УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОКОНТРАСТНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, СОДЕРЖАЩЕЕ ПЕРЕМЕЩАЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЕТЕКТОРА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ Российский патент 2015 года по МПК A61B6/00 G01N23/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в общем к формированию рентгеновского изображения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к фазоконтрастному формированию изображений. В частности, настоящее изобретение относится к устройству для фазоконтрастного формирования изображений, содержащему перемещаемый элемент детектора рентгеновского излучения, рентгеновской системе, способу получения информации фазоконтрастного изображения и применению устройства для фазоконтрастного формирования изображений в одной из рентгеновской системы, системы компьютерной томографии (CT) и системы томографической реконструкции.

Уровень техники

В технологии получения рентгеновского изображения исследуемый объект, например пациент, располагается между устройством формирования рентгеновского излучения или источником рентгеновского излучения, например рентгеновской трубкой, и детектором рентгеновского излучения. Источником рентгеновского излучения создается веерный или конический пучок рентгеновского излучения в направлении детектора рентгеновского излучения, возможно с использованием коллимирующих элементов. Исследуемый объект, расположенный на оси рентгеновского излучения, в зависимости от его внутренней структуры пространственно ослабляет пучок рентгеновского излучения. Пространственно ослабленное рентгеновское излучение затем достигает детектора рентгеновского излучения, определяющего распределение интенсивности рентгеновского излучения, и затем преобразуется в электрические сигналы для дальнейшей обработки и визуализации рентгеновского изображения.

И устройство формирования рентгеновского излучения, и детектор рентгеновского излучения могут быть установлены на гентри для вращения вокруг исследуемого объекта. Посредством обеспечения соответствующего вращения с последующим получением данных различных рентгеновских изображений при вариации расположения и ориентации относительно исследуемого объекта может быть получена трехмерная реконструкция внутренней морфологии объекта.

Однако конкретный объект может лишь незначительно поглощать рентгеновское излучение или иметь незначительное различие в поглощении даже в пределах различных тканей внутри объекта, что приводит к изображению с достаточно однородным ослаблением рентгеновского излучения, имеющему низкий контраст, и таким образом затрудняет различение отдельных элементов внутренней области исследуемого объекта. Хотя различные области в пределах объекта могут иметь подобные параметры поглощения, они могут в большей степени влиять на фазу проникающего в объект рентгеновского излучения.

Таким образом, фазоконтрастная визуализация может быть использована для визуализации информации о фазе рентгеновского излучения, в частности когерентного рентгеновского излучения, проходящего через исследуемый объект. В дополнение к визуализации рентгеновского излучения при пропускании, учитывающем только амплитудное поглощение рентгеновского излучения, фазоконтрастная визуализация может не только определить параметры поглощения для исследуемого объекта вдоль линии проекции, но также и фазовый сдвиг прошедшего рентгеновского излучения. Регистрируемый фазовый сдвиг может, таким образом, обеспечить дополнительную информацию, которая может быть использована для усиления контраста, определения состава материала, возможно позволяя сократить дозу рентгеновского облучения.

Поскольку фаза волны не может быть измерена непосредственно, то может быть использовано преобразование фазового сдвига в модуляцию интенсивности посредством интерференции двух или более волн.

В дифференциальном фазоконтрастном отображении использование геометрии конического пучка может привести к ограничению пригодного для использования размера элемента детектора рентгеновского излучения, особенно когда фазовая и/или поглощающая решетки с их щелями ориентированы параллельно оптической оси. Точка на расстоянии приблизительно 1 м от источника рентгеновского излучения, где фазовая чувствительность значительно падает относительно центральной области отображающей системы, находится приблизительно на ±3 см вне оптической оси.

Для некоторых применений, например, для применений в медицинской визуализации, для применений в инспекционной визуализации или визуализации для безопасности, поле обзора менее 6 см по меньшей мере в одном направлении двумерного рентгеновского изображения может оказаться недостаточным.

Таким образом, может возникнуть необходимость увеличения поля обзора, используя фазоконтрастную визуализацию.

Раскрытие изобретения

Согласно изобретению предложены устройство для фазоконтрастного формирования изображений с увеличенным полем обзора, рентгеновская система, содержащая устройство для фазоконтрастного формирования изображений, способ получения информации фазоконтрастного изображения и применение устройства для фазоконтрастного формирования изображений в одной из рентгеновской системы, системы CT и системы томографической реконструкции в соответствии с независимыми пунктами формулы.

В соответствии с примерным вариантом выполнения настоящего изобретения предложено устройство для фазоконтрастного формирования изображений, содержащее источник рентгеновского излучения, элемент детектора рентгеновского излучения, имеющий некоторый размер детектора, первый элемент решетки и второй элемент решетки. Объект помещается между источником рентгеновского излучения и детектором рентгеновского излучения, и первый элемент решетки и второй элемент решетки также помещаются между источником рентгеновского излучения и детектором рентгеновского излучения. Первый элемент решетки, второй элемент решетки и детектор рентгеновского излучения соединены при функционировании так, что обеспечивается возможность получения фазоконтрастного изображения объекта. Фазоконтрастное изображение содержит информацию фазоконтрастного отображения, имеющего поле обзора, большее чем размер детектора. Элемент детектора рентгеновского излучения выполнен перемещаемым, причем путем перемещения детектора рентгеновского излучения обеспечивается возможность получения фазоконтрастного изображения поля обзора.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения предложена рентгеновская система, содержащая устройство для фазоконтрастного формирования изображений в соответствии с настоящим изобретением.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения предложен способ получения информации фазоконтрастного изображения, содержащий этапы, на которых получают первую информацию фазоконтрастного изображения в первом состоянии пошагового изменения фазы, перемещают, наклоняют и/или вращают элемент детектора рентгеновского излучения относительно по меньшей мере одного исследуемого объекта и источника рентгеновского излучения и перемещают первый элемент решетки и второй элемент решетки относительно друг друга. Вторую информацию фазоконтрастного изображения получают при втором состоянии пошагового изменения фазы.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения устройство для фазоконтрастного формирования изображений в соответствии с настоящим изобретением применяется по меньшей мере в одной из рентгеновской системы, системы CT и системы томографической реконструкции.

Для получения информации о фазе пучка рентгеновского излучения может быть использован интерферометр. Предпочтительно когерентное рентгеновское излучение проходит через исследуемый объект и затем поступает на детектор рентгеновского излучения. Поскольку информация о фазе не может быть измерена непосредственно, то могут быть использованы результаты конструктивного или деструктивного взаимодействия двух или более волновых фронтов, возможно приводящего к модуляции интенсивности, регистрируемой детектором рентгеновского излучения.

Соответствующая интерференция может быть получена размещением фазосдвигающей решетки или решетки разделителя пучка между исследуемым объектом и детектором рентгеновского излучения. Таким образом, рентгеновское излучение, прошедшее через решетку разделителя пучка, приводит к интерференционной картине позади решетки разделителя пучка, содержащей информацию о сдвиге фазы в пределах пучка рентгеновского излучения в относительных положениях ее минимумов и максимумов, то есть в соответствующей локальной интенсивности пучка рентгеновского излучения. Образующаяся картина интенсивности содержит минимумы и максимумы, отстоящие друг от друга на расстояние порядка нескольких микрон.

Однако детектор рентгеновского излучения может обеспечить разрешающую способность только порядка ~50-150 мкм и таким образом может оказаться не в состоянии разрешить соответствующую тонкую структуру образующейся интерференционной картины. Соответственно может быть использована решетка фазового анализатора или решетка поглотителя, содержащая периодическую конфигурацию пропускающих и поглощающих полосовых элементов или областей щели и блокирующих областей, имеющих периодичность, подобную таковой для интерференционной картины.

Путем облучения только решетки разделителя пучка интерференционная картина может быть создана в местоположении решетки анализатора даже в отсутствие последней. Таким образом, может потребоваться только решетка анализатора из-за используемых элементов детектора рентгеновского излучения, которые не обеспечивают достаточно высокую пространственную разрешающую способность для детектирования интерференционной картины или интерференционных полос от решетки разделения пучка непосредственно. По этой причине может быть использован анализатор. В одном положении пошагового изменения фазы это позволяет максимумам интерференционных полос попадать на детектор, после поперечного перемещения максимумы могут быть поглощены золотыми щелями.

С периодичностью, подобной периодичности решетки анализатора, позади решетки анализатора на поверхности детектора рентгеновского излучения может быть создана муаровая картина. Соответствующая муаровая картина может иметь по существу большую периодичность, которая таким образом может быть зарегистрирована детектором рентгеновского излучения, имеющим разрешающую способность порядка 50-150 мкм. Чтобы получить фазоконтрастное изображение, в частности, чтобы получить дифференциальный фазовый сдвиг, может оказаться необходимым сдвинуть решетку анализатора в сторону, то есть в направлении, перпендикулярном сеткам или полосам и решетки анализатора, и решетки разделителя пучка, которые размещены по существу параллельно относительно полос решетки, на доли шага p решетки, которые могут иметь порядок 1 мкм. Например, положение от одного зазора решетки или щелевой области к следующему зазору решетки может быть изменено по порядку, например, в 4 раза или 8 раз. Соответствующий боковой сдвиг на доли шага р решетки может рассматриваться как пошаговое изменение фазы. Пучок рентгеновского излучения, проходящий через решетку в случае единственного пошагового изменения фазы, таким образом, содержит отдельное состояние пошагового изменения фазы.

Фазовый сдвиг затем может быть извлечен из модуляции интенсивности, наблюдаемой в элементе детектора рентгеновского излучения позади обеих сеток во время пошагового изменения фазы, измеряемого для каждого положения, например, для каждого состояния пошагового изменения фазы, решетки анализатора. В силу наличия угла падения рентгеновского излучения на решетки можно считать, что видимость уменьшается для более удаленных положений вне осей относительно поперечного направления для щелей решеток. Для уверенности в достаточной видимости и таким образом в возможности регистрировать фазу рентгеновского излучения детектором рентгеновского излучения поле обзора может быть ограничено размером приблизительно в 6 см, например в случае длин системы, т.е. расстояния между источником рентгеновского излучения и элементом детектора рентгеновского излучения, приблизительно 1 м и энергий приблизительно 20-30 кВ (пик.). Одним из решений для увеличения поля обзора может быть перемещение детектора рентгеновского излучения, таким образом получение последовательных множеств подобластей для поля обзора. Поскольку для каждого положения детектора рентгеновского излучения может потребоваться пошаговое изменение фазы, то есть, например, формирование 4 или 8 отдельных изображений при различных пошаговых фазовых состояниях, то соответствующий сдвиг, смещение, наклон или вращение детектора рентгеновского излучения совместно с соответствующим пошаговым изменением фазы может оказаться длительным процессом.

Возможное требование к полю обзора менее чем 6 см по меньшей мере в одном направлении или расширении, использование планарных детекторов может быть ограничено такой фазоконтрастной визуализацией, как, например, дифференциальная фазоконтрастная маммография. Решением для преодоления ограничения поля обзора может быть использование матричных детекторов, например детекторов, содержащих множество детекторных элементов, возможно наклоненных друг относительно друга и относительно плоскости детектора, и/или сканирующее перемещение детекторных ячеек или детектора по полю обзора, таким образом получая множество последовательных изображений, составляющих большее поле обзора.

При обычной абсорбционной контрастной проекционной визуализации на изображение накладывается множество структур объекта вдоль направления распространения рентгеновских лучей. Это может часто усложнять определение отдельных структур и таким образом снижать возможность считывания соответствующего рентгеновского изображения. Улучшение качества изображения может быть получено путем распределения полной дозы облучения по нескольким угловым видам для улучшения информации о глубине вблизи внутренней структуры объекта. Соответствующая методика может быть обозначена как томографическая реконструкция. Соответствующая система может требовать размещения источника рентгеновского излучения и детектора рентгеновского излучения на гентри для вращения вокруг исследуемого объекта.

Даже единственная проекция при фазоконтрастном формировании изображений может содержать наложенные структуры и таким образом также может обеспечить преимущество режима томографической реконструкции. Соответственно использование фазоконтрастной системы, пригодной для томографической реконструкции, может позволить преодолеть снижение удобства считывания посредством суперпозиции анатомических структур.

Требование достаточной видимости интерференционных полос, например достаточно глубокой модуляции интенсивности фазоконтрастной визуализации, в частности при дифференциальной фазоконтрастной визуализации, может наложить ограничение на степени свободы относительного перемещения между источником рентгеновского излучения и решетками. Обычно допустимо только относительное перемещение источника рентгеновского излучения вдоль щелей решетки. Таким образом, обеспечение перемещения томографической реконструкции в направлении, параллельном щелям кремниевых сеток решеток, может позволить достичь совместимости томографической реконструкции и фазоконтрастной визуализации. Таким образом, для угла падения рентгеновского излучения на решетки, измеренного в пределах плоскости, перпендикулярной к щелям решетки, может представляться полезным отсутствие увеличения выше определенного уровня во время сканирования для томографической реконструкции.

Расширение поля обзора посредством перемещения детектора рентгеновского излучения, осуществляя при этом сканирующее перемещение детектора рентгеновского излучения по полю обзора, может требовать выполнения пошагового изменения фазы для каждого положения детектора рентгеновского излучения в пределах поля обзора. Например, в определенном положении может потребоваться пошаговое изменение фазы для 4 или 8 отдельных этапов получения изображения, каждый из которых имеет другое состояние пошагового изменения фазы. Затем детектор рентгеновского излучения может быть перемещен, чтобы получить данные для подобласти поля обзора, по существу в соседнее положение относительно предыдущего положения в пределах поля обзора, последовательно используя пошаговое изменение фазы с 4 или 8 этапами получения изображения для получения информации о фазоконтрастном изображении второй подобласти поля обзора.

Однако может и не потребоваться перемещения детектора рентгеновского излучения на величину протяженности или ширины самого детектора рентгеновского излучения, и он может быть перемещен для сбора рентгеновской информации только на часть, например 1/4 или 1/8, протяженности детектора рентгеновского излучения или его активной области, с одновременным пошаговым изменением фазы для получения информации рентгеновского изображения не только несколько другой подобласти поля обзора, которая может совпадать с предыдущей подобластью на 3/4 или 7/8 частей, но также и имеющего другое состояние пошагового изменения фазы, требуемое для последующего создания информации рентгеновского изображения, используя фазовый контраст.

Соответствующее перемещение может быть осуществлено дополнительным элементом поступательного перемещения или на детекторе рентгеновского излучения, или на решетке разделителя пучка, или на решетке анализатора, или даже возможно на дополнительной решетке источника. Простое перемещение детектора рентгеновского излучения, решетки разделителя пучка и решетки анализатора без изменения расположения отдельных элементов относительно друг друга может привести к невозможности получения информации изображения для фазоконтрастного отображения.

С практической точки зрения, например в связи с производством устройства в соответствии с настоящим изобретением, щели решеток предпочтительно могут быть перпендикулярны к плоской поверхности детектора рентгеновского излучения.

Обычно решетка разделителя пучка и решетка анализатора могут быть изготовлены из кремниевых пластин. Для решетки анализатора может потребоваться дополнительная гальваническая обработка, чтобы заполнить щели сильно поглощающим материалом, например золотом. Производственный процесс может, например, начаться с нанесения пассивирующего слоя, с последующей процедурой травления. Области, покрытые пассивирующим слоем, могут не поддаваться процессу травления, таким образом приводя к обычно требуемому щелевому рисунку. Однако может оказаться затруднительным вытравить щели в направлении, отличном от направления, перпендикулярного к поверхности пластины. Для фазоконтрастной системы с коническим пучком рентгеновского излучения направление травления может сильно зависеть от положения на пластине, так что щели могут быть сосредоточены для заданного положения, выбранного так, чтобы совпасть затем с положением источника рентгеновского излучения.

Соответствующая установка может рассматриваться как отвечающая, в частности, уменьшению видимости структур при отступлении от оптической оси в пределах приблизительно 6 см. В частности, расстояние приблизительно 1 м между источником рентгеновского излучения и детектором рентгеновского излучения может ограничивать размер детектора приблизительно до 6 см, например для энергии приблизительно 20-30 КэВ.

Для преодоления соответствующего ограничения размера детектора может быть использован матричный детектор, который может содержать отдельные элементы детектора, повернутые друг относительно друга и относительно источника рентгеновского излучения или точки фокусировки рентгеновского устройства. Соответствующая установка элементов детектора может рассматриваться как ориентация нормали к поверхности отдельных элементов детектора, таким образом, в направлении источника рентгеновского излучения и его точки фокусировки, соответственно по меньшей мере при рассмотрении двумерного сечения, перпендикулярного к щелям решетки.

Соответственно каждый элемент детектора может рассматриваться как имеющий свою собственную индивидуальную оптическую ось, направленную к источнику рентгеновского излучения и юстированную с источником рентгеновского излучения. Ограничение размера детектора, составляющего приблизительно 6 см, может рассматриваться как относящееся к каждому отдельному элементу детектора индивидуально. Однако использование детектора рентгеновского излучения, составляемого по меньшей мере из двух или из множества элементов детектора, привносит зазоры в область детектирования между ячейками или элементами детектора. В пределах зазоров получение изображений не может быть выполнено. В некоторых случаях получения рентгеновского изображения, например при маммографии, где необходимо регистрировать структуры от нескольких десятков до 100 мкм, потеря информации изображения вследствие невозможности регистрации в пределах зазоров между элементами детектора рентгеновского излучения, может оказаться неприемлемой.

Поскольку фазоконтрастное формирование изображения уже само требует, чтобы каждый геометрический луч от источника рентгеновского излучения до пикселя детектора был бы измерен множество раз, например, 4, 8 или 9 раз с относительными положениями решеток, таким образом, с отдельными состояниями пошагового изменения фазы, то пошаговое изменение фазы может быть объединено с движением, например перемещением, наклоном или вращением детектора рентгеновского излучения в комбинации с пошаговым изменением фазы.

Используя соответствующее движение, каждый геометрический луч может, таким образом, только однократно совпасть с зазором блочной детекторной матрицы, таким образом, предоставляя достаточное число измерений для каждого геометрического луча для считывания фазы и для последующего создания фазоконтрастного изображения. Например, между различными облучениями детектора, требуемыми для считывания фазы, детектор в целом может быть перемещен с фокусным пятном как с осью вращения, в частности, наклоненной к точке фокусировки или источнику рентгеновского излучения так, что поверхностные нормали отдельных элементов детектора могут быть сфокусированы в точке фокусировки источника рентгеновского излучения.

Приспосабливая вращение или перемещение детектора, можно достичь того, что каждый геометрический луч только однократно в течение всего накопления данных совпадет с зазорами между ячейками, таким образом, считывание фазы может быть возможным для всей области детектора с зазорами между элементами детектора, не видимыми после получения изображения. Например, используя пошаговое изменение фазы, требующее N=8 отдельных состояний пошагового изменения фазы на геометрический луч посредством соответствующего вращения или перемещения, все геометрические лучи будут измерены 8 раз, если детектор будет перемещен при каждом шаге на величину

где D - ширина детектора и G - ширина зазора. Это требует в целом 9 получений изображения. Кроме того, необходимо, чтобы перемещение Δx было больше, чем зазор, - требование, которое может быть легко удовлетворено, поскольку обычно D больше величины зазора G: D>>G. Например, можно реализовать небольшое перекрытие, осуществляя:

Получение медицинских изображений диагностического качества обычно требует охвата без зазора определенного поля обзора, окружающего данный исследуемый объект. Этот охват может быть установлен автоматически, используя большую область мозаичных детектирующих модулей, то есть детекторов рентгеновского излучения, так, чтобы для всех соседних геометрических лучей, находящихся в пределах телесного угла, покрываемого детектором или по меньшей мере пикселем детектора, информация изображения была бы доступна. Это может соответствовать нескольким элементам детектора, располагаемым смежно один с другим, в частности возможно содержащим зазор или интервал разделения. Далее геометрический луч может рассматриваться как неподвижная линия в системе координат, привязанной к исследуемому объекту. Таким образом, геометрический луч может быть неподвижным лучом обзора, который совпадает, в одном случае, или на одном этапе получения изображения, с пикселем элемента детектора рентгеновского излучения, пиксельной строкой или пиксельным столбцом. Для получения надлежащей информации изображения, например, для фазоконтрастного отображения, может оказаться необходимым получить данные относительно того же самого геометрического луча, в частности, относительно источника рентгеновского излучения и определенной внутренней структуры исследуемого объекта. Соответствующий геометрический луч может, в частности, иметь пространственную протяженность, соотнесенную с размером пикселя элемента детектора рентгеновского излучения, с учетом расстояния между источником рентгеновского излучения и его точкой фокусировки соответственно.

Фазоконтрастное отображение может быть успешно осуществлено с использованием когерентного источника рентгеновского излучения. Однако поскольку когерентный источник рентгеновского излучения может, в частности, предоставить только, например, синхротрон, могут быть использованы дополнительная решетка, решетка источника, между источником рентгеновского излучения и объектом на пути пучка рентгеновского излучения, чтобы создать множество отдельных когерентных источников рентгеновского излучения.

Кроме того, фазоконтрастное отображение может быть осуществлено, используя также две поглощающих решетки, вместо одной фазовой решетки и одной поглощающей решетки. Таким образом, в соответствии с настоящей патентной заявкой, также может потребоваться пошаговое изменение фазы.

Также может быть необходимо коллимировать рентгеновское излучение динамически относительно перемещающегося элемента детектора рентгеновского излучения для уверенности в том, что только регистрируемое рентгеновское излучение проходит через объект.

Кроме того, каждая из ячеек решетки может быть сфокусирована по направлениям распространения конического пучка рентгеновского излучения. Далее дополнительные варианты выполнения настоящего изобретения рассматриваются в отношении устройства для фазоконтрастного формирования изображений. Однако это рассмотрение относится также к рентгеновской системе, способу получения информации фазоконтрастного изображения и к применению устройства для фазоконтрастного формирования изображений по меньшей мере в одном из рентгеновской системы, системы CT и системы томографической реконструкции.

Объект также может быть размещен между первым элементом решетки и вторым элементом решетки, в частности между решеткой разделителя пучка и решеткой анализатора.

Следует отметить, что возможны произвольные вариации и замены одного или более признаков между пунктами формулы и в конкретных сформулированных объектах и в пределах объема притязаний и раскрытия настоящей патентной заявки.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения, перемещение элемента детектора рентгеновского излучения может содержать вращение вокруг по меньшей мере или источника рентгеновского излучения, или точки фокусировки источника рентгеновского излучения.

Благодаря вращательному движению элемента детектора рентгеновского излучения угол источника рентгеновского излучения и/или точки фокусировки источника рентгеновского излучения относительно щелевой структуры элементов решетки, в частности боковых стенок щелевой структуры, остается по существу одинаковым во время получения информации фазоконтрастного изображения. Предпочтительно угол является по существу нулевым относительно боковых стенок элементов решетки, с коническим пучком или веерным пучком рентгеновского излучения, падающим непосредственно параллельно боковым стенкам элементов решетки по меньшей мере относительно центра элементов решетки.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения, решетка разделителя пучка и решетка анализатора могут перемещаться относительно друг друга для того, чтобы обеспечить пошаговое изменение фазы, и/или решетка разделителя пучка и решетка анализатора могут быть размещены параллельно друг другу и элементу детектора рентгеновского излучения.

Использование пошагового изменения фазы для получения информации отдельного фазоконтрастного изображения, например, модуляции интенсивности во время пошагового изменения фазы, может позволить реконструкцию и отображение внутренней структуры исследуемого объекта. Перемещение решетки разделителя и решетки анализатора предпочтительно таково, что множество перемещений укладывается в пределах одного периода решетки. В частности, эффективно использовать перемещение, составляющее, например, 1/4 или 1/8 периода решетки.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения, источник рентгеновского излучения может иметь возможность перемещения относительно решетки разделителя пучка, решетки анализатора и/или элемента детектора рентгеновского излучения. Кроме того, источник рентгеновского излучения, решетка разделителя пучка, решетка анализатора и элемент детектора рентгеновского излучения могут вращаться вокруг исследуемого объекта.

Такое перемещение может рассматриваться как позиционирование источника рентгеновского излучения и точки фокусировки для создания рентгеновского излучения в соответствии с различной ориентацией относительно исследуемого объекта и его внутренней морфологии. Таким образом, при различающемся размещении источника рентгеновского излучения относительно объекта может быть обеспечено получение томографической реконструкции изображений.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения по меньшей мере или первый элемент решетки, или второй элемент решетки может содержать щелевую структуру, причем щелевая структура может содержать первое расширение, параллельное щелевой структуре и щелям соответственно и причем перемещение источника рентгеновского излучения может быть параллельным первому расширению.

Таким образом, угол между источником рентгеновского излучения и боковыми стенками элементов решетки может оставаться по существу неизменным во время получения информации фазоконтрастного изображения по меньшей мере для одного фазоконтрастного изображения.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения, элемент детектора рентгеновского излучения может иметь возможность перемещения из первого положения, чтобы получить данные первой подобласти поля обзора, ко второму положению, чтобы получить данные второй подобласти поля обзора, и решетка разделителя пучка и решетка анализатора может иметь возможность перемещения относительно друг друга для предоставления первого состояния пошагового изменения фазы в первом положении и второго состояния пошагового изменения фазы во втором положении.

Иначе говоря, при переустановке элемента детектора и решетки разделителя пучка, а также решетки анализатора решетка разделителя пучка и решетка анализатора дополнительно переустанавливаются относительно друг друга, возможно на долю периода решетки, или решетки разделителя пучка, или решетки анализатора, чтобы получить различие в пошаговом изменении фазы, таким образом, различие состояний пошагового изменения фазы при получении первой информации изображения в первом положении, и второй информации изображения во втором положении, чтобы получить возможность получения информации для реконструкции фазоконтрастного изображения.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения устройство дополнительно содержит по меньшей мере два элемента детектора рентгеновского излучения, по меньшей мере две решетки разделителя пучка и по меньшей мере две решетки анализатора. По меньшей мере два элемента детектора рентгеновского излучения могут быть размещены смежно и могут быть разделены разделительным интервалом, возможно составляющим зазор между пикселями элемента детектора по меньшей мере двух элементов детектора, таким образом составляя область или зону, которая может быть не пригодна для получения информации изображения. Каждый по меньшей мере из двух элементов детектора рентгеновского излучения может содержать вектор нормали к поверхности в направлении источника рентгеновского излучения, и на разделительном интервале не может быть получена информация изображения.

При использовании по меньшей мере двух или более элементов детектора рентгеновского излучения, возможно также с использованием множества решеток разделителя пучка и решеток анализатора с соответствующей угловой ориентацией относительно друг друга, поле обзора детектора рентгеновского излучения, содержащего по меньшей мере два элемента детектора, может быть увеличено, например, увеличено более чем до 6 см. По меньшей мере две решетки разделителя пучка и по меньшей мере две решетки анализатора могут быть отдельными элементами или также могут быть размещены смежно и таким образом соединены друг с другом. Также возможно, чтобы одна из множества решеток разделителя пучка и решеток анализатора составляли бы объединенный элемент, возможно имеющий отдельные ориентации, параллельно по меньшей мере двум элементам детектора рентгеновского излучения с другим множеством решеток разделителя пучка и решеток анализатора, являющихся отдельными элементами, отделенными друг от друга и от соответствующей другой решетки, чтобы иметь возможность пошагового изменения фазы.

В частности вектор нормали к поверхности в центре каждого из элементов детектора рентгеновского излучения может рассматриваться как указывающий на точку фокусировки по меньшей мере в двумерной плоскости, параллельной щелям решетки.

Наиболее предпочтительно элемент детектора, решетка разделителя пучка и/или решетка анализатора могут быть предусмотрены как имеющие цилиндрическую форму или сферическую форму с источником рентгеновского излучения, размещаемым в фокусе, таким образом равноудаленным от поверхности элемента детектора рентгеновского излучения, решетки разделителя пучка и/или решетки анализатора.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения, размер по меньшей мере двух элементов детектора может по существу содержать поле обзора получаемого изображения.

Таким образом, при обеспечении детектора рентгеновского излучения по меньшей мере из двух смежно размещенных элементов детектора, каждый из которых имеет ширину, например, 6 см или менее, может быть получено изображение поля обзора, большего чем для единственного элемента детектора. Таким образом, может быть получено изображение, имеющее поле обзора, большее чем то, которое обычно оказывается возможным в связи с размерами отдельных элементов детектора.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения источник рентгеновского излучения может перемещаться вокруг исследуемого объекта, тогда как ориентация вектора нормали к поверхности по меньшей мере двух элементов детектора рентгеновского излучения в направлении источника рентгеновского излучения может сохраняться во время перемещения источника рентгеновского излучения.

Поддержание ориентации элементов детектора рентгеновского излучения в направлении источника рентгеновского излучения при перемещении источника рентгеновского излучения может обеспечить возможность получения фазоконтрастного изображения томографической реконструкции, имеющего поле обзора, большее чем единственный элемент детектора, например, большее чем 6 см, например, 12, 18, 20, 24 или 30 см. Ориентация вектора нормали к поверхности в направлении источника рентгеновского излучения может по меньшей мере быть поддержана в двумерной плоскости, перпендикулярной к щелям решетки, таким образом плоскости, параллельной вектору нормали к поверхности.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения по меньшей мере два элемента детектора рентгеновского излучения могут иметь возможность перемещения от первого положения и/или ориентации, чтобы получить первое фазоконтрастное изображение, ко второму положению и/или ориентации, чтобы получить второе фазоконтрастное изображение, и причем каждый из по меньшей мере двух первых элементов решетки и каждый из соответствующих других по меньшей мере из двух вторых элементов решетки могут быть перемещены друг относительно друга для того, чтобы предоставить первое состояние пошагового изменения фазы при получении первого фазоконтрастного изображения и второе состояние пошагового изменения фазы при получении второго фазоконтрастного изображения.

Кроме того, обеспечением перемещения на долю периода одной из двух решеток может быть обеспечено отличающееся состояние пошагового изменения фазы при получении первого фазоконтрастного изображения и второго фазоконтрастного изображения.

Каждый из элементов первой решетки связан с соответствующим элементом второй решетки для того, чтобы получить информацию для фазоконтрастного изображения.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения по меньшей мере два элемента детектора могут быть перемещены, наклонены и/или повернуты между получением двух различных фазоконтрастных изображений так, что потеря информации об изображении, которая не может быть получена в разделительном интервале, минимизирована, в частности, когда по меньшей мере два элемента детектора рентгеновского излучения могут быть перемещены, наклонены и/или повернуты во время получения фазоконтрастного изображения так, что каждый геометрический луч максимально попадает в неизбежные зазоры между элементами детектора.

Соответственно два элемента детектора могут перемещаться так, что каждый геометрический луч в последовательном числе получений фазоконтрастных изображений, используя отдельные состояния пошагового изменения фазы, совпадает только однократно, например для 4 или 8 отдельных этапов получения изображений с зазором по меньшей мере между двумя элементами детектора и разделительным интервалом соответственно. Иначе говоря, если требуется 8 измерений, имеющих различное состояние пошагового изменения фазы для каждого геометрического пучка, должны быть выполнены 9 различных измерений. Таким образом, когда выбираются n различных измерений, использующие различные состояния пошагового изменения фазы для соответствующего геометрического пучка, для каждого геометрического пучка по меньшей мере n-1 различных значений измерения могут быть получены для последующего определения фазоконтрастного изображения.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения устройство может дополнительно содержать решетку источника.

При обеспечении решетки источника между источником рентгеновского излучения и объектом на пути пучка рентгеновского излучения для фазоконтрастного отображения может быть использован некогерентный источник рентгеновского излучения или по меньшей мере частично некогерентный источник рентгеновского излучения.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом выполнения настоящего изобретения этапы b) и c) могут быть повторены заданное число раз, в частности повторены 8 раз, составляя цикл получения, причем каждый геометрический луч может совпасть с зазорами между ячейками максимально однократно во время цикла получения.

Используя соответствующий цикл получения, может быть обеспечено по существу однородное отношение сигнал-шум для полного полученного изображения.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными из рассматриваемых и поясняемых ниже вариантов выполнения.

Примерные варианты выполнения настоящего изобретения рассматриваются ниже в связи со следующими чертежами.

Представление на чертежах является схематичным. На различных чертежах подобным или одинаковым элементам соответствуют подобные или одинаковые ссылочные позиции.

Чертежи приведены не в масштабе, однако могут отображать качественные пропорции.

Краткое описание чертежей

Фиг.1a-c изображают примерный вариант выполнения устройства для фазоконтрастного формирования изображений в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - примерный вариант выполнения интерференционной картины в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3a, b - примерные фазоконтрастные изображения, полученные в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 - примерная видимость интерференционных полос в зависимости от положения вне оси для пикселя элемента детектора в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5a, b - примерные варианты выполнения томографической реконструкции в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6a, b - трехмерное и двумерное представление примерного варианта выполнения детектора рентгеновского излучения, содержащего множество элементов детектора в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.7a-d - примерное перемещение точки фокусировки относительно мозаичного детектора рентгеновского излучения в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.8 - примерный вариант выполнения способа получения информации фазоконтрастного изображения в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Далее в связи с фиг.1a-c рассматривается примерный вариант выполнения устройства для фазоконтрастного формирования изображений в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.1a показано трехмерное изображение примерного варианта выполнения устройства для фазоконтрастного формирования изображений. Довольно большой источник 2 рентгеновского излучения размещен смежно с решеткой 4 источника. Поскольку источник 2 рентгеновского излучения может рассматриваться как некогерентный из-за его размера относительно длины волны испускаемого излучения, решетка G₀ 4 источника используется для обеспечения множества отдельных когерентных источников рентгеновского излучения, как показано двумя стрелками на фиг.1b.

Рентгеновское излучение 5 испускается источником 2 рентгеновского излучения в направлении оптической оси 7, возможно образуя веерный пучок или конический пучок лучей рентгеновского излучения. Соответствующая форма пучка рентгеновского излучения не показана на фиг.1a.

Рентгеновское излучение 5 достигает объекта 6, проникая в объект 6, и затем поступает на решетку G₁ 8 разделителя пучка. Щели или зазоры решетки 8 разделителя пучка изменяют фазу проходящего электромагнитного излучения относительно сплошных областей решетки разделителя пучка, т.е. блокирующих областей. Соответственно осуществляется фазовый сдвиг на φ, в частности на π.

Решетка 10 G₂ анализатора размещается между решеткой G₁ 8 разделителя пучка и детектором 12 рентгеновского излучения. Расстояние между решеткой источника и решеткой 8 разделителя пучка обозначено как l, тогда как расстояние между решеткой 8 разделителя пучка и решеткой 10 анализатора обозначено как расстояние d. Множество волн, исходящих из решетки 8 G1 разделителя пучка в направлении детектора рентгеновского излучения, поступают на решетку 10 G₂ анализатора, производя при этом картину модуляции интенсивности (см. фиг.2) на поверхности детектора 12 рентгеновского излучения.

Путем сдвига решетки 8 разделителя пучка относительно решетки 10 анализатора, таким образом перемещая решетки относительно друг друга, в частности на долю периода p₁ или p₂ решетки, на детекторе 12 изображения может быть получено множество модуляций интенсивности, вызванных пошаговым изменением фазы, поскольку отдельные состояния пошагового изменения фазы, то есть ориентация G₁ относительно G2, различаются между отдельными пошаговыми изменениями фазы. Соответственно посредством множества муаровых картин может быть создано рентгеновское изображение исследуемого объекта. Расстояние 1 может быть порядка 50-150 см, и расстояние d может быть порядка 2-20 см, в зависимости от порядка Тальбота, выбранного для конструкции интерферометра.

На фиг.1с изображены примерные сечения решеток от G₀ до G₂. Решетки G₀ и G₂ могут в частности быть заполненными золотом (Au). Решетки G₁ и G₂ могут быть выполнены травлением материала на основе кремния для того, чтобы обеспечить щели решеток. Период p₀ решетки для решетки источника может составлять порядка 200 мкм и даже меньше, период p₁ решетки G1 может, например, составлять 4 мкм, и период p₂ решетки G2 может, например, составлять 2 мкм.

На фиг.2 изображен примерный вариант выполнения интерференционной картины в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 изображена интерференционная картина, создаваемая между решеткой G₁ 8 разделителя пучка и решеткой G₂ 10 анализатора, демонстрируя эффект самовоспроизведения сетки на характерных расстояниях d₁, d₂ и d₃ (эффект Тальбота). Относительные положения минимумов и максимумов могут зависеть, в частности, от фазового сдвига волнового фронта, падающего на решетку G₁ разделителя пучка. Значение d₁ может быть, в частности, порядка нескольких сантиметров. Если плоская монохроматическая волна падает на решетку разделителя пучка, которая вызывает фазовый сдвиг на φ, в частности, на π, интенсивность расщепляется на два главных дифракционных порядка, исключая нулевой порядок. Интерференционные эффекты приводят к эффекту самовоспроизведения волнового фронта, падающего на G₁, на дискретных расстояниях за G₁. Этот эффект обозначается как эффект Тальбота. Например, на расстоянии р1^2/8 лямбда модуляция фазы падающего волнового фронта, вызванного G₁, преобразуется в модуляцию интенсивности с удвоенной частотой. Решетка анализатора отбирает эти модуляции и позволяет измерить градиент фазы, производимый объектом на волновом фронте рентгеновского излучения посредством пошагового изменения фазы.

На фиг.3a, b изображены примерные фазоконтрастные изображения, полученные в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.3a примерные четыре изображения получены от объекта, содержащего отдельные пузырьки, пошаговым изменением фазы, использующим четыре шага изменения фазы и, таким образом, четыре отдельных состояния a-d пошагового изменения фазы. Расстояния x₁-x₄ относятся к перемещению сеток G₁ относительно G₂ для создания модуляции интенсивности. Полное перемещение от x₁-x₄ находится в пределах одного периода решетки G₂ (<2 мкм). Сетка поглотителя или сетка анализатора G₂ 10 сдвигается в направлении x параллельно плоскостям решетки. Различие фазы волнового фронта в двух положениях «1» и «2» может быть выделено из фазового сдвига φ₁-φ₂ измеренной модуляции интенсивности, например, для четырех положений выборки x₁-x₄ на фиг.3a.

На фиг.4 изображена примерная видимость интерференционных полос в зависимости от положения на оси пикселя элемента детектора в соответствии с настоящим изобретением.

Деградация видимости интерференционных полос как функция положения вне оси пикселей детектора может быть видна на фиг.4. Видимость интерференционных полос 0,5 или более может рассматриваться как предоставление разумного фазового контраста для формирования и обработки изображения. На фиг.4 предоставлены три функции, в зависимости от высоты H₂ структуры решетки для решетки G₂ (см. фиг.1с), причем предоставление более глубоких щелей в решетке, например, 35 мкм, приводит к большему уменьшению видимости вне оси по сравнению с более мелкой глубиной H₂ решетки, например, 15 мкм. Как можно видеть на фиг.4, двусторонняя коллимация должна быть меньше 6 см и, таким образом, Δx должен быть <3 см, тем самым, ограничивая пригодный для использования размер планарных детекторов при фазоконтрастном формировании изображений, таком как, например, дифференциальная фазоконтрастная маммография, приблизительно до 6 см.

На фиг.5a, b изображены примерные варианты выполнения томографической реконструкции в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.5a, b показаны два возможных варианта выполнения фазоконтрастной томографической реконструкции. На фиг.5a источник 2 рентгеновского излучения или точка 14 фокусировки перемещается при линейном перемещении 16 вокруг объекта 6, используя конический пучок рентгеновского излучения 5 для того, чтобы получить различные рентгеновские виды через объект 6.

Перемещение 16 по существу параллельно щелям решеток, используемых для фазоконтрастного формирования изображений, которые не показаны на фиг.5a, b.

Поскольку детектор 12 рентгеновского излучения имеет удлинение, перпендикулярное щелям решеток, например 6 см, перемещение при сканирующем перемещении детектора рентгеновского излучения через поле обзора (FOV) требуется для получения изображения рентгеновского излучения объекта 6, который может быть достаточно большим. Например, в случае маммографии может потребоваться поле обзора с характерными размерами 20×30 или 30×40 см².

На фиг.5a источник 2 рентгеновского излучения или точка 14 фокусировки могут рассматриваться как перемещаемые независимо от детектора 12 рентгеновского излучения, который только выполняет сканирующее перемещение по полю обзора, как изображено стрелкой на фиг.5a.

Дополнительный вариант выполнения можно видеть на фиг.5b. И источник 2 рентгеновского излучения/точка 14 фокусировки, и детектор 12 рентгеновского излучения могут, например, быть установлены на гентри для вращения вокруг оси 18 с последовательным вращением и источника 2 рентгеновского излучения, и детектора 12 рентгеновского излучения вокруг объекта 6. Соответствующее перемещение можно сравнить с регулярным перемещением в системе компьютерной томографии.

На фиг.5b рентгеновская трубка и детектор рентгеновского излучения, таким образом, вращаются одновременно вокруг объекта 6. Также дополнительное сканирующее перемещение поля обзора детектора 12 рентгеновского излучения в каждом отдельном положении сканирующего перемещения детектора рентгеновского излучения относительно поля обзора, пошаговое изменение фазы, должны быть осуществлены для того, чтобы получить фазоконтрастную информацию. Соответственно детектор 12 рентгеновского излучения может перемещаться по существу на длину его протяженности, то есть, например, на 6 см, последовательно обеспечивая сбор данных изображения при пошаговом изменении фазы, например, используя 4, 8 или 9 этапов изменения фазы, или может быть перемещен только на долю вышеупомянутых 6 см, например, на 1/4, 1/8 или 1/9 его протяженности в 6 см, с сопровождающим одновременным пошаговым изменением фазы для того, чтобы обеспечить отдельное состояние пошагового изменения фазы.

Чтобы осуществить пошаговое изменение фазы непрерывным образом, например, решетка G₁ может выполнить сканирующее перемещение по полю обзора несколько быстрее, чем оставшиеся элементы на скользящей консоли, например, дополнительным элементом поступательного перемещения на конструкции детектора/G₁/G₂. Иначе говоря, для каждого перемещения детектора 12 рентгеновского излучения, например решетка G₁ перемещается на то же самое расстояние или угол, в зависимости от линейного или вращательного движения, плюс дополнительное значение Δ для того, чтобы обеспечить дополнительное, новое состояние пошагового изменения фазы.

На фиг.6a, b показано трехмерное и двумерное изображение примерного варианта реализации детектора рентгеновского излучения, содержащего множество элементов детектора в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.6a изображен матричный детектор рентгеновского излучения, содержащий примерно пять элементов 12a-e детектора. Источник 2 рентгеновского излучения испускает конический пучок рентгеновского излучения 5, который в случае фиг.6a может рассматриваться как составляющий по существу желаемое поле обзора.

Зазоры 20 располагаются между отдельными элементами 12a-e детектора и могут составлять по порядку величины от 1 мм до 100 мкм. Обычная разрешающая способность и таким образом размер пикселя элемента детектора рентгеновского излучения может составлять при этом 50-250 мкм.

Коллимационные элементы, не показанные на фиг.6a, могут динамически коллимировать веерный пучок 5, чтобы по существу соответствовать области или текущему положению детектора 12 рентгеновского излучения.

На фиг.6b изображено двумерное изображение сечения по линиям A-A', показывающее только элементы 12b-d детектора. Зазоры 20 размещаются между детектором 12b и 12c также, как и между элементом 12c и 12d детектора. Вектор 22a, b, c нормали к поверхности размещается на каждой поверхности отдельного элемента 12b, c, d детектора рентгеновского излучения в направлении точки 2 фокусировки, возможно пересекая точку 2 фокусировки. Отдельные элементы 12b, c, d детектора повернуты друг к другу на углы α и β, которые, в частности, могут быть равными. Решетки G₁, G₂ и, возможно, G₀ не показаны на фиг.6a, b. Как можно видеть из фиг.6a, b, зазоры 20 между элементами 12a-e детектора размещены так, что информация для изображения не может быть получена в пределах зазоров.

На фиг.7a-d изображено примерное перемещение точки фокусировки относительно матричного детектора рентгеновского излучения в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.7a-7d точка 14 фокусировки/источник 2 рентгеновского излучения перемещается линейно для получения томографической реконструкции в соответствии с фиг.5a. Также возможно дополнительное вращение в соответствии с фиг.5b.

Детектор 12 рентгеновского излучения, содержащий отдельные элементы 12a, b, c детектора, наклонен так, чтобы векторы (22a, b, c) нормали к поверхности отдельных элементов 12a, b, c детектора рентгеновского излучения были бы ориентированы к источнику 2 рентгеновского излучения, в то время как источник 2 рентгеновского излучения выполняет поступательное или линейное перемещение. Между различными излучениями детектора 12 рентгеновского излучения, требуемыми для считывания фазы, детектор сдвигается, перемещается и/или наклоняется относительно точки 14 фокусировки, в частности с точкой 14 фокусировки как осью вращения или наклонной осью. Посредством соответствующего вращения или наклона можно достичь того, чтобы каждый геометрический луч совпадал только однократно во время общего получения данных с зазорами между ячейками. Соответствующее считывание фазы возможно для всей области детектора, в данном случае содержащей детекторы 12a, b, c с зазорами, последовательно не видимыми после считывания фазы в получаемом при этом изображении.

Сетки G₁, G₂ и, возможно, G₀ не показаны на фиг.7a-d, однако они требуются для дополнительного пошагового изменения фазы между отдельными съемками 7a, b, c, d данных для изображений, как рассмотрено ранее. Вращательное движение для томографической реконструкции в соответствии с фиг.5b также возможно.

На фиг.8 изображен примерный вариант выполнения способа для получения информации для фазоконтрастного изображения в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.8 показан способ 30 для получения информации для фазоконтрастного изображения, содержащий этапы получения 32 первой фазоконтрастной информации в первом состоянии пошагового изменения фазы, перемещения, наклона и/или вращения 34 элемента детектора рентгеновского излучения относительно по меньшей мере или объекта, или источника рентгеновского излучения, и перемещения решетки разделителя пучка и решетки анализатора относительно друг друга и получения 36 второй информации для фазоконтрастного изображения во втором состоянии пошагового изменения фазы. Этапы 34a, b и 36 могут быть повторены x раз, например, 8 раз, чтобы в общей сложности, например, 9 этапов получения данных с различными отдельными состояниями пошагового изменения фазы для образования полного цикла получения данных, в котором каждый геометрический луч совпадает не больше, чем один раз во время всего получения данных с зазорами между ячейками.

Перемещение элемента детектора рентгеновского излучения и перемещение решетки разделителя пучка относительно решетки анализатора может быть выполнено последовательно или одновременно.

Следует отметить, что термин «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и что выражение в единственном числе не исключает множественного числа. Кроме того, элементы, описанные в связи с различными вариантами выполнения, могут быть объединены.

Следует также отметить, что ссылочные позиции в пунктах формулы не должны рассматриваться как ограничение объема притязаний пунктов формулы.

Перечень ссылочных позиций

1 Устройство для фазоконтрастного формирования изображений

2 Источник рентгеновского излучения

4 Решетка G₀ источника

5 Рентгеновское излучение

6 Объект

7 Оптическая ось

8 Решетка разделителя пучка/фазовая решетка G₁

10 Решетка анализатора/поглощающая решетка G₂

12(a-e) Детектор (элемент) рентгеновского излучения

14 Точка фокусировки

16 Линейное перемещение

18 Вращение

20 Зазор

22a, b, c Вектор нормали к поверхности

30 Способ получения информации фазоконтрастного изображения

32 ЭТАП: Получение первой информации фазоконтрастного изображения

34a ЭТАП: Перемещение, наклон и/или вращение элемента детектора рентгеновского излучения

34b ЭТАП: Перемещение решетки разделителя пучка и решетки анализатора относительно друг друга

36 ЭТАП: Получение второй информации фазоконтрастного изображения

Изобретение относится к технологии получения рентгеновского изображения. Устройство для фазоконтрастного формирования изображений содержит источник рентгеновского излучения, элемент детектора рентгеновского излучения, первый и второй элементы решетки, причем объект может быть расположен между источником рентгеновского излучения и элементом детектора рентгеновского излучения, причем первый элемент решетки и второй элемент решетки могут быть расположены между источником рентгеновского излучения и элементом детектора рентгеновского излучения, а источник рентгеновского излучения, первый и второй элементы решетки и элемент детектора рентгеновского излучения соединены с возможностью получения фазоконтрастного изображения объекта, имеющего поле обзора, большее чем размер детектора. Элемент детектора рентгеновского излучения может перемещаться и выполнен с возможностью получения подобласти поля обзора. При этом когда элемент детектора рентгеновского излучения перемещается из первого положения для получения первой подобласти поля обзора ко второму положению для получения второй подобласти поля обзора, первый элемент решетки и второй элемент решетки перемещаются относительно друг друга на дополнительное значение Δ для обеспечения первого состояния пошагового изменения фазы в первом положении и второго состояния пошагового изменения фазы во втором положении. Рентгеновская система содержит устройство для фазоконтрастного формирования изображений. Способ получения информации фазоконтрастного изображения состоит в том, что получают первую информацию фазоконтрастного изображения в первом состоянии пошагового изменения фазы, перемещают, наклоняют и/или вращают элемент детектора рентгеновского излучения относительно по меньшей мере одного из объекта и источника рентгеновского излучения, перемещают первый элемент решетки и второй элемент решетки относительно друг друга на дополнительное значение Δ и получают вторую информацию фазоконтрастного изображения во втором состоянии пошагового изменения фазы. Устройство для фазоконтрастного формирования изображений применяют в одном из рентгеновской системы, системы CT и системы томографической реконструкции. Использование изобретения позволяет улучшить качественное и информационное содержание получаемых изображений. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство (1) для фазоконтрастного формирования изображений, содержащее
источник (2) рентгеновского излучения;
элемент (12) детектора рентгеновского излучения, имеющий некоторый размер детектора;
первый элемент (8, 10) решетки; и
второй элемент (8, 10) решетки;
причем объект (6) может быть расположен между источником (2) рентгеновского излучения и элементом (12) детектора рентгеновского излучения;
причем первый элемент (8, 10) решетки и второй элемент (8, 10) решетки могут быть расположены между источником (2) рентгеновского излучения и элементом (12) детектора рентгеновского излучения;
причем источник (2) рентгеновского излучения, первый элемент (8, 10) решетки, второй элемент (8, 10) решетки и элемент (12) детектора рентгеновского излучения соединены при функционировании так, что может быть получено фазоконтрастное изображение объекта (6);
причем устройство (1) выполнено с возможностью получения фазоконтрастного изображения, имеющего поле обзора, большее чем размер детектора;
причем элемент (12) детектора рентгеновского излучения может перемещаться; и
причем путем перемещения элемента (12) детектора рентгеновского излучения может быть получено фазоконтрастное изображение поля обзора,
причем элемент (12) детектора рентгеновского излучения выполнен с возможностью получения подобласти поля обзора; и
когда элемент (12) детектора рентгеновского излучения перемещается из первого положения для получения первой подобласти поля обзора ко второму положению для получения второй подобласти поля обзора, первый элемент (8, 10) решетки и второй элемент (8, 10) решетки перемещаются относительно друг друга на дополнительное значение Δ для обеспечения первого состояния пошагового изменения фазы в первом положении и второго состояния пошагового изменения фазы во втором положении.

2. Устройство по п.1,
причем перемещение элемента (12) детектора рентгеновского излучения содержит вращение вокруг по меньшей мере одного из источника (2) рентгеновского излучения и фокального пятна источника (2) рентгеновского излучения.

3. Устройство по одному из предшествующих пунктов,
причем первый элемент решетки и второй элемент решетки представляют собой одно из решетки (8) разделителя пучка и решетки (10) анализатора;
причем первый элемент (8, 10) решетки и второй элемент (8, 10) решетки могут перемещаться относительно друг друга для обеспечения пошагового изменения фазы; и/или
причем первый элемент (8, 10) решетки и второй элемент (8, 10) решетки размещены параллельно друг другу и элементу (12) детектора рентгеновского излучения.

4. Устройство по п.1,
причем источник (2) рентгеновского излучения может перемещаться относительно первого элемента (8, 10) решетки, второго элемента (8, 10) решетки и/или элемента (12) детектора рентгеновского излучения.

5. Устройство по п.1,
причем источник (2) рентгеновского излучения, первый элемент (8, 10) решетки, второй элемент (8, 10) решетки и элемент (12) детектора рентгеновского излучения могут вращаться вокруг объекта (6).

6. Устройство по одному из пп.4 или 5, в котором по меньшей мере один из первого элемента (8, 10) решетки и второго элемента (8, 10) решетки содержит щелевую структуру;
причем щелевая структура содержит первое расширение, параллельное щелевой структуре и щелям соответственно; и
причем перемещение источника рентгеновского излучения параллельно первому расширению.

7. Устройство по п.1, дополнительно содержащее
по меньшей мере два элемента (12a-e) детектора рентгеновского излучения;
по меньшей мере два первых элемента (8, 10) решетки; и
по меньшей мере два вторых элемента (8, 10) решетки;
причем по меньшей мере два элемента (12a-e) детектора рентгеновского излучения размещены смежно;
причем по меньшей мере два элемента (12a-e) детектора рентгеновского излучения разделены разделительным интервалом;
причем каждый из по меньшей мере двух элементов (12a-e) детектора рентгеновского излучения содержит вектор (22a-c) нормали к поверхности в направлении источника (2) рентгеновского излучения; и
причем в разделительном интервале не может быть получена информация изображения.

8. Устройство по п.7, в котором источник (2) рентгеновского излучения может перемещаться вокруг объекта (6); и
причем ориентация вектора (22a-c) нормали к поверхности по меньшей мере двух элементов (12a-e) детектора рентгеновского излучения в направлении источника (2) рентгеновского излучения сохраняется во время перемещения источника (2) рентгеновского излучения.

9. Устройство по одному из пп.7 или 8, в котором по меньшей мере два элемента (12a-e) детектора рентгеновского излучения могут перемещаться из первого положения и/или ориентации для получения первого фазоконтрастного изображения ко второму положению и/или ориентации для получения второго фазоконтрастного изображения, и
причем каждый из по меньшей мере двух первых элементов (8, 10) решетки и каждый из соответствующих других по меньшей мере двух вторых элементов (8, 10) решетки перемещаются относительно друг друга для обеспечения первого состояния пошагового изменения фазы при получении первого фазоконтрастного изображения и второго состояния пошагового изменения фазы при получении второго фазоконтрастного изображения.

10. Устройство по одному из пп.7-8,
причем по меньшей мере два элемента (12a-e) детектора рентгеновского излучения перемещаются, наклоняются и/или вращаются между получением двух различных фазоконтрастных изображений так, что минимизирована информация изображения, которая не может быть получена в разделительном интервале, в частности при этом по меньшей мере два элемента (12a-e) детектора рентгеновского излучения перемещаются, наклоняются и/или вращаются во время получения фазоконтрастного изображения так, что каждый геометрический луч совпадает с разделительным интервалом максимум однократно.

11. Рентгеновская система, содержащая устройство (1) для фазоконтрастного формирования изображений по меньшей мере по одному из предшествующих пунктов.

12. Способ получения информации (30) фазоконтрастного изображения, в котором
a) получают (32) первую информацию фазоконтрастного изображения в первом состоянии пошагового изменения фазы;
b) перемещают, наклоняют и/или вращают (34a) элемент детектора рентгеновского излучения относительно по меньшей мере одного из объекта и источника рентгеновского излучения и перемещают (34b) первый элемент (8, 10) решетки и второй элемент (8, 10) решетки относительно друг друга на дополнительное значение Δ; и
c) получают (36) вторую информацию фазоконтрастного изображения во втором состоянии пошагового изменения фазы.

13. Способ по п.12,
причем этапы b) и c) повторяются заданное число раз, в частности повторяются 8 раз, составляя цикл получения информации; и
причем каждый геометрический луч совпадает с зазорами между ячейками не больше только одного раза во время цикла получения информации.

14. Применение устройства (1) для фазоконтрастного формирования изображений по меньшей мере по одному из пп.1-10 в одной из рентгеновской системы, системы CT и системы томографической реконструкции.