射线光子的穿透深度；以及图9是展示出相衬X射线成像方法的流程图。具体实施方式本公开内容涉及用于相衬成像的高分辨率X射线探测的方法和系统。在一个实施例中，所述系统包括X射线源和X射线探测器(其具有小于或等于25微米的像素间距)。X射线源优选地定位与对象平面的距离为R1，而X射线探测器优选地定位与对象平面的距离为R2。转到图1，显示出用于相衬成像高分辨率X射线探测的系统的示意图。所述系统可见为基于传播的X射线相衬成像系统。在一个实施例中，通过从源和探测器视角处置PB-XPC，所述系统能够以紧凑快速方式实现基于传播的X射线相衬成像(PB-XPC)。系统10包括：X射线源12，将X射线(例如采取多色光束14的形式)朝向拟成像对象16引导。所述系统进一步包括：探测器18，其位于相对于对象16与X射线源相反的侧上以接收或探测通过自由空间传播经过对象16的X射线。在优选实施例中，X射线源12是标准的实验室微焦源，而X射线探测器18是极高分辨率且高效给量的X射线探测器，其具有的像素间距小于或等于25微米。如图1中所示，X射线源12的焦斑的输出平面20定位与对象平面22相距R1，而X射线探测器18的图像平面24与对象平面22相距R2。通过选择对应的像素间距(其优选地小于或等于25微米)，优化的(或优选的)R1(其可见为X射线源焦斑至对象平面/源至对象的距离)和优化的(或优选的)R2(其可见为对象平面至探测器图像平面/对象至探测器的距离)可被选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相衬X射线成像系统，用于对象成像，包括：/nX射线源；和/nX射线探测器，具有25微米或更小的像素间距；/n其中，在所述X射线源与所述对象之间的距离(R

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171018 US 62/573759;20171212 US 62/5976221.一种相衬X射线成像系统，用于对象成像，包括：
X射线源；和
X射线探测器，具有25微米或更小的像素间距；
其中，在所述X射线源与所述对象之间的距离(R1-1)小于或等于10cm。


2.根据权利要求1所述的相衬X射线成像系统，其中，R1-1是在所述X射线源的源焦点与所述对象的对象平面之间的距离。


3.根据权利要求1所述的相衬X射线成像系统，其中，在所述X射线探测器与所述对象之间的距离(R2-1)大于0cm。


4.根据权利要求3所述的相衬X射线成像系统，其中，R2-1是在所述对象的对象平面与所述X射线探测器的探测器平面之间的距离。


5.根据权利要求4所述的相衬X射线成像系统，其中，R2-1小于或等于200cm。


6.根据权利要求1所述的相衬X射线成像系统，进一步包括：
第二X射线源；和
第二X射线探测器；
其中，在所述第二X射线源与所述对象之间的距离(R1-2)小于或等于10cm。


7.根据权利要求6所述的相衬X射线成像系统，其中，在所述第二X射线探测器与所述对象之间的距离(R2-2)大于0cm。


8.根据权利要求7所述的相衬X射线成像系统，其中，所述X射线源和所述第二X射线源沿非平行方向朝向所述对象照射X射线光束。


9.根据权利要求8所述的相衬X射线成像系统，其中，所述X射线源和所述第二X射线源沿垂直方向朝向所述对象照射X射线光束。


1...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡里姆·S·卡里姆，克里斯托弗·C·斯科特，
申请(专利权)人：KA影像公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA