微分相位對比成像系統的校準的製作方法

2023-04-27 16:44:56

專利名稱：微分相位對比成像系統的校準的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於對對象進行微分相位對比成像的X射線成像系統，以及基於微分相位對比成像來獲取關於對象的信息的方法。
背景技術：
X射線微分相位對比成像(DPCI)使穿過掃描對象的相干X射線的相位信息可視化。除了傳統的X射線透射成像，DPCI不僅確定掃描對象沿著投影線的吸收特性，還確定所透射的X射線的相位偏移，並從而提供可用於例如對比增強、材料組成或劑量減少的有價值的附加信息。如EP1731099A1所述，無論是獨立使用相干X射線源，還是通過小開口確保相干性的以標準X射線源與附加源光柵一起使用，相位偏移光柵放置在對象之後用作分束器。所得到的幹涉圖案包括關於在其最小值和最大值的相對位置的光束相位偏移的所需信息，典型地為若干微米量級。由於普通X射線檢測器的典型解析度為大約150 u m量級，因 此不能分辨出這樣的精細結構，所以利用相位分析器光柵對幹涉進行採樣，相位分析器光 柵也已知為吸收器光柵。相位分析器光柵的特徵在於透射和吸收具有與幹涉圖案類似的周期性的帶的周期性圖案。該類似的周期性導致光柵後面的具有更大周期性的Moire圖像，具有更大周期性的Moire圖像可通過普通X射線檢測器而檢測到。為了獲得相位偏移，光柵之一橫向偏移光柵間距的分數(fraction)，為此還使用周期相位步進。從對於分析器光柵的每個位置而測量的特定Moire圖像中可以抽取出相位偏移。已經表明具有不同光柵的設備需要良好的校準以獲取可靠的數據。這對於包括若干片光柵和檢測器的更大型系統更是嚴峻的考驗，該若干片光柵和檢測器布置為類似馬賽克以具有大的有效檢測面積。對於具有線性光柵的設備，光柵的平行對準是重要的，因為即使平行對準的小偏差也會生成檢測的Moire圖像中的額外條紋(fringe)，這些額外條紋惡化了精確的圖像分析並使系統對於機械不穩定性更加敏感。

發明內容
因此，需要改進微分相位對比成像系統的校準，以及微分相位對比成像系統中提供的光柵的對準。根據示例性實施例，提供一種獲取關於對象的信息的方法，包括以下步驟a)從X射線發射裝置朝向X射線檢測裝置發射至少部分相干的X射線輻射，其中X射線檢測裝置包括相位偏移衍射光柵、相位分析器光柵和X射線圖像檢測器，其中X射線發射裝置、相位偏移光柵、相位分析器光柵和圖像檢測器沿著光軸設置，而且其中所發射的至少部分相干的X射線輻射、相位偏移光柵和相位分析器光柵具有共同的柵格取向；b)在無對象的情況下，執行第一組多個校準投射，其中在第一組多個校準投射期間，所發射的X射線輻射或相位偏移光柵和相位分析器光柵的組中一個以校準移位值逐步移位；c)在對象放置在X射線發射裝置和相位分析器光柵之間的情況下，執行第二組多個測量投射，其中，在第二組多個測量投射期間，所發射的X射線輻射或相位偏移光柵和相位分析器光柵的組中的一個以測量增量逐步移位；以及d)通過將測量投射與校準投射配準，將校準投射中的至少一個關聯到測量投射中的每一個。根據示例性實施例，為了將校準投射與測量投射配準，對於直接照射的部分分析測量投射。取決於光柵的實際位置，例如由於平移、旋轉、傾斜等，典型的條紋圖案在這些區域是可見的。在配準過程的第二步驟中，從多個校準投射中識別出在同一區域中示出最相似的條紋圖案的投射。根據示例性實施例，在第二組多個測量投射期間，對象設置在X射線發射裝置與相位偏移衍射光柵之間，以使得對象的感興趣區域可暴露於從X射線發射裝置朝向檢測器發射的X射線輻射。根據另一示例性實施例，在第二組多個測量投射期間，對象設置在X射線發射裝置與相位分析器光柵之間，或者換句話說，在相位偏移光柵與分析器光柵之間，例如在相位偏移光柵後面的X射線束的方向上，以使得對象的感興趣區域可暴露於從X射線發射裝置朝向檢測器發射的X射線輻射。根據示例性實施例，步驟d)之後執行以下步驟e)通過從測量投射中的每一個減去相應的關聯校準掃描，生成調整的測量投射；f)根據調整的測量投射，確定微分相位數據；g)生成代表所確定的微分相位數據的對象信息。根據示例性實施例，在步驟g)之後提供對象信息，例如用於其他步驟。根據示例性實施例，例如通過顯示對象信息，將對象信息提供給用戶。根據示例性實施例，移位包括光柵的平移、旋轉和傾斜。術語「逐步移位(stepwise displacement)」包括一維運動以及二維或更多維運動，例如空間中的三維運動軌跡。因此，可以建立多維參數空間，或多維運動空間。從而，校準投射可適用於不同的可能的錯位(misalignment)。根據示例性實施例，移位值是對於每個步驟具有相同值的預定因數。可替換地，移位值不斷改變，例如通過常數數學函數或通過預定固定值。術語「逐步移位」還可包括連續運動，其相對於每個投射，在X射線源和檢測器之間沒有可測量的相對運動發生。例如，這是對於每個投射在相對較慢的運動和短暴露時間期間的情況。例如，以精細的步長在垂直於光軸的線性方向上提供逐步移位或掃描，而且同時實現繞著光軸的旋轉，其表示在X射線發射裝置和相位偏移光柵或相位分析器光柵之間的旋轉。注意，「相位分析器光柵」也稱為「分析器光柵」。另外，X射線圖像檢測器還稱為X射線成像檢測器。根據示例性實施例，相位偏移光柵和相位分析器光柵設置在彼此平行的平面中。根據示例性實施例，校準移位值不同於測量增量。根據示例性實施例，第一組多個校準投射的數量是第二組多個測量投射數量的至少兩倍。這提供了校準投射可獨立於對象在更早時間被獲得的優點。例如，在對象是患者的情況下，可在之前獲得校準投射，這減少了患者不得不在檢查設備中停留的必要時間。本、發明進一步提供的優點在於，即使患者的掃描導致錯位，也能夠確保精確的檢測以及要吃的精確數據生成。例如，在檢查程序是乳癌檢查的情況下，兩個保持裝置之間的乳房布置經常導致傾斜或扭曲力，從而導致系統內的錯位。但是因為已經提前獲得較大數量的校準投射，可以將具體的測量掃描與匹配的校準掃描配準，從而對於每個測量投射提供校準可能性。因此，可生成精確數據，因為本發明提供掃描多個校準投射，從而對於正常情況下能夠預料的所有錯位，提供了相應的校準掃描。根據本發明的示例性實施例，提供了一種用於對對象進行微分相位對比成像的X射線成像系統，其包括X射線發射裝置和X射線檢測裝置。X射線發射裝置提供至少部分相干的X射線輻射。X射線檢測裝置包括相位偏移衍射光柵、相位分析器光柵和X射線圖像檢測器。X射線發射裝置、相位偏移光柵、相位分析器光柵和圖像檢測器依此順序沿著光軸設置。待檢查的對象可容納在X射線發射裝置和相位分析器光柵之間，以使得對象的感興趣區域可暴露於從X射線發射裝置朝向檢測器發射的X射線輻射。光柵之一和X射線發射裝置的組中的至少一個提供有相對於光軸彼此相對設置的至少兩個致動器。優點之一在於致動器允許系統的組件相對於彼此運動。

根據示例性實施例，X射線發射裝置提供有至少20%相干輻射的X射線輻射。根據另一示例性實施例，X射線發射裝置提供有至少50%相干輻射的X射線輻射。根據示例性實施例，X射線發射裝置提供相干X射線輻射。例如，X射線輻射是空間相干的。根據示例性實施例，相位偏移光柵和相位分析器光柵設置在彼此平行的平面上。根據示例性實施例，光柵是矩形的，而且致動器設置為彼此正相對。從而，提供了至少一個光柵的運動，其可由彼此正相對的致動器的定位而受控。根據本發明的示例性實施例，致動器設置在光柵的邊緣附近，例如以便提供良好的槓桿作用或良好的轉化比。將致動器彼此分開一段距離設置實現了運動的微調，而致動器彼此接近設置將意味著，僅由致動器的小的致動運動，可造成光柵的大的平移或運動。根據本發明的示例性實施例，至少兩個致動器提供在垂直於光軸的平面上的運動。這實現了光柵和X射線發射裝置相應的對準，確保了光柵的平行設置的對準。根據本發明的示例性實施例，至少兩個致動器提供光柵之一和X射線發射裝置的組中的至少一個的步進運動，用於相位步進圖像獲取，而且還提供用於校準該系統的校準運動，以便檢測和補償X射線發射裝置、相位偏移光柵和相位分析器光柵的錯位。這提供的優點在於，同一運動機構不僅可用於相位步進，而且可用於校準和對準。由此，該系統可實施為具有較少的組件，這實現了方便的製造過程以及經濟效益。並且，還可以實現具有較小空間的系統。根據本發明的示例性實施例，至少兩個致動器均提供在垂直於柵格取向而且垂直於光軸方向的方向上的線性運動。根據示例性實施例，至少兩個致動器均提供在X軸上的運動，從而通過以相同速度在相同方向上致動器的運動提供光柵的線性運動，並通過在不同方向上運動提供旋轉。因此，雖然致動器提供有相同類型的運動，即線性運動，但是也可例如通過致動器的不同控制實現光柵的不同類型的運動。根據示例性實施例，旋轉運動取決於固定點的位置和類型。根據示例性實施例，對於相位掃描，提供線性運動，而對於校準目的，提供旋轉運動。根據示例性實施例，至少兩個致動器提供光柵垂直於光軸的橫向移位，以及光柵繞著光軸的旋轉運動。根據本發明的示例性實施例，至少兩個致動器提供在相位分析器光柵處，以提供等於光柵間距的分數的光柵橫向偏移。 根據不例性實施例,橫向偏移包括垂直於柵格取向的運動和垂直於光軸的運動。根據示例性實施例，光軸稱為z軸，垂直於z軸的柵格取向稱為I軸，而垂直於柵格取向和光軸的軸稱為X軸。根據示例性實施例，至少兩個致動器形成雙致動器。因此，雙致動器提供不同方向的運動，其中可通過兩個單獨的致動器的各自運動組合該運動。根據示例性實施例，提供微焦點管或同步型管作為X射線輻射源。例如，提供碳納米管以生成至少部分相干的X射線輻射。根據不同的示例性實施例，X射線發射裝置包括發射非相干X射線輻射的X射線源，而源光柵布置為接近X射線源，以提供至少部分空間束相干性。因此，例如可使用常規X射線管。根據示例性實施例，在源光柵處提供至少兩個致動器，以提供等於光柵間距的分數的源光柵的橫向偏移。因此，例如可以運動源光柵以用於相位步進，也可以運動源光柵以提供正確的對準。根據示例性實施例，源光柵是吸收光柵，其包括相距第一間距的多個透射狹縫，其中源光柵的狹縫產生獨立相干的、但是相互非相干的源陣列。根據示例性實施例，相位偏移光柵的特徵在於具有第二間距的透射和吸收帶的周期性圖案。根據本發明的示例性實施例，相位分析器光柵的特徵在於具有第三間距的透射和吸收的周期性圖案。根據示例性實施例，源光柵提供了源光柵與相位偏移光柵之間的幹涉圖案。根據示例性實施例，源光柵是橫向可偏移的。例如，源光柵可偏移源光柵的光柵間距的分數。因此，可運動源光柵，以提供用於相位步進動作的必要運動以及為了提供正確對準的運動。根據示例性實施例，相位偏移光柵是可橫向偏移的，例如偏移了光柵間距的分數。根據示例性實施例，相位分析器光柵是可橫向偏移的，例如偏移了光柵間距的分數。通過提供一個或兩個或所有三個橫向可偏移的光柵，可通過控制相應的致動器實現沿著光軸的最優對準。根據示例性實施例，至少兩個光柵均具有在相應的光柵處相對於光軸彼此相對設置的至少兩個致動器根據不例性實施例，相位偏移光柵和相位分析器光柵之ー被固定安裝，而另ー個被可運動地安裝。在可運動安裝的光柵處提供至少兩個致動器，以使得相位偏移光柵和相位分析器光柵可相對於彼此對準。這將必要組件的數量減少到最少，以便提供相位掃描運動和校準運動兩者。根據示例性實施例，可運動安裝的光柵通過至少兩個致動器，可運動地安裝到固定安裝的光柵。因此，相同組件，即致動器，用於兩個不同的目的，這進一歩有利於系統的設置。根據示例性實施例，源光柵提供有至少兩個致動器，以使得其可對準而且獨立地逐步掃描。相位偏移光柵和相位分析器光柵可運動地設置為ー個単元。根據示例性實施例，至少兩個致動器設置為具有固態鉸鏈的壓電驅動元件。壓電驅動元件提供微米級的精確和準確的運動。壓電驅動元件還提供小型和可靠的致動器，其提供甚至非常小量的運動。根據示例性實施例，通過微機電系統方法，在矽中整體上實現致動器與光柵。根據示例性實施例，提供至少ー個附加的致動器，該致動器適於在光軸方向上的運動，以使得至少ー個光柵可相對於光軸傾斜。這也實現了光柵相對於光軸的對準。根據示例性實施例，至少ー個附加的致動器適用於提供光柵相對彼的此平行對準。根據不例性實施例,柵格取向垂直於光軸。根據示例性實施例，配準基於校準投射中和測量投射中提供的空間信息。根據示例性實施例，校準投射的空間信息與測量投射的空間信息相比較，並且具有匹配空間信息的投射彼此關聯。根據示例性實施例，由校準投射中和測量投射中對象外部掃描的預定區域提供空間信息。根據示例性實施例，在校準投射的自由區域中以及測量投射的自由區域中提供空間信息。根據示例性實施例，X射線發射裝置包括發射非相干X射線輻射的X射線源，而源光柵布置為接近X射線源，以提供空間束相干性。在校準投射期間和測量投射期間，源光柵被移位。根據示例性實施例，在校準投射期間和測量投射期間，相位偏移光柵或分析器光柵被移位。根據示例性實施例，光柵之ー和X射線發射裝置的組中的至少ー個提供有在光柵處相對光軸彼此相對設置的至少兩個致動器。在校準投射期間和測量投射期間，至少兩個致動器提供移位。根據示例性實施例，校準逐步移位包括在垂直於柵格取向的方向上的步進。根據示例性實施例，校準逐步移位包括相對於光軸的扭曲移位。這提供了生成不同運動順序的可能性。根據示例性實施例，相位偏移光柵和相位分析器光柵相對於彼此固定。
根據示例性實施例，第一組多個校準投射的數量是第二組多個測量投射數量的十倍。因此，確保了提供多餘或至少足夠的校準投射來覆蓋可能的錯位。根據示例性實施例，校準移位值是恆定值。例如，通過將該值改變為足夠小，確保了提供校準投射期間的精細步迸。根據示例性實施例，通過應用預定的數學函數，生成校準移位值。根據示例性實施例，對於每個校準投射，預定校準移位值。 根據示例性實施例，校準移位值基於先前的校準測量。因此，提供所謂的自學習系統，其中考慮已經測量的錯位以用於進一歩校準投射。因此，可以使校準投射適應於期望的系統空間行為。根據示例性實施例，校準移位值在測量投射期間再現發射裝置與檢測裝置之間的虛擬錯位。從而，可以使校準投射適應於期望的或已經測量的系統錯位，從而可以考慮由用於構造的特定類型或材料造成的典型錯位。這進ー步改進了精度並因此改進了所獲得的對象信息的可靠性。根據示例性實施例，測量增量或測量增量因數是恆定值。例如，校準移位值是測量增量值的至少一半。根據示例性實施例，對象信息被提供用於進一歩的步驟，例如分析或進ー步的測
量步驟。根據示例性實施例，在顯示器上向用戶顯示對象信息。根據示例性實施例，由檢測器檢測吸收率，而且對象信息也包括吸收數據。根據示例性實施例，對於每個校準投射，記錄校準移位值，而且在執行第二組多個測量投射的步驟c)期間，在一個或多個測量投射之後，關聯至少ー個校準投射，而且將相應的校準移位值確定為錯位因數，並且在進行第二組多個測量投射之前，激活至少兩個致動器，以將X射線發射裝置與相位偏移光柵、相位分析器光柵以及圖像檢測器重新對準。這提供了測量掃描過程期間，例如在患者的檢查期間的對準。因此提供所謂的現場重新對準，從而導致結果的高精度。在本發明的另ー示例性實施例中，提供電腦程式或電腦程式部件，其特徵在於適於在合適的系統上執行根據前述實施例之一的方法的方法步驟。電腦程式部件可因此存儲在計算機単元上，計算機単元也可以是本發明實施例的一部分。該計算単元可適於執行或引發上述方法的步驟的執行。另外，其可適於操作上述設備的組件。計算單元可適於自動地操作，和/或執行用戶的命令。電腦程式可加載到數據處理器的工作存儲器中。數據處理器可因此設置為執行本發明的方法。本發明的這個示例性實施例覆蓋了從一開始就使用本發明的電腦程式，以及通過更新將現存的程序轉變為使用本發明的程序的電腦程式。更進一歩，電腦程式部件能夠提供所有必要步驟，以執行上述方法的示例性實施例的過程。根據本發明另ー示例性實施例，提供了例如CD-ROM的計算機可讀介質，其中計算機可讀介質具有存儲於其上的電腦程式部件，電腦程式部件在前面的部分已描述過。
然而，電腦程式也可提供在網絡上，例如全球資訊網，而且可從這樣的網絡下載到數據處理器的工作存儲器中。根據本發明另ー示例性實施例，提供使電腦程式部件可下載的介質，電腦程式部件被設置為執行根據本發明前述的一個實施例的方法。需要注意的是，根據不同的主題描述了本發明的實施例。特別地，根據方法權利要求描述ー些實施例，而根據產品權利要求描述其它的實施例。然而，本領域技術人員將從上面和下面的描述中獲知，除非有特別的說明，除了屬於ー種類型主題的特徵的任意結合，涉及不同主題的特徵之間的任意結合也視為在本申請中公開。然而，所有特徵可被結合以生成大於特徵的簡單相加的協作效果。需要注意的是，根據不同的主題描述本發明的示例性實施例。特別地，根據產品權利要求描述ー些示例性實施例，而根據方法權利要求描述其它的示例性實施例。然而，本領域技術人員將從上面和下面的描述中獲知，除非有特別的說明，除了屬於ー種類型主題的特徵的任意結合，涉及不同主題的特徵之間的任意結合，特別是產品權利要求的特徵和方法權利要求的特徵之間的結合，也被視為在本申請中公開。


本發明的以上限定的方面和進ー步的方面、特徵和優點也可從以下描述的實施例的示例中得出而且參照實施例的示例進行解釋，但本發明不限於此。以下將參照附圖更詳細地描述本發明。圖I示意性示出了根據本發明的用於對對象進行微分相位對比成像的X射線成像系統；圖2示意性示出了根據本發明的X射線發射裝置和X射線檢測裝置；圖3示意性示出了圖2的裝置；圖4示意性示出了圖3的檢測裝置的光柵；圖5示意性示出了根據本發明的示例性實施例的基本方法步驟；圖6示出了該方法的另ー實施例；圖7示出了該方法的進ー步實施例；以及圖8示意性示出了進ー步示例性實施例的進ー步步驟。
具體實施例方式圖I示意性示出了用於對對象進行微分相位對比成像的X射線成像系統10，例如用於例如醫院中的檢查實驗室。X射線成像系統包括X射線發射裝置12，適於提供至少部分相干的X射線輻射。桌子14提供為安放待檢查的受試體。並且，X射線檢測裝置16定位為與X射線發射裝置12相対，即在輻射過程期間，受試體位於X射線發射裝置12與X射線檢測裝置16之間。X射線檢測裝置16發送數據到數據處理単元18，數據處理単元18被連接到X射線檢測裝置16和X射線發射裝置12兩者。處理單元18位於桌子14下面，以節約實驗室內的空間。當然，其也可位於不同的地方，例如位於不同的房間。另外，顯示裝置20設置在桌子14附近，以便向操作X射線成像系統的人員，例如外科醫生的臨床人員顯示信息。優選地，顯示裝置20可運動地安裝，以實現取決於檢查情況而進行單獨調整。而且，接ロ単元22設置為由用戶輸入信息。基本上，X射線檢測裝置16通過將受試體暴露於X射線輻射而生成圖像，其中所述圖像進ー步在數據處理単元18中處理。注意，所示的示例是所謂的C型X射線圖像獲取裝置。當然，本發明還涉及其它類型的X射線圖像獲取裝置，例如CT臺架等。本發明還涉及患者以站立方式安置而不是躺在桌子14上的X射線圖像獲取裝置，例如用於乳房X線照相術和層析X射線照相組合的獲取裝置。以下將更詳細的描述X射線發射裝置12和X射線檢測裝置16。為了更好地理解，圖2示出了對象24布置在X射線發射裝置12與X射線檢測裝置16之間。圖I的桌子14以及顯示裝置20等在圖2中未示出。X射線發射裝置12提供至少部分相干的X射線輻射26。例如，X射線輻射包括至少20%的相干輻射。優選輻射是50%相干的。根據未示出的實施例，X射線發射裝置提供空間相干X射線輻射。X射線檢測裝置16包括相位偏移衍射光柵28、相位分析器光柵30和X射線圖像檢測器32。X射線發射裝置12、相位偏移光柵28和相位分析器光柵30以及圖像檢測器32以這ー順序沿著光軸34設置。進ー步，例如，相位偏移光柵28和相位分析器光柵30設置在彼此平行的平面中。對象24可容納在X射線發射裝置12與相位分析器光柵30之間，以使得對象的感興趣區域能夠暴露於從X射線發射裝置12朝向檢測器32發射的X射線輻射26。根據ー個示例，對象24可容納在X射線發射裝置12與相位偏移衍射光柵28之間。根據另ー個未示出的示例，對象24可容納在X射線發射裝置12與相位分析器光柵30之間，即在相位偏移光柵28後面的X射線束的方向上，或者換句話說，在相位偏移光柵28與分析器光柵30之間，以使得對象的感興趣區域能夠暴露於從X射線發射裝置12朝向檢測器32發射的X射線輻射26。根據本發明，光柵28、30之一和X射線發射裝置12的組中的至少ー個提供有相對於光軸34彼此相對設置的至少兩個致動器，致動器在圖2中未示出，但將參考圖3進行解釋。作為示例性實施例，圖3示出了圖2的示例性實施例的相似設置，其中為了更好地理解，X射線檢測裝置16以及X射線發射裝置12所示為它們的組件彼此間隔分開。在圖3的實施例中，X射線發射裝置12包括發射非相干X射線輻射的X射線源36，而源光柵38布置為接近X射線源36，以提供空間束相干性，從而提供上述的至少部分相干的X射線輻射26。相位偏移衍射光柵28提供有相對於光軸34彼此相對設置的兩個致動器40。作為示例，光柵38、28、30是矩形的，而且致動器40設置為彼此正相対。在另一未示出的實施例中，X射線發射裝置12包括發射至少部分相干的X射線輻射的X射線源，例如通過提供微焦點管或同步型管作為X射線源。在另ー示例中，提供碳納米管以生成至少部分相干的X射線輻射。如由坐標系42所指示的，光軸稱為z軸，垂直於z軸的柵格取向稱為y軸，而且垂直於柵格取向並且垂直於光軸的軸稱為X軸。 如由圖3可見的，致動器40形成雙致動器，其將在以下解釋。兩個致動器40均提供在垂直於柵格取向而且垂直於光軸34的方向上的線性運動。換句話說，致動器40提供在X軸上的運動，如圖4的箭頭44所示。
在圖4中，相位分析器光柵30提供有致動器40，而不是如圖3所示的，相位偏移衍射光柵28提供有致動器40。圖4的左下部分示出了光軸34方向上的相位分析器光柵30的視圖，右上部分示出了所謂俯視圖中的相位偏移衍射光柵28和相位分析器光柵30。如箭頭46所示，在X軸上提供運動44的至少兩個致動器40，通過運動致動器40提供相同方向上相同速度的光柵的線性運動，如箭頭46所示。通過在不同方向上運動致動器40，提供了如箭頭48所示的旋轉運動。當然，該旋轉運動取決於光柵的固定點。根據本發明，至少兩個致動器40提供光柵28、30之一和X射線發射裝置12的組中的至少ー個的步進運動，用於相位步進圖像獲取，並且提供用於校準該系統的校準運動，以便檢測和補償X射線發射裝置12、相位偏移光柵28和相位分析器光柵30的錯位。根據另ー示例性實施例，源光柵38提供有兩個致動器(未示出)。兩個致動器40被提供作為例如具有固態鉸鏈的壓電驅動元件。例如，致動器40整體上實現為在例如矽中具有即源光柵38的光柵、相位偏移衍射光柵28或相位分析器光柵30。根據另一未示出的示例性實施例，提供了至少ー個附加的致動器，該致動器適於在光軸34方向上的運動，以使得至少ー個光柵可相對於光軸傾斜。根據示例性實施例，提供了獲取關於對象的信息的方法，將參照圖5進行解釋。至少部分相干的X射線輻射從X射線發射裝置12朝向X射線檢測裝置16發射112。X射線檢測裝置16包括相位偏移衍射光柵28、相位分析器光柵30和X射線圖像檢測器32。X射線發射裝置12、相位偏移光柵28、相位分析器光柵30和圖像檢測器32沿著光軸34設置。並且，作為示例，相位偏移光柵28和相位分析器光柵30設置在彼此平行的平面中。所發射的相干X射線輻射26、相位偏移光柵28和相位分析器光柵30具有共同的柵格取向，例如坐標系42的y軸。在第一執行步驟114中，在無對象的情況下執行第一組多個校準投射116。在第一組多個校準投射116期間，所發射的X射線輻射26、或相位偏移光柵28和相位分析器光柵30的組中的一個在該校準投射的執行期間逐步移位如圖3的箭頭50所示的校準移位值。例如，移位包括光柵的平移、旋轉和傾斜。術語「逐步移位」包括一維運動以及ニ維或更多維運動，例如空間中的三維運動軌跡。因此，可以建立多維參數空間，或多維運動空間。從而，校準投射可適用於不同的可能錯位。作為示例，移位值是對於每個步驟具有相同值的預定因數。或者，移位值例如通過常數數學函數或通過預定固定值而不斷改變。進ー步，在第二執行步驟118中，在對象設置在X射線發射裝置12與相位分析器光柵30之間的情況下，執行第二組多個測量投射120。在第二組多個測量投射120期間，所發射的X射線輻射12，或相位偏移光柵28和相位分析器光柵30的組中的一個以測量増量逐步移位。校準移位值不同於測量増量，這將在以下進ー步描述。例如，對象設置在X射線發射裝置12與相位偏移衍射光柵28之間。 根據另一未示出的實施例，對象設置在相位偏移光柵28與分析器光柵30之間。
例如，測量投射期間的逐步移位被提供作為垂直於柵格取向的逐步運動。在關聯步驟122中，通過將測量投射120與校準投射116配準，將至少ー個校準投射116關聯至每個測量投射120。例如，為了將測量投射與校準投射配準，對於直接照射的部分分析測量投射。取決於光柵的實際位置，例如平移、旋轉、傾斜等，典型的條紋圖案在這些區域是可見的。在配準過程的第二步驟中，從多個校準投射中識別出在同一區域中示出最相似的條紋圖案的投射。根據圖6中示出的一個示例性實施例，在生成步驟124中，通過從每個測量投射120中減去各自的相關聯的校準掃描116，來生成調整的測量投射126。在確定步驟128中，根據調整的測量投射126，確定微分相位數據130。接著，在生 成步驟132中，生成代表所確定的微分相位數據130的對象信息134。根據實施例，提供對象信息134。例如，在顯示器上向用戶136顯示對象信息。通過上述的致動器40提供校準投射116期間的移位以及測量投射120期間的移位。根據圖7所示的另ー示例性實施例，在第一執行步驟114之後，對於每個校準投射116，確定146相位梯度數據144，而且在第二執行步驟118之後，對於每個測量投射120，確定150相位梯度數據148。根據另ー實施例，檢測出系統的錯位。因此，對於每個校準投射，記錄校準移位值。這個因數代表ー種系統的虛擬的錯位。該信息隨後可用於確定測量投射期間的實際或真實的錯位。該結果，即真實的錯位因數可用於修改校準移位值以用於進一歩的投射。換句話說，校準移位值是基於在先的校準測量。這提供了自學習系統，其中考慮已經測量的錯位以用於進一歩的校準投射。因此，可以使校準投射適應於期望的系統的空間行為。例如，特定類型的測量投射將具有例如由於構造方面造成的特定的錯位配置文件(profile)。例如，在C形臂檢查期間，特定的彎曲或扭曲將發生在相同位置。作為另ー示例，在乳癌檢查中，保持乳房的板片將引起相同類型的彎曲力，導致相似的錯位。在未示出的另ー示例性實施例中,X射線發射裝置12包括發射非相干X射線輻射的X射線源36，而源光柵38設置為接近X射線源36，以提供空間束相干性。在校準投射116期間和測量投射120期間，使源光柵移位。根據本發明的另ー示例性實施例，如圖8所示，對於每個校準投射116，記錄校準移位值。在執行第二組多個測量投射120的執行步驟118期間，在一個或多個測量投射120之後，關聯122a至少ー個校準投射126，而且各自的校準移位值被確定138a為錯位因數140a。在進行第二組多個測量投射120b之前，激活至少兩個致動器40，以使得X射線發射裝置12與相位偏移光柵28、相位分析器光柵30以及圖像檢測器32重新對準142a。接著，在進ー步的執行步驟118b中執行第二組多個測量投射，從而得到測量投射120b。接著，在進ー步的關聯步驟122b中，所獲得的測量投射120b被關聯122b到至少ー個校準投射116，而且在進ー步的測量投射120c在執行步驟的另一部分，即例如第三執行步驟118c中獲得之前，對於進ー步重新對準步驟142b，將各自的校準移位值確定138b為錯位因數140b。接著是進ー步的關聯步驟122c，其可根據需要而重複。接著是上述的生成步驟124。換句話說，即使在測量過程期間，可以重新對準該系統，以便改進生成的對象或患者信息的質量和精確性。因此，本發明提供現場對準或實時對準。注意，圖5、圖6、圖7和圖8所示的方法步驟的實施例可以不同的結合方式彼此結
ム
ロ ο儘管在附圖和前面的描述中已經詳細示出和描述了本發明，但是這樣的示出和描述應視為是闡釋性的或示例性的而非限制性的。本發明不限於所公開的實施例。所公開的實施例的其它變型是本領域技術人員在實踐所要求的發明時，通過附圖、公開內容和所附的權利要求可以理解和完成的。在權利要求中，詞語「包括」不排除其它元件或步驟，而且不定冠詞「一」或「ー個」不排除多個。單個處理器或其它單元可完成權利要求中記載的若干項的功能。特定手段記載在互不相同的從屬權利要求中的事實並不表示這些手段的結合不能用於獲得優點。
電腦程式可以存儲和/或分布在合適的介質中，例如與其它硬體的一部分一起或作為其它硬體的一部分提供的光存儲介質或固態介質，但也可以其它形式分布，例如通過網際網路或其他有線或無線電信系統。權利要求中的任何參考標記不應解釋為對範圍進行限制。
權利要求
1.用於對對象進行微分相位對比成像的X射線成像系統，包括 X射線發射裝置(12);以及 X射線檢測裝置(16); 其中，所述X射線發射裝置(12)提供至少部分相干的X射線輻射(26)； 其中，所述X射線檢測裝置(16)包括 相位偏移衍射光柵(28); 相位分析器光柵(30);以及 X射線圖像檢測器(32)； 其中，所述X射線發射裝置(12)、所述相位偏移光柵(28)、所述相位分析器光柵(30)以及所述圖像檢測器(32)依此順序沿著光軸(34)設置； 其中，待檢查的對象可容納在所述X射線發射裝置(12)與所述相位分析器光柵(30)之間，以使得所述對象的感興趣區域可暴露於從所述X射線發射裝置(12)朝向所述檢測器(32)發射的X射線輻射；並且 其中，所述光柵(28、30)之一和所述X射線發射裝置(12)的組中的至少ー個提供有相對於所述光軸(34)彼此相對設置的至少兩個致動器(40)。
2.根據權利要求I所述的X射線成像系統，其中，所述至少兩個致動器(40)提供所述光柵(28、30)之一和所述X射線發射裝置(12)的組中的至少ー個的步進運動，用於相位步進圖像獲取，並且提供用於校準所述系統的校準運動，以便檢測和補償所述X射線發射裝置(12)、所述相位偏移光柵(28)和所述相位分析器光柵(30)的錯位。
3.根據權利要求I或2所述的X射線成像系統，其中，所述X射線發射裝置(12)包括發射非相干X射線輻射的X射線源(36);並且其中，源光柵(38)布置為接近所述X射線源(36)以提供空間束相干性。
4.根據權利要求I到3中的一項所述的X射線成像系統，其中，所述至少兩個致動器(40)均提供在垂直於柵格取向並且還垂直於所述光軸(34)的方向上的線性運動。
5.根據前述權利要求中的一項所述的X射線成像系統，其中，所述至少兩個致動器(40)提供為具有固態鉸鏈的壓電驅動元件。
6.用於獲取關於對象的信息的方法，包括以下步驟 a)從X射線發射裝置(12)朝向X射線檢測裝置(16)發射(112)至少部分相干的X射線輻射(26); 其中，所述X射線檢測裝置(16)包括相位偏移衍射光柵(28)、相位分析器光柵(30)和X射線圖像檢測器(32); 其中，所述X射線發射裝置(12)、所述相位偏移光柵(28)、所述相位分析器光柵(30)和所述圖像檢測器(32)沿著光軸(34)設置；並且 其中，所發射的至少部分相干的X射線輻射、所述相位偏移光柵(28)和所述相位分析器光柵(30)具有共同的柵格取向； b)在無對象的情況下執行第一組多個校準投射(116)； 其中，在所述第一組多個校準投射期間，所發射的X射線輻射，或所述相位偏移光柵(28)和所述相位分析器光柵(30)的組中的一個以校準移位值逐步移位；C)在對象(24)設置在所述X射線發射裝置(12)與所述相位分析器光柵(30)之間的情況下，執行(118)第二組多個測量投射(120); 其中，在所述第二組多個測量投射期間，所發射的X射線輻射(26)，或所述相位偏移光柵(28)和所述相位分析器光柵(30)的組中的一個以測量増量逐步移位；以及 d)通過將所述測量投射(120)與所述校準投射(116)配準，將所述校準投射(116)中的至少ー個與所述測量投射(120 )中的每ー個關聯(122 )。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，在步驟d)之後執行以下步驟 e)通過從所述測量投射(120)的每ー個中減去相應的關聯的校準掃描(116)，生成(124)調整的測量投射(126)； f )根據所述調整的測量投射(126)，確定(128)微分相位數據(130);以及 g)生成(132)代表所確定的微分相位數據(130)的對象信息(134)。
8.根據權利要求6或7所述的方法，其中，在步驟b)之後，對於所述校準投射(116)中的每ー個，確定(146)相位梯度數據(144);並且其中，在步驟c)之後，對於所述測量投射(120)中的每ー個，確定(150)相位梯度數據(148)。
9.根據權利要求6到8中的一項所述的方法，其中，所述X射線發射裝置(12)包括發射非相干X射線輻射的X射線源(36)，並且源光柵(38)布置為接近X射線源(36)以提供空間束相干性； 其中，在所述校準投射(116 )期間以及所述測量投射(120 )期間，使所述源光柵(38 )移位。
10.根據權利要求6到9中的一項所述的方法，其中，所述光柵(28，30;38)之一和所述X射線發射裝置(12)的組中的至少ー個提供有在所述光柵處相對於所述光軸(34)彼此相對設置的至少兩個致動器(40);其中，在所述校準投射(116)期間以及所述測量投射(120)期間，所述至少兩個致動器(40)提供所述移位。
11.根據權利要求6到10中的一項所述的方法，其中，所述校準逐步移位包括在垂直於所述柵格取向的方向上的步進。
12.根據權利要求6到11中的一項所述的方法，其中，對於所述校準投射(116)中的每ー個，記錄所述校準移位值；並且其中，在執行(118a，118b，118c)所述第二組多個測量投射(120a，120b, 120c)的步驟c)期間，在一個或多個測量投射之後，關聯(122a，122b，122c)所述校準投射(116)中的至少ー個，並且將相應的校準移位值確定(138a，138b，138c)為錯位因數(140a，140b，140c);並且在進行所述第二組多個測量投射之前，激活所述至少兩個致動器(40)，以將所述X射線發射裝置(12)與所述相位偏移光柵(28)和所述相位分析器光柵(30 )以及所述圖像檢測器(32 )重新對準(142 )。
13.用於控制根據權利要求I到5中的一項所述的設備的電腦程式部件，當由處理單元執行時，所述電腦程式部件適於執行根據權利要求6到12中的一項所述的方法步驟。
14.已存儲有根據權利要求13所述的程序部件的計算機可讀介質。
全文摘要
本發明涉及X射線成像系統和用於對對象進行微分相位對比成像的方法。為了改進微分相位對比成像系統的校準和光柵的對準，提供一種X射線成像系統，包括提供至少部分相干的X射線輻射的X射線發射裝置和包括全部沿著光軸設置的相位偏移衍射光柵、相位分析器光柵和X射線圖像檢測器的X射線檢測裝置。為了步進，光柵和/或X射線發射裝置提供有相對於光軸彼此相對設置的至少兩個致動器。為了校準，在無對象的情況下獲取校準投射，其中所發射的X射線輻射或一個光柵以校準移位值逐步移位。為了檢查，在有對象的情況下獲得測量投射，其中所發射的X射線輻射或一個光柵以測量逐步移位，通過將測量投射與校準投射配準，將校準投射關聯到每個測量投射。
文檔編號A61B1/00GK102651994SQ201080055691
公開日2012年8月29日 申請日期2010年12月8日 優先權日2009年12月10日
發明者D·格勒, E·勒斯爾, G·福格特米爾, K·J·恩格爾, T·克勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司