具有可移动光栅的微分相位衬度成像装置的制造方法
【专利说明】具有可移动光栅的微分相位衬度成像装置发明领域
[0001]本发明涉及微分相位衬度成像(dPCI)领域。具体地讲，本发明涉及一种用于X射线微分相位衬度成像和X射线衰减成像的装置和方法。
【背景技术】
[0002]X射线微分相位衬度成像(dPCI)使穿过被扫描物体的相干X射线的相位信息视觉化。例如，相干X射线可以由非相干X射线源与被扫描对象之间的源光栅产生。除了传统的X射线衰减成像外，dPCI不仅可以确定物体沿着投射线的吸光性能，还可以确定所传输X射线的相移。在对象之后，放置相移光栅(也称为相位光栅)，所述相移光栅产生包含所需信息的干涉图案，所述信息关于光束在其最小和最大相对位置中的相移，通常约为几微米。由于普通的X射线检测器可能无法分辨此等精细结构，因此干涉图案由分析器光栅(也称为吸光器光栅)取样，所述分析器光栅以周期性图案为主要特征，传输具有与干涉图案的周期性类似的周期性的吸光条带。所述类似周期性在光栅后面产生具有大得多的周期性的摩尔图案，而该摩尔图案可由普通的X射线检测器检测到。
[0003]为了执行dPCI，基本上存在两种不同的系统几何形状:平面2D检测和狭缝扫描系统。
[0004]在平面2D检测中，2D检测器阵列拍摄在单次X射线曝光下的整个投影图像，且必须通过具有(例如)4次、8次或16次曝光的称为“相位步进”的过程来实现相位采集，其中源光栅、相位光栅和吸光器光栅中的一个相对于其他两个光栅移动。
[0005]在狭缝扫描方法中，通过女性乳房下方的扫描臂或机架移动来扫描乳房。借助大量平行检测器条纹的典型布置实现数据采集的冗余可经开发以消除对相位步进的需要，且光栅无需相对于彼此移动。因此，可在通常的扫描运动中实施相位采集，例如在W02013/004574A1 中所描述。
[0006]然而，在两种情况下，以三个光栅的使用为特征的微分相位衬度技术具有以下缺点:已经穿过乳房组织的X射线的大约50%实际上由吸光器光栅吸收，且因此不能用于成像或不用于成像。
[0007]有时，可能期望不仅执行dPCI成像，而是相反地或另外地执行不借助光栅的衰减成像。例如，W2012/0099702 Al示出了具有可移动光栅的微分相位衬度成像装置。
[0008]检测器和dPCI系统的校准可能是困难的(如果光栅不能被移除)，且校准(例如，针对漂移或其他检测器性能改变)可能不止在出厂/初始安装时需要，而是定期地需要，且至少在每次维护之后需要。
[0009]WO 2013/111050 Al公开了一种设置有光栅结构的X射线系统，此类光栅结构包括狭缝组，所述狭缝组具有相互不同的方向。
[0010]US 2013/0202081 Al公开了一种用于相位衬度成像的包括可移动光栅的检测器布置。
[0011]US 2013/0230135 Al公开了一种包括光栅的关节成像设备。
[0012]WO 2011/070488 Al公开了一种用于相位衬度成像的装置，所述装置包括可移动离开X射线束的光栅。
【发明内容】
[0013]在2D检测系统中，吸光器光栅覆盖了整个检测区域，且必须从整个视场移除(多达约30cm X 40cm)，即移动相当长的一段距离。这可能导致在移动之后吸光器光栅与相位光栅的不良对准，且可能使图像品质降级。另外，2D乳房X射线摄影系统中的优选移动方向将是前后方向，使吸光器光栅远离乳房地漂移离开X射线成像路径。
[0014]可能需要提供一种能够在纯衰减成像和dPCI成像之间轻松切换(同时提供衰减、微分相位和散射成像)的X射线成像装置。可能还需要提供一种在这两种操作模式之间快速、简单、准确地且可靠地切换的装置。
[0015]这些需要可以通过独立权利要求的主题来满足。另外的示例性实施例从从属权利要求和以下说明中显而易见。
[0016]本发明的一方面涉及一种X射线微分相位衬度成像装置，例如一种乳房X射线摄影装置。
[0017]根据本发明的实施例，所述成像装置包括:用于产生X射线束的X射线源；用于从非相干X射线源(20)产生相干X射线束的源光栅(GO);准直器，包括用于将相干X射线束分离成多个扇形X射线束以穿过对象的狭缝；布置在所述对象之后的相位光栅和吸光器光栅；以及条纹检测器，包括用于检测由相位光栅和吸光器光栅从穿过对象的扇形X射线束产生的摩尔图案的检测器条纹。所述X射线源、源光栅、准直器、相位光栅、吸光器光栅和检测器固定到公用的机架，且可相对于所述对象移动，使得可检测到来自所述机架的不同位置的大量干涉图案，以重构对象的微分相位图像。所述源光栅、相位光栅和吸光器光栅中的至少一个光栅包括光栅条纹组以及位于所述光栅条纹组之间的透光区。在本文中，所述光栅条纹组和透光区沿垂直于检测器条纹方向的方向相对于彼此交替。源光栅、相位光栅和吸光器光栅中的至少一个光栅可相对于机架移动，使得:在源光栅的第一(dPCI)位置，X射线束穿过光栅条纹且随后穿过准直器的狭缝，且在源光栅的第二(衰减成像)位置，X射线束穿过透光区且随后穿过准直器的狭缝，或者，在所述相位光栅或所述吸光器光栅中的至少一个的第一位置，所述扇形X射线束穿过光栅条纹，且在所述相位光栅或吸光器光栅中的至少一个的第二位置，所述扇形X射线束穿过所述透光区。
[0018]因此，由于所述光栅条纹组和透光区沿垂直于检测器条纹的方向相对于彼此交替，因此在第一位置，所述光栅条纹组投影到邻近的检测器条纹之间的空间上(即，沿垂直于检测器条纹方向的方向邻近的检测器条纹之间的空间)，而在第二位置，透光区投影到此等空间上。因此，根据本发明的X射线微分相位衬度成像装置有效地利用相邻检测器条纹之间的空间，从而实现从dPCI成像切换到衰减成像(以及从衰减成像切换到dPCI成像)，同时避免将所述光栅中的一个或多个完全移出X射线视场的需要(以及将所述光栅中的所述一个或多个光栅分别移动到X射线视场中的需要)。
[0019]在狭缝扫描装置中，仅暴露在X射线下的相位光栅和/或吸光器光栅的区域需要具有光栅条纹。其他区域可以变得可透射X射线。
[0020]在所有光栅均位于使得狭缝与光栅的光栅条纹对准的位置的配置中，成像装置适于产生dPCI数据，所述dPCI数据通常含有关于X射线在对象中的衰减、微分相位和散射的信息。
[0021]在期望制作(纯)衰减图像时，所述相位光栅和/或吸光器光栅可以移动到一个位置中，使得其在不具有光栅条纹的可透射X射线的区域处暴露在X射线下。以此方式，可以减少在(纯)衰减成像期间光栅的衰减以及传递给对象(其可以是患者)的X射线剂量。
[0022]所述相位光栅和吸光器光栅可以被视为成像装置的干涉仪，所述成像装置可以被视为具有可回缩干涉仪的狭缝扫描装置，所述可回缩干涉仪允许实现相位衬度成像与传统成像(乳房X射线摄影)之间的切换。这是通过从所述结构中移除(和引入)具有光栅条纹的区域而实现的。例如，所述吸光器光栅可以具有硅晶片作为基板，所述基板包括(50% )吸光部分(晶片中的沟槽填充有金，用于形成光栅条纹)和透光区(普通的硅(plain silicon))。开-关机构可以通过吸光器光栅在相对小的距离上的横向漂移实现。
[0023]与此相反，在诸如全面数位化乳房X射线摄影(FFDM)的平面2D检测中，必须在较大的距离上从X射线视场中完全移除相位光栅和/或吸光器光栅或将其重新插入到所述X射线视场中。
[0024]本发明的另一方面涉及一种用于借助同一装置采集微分相位图像数据和衰减图像数据的方法，所述装置可以是如上文和下文所述的图像装置。
[0025]根据本发明的实施例，所述方法包括:将从装置的相位光栅和吸光器光栅中选出的光栅移动到第一位置，使得由准直器产生的扇形X射线束可以穿过光栅上的光栅条纹组；通过相对于对象移动具有相位光栅和吸光器光栅和条纹检测器的机架且通过在机架的多个位置处检测穿过所述对象、所述相位光栅和吸光器光栅的X射线来采集微分相位图像数据；将所述光栅移动到第二位置，使得扇形X射线束可以穿过光栅上的透光区；以及通过相对于所述对象移动机架且通过在机架的多个位置处检测穿过对象的X射线来采集(纯)衰减图像数据。
[0026]例如，通过简单地将吸光器光栅和/或相位光栅移动相对小的距离，可以将微分相位成像切换到(纯)衰减成像。
[0027]在乳房X射线摄影中，取决于临床应用，乳房X射线摄影工作量的某些部分将受益于微分相位成像。然而，所述工作量的一部分仍可以在传统模式(仅衰减成像)下实施。临床医生可能期望基于患者(或甚至基于视图)来在不同模式之