多方向相衬x射线成像的制作方法

多方向相衬x射线成像的制作方法
【专利摘要】本发明涉及对象的相衬X射线成像。为了提供在多于一个方向的相衬信息，提供一种X射线成像系统，所述X射线成像系统包括X射线源(12)、X射线探测器装置(16)、以及具有相位-光栅结构(46)和分析器-光栅结构(48)的光栅装置(18)。所述X射线探测器装置包括在第一方向平行于彼此的至少八个线探测器单元(40)，所述至少八个线探测器单元在垂直于所述第一方向的方向(44)线性延伸。所述X射线源、所述X射线探测器装置和所述光栅装置适于在平行于所述第一方向的扫描方向执行相对于对象的采集移动。所述相位-光栅结构具有若干线性相位-光栅，它们中的每个被布置为与所述至少八个线探测器单元中指定的线固定关联；第一部分作为在所述第一方向具有狭缝的第一相位-光栅，并且第二部分作为在不同于所述第一方向的第二方向具有狭缝的第二相位-光栅。所述分析器-光栅结构具有若干线性分析器-光栅，它们中的每个被布置为与所述至少八个线探测器单元中指定的线固定关联；第一部分作为在所述第一方向具有狭缝的第一分析器-光栅，并且第二部分作为在所述第二方向具有狭缝的第二分析器-光栅。所述线探测器单元中的至少四个毗邻的线与所述第一相位-光栅和所述第一分析器-光栅关联，并且所述线探测器单元中的至少四个毗邻的线与所述第二相位-光栅和所述第二分析器-光栅关联。所述光栅装置可以包括被布置在所述X射线源与所述相位-光栅结构之间的源-光栅结构，用于为经过所述源-光栅结构的所述X射线束提供足够的相干性，使得在经过所述相位-光栅结构之后，可以在所述分析器-光栅结构的位置处观察到干涉。
【专利说明】多方向相衬X射线成像

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于对对象进行相衬成像的X射线成像系统，涉及用于对对象进行X 射线相衬成像的方法，并且涉及计算机程序单元以及计算机可读介质。

【背景技术】
[0002] 相衬X射线成像，即差分相衬成像，被用于，例如与常规衰减对比图像相比，增强 低吸收样本的对比度。EP1731099A1描述了一种X射线干涉仪装置，其包括多色X射线源、 源-光栅、相位-光栅和分析器-光栅、以及图像探测器。对象被布置在所述源-光栅与所 述相位-光栅之间。所述光栅包括处于吸收材料（例如金）的条之间的多个X射线透明的 狭缝。然而，所述X射线干涉仪布置仅在一个方向提供相衬信息。


【发明内容】

[0003] 因此，存在对于在多于一个方向提供相衬信息的需要。
[0004] 本发明的目标通过独立权利要求的主题得以解决，其中，在从属权利要求中并入 了另外的实施例。
[0005] 应指出，下文描述的本发明的各方面也适用于X射线成像系统、X射线相衬成像的 方法、计算机程序单元和计算机可读介质。
[0006] 根据本发明的第一个方面，提供一种用于对对象进行相衬成像的X射线成像系 统，其包括X射线源、X射线探测器装置和光栅装置。所述X射线探测器装置包括在第一方 向平行于彼此布置的至少八个线探测器单元，其中，所述线探测器单元在垂直于所述第一 方向的方向线性延伸。所述X射线源、所述X射线探测器装置和所述光栅装置适于在扫描 方向执行关于对象的米集移动，其中，所述扫描方向平行于所述第一方向。所述光栅装置包 括被布置在所述X射线源与所述探测器之间的相位-光栅结构以及被布置在所述相位-光 栅结构与所述探测器装置之间的分析器-光栅结构。所述相位-光栅结构具有若干线性 相位-光栅，它们中的每个被布置为与所述至少八个线探测器单元中指定的线固定关联。 所述相位-光栅的第一部分被提供为在所述第一方向具有狭缝的第一相位-光栅，并且所 述相位-光栅的第二部分被提供为在不同于所述第一方向的第二方向具有狭缝的第二相 位-光栅。所述分析器-光栅结构具有若干线性分析器-光栅，它们中的每个被布置为与 所述至少八个线探测器单元中指定的线固定关联。所述分析器-光栅的第一部分被提供为 在所述第一方向具有狭缝的第一分析器-光栅，并且所述分析器-光栅的第二部分被提供 为在所述第二方向具有狭缝的第二分析器-光栅。所述线探测器单元中的至少四个毗邻的 线与所述第一相位-光栅和所述第一分析器-光栅关联，并且所述线探测器单元中的至少 四个毗邻的线与所述第二相位-光栅和所述第二分析器-光栅关联。
[0007] 根据本发明，所提供的X射线辐射必须示出各自的横向相干性，例如用适当地适 配的源-光栅生成的。换言之，所述X射线的横向相干性必须在垂直于与所述第一光栅方 向相关的所述扫描方向的方向大，并且在不同于所述第一方向的与所述相位光栅中具有其 不同光栅取向的各自区（即部分）相关的第二方向大。例如，在源-光栅中，金属条结构， 例如金属填充的槽或沟槽结构，必须被取向为在一个部分平行于所述第一方向并且在另一 部分平行于所述第二方向。由于所述X射线在中间区域的投影面积中的相干性定义不清， 因而对应的（一个或多个）探测器线可能没有被光栅覆盖，如在上述范例之一中所提及的。 当然，代替提供适于所述至少两个相干方向的源-光栅，也可以提供各自的X射线源，其提 供具有多重相干性的各自的辐射。在提供能够应用各自相干的X射线辐射的X射线源的情 况中（其中，所述X射线辐射的不同部分的相干性的方向被对齐到或适配到所述各自光栅 结构部分的相干方向），也可以省略所述源-光栅结构。后者可以通过足够小的焦斑来实 现。
[0008] 以周期性布置的多个条或间隙提供用于提供相衬成像的光栅装置的光栅，其中， 所述条被布置为使得它们改变X射线辐射的相位和/或幅度，并且其中，所述间隙为X射线 透明的。根据本发明，术语"X射线透明"涉及以下事实：经过光栅的X射线辐射不改变其 相位，即没有相移，并且不改变其幅度，两者均到可测量或合理的量。根据本发明，术语"改 变相位"涉及移动X射线辐射的相位。所述分析器-光栅的条为X射线吸收性的，使得它们 改变经过所述光栅的X射线辐射的幅度。所述相位-光栅的条改变经过所述光栅的X射线 辐射的相位。
[0009] 根据本发明的示范性实施例，所述固定关联包括相位-光栅到分析器-光栅偏移 所述分析器-光栅的栅距的分数1/n的变化；其中，η为所述线探测器单元的与一种类型的 相位-光栅关联的线数。
[0010] 根据一范例，与所述毗邻的线相关，"固定关联"包括所述相位-光栅与所述分析 器-光栅的光栅栅距之间额外的偏移，或额外的位移，使得所述第一部分或所述第二部分 的第X个分析器-光栅栅距到相位-光栅栅距的实际位置/偏移位置为d= (χ-1)/η。例 如，在η = 4的情况中，针对每个相位-光栅方向的探测器线，被分配到所述四个探测器线 的第一个的所述光栅被提供有偏移d = (1-1)/4 = 0,被分配到所述四个探测器线的第二个 的所述分析器-光栅被提供有偏移d = (2-1)/4 =所述分析器-光栅的1/4栅距，被分配 到所述四个探测器线的第三个的所述光栅被提供有偏移d= (3-1)/4 = 1/2,并且被分配到 所述四个探测器线的第四个的所述光栅被提供有所述分析器-光栅的d = (4-1)/4 = 3/4 栅距偏移。类似的规则适用于与其他方向的所述光栅关联的探测器线。所述偏移可以递增 或递减。进一步地，必须指出，所述相位光栅栅距和所述分析器光栅栅距可以具有2比1的 比率，即所述分析器光栅的栅距为所述相位光栅的栅距大小的一半。对于平行几何形态而 言是这样的。在不同的锥形束几何形态的情况中，存在与所述光栅的栅距相关的放大效应。 [0011] 根据另外的范例，提供所述线探测器单元中与一种类型的相位-光栅关联的z*n 的线数，并且提供z的冗余；例如，每个方向四加四个线，每四个线被提供有1/4的偏移，提 供为2的冗余。
[0012] 根据另外的示范性实施例，提供至少十二个线探测器单元，其中，所述相位-光栅 的另外的部分被提供为在另外的方向的另外的相位-光栅，并且所述分析器-光栅的另外 的部分被提供为在所述另外的方向的另外的分析器-光栅，它们中的每个被布置为与所述 至少十二个线探测器单元中分配的线固定关联。所述另外的方向不同于所述第一和第二方 向。
[0013] 例如，所述第一方向可以平行于所述扫描方向，所述第二方向可以被布置为与所 述第一方向成60°角，并且与所述另外的方向成120°角。
[0014] 根据另外的示范性实施例，针对所述采集移动，所述光栅相对于彼此并且相对于 所述探测器装置保持固定。例如，针对所述采集移动，不提供相位阶跃。
[0015] 根据另外的示范性实施例，针对所述采集移动，所述X射线源、所述光栅装置和所 述X射线探测器装置被安装到一移动结构，所述移动结构能够绕被对齐到所述X射线管的 焦斑的轴枢转。
[0016] 根据另外的示范性实施例，至少一个另外的线探测器单元被提供为纯衰减测量探 测器单元，其没有关联的相位-光栅结构和分析器-光栅结构。
[0017] 根据另外的示范性实施例，前准直器被提供在所述X射线源与所述分析器-光栅 之间，使得对象可以被布置在所述X射线源与所述分析器-光栅之间。后准直器被提供在 所述分析器-光栅与所述探测器之间。
[0018] 根据本发明的第二个方面，提供一种用于对对象进行X射线相衬成像的方法，包 括以下步骤：
[0019] a)用具有至少八个探测器线的探测器采集相衬图像子数据，其中，至少四个探测 器线与光栅结构的第一相位方向相关，并且至少另外的四个探测器线与第二相位方向相 关；并且其中，所述线探测器单元中与一个相位方向相关的每个线均被布置为与所述光栅 结构棚距固定关联；
[0020] b)以在单个方向的采集移动，关于所述对象移动所述探测器；
[0021] 其中，重复执行a)和b)至少八次，使得由所述探测器线的每个采集一个点的图像 信息；
[0022] c)计算相位恢复，针对所述探测器线的每个生成图像数据；并且
[0023] d)提供所述图像数据用于另外的步骤。
[0024] 所述固定关联包括相位-光栅到分析器光栅偏移所述分析器-光栅的栅距的分数 1/n的变化；其中，η为所述线探测器单元中与一种类型的相位-光栅关联的线数。针对所 述采集，根据各自不同取向的光栅结构，提供在至少两个方向具有相干性的X射线辐射，即 在一个方向针对经过第一套探测器的射线的相干性以及在另一方向针对第二套探测器的 相干性。
[0025] 根据另外的示范性实施例，在步骤c)中的所述相位恢复提供：i)差分相位数据； ii)散射信息；以及iii)衰减数据。
[0026] 根据本发明的一方面，所述光栅被提供有至少两个不同的光栅方向，由此提供有 关分别的两个不同方向的相衬图像信息。代替常用的所述光栅的阶跃以扫描得到的干涉图 案的不同部分，而是相对于要被检查的对象移动所述成像系统。最少提供四个线探测器单 元，以能够例如，通过对应于所述各自的相位光栅与分析光栅之间的不同偏移的不同探测 器线，在针对相同的物理射线测量的强度中识别正弦曲线。当然，更高数目的所谓扫描线 (其每个涉及所述干涉图案的不同部分）由于从一个扫描线到下一个扫描线的偏移（即所 述相位-光栅与所述分析器-光栅之间递增或递减的偏移），而提供各自的图像信息，其然 后可以在相位恢复步骤中得到计算而获得期望的相衬图像数据。
[0027] 根据本发明的另外一方面，所述X射线成像系统为乳房摄影系统，例如飞利浦 MicroDose乳房摄影系统，其中，用几个线性探测器单元扫描整个视场。例如，所述探测器单 元被安装到移动结构，所述移动结构被可枢转地安装，使得所述X射线管的焦点为旋转点。 根据本发明，这样的乳房摄影系统被提供有根据本发明的所述光栅装置，如上所述，从而所 谓的狭缝扫描系统可以采集相衬信息，而无需常规意义上的相位阶跃，在常规意义上的相 位阶跃中，所述系统中的相位光栅或分析器光栅中的一个必须被相对于另一个移开。例如， 利用所述飞利浦MicroDose系统中存在的二十一个探测器线，在所述系统中实施所述相位 阶跃的等价方案，其中，一个接一个的探测器线提供为通过乳房的同一个物理射线路径的 样品。因此不同的线探测器由具有不同冻结相位状态的光栅干涉仪补充。
[0028] 通过将相位-相关的光栅结构取向为相对于所述扫描方向的各个角度，而用线探 测器系统同时地采集两个或多个相位周期。在一个可能的实施例中，第一组七个线探测器 被用于在平行于所述扫描方向的方向中采集相衬，随后的七个线探测器被用于采集纯衰减 信息，并且最后七个线探测器被用于采集垂直于所述扫描方向的相衬信息。代替七加七加 七，也可以针对在两个不同方向针对所述相衬采集使用总X射线通量的大部分的梯度，提 供两组十个探测器线，并且仅一个线（例如中间探测器线）不被设计为采集相衬，而是采集 纯衰减信息。
[0029] 根据另外的方面，本发明允许例如通过提供两个垂直的扫描方向，来解决一维差 分相衬成像的对称破缺性质。在三个或更多个（例如四个）方向（例如相对于所述扫描方 向为0°、45°、90°和135° )的情况中，可以提供（尤其是针对对象的低吸收部分，例如 针对乳房成像）改进的图像信息。因此，由于可以采集两个或多个方向的梯度，因而显著减 小了所述对称破缺，缺少强梯度或强散射组织分量的可能性得以显著降低。
[0030] 根据后文描述的实施例，本发明的这些以及其他方面将变得显而易见，并且将参 考后文描述的实施例来阐述本发明的这些以及其他方面。

【专利附图】

【附图说明】
[0031] 下面将参考附图描述本发明的示范性实施例：
[0032] 图1示意性地示出了根据本发明的示范性实施例的X射线成像系统。
[0033] 图2示出了乳房摄影系统的透视图，作为根据本发明的用于对对象进行相衬成像 的X射线成像系统的范例。
[0034] 图3示意性地示出了本发明的X射线成像系统的布置的基本设置。
[0035] 图4示出了除图3以外的另外的可能的布置。
[0036] 图5示出了根据本发明的示范性实施例的光栅装置和X射线探测器装置的透视 图。
[0037] 图6示出了根据本发明的光栅装置和X射线探测器装置的另外的范例的另外的透 视图。
[0038] 图7分别示出了在毗邻的相位-光栅与分析器-光栅之间的偏移。
[0039] 图8A和图8B不出了与偏移相关的更详细图不。
[0040] 图9A和图9B示出了所述光栅装置的至少一个另外的相干方向的范例。
[0041] 图10示出了根据本发明的源-光栅的范例。
[0042] 图11A和图11B在两个不同布置中示出了具有前准直器和后准直器的示范性设 置。
[0043] 图12A和图12B示出了针对21线探测器装置的两种不同设置。
[0044] 图13示出了根据本发明的示范性实施例的、用于对对象进行X射线相衬成像的方 法的基本步骤。

【具体实施方式】
[0045] 图1示出了用于对对象进行相衬成像的X射线成像系统10。系统10包括X射线 源12,其用于向X射线探测器装置16辐射X射线辐射14。进一步地，提供光栅装置18,以 简化方式用方框示出。然而，也将参考下图，尤其是图3和图4以及图5至图9描述根据本 发明的光栅装置18。
[0046] 进一步地，以符号方式指示对象20。X射线源12、X射线探测器装置16和光栅装 置18适于在扫描方向22执行相对于对象的米集移动M A，其中，所述扫描方向也被称作第一 方向，即所述扫描方向平行于所述第一方向。
[0047] 在进一步解释根据本发明的X射线探测器装置16和光栅装置18之前，参考图2， 其示出乳房摄影成像系统24,其中，用第一箭头26指示扫描方向22,并用第二箭头28指示 相反方向。在图2中所示的系统中，X射线源12和X射线探测器装置16被安装到移动结 构30,其能够绕与所述X射线管的焦斑34对齐的轴32枢转。因此，针对所述采集移动，光 栅装置18 (未在图2中进一步示出）相对于探测器装置16保持固定。联系所述乳房摄影 调查，提供下乳房支撑板36和上乳房支撑板38,它们可以相对于彼此位移，以容纳要被检 查的乳房作为所述对象。针对所述采集，乳房停留在适当位置，而是所述探测器与所述X射 线源一起相对于所述乳房移动。通过提供与所述X射线管的焦斑34对齐的轴32,可以实现 枢转运动。当然，也可以以不同的各自机制，提供其他移动类型，例如所述X射线源与所述 X射线探测器及所述光栅装置的平移运动。
[0048] 如图3中所示，根据本发明，X射线探测器装置16包括在第一方向（用第一方向 箭头42指示）平行于彼此布置的至少八个线探测器单元40,其中，所述线探测器单元在垂 直于所述第一方向的方向（用第二方向箭头44指示）线性延伸。换言之，所述线探测器单 元在垂直于由第一方向42表示的平行堆叠顺序的方向44连续。
[0049] 光栅装置18包括被布置在X射线源12与探测器装置16之间的相位-光栅结构 46,和被布置在相位-光栅结构46与探测器装置16之间的分析器-光栅结构48。
[0050] 必须指出，关于图3以及还关于图1，可以在始于X射线源12的这种定位中提供不 同光栅结构和对象20的布置，所述对象被提供在相位-光栅结构46前方，或者根据另外的 范例，被布置在相位-光栅结构46之后且在分析器-光栅结构48之前。因此，尽管未在图 3中示出，对象20也可以被布置在相位-光栅结构46与分析器-光栅结构48之间（也参 见图4)。
[0051] 进一步地，光栅装置18可以包括被布置在X射线源12与相位-光栅结构46之间 的源-光栅结构50。下文也联系图10进一步解释源-光栅结构50。所述源-光栅结构适 于对经过所述源-光栅结构的X射线提供足够的相干性，使得在经过所述相位-光栅结构 之后，可以在所述分析器-光栅结构的位置处观察到干涉。所述源-光栅结构具有若干线 性源-光栅，其中，所述源-光栅的第一部分被提供为提供与所述第一方向相关的相干性的 第一源-光栅，并且所述源-光栅的至少第二部分被提供为提供与所述第二方向相关的相 干性的第二源-光栅。必须指出，辐射14必须被提供有至少两个相干方向，这将在下面联 系图5及以下得到解释。根据第一个范例，这可以由多色X射线辐射向其辐射的源-光栅 结构50和提供需要的相干性的源-光栅结构50提供。当然，根据另外的范例（未进一步 示出），所需要的相干性也可以由X射线源自身提供，使得也可以省略源-光栅结构50。
[0052] 源-光栅结构50具有若干线性源-光栅，其中第一部分提供与所述第一方向相关 的相干性，并且至少第二部分提供与所述第二方向相关的相干性。
[0053] 例如，所述源-光栅，或源-光栅结构50,被布置为接近所述X射线管的所述焦斑。
[0054] 图4示出示意性设置，如上文提及的，其中，对象20被布置在相位-光栅结构46 与分析器-光栅结构48之间。
[0055] 如图5中所不，相位-光栅结构46具有若干线性相位-光栅52,它们中的每个均 被布置为与所述至少八个线探测器单元40中指定的线固定关联。
[0056] 所述范例示出了八个线，除用附图标号40以外还以标记A至Η指示，即线40A至 4〇 H。类似的标号被用于相位-光栅52A至52H。相位-光栅52的第一部分54,即相位-光 栅52 A、52B、52。和52D被提供为在第一方向42具有狭缝的第一相位-光栅56。相位-光栅 52的第二部分60,即52 E、52F、52e和52H被提供为在不同于所述第一方向的第二方向66具 有狭缝64的第二相位-光栅62。第二方向66可以被提供为平行于延伸方向44。
[0057] 以类似的方式提供分析器-光栅结构48,但是在平行束几何形态的情况中，各自 光栅的栅距为相位-光栅结构46的栅距大小的一半。理论上，可以根据所述束的散度来提 供所述相位栅距与所述分析器栅距之间的其他关系。由于在差分相衬X射线成像中，各自 的光栅结构原理对本领域技术人员是已知的，这里也不进一步讨论所述光栅与所述探测器 的所述栅距与所述距离之间的关系。
[0058] 参考图5,分析器-光栅结构48具有若干线性分析器-光栅68,例如在八个线探 测器的情况中为八个线性分析器-光栅68 A至68H。分析器-光栅68的每个被布置为与所 述至少八个线探测器单元40中指定的线固定关联。分析器-光栅68的第一部分70被提 供为在第一方向42具有狭缝74的第一分析器-光栅72。分析器-光栅68的第二部分76 被提供为在第二方向66具有狭缝80的第二分析器-光栅78。因此，第一部分70包括分析 器-光栅68 a至68d，并且第二部分76包括分析器-光栅68e至68h。
[0059] 如从图5可见，以所述各自光栅结构关于在所述辐射路径（用中心辐射线82指 示）的后续布置中的重叠布置对齐的取向，来布置所述相位-光栅结构和所述分析器-光 栅结构的各自的第一和第二部分。
[0060] 线探测器单元40的至少四个毗邻的线与第一相位-光栅56关联，例如线40A至 40 D与相位-光栅52A至52D关联。线探测器单元的所述四个毗邻的线也与第一分析器-光 栅72关联，例如分析器-光栅68 A至68D。进一步地，线探测器单元40的至少四个毗邻的线 与第二相位-光栅62和第二分析器-光栅78关联。例如，线40 e至40h与相位-光栅52e 至52h以及分析器-光栅68e至68h关联。
[0061] 应联系图6进一步解释术语"固定关联"，图6在底部示出探测器装置16的示意性 布置，在其顶部示出分析器-光栅结构48,随后是相位-光栅结构46。当然，附图未按比例 绘制，并且未示出关于距离或纵横比的任意特定关系。探测器装置16被示为具有9个探测 器线40。必须指出，以相比较前面的图旋转的取向示出各自的线40A至40H的布置和顺序， 即以右侧的A起始，并以左侧的Η结束，因此也有在右半部分的第一光栅56、72和在左半部 分的第二光栅62、78。
[0062] 除上述八个探测器线40Α至40Η以外，另外的探测器线84被提供为纯衰减测量探 测器单元，没有任何关联的相位-光栅结构和分析器-光栅结构。必须指出，有关下文描述 的偏移方面，也可以省略另外的线探测器单元84,或由更大数目的衰减测量探测器线代替。
[0063] 相位-光栅结构46的相位-光栅52被示为针对第一部分54具有在一个方向延 续的狭缝58,并且针对第二部分60具有在所述第二方向延续的狭缝64。分析器-光栅68 的情况类似，其被示为针对第一部分70具有平行于的狭缝58延续的狭缝74 (未进一步指 示）以及针对所述第二部分的狭缝80。
[0064] 进一步地，探测器线40被示为具有到毗邻的线单元的各自距离，该距离可能是由 于所述线探测器的制造方面而提供的。然而，所述距离并非条件，并且在所述各自的探测器 技术提供线探测器单元的无缝布置的情况中也可以被省略。类似的适用于所述光栅的所示 结构，其中，所述光栅也被示为具有到彼此的距离，用于对附图的改善的可读性。当然，所述 光栅也可以被提供为彼此抵靠，或者也可以具有较大距离。所述不同的光栅结构可以被提 供在集成的光栅体结构中。
[0065] 点划线86指示所谓的光栅结构轴。例如，相位-光栅52中的第一个，在从图6中 的左边开始时，具有从光栅结构轴86到所述各自的光栅结构的第一条的起始点的距离88。 该距离被提供为全部相位-光栅52的相同的距离。然而，对于分析器-光栅68,这些也被 提供为具有在光栅结构轴86 (或所谓的系统轴）与所述分析器-光栅结构的所述第一条 的所述起始之间的距离90。所述固定关联包括相位-光栅到分析器-光栅偏移所述分析 器-光栅的栅距的分数1/η的变化，其中η为所述线探测器单元中与一种类型的相位-光 栅关联的线数。换言之，距离90从一个分析器-光栅到下一个增加，这用标记90ρ90 π、和 9〇m指示。由于相位-光栅52被提供为具有相同的距离88,因而关于相位-光栅52到分析 器-光栅68的布置提供增大的偏移。类似的适用于所述光栅的其他部分，即与分析器-光 栅68的第一部分70相关的相位-光栅52的第一部分54。
[0066] 这被示于图7中，其中，出于图示的目的仅在X射线辐射14的视向的平面视图中 示出分析器-光栅68。可见，第二部分76,其为分析器-光栅68E至68H的形式，被提供有 各自的偏移90。在右半部分，示出为分析器-光栅68A至68D形式的第一部分70,其中，所 述光栅结构的起始被示为与另外的系统轴92 (用另外的点划线指示）相关。分析器-光栅 68D以具有距离94的第一条起始，该距离94被提供有与上述与第二部分76相关的距离90 类似的为分数1/η的偏移。因此，也使用相同的标记i至iii。
[0067] 这也从图8A可见，图8A示出针对第二部分76的另外的范例，在上部以分析器-光 栅68 H开始，并且在底部以68E开始。如可见，上面的分析器-光栅直接在系统轴86以条状 结构开始，其中，下面的一个被提供有第一偏移96。进一步下面的一个，即分析器-光68 f 被提供有进一步增加的偏移98,并且其下面的一个，即分析器-光栅68e被提供有还要进一 步增加的偏移100。
[0068] 类似的适用于在图8B中示出的分析器光栅68的第一部分70,其中，从上到下示出 分析器-光栅68 D至68A。所述光栅在上面的分析器-光栅68D在第二系统轴92起始，并且 下面的分析器-光栅68。的光栅被提供有偏移102。下一个分析器-光栅，即分析器-光栅 68B，以进一步增加的偏移104开始，这对于下面的分析器-光栅68A也是同样，其被提供有 还要进一步增加的偏移106。
[0069] 一般必须指出，根据可选的范例（未示出），所有的分析器光栅均被对齐到所述结 构轴，并且在所相位光栅处实施偏移。
[0070] 根据另外的示范性实施例，提供至少十二个线探测器单元。所述相位-光栅的另 外的部分被提供为在另外的方向的另外的相位-光栅，并且所述分析器-光栅的另外的部 分被提供为在所述另外的方向的另外的分析器-光栅，它们中的每个被布置为与所述至少 十二个线探测器单元中指定的线固定关联。例如，所述光栅的第一部分被提供为与所述扫 描方向成+60°角，所述光栅的第二部分被提供为平行于所述扫描方向，并且所述光栅的第 三部分被提供为与所述扫描方向成-60°角。这在图9A中得以图示，图9A示出所述布置和 所述方向，并且没有特定的光栅层。如可见，中间部分被提供有在第一方向42的光栅结构， 并且在两侧上均应用各自为60°的角，如上文提及的（也参见在方向方案的右侧上具有三 个方向的图）。在图9A中也未示出被布置在所述光栅后面的辐射方向的所述探测器线。
[0071] 当然，也可以提供针对多于三个部分的多于三个方向。作为范例，图9B示出四个 方向，其中，第一方向42和第二方向66辅之以两个为45°角的不同变化的两个另外的方 向。因此，提供相对于所述扫描方向为0°的第一方向、大致45°的第二方向、大致90°的 第三方向，以及大致135°的第四方向（也参见在方向方案的右侧上具有四个方向的图）。 当然，在这样的情况中，提供至少十六个线探测器单元，以能够针对每个光栅取向，或相干 方向，具有至少四个线。要指出，类似于图9A，图9B也仅示出方向，并且没有特定光栅；也 未示出所述探测器线。
[0072] 参考图10,如上文已指示的，源-光栅结构50适于为经过所述源-光栅结构的 所述X射线束提供足够的相干性，使得在经过所述相位-光栅结构之后，可以在所述分析 器-光栅结构的位置处观察到干涉。因此，源-光栅结构50具有若干线性源-光栅108,其 中，第一部分110提供与所述第一方向相关的相干性，并且其中，最后第二部分112提供与 所述第二方向相关的相干性。
[0073] 源-光栅50被提供有源-光栅栅距，其中，源-光栅栅距与所述分析器-光栅栅 距的比率等于所述源-光栅与所述相位-光栅之间的距离与所述相位-光栅与所述分析 器-光栅之间的距离的比率。
[0074] 在另外的方向的另外的光栅的情况中，所述源-光栅的所述另外的部分提供与所 述另外的方向（未不出）相关的相干性。
[0075] 根据在图11A和图11B中示出的范例，前准直器114被提供在X射线源12与分析 器-光栅48之间，使得对象可以被布置在X射线源12与分析器-光栅48之间。后准直器 116被提供在分析器-光栅48与探测器16之间。
[0076] 例如，如在图11A中所指示，当始于所述源时，提供以下布置：前准直器114、相 位-光栅结构46、用于容纳对象20的空间、分析器-光栅结构48、后准直器116和探测器 装置16。
[0077] 如在图11B中所示，当从源12起始时，提供以下布置：前准直器114、用于容纳对 象20的空间、相位-光栅结构46、分析器-光栅结构48、后准直器116和探测器装置16。
[0078] 前准直器114因此被提供在X射线源12与相位-光栅46之间，使得对象20可以 被布置在X射线源12与相位-光栅46之间，其中，所述后准直器116被提供在所述对象与 探测器16之间，例如，在分析器-光栅48之前或之后。
[0079] 根据另外的范例（未示出），相位-光栅结构46被安装到前准直器114,并且分析 器-光栅结构48被安装到后准直器116。所述对象可以以使得所述对象被布置为更接近相 位-光栅结构46的方式，被布置在相位-光栅结构46与分析器-光栅结构48之间。
[0080] 所述准直器以如下方式提供减小被应用于对象的X射线剂量的可能：使得所有所 应用的剂量均被用于获得图像数据。由于所述线探测器可以被提供为彼此有一距离，因此 所述准直器可以优选地适于所述线结构。因此，在给定时间仅有患者的小的切片被辐射。由 于所述移动，所述切片可以被提供为这样的序列中，使得感兴趣区域中的每个点仅关于考 虑所述偏移的每个光栅结构被辐射一次，即例如仅八次，每次具有所述分析器光栅到所述 相位光栅的进一步偏移，即针对一个方向四次，并且针对所述第二方向四次。当然，总计八 次在一个或多个另外的方向的情况中将会更高。
[0081] 根据本发明，系统10适于采集至少八个子图像用于相位恢复，即至少四个子图像 与一个相干方向相关，并且至少四个子图像针对第二相干方向。例如，如在图12A中所示， 所述探测器装置包括21线探测器单元118,其中，七个毗邻的线探测器单元120与第一相位 和分析器-光栅每个关联。另外的七个毗邻的线探测器单元122与第二相位和分析器-光 栅关联。还另外的七个毗邻的线探测器单元124被提供为纯衰减测量探测器单元。例如， 所述衰减测量探测器单元被提供在第一组与第二组七个线之间。然而，必须指出，当提供一 个或多个衰减探测器线时，也可以以不同的顺序提供这些，即所述第一探测器线的组随后 是与所述第二相干方向相关的第二组，并且然后随后是所述衰减线（一个或多个）。进一步 地，代替拥有七个线，另一线数也可以被提供为衰减线。
[0082] 关于所述源-光栅，根据一范例（未示出），所述源-光栅在这里被以这样的方式 设计：使得针对根本不要求相干性的探测器线（例如图12中的所述中间线），不通过所述 源-光栅发生衰减。换言之，所述源-光栅可以包括自由段，在所述自由段处，针对所述X 射线束中被辐射到纯衰减测量探测器单元的部分，不提供对所述各自X射线束部分的相干 效应。
[0083] 如在图12B中所示，探测器装置包括21个线探测器单元118,其中，十个毗邻的线 探测器单元126与第一相位和分析器-光栅关联，并且另外的十个毗邻的线探测器单元128 与第二相位和分析器-光栅关联。一个线探测器单元130被提供为纯衰减测量探测器单元。 例如，所述纯衰减测量探测器单元被通过在第一组与第二组线探测器单元之间。
[0084] 图13示出了用于对对象进行X射线相衬成像的方法200,包括以下步骤。在第一 步骤210中，用具有至少八个探测器线的探测器采集图像子数据，其中，至少四个探测器线 与光栅结构的第一相位方向相关，并且至少另外的四个探测器线与第二相位方向相关。所 述线探测器单元中与一个相位方向相关的每个线被布置为与所述光栅结构栅距固定关联。 在第二步骤212中，以在单个方向的采集移动，关于所述对象移动所述探测器。根据本发 明，重复执行第一步骤210和第二步骤212至少八次，使得由所述探测器线的每个采集一个 点的图像信息。这用从第二步骤212回到第一步骤210的箭头214指示。也由虚线的周围 框架216指示第一步骤210和第二步骤212的所述提供与重复。在第三步骤218中，计算 相位恢复，生成针对所述探测器线的每个的图像数据。在第四步骤220中，提供所述图像数 据用于另外的步骤。
[0085] 假使在不同的线上出现不同的增益，则所述第三步骤可以包括增益校正。
[0086] 第一步骤210也被称为步骤a)，第二步骤212为步骤b)，第三步骤218为步骤c)， 并且第四步骤220为步骤d)。
[0087] 根据（未示出的）另外的范例，所述X射线源、所述光栅装置和所述X射线探测器 装置被安装到移动结构，所述移动结构能够绕与所述X射线管的焦斑对齐的轴枢转。在第 二步骤212中，所述X射线探测器与所述X射线源一起针对所述采集移动而关于所述对象 枢转。
[0088] 步骤c)中的相位恢复提供差分相位数据、散射信息和衰减数据。
[0089] 在本发明的另一示范性实施例中，提供一种计算机程序或计算机程序单元，其特 征在于，适于在合适的系统上，运行根据前述实施例之一的所述方法的方法步骤。
[0090] 所述计算机程序单元因此可以被储存在计算机单元上，所述计算机单元也可以为 本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行上述方法的步骤或引起上述方法的步骤 的执行。而且，其可以适于操作上述装置的所述部件。所述计算单元可以适于自动操作和 /或执行用户的命令。计算机程序可以被载入数据处理器的工作存储器中。所述数据处理 器因此可以被装配为执行本发明的方法。
[0091] 本发明的该示范性实施例覆盖以下两者：从一开始就使用本发明的计算机程序， 以及借助于升级将已有程序转为使用本发明的程序的计算机程序。
[0092] 进一步地，所述计算机程序单元可以能够提供用于履行上述方法的示范性实施例 的程序的全部所需步骤。
[0093] 根据本发明另外的示范性实施例，提供一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中， 所述计算机可读介质具有储存于其上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前段描 述。
[0094] 计算机程序可以被储存和/或发布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为 其他硬件的部分提供的光学储存介质或固态介质，但也可以用其他形式发布，例如经由互 联网或其他有线或无线电信系统。
[0095] 然而，所述计算机程序也可以被提供在诸如万维网的网络上，并且可以从这样的 网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明另外的示范性实施例，提供一种用 于使计算机程序单元可供下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的前 述实施例之一的方法。
[0096] 必须指出，本发明的实施例是参考不同主题进行描述的。尤其地，一些实施参考方 法型权利要求进行描述，而其他实施例参考装置型权利要求进行描述。然而，本领域技术人 员将从以上及以下描述获悉，除非另行指定，除属于一种类型的主题的特征的任意组合以 夕卜，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被视为被本申请公开。然而，可以组合所有特 征，提供大于特征的简单加合的协同效应。
[0097] 尽管已在附图和前文的描述中详细图示并描述了本发明，但要将这种图示和描述 视为示例性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在 实践要求保护的本发明时，根据对附图、公开内容以及所附权利要求书的研究，可以理解并 实现对所公开实施例的其他变型。
[0098] 在权利要求书中，词语"包括"不排除其他元件或步骤，并且限定词"一"或"一个" 不排除复数。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的几个项目的功能。尽 管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地组合这些措 施。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。
【权利要求】
1. 一种用于对对象进行相衬成像的X射线成像系统（10)，包括： -X射线源（12); -X射线探测器装置（16);以及 -光栅装置（18); 其中，所述X射线探测器装置包括在第一方向（42)平行于彼此布置的至少八个线探测 器单元（40);其中，所述线探测器单元在垂直于所述第一方向的方向（44)线性延伸； 其中，所述X射线源、所述X射线探测器装置和所述光栅装置适于执行在扫描方向（22) 关于对象的米集移动（MA)，其中，所述扫描方向平行于所述第一方向； 其中，所述光栅装置包括：被布置在所述X射线源与所述探测器之间的相位-光栅结 构（46);以及被布置在所述相位-光栅结构与所述探测器装置之间的分析器-光栅结构 (48)； 其中，所述相位-光栅结构具有若干线性相位-光栅（52)，所述若干线性相位-光栅中 的每个被布置为与所述至少八个线探测器单元中指定的线固定关联； 其中，所述相位-光栅的第一部分（54)被提供为在所述第一方向具有狭缝（58)的第 一相位-光栅（56);并且所述相位-光栅的第二部分（60)被提供为在不同于所述第一方 向的第二方向（66)具有狭缝（64)的第二相位-光栅（62);并且 其中，所述分析器-光栅结构具有若干线性分析器-光栅（68)，所述若干线性分析 器-光栅中的每个被布置为与所述至少八个线探测器单元中指定的线固定关联； 其中，所述分析器-光栅的第一部分（70)被提供为在所述第一方向具有狭缝（74)的 第一分析器-光栅（72);并且所述分析器-光栅的第二部分（76)被提供为在所述第二方 向具有狭缝（80)的第二分析器-光栅（78);并且 其中，所述线探测器单元中的至少四个毗邻的线与所述第一相位-光栅和所述第一分 析器-光栅关联，并且其中，所述线探测器单元中的至少四个毗邻的线与所述第二相位-光 栅和所述第二分析器-光栅关联。
2. 根据权利要求1所述的X射线成像系统，其中，所述固定关联包括相位-光栅到分析 器-光栅偏移所述分析器-光栅的栅距的分数1/n的变化；其中，η为所述线探测器单元中 与一种类型的相位-光栅关联的线的数量。
3. 根据权利要求1或2的X射线成像系统，其中，至少十二个线探测器单元被提供； 其中，所述相位-光栅的另外的部分被提供为在另外的方向的另外的相位-光栅并且 所述分析器-光栅的另外的部分被提供为在所述另外的方向的另外的分析器-光栅，它们 中的每个被布置为与所述至少十二个线探测器单元中指定的线固定关联；并且其中，所述 另外的方向不同于所述第一方向和所述第二方向。
4. 根据权利要求1、2或3所述的X射线成像系统，其中，针对所述采集移动，所述光栅 相对于彼此并且相对于所述探测器装置保持固定。
5. 根据前述权利要求之一所述的X射线成像系统，其中，针对所述采集移动，所述X射 线源、所述光栅装置和所述X射线探测器装置被安装到移动结构（30)，所述移动结构（30) 能够绕与X射线管的焦斑（34)对齐的轴（32)枢转。
6. 根据前述权利要求之一所述的X射线成像系统，其中，所述系统适于采集至少八个 子图像用于相位恢复。
7. 根据前述权利要求之一所述的X射线成像系统，其中，至少一个另外的线探测器单 元（84)被提供为没有任何关联的相位-光栅结构和分析器-光栅结构的纯衰减测量探测 器单元。
8. 根据前述权利要求之一所述的X射线成像系统，其中，所述光栅装置包括被布置在 所述X射线源与所述相位-光栅结构之间的源-光栅结构（50); 其中，所述源-光栅结构适于为经过所述源-光栅结构的X射线束提供足够的相干性， 使得在经过所述相位-光栅结构之后，干涉能够在所述分析器-光栅结构的位置处被观察 至IJ ;并且 其中，所述源-光栅结构具有若干线性源-光栅（108);其中，第一部分（110)提供与 所述第一方向相关的相干性；并且其中，最终第二部分（112)提供与所述第二方向相关的 相干性。
9. 根据权利要求8所述的X射线成像系统，其中，所述源-光栅包括自由段，在所述自 由段处，针对所述X射线束中被辐射到纯衰减测量探测器单元的部分，不提供对各自X射线 束部分的相干效应。
10. 根据前述权利要求之一所述的X射线成像系统，其中，前准直器（114)被提供在 所述X射线源与所述分析器-光栅之间，使得对象能够被布置在所述X射线源与所述分析 器-光栅之间；并且 其中，后准直器（116)被提供在所述分析器-光栅与所述探测器之间。
11. 一种用于对对象进行X射线相衬成像的方法（200)，包括以下步骤： a) 用具有至少八个探测器线的探测器采集（210)相衬图像子数据； 其中，至少四个探测器线与光栅结构的第一相位方向相关，并且至少另外的四个探测 器线与第二相位方向相关；并且其中，所述线探测器单元中与一个相位方向相关的每个线 被布置为与所述光栅结构栅距固定关联； b) 以在单个方向的采集移动，关于所述对象移动（212)所述探测器； 其中，a)和b)被重复执行至少八次，使得由所述探测器线的每个采集一个点的图像信 息； c) 计算（218)相位恢复，针对所述探测器线的每个生成图像数据；并且 d) 提供（220)所述图像数据用于另外的步骤。
12. 根据权利要求11的方法，其中，所述X射线探测器和X射线源被安装到移动结构， 所述移动结构能够绕与所述X射线管的焦斑对齐的轴枢转；并且其中，在步骤b)中，所述X 射线探测器与所述X射线源一起被关于所述对象枢转。
13. 根据权利要求11或12所述的方法，其中，步骤c)中的相位恢复提供： i) 差分相位数据； ii) 散射信息；以及 iii) 衰减数据。
14. 一种用于控制根据权利要求1至10之一所述的装置的计算机程序单元，所述计算 机程序单元在被处理单元运行时，适于执行根据权利要求11至13所述的方法。
15. -种其上储存有根据权利要求14所述的程序单元计算机可读介质。
【文档编号】A61B6/00GK104066375SQ201380006588
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年1月22日 优先权日:2012年1月24日
【发明者】E·勒斯尔, T·克勒 申请人:皇家飞利浦有限公司