大视场快速X射线光栅相衬CT成像方法研究

X-ray grating-based phase contrast imaging obtains attenuation, phase and even scattering information of the object simultaneously, three kinds of complementary information reflect its features fully. In computed tomography, hybrid image need to be separated, the reverse projection method is the only one, compatible with the scanning mode of CT, providing a fast and low dose phase contrast CT imaging, in numerous information extraction methods. However, this method is established on linear approximation at the up-slope or down-slope of shifting curve, thus, requires high consistency of shifting curves and uniformity of gratings in the field of view. Hence, it is limited to small field of view imaging...Based on the previous study of our group, we find a fast phase contrast imaging can be realized using conjugate characteristic of the reverse projection and cosine function model of shifting curve, without the synchronous shifting curve and the complicated calculation of its slope. Therefore, in this project we will propose a large field of view as well as fast phase contrast CT imaging method and explore its angular sensitivity characteristic. This method can retrieve the phase information in the case of unsynchronized shifting curve, via calculating inverse function of segmented cosine function. Research results would be useful in reducing the technological requirements of grating manufacture and promoting the applications of fast phase contrast imaging in large field of view imaging.

X射线光栅相衬成像同时获得物体吸收、相位甚至散射信息，多种信息相互补充，充分反映物体特征。在CT断层成像中，混合图像须进行信息分离，在众多的信息分离方法中，唯独正反投影方法与CT扫描方式兼容，提供了一种快速、低剂量的相衬CT成像。然而该方法是建立在位移曲线腰位线性近似假设的基础上，对整个成像视场位移曲线一致性和光栅均匀性要求极高，因此该方法仅局限于小视场成像。..结合课题组前期的研究，我们发现基于正反投影共轭的思想，利用位移曲线余弦函数模型，可以实现快速成像而无需位移曲线同步以及繁琐的腰位斜率计算。因此，本课题拟提出一种大视场快速相衬CT成像方法，并探索其角度灵敏度特性。该方法将在各像素位移曲线不同步的情况下，通过计算分段余弦函数的反函数，实现相位信息恢复。课题研究结果将有助于降低X射线光栅相衬成像对光栅工艺的要求，促进快速相衬成像在大视场成像领域中应用。

.正反投影方法是一种与传统CT扫描方式兼容的快速相衬CT成像方法。然而，腰位线性近似要求视场内位移曲线同步，因此对光栅均匀性要求很高，导致成像视场小。在此背景下，我们提出广义正反投影方法，实现了大视场快速X射线光栅相衬CT成像。同时,提出了正弦调制光栅干涉仪和三图像信息提取方法，发展了三种实用的成像系统，以及推出了系统简便调试方法和伪影校正算法。..广义正反投影方法基于位移曲线余弦模型实现信号恢复的准确计算，免除近似的同时，适用于位移曲线不同步，因此放宽了对光栅均匀性的要求，实现了较大视场的成像。我们建立了广义正反投影方法理论，并在上海光源BL13W1站开展了实验研究，证实了方法的正确性。同时，验证了广义正反投影方法继承低剂量的优点。正弦调制光栅干涉仪，针对传统方法要求电机低速运动的现状，开展了电机高速运动正弦模型的快速相衬成像方法。三图像恢复方法基于任意等间隔的三步进位置图像实现了快速信息分离。.同时，发展了三种成像系统。首先，针对高能光栅相衬成像实现难的问题，基于医用CT球管和CT探测器，利用非相干成像原理和周步进扫描模式实现了快速大视场相衬CT成像。其次，提出了一种单光栅相衬成像系统，可以通过结构光源以及高分辨探测器免除G0和G2两块吸收光栅，提高光子利用率并降低系统稳定性要求。最后，一种灵活伸缩的Talbot-Lau成像系统打破了传统光栅干涉仪中严格Talbot距离成像的要求。系统调试和数据分析方面，开展了免增益的系统调试方法以及去除瑕疵光栅伪影的方法。.以上这些研究成果提高了光栅相衬成像的实用性，因此对光栅相衬成像的实际应用有着重要的意义。