相位对比度成像设备的制作方法
【专利摘要】一种X射线成像系统包括X射线源；X射线探测器，其包括被布置在所述X射线探测器的第一方向上的多个探测器带，每个探测器带还包括被布置在所述X射线探测器的第二方向上的多个探测器像素；相位光栅；多个分析器光栅，其包括光栅狭缝；相位光栅，并且多个分析器光栅包括光栅狭缝，其中，所述X射线源和所述X射线探测器适于在所述第一方向上执行关于对象的扫描运动，以扫描所述对象，其中，分析器光栅被布置在X射线源与X射线探测器之间，其中，所述多个分析器光栅（162）中的每个被布置为与具有被布置在所述第二方向上的所述光栅狭缝的相应探测器带相关联，并且其中，所述探测器带的所述分析器光栅的所述光栅狭缝在所述第二方向上相对彼此被移位。
【专利说明】相位对比度成像设备
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种在乳房摄影、断层合成、放射摄影领域中的改进的X射线成像设备，其中，实现了相位对比度成像能力。
【背景技术】
[0002]在现有技术中 ，已经提出在X射线成像中使用相位对比度，以增加例如乳房摄影应用中的信噪比(SNR)。医学X射线成像常受到由严格剂量约束引起的小对比度差异和高噪声的限制。对低对比度肿瘤构成主要探测目标的乳房摄影来说尤其如此，并且由于探测困难，大量肿瘤被遗漏或误诊。由于在很多情况下在软组织中的相移基本大于吸收，因此在医学应用中使用相位对比度成像是具有前景的，以便增加SNR。
[0003]国际专利申请W02008/006470A1描述了 X射线干涉仪的使用，其中，能够从被扫描对象中采集X射线图像。在本文中，机构包括用于评估基于像素105p的强度的模块，以便通过将每个像素105p表征为例如主导的相位对比度或吸收对比度来识别对象108的特征。在有关检查移动传送带上的行李的一个应用中，包括线状探测器105阵列和多个子光栅的机构被布置在对象108与线状探测器105之间，其中，每个子光栅在其垂直于光栅线的位置上偏移。以这种方式，在扫描期间，被检查的行李沿着垂直于光栅线的方向移动，其中，要求一个扫描运动，以采集相位对比度和吸收对比度数据。
[0004]以上描述的技术存在很多缺点。首先，解决方案要求制造在物理上长的子光栅Gl11和G2n，其在成本和时间方面消耗资源。
[0005]另一缺陷是如果提出的机构在乳房摄影应用中直接实现，则提出的机构有可能引起因扫描方向对相位对比度探测方向导致的相位探测中的误差。当分析固定的对象108(诸如乳腺)时，需要在扫描方向上关于对象108移动机构，以创建对象的X射线图像，而不是在W02008/006470A1中的其他方式。 申请人:在文献X中能够看到具有吸收对比度功能的扫描X射线乳房摄影成像系统的范例。在W02008/006470A1中，扫描方向被设置为垂直于子光栅的光栅线，并且因此垂直于被探测的干涉条纹163。由于扫描方向是变化的方向，众所周知，任何系统(包括扫描系统)通常在扫描方向上引入更多干扰。由于扫描臂103的重力分量将关于分束器122在探测器105/分析器光栅162上引起扭矩，因此，另一干扰源是在移动的扫描臂103上的重力本身。因此，由于重力在分析器光栅162和分束器122之间的小偏移还将在相位探测中引起误差。总之，为了减少这些干扰如在现有技术中的机构需要对扫描精度有非常高的要求，其将使这些产品的制造更昂贵并且耗时。
[0006]现有技术的又一缺陷是使用相位对比度(尤其在乳房摄影应用中寻找)的全部潜在能力没有得到利用。使用相位对比度成像的主要优点之一是减少了在高空间频率的噪声，即，改善的探测小特征的能力。在扫描系统中，因为最常实现持续读出，因此，在扫描方向上，空间分辨率通常较低。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是缓解现有技术缺点中的一些并且提供用于X射线成像改进的装置。根据一个实施例，X射线成像系统包括X射线源，X射线探测器，其包括被布置在X射线探测器的第一方向上的多个探测器带，每个探测器带还包括被布置在X射线探测器的第二方向上的多个探测器像素；相位光栅；多个分析器光栅，其包括光栅狭缝；相位光栅，以及包括光栅狭缝的多个分析器光栅，其中，X射线源和X射线探测器适于在第一方向上执行关于对象的扫描运动，以便扫描对象，其中，分析器光栅被布置在X射线源与X射线探测器之间，其中，多个分析器光栅(162)中的每个被布置为与具有被布置在第二方向上的光栅狭缝的相应探测器带相关联，并且其中，探测器带的分析器光栅的光栅狭缝在第二方向上相对彼此被移位。
[0008]根据另一实施例，X射线成像系统(101)包括X射线源(104)、被布置在X射线探测器(105)的第一方向上的X射线探测器(105) (I包括多个探测器带(105)a)，每个探测器带(105) a还包括被布置在X射线探测器(105)第二方向上的多个探测器(105)像素(105p);相位光栅(161);以及包括光栅狭缝的多个分析器光栅(162);其中，(I)X射线源(104)和X射线探测器(105)适于在第一方向上执行关于对象(108)的扫描运动，以便扫描对象；其中，分析器光栅(162)被布置在X射线源(104)与X射线探测器(105)之间，其中，多个分析器光栅(162)被布置为与具有被布置在第二方向上的光栅狭缝的相应探测器带(105a)相关联，并且其中，探测器带(105a)的分析器光栅(162)的光栅狭缝在第二方向上相对彼此被移位。
[0009]根据另一实施例，当扫描对象(108)时，沿多个探测器带(105a)的所述分析器光栅(162)的光栅狭缝的所述移位对由相位光栅生成并且由所述对象(108)中的相位梯度移位的整个条纹周期(163d)的干涉条纹(163)进行采样。
[0010]根据另一实施例，在第一方向具有分析器光栅的两个连续探测器带的分析器光栅的光栅狭缝以系统方式在第二方向相对彼此被移位，其中，系统方式包括定义的移位距离。
[0011]根据另一实施例，移位距离(d)是条纹周期Pf的一部分，使得令<"< P,，其中，N是探测器带的数量，使得覆盖整个条纹周期163d。
[0012]根据另一实施例，移位距离(d)在I <d< p,之间，优选。
[0013]根据另一实施例，两个连续探测器带的分析器光栅的光栅狭缝以任意方式在第二方向相对彼此被移位，其中，任意方式包括随机移位。
[0014]根据另一实施例，当汇总时，随机移位的分析器光栅(162)的光栅狭缝均匀分布在整个条纹周期上。
[0015]根据另一实施例，在第一方向上具有分析器光栅的两个连续探测器带是两个相邻的探测器带。
[0016]根据另一实施例，在第一方向上具有分析器光栅(162)的两个连续探测器带(105a)在第一方向上在探测器带(105a)中随机地或任意地被移位。
[0017]根据另一实施例，系统适于被校准，使得由此建立分析器光栅的精确位置。
[0018]根据另一实施例，分析器光栅被布置在所有探测器带上。
[0019]根据另一实施例，系统还包括前准直器和后准直器，其中，前准直器被布置在分析器光栅和相位光栅之间，并且后准直器被布置在分析器光栅与X射线探测器之间。
[0020]根据另一实施例，所述系统还包括被布置在X射线源与相位光栅之间的源光栅。
[0021]根据另一实施例，探测器(105)适于对撞击在探测器带(105a)上的光子进行计数并且生成对应于撞击光子的能量的信号，并且其中，控制单元(121)适于接收所述信号并且关于在每个能量处的效率向相位对比度图像效应分配权重，和/或其中，控制单元121适于关于在每个能量处的效率向相位对比度图像效应分配权重。
[0022]根据另一实施例，控制单元(121)适于向相位对比度图像效应分配第一能量间隔内的光子的更高权重，其中，相位对比度是更优化的，和/或其中，控制单元适于向吸收对比度效应分配第二能量间隔内的光子的更高权重，其中，吸收对比度是更优化的。
[0023]根据另一实施例，第一能量间隔和第二能量间隔由光子能量的第一较低阈值和光子能量的第二较高阈值进行定义，其中，每个探测器带的每个探测器像素被连接到比较器和计数器，其包括至少两个阈值，以将信号与所述阈值进行比较，并且对第一能量间隔和第二能量间隔内的所述光子进行计数。
[0024]根据另一实施例，探测器适于对撞击在探测器带上的每个光子进行计数并且生成对应于每个撞击光子的能量的信号，并且其中，能量间隔内的光子包括较低能量阈值、较高能量阈值，其中，间隔包括用于被读出的相位对比度的最优能量，以增强相位对比度图像效应。
[0025]根据另一实施例，能量分布取决于X射线源的设置电压或取决于乳腺的厚度，其中，控制单元适于(例如从基于对象的厚度来优化电压的自动曝光控制中)接收包括有关设置电压的信息的信号和/或接收包括有关乳腺厚度的信息的信号，并且基于这个信息调整较低能量阈值和较高能量阈值。
[0026]根据另一实施例，第一能量间隔包含比第二能量间隔更高的光子能量。
[0027]根据另一实施例，至少一个分析器光栅被布置在整个探测器上的第一交叉方向上。
[0028]根据另一实施例，所述系统还包括至少一个可移动的压缩板，其中，压缩板适于将对象(诸如乳腺)移动到进一步远离分析器光栅的位置，以增加相位对比度图像效应。
[0029]根据另一实施例，至少一个压缩板适于在分析器光栅与前准直器或相位光栅之间的范围内移动对象。
[0030]根据另一实施例，所述系统还包括控制单元，其适于移动压缩板至使相位对比度与吸收对比度的比率得到优化的位置。
[0031]根据另一实施例，至少一个压缩板适于被布置在对象下方。
[0032]根据另一实施例，提供扫描臂，其中，X射线源被布置在扫描臂的第一位置上，并且X射线探测器被布置在扫描臂的第二位置上。
[0033]根据另一实施例，相位光栅被布置在扫描臂上，以便在第一方向上在扫描运动期间关于对象跟随扫描臂。
[0034]根据另一实施例，相位光栅被布置为固定的，其中，在扫描运动期间，扫描臂在第一方向上关于对象和相位光栅移动。
[0035]根据另一实施例，分析器光栅被布置在多个探测器带的每个上。
[0036]根据另一实施例，分析器光栅通过如同卡扣连接被连接到多个探测器带中的每个。
[0037]根据另一实施例，分析器光栅(162)被布置为朝向X射线源(104)，其中，分析器光栅(162)的倾斜方向基本等于多个探测器带(105a)相对于X射线源(104)的(一个或多个)倾斜角。
[0038]根据另一实施例，每个分析器光栅162包括若干较小的单元，其适于在制造分析器光栅162期间彼此连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]现在，以范例的方式，参照附图来描述本发明，在附图中:
[0040]图1示出了 X射线成像系统的概图
[0041]图2a示出了对应于相位对比度平面在x-z平面上建立的X射线成像系统的示意图
[0042]图2b示出了对应于吸收对比度平面在y-z平面上如图2a中所见的建立的X射线成像系统的示意图
[0043]图3a示出了一部分探测器和相邻探测器带的分析器光栅的系统移位。
[0044]图3b示出了一部分探测器和不相邻探测器带的分析器光栅的系统移位。
[0045]图3c示出了一部分探测器和相邻探测器带的分析器光栅162的随机移位。
[0046]图3d示出了一部分探测器和以交叉方式被布置在垂直方向上的分析器光栅的系统移位。
[0047]图4a示出了探测器和用于能量加权的机构。
[0048]图4b示出了 X射线源的光子的能量分布。
[0049]图5示出了位于两个备选位置上的压缩板。
【具体实施方式】
[0050]在下文中将给出本发明的详细描述。
[0051]图1基于在一个方向上扫描像场的光子计数探测器105，图示了根据一个实施例的X射线成像系统101。根据这个实施例的系统基于由 申请人:开发的用于X射线成像的现有扫描系统，从而，所述系统具有与例如从文献US7496，176中已知的相同的外部特征。由此，所述系统包括被布置在外壳中的X射线源104、患者支撑物和前准直器106a的外壳以及压缩板107a、107b。准直器被布置在准直器支撑物上，并且患者支撑物包括探测器105，所述探测器105包括多个探测器带105a。X射线源104和探测器105基本上被布置在扫描臂103的相应端部，因此被布置为随位于中心的X射线源104径向地被移位。通过横穿像场扫描探测器105并且应用吸收对比度原理来采集图像。每当探测器105扫描了预定义的距离，收集的光子计数的数量被读出并且重置计数器。然而任何其他类型的X射线系统可以实现本文中描述的相位对比度成像能力，优选具有扫描运动的系统，通过利用X射线射束来辐照对象以覆盖并且生成对象的图像。
[0052]公开了本发明的一个实施例的图2a示出了能够实现相位对比度成像的X射线成像系统101横截面的示意图，如图中所见，在如坐标系定义的X-Z平面上建立所述横截面的示意图。根据这个实施例的系统包括塔尔博特干涉仪机构，以及由此基于所谓的塔尔博特干涉测量法，也被称为光栅干涉测量法、基于光栅的相位对比度成像，或通过在光束122路径中放置多个光栅而生成的微分相位对比度成像，其中，通过强度差推测相移。如图1中所见，X射线源104位于中心，沿径向路径的扫描方向被定义在y-z平面上，在图2b中由箭头指示。在图2a中，X射线源104被布置在系统的最上位置，其辐射被布置在图中最低位置的探测器105。X射线源104放射X射线辐射射束122。在一个实施例中，源光栅160被布置为在朝向探测器105的X射线辐射场的方向上从X射线源104稍微被移位。源光栅160线在y方向上延伸。源光栅160的目的是生成小型X射线源104的阵列，其与单个小型X射线源104相比基本上提高了光子经济性，没有降低相干性。在X射线辐射场的方向上进一步下移，布置相位光栅161 (有时指示分束122器)被布置为具有以下目的:引入被称为塔尔博特自身图像的效应，其是在与光栅相距周期距离处出现并且与光栅带(也被称为光栅线)平行的干涉条纹163。前准直器106a可以被布置为基本相邻于相位光栅161，如在该实施例中所见，以通过仅照射利用探测器能够看到的对象的部分来进一步加强剂量效率。为了便于理解相位对比度效应的操作，根据该实施例，范例性三角形对象108被布置在相位光栅161与探测器105之间，然而所述对象108也可以被布置在X射线源104和相位光栅161之间，并且实现类似的效应。在乳房摄影应用中，对象108对应于例如乳腺。分析器光栅162被布置在如在朝向相位光栅161的方向上所见的略高于探测器105。分析器光栅线162a在对应于扫描方向y的第一方向上延伸，而分析器光栅162的多个光栅狭缝(即开口 162b)在垂直于扫描方向的第二方向X上延伸，而分析器光栅162在第一方向上比在第二方向上延伸更长的距离。如在图2a中能够看到的，分析器光栅162的间距162d被称为光栅的两个相邻闭合162c中心之间的距离，或换言之，其被称为在光栅中一个开口和一个闭合162c的宽度的总长度。第二后准直器106b可以被布置在分析器光栅162与探测器105之间，以进一步减少光子散射，并且从而改善剂量效率。由此，如图中所见的，相位光栅161被由源光栅160覆盖的X射线源104照射并且引起干涉条纹163。在对象中，条纹163通过相位梯度(即，相移的衍生物)被移位，并且条纹周期163d保持不变。被布置为与探测器105相关联的分析器光栅162的细间距162d能够用于导出条纹移位并且由此导出相移。
[0053]对于由点源引起的球面射束122，所谓的塔尔博特距离是:
[0054]
【权利要求】
1.一种X射线成像系统(ιο?)包括: X射线源(104)； X射线探测器(105)，其包括被布置在所述X射线探测器(105)的第一方向上的多个探测器带(105a),每个探测器带(105a)还包括被布置在所述X射线探测器(105)的第二方向上的多个探测器(105)像素(105p)； 相位光栅(161);以及 多个分析器光栅(162)，其包括光栅狭缝； 其特征在于 所述(I) X射线源(104)和所述X射线探测器(105)适于在所述第一方向上执行关于对象(108)的扫描运动，以扫描所述对象； 其中，所述分析器光栅(162)被布置在所述X射线源(104)与所述X射线探测器(105)之间，其中，所述多个分析器光栅(162)中的每个被布置为与具有被布置在所述第二方向上的所述光栅狭缝的相应探测器带(105a)相关联； 并且其中，所述探测器带(105a)的所述分析器光栅(162)的所述光栅狭缝在所述第二方向上相对彼此被移位。
2.根据权利要求1所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，当扫描所述对象(108)时，沿多个探测器带(105a)的所述分析器光栅(162)的光栅狭缝的所述移位对由相位光栅生成并且由所述对象(108)中的相位梯度移位的整个条纹周期(163d)的干涉条纹(163)进行采样。
3.根据权利要求1或2所述的X射线成`像系统(101)，其特征在于，在第一方向上具有分析器光栅(162)的两个连续探测器带(105a)的分析器光栅(162)的所述光栅狭缝以系统方式在所述第二方向上相对彼此被移位，其中，所述系统方式包括被定义的移位距离(d)。
4.根据权利要求3所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述移位距离(d)是条纹周期Pf的一部分，使得，其中，N是探测器带的数量，使得覆盖所述整个条纹周期(163d)。
5.根据权利要求3或4所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述移位距离(d)在今.< a < /V之间，优选为。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，两个连续探测器带(105a)的分析器光栅(162)的所述光栅狭缝以任意方式在所述第二方向上相对彼此被移位，其中，所述任意方式包括随机移位。
7.根据权利要求6所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，当汇总时，随机移位的分析器光栅(162)的所述光栅狭缝被均匀地分布在整个条纹周期上。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，在第一方向上具有分析器光栅(162)的两个连续探测器带(105a)是两个相邻探测器带(105a)。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，在第一方向上具有分析器光栅(162)的两个连续探测器带(105a)在第一方向上在所述探测器带(105a)之间随机地或任意地被移位。
10.根据权利要求6或9所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述系统适于被校准，使得建立所述分析器光栅的精确位置。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，分析器光栅(162)被布置在全部探测器带(105a)上。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述系统还包括前准直器(106a)和后准直器(106b)，其中，所述前准直器(106a)被布置在所述分析器光栅(162)与所述相位光栅(161)之间，并且所述后准直器(106b)被布置在所述分析器光栅(162)与所述X射线探测器(105)之间。
13.根据权利要求1-12中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述系统还包括源光栅(160 )，其被布置在所述X射线源(104 )与所述相位光栅(161)之间。
14.根据权利要求1-13中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述探测器(105)适于对撞击在所述探测器带(105a)上的光子进行计数，并且生成对应于撞击光子的能量的信号，并且其中，控制单元(121)适于接收所述信号，并且关于每个能量处的效率向所述相位对比度图像效应分配权重，和/或其中，所述控制单元(121)适于关于每个能量处的效率向所述相位对比度图像效应分配权重。
15.根据权利要求14所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述控制单元(121)适于向所述相位对比度图像效应分配在第一能量间隔内的光子的较高权重，其中，相位对比度更加优化，和/或其中，所述控制单元适于向所述吸收对比效应分配在第二能量间隔内的光子的更高权重，其中，吸收对比度更加优化。
16.根据权利要求15所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述第一能量间隔和所述第二能量间隔中的每个由所述光子能量的第一较低阈值和所述光子能量的第二较高阈值来定义，其中，每个探测 器带(105a)中的每个探测器像素(105p)被连接到比较器和计数器，所述比较器和计数器包括至少两个阈值，其用于比较所述信号和所述阈值，并且对所述第一能量间隔和第二能量间隔内的所述光子进行计数。
17.根据权利要求1-13中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述探测器(105)适于对撞击在所述探测器带(105a)上的每个光子进行计数，并且生成对应于每个撞击光子的所述能量的信号，并且其中，能量间隔内的光子包括较低能量阈值(E1)、较高能量阈值(E2)，其中，所述间隔包括被读出的用于相位对比度的最优能量(Etl)，以增强所述相位对比度图像效应。
18.根据权利要求17所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，能量分布取决于所述X射线源(104)的设置电压或取决于所述对象(108)的厚度，其中，所述控制单元(121)适于，例如从基于所述对象(108)所述厚度来优化所述电压的自动曝光控制(AEC)，接收包括有关所述设置电压的信息的信号和/或接收包括有关乳腺厚度的信息的信号，并且基于该信息调整所述较低能量阈值(E1)和所述较高能量阈值(E2)。
19.根据权利要求15所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，第一能量间隔包含比所述第二能量间隔更高的光子能量。
20.根据权利要求1-19中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，至少一个分析器光栅(162 )被布置在所述整个探测器(105 )上的第一交叉方向上。
21.根据权利要求1-20中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述系统还包括至少一个能够移动的压缩板(107a、107b)，其中，所述压缩板适于将对象(108)，诸如乳腺，移动到远离所述分析器光栅(162)的位置，以增加所述相位对比度图像效应。
22.根据权利要求21所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述压缩板(107a、107b)适于在所述分析器光栅(162)与所述前准直器(106a)或所述相位光栅(161)之间的范围内移动所述对象(108)。
23.根据权利要求21或22所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述系统还包括控制单元(121)，其适于将所述压缩板(107a、107b)移动至使所述相位对比度和吸收对比度的比率的位置上。
24.根据权利要求20-22中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述压缩板(107a、107b)适于被布置在所述对象(108)下方。
25.根据权利要求1-23中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其由扫描臂(103)来表征，其中，所述X射线源(104)被布置在所述扫描臂的第一位置上，并且所述X射线探测器(105)被布置在所述扫描臂的第二位置上。
26.根据权利要求25所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述相位光栅(161)被布置在所述扫描臂(103)上，以便在所述第一方向上关于所述对象(108)的所述扫描运动期间跟随所述扫描臂(103)。
27.根据权利要求25所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，在所述扫描运动期间，当所述扫描臂(103)在所述第一方向上关于所述对象(108)和所述相位光栅(161)移动时，所述相位光栅(161)被布置为固定的。
28.根据权利要求1-27中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述分析器光栅(162)被布置在多个探测器带(105a)中的每个上。
29.根据权利要求1-28中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述分析器光栅(162)通过类似卡扣连接被连接到所述多个探测器带(105a)中的每个。
30.根据权利要求1-29中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，所述分析器光栅(162)被布置为朝向所述X射线源(104)，其中，所述分析器光栅(162)的倾斜方向基本上等于所述多个探测器带(105a)相对于所述X射线源(104)的倾斜角。
31.根据此前权利要求中的任一项所述的X射线成像系统(101)，其特征在于，每个分析器光栅(162)包括若干个较小的单元，其适于在制造所述分析器光栅(162)期间彼此连接。
【文档编号】G01N23/20GK103648388SQ201280033300
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月27日 优先权日:2011年7月4日
【发明者】E·弗雷登贝里, M·奥斯伦德 申请人:皇家飞利浦有限公司