CN101405596B - 使用具有多色分布的x射线束检测对象图像的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了使用具有多色能量分布的X射线束检测对象图像的系统和方法。根据一个方面，方法可以包括检测对象的图像。该方法可以包括生成具有多色能量分布的第一X射线束。并且，该方法可以包括将单个单色器晶体定位在预定位置以直接截取第一X射线束，从而产生具有预定能级的第二X射线束。并且，可以将对象定位在第二X射线束的路径中，使得第二X射线束透射穿过对象并且从对象发射为透射X射线束。透射X射线束可以以一入射角指向晶体分析器。并且，可以从衍射自分析器晶体的衍射束检测对象的图像。

Description

使用具有多色分布的X射线束检测对象图像的系统和方法

相关申请

本非临时专利申请要求2006年1月24日提交的U.S.临时申请No.60/761,796，2006年1月24日提交的U.S.临时申请No.60/761,797以及2006年7月6日提交的U.S.临时申请No.60/819,019的优先权，其全部内容合并在此作为参考。

技术领域

在此公开的发明主题涉及X射线成像。更具体而言，在此公开的发明主题涉及用于通过使用具有多色分布的X射线束检测对象图像的系统和方法。

背景技术

X射线成像已经用于对象成像的各种领域。例如，X射线成像已经广泛应用于无损测试和X射线计算机断层扫描(CT)的医学领域。多种其它类型的技术也正在用于医学成像。下面在本部分中总结了一些目前应用的医学成像技术的概述。

使用X射线吸收的X射线照相术

传统的X射线照相术对对象所投射X射线的吸收或者衰减进行测量。对象中的衰减差异提供了内在特征的对比，而该内在特征的对比可以显示为图像。例如，因为癌变组织的密度大于周围的非癌变组织，所以这些组织一般可以显现在传统放射线照相中。一般在X射线能量吸收高的地方获得最佳吸收衬度。通常使用剂量较高但能量较低的X射线进行传统放射线照相术，以实现更大的吸收，并且因此实现更好的衬度和图像。出于病人安全考虑，使用具有更高能量的X射线一般要求使用更低的射线剂量。一般，随着X射线能级增加和X射线剂量减少，传统放射性照相术的图像质量将降低。

用于当代放射性照相术成像系统的X射线源使用基于标准阴极/阳极X射线管的设计。X射线管的能谱和一般输出特性主要由阳极材料和结构来确定。选择合适的阳极材料重点基于应用场合，特别是基于待成像的形态和结构。

对于乳房X射线照相术，最常用的阳极材料是钼，但是也使用铑。大约是18keV的钼的平均能量为软组织成像提供了合适的频谱。对于乳房X射线照相术系统，阳极通常固定并且安装在铜块中以减少热量。主要的工程问题是会聚电子束在阳极中产生热量。由于散热的主要手段是环绕了铜的阳极，所以具有固定阳极的X射线管即使具有高导热性，但还是更倾向于发热。X射线管研发的进步已经导致使用旋转阳极，其可以旋转，使得来自阴极的电子束不会撞击阳极上的同一区域。直到相对最新的数字检测器的出现为止，用于放射线照相术的主要采集检测方法还是X射线胶片。

用于检查乳房的X射线成像已经用于识别早期的乳癌。众所周知，当与未经筛查控制的情况比较时，在受筛查控制下的妇女中乳癌死亡率可以显著减少。与通过胸部体检或者胸部自检所发现的癌症相比时，乳房X射线照相术容易识别更小和更早期的癌症。对于更小且更早期乳癌的治疗将导致更高的存活率。显然，增强的放射学方法可以用于检测更小并且更早期的乳癌。在由传统乳房X射线照相术生成的图像中，大约10％临床显见的乳癌是不可见的。另外，使用传统的放射线照相术通常难以区分良性病变与恶性病变。

特别是，采用传统乳房放射线照相技术不可见的乳癌最常出现在具有相对较大数量乳腺组织的病人中。乳腺组织的密度容易模糊潜在的病理学表现。为了检测早期癌症，期望提高乳房X射线照相术的灵敏度，从而可以检测更小和更早期的乳癌。对乳癌更早的检测可以导致显著减少的死亡率

在过去几十年中，乳房X射线照相技术已经显著改善。例如，现有的专用乳房X射线照相设备具有适当的X射线束质量、充分的乳房挤压和自动曝光控制。然而，传统的乳房X射线照相技术仍然依靠对X射线吸收的描绘来定义正常和异常组织之间的差异。

传统的乳房X射线照相技术的局限性在对软骨进行成像中也是显而易见的，例如，在对损伤或者诸如骨关节炎的变性关节疾病进行检测和治疗过程中。更好的成像技术对于更早的，例如在不可逆的损伤点之前检测到这些退行性疾病将是有益的。

衍射增强成像(DEI)

DEI是显著扩展了传统X射线成像能力的X射线成像技术。DEI技术是能够从X射线吸收、X射线折射、以及超小角度散射抑制(消光)中生成衬度的X射线成像形式。比较而言，传统的X射线成像技术仅对X射线的吸收进行测量。DEI吸收图像和峰位图像示出了与传统射线照相相同的信息，除了其本质上无散射衰退以外。基于X射线衍射的布拉格方程nλ＝2dsin(θ)，DEI利用完整晶体(perfect crystal)衍射的布拉格峰位，将角度变化转换为强度变化，从而实现对于角度中小的变化提供了强度中大的变化。因此，DEI非常适于软组织成像，并且对于乳房X射线照相很有发展前景。

与传统的X射线成像技术相比，DEI技术已证实在对象可视化中具有改进，但是这两种技术都没有关注于扩大可用能量范围以及减少或者消除对X射线吸收的需求的可能性。在医学领域明显关注X射线吸收的减少或者消除。

在X射线束的路径中使用硅分析器晶体(analyzer crystal)生成两种附加格式的图像衬度，X射线折射和消光(超小角度散射抑制)。DEI利用由来自完整单晶硅的X射线衍射所形成的高度准直的X射线，迄今，其要求同步加速器的高通量和能量范围，以生成图像。这些准直的X射线具有单一的X射线能量，实际上是单色的，并且将其用作对对象成像的射线束。

具有非常小吸收衬度的对象可能具有相当可观的折射和消光衬度，由此可改善可视性并且扩展X射线成像的应用。将DEI技术应用于生物和材料科学已经在衬度和分辨率中产生了明显的效益，这表明了其在主流医学成像中使用的潜力。DEI可能特别有效的医学领域是用于癌症诊断的乳房成像，其中，令人感兴趣的诊断结构通常具有低吸收衬度，这使得很难看到它们。具有低吸收衬度的结构，诸如蔓延自恶性肿块的毛刺体，具有高折射和超小角度散射衬度。期望提供具有同时增加基于X射线的乳房成像灵敏度和特异性能力的DEI系统。

多项研究已经证实DEI在医学和工业应用中改善了图像衬度。DEI系统相对于传统X射线成像系统在医学领域的优点包括病人放射线剂量的显著减少和改善的图像质量。射线剂量减少是由于DEI系统能够在更高X射线能量下工作的能力。X射线吸收由光电效应Z²/E³决定，其中，Z是原子数目并且E是光子能量。

迄今为止，DEI系统要求使用同步加速器以产生初始放射线束，该初始放射线束由用于对对象成像的其它系统组件进行操作。同步加速器提供了在宽范围能量上高度准直、高通量的X射线束。同步加速器通过带电粒子特别是电子在环形轨道内的运动生成放射线，导致光子释放。同步加速器放射线的独特属性在宽能量范围上生成可以用于广泛应用场合的高通量X射线。

DEI的核心理论是基于X射线衍射的布拉格定律。通过下式定义布拉格定律：

nλ＝2dsin(θ)

其中，λ是入射X射线束的波长，θ是入射角，d是晶体中原子层之间的距离，并且n是整数。

单色放射线照片包含可以影响图像衬度和分辨率的一些分量：相干散射分量I_C、不相干散射分量I_I、及透射分量。穿过存在密度变化的对象或介质的X射线发生折射，这导致角度偏差。特别地，X射线范围的偏差由ρt沿着射线束路径的变化产生，其中，ρ是密度，t是厚度。入射光子的一小部分还可以通过对象内的结构被衍射，这一般是在毫弧度量级，称为小角度散射。这些交互作用的总和都对放射线照片中的已记录强度I_N有贡献，可以通过下式对其进行表示：

I_N＝I_R+I_D++I_C+I_I

相干和不相干散射的贡献将降低系统空间分辨率和衬度。在医学成像中通常使用防散射格栅以减少散射的贡献，但是它们的性能有限，并且使用格栅通常需要更多的射线剂量以补偿强度损失。

DEI技术在对象后的X射线束的路径中使用硅分析器晶体，以从本质上消除相干和不相干散射的影响。硅分析器晶体的窄角度接收窗口(angularacceptance window)称为摇摆曲线(rocking curve)，并且对于在DEI中使用的X射线能量而言，其在微弧度量级。该分析器晶体作为异常灵敏的角度滤波器，可以用于测量折射衬度和消光衬度。消光衬度定义为由于散射造成的入射束的强度损失，其可以产生衬度和分辨率的实质改进。

达尔文宽度(DW)用于描述反射率曲线，并且DW大约是反射率曲线的半高全宽(FWHM)。在-1/2DW和+1/2DW处的点是曲线上具有最大斜率的点，对于特定分析器晶体反射和束能而言，其产生每微弧度光子强度的最大变化。在分析器晶体摇摆曲线峰位的衬度由X射线吸收和消光决定，这导致几乎无散射的射线照相。在摇摆曲线的斜率最大处，即在-1/2和+1/2DW位置处，折射衬度最高。一种基于DEI的图像处理技术使用这些点从这些图像对中提取折射和表观吸收(apparent absorption)的衬度分量。

以下段落将描述对该用于从图像对中提取折射和表观吸收的衬度分量的技术。对于给定的反射和束能，在将分析器晶体设置为表示+/-1/2DW角度时，摇摆曲线的斜率是相对一致的，并且将其表示为由下式所表达的二项台劳级数近似：

$R({\mathrm{\θ}}_0+{\mathrm{\Δ\θ}}_Z)=R\left({\mathrm{\θ}}_0\right)+\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{d\θ}}\left({\mathrm{\θ}}_0\right){\mathrm{\Δ\θ}}_Z$

如果将分析器晶体设置在摇摆曲线的低角度侧(-1/2DW)，那么可以通过下式表示所得的图像强度：

$I_L=I_R\left((R\left({\mathrm{\θ}}_L\right)+\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{d\θ}}{|}_{o=o_L}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_z)\right)$

可以通过下式表示将分析器晶体设置在高角度位置(+1/2DW)所采集的图像记录强度：

$I_H=I_R(R\left({\mathrm{\θ}}_H\right)+\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{d\θ}}\left({\mathrm{\θ}}_H\right){\mathrm{\Δ\θ}}_z)$

这些等式可以用于求得在Z方向上所观测到的角度中的表观吸收(I_R)和折射(Δθ_z)所造成的强度变化，可以求解，通过下式表示Δθ_z和I_R：

${\mathrm{\Δ\θ}}_z=\frac{I_{H}R\left({\mathrm{\θ}}_L\right)-I_{L}R\left({\mathrm{\θ}}_H\right)}{I_L\left(\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{d\θ}}\right)\left({\mathrm{\θ}}_H\right)-I_H\left(\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{d\θ}}\right)\left({\mathrm{\θ}}_L\right)}$

$I_R=\frac{I_L\left(\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{d\θ}}\right)\left({\mathrm{\θ}}_H\right)-I_H\left(\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{d\θ}}\right)\left({\mathrm{\θ}}_L\right)}{R\left({\mathrm{\θ}}_L\right)\left(\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{d\θ}}\right)\left({\mathrm{\θ}}_H\right)-R\left({\mathrm{\θ}}_H\right)\left(\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{d\θ}}\right)\left({\mathrm{\θ}}_L\right)}.$

可以将这些等式在逐像素基础上应用于高和低角度图像，以便将两个衬度成分分离为已知的DEI表观吸收图像和折射图像。然而，非常值得注意的一点是用于生成DEI表观吸收和折射图像的每个单点摇摆曲线图像都是有用的。

如上所述，当前DEI系统包括用于生成X射线束的同步加速器。许多年来，基于同步加速器的DEI系统已经提供了令人印象深刻的结果。然而，同步加速器是庞大并且昂贵的设备，并且不论是对于医学或者还是工业应用都不实用。假定衬度显著增加并且剂量显著减少，其对于增大DEI系统对广泛临床使用的可用性将是有益的。

临床DEI成像器的发展对于妇女健康和医学成像具有重要意义，这一般出于下列原因：(1)已经表明DEI对于乳癌检测和特性化最重要的特征可产生非常高的衬度；(2)DEI的物理性质允许相比于单独使用吸收而言可在更高能量的X射线下成像；以及(3)DEI无需显著吸收光子就可以产生衬度的能力减少了电离，并且因此减少了所吸收的射线剂量。

此外，最近40年已经对屏-片(screen-film)乳房X射线照相术进行了广泛研究，并且由于许多大的随机筛查试验，已知将乳癌死亡率减少了大约18-30％。在过去几年中，乳癌死亡率开始下降，很可能是部分由于该成像检测的广泛使用。然而，标准的屏-片乳房X射线照相术既不是完全灵敏的也不是高度专用的。密集乳房组织和乳房肿瘤的扩散转移往往降低屏片乳房X射线照相的灵敏度。对于具有密集乳房的妇女，因为正在发展的病变吸收光子的能力并不比周围脂肪组织吸收光子的能力更大，所以很难看到，从而几乎不能生成能够可视化的衬度。大约10％到20％通过自检或者体检所检测到的乳癌通过屏-片乳房X射线照相是不可见的。另外，当通过乳房X射线照相术和活组织切片检查检测到病变时，仅5％到40％的病变证实是恶性的。此外，大约30％的乳癌在回顾先前的乳房X射线照片中是可见的。

当前的DEI和DEI成像处理技术主要基于传统的成像理论，并且至少部分依靠X射线吸收以生成图像。因此，使用这些技术成像的对象将吸收放射线。在关注射线剂量的医学成像应用中，不期望这种放射线暴露，并且这种推论设置了相当大的工程限制，使得临床和工业转化变得极有挑战性。因此，期望提供生成高质量图像并且较少依靠吸收而生成具有等同诊断质量和特征可视化的DEI和DEI技术。

因此，根据所期望的与DEI和DEI系统有关的改进，存在对用于对对象的图像进行检测的改进的DEI和DIE系统以及相关方法的需求。

发明内容

在这里所描述的发明主题包括用于使用具有多色能量分布的X射线束检测对象图像的系统和方法。根据一个方面，在这里所描述的发明主题可以包括用于检测对象图像的方法。该方法可以包括生成来自非同步加速器X射线源的第一发散X射线束，该第一发散X射线束具有多色能量分布和具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；将单个单色器晶体定位在预定位置以直接截取所述第一发散X射线束，并选择和产生具有预定能级的第二发散X射线束，该第二发散X射线束包含具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；将对象定位在所述第二发散X射线束的路径，使得所述第二发散X射线束透射穿过所述对象并且从所述对象发射出透射X射线束；将所述透射X射线束以一入射角指向分析器晶体；以及从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测所述对象的图像。

根据另一个方面，根据所描述的发明主题的方法可以生成具有多色能量分布的第一X射线束。并且，可以阻挡第一X射线束的一部分，使得第一X射线束成为准直的扇形束。可以将单色器晶体定位在预定位置以截取准直的扇形束，从而产生具有预定能级的第二X射线束。方法可以包括将对象定位在第二X射线束的路径中，使得第二X射线束透射穿过对象并且从对象发射为透射X射线束。并且，方法可以包括将透射X射线束以一入射角指向分析器晶体。方法还可以包括从衍射自分析器晶体的衍射束检测对象的图像。

根据另一个方面，一种用于检测对象的图像的系统，所述系统包括：非同步加速器X射线源，其配置为生成第一发散X射线束，该第一发散X射线束具有多色能量分布和具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；单个单色器晶体，其定位在预定位置以直接截取所述第一发散X射线束，并且选择和产生透射穿过对象的具有预定能级的第二发散X射线束，该第二发散X射线束包含具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；分析器晶体，定位为截取以一角度入射到所述分析器晶体上的透射X射线束；以及图像检测器，其配置为从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测对象的图像。

根据另一个方面，根据这里所描述的发明主题的方法可以包括通过生成来自非同步加速器X射线点源在不同方向上扇形散开的多个X射线束，生成第一发散X射线束，该第一发散X射线束具有多色能量分布和具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；将单色器晶体定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，并选择和产生具有预定能级的第二发散X射线束，该第二发散X射线束包含具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；将对象定位在所述第二发散X射线束的路径中，使得所述第二发散X射线束透射穿过所述对象并且从所述对象发射出透射X射线束；将所述透射X射线束以一入射角指向分析器晶体；以及从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测所述对象的图像。

根据另一个方面，一种用于检测对象的图像的系统，所述系统包括：X射线管，其配置为通过生成来自所述X射线管的X射线点源在不同方向上扇形散开的多个X射线束来生成第一发散X射线束，该第一发散X射线束具有多色能量分布和具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；

单色器晶体，其定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，并选择和产生具有预定能级的第二发散X射线束以透射穿过对象，该第二发散X射线束包含具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；分析器晶体，其定位为截取以一角度入射到所述分析器晶体上的透射X射线束；以及图像检测器，其配置为从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测对象的图像。

根据另一个方面，根据这里所描述的发明主题的方法可以包括生成来自非同步加速器X射线源的第一发散X射线束，该第一发散X射线束包括具有40keV以上的X射线能量的第一和第二特征发射线Kα1和Kα2；将单色器晶体定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，并选择和产生具有所述第一和第二特征发射线的第二发散X射线束；有选择地阻挡所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中的一个特征发射线，并且允许所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中未被阻挡的一个特征发射线通过；将对象定位在所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中未被阻挡的一个特征发射线的路径中，使得所述第二发散X射线束的未被阻挡的特征线透射穿过所述对象并且从所述对象发射出透射X射线束；将所述透射X射线束以一入射角指向分析器晶体；以及从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测所述对象的图像。

根据另一个方面，一种用于检测对象的图像的系统，所述系统包括：非同步加速器X射线源，其配置为生成第一发散X射线束，所述第一发散X射线束包括具有40keV以上的X射线能量的第一和第二特征发射线的Kα1和Kα2；单色器晶体，其定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，从而选择和产生具有所述第一和第二特征发射线的第二发散X射线束；具有狭缝的准直器，所述狭缝可调节地用于有选择地阻挡所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中的一个特征发射线并且允许所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中未被阻挡的一个特征发射线透射穿过对象；分析器晶体，其定位为截取以一角度入射到所述分析器晶体上的透射X射线束；以及图像检测器，其配置为从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测对象的图像。

根据另一个方面，根据这里所描述的发明主题的方法可以包括生成来自非同步加速器X射线源的第一发散X射线束，该第一发散X射线束包括具有40keV以上的X射线能量的第一和第二特征发射线Kα1和Kα2；将单色器晶体定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，并选择和产生具有所述第一和第二特征发射线的第二发散X射线束；将对象定位在所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线的路径中，使得所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线透射穿过所述对象并且从所述对象发射出透射X射线束；将所述透射X射线束以一入射角指向分析器晶体；以及从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测所述对象的图像。

根据另一个方面，一种用于检测对象的图像的系统，所述系统包括：非同步加速器X射线源，配置为生成第一发散X射线束，所述第一发散X射线束包括具有40keV以上的X射线能量的第一和第二特征发射线Kα1和Kα2；单色器晶体，其定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，从而选择和产生具有所述第一和第二特征发射线的第二发散X射线束以透射穿过对象；分析器晶体，其定位为截取以一角度入射到所述分析器晶体上的透射X射线束；以及图像检测器，其配置为从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测对象的图像。

根据本公开，提供了使用具有多色能量分布的X射线束检测对象图像的新颖系统和方法。

因此，本公开的目的在于提供使用具有多色能量分布的X射线束检测对象图像的新颖系统和方法。通过在这里所描述的发明主题，至少整体或者部分实现由本公开可显而易见的该目的以及其它目的。

附图说明

现在，将参照附图对在此所描述的发明主题的优选实施例进行描述，在附图中：

图1A到图1C是根据这里所描述的发明主题的实施例的DEI系统的示意图、顶部透视图和上侧面示意图，该DEI系统包括单个单色器晶体并且可用于产生对象的图像；

图1D和1E是根据这里所描述的发明主题的实施例的图1A到图1C中所示的DEI系统在不同运行模式下的示意图；

图2是根据这里所描述的发明主题的实施例的基于阴极/阳极管设计的X射线管的示意图；

图3是根据这里所描述的发明主题的实施例的图1A到图1E的DEI系统的示意俯视图；

图4是使用根据这里所描述的发明主题的实施例的图1A到图1E的DEI系统对对象成像的示例性过程的流程图；

图5是根据这里所描述的发明主题的实施例的图1A到图1E和图3中所示的DEI系统的分析器晶体的侧视图；

图6A和图6B分别是根据这里所描述的发明主题的实施例的DEI系统的示意图和顶部透视图，该DEI系统包括不匹配的单色器晶体并且可用于生成对象的图像；

图7是根据这里所描述的发明主题的实施例使用图6A和图6B的DEI系统对对象成像的示例性过程的流程图；

图8到图10是锗[333]和硅[333]晶体在不同波长处的Dumond曲线图；

图11是根据这里所描述的发明主题的实施例的图6A和图6B中所示的DEI系统的锗单色器晶体和硅单色器晶体的侧视图；

图12是根据这里所描述的发明主题的实施例的DEI系统的示意图，该DEI系统包括误匹配的单色器晶体并且可用于生成对象的图像；

图13到图16是根据这里所描述的发明主题的实施例的X射线管和单色器仓的示例性设置的示意图，该单色器仓具有在支架上的单个单色器晶体；

图17是根据这里所描述的发明主题的实施例的X射线管的X射线束出口部分的图像；

图18是图17中所示的X射线管的X射线束出口部分的另一个图像；

图19是根据这里所描述的发明主题的实施例的铝滤波器和准直器的图像；

图20是根据这里所描述的发明主题的实施例的在X射线管一端上的屏蔽帽的图像，该屏蔽帽用于防止X射线束从X射线管端部不期望的发射；

图21是根据这里所描述的发明主题的实施例的屏蔽帽的图像，可拆开并且切割该屏蔽帽但为了配合X射线管的端部而不能弯曲；

图22是根据这里所描述的发明主题的实施例的另一部分屏蔽的图像，该另一部分屏蔽位于接近X射线管端部的位置，用于防止X射线束从X射线管侧面不期望的发射，；

图23是根据这里所描述的发明主题的实施例的单色器仓的图像，该单色器仓包括用于防止X射线束从单色器仓不期望的发射的铅屏蔽；

图24是根据这里所描述的发明主题的实施例的图23的单色器仓的图像，该单色器仓包括用于防止X射线束从单色器仓不期望的发射的铅屏蔽；

图25是根据这里所描述的发明主题的实施例的X射线管和单色器仓的图像，该X射线管和单色器仓位于相对于彼此的操作位置；

图26是根据这里所描述的发明主题的实施例的单色器仓的内部组件的正视图的图像；

图27是根据这里所描述的发明主题的实施例的示例性DEI系统的顶部透视图；

图28是根据这里所描述的发明主题的实施例的示例性单色器晶体的示意图，包括侧视图、俯视图以及正视图；

图29是根据这里所描述的发明主题的实施例的单色器晶体的透视图，其示出了内侧/外侧区域以及旋转角度χ和θ；

图30是使用硅[111]、[333]、[444]和[555]晶体衍射平面的国家同步加速器光源X15A箱中的单色束通量的曲线图；

图31是说明了FWHM的减少增大了摇摆曲线的斜率的曲线图；

图32是根据这里所描述的发明主题的实施例的使用同步加速器X射线束的DEI系统的实验装备的示意图；

图33是根据这里所描述的发明主题的实施例的示例性铝过滤散热器的图像；

图34是通过电热调节器在24小时周期上所测量的温度曲线图；

图35是根据这里所描述的发明主题的实施例的示例性改进的第二单色器底座和支撑板的俯视图像，其具有用于降低温度的水冷却线；

图36是18keV系统稳定性测试的曲线图，其示出了在一段时间上的分析器峰位；

图37是在18keV稳定性测试期间国家同步加速器光源(NSLS)X射线环电流的曲线图；

图38是40keV系统稳定性测试的曲线图，其示出了在一段时间上的分析器峰位；

图39是在40keV稳定性测试期间NSLS的X射线环电流的曲线图；

图40A到图40C是根据这里所描述的发明主题的实施例的在18keV下获得的示例性CD模板(CD phantom)的图像；

图41A到图41C是根据这里所描述的发明主题的实施例的在30keV下所获得的示例性CD模板的图像；

图42A到图42C是使用根据这里所描述的发明主题的系统和方法所获得的峰位分析器晶体位置中在30keV、布拉格[333]下获得的三个不同区域的MISTY模板的图像；

图43是在乳房中吸收、不相干散射和相干散射的贡献相对能量的曲线图；

图44是在传统的放射线照相术系统上成像的示例性乳房样本的图像；

图45A到图45F是使用根据这里所描述的发明主题的技术、分别在束能18keV、25keV、30keV、40keV、50keV和60keV下相同样本的同步加速器放射线照片；

图46A到图46F是分别使用MIR束能18keV、25keV、30keV、40keV、50keV和60keV的乳房样本的图像；

图47A到图47F是分别对于束能量18keV、25keV、30keV、40keV、50keV和60keV的平均乳腺剂量和分布的曲线图；

图48是根据这里所描述的发明主题的与用于MIR的能量对比的X射线束能量的曲线图；

图49是指示使用MIR的纤维直径估计的图像；

图50是说明了采用根据这里所描述的发明主题的技术所获得的尼龙纤维折射分布的曲线图；

图51是MIR折射拟合直径校准的曲线图；

图52A到图52C是采用根据这里所描述的发明主题的技术所获得的乳癌样本的MIR折射图像；

图53是通过根据这里所描述的发明主题的DEI系统所获得的局部乳癌肿块和毛刺体MIR组的图像；

图54A到图54E是与传统放射线照片相比、采用DEI的纤维可视化的图像；

图55A到图55C是使用根据这里所描述的发明主题的实施例的计算机仿真软件仿真的DEI系统的示意图；

图56是根据这里所描述的发明主题的实施例的耦合到DEI单色器晶体的对数螺旋聚焦元件的透视图；

图57是示出具有在焦散处的源的对数螺旋元件的聚焦效果的透视图；

图58A和图58B分别是用于实验研究的特性系统的俯视图和正视图；

图59是直接X射线到电荷转换检测器的示意图；

图60A和图60B是根据这里所描述的发明主题分别通过基于同步加速器的系统和基于X射线管的系统针对相同尼龙纤维模板生成的图像；

图61是使用根据这里所描述的发明主题的技术针对图44和图45A到图45F中所示相同乳房样本产生的同步加速器折射图像；

图62A和图62B是根据这里所描述的发明主题的分别使用X射线管和同步加速器所获得的乳房组织样本相同区域的图像；

图63是根据这里所描述的发明主题的使用X射线管所获得的乳癌乳房切除样本的图像。

具体实施方式

这里所描述的发明主题包括用于使用具有多色能量分布的X射线束检测对象图像的系统和方法。具体而言，这里所描述的发明主题公开了用于检测对象图像的改进的DEI和DEI系统以及相关方法。根据一个方面，这里所描述的发明主题可以包括用于检测对象图像的方法。该方法可以包括产生具有多色能量分布的第一X射线束。并且，该方法可以包括将单色器晶体定位在预定位置，以直接截取第一X射线束，从而产生具有预定能级的第二X射线束。并且，可以将对象定位在第二X射线束的路径中，使得第二X射线束透射穿过对象并且经由该对象发射为透射X射线束。可以将透射X射线束以一入射角指向分析器晶体。并且，可以由从分析器晶体衍射的束检测对象的图像。例如，因为这些系统和方法可以提供在医学应用中极低的剂量、快速扫描时间、高分辨率以及相对较低的运行和建造成本，所以它们具有优势。并且，例如，可以将这些系统构建成紧凑单元，并且这些系统可以很容易在临床和工业应用中使用。

使用根据这里所描述的发明主题的DEI的成像处理技术可以使用在摇摆曲线的对称点处获得的图像，以生成对象表观吸收图像和折射图像。DEI的表观吸收图像类似于传统的放射线照片图像，但是由于散射抑制而表现出更大的衬度。DEI折射图像可以描述由大比例折射率特征所造成的小光束偏转的大小。DEI消光图像在摇摆曲线上的多个点处生成，其中，衬度的主要机制是由于被对象散射的微弧度量级的光子。另一种基于DEI的成像处理技术称为多图像放射线照相术(MIR)，其使用在摇摆曲线上的多个点以生成表现对象的X射线吸收、折射和超小角度散射的定量图像。根据这里所描述的发明主题的系统和方法可以在分析器摇摆曲线上的任何点处生成图像，并且因此可以用于生成：(1)在任何分析器位置处的单个图像DEI；(2)DEI表观吸收和折射图像；(3)MIR吸收、折射和散射图像；以及(4)质量密度图像。生成对于这些处理以及任何其它基于DEI的处理技术所需的原始图像数据的能力对于所有基于DEI的处理技术都是有用的。另外，这里所描述的系统和方法适于在X射线断层摄影术中使用，并且可以提供在任何基于DEI的X射线断层摄影术算法中使用的原始数据。

光子与物质的相互作用

本节概括了X射线生成、光子学以及光子与物质相互作用。此外，本节对X射线吸收、折射和散射的物理机制以及它们如何与DEI相关以及DEI进行了解释。还讨论了能量沉积、剂量测量以及放射线曝光的相关健康影响的话题。

在放射线照相术中一个最重要的基本物理相互作用是光电效应。将该理论应用到X射线成像有助于解释在传统的放射线照相术中如何获得衬度。通过对象，诸如乳房组织的X射线能够撞击电子，并且将其能量提升到该轨道的结合能之上的级别。如果出现这种情况，电子将具有足够的能量克服原子核的吸引力，并且使原子剩下具有等于入射光子的能量减去电子结合能的总能量。在生物学组织中，入射X射线可以导致直接或者间接的自由基形成，其能够与DNA和其它细胞结构相互作用，导致突变和其它有害效果。该相互作用的积极方面在于将X射线光子的能量转移到电子，这意味着它将不遇到成像系统的胶片或者检测器。通过对象透射的X射线量的降低称为X射线衰减，并且在传统成像中，该过程的主要组分是通过经由光电效应的吸收。

每单位质量发生光电吸收的概率与Z³/E³成比例，其中，Z是原子序数而E是入射光子的能量。对于医学成像而言，通常将该式化简为反映光束能量的影响，使得光电吸收的概率与1/E³成比例。由于传统放射线照相术中的衬度是基于吸收的，所以吸收衬度在更高能级上将迅速降低。该趋势的例外出现在原子的K吸收限处，即每种元素所特有的特性能量。当入射光子能量恰好低于K吸收能量或者K限时，光电相互作用的概率将出现显著增大。

由于光电吸收随着更高原子序数和更低光束能量而增大，所以对乳房组织成像极具挑战性。软组织中的大多数基本元素由氢、碳、氮和氧组成，所有这些元素具有相对较低的原子序数以及低于1keV的吸收限。组成乳房软组织的基本元素相对较低的平均原子序数和相对较低的吸收限使得确定良性和恶性特征之间的差异极具挑战性，尤其是在疾病的早期阶段。

传统X射线生成的固有物理相互作用是轫致辐射(bremsstrahlung)，这是“破坏性放射线”的德语词。通过电压对在成像系统中所使用的非相对论速度的电子进行加速，并且电子具有通过下式定义的动能：

$\mathrm{KE}=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2$

当发射到诸如X射线管阳极的金属中的电子穿过密集的原子核并且迅速减速时，该电子能够发生偏转。电子可以释放从0到其总KE范围的能量，其能量损失取决于正在通过的电子与原子核的距离。导致低能量释放的偏转比导致高能量释放的偏转具有高得多的概率。在高电势下加速并且与原子核发生强烈相互作用而导致速度显著下降的电子能够导致释放处于能量谱X射线波段内的光子。从诊断X射线管生成的主X射线源来自轫致辐射放射线。

已加速的电子与原子相互作用能够主要基于对象的原子属性生成另一种类型的X射线，称为特征X射线。如果已加速的电子遭遇到原子轨道内的电子，其部分能量可能转移，并且将受碰撞的电子提升到更高能级。如果所转移的能量等于或者大于受碰撞电子的结合能，那么就可能发生该电子的发射。如果出现发射这些电子之一的相互作用，来自高能级的电子将下降以填充该能隙。由于这些电子从高能级到较低能级，所以能级变化将伴随着能量释放。从第二能级跃迁到第一能级(n＝2到n＝1)的电子称为K_αX射线。从第三个能级跃迁到第一能级(n＝3到n＝1)化分为K_βX射线。基于该电子碰撞能够发生大量跃迁，但是产生特征X射线的相互作用仅由更低原子能级中的跃迁生成。

X射线靶的能量输出谱将取决于所使用的金属的属性。确定具体成像应用所需的平均能量对于选择靶而言是重要的。对于利用单色X射线的应用，由靶产生的特征X射线尤其重要。

考虑到X射线吸收，当X射线光子遭遇到物质时，相互作用导致入射X射线的衰减，一部分X射线被吸收而一部分X射线被透射。X射线衰减是基于对象的电子密度和平均原子序数的光子强度损失。当光子穿过物质时，还将发生X射线散射并且导致强度损失，但是该分量在传统的放射线照相术中很难测量。当光子穿过具有厚度X的对象时所吸收的光子数量的量通过与入射光束(I_O)的光子数量相比透射了多少光子(I_t)来确定。光子通过物质时衰减的程度是可以测量得到的材料属性，并且将其称为具有单位cm^-1的衰减系数(μ)。线性衰减系数中的差异允许X射线图像衬度，最高衬度在高和低衰减区域之间。

线性吸收系数与所穿过的材料的密度成比例，并且通常将表列值表示为μ/ρ。该值称为质量吸收系数，并且与材料的物理状态(固体、液体或者气体)无关。

Willebrord Snell首先发现了光从一种介质传送到另一种介质时的折射，并且已知定义该过程的定律为Snell定律。通过下式从数学上定义该关系：

n₁sin(θ₁)＝n₂sin(θ₂)

其中，入射介质是介质1，并且折射介质是介质2。

电磁波从一种介质传送到另一种介质的过程与可见光通过介质类似，均具有取决于折射率差异的偏转。使用可见光的经典例子，从一种折射率行进到具有更高折射率的介质的光将被折射。该例子通常用于示范可见光的折射，但是该定律也适用于X射线。然而，对于X射线而言，复折射率的实部小于单位1，并且可以通过下式将其表示为：

n＝1-δ

当使用高能量X射线以及具有低平均原子序数的材料时，通过下式表示δ的近似：

$\mathrm{\δ}\≅\frac{{\mathrm{N\λ}}^2{r}_e}{2\mathrm{\π}}$

其中，n是采样材料每单位体积的电子数量，r_e是典型的电子半径，并且λ是X射线波长。使用这些式子，可以显示：对于具有不同折射率的两个区域之间的线性界面，入射光子将以由下式近似的角度Δθ发生偏转：

$\mathrm{\Δ\θ}\≅(n_1-n_2)\tan {\mathrm{\θ}}_1$

当光子遭遇到对象时，它们主要经历三种事件：它们可以通过而无任何相互作用、它们可以经由光电效应被吸收，或者它们可以经历散射事件。在其最一般的定义中，散射是在对与另一个对象相互作用而言次要的光子路径中的角度偏移。光子的特性、光子在其中传播的介质、以及它遭遇到的对象的属性对相互作用的结果产生深刻影响。

没有能量损失或者转移而发生的相互作用是弹性的，并且在入射光子中没有发生相关能量损失的X射线相互作用称为弹性散射，或者相干散射。在相干散射事件中，主要X射线光子的能量首先被完全吸收，并且随后通过单个原子的电子重新发射。在相互作用中不存在净能量损失，但是光子重新发射的方向完全是任意的。对于医学成像，相干散射相互作用远没有称为不相干散射的具有能量损失而产生的光电相互作用或者散射事件显著。

在诊断成像中使用的能量范围中，最有影响并且通常难以解决的散射相互作用是非相干散射。该效应已知为康普顿(Compton)散射。康普顿散射相互作用可以描述为X射线光子和原子外层能级中电子之间的碰撞。约束外层电子的能量是最小的，并且将在光子和电子之间相互作用中所有的能量损失作为动能转移给电子。该能量转移导致具有能量降低或者波长增大的光子，并且导致受碰撞电子从原子中射出。能量和动量在碰撞中是守恒的，因此散射光子的能量和角度偏移将取决于转移给电子的能量的量。通过下式提供用于对波长中的变化进行描述的康普顿散射公式：

$\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}^{\′}=\frac{h}{\mathrm{mc}}(1-\cos \mathrm{\θ})=\frac{2h}{\mathrm{mc}}{\sin }^2\left(\frac{1}{2}\mathrm{\θ}\right)$

其中，λ是入射光子波长，而λ′是散射后的光子波长。

典型地，高能量X射线光子传递少量能量，使得散射角度相对于光子的初始轨迹很小。相反地，低能量X射线光子的散射本质上更加各向同性。传统放射线照相术中的问题在于当在诊断成像中所使用的较低能量X射线各向同性地散射时，将检测到的那些光子被指向前方。当与用于生成图像的期望光子相比较时，这些散射光子能够具有相似的能量和方向。能量和方向上的相似性使得难以通过防散射格栅和能量滤波器去除它们。由于该原因，康普顿散射由于模糊了所得到的图像而降低了分辨率和衬度。独创性的方法已经用于减少康普段散射对放射线照相的影响，但是没有任何一种传统的X射线成像技术完全成功地消除该影响。

通过用于对对象或病人的内部结构进行可视化的电磁辐射使得使用电离辐射的成像系统的发展和应用成为可能并构建了基础。电离辐射定义为具有足够使原子失去电子并且变成离子的能量的辐射。X射线成像是最普遍使用的电离成像形式，并且其它解剖学和功能性成像形式利用电离辐射获得诊断信息。使用电离辐射不可避免的结果是与其使用相关的射线剂量，并且理解如何测量剂量以及相关的健康影响是必要的。由于使用了其它测量系统，放射线曝光的定量已经发展和变化从而产生出许多单位和方法。

射线剂量定义为对受体或对象曝光或者由受体或对象吸收的放射线的量。伦琴是用于测量X射线或者伽马放射线在空气中产生的电离的曝光的单位。以术语“伦琴”确定曝光包括当通过体积元素中空气的光子所释放的所有电子完全停止在空气中、通过该体积元素中空气的质量进行划分时，确定在空气中产生的具有一个符号的所有离子的电荷总和。1伦琴(R)定位为由每千克空气X射线或者伽马射线产生的2.58×10^-4库仑电荷。伦琴还定义为在标准温度和压力下在1cc干燥空气中产生1esu(2.08×10^-9离子对)电荷的X和/或伽马放射线的量。伦琴的使用限于对X和伽马放射线进行测量，并且更重要的，它不是对所吸收的射线剂量的测量。它的使用在医学成像设备中不是普遍的，但是因为空气电离的测量仍然广泛用于其它领域，所以它的使用持续存在。

对于生物成像应用更加有用的放射线测量考虑了由受体或者对象吸收的放射线的剂量，将其用拉德(rad)表示。拉德等于由1克组织吸收的100尔格(erg)(1尔格＝10^-7焦耳)的能量。国际采用的吸收放射线的单位是格雷(gray)并且等于100拉德。拉德或者格雷不是对总能量的测量，它是对每克组织吸收多少射线剂量的测量。为了确定传送了多少总能量，必须知道所曝光组织的量。拉德和格雷都提供了对所吸收剂量的测量，但是它仍然仅仅是对组织中残留能量量的测量。

除了确定特定效果类型的放射线之外，被曝光的组织的类型也影响总体效果。某些类型的组织比其它组织对放射线更加敏感，一些最敏感的组织对诸如造血干细胞、肠上皮细胞和精子细胞的细胞进行快速划分。通过将受辐射类型组织的相等剂量与它们的加权因子乘积相加来计算已知为有效剂量的术语，通过下式表示：

生物系统依赖分子和结构的超复杂系统实现生命所必须的功能。电离辐射能够破坏细胞工作，这将导致细胞丧失功能或者死亡。通过化学键和相互作用以适当定义的顺序在身体中联合的分子，通常由酶和其它生物结构辅助。从电离释放的能量能够破坏化学键，潜在地改变这些分子的形状和功能。对于细胞的影响取决于细胞哪一部分受到破坏以及在给定时间量内发生了多少事件。

细胞最敏感和最重要的成分之一是它的DNA(脱氧核糖核酸)，其涉及细胞复制、转录和后续转译。如果发生在DNA中的电离事件导致电子射出，那么可以在DNA中形成电荷。以该方式发生的相互作用称为直接作用，其中电离事件直接发生在DNA中或者来自相邻分子。将来自X射线的大约2/3的自由基生成划分为间接作用，当射出的电子撞击水分子时出现该间接作用。这将对水分子进行电离，并且可以通过一系列步骤导致自由基的产生。一旦生成自由基，它就能够非常强烈地与其它分子相互反应，以恢复稳定的电子结构。如果自由基与DNA分子相互作用，那么它可能产生不作为的错误，该错误将造成临时机能紊乱或者使细胞不稳定，最终导致细胞死亡。

过量的辐射曝光能够导致细胞死亡，可以将其表示成两种基本形式。电离能够将细胞功能破坏到该细胞不再维持其自身的程度，导致细胞死亡。还能够发生有丝分裂抑制，这允许细胞起作用但是不再复制。对于影响细胞水平上的效应可以扩大到器官、系统或者有机体水平。对整个身体100格雷的射线剂量能够导致在24到48小时内死亡。对于整个身体2.5至5格雷剂量能够在几周内导致死亡。对于器官和其它身体部位的局部辐射曝光能够导致焦点细胞死亡和功能紊乱，其具有由组织类型的敏感性部分确定的损害影响。

细胞死亡仅仅是曝光于电离辐射的一个结果，DNA的改变能够导致DNA蓝图中的错误。癌症的发展是DNA损害对体细胞的可能结果。DNA中的错误能够导致细胞调控中的缺陷，这将导致癌症不受控制的增殖和发展。生殖细胞DNA中错误的诱变能够导致遗传缺陷，而该遗传缺陷可能几代内也不显现出来。

DEI和DEI系统以及相关方法

根据这里所描述的发明主题的一个实施例的DEI系统可以包括用于排除由X射线管发射的特定X射线的单个单色器晶体。图1A到图1C是DEI系统的示意图、顶部透视图和上侧示意图，该DEI系统一般由附图标记100表示。根据这里所描述的发明主题的实施例，该DEI系统包括单个单色器晶体并且可用于生成对象O的图像。此外，图1D和图1E是根据这里所描述的发明主题的实施例的DEI系统100在不同运行模式下的示意图。参考图1A和图1B，一般指定为100的DEI系统可以包括X射线管XT，其可用于生成一般表示为XB的多色X射线束，或者从X射线管XT的点源在不同方向上扇形展开的多个X射线束。X射线束XB可以包括具有不同能量的光子。在一个例子中，X射线管XT是钨X射线管，其具有可以从其中发射X射线束XB的点源。

图2是根据这里所描述的发明主题的实施例的基于固定X射线管设计的X射线管XT的示意图。参考图2，X射线管XT包括配置为产生一般表示为EB的电子束的阴极C。阴极C由钨制成。将高电压施加在阴极C与阳极A之间，这在X射线管XT的真空内部V产生高电势差。可以将电压电势经由阳极连接ANC施加到阳极A。X射线管XT可以包括配置为加热阴极C的灯丝F。可以通过灯丝连接FC将灯丝F连接到电源。

真空内部V限定在X射线管外壳XTH内。通过加热阴极C可以从阴极C热射出电子。静电聚焦杯EFC围绕在电子射出点周围，其有助于将电子束朝向阳极A聚焦。此外，从阴极C发射的电子穿过真空内部V聚焦到阳极A，其穿过缺口的速度由施加在电路上的电压来确定。

从阴极C射出的电子可以指向并且入射到阳极A的钨靶T上。作为电子在靶T上碰撞的结果，生成X射线束XB。X射线束XB经由X射线窗口XW射出真空内部V。X射线束XB可以包括特征发射线和轫致辐射放射线。

一个示例的X射线发生器是可购自德国Ahrensburg的GEInspectionTechnologies的ISOVOLT TITAN 160。其它示例性X射线管包括COMETMXR-160系列X射线管，例如，MXR-160HP/20X射线管，其可购自瑞士Flamatt的Comet AG。其它示例性X射线管可以包括使用除了钨之外包括钼、铁和铜在内的阳极的那些X射线管。其它合适类型的靶包括六硼化钡(barium hexaboride)靶和钐靶。六硼化钡靶可以产生大约30keV的X射线。钐靶的K_α1线大约在40keV。在一个例子中，X射线管的阳极可以是从其中发射X射线束的旋转阳极。在另一个例子中，X射线管的阳极可以是从其中发射X射线束的固定阳极。

再次参考图1A和图1B，准直器C1定位为用于阻挡超出单色器晶体MC的角度接收窗口之外的一部分X射线束XB。系统100还可以包括设置在X射线管XT和单色器晶体MC之间的额外的准直器，用于阻挡超出单色器晶体MC的角度接收窗口之外的一部分X射线束XB。准直器可以限定出狭缝或孔，一部分X射线束XB可以通过该狭缝或孔传输到单色器晶体MC。此外，准直器可以由诸如石墨的任何适于阻挡X射线束的材料制成。X射线管XT和准直器C1之间的距离X可以是大约100毫米(mm)。

单色器晶体MC可以配置为选择入射在其上的预定能量的部分X射线束XB。在一个例子中，单色器晶体MC是硅[333]单色器晶体，其适于排除不具有期望能量的X射线束XB的大多数光子。对于钨X射线管的情况，存在由硅单色器晶体反射的束能量范围。在该情况下，X射线束的特征发射线是59.13keV(K_α1)和57.983keV(K_α2)，以及落入单色器晶体窄角度接收窗口的轫致辐射放射线。轫致辐射放射线的亮度比两个K_α发射线小几个数量级。

X射线束XB由单色器晶体MC在几个不同方向上散射。准直器C2定位为阻挡超出分析器晶体AC的角度接收窗口之外的一部分X射线束XB。准直器C2可以限定有狭缝或孔，一部分X射线束XB可以通过该狭缝或孔传输到分析器晶体AC用于由分析器晶体AC截取。在一个例子中，单色器晶体MC和分析器晶体AC之间的距离Y可以是大约500mm。

可以旋转分析器晶体AC，以测量在特定方向上传播的放射线的量。晶体系统的角度敏感函数称为本征摇摆曲线，并且该属性用于生成图像折射衬度。如果X射线光子朝向摇摆曲线的峰位偏转，其反射率和强度将增大。如果对象特征造成光子向摇摆曲线下方偏转或者离开峰位反射率位置，将造成强度降低。

样本或对象可以在空气中成像或者浸入到诸如水的耦合介质中。使用耦合介质可减少空气与待成像的对象之间的折射率梯度，从而允许入射X射线传入样本中而不在空气-对象界面处产生显著的折射。这对于大多数对象不是必须的，但是这是DEI方法的一个应用，并且可以用于改善对象的内部衬度。

在一个例子中，单色器晶体MC是在一个维度上较窄的对称晶体。对称晶体的晶面(1attice plane)(用于衍射X射线束的原子层)平行于晶体表面。对称晶体保持了入射束的发散度和大小。比较而言，非对称晶体改变了入射束的发散度和大小。在单色器晶体MC是对称晶体的例子中，可以通过使用对称晶体扫描样对象以及检测器实现大成像域(例如，大约100mm乘100mm的成像域)的二维成像。对称晶体相对于非对称晶体的一个示例性优点在于非对称晶体需要大的单色器晶体以制备成像束(例如，选择和准直的X射线)，这对大晶体的完整性设定了严格的限制。此外，非对称晶体的大小随着X射线束能量的增加而增加，因此使大约59.13keV的X射线不切实际。相比而言，例如，根据这里所描述的发明主题所使用的对称单色器晶体可以利用59.13keV的X射线，该对称单色器晶体具有大约30mm长度的适度大小的晶体。

再次参考图1A和图1B，可以通过扫描平台ST将对象O定位在X射线束XB的路径中以对对象O进行成像。如通过箭头A所指示的，可以垂直于X射线束XB的方向对对象O进行扫描。在对对象O进行扫描期间，X射线束XB可以穿过对象O，并且可以由分析器晶体AC进行分析，该分析器晶体AC可以是与单色器晶体MC匹配的硅[333]晶体。入射到分析器晶体AC上的X射线束XB经过衍射由数字检测器(或者图像感光板)DD截取。数字检测器DD可以对所截取的X射线束XB进行检测，并且生成表示所截取X射线束的电信号。

在一个例子中，可以利用线源扫描系统。在一个例子中，扫描系统可具有对象与检测器之间1∶1相关性。

该电信号可以传送给用于图像分析及显示给操作者的计算机C。由电信号表示的图像可以包括来自所得图像中K_α1和K_α2能量的贡献。在一个例子中，感兴趣的能量是具有59.319keV的K_α1能量。在该例子中，可以通过图像处理去除由K_α2能量产生的图像特征。如果由X射线束的K_α2部分所产生的特征低于所期望的分辨率相当差距，则可以一起使用二者并且减少所需的总成像时间。对于高分辨率应用场合，K_α2能量部分可以造成阴影效应并且可以通过图像处理去除。计算机C可以配置为生成吸收图像，显示折射效果的图像以及描述超小角度散射的图像，下面将更详细描述这几种类型。

具体参考图1B，单色器晶体MC可以将X射线束XB作为扇形束传播。该扇形束可以由准直器进行校准，以屏蔽不期望的X射线，导致清晰的DEI图像和低受体剂量。与二维束相比，扇形束更容易控制以屏蔽不期望的X射线。

参考图1C，示出了在从源S到检测器DD之间的的示例性距离，其中来自(图1A和1B中所示的)X射线管XT的X射线经过了单色器晶体MC、对象O、分析器晶体AC。根据应用的需要，可以将组件设置在相对于彼此适当的其他距离处。在该例子中，DEI系统100配置为用于乳房X射线照相。

现在参考图1D和图1E，如上所述，这些附图示出了不同运行模式下的DEI系统100。X射线束的特征发射线K_α1K1和K_α2K2通过X射线管XT生成。发射线K_α1K1和K_α2K2源于相同的点源PS。如上所述，单色器晶体MC排除了不具有期望能量的X射线束的大多数光子。在该情况下，如图所示，发射线K_α1K1和K_α2K2以及轫致辐射放射线通过单色器晶体MC并且再次指向分析器晶体AC。

准直器C2定位在发射线K_α1K1和K_α2K2的路径中。准直器C2限定有可调节的狭缝，发射线可以通过该狭缝有选择地传送到分析器晶体AC。在图1D所示的第一运行模式中，对于距点源PS大约400mm的距离，将狭缝调节为缝隙X 0.6mm，并且定位狭缝，使得发射线K_α1K1通过准直器C2而K_α2K2被阻挡。这样，准直器C2排除除了来自发射线K_α1K1的X射线之外的所有X射线以及非常窄范围的轫致辐射放射线。在该模式中，该束没有分散，并且因此以相同的扫描速度在相反方向上对对象O和检测器DD进行扫描。该模式产生最大可能平面外(out-of-plane)分辨率(DEI衬度的方向)，但是以从X射线束中去除部分X射线为代价，从而不得不增加曝光时间。用于对象O的虚拟点源表示为VPS。

现在参考图1D，在第二运行模式中，发射线K_α1K1和K_α2K2以及具有邻近能量的轫致辐射放射线通过准直器C2。对于距点源PS大约400mm的距离，将准直器C2的狭缝调节为缝隙X 2.0mm，并且定位狭缝，使得发射线K_α1K1和K_α2K2以及轫致辐射放射线通过准直器C2。在该模式中，考虑了束分散。为了避免图像模糊，可以以相同的角速度对对象O和检测器DD进行扫描。通过源-对象距离和源-检测器距离(其中，距离沿着束路径取得)可以确定检测器DD以及其上放置有对象O的采样平台的相对扫描速度。该模式中的束分散能够导致更低的平面外分辨率，但是该模式具有通过更多X射线并且因此允许更快曝光时间的优点。用于检测器DD的虚拟点源表示为DVPS。圆形部分CP1和CP2分别以用于对象O和检测器DD的虚拟点源为中心。

此外，在使用第二种模式的一个实施例中，可以采集具有与K_α线不同的X射线能量的轫致辐射放射线。因此，在该实施例中，系统在X射线能量上是可调的，并且不限于特征发射能量。通过改变单色器晶体和分析器晶体的入射角度可以实现该功能。在一个例子中，通过将入射角度改变为11.4度、遵循布拉格定律、并且用铝滤片代替铜滤片可以实现该功能。在该例子中，成像可以出现在30keV X射线能量处。低于钨发射线能量的X射线能量可以用于相对较薄的对象。

在一个例子中，铜滤片可以配置为去除大约19keV轫致辐射放射线以减少或者消除不想要的晶体反射和谐波。不采用该过滤，图像质量可能下降。

图3是根据这里所描述的发明主题的实施例示出图1A到图1E的DEI系统100的示意的俯视图。参考图3，X射线束XB通过X射线管XT的源生成。准直器C1和C2阻挡来自X射线管XT源的X射线束XB传送到分析器晶体AC的部分扩散到大约5.7度的角度。穿过准直器C1和C2的部分X射线束XB是穿过准直器中狭缝的部分X射线束。

系统100可以包括分别是右和左分析器碘化钠检测器的D1和D2，以及分别是右和左单色器碘化钠检测器的D3和D4。检测器D1到D4配置为用于分析器校准。这些检测器用于测量发射自单色器晶体MC或者分析器晶体AC的衍射X射线束的强度。为了系统校准，检测器D1和D2放置在分析器晶体AC之后的X射线束XB中。如果分析器晶体没有调整到所需的角度，那么由检测器D1和D2测量的强度将显示该情况，并且可以对系统进行调整。对于检测器在单色器晶体MC之后的X射线束XB中，情况也是相同的。另外，检测器D1到D4可以用于实时测量X射线束XB，以及调整分析器晶体、D1和D2、χ(chi)(围绕沿着X射线束路径的轴测量的角度)或者调整单色器晶体、χ、D3和D4。使用这些检测器对分析器晶体AC和单色器晶体MC进行设置、测量和调整对于成功采集DEI图像是重要的。

图4是示出根据这里所描述的发明主题的实施例的使用图1A到图1E中所示的DEI系统100对对象O成像的示例性过程的流程图。参考图4，在方框400中，可以生成具有多色能量分布的第一X射线束。例如，由X射线管XT产生的X射线束XB可以具有多色能量分布。此外，例如，X射线管XT可以设置为具有至少50kW功率以生成X射线束。或者，例如，对于某些医学应用、研究和开发、小动物成像等，可以将X射线管XT的功率设置为小于50kW(例如大约30kW)。使用更少功率的优点在于减少成本。第一X射线束可以具有从大约10keV到大约60keV范围的束能量。在一个例子中，可以通过同步加速器生成第一X射线束。

在方框402中，可以将单色器晶体MC定位在预定位置以截取第一X射线束，从而生成具有预定能级的第二X射线束。例如，可以将单色器晶体MC的表面定位在X射线束XB的路径中以截取该束。如上所述，单色器晶体MC可适于排除不具有期望能量的X射线束XB的大多数光子。因此，可以产生具有预定能级的第二X射线束。在一个例子中，可以将单色器晶体MC的表面定位为与入射到单色器晶体MC该表面上的X射线束XB的路径成大约5度和20度之间的角度。在该例子中，这些角度可用于[333]反射。或者，其它合适的角度也可以用于定位单色器晶体MC的表面。在另一个例子中，可以将单色器晶体MC的表面定位为与入射到单色器晶体MC该表面上的X射线束XB的路径成大约1度和约20度之间的角度。在另一个例子中，可以将单色器晶体MC的表面定位为与入射到单色器晶体MC该表面上的X射线束XB的路径成大约1度和约20度之间的角度。如果使用[333]和[111]反射，对于10到70keV的能量范围，角度范围可以在大约1度和大约40度之间。

在方框404中，可以将对象O放置在第二X射线束的路径中，第二X射线束穿过对象O传输并且从对象O发射出透射束。例如，可以将对象O放置在扫描平台ST上，以将对象O移动到X射线束的路径中。

在方框406中，可以将透射X射线束以一入射角指向分析器晶体AC。例如，分析器晶体AC可以定位在透射X射线束的路径中，并且处于用于截取入射角的X射线束的角度。分析器晶体AC截取的至少部分射线束可以衍射到检测器DD。

在方框408中，可以从分析器晶体AC的衍射束中检测对象O的图像。例如，检测器DD可以检测来自分析器晶体AC的衍射束。可以通过下列示例性检测器其中之一检测该衍射束：配置为数字化检测图像的检测器；X射线照片胶片；以及图像板(image plate)。在一个例子中，可以从处于晶体分析器摇摆曲线的峰位和/或接近晶体分析器摇摆曲线的峰位的晶体分析器所衍射的束中检测该对象的图像。所检测的图像可以经由呈现给用户的计算机C进行处理并且呈现给用户。

在检测对象图像的另一个例子中，可以从位于第一角度位置的分析器晶体AC所发射的第一衍射束中检测对象O的第一角度图像。可以在分析器晶体AC的低摇摆曲线角度设定处检测对象O的第一角度图像。此外，可以从位于第二角度位置的分析器晶体AC所发射的第二衍射束中检测对象O的第二角度图像。可以在分析器晶体AC的高摇摆曲线角度设定处检测对象O的第二角度图像。可以通过计算机C组合第一和第二角度图像，以得到折射图像。此外，计算机C可以从折射图像中推导出对象O的质量密度图像。该质量密度图像可以经由计算机C的显示器呈现给用户。

图5是根据这里所描述的发明主题的实施例的对图1A到图1E和图3中所示的DEI系统100的分析器晶体AC的侧视图。参考图5，示出了特征发射线K_α1和K_α2从分析器晶体AC表面的衍射。多种X射线能量的调节可以导致改善的X射线通量。

在另一个实施例中，根据这里所描述的发明主题的DEI系统可以包括用于排除从X射线管发射的特定X射线的不匹配晶体设计。在该设计中，可以在单色器处消除X射线束的K_α2发射线。图6A和图6B分别是一般由附图标记600表示的DEI系统的示意图和顶部透视图。根据这里所描述的发明主题的实施例，该DEI系统包括不匹配的单色器晶体并且可用于生成对象O的图像。参考图6A和图6B，DEI系统600包括可用于产生X射线束XB的X射线管XT。将准直器C1定位为阻挡超出第一单色器晶体MC1的角度接收窗口之外的部分X射线束XB。X射线束XB未被阻挡的部分可以截取第一单色器晶体MC1，第一单色器晶体MC1将未被阻挡的部分折射到由第二单色器晶体MC2进行截取的方向。利用布拉格定律将第一单色器晶体MC1调整到特定角度，以选择非常窄范围的光子能量用于产生指向第二单色器晶体MC2的衍射单色束。由于来自X射线管XT的X射线束XB的发散，第一单色器晶体MC1可以对可以包括特征发射线K_α1和K_α2以及邻近能量的轫致辐射发射线在内的能量范围进行衍射。第二单色器晶体MC2的作用在于将该束重新指向平行于入射束的方向，并且与分析器晶体AC校准。当针对特定能量调整该系统时，首先校准第一单色器晶体，并且随后调整第二晶体以找到该束的位置。

采用第二单色器晶体MC2校准时，对分析器晶体AC进行扫描，以找到该束在晶体上的位置。摇摆该晶体以找到束位置类似于扫描无线电调频盘以找到特定的台，当分析器的角度位置与第二单色器晶体精确校准时，将产生强度的急剧上升。一旦校准了分析器晶体AC，则该系统就被调整并且准备好使用。

第一和第二单色器晶体MC1和MC2可以分别配置为排除由X射线管发射的特定X射线的不匹配晶体设计。单色器晶体MC1和MC2可用于消除X射线束XB的K_α2，这可以通过利用针对不同晶体的能量角度接收来实现。在一个例子中，单色器晶体MC1和MC2可以分别是锗[333]和硅[333]单色器晶体。

图7是示出根据这里所描述的发明主题的实施例的使用图6A和图6B中所示的DEI系统600对对象O成像的示例性过程的流程图。参考图7，在方框700中，可以生成具有多色能量分布的第一X射线束。例如，由X射线管XT生成的X射线束XB可以具有多色能量分布。此外，例如，可以将X射线管XT设置为至少50kW功率以生成X射线束。第一X射线束可以具有从大约10keV到大约60keV范围的束能量。在一个例子中，可以通过同步加速器生成第一X射线束。

在方框702中，可以将单色器晶体MC1定位在预定位置以截取第一X射线束，从而产生具有预定能级的第二X射线束。例如，可以将单色器晶体MC1的表面定位在X射线束XB的路径以截取该束。如上所述，单色器晶体MC1可适于排除不具有期望能量的X射线束XB的大多数光子。因此，可以生成具有预定能级的第二X射线束。在一个例子中，可以将单色器晶体MC1的表面定位为与入射到单色器晶体MC1表面上的X射线束XB的路径成大约5度到20度之间的角度。

在方框704中，可以定位单色器晶体MC2，以截取第二X射线束并且将第二X射线束指向分析器晶体AC。在一个例子中，可以定位第二单色器晶体MC2，使得第二X射线束指向沿着与穿过准直器C1的部分X射线束XB路径平行的路径。在另一个例子中，单色器晶体MC1和MC2可以是不匹配的。在另一个例子中，可以选择单色器晶体MC1和MC2以排除预定部分的X射线束XB。在另一个例子中，单色器晶体MC1和MC2可以是锗[333]和硅[333]单色器晶体其中之一。

在方框706中，可以将对象O定位在第二X射线束的路径中，使得第二X射线束穿过对象O传输并且从对象O发射出透射束。例如，可以将对象O放置在扫描平台上，以将对象O移动到X射线束的路径中。

在方框708中，可以将透射的X射线束以一入射角指向分析器晶体AC。例如，可以将分析器晶体AC定位在透射X射线束的路径中，并且定位在用于截取入射角度的X射线束的角度。截取自分析器晶体AC的至少部分束可以衍射到检测器DD。

在方框710中，可以从分析器晶体AC衍射的束中检测对象O的图像。例如，检测器DD可以检测来自分析器晶体AC的衍射束。可以通过下列示例性检测器其中之一检测该衍射束：配置为数字化检测图像的检测器；X射线照片胶片；以及图像板。在一个例子中，可以从处于晶体分析器摇摆曲线的峰位和/或接近晶体分析器摇摆曲线峰位的晶体分析器衍射的束中检测对象的图像。在该例子中，峰位可以出现在摇摆曲线的大约一半达尔文宽度内。所检测的图像可以经由呈现给用户的计算机C进行处理，并且呈现给用户。

在检测对象图像的另一个例子中，可以从位于第一角度位置的分析器晶体AC所发射的第一衍射束中检测对象O的第一角度图像。可以在分析器晶体AC的低摇摆曲线角度设定处检测对象O的第一角度图像。此外，可以从位于第二角度位置处的分析器晶体AC所发射的第二衍射束中检测对象O的第二角度图像。可以在分析器晶体AC的高摇摆曲线角度设定处检测对象O的第二角度图像。通过计算机C可以组合第一和第二角度图像，以得到折射图像。此外，计算机C可以从折射图像推导出对象O的质量密度图像。该质量密度图像可以经由计算机C的显示器呈现给用户。

图8到图10是锗[333]和硅[333]晶体在不同波长时的Dumond曲线图。具体而言，图8是锗[333]和硅[333]晶体在对应于钨的K_α1和K_α2波长范围内的Dumond曲线图。图9是锗[333]和硅[333]晶体在对应于钨的K_α1波长范围内的Dumond曲线图。在对应于钨的K_α1波长(59.319keV)处，存在锗[333]和硅[333]的完全重叠，从而表明当K_α1能量在第一截取晶体(即锗单色器晶体)和第二截取晶体(即硅单色器晶体)上衍射时没有排除K_α1能量。然而，在更高波长处，存在将为给定角度处的每个晶体所接受的波长的分离。参考图10，在对应于钨的K_α2(57.982keV)波长处，在锗[333]和硅[333]的波长接收中不存在重叠。将其应用于参照图6A和图6B中所示例子描述的基于钨的源，可以以平行几何方式定位该锗和硅单色器晶体，以实现几乎无损失地反射K_α1波长并完全排除K_α2波长。

图11是根据这里所描述的发明主题的实施例的图6A和图6B中所示的DEI系统600的锗单色器晶体MC1和硅单色器晶体MC2的侧视图。参考图11，示出了以平行几何方式定位的单色器晶体MC1和MC2，以提供对于钨X射线管几乎无损失地反射K_α1波长以及完全排除K_α2波长。

再次参考图6A和图6B，穿过单色器晶体MC1和MC2的部分X射线束XB在几个不同方向上散射。准直器C2可以包括狭缝或者孔，其定位为阻挡超出分析器晶体AC的角度接收窗口之外的部分X射线束XB。

对象O可以通过扫描平台ST定位在X射线束XB的路径中以用于成像。在对象O的扫描期间，X射线束XB可以穿过对象O，并且可以由分析器晶体AC进行分析，该分析器晶体AC可以是与单色器晶体MC2匹配的硅[333]晶体。入射到分析器晶体AC上的X射线束XB可以发生衍射以由数字检测器DD截取。数字检测器DD可以对所截取的X射线束XB进行检测，并且生成表示所截取的X射线束的电信号以传送给计算机C。计算机C可以分析该信号表示，并且将对象O的图像显示给操作者。具体而言，计算机C可以配置为生成吸收图像，示出折射效果的图像，以及描述超小角度散射的图像，下面将更加详细地描述这些类型。

图12是根据这里所描述的发明主题的实施例的一般由附图标记1200表示的DEI系统的示意图，该DEI系统包括不匹配的单色器晶体，并且可用于产生对象O的图像。参考图12，DEI系统1200可以包括用于生成一般指向箭头A所指示的方向的X射线束XB的钨X射线管XT。铍(Be)窗口BW可以定位在X射线管XT的束出射端以截取X射线束XB。Be窗口BW的作用包括滤除低能量X射线并且密封X射线管XT的真空内部。Be窗口BW可以保持在配置为联结到束出射端BE的外壳H1中。

铝(Al)滤片AF可以定位在Be窗口BW的下游位置以截取穿过Be窗口BE的X射线束XB。Al滤片AF可以保持在配置为联结到Be窗口BW的外壳H1的外壳H2中。Al滤片AF用于衰减不期望的较低能量的X射线。

单色器仓(monochromator tank)MT可以设置在Al滤片AF的下游位置以截取穿过Al滤片AF的X射线束XB。单色器仓MT可以分别包括不匹配的第一和第二单色器晶体MC1和MC2，以及一对各自限定有X射线束XB可以穿过其中的狭缝的准直器C1和C2。单色器仓MT可以包括分别用于X射线束XB入射和出射的端E1和E2。准直器C1和C2可以对部分X射线束XB进行准直。第一和第二单色器晶体MC1和MC2可以分别配置为不匹配的晶体设计以滤除X射线管发射的特定X射线。单色器晶体MC1和MC2可以用于消除X射线束XB的K_α2发射线。在一个例子中，单色器晶体MC1和MC2可以分别是锗[333]和硅[333]单色器晶体。单色器仓MT可以安装用于旋转这里所述的单色器晶体MC1和MC2以选择X射线束XB的能量的机械装置。

系统1200可以包括另一准直器C3、离子室IC以及定位在单色器仓MT下游的快门组件SA。在单色器仓MT的出射端E2上，至少一部分X射线束XB可以穿过限定在准直器C3中的狭缝，该准直器C3定位在单色器仓MT的下游，用于准直X射线束以及阻挡部分X射线束XB。利用穿过离子室的X射线光子能够电离并且产生电压的原理，离子室IC用于测量X射线通量。快门组件SA可用于有选择地阻挡和通过X射线束XB，从而提供对象O对X射线束XB有选择的曝光。

对象O可以由在成像期间在X射线束XB的路径上扫描的扫描平台组件SSA保持。在对象O扫描期间，X射线束XB可以穿过对象O，并且可以通过分析器晶体AC进行分析，该分析器晶体AC可以是与第二单色器晶体MC2匹配的硅[333]晶体。如这里所述，可以将分析器晶体AC相对于单色器晶体MC2旋转到合适的角度。入射到分析器晶体AC上的X射线束XB可以发生衍射以由可移动的数字检测器DD截取。数字检测器DD可以检测所截取的X射线束XB，并且生成表示所截取X射线束的电信号以传送给计算机C。计算机C可以分析该信号表示，并且将对象O的图像显示给操作者。具体而言，计算机C可以配置为生成吸收图像以及显示折射效果的图像，下面将更加详细地描述这些类型。还可以根据DEI技术修改DEI系统1200以显示表示超小角度散射效果的图像。

桌子T可以包括花岗岩顶部GT，在该顶部的上表面上定位有单色器仓MT、准直器C3、离子室IC、以及快门组件SA。如以下将更详细描述的，桌子T可以包括多个桌腿L，每个桌腿L包括设置在底端和地面F之间的橡皮垫RP，以减轻震动从而稳定系统1200。桌子T可以包括配置为在垂直方向上上下移动分析器晶体AC的正切臂TA。

图13到图16是根据这里所描述的发明主题的实施例的X射线管XT和单色器仓MT的示例性设置的示意图，该单色器仓MT具有放置在一般标记为SC的支架上的单个单色器晶体MC。具体而言，图13是该示例性设置的侧视的示意图。参考图13，SC包括彼此互相连接的多个平台PL和杆RD用于相对于单色器仓MT定位X射线管XT(其一部分定位在由附图标记XT表示的孔内)。X射线管XT和单色器仓MT可以相对于彼此精确定位，使得发射自X射线管XT的X射线束XB可以通过孔径A1进入单色器仓MT并且使得X射线束XB落入单色器晶体MC的角度接收窗口内。从单色器晶体MC衍射的X射线束XB可以通过孔径A2射出单色器仓MT。除非特别说明，图13到图16中由数字表示的距离是以英寸为单位。

图14是图13中所示的示例性设置的俯视的示意图。参考图14，X射线束XB所示为形成从X射线管XT内的点P扩散的扇形。

图15和图16分别是图13和图14中所示的示例性设置的另一侧视示意图和另一俯视示意图。参考图15和图16，为了说明屏蔽S，分别示出了不带侧板和顶板的设置。屏蔽S可用于防止X射线束XB在不期望的方向上发射。额外的屏蔽可用于保护。此外，可以在临床设备中按所需提供合适的屏蔽。

图17到图26是根据这里所描述的发明主题的实施例的DEI系统的示例性部分的图像。具体而言，参考图17，示出了X射线管XT的X射线束出射部分的图像。X射线束从X射线管XT中射出并且通过Be窗口BW，该Be窗口BW联结到X射线管XT并且定位为截取X射线束。Be窗口BW装配有两层内部铅(Pb)屏蔽PS。

图18是图17中所示的X射线管XT的X射线束出射部分的另一图像。在该图像中，Al滤片AF和准直器C1联结到X射线管XT，并且定位为截取X射线束。Al滤片AF的厚度大约是2mm。准直器C1包括用于通过X射线束的狭缝SL。在该例子中，准直器C1由钽(Ta)制成并且厚度大约是1/8英寸。在一个例子中，该狭缝的大小略微大于X射线管的斑点大小。在一个例子中，狭缝是1.0mm并且X射线管的斑点大小是0.4mm。狭缝可以提供垂直准直的扇形束。

图19是Al滤片AF、准直器C1和另一个准直器C2的图像。在该图像中，为了说明的目的，对组件进行分解。在组装状态下，可以将组件彼此相邻地组装在一起。

图20是在X射线管XT端部上用于防止X射线束从X射线管XT端部不期望的发射的屏蔽帽S1的图像。屏蔽帽S1是1/8英寸铅片，该屏蔽帽S1切割并且弯曲成帽的形状以适配X射线管XT的端部。图21是拆下并且切割但是没有弯曲以适配X射线管XT的端部的屏蔽帽S1的图像。

图22是为了防止X射线束从X射线管XT侧面不期望的发射而定位在接近X射线管XT的端部的另一部分屏蔽S2的图像。屏蔽S2是1/16英寸铅片，该屏蔽S2切割并且弯曲成适配X射线管XT的侧面的形状。1/8英寸的铅片可以以1000倍因子减小150keV的X射线。

图23是包括用于防止X射线束从单色器仓MT不期望的发射的铅屏蔽S3的单色器仓MT的图像。屏蔽S3是大约1/4英寸厚的铅片，并且包括用于发射X射线束所需部分的狭缝SL。从X射线管发射的X射线束经由屏蔽S3的狭缝SL进入单色器仓MT。

图24是包括用于防止X射线束从单色器仓MT不期望的发射的铅屏蔽S4的单色器仓MT的图像。屏蔽S4是大约1/2英寸厚的铅片，并且包括用于发射X射线束所需部分的狭缝SL。从X射线管发射的X射线束经由屏蔽S4的狭缝SL射出单色器仓MT。

图25是X射线管XT和单色器仓MT在相对于彼此的运行位置的图像。

图26是单色器仓MT的内部组件的前视的图像。特别是，示出了单色器晶体MC。此外，屏蔽S定位在单色器仓MT的侧面。

图27是根据这里所描述的发明主题的实施例的一般由附图标记2700表示的示例性DEI系统的顶部透视图。参考图27，DEI系统2700可以包括X射线管XT，其具有用于产生多个X射线束XB的钨阳极。准直器C1可以定位为阻挡超出单色器晶体MC的角度接收窗口的部分X射线束XB。在该例子中，单色器晶体MC是硅晶体。准直器C2可以定位为阻挡超出分析器晶体AC的角度接收窗口的部分X射线束XB。

穿过准直器C2的部分X射线束XB可以由铜滤片FTR截取，该铜滤片FTR配置为热绝缘并且等效于衰减由X射线管XT产生的20keV轫致辐射X射线。对于给定的布拉格角，可能存在不想要的能够穿过单色器的晶体反射。使用大约5.7度布拉格角以选择59.13eV[333]反射的一个例子也是允许19.71keV[111]X射线通过的角度。如果这些X射线在单色器晶体MC上衍射，它们将导致模糊、图像瑕疵，并且因此降低整体图像质量。铜滤片FTR用于衰减更低能量的X射线，特别是19.71keV轫致辐射以及发射自X射线束XB并且在单色器晶体MC上衍射的X射线光子。

分析器晶体AC可以定位为截取至少部分穿过滤片FTR的X射线束XB。此外，通过扫描平台ST可以将对象定位在X射线束XB的路径中以对对象成像。在对象O的扫描期间，X射线束XB可以穿过对象O并且可由分析器晶体AC进行分析，该分析器晶体AC可以是与单色器晶体MC匹配的硅[333]晶体。入射到分析器晶体AC上的X射线束XB可以衍射以由数字检测器DD截取。数字检测器DD可以检测所截取的X射线束XB，并且生成表示所截取的X射线束的电信号。该电信号可以传送给用于图像分析并且显示给操作者的计算机。计算机可以配置为生成吸收图像以及显示折射效果的图像，下面将更详细地描述其类型。

图28是根据这里所描述的发明主题的实施例的示例性单色器晶体MC的包括侧视图、俯视图和正视图在内的示意图。参考图28，单色器晶体MC的侧视图、俯视图和正视图分别标记为SV、TV和FV。在图中示出了单色器晶体MC的尺寸，并且其尺寸可以是大约±0.5mm。或者，单色器晶体可以具有部分由成像应用确定的其它合适的尺寸。单色器晶体MC的表面取向可以是平行于晶体大表面的晶面的表面方向。当制造时，可以标记其它更小正交表面的取向用于参考。示例性单色器晶体可以是A类型的锗[111]单色器晶体和A类型的硅[111]单色器晶体。

单色器晶体MC可以包括限定在晶体顶部中一般标记为C的应变消除切口。切口C的宽度是大约1/16英寸厚。或者，宽度可以是任何其它合适的尺寸。切口C去除了用于附着的部分晶体并且允许分析器晶体AC的剩余部分和单色器晶体MC应变消除。如果在分析器晶体AC的成像部分或者单色器晶体MC中产生了任何应力或者应变，将改变衍射属性并且不利地影响系统性能。

使用DEI以及DEI系统的成像过程和质量控制

使用根据这里所描述的发明主题的以不匹配晶体设计配置的DEI系统的图像采集可以从针对给定实验选择合适的束能量开始。在一个例子中，可以从大约10keV到大约60keV之间的范围中选择束能量。选择用于成像的特定能量可以通过使用布拉格定律以计算针对所需波长的合适角度来实现。在一个例子中，单色器中的第一晶体可以仅具有一个轴上的移动，其可以调整到特定的角度以滤除除了所选择的束能量之外的来自入射X射线束的所有能量。表1示出了第一单色器晶体为了获得18keV到60keV之间的图像的示例性角度。这些用于硅、使用布拉格定律λ＝2dsin(θ)计算的角度限定了当X射线束在单色器晶体MC上衍射时的入射角θ和衍射角θ。将检测器放置在角度2θ处，其为在第一晶体中用于选择X射线束能量的布拉格角的两倍。

表1：用于获得图像的第一单色器晶体的硅[333]反射的示例性角度

以不匹配晶体设计配置的DEI系统包括应该被调整并且仔细校准的三个晶体，包括单色器中的两个晶体以及分析器晶体。例如，DEI系统600包括可以调整和校准的单色器晶体MC1和MC2以及分析器晶体AC。第一晶体(例如，图6A和图6B中所示的单色器晶体MC1)和分析器晶体(例如，图6A和图6B中所示的分析器晶体AC)可以调整到针对每种能量计算的角度(θ角度)。例如，为了将系统调整到25keV，第一单色器晶体和分析器晶体可以设置为13.72度。数字检测器组件可以设置为分析器晶体角度的两倍，在该例子中，其为27.44度。

第二单色器晶体(例如，图6A和图6B中所示的单色器晶体MC2)可以在称为χ角度的水平方向上调整。如果没有这些晶体之间的水平校准，图像中可能存在从左到右的强度转移。两个离子室可用于测量从单色器和分析器发射的通量，其划分成内侧和外侧区域。如果从源到检测器组件观察X射线束，则内侧区域在右边而外侧区域在左边。可以对内侧和外侧区域进行采样，以确定对准摇摆曲线的峰位，如果没有对准，可以调整χ角度。图29是示出了内侧/外侧区域以及旋转的χ和θ角的单色器晶体的透视图。

DEI系统所应用的射线剂量可以以多种方式进行调整。例如，可以通过改变铝滤片厚度和/或在X射线束的路径中放置吸收器，调整射线剂量。如果需要，也可以通过将第二单色器晶体调离摇摆曲线的峰位，从而急剧降低衍射强度来减少射线剂量。在一个例子中，X射线管可由同步加速器替代，在该情况下，第一单色器晶体上的入射通量由同步加速器的环电流确定。

采样时间可以通过入射通量以及以步进/秒测量的采样平台的平移速率来确定。通过调整剂量可以增大或者减小以步骤/秒测量的扫描速度。当使用噪声量是固定的图像板时，扫描速度不是关键因素，但是当使用积分数字检测器时，由于噪声量部分由采集时间确定，所以必须考虑扫描速度。当使用数字检测器时，应该调整DEI系统，使得扫描速度尽可能接近最大。

一旦针对合适的能量和射线剂量调整了DEI或者DEI系统，就可以将待成像的对象放置在采样平台上并且进行对准。在一个例子中，X射线束的最大宽度是120mm，其在物理上限制了所得图像的宽度。使用具有小于120mm宽度的数字检测器或者图像板进一步限制了视场。在一个例子中，采样平台具有大约200mm的最大垂直位移。然而，对于采样高度没有物理上的限制。为了对对象的特定区域进行成像，必须确定该区域是否位于系统的200mm的范围内。X射线束的位置可以是固定的，因此感兴趣的对象垂直区域可以通过其相对于束的位置来确定。

在DEI系统中使用的晶体被认为在晶体给定区域上衍射光子的能力是一致的，但是晶体的结构使得存在增加或减小强度的微小区域。由于对象将要通过具有固定尺寸的束进行扫描，所以这些“毛刺(glitch)”可能出现在图像的垂直维度上。术语“毛刺”通常应用于这些垂直线，但是这些影响是可预期的并且应该认为是系统已知且可预期的特性。

关于系统性能特性的实验

在构建包括如这里所描述的X射线管的DEI和DEI系统之前，为了测试的目的，使用同步加速器作为X射线源实施实验。作为初始示范，模拟基于钼和钨的X射线源，计算使用18keV和59keV的X射线的成像时间和通量需求。此外，对于系统配置作出若干假设，例如像素尺寸和每像素光子数量。由于这些值可以按需要缩放，所以在该例子中将使用100微米像素尺寸、每像素1000个光子，穿过5cm的组织(水)。

可以通过将每像素所需的光子数量除以光子穿过对象的衰减来计算每100平方微米像素所需的光子数量，在该情况下，对象是5cm的水。

这样，对于18keV的X射线源，对于每100平方微米像素而言，将需要大约1.6×10⁵个入射光子。59keV的X射线的衰减远小于18keV，这导致每100平方微米像素需要减少的2.9×10³个入射光子。

使用发射线源将X射线通量入射到立体角

在DEI和DEI系统中使用的晶体光学系统用作高度选择性的角度凹口滤波器(angular notch filter)，其将消除来自X射线束的不具有合适能量或角发散的光子。对于基于X射线管的源，期望光子或多或少照射到所有立体角中。为了确定通量需求，必须基于由检测器所对的立体角和X射线晶体光学计算通量。任何X射线管将具有多色能量分布，并且晶体系统将选择由布拉格定律所限定的一条发射线。

采用完整晶体，用于给定反射的峰位反射率将非常接近于1，这使得积分反射率接近布拉格法线方向中的本征反射宽度或者达尔文宽度。假定使用布拉格[333]反射的硅晶体，18keV和59keV的达尔文宽度如下：

18keV Si[333]达尔文宽度＝2.9×10^-6弧度，并且

59.3keV Si[333]达尔文宽度＝0.83×10^-6弧度

已知在平行于晶体晶面方向上传播的X射线为布拉格平行，并且在布拉格平行方向上的角度接收不是由晶体而是由检测器分辨率设定的。如果待成像的对象距离X射线源1米并且需要100微米的空间分辨率，那么布拉格平行接收角度是100微弧度。对于100微弧度的布拉格平行接收角度而言，在18keV和59keV上每立体弧度所需的光子数目如下：

X射线管通量

基于X射线管的源可以具有它们X射线谱的两个成分，特征发射线和轫致辐射。DEI和DEI系统的晶体光学允许仅选择一个极窄的能量带，其应该集中于管靶的特征发射线。在该情况下，钼K_α1(17.478keV)和钨K_α1(59.319keV)可用于确定来自每个源的这些发射线的通量。

生成多个电压和电流设置下的钼和钨X射线管的蒙特卡洛仿真，以确定在现实成像条件下可以产生的通量。对于使用具有10kW功率、75kV加速电压的钼靶而言，发射到K_α1中的通量如下：

使用具有50kW功率、150kV加速电压的钨靶的K_α1发射如下：

估计图像采集时间

如果将分析器调离到距离峰位位置(80％)的值，可以获得包含折射衬度和某个消光衬度的一个曝光。这些计算假定DEI系统具有单个单色器晶体以及分析器晶体。该仿真的几何设置与在国家同步加速器光源(NSLS)X15A束线(位于纽约Upton的BrookhavenNational Laboratory)一致，使用线源X射线，其中，通过该束对对象进行扫描。对于高度10cm的对象以及100微米(0.1mm)像素尺寸，将需要1000条扫描线。

对于75kV、10kW钼靶的情况(大约18keV)：

对于150kV、50kW钨靶情况(大约59.3keV)：

对于在摇摆曲线上最大反射率为80％的点处的单个图像，使用上述参数的钼靶所需的时间是大约1.1小时。对于钨管而言，使用相同反射率所需的时间是大约4.6分钟。通过诸如每像素所需光子的成像变量以及改变对象与源之间的距离，可以进一步降低成像时间。

基于源到对象距离1000mm、使用布拉格[333]反射所计算的数据，可以使用其它反射和距离对估计成像时间进行估计。存在可以用于DEI的两种晶体反射，布拉格[333]和布拉格[111]反射。DEI和DEI中的折射和消光衬度大部分由分析器反射率曲线的斜率确定，对于给定的角度变化，更大的斜率提供了更大衬度。在折射和消光衬度方面，布拉格[333]反射优于布拉格[111]反射，但是来自[333]反射的衍射通量大约小于[111]反射一个量级。图30是示出使用硅[111]、[333]、[444]和[555]晶体衍射平面的NSLS X15A箱内单色器束通量的曲线图。10倍增加通量可以以因子10减少成像时间，使[111]反射有利于特定应用。通过减少从源到对象的距离可以实现成像时间的进一步减少，如这里所述，使用1000mm距离计算成像时间。从源到成像对象的光子强度正比于1/r²。如果对象距离从1000mm减少到500mm，那么强度可以增加4倍。存在可以规定源-物距离的许多因素，其中最显著的一个因素是对象尺寸。取决于应用需要，可以将分析器/检测器组件移动到距离源更近或者更远。

随着能量增加，分析器摇摆曲线的半高全宽(FWHM)变窄(例如，在18keV 3.86微弧度，在60keV 1.25微弧度)。在下表2中示出了摇摆曲线宽度相对于能量的例子。特别地，下表2示出了[333]分析器摇摆曲线在18、30和60keV下测量和理论的FWHM。[333]双布拉格单色器调整到布拉格峰位。

表2[333]分析器摇摆曲线在18、30和60keV处测量和理论的FWHMFWMH的减少增大了摇摆曲线的斜率，还增大了折射和消光衬度。图31是示出FWHM的减少增大了摇摆曲线的斜率的曲线图。如下表3所示，使用对于50kW、布拉格[333]反射、以及源到对象距离1000mm的通量计算，可以估计出对于各种距离和晶体反射所需的成像时间。特别是，表3示出了基于晶体反射和源-对象距离所估计的成像时间。

表3基于晶体反射和源-对象距离所估计的成像时间

基于同步加速器的DEI和DEI实验

如上所述，DEI和DEI系统实验使用同步加速器实施。具体而言，如这里所述将XSLS X-15A束线用于DEI和DEI实验。这里所描述的用于实验的同步加速器X射线源可以由根据这里所描述的发明主题的用于产生DEI或者DEI图像的X射线管来替代。

NSLS的X射线环是2.8GeV同步加速器，其能够产生从10至60keV的高通量X射线。图32是根据这里所描述的发明主题的实施例的使用同步加速器X射线束的DEI系统的实验装置的示意图，该DEI系统一般标记为3200。参考图32，发射自同步加速器的X射线束XB高度准直为具有大约0.2毫弧度的垂直发散。长度为16.3米的束线管(未示出)将实验箱连接到同步加速器X射线环。高强度多色X射线束XB进入实验箱，并且通过使用双晶体单色器仓MT转化成单色。单色器仓MT包括两个单色器晶体MC1和MC2(每个150mm宽×90mm宽×10mm高)，该两个单色器晶体经由水冷以减少热负荷。射出单色器仓MT的X射线束XB是单色的。

随后，单色X射线束通过离子室IC和高速快门组件SA行进到采样平台组件SSA，产生具有最大尺寸为宽120mm且高3mm的线源X射线束。束位置固定时，使用由步进电机驱动的平移平台将组件SSA上的样本对象O移动穿过X射线束。

通过将检测器D1(在放射线照相术结构中)直接放置在束路径中的样本对象O之后，以去除分析器晶体AC的任何影响，可以获得传统的放射线照相。该结构中获得的图像类似于传统的X射线系统，在传统的X射线系统中吸收是主要衬度机制，但是当与使用传统的X射线系统所获得的图像进行比较时，同步加速器放射线照相已经表现出具有更好的衬度。在此提供的实验期间所获得的传统放射线照片将用于与DEI图像进行比较。

通过将(DEI结构中的)检测器D2以两倍于所计算的布拉格角的角度放置在分析器晶体AC之后，可以获得DEI图像。在上表1中给出了用于在18-60keV范围内成像的角度总结。使用线源X射线必须在与用于DEI的样本方向相反的方向以及与用于获得同步加速器放射线照片的方向相同的方向上移动检测器。在该实验中，使用Fuji BAS2500图像板读取器获得DEI图像，该读取器使用Fuji HR V图像板(可购自Connecticut斯坦福的FujiMedical System)。该板大约厚0.5mm，并由涂覆有与有机粘结剂粘合的光激励磷(BaFBR:Eu²⁺)的弹性塑料板组成。使用FUJI BAS2500在50微米分辨率和16比特灰度级上对图像进行扫描。

此外，在另一个实验中，将数字检测器添加到系统，以实现实际上或者可能无法使用图像板的DEI应用，包括衍射增强的计算机X线断层摄影术和多图像放射线照相术(MIR)。可以使用的示例性检测器包括Shad-o-Box2048(可购自California Santa Clara的Rad-icon Imaging Corp)，其具有50×100mm有效面积和12比特输出。该检测器利用具有48微米像素间隔的1024×2048像素的光电二极管阵列，该阵列与Gd₂O₂S闪烁屏幕直接接触。另一个示例性检测器包括Photonic Science VHR-150X射线照相机(可购自英国East Sussex的Robersbridge)，其具有120mm×80mm的FOV和30微米的像素尺寸。无论是在放射线照相术还是DEI结构中，都可以以相同的方式将这这些示例性检测器安装为图像板。

在放射束中不放置对象而从分析器晶体摇摆曲线上获得图像可以生成本征摇摆曲线，其表示单色器和分析器晶体在不同级别的分析器反射率上的卷积。吸收、折射、或者超小角度散射均不能改变本征摇摆曲线，这使得它成为非常好的参考点。当将对象放置在放射束中时，逐像素基础上摇摆曲线的变化可用于确定哪个X射线交互作用导致给定像素中的衬度。

由于摇摆曲线是单色器和分析器的卷积，并且是三角的，所以在ERA方法中使用的模型将摇摆曲线建模为近似的高斯分布。通过下式提供用于该模型的公式：

$R\left({\mathrm{\θ}}_A\right)=e^{-{\mathrm{\μ}}_{T}t}\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}\{e^{-{\mathrm{\χ}}_{x}t}\mathrm{\δ}\left(\mathrm{\θ}\right)+\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}_s}(1-e^{-{\mathrm{\χ}}_{s}t})e^{\frac{-{\mathrm{\θ}}^2}{2{{\mathrm{\ω}}_s}^2}}\}\×R_{\mathrm{int}}(\mathrm{\θ}-({\mathrm{\θ}}_A-{\mathrm{\θ}}_Z))\mathrm{d\θ}$

其中，μ_T是线性吸收系数，χ_s是消光系数，t是对象厚度，θ_z是折射角，并且ω_s是高斯散射分布。

MIR是ERA方法更加精确的版本。MIR解决了许多现有处理技术中出现的问题，并且实现更加完整地描述图像衬度分量。如上所述，使用MIR技术处理的图像不仅可以生成吸收和折射图像，还可以生成超小角度散射图像。MIR还表现出可以校正在DEI表观吸收和折射图像中出现的实质错误，并且MIR对噪声更加强健。

由于使用ERA方法，MIR使用分析器晶体摇摆曲线生成表示对象的吸收、折射和超小角度散射的图像。如果本征摇摆曲线是基线，那么由于光子吸收降低了总体强度，所以可以将曲线下方区域的下降变化解释为只有吸收。对于纯粹折射的结果，摇摆曲线的质心将移位，但是摇摆曲线的宽度将保持恒定。导致超小角度散射的相互作用将在摇摆曲线的角度分布上对光子进行散射，这将导致曲线变宽。假定光子没有散射到摇摆曲线的接收窗口之外，散射效果将不影响曲线下方的区域，而仅仅影响曲线的形状。如果假定摇摆曲线本质上是高斯的，那么曲线的方差代表所存在散射的量。

摇摆曲线的宽度随着能量增加而减小，这使得必须修改采样过程以解决该变化。在18keV处，摇摆曲线FMHW是3.64微弧度，并且在60keV处减小到1.11微弧度。随着摇摆曲线变窄，折射衬度明显的角度范围将减小。为了对此进行补偿，可以减小角度采样范围和增量。由于60keV摇摆曲线增大的斜率在每微弧度强度内产生了更大的变化，所以它是有益的。当使用诸如X射线管的通量限制X源时，可以最大化这些属性，以生成对于给定通量的最大折射。

DEI系统稳定性

使用分析器晶体将角度变化转换成强度实现了超常的衬度，但是该技术中的假设是分析器晶体摇摆曲线位置在时间上保持恒定。实际上，情况并非如此，并且采用这种窄摇摆曲线宽度，即使分析器峰位上小的变化都能够在所获得的图像中产生明显的错误。处理算法的应用，例如DEI表观吸收和折射图像、MIR和MIR-CT需要高度的系统稳定性。实现确定乳房组织中吸收、折射和散射参数的目标需要对XSLS X-15A束线进行系统工程分析，以排除造成不稳定的因素。

该情况下DEI系统的稳定性将定义为在扩展的时间段上保持分析器晶体摇摆曲线的恒定峰位的能力。为了回顾，多色X射线束入射到单色器内的第一晶体上，使用布拉格定律将其调整到特定角度以选择单个光子能量。随后，所衍射的单色束遭遇到第二单色器晶体，第二单色器晶体的作用是将该束重新指向平行于入射束的方向，并且对准分析器晶体。当针对特定能量调整系统时，首先对第一单色器晶体进行校准，并且随后对第二晶体进行调整以找到该束的位置。不断地使用氦注满单色器仓，以减少臭氧产生，臭氧能够快速氧化并且损坏仓中的关键部件。

采用校准的第二单色器晶体，扫描分析器，以找到束在晶体上的位置。摇摆晶体以找到束位置类似于对无线电调谐盘进行扫描以找到特定的台，当分析器的角度位置与第二单色器晶体精确对准时，生成急剧的强度上升。一旦校准了分析器，系统就已调整并且准备好使用。

可以造成DEI系统飘移的因素分成三类：震动的、机械的和热的。由于即使晶体上微小的震动也可以造成角度的微小变化，导致衬度变化，所以DEI系统的光学部分对震动敏感。在NSLS X-15A束线处使用大的花岗岩板，以减轻来自外部环境的震动。使用示波器监视分析器后X射线束的测量表明大约有2-3％的强度变化，其归因于在束线处来自外部驱动风扇和泵的震动。

多个电机可用于校准晶体，平移采样平台和检测器组件。皮卡电机(Picomotor)驱动可用于第一单色器晶体、第二单色器晶体、以及分析器晶体以调整θ角。第二单色器晶体和分析器晶体使用第二皮卡电机以调整χ角。这些驱动电机中的任何不稳定会造成在系统校准中的主要偏差，并且机械漂移最初被认为是DEI系统不稳定的主要原因。用于驱动采样平台和检测器组件的电机对于图像质量是重要的，但是它们不对X射线束的稳定性有贡献。

对系统不稳定性的第三个贡献者是热，其来自从入射X射线束以及系统驱动电机和放大器生成的热量。虽然已知系统中的热变化对系统稳定性具有某些影响，但是并不认为它是主要不稳定因素。当进行严格的观测时，热变化和系统不稳定性之间的联系变得显而易见，分析器中的漂移是相对一致和周期性的。在该例子中，在DEI系统中仅有一个变量是周期性的，并且其为通过打开和关闭主X射线快门所生成和损失的热量。

隔离不稳定来源所进行的实验测试和观测，指出硅晶体结构的膨胀和压缩是漂移的主要来源。可以使用布拉格定律(λ＝2dsin(θ))找到这些实验观测的简单解释。考虑设置为给定角度以衍射所需能量的一个晶体，晶格结构的间距d中的任何变化会改变衍射束的角度。从单色器晶体中的X射线束产生的热量能够造成硅晶体根据其线性膨胀系数膨胀，Δd/d＝3×10^-6ΔT(℃)。

使用布拉格定律并对d求解，获得下列公式：

λ＝2dsinθ

$d=\frac{\mathrm{\λ}}{2\sin \mathrm{\θ}}$

对上式求导，得到：

$\mathrm{\Δd}=-\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2}\right)\left(\frac{1}{{\sin }^2\mathrm{\θ}}\right)\left(\cos \mathrm{\θ}\right)\mathrm{\Δ\θ}$

代入d并且重新推导，得到：

$\frac{\mathrm{\Δd}}{d}=-\left(\frac{\cos \mathrm{\θ}}{\sin \mathrm{\θ}}\right)\mathrm{\Δ\θ}=\frac{-\mathrm{\Δ\θ}}{\tan \mathrm{\θ}}$

可以将其重新推导为：

$\mathrm{\Δ\θ}=-\tan \mathrm{\θ}\left(\frac{\mathrm{\Δd}}{d}\right)$

将硅线性膨胀系数替代

的，得到下式：

Δθ＝-3×10^-6tanθΔT

对于18keV和40keV分别使用布拉格角19.2和8.4度，可以预料看到对于18keV每摄氏度1.05微弧度以及对于40keV每摄氏度0.44微弧度的角度变化。使用该计算作为漂移的理论解释，可以预料看到随着束能量增加，整个束线稳定性增加和分析器漂移减少。

初始分析器稳定性测试表明系统高度不稳定，获得峰位分析器位置的稳定性的时间平均小于60秒。虽然这对于单一图像扫描是可接受的，但是对于MIR和任何CT应用是不可接受的。通过从冷启动开始连续12小时的操作测量分析器位置变化的多个偏移估计在50和100微弧度之间。考虑到温度对系统稳定性的重要性，将对所有系统组件进行全面评估，以确定可以减轻或者消除哪个热源。

经历大的温度变化的一个系统组件是铝滤片组件，其作用在于衰减不想要的低能量X射线。当暴露于同步加速器白光束时，这些0.5毫米厚的铝片被迅速加热，并且当白光束截止时，迅速冷却。铝滤片组件接近邻近单色器仓中的热敏感晶体使得其成为不稳定的主要来源。需要散热器以消除由滤片产生的热量，并且与铝滤片组件热绝缘。图33是根据这里所描述的发明主题的示例性铝滤片散热器的图像。参考图33，示出了铝滤片插入端和冷却水输入/输出管。

可在系统中配置铜滤片组件，以隔离由铝滤片产生的热量，并且将该热量传送给循环的、高流动性的冷却水管道。还可以减小铝滤片的尺寸，以限制辐射表面面积并且增大与铜散热器的接触。在水冷却滤片组件灌注之后获得的稳定性测试表明总系统偏移减小大约一个数量级，在12小时连续操作偏移测量中，从冷启动开始平均经历负6微弧度。

在添加水冷却滤片散热器之后整个系统偏移的急剧减少清楚的表明对于分析器和单色器晶体保持恒温环境的重要性。然而，对于本领域的技术人员来说，应该预期对改变其它来源也可进一步减少热量。对于每个系统组件和外部环境中周期变化可进行系统分析，以隔离热偏移的其他来源。

为了减少热量，可以将放大器和控制系统从实验箱中移出。还可以移除驱动电机。然而，在本实验中，不能移除控制采样平台和检测器组件的驱动电机。另外，可以关闭箱门，以维持恒定的周围空气温度。分析器晶体温度、周围空气温度以及重力冷却水温度的12小时测量没有表明任何实质的温度变化。连续实验表明在第二单色器晶体的铝基座内存在明显的温度变化，该铝基座与第二单色器晶体直接接触并且被其加热。

第二单色器晶体的作用在于衍射来自第一单色器晶体的单色X射线束，并且将该束与分析器晶体水平较准。理论上，X射线与晶体的相互作用是弹性的，因此应该没有热量产生。这与第一单色器晶体的情况不同，因为第一晶体内部结构吸收了大量高强度多色的同步加速器白光束。为了减少震动，将重力驱动水冷却系统安装到该系统中，以消除来自第一单色器晶体的过量热量。对于第二单色器晶体而言，不要求主动冷却，但是在24小时周期上所获得的温度测量表明一些修改也是必要的。

将电热调节器放置在铝支撑板上，并且在典型的24小时工作周期内每5秒对温度进行测量。图34是示出在24小时周期内由电热调节器测量的温度的曲线图。支撑板的温度在该束导通和截止的周期内增加了大约1.3℃。同步加速器储存环路电流随着时间缓慢减少，并且必须切断并重新填充，这在温度曲线图中是明显的。在12小时连续工作之后，关闭束线，以确定温度返回基线需要花费多长时间。数据分析表明在第二晶体上存在大量热量，从而证明对于支撑板改进为主动水冷却是必要的。在图34的曲线图中使用了正常基线操作如何影响晶体温度的文字进行注释。在确定了具有热不稳定性的来源之后，将铜支撑板设置为具有用于水流动和热交换的内部管道。图35是具有用于降低温度的水冷却管的示例性改进的第二单色器基座和支撑板的俯视图。

大约2000小时的束线工作之后，测量和估计使用改进的单色器的1000小时的束线稳定性预测趋势。如所预测的，保持光学稳定性的压倒性因素是温度。温度的绝对值没有温度随时间的变化重要。如果保持恒温环境，那么系统达到平衡，并且单色器和分析器晶体中有很少或者没有漂移。由于存储环路内的环电流缓慢降低但是随着时间可预测，所以NSLS的成像提出了独特的问题。入射在第一单色器晶体上的X射线的强度将与环电流成比例减少，造成第一晶体的温度随着时间降低。如果没有将主动反馈控制设置在晶体系统上，那么第一分析器晶体可以随着时间收缩，缓慢改变d间距和衍射能量。第一晶体上的布拉格角的变化将改变光束在第二晶体上的位置，减少发射自第二晶体的衍射单色光子通量。这将减少入射到分析器晶体上的X射线束的强度，并且改变X射线束的位置，导致分析器漂移。

在束线冷启动期间，其中X射线快门关闭并且所有束线分量在室温下至少24小时，最清楚地表明了分析器漂移的影响。进行一系列具有确定系统花费多长时间到达平衡的实际目的的稳定性测试，以测试分析器在启动之后第一个100分钟内如何漂移。通过在使能X射线快门并且将分析器位置复位到零之后立即对系统进行校准来实现分析器的短期稳定性测试。随后，在-10到10微弧度范围上以0.2微弧度的θ增量每100秒对分析器进行扫描。随后，对每条摇摆曲线进行分析，以确定每个摇摆曲线的重心，将其记录为峰位位置并且沿着它相应的分析器位置进行记录。一旦系统进行了初始调节并且初始化实验，将不在做出进一步的调节或调整。

选择两种光子能量，18keV和40keV用于测试，并且将所有其它束线参数和铝过滤设置为在正常成像条件下所使用的级别。高能量X射线远比低能量X射线具有穿透性，因此需要更多的前单色器滤片，以将通量降低到所需级别并且衰减在多色同步加速器白光束中出现的更低能量的X射线。增加滤片数量提高了X射线进入同步加速器之前发生的吸收量，从而降低了第一单色器晶体上的热负荷。采用增加水冷散热器以消除从滤片组件中发生的X射线吸收所生成的热量，晶体经历更少的来自同步加速器白束的热效应。减少在更高能量下每摄氏度的角度变化以及通过增加滤片减少同步加速器的热负荷的组合导致稳定性随着束能量增大而成比例增大。

从束线的冷启动开始进行的稳定性实验证实了分析器漂移紧随环形电路的减少这一效果。电流理论假设高强度的入射同步加速器白光束几乎立即深度加热第一单色器晶体，快速到达最大温度。由于环电流随时间消耗，所以温度缓慢下降，导致漂移。系统最终加热周围环境空气和系统组件，导致每单位时间漂移量趋于稳定。在40keV上过滤数量的增加有助于减少热负荷影响，减少系统到达热平衡的时间量。一旦束线连续工作5到7小时，每个晶体上热负荷的影响就最小化，并且束线变成具有很少或没有分析器漂移的超稳定束线。

图36到图39是稳定性测试结果的曲线图。具体而言，图36是18keV系统稳定性测试的曲线图，其示出了在一段时间内的分析器的峰位位置。图37是在18keV稳定性测试期间NSLS的X射线环电流的曲线图。图38是40keV系统稳定性测试的曲线图，其示出了在一段时间内的分析器的峰位位置。图39是在40keV稳定性测试期间NSLS的X射线环电流的曲线图。

该实验的结果证实可以通过将晶体保持在光学恒温中来控制光学中的漂移，这可以通过使用精确加热系统以维持恒定温度在基于同步加速器和非同步加速器的DEI系统上实现。通过系统工程分析，可以将分析器/单色器不稳定性的问题从基本限制减小到微小干扰。采用更多改进，可以完全消除该问题，实现了完全利用所有基于计算X射线断层摄影的DEI和MIR方法。

分析乳房X射线照相模板以确定DEI和DEI的最优成像参数的读者研 究

如上所述，DEI是从X射线吸收、折射和超小角度散射(消光衬度)中获得衬度的放射线照相技术。DEI是从X射线吸收和折射中获得衬度的类似的放射线照相技术。传统的放射线照相系统，二维的或者CT，基于X射线穿过物质的衰减来产生图像。由于X射线吸收基于电子密度和平均原子序数，所以衬度是基于对象或病人中的衰减差异来获得的。X射线光子与物质的相互作用相比于仅仅从入射束去除的光子数量可以提供更多的结构信息。DEI将硅分析器晶体合并到X射线束的路径中以作为高度灵敏的角度滤波器，从而有助于X射线折射和超小角度散射的测量。具有由于对象的属性或者其本地环境所造成的正常吸收衬度的对象可具有高折射和超小角度散射衬度。

假定乳房组织中感兴趣的结构通常具有低吸收衬度，DEI在乳房成像方面具有巨大的潜力，尤其是在疾病早期。当与传统的乳房X射线照相术相比时，恶性乳房组织的DEI研究已经表明在乳房肿瘤中毛刺体(spiculation)的可视化方面有大幅度提高。乳房中主要感兴趣的诊断结构包括钙化、肿块和纤维，所有这些钙化、肿块和纤维与周围脂肪和腺体组织比较而言，具有明显的折射和散射特征。为了正确研究用于乳房X射线照相的DEI应用，必须优化独特的系统参数和配置，以检测乳房成像诊断上重要的特征。该研究的总体要点在于确定使用吸收、折射和超小角度散射拒绝(消光)可以获得的放射线剂量的潜在减少。为了设计和构造用于临床的乳房X射线照相术系统，必须指定的主要DEI成像要素是束能量、分析器晶体反射、以及在分析器晶体摇摆曲线上的位置。

使用NSLS X-15A束线上进行该研究的实验。为了理解要分析的参数，按次序对系统进行简要说明。用于这些实验的X射线源是NSLS的X射线环路，是2.8GeV同步加速器，能够产生从10至60keV的高通量X射线。双晶体硅单色器用于选择入射X射线束的特定能量。DEI图像通过将调整为选择特定角度的硅分析器晶体放置在对象之后来获得。分析器是具有10-5弧度数量级分辨率的角度滤波器，其有助于测量X射线折射和超小角度散射。将分析器调整到其反射率曲线上的不同位置可以选择X射线分布中的离散角度，并且一些位置为对象和病变检测提供了有用信息。

存在可以在DEI中使用的多个晶体反射，例如布拉格[111]和布拉格[333]反射。DEI折射衬度随着分析器晶体摇摆曲线的斜率而增大，布拉格[333]反射具有远大于布拉格[111]反射的斜率。布拉格[333]反射可以提供更好的衬度，但是在布拉格[333]反射中可由晶体从入射多色X射线束中选择的X射线光子的数量大约比布拉格[111]反射小一个数量级。确定这些反射之间可视化方面的相对差异是基于临床的DEI系统设计中的重要因素。

X射线管可以使用阴极/阳极结构以产生X射线，输出频谱和幅度是阳极材料、电压和安培数的函数。乳房X射线照相术系统可以包括具有钼靶的X射线源，其在从28到32kVp范围电压下产生X射线束。该结构生成多色发散X射线束，其具有集中在钼18keV的Kα的能量谱。基于吸收的X射线系统设置到这些相对较低能量的X射线以对软组织成像。虽然18keVX射线提供了软组织中更大的衬度，但是一个缺点是与较低能量X射线相关联地增加了病人吸收射线剂量。与传统的乳房X射线照相术相比，一些先前的DEI乳房成像研究是基于X射线能量。虽然这些技术可以潜在用于测量X射线的吸收，但是没有充分体现折射和超小角度散射的额外DEI衬度机制的优势。

存在可应用于DEI的多种图像处理技术，包括生成表观吸收和折射图像。另一种正在开展的基于DEI的图像处理方法是MIR，其对衬度分量具有更加精确和详细的分离。使用MIR的初步研究已经证实该方法能够在低光子计数水平上运行，并且可与传统X射线源的一起使用。几个研究DEI的工作小组正处于将DEI方法应用到CT的过程中，这将DEI的额外衬度机制与CT的空间分辨能力相结合。虽然该研究聚焦在二维成像，但是用于二维成像的系统参数还可以应用于基于同步加速器和非同步加速器的CT应用中。

将要在这里描述的实验包括在标准乳房X射线照相模板成像期间采集参数的谨慎变化。为该研究所获得的图像表示以每个系统配置获取的不具有任何二级图像处理的原始图像数据。为了有助于理想DEI乳房X射线照相术单元的详细说明，专家读者对所有实验条件下已知模板特征的可见性进行评价。

从工程和医学前景出发，一个最重要的系统参数是束能量。为了理解DEI系统中结构可视化如何作为能量的函数而变化，选择下列能量用于该研究：18keV、25keV、30keV和40keV。通过将单色器调整到用于所需波长的合适的布拉格角来实现从入射同步加速器束中选择所需的能量。

为了获得诊断上有价值的信息，在分析期间可以使用在分析器晶体摇摆曲线上三个有代表性的点。-1/2达尔文宽度(DW)、峰位、以及+1/2DW位置可以选择用于每个束能量/晶体反射组合。可以获得相应的同步加速器X射线照片以用于比较。

在该实验中使用标准化乳房成像模板(phantom)，以模拟乳房组织和乳癌的结构特性。最初的工作使用实际乳房组织样本，但是出现在生物组织中的变化以及恶性特征的主观评价使得对于该研究而言更加适合使用模板。由于根据这里所描述的发明主题的DEI系统能够由多种机制获得衬度，所以选择具有彼此适应特征的模板。在该实验中，选择由透明合成树脂(Lucite)制成的对比-细节(CD)模板(可购自加拿大Ontario Toronto的Sunnybrook and Women’s Research Institute)，该透明合成树脂具有机械加工到表面中具有可变直径和深度的一系列圆形凹痕。直径和深度的变化产生用于评价衬度和空间分辨率的梯度。较深的凹痕导致增大的衰减差异，并且因此导致增大的衬度。凹痕的圆形边缘提供了有助于X射线折射的界面。已知半径和高度，对每个圆柱体的体积进行计算，以确定总可见体积。

图40A到图40C和图41A到图41C是分别在18keV和30keV所采集的示例性CD模板的图像。具体而言，图40A到图40C分别示出了18keV同步加速器放射线照片的图像、在+1/2达尔文宽度(DW)分析器晶体位置所获得的18keV的DEI图像、以及在峰位分析器晶体位置所获得的18keV的DEI图像。在DEI例子中使用的晶体反射是布拉格[333]反射。

图41A到图41C分别示出了30keV同步加速器放射线照片的图像、在-1/2达尔文宽度(DW)分析器晶体位置获得的30keV的DEI图像、以及在峰位分析器晶体位置获得的30keV的DEI图像。在DEI例子中使用的晶体反射是布拉格[333]反射。与18keV同步加速器放射线照片相比较，30keV同步加速器放射线照片中衬度降低。

第二种模板可用于该实验。该第二种模板是为国际数字乳房X射线照相术发展组(IDMDG)设计，以测试数字乳房X射线照相术系统。特别是，该模板是为数字乳房X射线照相术成像屏幕检验(DMIST)而开发的，并且已知为MISTY(可购自Sunnybrook and Women’s Research Institute)。MISTY模板包含可以对乳房X射线照相图像质量进行量化的多个区域。在结构上，该模板由具有汞增强覆盖物的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成，该汞增强覆盖物包含可用于对系统衬度和分辨率进行量化的一些高分辨率细节。

三个选自MISTY模板的区域将用于该实验。图42A到图42C是在30keV、布拉格[333]、峰位分析器晶体位置获得的MISTY模板中三个不同区域的图像。具体而言，图42A是一系列线对簇(line pair cluster)的图像，每簇包含4条线，线之间的距离减少直到不能再分辨它们为止。

图42B是一系列星形簇的图像，其模拟了乳房组织中的钙化。使用一列具有7个簇、每个簇包含6个星，每个星形簇具有带缺失点的一个星。随着分辨率和衬度降低，星不再可见，并且仅显示为斑点。在该实验中可以反演该钙化模拟。

图42C是梯级光楔(stepwedge)的图像。该梯级光楔用于测量吸收衬度。梯级光楔包括6个精确限定的界面。

在该实验中，使用Fuji BAS2500图像板读取器和Fuji HR V图像板采集DEI图像。如上所述，图像板是大约0.5mm厚的弹性塑料片，其上涂覆以有机粘结剂结合的光激励磷。此外，使用50μm像素尺寸和16位灰度级别扫描所有图像。用于图像采集的表面射线剂量基于能量不同而变化，但是相同的表面射线剂量用于每个能量设置的放射线照片和DEI图像。3.0mGy的表面射线剂量用于30keV下采集的图像，1.5mGy的表面射线剂量用于25keV下采集的图像，以及0.2mGy的表面射线剂量用于40keV下采集的图像。

两个研究读者分析该实验中CD和MISTY模板图像结果。结合大多数DEI配置之间巨大差异使用标准化模板表明两个读者足以实现合适水平的统计能力。一位是专业乳房成像者和一位是参与研究的医学物理学家。为了最优化观测环境，在专门设计的暗室中使用具有峰位强度500cd/m2的5百万像素CRT监视器进行该读者研究。允许读者调整每个图像的灰度级别，并且提供放大镜以实现最大化观看。

对病变的整个周围实现可视化的能力在乳房X射线照相术中具有诊断意义，例如可视化具有良好外围边界的良性纤维性瘤与具有或不具有毛刺体的不良定义边界的潜在恶性肿块之间的差异。另外，钙化和它们形态的可视化可以观察到深层的病变。将反映诊断应用对临床乳房X射线照相术的问题结合到读者研究设计中，将任务划分为不同的恰当信任级别。

在确定哪个因素给出最高性能中，为读者使用建立了8个性能测量：

1、在CD模板中可以看到完整周围的圆圈体积；

2、在CD模板中可见至少一半周围的圆圈体积；

3、在CD模板中可见周围任何部分的圆圈体积；

4、在MISTY模板中观测到的线对组的数目；

5、在MISTY模板的钙化模拟中可见的星的数目；

6、所有点在MISTY模板的钙化模拟中可见的最后一个簇号；

7、在MISTY模板的钙化模拟中可见的规格的数目；以及

8、在MISTY模板梯级光楔中清楚限定的部件的数目。

为了有助于图像中数据的代码化，将具有相应性能任务的每个模板的曲线图描述提供给每个读者以便评价图像。对于CD模板，要求读者指出在图像的每个行和列中可见的圆圈。为了评定MISTY模板线对区域，要求读者确定所有四条线都清晰可见的最高簇。对钙化模拟的评价包括首先对可以见到的星的总数的进行计数，随后，对29个可能点之外的每个簇中可见的星点的数目进行计数。另外，要求读者对可以见到的斑点总数进行计数。对于感兴趣的梯级光楔区域，要求读者对6个界面中可以清楚见到的界面进行标记。对于每个进行评价的读者，图像呈现的次序是随机的。

变化的多种方式分析用于适合所有8个结果。分析中所包括的是束能量、晶体反射、曲线位置和读取器之间的所有相互作用。将Box-Cox变换应用于一些结果，以确保常态假设的有效性。由于在比较所有因素时考虑了多个结果，所以使用Bonferroni检测以通过将0.05/8(0.00625)设置为显著水平来调整整个类型1的误差。在该显著水平上，使用Tukey测试，以比较所有因素组合之间性能的差异。

CD模板结果

对于周围任何部分可见的圆圈的体积，在两个读者(p-值＝0.0185)之间和不同的能级(p-值＝0.0176)之间不存在显著差异。然而，晶体反射和摇摆曲线位置以及它们的相互作用是显著的(所有三个p-值＜0.001)。Tukey检测分析表明采用布拉格[333]反射可以看到更多体积。放射线照片具有最小可见体积，并且在-1/2DW、+1/2DW和峰位分析器晶体位置之间几乎没有差异。

当结果是至少一半周围可见的圆圈的体积时，在p-值小于0.001情况下所有因素的主要影响是显著的。Tukey检测分析表明25keV表现得最好，并且25keV和30keV比18keV和40keV产生更可见的体积。该数据表明在晶体反射和分析器位置(p-值＜0.001)之间存在显著的相互作用。虽然没有足够证据支持布拉格[333]反射和峰位分析器位置的组合比布拉格[333]、+1/2DW和布拉格[333]、-1/2DW位置的组合表现得更好，但是布拉格[333]反射和峰位分析器位置的组合产生了最可见的体积。同步加速器放射线照片产生最不可见的体积。

对于整个周围可见的圆圈的体积，读者、束能量和摇摆曲线位置的主要影响仅仅在p-值分别小于0.001、等于0.0027、以及小于0.001情况下是显著的。Tukey检测分析没有找到束能量中所有级别之间的差异，但是数据中的趋势表明25keV比30keV表现得更好，并且后者比40keV和18keV表现得更好。对于其它性能测量，同步加速器反射线照相产生最不可见的体积。

MISTY模板

对线对组的分析表明束能量、晶体反射和分析器摇摆曲线位置的主要影响在所有p-值小于0.001的情况下是显著的。此外，在晶体反射和摇摆曲线位置之间表现出显著的相互作用(p-值＜0.001)。该数据表明18keV、布拉格[333]、在峰位分析器位置或者25kev、布拉格[333]、在峰位或者+1/2DW分析器位置的组合表现得很好。对于线对区域的最佳性能是30keV、布拉格[333]、+1/2DW摇摆曲线位置。

伪影(artifacts)出现在许多星形簇图像中，该星形簇图像通过使用设计用于使具有高度准直的X射线束的系统中的X射线发散的模板来生成。完整给出的数据证实了传统模板的整个结构设计如何影响可视化。对可见星数目的分析表明仅仅在p-值为0.0026的情况下束能量是显著的。检测结果表明25keV是最好的选择，但是与30keV没有明显差异。对于所有点可见的最后一个簇号，所有这些因素都不是显著的。来自可见斑点数目的数据表明最好的组合是18keV和布拉格[111]、18keV和布拉格[333]、以及30keV和布拉格[111]或[333]反射。

对于梯级光楔区域，在束能量不同级别和不同摇摆曲线位置之间出现显著差异。该数据表明虽然18keV、25keV和30keV的束能量大致是等同的，但是所有都比在40keV采集的图像表现得更好。用于摇摆曲线位置的性能结果表明-1/2DW、峰位和+1/2DW位置是等效的，并且等于同步加速器反射线照片的性能。

对所有性能测量的分析表明最优的DEI系统配置是25或30keV，使用-1/2DW或者峰位分析器晶体位置的布拉格[333]反射。表4到表6示出了读者研究数据的总结。具体而言，表4示出了关于X射线束能量的读者研究数据的总结。表5示出了关于晶体反射的读者研究数据的总结。下表6示出了根据摇摆曲线位置分组的读者研究数据的总结。

表4关于X射线束能量的读者研究数据的总结

表5关于晶体反射的读者研究数据的总结

表6根据摇摆曲线位置分组的读者研究数据的总结。

关于束能量，对于两种模板的读者研究数据表明大于18keV的能量对于DEI是最优的。由于吸收衬度按照1/E³减少，所以对于传统的X射线系统而言，软组织吸收衬度随着能量增加迅速减少。读者研究结果表明对于更高的束能量而言，由于吸收损失的信息可通过来自DEI特定衬度的信息进行补偿。对于主要是折射的结构，DEI灵敏度与1/E成比例，具有在40keV或者更高能量下采集软组织图像的潜力。对消光有贡献的散射光子的消除与能量无关，但是散射强度将随着能量增大而减少。由于据信乳房组织内大多数关键诊断结构具有明显的折射和散射特性，所以通过避免吸收并聚焦在折射和超小角度散射衬度可以有助于在更高能量下成像。

布拉格[333]反射的可视化的增强在CD模板中是明显的，特别是在更高的性能级别上。布拉格[333]反射在大多数性能测量中是优异的，但是该反射和布拉格[111]之间的差异小于预期的差异。虽然这可能表明布拉格[111]反射在给定通量的工程考虑下是可接受的，但是更可能的解释是模板的设计不适合用于测量基于X射线折射和消光的衬度机制。

相同的推理可以应用于分析器晶体位置，其中，峰位分析器位置在大多数性能测量中优异的。当未偏离的光子强度最高时，吸收衬度和分辨率将达到最高，其在分析器摇摆曲线的峰位上。消光效应也会在峰位位置发挥作用，因为将光子散射到摇摆曲线尾部的结构将被消除，导致超出一般的衬度。由于这些模板设计为检测基于X射线吸收的成像系统，可以预料峰位位置将在该类型研究中表现得最好。折射衬度不出现在摇摆曲线的峰位上，并且-1/2DW和+1/2DW的一般等价或者降低的性能表明在模板中不存在的结构是高折射的。

该研究设计为深入了解每个系统组件对图像质量而不是对最有用的图像处理方法的影响。作为收窄整个成像参数空间的第一步骤，分析每个配置下的原始数据比处理DEI图像对更适于产生表观吸收和折射图像。

最鼓舞人心的结果之一是使用可高达40keV的更高能量的X射线的能力。在更高能量下光电效应的快速降低对应于病人所吸收的光子数量的减少，导致放射线剂量的急剧减少。对于到达检测器表面的相同数量的光子(10⁷ph/cm²)，在18keV下经过5cm水的表面吸收剂量是3.3mGy，在30keV下是0.045mGy，以及在40keV下是0.016mGy。这表明30keV与18keV相比具有73倍的射线剂量减少，以及40keV与18keV相比具有206倍的射线剂量减少。由于吸收是随着组织厚度而增加的，所以射线剂量的减少对于更厚的样本甚至更大。

使用多图像放射线照片的乳癌衬度机制分析

使用DEI和MIR技术的乳房成像研究已经证实与传统乳房X射线照相术相比在可视化上的改进。特别是，使用DEI技术分析乳癌原纤维中潜在的衬度机制的研究证实了X射线消光在图像衬度方面发挥了很大作用。此外，对乳癌毛刺体的研究证实与相应的放射线照片相比DEI峰位图像具有8至33倍的增强。MIR通过增加表示对象超小角度散射的图像实现更加完整和严格地评价这些特性。

该研究致力于扩展X射线源的可用能量范围并且减少或者消除对X射线吸收的需求。由于软组织中的吸收衬度随着光子能量增加而迅速减少，所以乳房组织中潜在的X射线衬度机制成为基于非同步加速器的DEI系统中的关键。使用更高能量X射线通过增加到达检测器的入射光子的数量提高了DEI系统的效率，并且减少X射线吸收也降低了表面和吸收放射线剂量。然而，如果吸收是乳房组织可视化的关键衬度机制，那么任何DEI系统可以使用与传统X射线系统类似范围内的更低能量的X射线。该实验比较了18keV和60keV下的系统特征。

为了评价乳房组织中取决于能量的吸收、折射和散射，将具有特性特征的4个乳房组织样本在多个X射线能量下成像，并且使用MIR进行处理，以分离各自的衬度分量。在本研究中使用的能量范围基于传统钼和钨X射线管中使用的能量来确定，分别是18keV和60keV。还选择25keV、30keV、40keV和50keV的束能量，以跟踪对于每种MIR衬度机制衬度的降低。

在一个实验中，选择3个乳癌样本用于在NSLS X-15A束线下成像。使用NSLS X-15A束线获得MIR图像组和同步加速器放射线照片。使用光子科学(Photonic Science)VHR-150X射线照相机进行图像采集，其具有120mm×80mm的FOV以及30微米像素尺寸。

与X射线折射和散射相关的光电效应的迅速降低使得保持恒定的表面射线剂量极具挑战性。例如，使用为18keV下X射线吸收优化的表面射线剂量所采集的图像将在诸如60keV的更高束能量下由于光子吸收减少而严重地过度曝光。通过将单色器调整到将用于MIR成像的能量范围的中间，即40keV，并且选择表面射线剂量以使平均曝光是大约一半检测器动态范围，来找到平衡。选择350mrad的表面射线剂量用于在18keV、25keV、30keV和40keV下MIR和放射线照片成像。在50keV和60keV下使用的表面射线剂量由于来自弯曲磁X射线源的光子通量在那些能量下明显降低而减少，其中在50keV下表面射线剂量是20mrad，在60keV下是4mrad。分析器晶体摇摆曲线的半高全宽(FWHM)随着能量增加而减少。折射衬度在摇摆曲线的肩部占主要地位，需要针对每种能量略微修改采样参数。无论摇摆曲线宽度如何，对于每个MIR组采集21个图像，并且在更高能量下减小角度范围和θ增量以针对FWHM的减小进行调整。图43是示出乳房中吸收、不相干散射和相干散射的贡献相对于能量的曲线图。

选择4个乳房样本用于在NSLS上成像。在18keV和25keV下获得的MIR图像是在距离峰位-5至5微弧度范围上，每0.5微弧度进行采样得到的。对于30keV和40keV下的MIR成像，采样范围减少到±4微弧度，并具有0.4微弧度的θ增量。在50keV下使用±3微弧度的角度范围，并具有0.3微弧度的θ增量，以及对于在60keV下的MIR成像，使用±2微弧度的角度范围，并具有0.2微弧度的θ增量。在每种能量和射线剂量下采集相应的同步加速器放射线照片。另外，使用通用电子传感照相机(General ElectricSenographe)2000D(可购自Connecticut Farifield的通用电子公司)对乳房样本进行成像。每个能量下用于单个图像的射线剂量使用热致发光(thermolumiscent)检测器进行测量，以确定平均腺体射线剂量、通过该采样的分布、以及生成该图像所需的通量。

为了与传统技术进行比较，图44是在传统放射线照相术系统上成像的示例性乳房样本的图像。使用具有100微米像素分辨率的GE电子传感照相机2000D在空气中对该样本进行成像。图45A到图45F是使用根据这里所描述的发明主题的技术分别在束能量18keV、25keV、30keV、40keV、50keV和60keV下相同样本的同步加速器放射线照片。以与用于在NSLS成像的压缩级别可以相比较的压缩级别在空气中采集这些图像。

图46A到图46F是分别使用18keV、25keV、30keV、40keV、50keV和60keV的MIR束能量的乳房样本的图像。图46A是在18keV下使用具有±5微弧度、0.5微弧度的θ增量的采样参数的MIR的乳房样本图像。图46B是在25keV下使用具有±5微弧度、0.5微弧度的θ增量的采样参数的MIR的乳房样本图像。图46C是在30keV下使用具有±4微弧度、0.4微弧度的θ增量的采样参数的MIR的乳房样本图像。图46D是在40keV下使用具有±4微弧度、0.4微弧度的θ增量的采样参数的MIR的乳房样本图像。图46E是在50keV下使用具有±3微弧度、0.3微弧度的θ增量MIR的采样参数的乳房样本图像。图46F是在60keV下使用具有±2微弧度、0.2微弧度的θ增量的采样参数的MIR的乳房样本图像。

使用热致发光检测器测量平均腺体射线剂量和分布。图47A到图47F是分别示出18keV、25keV、30keV、40keV、50keV和60keV的束能量的平均腺体射线剂量和分布的曲线图。

图48是根据这里所描述的发明主题示出X射线束能量相对于用于MIR的能量的曲线图。使用在每种能量下获得的放射量测定数据，计算用于采集MIR组的每个放射线照片和分量的通量并呈现在图中。

以上实验结果证实使用MIR的乳房成像如何在宽范围能量上进行。如果仅考虑吸收，可以预料软组织中的衬度随着能量增加而显著下降，在40keV或者以上能量下几乎没有吸收衬度。每个能量下的同步加速器放射线照片显示了衬度的减少，尤其是在60keV下，在软组织中基本上是零吸收衬度。

基于使用钼源的传统X射线管的图像采集时间可高达10,000秒，这远远超出了临床成像所需的时间窗口。钼X射线管具有固定的阳极，其限制了热耗散并且在工程上明显限制了每单位时间可以生成的通量。钨X射线管具有大的旋转阳极，并且可以耐受非常高的电压和安培数。虽然钨X射线管在通量和热耗散方面具有许多优点，但是由钨生成的特征X射线太高以至于不能在软组织中生成吸收衬度。然而，该实验证实折射和散射的MIR特定衬度机制可以在不需要X射线吸收的情况下生成极好的软组织衬度。

在更高能量下光子的减少在放射剂量分布曲线中是明显的，其中18keV和60keV处的分布之间存在显著差异。在18keV下，由于组织中的吸收，存在较大的通量下降。通量下降随着能量增加而减少，光子的最高透过出现在50keV和60keV处。吸收的减少转化为能量的增加，这在图48所示出的通量测量中明显的。

为了校准用于实验的拟合算法，选择具有已知直径和折射率的多个尼龙单纤维和透明合成树脂棒用于分析。选择更小的尼龙纤维以对乳癌毛刺体的直径和几何尺寸进行近似。使用40keV X射线束能量和350mrad表面射线剂量采集每个样本及相应的同步加速器放射线照片。对于MIR，选择具有0.4微弧度θ增量的±4微弧度角度分布，生成21幅图像。使用MIR方法处理这些图像，以生成表示从X射线吸收、折射和散射所产生的衬度图像。

从二维图像中提取三维信息是一个巨大的挑战，尤其是对于非均匀的对象而言。乳癌毛刺体本质上是圆柱形的，考虑到它们的材料特性，允许做出近似。为了提取关于乳癌毛刺体的信息，首先必须设计和校准分析方法。可以使用合适的基于MIR的分析方法以来确定尼龙和透明合成树脂以及乳癌毛刺体的直径和折射率。使用这两个关键特性，可以对纤维和毛刺体的许多其它方面进行分析和建模。虽然在MIR图像中存在三个衬度分量，但是对于临床成像系统而言，折射图像将最有可能是最重要的。如果使用更高能量的X射线进行成像，吸收图像与折射图像相比将很差。由于摇摆曲线尾部上通量的较大减少，散射图像也将扮演次于折射图像的角色。计算和比较多个乳癌样本的折射率可以在一定程度上确保生成折射衬度的材料特性是一致的并且不是不规则的。

使用具有不同直径的尼龙和透明合成树脂进行方法的校准。使用MIR在40keV下以-4至4微弧度的采样范围和0.4微弧度的θ增量对直径200微米、360微米和560微米的尼龙纤维进行成像。选择这些小纤维以对临床上明显的毛刺体的几何尺寸和直径进行近似。选择具有13,000微米和19,000微米直径的较大透明合成树脂棒评价用于更大直径对象的算法。图49是示出使用MIR估计纤维直径的图像。尼龙纤维是弱吸收的，因此是用于评价DEI和MIR衬度的理想模板材料。图49中的模板设计用于使用减小直径的尼龙纤维测量MIR和DEI的衬度和分辨率。直径越小，成像的挑战性越大。

诸如尼龙纤维和乳癌毛刺体的圆柱形对象表现出如图50所示的特性折射分布，图50示出尼龙纤维折射分布的曲线图。折射在棒的边缘最高，在中间为零。如果假定对象是圆柱形的，那么可以使用来自MIR或DEI折射图像的折射特征推断出直径。采用已知直径的圆柱体，可以推断出纤维或者小纤维的折射率。

下表7和表8包括尼龙和透明合成树脂的直径和折射指数信息。

表7MIR直径校准

表8MIR折射指数校准

图51是示出MIR折射拟合直径校准的曲线图。对具有已知尺寸的纤维进行成像，并且使用算法计算折射率和直径。由于乳癌中可见的毛刺体具有与尼龙纤维相似的特性，因此将尼龙模板用于系统校准。

在该实验中，将用于提取尼龙和透明合成树脂纤维直径和折射率的相同方法应用于3个单独乳癌样本的5个感兴趣区域。图52A到图52C是乳癌样本的MIR折射图像。下表9示出了所计算的毛刺体直径和折射率。

图9小纤维折射指数

图53是通过根据这里所描述的发明主题的DEI系统所获得的局部乳癌肿块和毛刺体的MIR组图像。

图54A到图54E是示出与传统的放射线相片相比采用DEI的小纤维可视化的图像。具体而言，图54A是包含浸润性小叶癌的乳房组织样本的传统放射线照片的图像。样本经过了组织学评价，以确认1cm白色框中的小纤维对应于延伸自肿瘤表面的肿瘤指状物。图54B是示出图54A中的1cm白色框所指定区域的展开的传统放射线照片图像。图54C到图54E是示出图54A中的1cm白色框所指定区域的展开的DEI图像。在这些展开图中，很明显DEI图像中的组织衬度高于传统放射线照片，在传统放射线照片中，感兴趣的结构勉强可见。

为了量化DEI的改进衬度，沿着如图54B到图54E中的垂直白色线所示的图像轮廓计算小纤维的衬度测量。对于组织样本的其它区域，进行重复计算。统计分析显示DEI折射图像具有高于传统放射线照片8到14倍的衬度，而峰位图像具有高于放射线照片12到33倍的衬度。

X射线折射和散射成像的基本物理学仍处于研究的早期阶段，特别是当与100多年历史的基于吸收的X射线成像相比时。对于给定的内部不均匀的生物组织，对大致圆柱形的乳癌毛刺体的分析提供了可与多个组织样本进行可靠比较的诊断上有用的特征。

使用在空气中成像的多个标准化均匀圆柱体实现了基于折射的拟合算法的精确校准。由于生物组织的非均匀特性，使用用于分析生物组织的该算法可将误差引入计算中，但是乳房组织的特性和诊断应用减少了这些误差在绝对计算中的重要性。

传统乳房X射线照相术的基本问题是难于可视化沉浸在脂肪组织的高度吸收背景中的低衬度对象。肿瘤病变的大小和密度随着时间增加，最终变得足够大和密集以至于从背景中突出并且变成使用传统方法就可见到。由于乳癌死亡率与病变的大小和进展直接相关，所以减少恶性病变的生成与检测之间的时间是所有新的乳房成像形式的目标。

通过利用多个X射线衬度机制之间的差异以有助于区分良性与恶性结构，DEI和MIR在传统放射线照相术上做出了改进。脂肪组织可具有与小的恶性病变类似的X射线衰减，但是它们不具有相同的折射特征。脂肪组织具有非常小的折射和散射衬度，但是乳癌病变小的圆柱形毛刺体具有大的折射和散射特征。在40keV下，软组织中的吸收衬度最小，进一步增加了感兴趣病变和背景组织之间的整体衬度梯度。

毛刺体折射衬度的进一步增益来自它们的几何形状，该几何形状对于X射线的折射是理想的。对于入射在圆柱形对象上的准直X射线束，在圆柱体的顶部和底部的折射衬度最大，在中间具有最小折射衬度。随着圆柱体直径减少，即使在吸收衬度消隐在背景中之后，由于对象的几何形状没有改变，所以仍可保持折射衬度。在多个乳癌样本上获得的折射率值表明材料特性是类似的，并且应该在大多数类似的癌症样本中观测到衬度的增大。

确定乳房组织中增强可视化的基本衬度机制是设计基于非同步加速器的DEI/MIR系统中极为重要的步骤。该研究表明折射和散射的MIR特定衬度机制在结构可视化上发挥了主要作用，进一步减少了病变可视化对X射线吸收的依赖。X射线吸收的减少转化为病人所吸收的射线剂量的减少，考虑到用于传统乳房X射线照相术所需的相对较高的射线剂量，这是极其有益的。

在这些实验中使用尼龙指出了其可潜在用于未来的建模和仿真实验。使用类似的几何现状、直径和折射率，尼龙单纤维丝可以深入了解为什么这些诊断上重要的结构会产生高衬度。

计算机仿真

为了检测DEI设计，开发了计算机仿真软件。基于源、晶体、对象和检测器的特定设置以及规格，所开发的软件使用光线追踪，以计算病人的射线剂量并且跟踪经过DEI系统的X射线影响。因为晶体光学消除X射线在不期望的方向上传播，所以DEI的主要可能性障碍是获得足够数量的到达检测器平面的光子。

下面，在表10和11中分别提供了对一个设计仿真的系统参数规格和结果列表。

像素尺寸	50μm×50μm
		源到前单色器	15cm
源到对象	83cm
		源到检测器	100cm
Si(4，4，0)布拉格角	6.25度
		最小晶体长度	9.2cm
最小出射角(take-off angle)	1度
		电子斑点尺寸	12mm×0.8mm
W靶的Est通量	435Kα1光子/mA-s150kVp
		所需电荷	120mA-秒
所需能量	400mA150kVp
		图像尺寸	20cm×25cm
成像时间	6秒

表10系统参数规格

*最坏情况估计，其假定所有衰减导致组织中的能量沉积

表11系统参数结果

图55A到图55C根据这里所描述的发明主题的实施例的使用计算机仿真软件进行仿真的DEI系统的示意图，该DEI系统一般由附图标记5500表示。具体而言，图55A到图55C是DEI系统的透视图、侧视图和俯视图。参考图55A到图55C，通过具有线源的X射线管XT生成X射线束。在一个仿真中，将X射线管XT仿真为Siemens

Akron B X射线管(可购自Malvern，Pennsylvania的Siemens Medical Solutions USA，Inc.)。Siemens X射线管包括钨靶，因此它产生59.3keV的Kα1X射线。所以，将X射线管仿真为产生59.3keV的Kα1X射线。对于DEI需要强大的管，以获得克服在束遭遇病人之前晶体光学系统中的损失所需要的通量。Siemens X射线管具有旋转阳极，其消耗热量并且允许管在高功率(60kW)运转。仿真的DEI系统使用管上的线源端口。

图56是根据这里所描述的发明主题的实施例的耦合到DEI单色器晶体5602的对数螺旋(log-spiral)聚焦部件5600的透视图。参考图56，部件5600可以是配置为增加光子通量的弯曲衍射晶体。部件5600为X射线源提供了大的靶区域，其可以实现高功率，并且聚焦发射的放射线以形成细的虚拟线源。虚拟线源可以较小并且很亮。此外，弯曲衍射晶体5600具有是对数螺旋的一部分的表面。

图57是示出在焦散处具有源的对数螺旋部件的聚焦效果的透视图。表面形状使布拉格衍射部件表现为聚焦设备。对数螺旋部件具有下列特性：(1)它收集从强度最大的固定出射角度上的大靶区域发射的光线；(2)它将束单色化；以及(3)它将放射线聚焦以形成高强度虚拟线源。图58A和图58B分别是用于实验研究的特性系统的俯视图和正视图。参考图58A和图58B，该附图示出了对数螺旋部件对放射线进行聚焦以形成高强度虚拟线源。

DEI系统5500包括三个晶体：前单色器、单色器和分析器。所有三个晶体都是硅并且调整为[440]反射级。通过沿着该方向切片可以制作大的晶体。这些晶体容易获得。

对于检测器D，将DEI系统5500仿真中的扫描协议设置为6秒。在一个例子中，检测器D可以是单线设备，其每图像线读出一次。在另一个例子中，检测器D可以是全视场设备，其与对象O通过X射线束的运动同步扫描。在单线检测器或者全视场检测器中，一次获得一条线或者一条带的图像数据。

在另一个例子中，检测器D可以是直接X射线到电荷转换检测器，其允许使用厚吸收体，以实现更高能量下的效率而无明显的空间分辨率损失。图59是一般标记为5900的直接X射线到电荷转换检测器的示意图。检测器5900可以在诸如由钨X射线管产生的高X射线能量下提供良好的空间分辨率和阻挡能力(stopping power)。可以采用诸如CZT、IbI₂或者HgI₂的具有更高Z和密度的检测器材料，以改善高能量性能。

仿真结果表明在检测器上的通量大约是每像素600光子，其为传统乳房X射线照片的大约1/3到1/9。因此，仿真结果表明仿真MIR系统的噪声水平大于传统乳房X射线照片大约1.7到3倍。然而，在低噪声水平上，折射衬度可高于传统乳房X射线照片8到33倍。

此外，对于该仿真的DEI系统，平均腺体射线剂量大约是0.004mGy，其低于5cm压缩上的传统乳房X射线照片大约250到750倍。在10cm压缩下，在MIR中所吸收的射线剂量将是0.019mGy，其低于相同压缩下传统乳房X射线照片数千倍。

示例性成像结果

如上所述，根据这里所描述的发明主题，同步加速器和X射线管是用于生成DEI图像的两种合适类型的X射线源。为了比较的目的，图60A和图60B是根据这里所描述的发明主题的由基于同步加速器的系统和基于X射线管的系统分别产生的相同尼龙小纤维模板的图像。图60A的图像由同步加速器产生，其中生成60keV的射线束，并且使用4.0mrad射线剂量在分析器摇摆曲线+0.4微弧度位置处采集。图60B的图像在使用0.4mrad射线剂量以及160kV和6.2mA的管设定的分析器摇摆曲线+0.4微弧度位置处产生。成像尼龙纤维具有560微米(顶部纤维)、360微米(中间纤维)和200微米(底部纤维)的直径。尼龙纤维是非常弱吸收的，因此这些图像示出了为了观察这种弱吸收材料而使用折射成像的优点的例子。具体而言，例如，应该注意到这些结果表明根据这里所描述的发明主题的使用160kV电压的X射线管可以获得软组织的图像。

图61是使用根据这里所描述的发明主题的技术的图44和图45A到图45F中所示的相同乳房样本的同步加速器折射图像。在该例子中，束能量是60keV，具有4mrad射线剂量

为了比较的目的，图62A和图62B是根据这里所描述的发明主题的分别使用X射线管和同步加速器所获得的相同区域的乳房组织样本的图像。使用具有0.4mrad射线剂量的X射线管获得图62A中所示的图像。使用在分析器位置+0.4微弧度、350mrad射线剂量、40keV同步加速器获得图62B中所示的图像。该乳房组织样本浸入4.5cm的水中。

图63是使用根据这里所描述的发明主题的X射线管所获得的乳癌乳房切除样本的图像。通过使用0.4mrad射线剂量的7.0cm、全层、最低限度压缩的乳房获得该图像。小于或者等于大约0.5mrad可应用于其它对象或者组织以获得合适的图像。该图像示出了在小于传统乳房X射线照片几百倍射线剂量的全层乳房组织中的诊断特征。因为这里所描述的发明主题可以获得高厚度软组织对象的图像，所以它是有优势的。先前的基于同步加速器的设备不能获得这种图像。此外，例如，这里所描述的发明主题可用于获得这种高质量图像，同时将非常低的射线剂量应用到诸如软组织对象的对象。这里所描述的发明主题可以使用比传统放射线照相术更高的X射线束以获得高质量图像，因此出于病人安全考虑，这里所描述的发明主题可以使用更低的剂量。

示例性应用

根据这里所描述的发明主题的系统和方法可以应用于多种医学应用。如上所述，这里所描述的系统和方法可以应用于乳房成像。此外，例如，这里所描述的系统和方法可以应用于软骨成像、神经成像、心脏成像、血管成像(具有和不具有衬度)、肺部(肺)成像、骨成像、泌尿生殖器成像、胃与肠成像、一般的软组织成像、造血系统成像、以及内分泌系统成像。除了成像时间和剂量之外，使用更高能量X射线的主要进步是可以成像的对象的厚度。对于诸如乳房成像的应用，所描述的系统允许以临床现实的成像时间对全层乳房组织进行成像。对于身体的其它区域，例如头部、颈部、手足、腹部和骨盆，也可实现相同的效果。没有X射线吸收的限制，使用具有更高能量X射线的DEI急剧增加了X射线的穿透能力。对于软组织，入射到对象上的X射线光子仅一小部分被吸收，这极大地增加了从X射线管发射的光子到达检测器的效率。

关于肺部成像，如这里所描述的DEI技术可以产生在肺中极好的衬度，并且可以着重用于诊断诸如肺炎的肺部状态。肺中的液体聚集产生了使用DEI可以轻易检测到的显著的密度梯度。正常肺部组织和具有肿瘤的组织之间的密度梯度、周围组织的特性、以及几何形状差异可以很大，这产生良好的衬度。此外，这里所描述的DEI技术可以应用于肺癌筛查和诊断。

关于骨成像，这里所描述的DEI技术一般可以产生极好的骨图像。DEI的高折射和消光衬度特别有利于骨内骨折和损伤的可视化。

此外，根据这里所描述的发明主题的系统和方法可以应用于多种检测和工业应用。例如，本系统和方法可以应用于诸如禽肉检查的肉类检查。例如，本系统和方法可以用于观测肉类中需要筛查和/或移除的锋利骨头、羽毛、以及其它低衬度对象。这里所描述的系统和方法可以应用于这种筛查。

这里所描述的系统和方法还可以应用于制造业检查。例如，本系统和方法可以用于检查诸如在航空产品中的焊接。这里所描述的DEI技术可用于检查经历严重磨损和撕裂的、诸如喷气机涡轮叶片的关键结构部件。此外，例如，这里所描述的系统和方法可以用于检查电路板和其它电子产品。在另一个例子中，这里所描述的系统和方法可以用于诸如钢带和踏板完整性检查的检查。

此外，根据这里所描述的发明主题的系统和方法可以用于安全检查目的。例如，本系统和方法可以用于机场和港口的检查。这里所描述的DEI技术可用于检查塑料和低吸收衬度对象，诸如塑料小刀、使用传统X射线难以检测的复合枪、以及塑料爆炸物。为了对例如用于机场行李检查的更大的对象进行成像，可以增大X射线管和检测器之间的距离，以允许束发散。必须使用更大的分析器晶体以接收更大的扇形束。

所描述的设备提供了一种机制，这种机制可以转化到计算机X射线断层摄影术成像系统或者DEI-CT中。类似第三代传统计算机X射线断层摄影术系统的DEI-CT系统将使用相同的但是为了围绕中心点旋转进行修改的装置。可替换地，系统可以保持固定，并且对象、样本或者病人将在束中旋转。该设计的CEI-CT系统将产生表示X射线吸收、折射和超小角度散射拒绝(消光)的图像，但是将在三个方向中对它们进行分解。

应该理解，可以改变这里所描述的发明主题的各个细节，而不脱离这里所描述的发明主题的范围。此外，如通过其后所提供的权利要求对这里所描述的发明主题所定义的那样，前述说明仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制的目的。

Claims (140)

1.一种用于检测对象的图像的方法，所述方法包括：

生成来自非同步加速器X射线源的第一发散X射线束，该第一发散X射线束具有多色能量分布和具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；

将单个单色器晶体定位在预定位置以直接截取所述第一发散X射线束，并选择和产生具有预定能级的第二发散X射线束，该第二发散X射线束包含具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；

将对象定位在所述第二发散X射线束的路径，使得所述第二发散X射线束透射穿过所述对象并且从所述对象发射出透射X射线束；

将所述透射X射线束以一入射角指向分析器晶体；以及

从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测所述对象的图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括使用X射线管生成所述第一发散X射线束。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括从所述X射线管的旋转阳极生成所述第一发散X射线束。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括从所述X射线管的固定阳极生成所述第一发散X射线束。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述X射线管包括钨靶。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述X射线管设置为至少30kW的功率以生成所述第一发散X射线束。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，生成该第一发散X射线束包括生成具有50keV至70keV的特征X射线能量的X射线束。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括生成来自X射线点源在不同方向扇形散开的多个X射线束。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，定位所述单色器晶体包括将所述单色器晶体的表面定位为与入射到所述单色器晶体的所述表面上的所述第一发散X射线束的路径成1度和40度之间的角度。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述单色器晶体与所述分析器晶体在取向和晶面上匹配。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述单色器晶体是对称晶体。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述单色器晶体是硅晶体。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述硅晶体被定位用于[333]反射。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分析器晶体是布拉格型分析器。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象是软组织对象。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述软组织对象是乳房组织。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二发散X射线束将小于或者等于0.5mrad的放射线剂量施加到所述对象。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，检测所述对象的图像包括在检测器上接收所述衍射束。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述检测器配置为产生所述对象的数字化图像。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述检测器是放射线照相胶片。

21.根据权利要求18所述的方法，其中，所述检测器是图像板。

22.根据权利要求1所述的方法，其中，检测所述对象的所述图像包括从处于和接近所述分析器晶体的摇摆曲线的峰位的一个所述分析器晶体衍射的所述衍射束检测所述对象的所述图像。

23.根据权利要求22所述的方法，包括从所检测的图像中得到所述对象的衍射增强图像、吸收图像、折射图像、散射图像以及质量密度图像中的至少一个。

24.根据权利要求22所述的方法，其中，处于和接近所述峰位的所述一个出现在所述摇摆曲线的达尔文宽度的大约一半内。

25.根据权利要求1所述的方法，其中，检测所述对象的所述图像包括：

从发射自定位于第一角度位置的所述分析器晶体的第一衍射束检测所述对象的第一角度图像；

从发射自定位于第二角度位置的所述分析器晶体的第二衍射束检测所述对象的第二角度图像；

将所述第一和第二角度图像合并，以得到折射图像和表观吸收图像；以及

从所述折射图像得到所述对象的质量密度图像。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，检测所述第一角度图像包括检测来自处于所述分析器晶体的低摇摆曲线角度设定的所述分析器晶体的所述对象的所述第一角度图像，并且其中，检测所述第二角度图像包括检测来自处于所述分析器晶体的高摇摆曲线角度设定的所述分析器晶体的所述对象的所述第二角度图像。

27.根据权利要求1所述的方法，包括在所述第二发散X射线束透射穿过所述对象之前阻挡所述第二发散X射线束的一部分，从而阻挡该第二发散X射线束的预定特征线。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，阻挡所述第二发散X射线束的所述部分包括将准直器定位在所述单色器晶体和所述对象之间，从而阻挡所述第二发散X射线束的所述预定特征线。

29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述预定特征线是特征线Kα1。

30.根据权利要求1所述的方法，包括在由所述单色器晶体截取所述第一发散X射线束之前，阻挡所述第一发散X射线束超出所述单色器晶体的角度接收窗口之外的部分。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，阻挡所述第一发散X射线束的所述部分包括将准直器定位在所述第一发散X射线束的路径中。

32.根据权利要求1所述的方法，其中，所述单色器晶体是第一单色器晶体，并且其中，所述方法包括定位第二单色器晶体，以截取所述第二发散X射线束并且将所述第二发散X射线束指向所述分析器晶体。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，定位所述第二单色器晶体包括将所述第二单色器晶体定位为使得所述第二发散X射线束指向的路径平行于所述第一发散X射线束的路径。

34.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第一和第二单色器晶体是不匹配的。

35.根据权利要求32所述的方法，其中，选择所述第一和第二单色器晶体用于排除所述第一发散X射线束的预定部分。

36.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第一和第二单色器晶体是锗和硅单色器晶体其中之一。

37.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第一和第二单色器晶体是锗[333]和硅[333]单色器晶体其中之一。

38.根据权利要求1所述的方法，包括调整由所述第二发散X射线束施加到所述对象的放射线剂量。

39.根据权利要求1所述的方法，其中，所述单色器晶体被定位用于[111]反射。

40.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分析器晶体被定位用于[333]反射。

41.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分析器晶体被定位用于[111]反射。

42.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第一和第二单色器晶体中的至少一个被定位用于[111]反射。

43.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第一和第二单色器晶体中的至少一个是硅晶体。

44.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象选自由婴儿、骨头和软骨组成的组。

45.根据权利要求1所述的方法，其中将对象定位在所述第二发散X射线束的所述路径包括将所述对象移动通过第一拱形路径；以及

其中检测所述对象的图像包括通过将检测器移动通过第二拱形路径来由所述检测器接收衍射自所述分析器晶体的所述衍射束，其中所述检测器移动通过所述第二拱形路径的角速度与所述对象移动通过所述第一拱形路径的角速度基本上相同。

46.一种用于检测对象的图像的系统，所述系统包括：

非同步加速器X射线源，其配置为生成第一发散X射线束，该第一发散X射线束具有多色能量分布和具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；

单个单色器晶体，其定位在预定位置以直接截取所述第一发散X射线束，并且选择和产生透射穿过对象的具有预定能级的第二发散X射线束，该第二发散X射线束包含具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；

分析器晶体，定位为截取以一角度入射到所述分析器晶体上的透射X射线束；以及

图像检测器，其配置为从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测对象的图像。

47.根据权利要求46所述的系统，其中，所述X射线源是X射线管。

48.根据权利要求47所述的系统，其中，所述X射线管包括旋转阳极。

49.根据权利要求47所述的系统，其中，所述X射线管包括固定阳极。

50.根据权利要求47所述的系统，其中，所述X射线管包括钨靶。

51.根据权利要求47所述的系统，其中，所述X射线管设置为至少30kW的功率以生成所述第一发散X射线束。

52.根据权利要求46所述的系统，其中，所述X射线源配置为生成具有50keV至70keV的特征X射线能量的X射线束。

53.根据权利要求46所述的系统，其中，所述X射线源配置为生成来自X射线点源在不同方向扇形散开的多个X射线束。

54.根据权利要求46所述的系统，其中，所述单色器晶体的表面定位为与入射到所述单色器晶体的所述表面上的所述第一发散X射线束的路径成1度和40度之间的角度。

55.根据权利要求46所述的系统，其中，所述单色器晶体与所述分析器晶体在取向和晶面上匹配。

56.根据权利要求46所述的系统，其中，所述单色器晶体是对称晶体。

57.根据权利要求56所述的系统，其中，所述单色器晶体是硅晶体。

58.根据权利要求57所述的系统，其中，所述硅晶体被定位用于[333]反射。

59.根据权利要求46所述的系统，其中，所述分析器晶体是布拉格型分析器。

60.根据权利要求46所述的系统，其中，所述对象是软组织对象。

61.根据权利要求60所述的系统，其中，所述软组织对象是乳房组织。

62.根据权利要求46所述的系统，其中，所述第二发散X射线束将小于或者等于0.5mrad的放射线剂量施加到所述对象。

63.根据权利要求46所述的系统，包括，其中所述检测器配置为接收所述衍射束。

64.根据权利要求46所述的系统，其中，所述检测器配置为产生所述对象的数字化图像。

65.根据权利要求46所述的系统，其中，所述检测器是放射线照相胶片。

66.根据权利要求46所述的系统，其中，所述检测器是图像板。

67.根据权利要求46所述的系统，其中，所述检测器配置为从处于和接近所述分析器晶体的摇摆曲线的峰位的一个所述分析器晶体衍射的所述衍射束检测所述对象的所述图像。

68.根据权利要求67所述的系统，包括计算机，其配置为从所检测的图像中得到所述对象的衍射增强图像、吸收图像、折射图像、散射图像、和质量密度图像中的至少一个。

69.根据权利要求67所述的系统，其中，处于和接近所述峰位的所述一个出现在所述摇摆曲线的达尔文宽度的大约一半内。

70.根据权利要求46所述的系统，其中，所述检测器配置为从发射自定位于第一角度位置的所述分析器晶体的第一衍射束检测所述对象的第一角度图像；以及配置为从发射自定位于第二角度位置的所述分析器晶体的第二衍射束检测所述对象的第二角度图像；以及

所述系统包括计算机，该计算机配置为将所述第一和第二角度图像合并，以得到折射图像和表观吸收图像，并且配置为从所述折射图像得到所述对象的质量密度图像。

71.根据权利要求70所述的系统，其中，所述检测器配置为检测来自处于所述分析器晶体的低摇摆曲线角度设定的所述分析器晶体的所述对象的所述第一角度图像，并且配置为检测来自处于所述分析器晶体的高摇摆曲线角度设定的所述分析器晶体的所述对象的所述第二角度图像。

72.根据权利要求46所述的系统，包括准直器，该准直器定位为在所述第二发散X射线束透射穿过所述对象之前阻挡所述第二发散X射线束的一部分，从而阻挡所述第二发散X射线束的预定特征线。

73.根据权利要求72所述的系统，其中，所述预定特征线是特征线Kα1。

74.根据权利要求46所述的系统，包括准直器，该准直器定位为在由所述单色器晶体截取所述第一发散X射线束之前，阻挡所述第一发散X射线束超出所述单色器晶体的角度接收窗口之外的部分。

75.根据权利要求46所述的系统，其中，所述单色器晶体是第一单色器晶体，并且其中，所述系统包括第二单色器晶体，该第二单色器晶体定位为截取所述第二发散X射线束并且将所述第二发散X射线束指向所述分析器晶体。

76.根据权利要求75所述的系统，其中，将所述第二单色器晶体定位为使得所述第二发散X射线束指向的路径平行于所述第一发散X射线束的路径。

77.根据权利要求75所述的系统，其中，所述第一和第二单色器晶体是不匹配的。

78.根据权利要求75所述的系统，其中，选择所述第一和第二单色器晶体用于排除所述第一发散X射线束的预定部分。

79.根据权利要求75所述的系统，其中，所述第一和第二单色器晶体是锗和硅单色器晶体其中之一。

80.根据权利要求75所述的系统，其中，所述第一和第二单色器晶体是锗[333]和硅[333]单色器晶体其中之一。

81.根据权利要求46所述的系统，其中，所述单色器晶体被定位用于[111]反射。

82.根据权利要求46所述的系统，其中，所述分析器晶体被定位用于[333]反射。

83.根据权利要求46所述的系统，其中，所述分析器晶体被定位用于[111]反射。

84.根据权利要求75所述的系统，其中，所述第一和第二单色器晶体中的至少一个被定位用于[111]反射。

85.根据权利要求75所述的系统，其中，所述第一和第二单色器晶体中的至少一个是硅晶体。

86.根据权利要求46所述的系统，其中，所述对象选自由婴儿、骨头和软骨组成的组。

87.根据权利要求46所述的系统，包括待成像的所述对象定位在其上的扫描平台，所述扫描平台可以移动以将所述对象移动通过第一拱形路径；以及

其中，所述图像检测器可移动通过第二拱形路径，以使得所述检测器移动通过所述第二拱形路径的角速度与所述对象移动通过所述第一拱形路径的角速度基本上相同。

88.一种用于检测对象的图像的方法，所述方法包括：

通过生成来自非同步加速器X射线点源在不同方向上扇形散开的多个X射线束，生成第一发散X射线束，该第一发散X射线束具有多色能量分布和具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；

将单色器晶体定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，并选择和产生具有预定能级的第二发散X射线束，该第二发散X射线束包含具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；

将对象定位在所述第二发散X射线束的路径中，使得所述第二发散X射线束透射穿过所述对象并且从所述对象发射出透射X射线束；

将所述透射X射线束以一入射角指向分析器晶体；以及

从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测所述对象的图像。

89.根据权利要求88所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括使用X射线管生成所述第一发散X射线束。

90.根据权利要求89所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括从所述X射线管的旋转阳极生成所述第一发散X射线束。

91.根据权利要求89所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括从所述X射线管的固定阳极生成所述第一发散X射线束。

92.根据权利要求89所述的方法，其中，所述X射线管包括钨靶。

93.根据权利要求89所述的方法，其中，所述X射线管设置为至少30kW的功率以生成所述第一发散X射线束。

94.根据权利要求89所述的方法，其中，生成该第一发散X射线束包括生成具有在50keV至70keV的范围内的特征X射线能量的X射线束。

95.根据权利要求88所述的方法，其中，所述对象选自由婴儿、骨头和软骨组成的组。

96.根据权利要求88所述的方法，其中将对象定位在所述第二发散X射线束的所述路径包括将所述对象移动通过第一拱形路径；以及

其中检测所述对象的图像包括通过将检测器移动通过第二拱形路径来由所述检测器接收衍射自所述分析器晶体的所述衍射束，其中所述检测器移动通过所述第二拱形路径的角速度与所述对象移动通过所述第一拱形路径的角速度基本上相同。

97.一种用于检测对象的图像的系统，所述系统包括：

X射线管，其配置为通过生成来自所述X射线管的X射线点源在不同方向上扇形散开的多个X射线束来生成第一发散X射线束，该第一发散X射线束具有多色能量分布和具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；

单色器晶体，其定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，并选择和产生具有预定能级的第二发散X射线束以透射穿过对象，该第二发散X射线束包含具有40keV以上的X射线能量的特征线Kα1和Kα2；

分析器晶体，其定位为截取以一角度入射到所述分析器晶体上的透射X射线束；以及

图像检测器，其配置为从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测对象的图像。

98.根据权利要求97所述的系统，其中，所述X射线管包括旋转阳极。

99.根据权利要求97所述的系统，其中，所述X射线管包括固定阳极。

100.根据权利要求97所述的系统，其中，所述X射线管包括钨靶。

101.根据权利要求97所述的系统，其中，所述X射线管设置为至少30kW的功率以生成所述第一发散X射线束。

102.根据权利要求97所述的系统，其中，所述X射线管配置为生成具有在50keV至70keV范围内的特征X射线能量的X射线束。

103.根据权利要求97所述的系统，其中，所述对象选自由婴儿、骨头和软骨组成的组。

104.根据权利要求97所述的系统，包括待成像的所述对象定位在其上的扫描平台，所述扫描平台可以移动以将所述对象移动通过第一拱形路径；以及

其中，所述图像检测器可移动通过第二拱形路径，以使得所述检测器移动通过所述第二拱形路径的角速度与所述对象移动通过所述第一拱形路径的角速度基本上相同。

105.一种用于检测对象的图像的方法，所述方法包括：

生成来自非同步加速器X射线源的第一发散X射线束，该第一发散X射线束包括具有40keV以上的X射线能量的第一和第二特征发射线Kα1和Kα2；

将单色器晶体定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，并选择和产生具有所述第一和第二特征发射线的第二发散X射线束；

有选择地阻挡所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中的一个特征发射线，并且允许所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中未被阻挡的一个特征发射线通过；

将对象定位在所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中未被阻挡的一个特征发射线的路径中，使得所述第二发散X射线束的未被阻挡的特征线透射穿过所述对象并且从所述对象发射出透射X射线束；

将所述透射X射线束以一入射角指向分析器晶体；以及

从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测所述对象的图像。

106.根据权利要求105所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括使用X射线管生成所述第一发散X射线束。

107.根据权利要求106所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括从所述X射线管的旋转阳极生成所述第一发散X射线束。

108.根据权利要求106所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括从所述X射线管的固定阳极生成所述第一发散X射线束。

109.根据权利要求106所述的方法，其中，所述X射线管包括钨靶。

110.根据权利要求106所述的方法，其中，所述X射线管设置为至少30kW的功率以生成所述第一发散X射线束。

111.根据权利要求105所述的方法，其中，生成该第一发散X射线束包括生成具有在50keV至70keV范围内的特征X射线能量的X射线束。

112.根据权利要求105所述的方法，其中，所述对象选自由婴儿、骨头和软骨组成的组。

113.根据权利要求105所述的方法，其中将对象定位在所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中未被阻挡的一个特征发射线的所述路径包括将所述对象移动通过第一拱形路径；以及

其中检测所述对象的图像包括通过将检测器移动通过第二拱形路径来由所述检测器接收衍射自所述分析器晶体的所述衍射束，其中所述检测器移动通过所述第二拱形路径的角速度与所述对象移动通过所述第一拱形路径的角速度基本上相同。

114.一种用于检测对象的图像的系统，所述系统包括：

非同步加速器X射线源，其配置为生成第一发散X射线束，所述第一发散X射线束包括具有40keV以上的X射线能量的第一和第二特征发射线的Kα1和Kα2；

单色器晶体，其定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，从而选择和产生具有所述第一和第二特征发射线的第二发散X射线束；

具有狭缝的准直器，所述狭缝可调节地用于有选择地阻挡所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中的一个特征发射线并且允许所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线中未被阻挡的一个特征发射线透射穿过对象；

分析器晶体，其定位为截取以一角度入射到所述分析器晶体上的透射X射线束；以及

图像检测器，其配置为从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测对象的图像。

115.根据权利要求114所述的系统，其中，所述X射线源是X射线管。

116.根据权利要求115所述的系统，其中，所述X射线管包括旋转阳极。

117.根据权利要求115所述的系统，其中，所述X射线管包括固定阳极。

118.根据权利要求115所述的系统，其中，所述X射线管包括钨靶。

119.根据权利要求115所述的系统，其中，所述X射线管设置为至少30kW的功率以生成所述第一发散X射线束。

120.根据权利要求114所述的系统，其中，所述X射线源配置为生成具有在50keV至70keV范围内的特征X射线能量的X射线束。

121.根据权利要求114所述的系统，其中，所述对象选自由婴儿、骨头和软骨组成的组。

122.根据权利要求114所述的系统，包括待成像的所述对象定位在其上的扫描平台，所述扫描平台可以移动以将所述对象移动通过第一拱形路径；以及

其中，所述图像检测器可移动通过第二拱形路径，以使得所述检测器移动通过所述第二拱形路径的角速度与所述对象移动通过所述第一拱形路径的角速度基本上相同。

123.一种用于检测对象的图像的方法，所述方法包括：

生成来自非同步加速器X射线源的第一发散X射线束，该第一发散X射线束包括具有40keV以上的X射线能量的第一和第二特征发射线Kα1和Kα2；

将单色器晶体定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，并选择和产生具有所述第一和第二特征发射线的第二发散X射线束；

将对象定位在所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线的路径中，使得所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线透射穿过所述对象并且从所述对象发射出透射X射线束；

将所述透射X射线束以一入射角指向分析器晶体；以及

从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测所述对象的图像。

124.根据权利要求123所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括使用X射线管生成所述第一发散X射线束。

125.根据权利要求124所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括从所述X射线管的旋转阳极生成所述第一发散X射线束。

126.根据权利要求124所述的方法，其中，生成所述第一发散X射线束包括从所述X射线管的固定阳极生成所述第一发散X射线束。

127.根据权利要求124所述的方法，其中，所述X射线管包括钨靶。

128.根据权利要求124所述的方法，其中，所述X射线管设置为至少30kW的功率以生成所述第一发散X射线束。

129.根据权利要求123所述的方法，其中，生成该第一发散X射线束包括生成具有在50keV至70keV范围内的特征X射线能量的X射线束。

130.根据权利要求123所述的方法，其中，所述对象选自由婴儿、骨头和软骨组成的组。

131.根据权利要求123所述的方法，其中将对象定位在所述第二发散X射线束的所述第一和第二特征发射线的所述路径包括将所述对象移动通过第一拱形路径；以及

其中检测所述对象的图像包括通过将检测器移动通过第二拱形路径来由所述检测器接收衍射自所述分析器晶体的所述衍射束，其中所述检测器移动通过所述第二拱形路径的角速度与所述对象移动通过所述第一拱形路径的角速度基本上相同。

132.一种用于检测对象的图像的系统，所述系统包括：

非同步加速器X射线源，配置为生成第一发散X射线束，所述第一发散X射线束包括具有40keV以上的X射线能量的第一和第二特征发射线Kα1和Kα2；

单色器晶体，其定位在预定位置以截取所述第一发散X射线束，从而选择和产生具有所述第一和第二特征发射线的第二发散X射线束以透射穿过对象；

分析器晶体，其定位为截取以一角度入射到所述分析器晶体上的透射X射线束；以及

图像检测器，其配置为从衍射自所述分析器晶体的衍射束检测对象的图像。

133.根据权利要求132所述的系统，其中，所述X射线源是X射线管。

134.根据权利要求133所述的系统，其中，所述X射线管包括旋转阳极。

135.根据权利要求133所述的系统，其中，所述X射线管包括固定阳极。

136.根据权利要求133所述的系统，其中，所述X射线管包括钨靶。

137.根据权利要求133所述的系统，其中，所述X射线管设置为至少30kW的功率以生成所述第一发散X射线束。

138.根据权利要求132所述的系统，其中，所述X射线源配置为生成具有在50keV至70keV范围内的特征X射线能量的X射线束。

139.根据权利要求132所述的系统，其中，所述对象选自由婴儿、骨头和软骨组成的组。

140.根据权利要求132所述的系统，包括待成像的所述对象定位在其上的扫描平台，所述扫描平台可以移动以将所述对象移动通过第一拱形路径；以及

其中，所述图像检测器可移动通过第二拱形路径，以使得所述检测器移动通过所述第二拱形路径的角速度与所述对象移动通过所述第一拱形路径的角速度基本上相同。

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