ФОРМИРОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ФАЗОВО-КОНТРАСТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ПЛАСТИНАМИ ФОКУСИРУЮЩИХ СТРУКТУР ПРЕЛОМЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G21K1/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к формированию рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений, в частности, к устройству преломления для формирования рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений, устройству поглощения формирования рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений, детекторному устройству рентгенографической системы для формирования фазово-контрастных изображений, устройству получения рентгеновских изображений и системе формирования рентгеновских изображений для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений, а также способу для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений и элементу компьютерной программы, и машинно-читаемому носителю.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для того чтобы усилить контрастность образцов с низким поглощением по сравнению с традиционными амплитудно-контрастными изображениями, например, применяется формирование дифференциальных фазово-контрастных изображений. В WO 2004/071298 A1, обеспечено устройство для формирования фазово-контрастных рентгеновских изображений, в котором вдоль оптического пути обеспечены некогерентный рентгеновский источник, дифракционная решетка источника, фазовая дифракционная решетка, анализаторная дифракционная решетка и детектор изображений. В настоящее время, интерференционная картина, формируемая фазовой дифракционной решеткой, которая также упоминается как дифракционная решетка G1, в местоположении анализаторной решетки, которая также упоминается как дифракционная решетка G2, зондируется посредством технологии ступенчатого изменения фазы с анализаторной дифракционной решеткой, типично поглощающей 50% излучения, которое уже прошло через исследуемый объект. Это последнее обстоятельство является особенно проблематичным в применениях формирования медицинских изображений, где наибольшая возможная доля пропускаемого излучения через пациента должна детектироваться и осуществлять вклад в сигнал изображения в детекторе.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поглощение 50% излучения означает весьма низкую эффективность дозы в отношении фактической дозы, предоставляемой на детектор и, таким образом, дозы, которая фактически используется для информации в графической форме.

Поэтому, есть необходимость обеспечить формирование дифференциальных фазово-контрастных изображений с улучшенной эффективностью дозы.

Цель настоящего изобретения решается предметом независимых пунктов формулы изобретения, при этом дополнительные варианты осуществления включены в зависимые пункты формулы изобретения.

Следует отметить, что описанные ниже аспекты изобретения также распространяются, где применимо, на устройство преломления, устройство поглощения, детекторное устройство, устройство получения рентгеновских изображений, систему формирования рентгеновских изображений, способ, а также элемент компьютерной программы и машиночитаемый носитель.

Согласно примерному варианту осуществления изобретения, устройство преломления для формирования рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений оснащено структурой преломления. Структура преломления содержит первое множество первых участков и второе множество вторых участков. Первые участки обеспечены для изменения фазы и/или амплитуды рентгеновского излучения, а вторые участки прозрачны для рентгеновского излучения. Первые и вторые участки скомпонованы периодически так, что в поперечном сечении обеспечивается структура преломления с профилем, выполненным так, что вторые участки обеспечены в форме пазообразных выемок, сформированных между первыми участками, обеспеченными в качестве выступов. Соседние выступы формируют соответственные боковые поверхности, частично огораживающие соответственные выемки, выполненные в промежутке. Боковые поверхности каждой выемки имеют меняющееся расстояние по глубине выемки.

Согласно примерному варианту осуществления, каждый период структуры преломления приспособлен для функционирования в качестве структуры микролинз, фокусирующей рентгеновское излучение, так чтобы максимумы интенсивности получались на отдалении от структуры микролинз.

Согласно примерному варианту осуществления, профиль интенсивности воспроизводится на первый раз на расстоянии менее чем 1/16 расстояния Тальбота: p^∧2/8/лямбда, где p - поперечный период структуры преломления, а лямбда - длина волны рентгеновского излучения.

Согласно примерному варианту осуществления, профиль структуры преломления обеспечен в качестве параболического профиля фазы.

Согласно примерному варианту осуществления, профиль структуры преломления обеспечен с дискретизированной формой.

Согласно примерному варианту осуществления, обеспечено устройство преломления для формирования рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений, содержащее структуру поглощения с третьим множество третьих участков и четвертым множеством четвертых участков. Третьи участки являются непроницаемыми для рентгеновского излучения, а четвертые участки прозрачны для рентгеновского излучения. Кроме того, третьи и четвертые участки скомпонованы периодически, так что в поперечном сечении структура поглощения обеспечена профилем поглощения, в котором третьи участки обеспечены в качестве выступов поглощения, частично огораживающих прозрачные для рентгеновского излучения заполнения в качестве четвертых участков в промежутке. Каждое из прозрачных заполнений имеет более широкое поперечное сечение, чем выступы поглощения.

Согласно примерному варианту осуществления, обеспечено детекторное устройство рентгенографической системы для формирования фазово-контрастных изображений объекта, содержащее фазовую дифракционную решетку, анализаторную дифракционную решетку и детектор с датчиком, приспособленным регистрировать отклонения интенсивности рентгеновского излучения. Фазовая дифракционная решетка обеспечена в качестве устройства преломления согласно одному из вышеупомянутых примерных вариантов осуществления. Анализаторная дифракционная решетка обеспечена в качестве устройства поглощения согласно описанному выше примерному варианту осуществления. Фазовая дифракционная решетка и/или анализаторная дифракционная решетка приспособлены подвергаться ступенчатому изменению смещения некоторым образом, перпендикулярным структуре преломления.

Согласно примерному варианту осуществления, устройство получения рентгеновских изображений для формирования фазово-контрастных изображений объекта оснащено рентгеновским источником, фазовой дифракционной решеткой, анализаторной дифракционной решеткой и детектором. Рентгеновский источник вырабатывает рентгеновское излучение, а устройство получения рентгеновских изображений приспособлено обеспечивать рентгеновский пучок достаточной когерентностью, так что интерференция может наблюдаться в местоположении анализаторной дифракционной решетки. Фазовая дифракционная решетка, анализаторная дифракционная решетка и детектор обеспечены в качестве детекторного устройства согласно описанному выше примерному варианту осуществления.

Согласно примерному варианту осуществления, обеспечена система формирования рентгеновских изображений для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений, содержащая устройство получения рентгеновских изображений для формирования фазово-контрастных изображений объекта согласно описанным выше примерным вариантам осуществления, блок обработки и интерфейсный блок. Блок обработки приспособлен для управления рентгеновским источником, а также ступенчатого изменения фазы анализаторной дифракционной решетки и/или фазовой дифракционной решетки. Интерфейсный блок приспособлен предоставлять детектированные необработанные данные изображения в блок обработки.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, обеспечен способ для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений, содержащий этапы:

a) применения по меньшей мере частично когерентного рентгеновского излучения к интересующему объекту;

b) применения рентгеновского излучения, проходящего объект, к фазовой дифракционной решетке, рекомбинирующей расщепленные пучки в плоскости анализатора;

c) применения рекомбинированных пучков к анализаторной дифракционной решетке, скомпонованной в плоскости анализатора; и

d) регистрации необработанных данных изображения датчиком наряду со ступенчатым изменением смещения анализаторной дифракционной решетки или фазовой дифракционной решетки с многочисленными ступенями с размером ступени не больше чем p/(n∗k); при этом p - шаг анализаторной или фазовой дифракционной решетки; и при этом k является большим чем 1, например k=2 или k=3.

Фазовая анализаторная решетка на этапе b) является устройством преломления согласно одному из описанных выше примерных вариантов осуществления. Анализаторная дифракционная решетка на этапе d) является устройством поглощения согласно описанному выше примерному варианту осуществления. Кроме того, n - обратная величина скважности анализаторной дифракционной решетки, при этом скважность является отношением рентгеновского излучения, задержанного анализаторной дифракционной решеткой, к суммарному рентгеновскому излучению, попадающему на анализаторную дифракционную решетку.

В качестве сущности изобретения может пониматься обеспечение устройства преломления в качестве фазовой дифракционной решетки со структурой преломления, выполненной так, что эффекты преломления происходят на полном поперечном сечении пучка. Как следствие этой структуры преломления согласно изобретению, каждый период устройства преломления функционирует в качестве фокусирующего устройства. Благодаря эффекту фокусирования, скважность устройства поглощения, то есть анализаторной дифракционной решетки, может значительно уменьшаться, так что поглощается меньше рентгеновского излучения, и больше рентгеновского излучения может прикладываться к детектору. Таким образом, обеспечивается улучшенная эффективность дозы.

Эти и другие аспекты изобретения поясняются со ссылкой на варианты осуществления, описанные в дальнейшем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Примерные варианты осуществления изобретения будут описаны в последующем со ссылкой на следующие чертежи.

Фиг. 1 схематично иллюстрирует систему формирования рентгеновских изображений согласно изобретению.

Фиг. 2 иллюстрирует устройство получения рентгеновских изображений в схематичной установке с детекторным устройством согласно изобретению.

Фиг. 3 схематично показывает вариант устройства преломления согласно изобретению.

Фиг. 4 показывает дополнительный вариант осуществления устройства преломления согласно изобретению.

Фиг. 5 показывает дополнительный вариант осуществления устройства преломления согласно изобретению.

Фиг. 6-11 показывают дополнительные примерные варианты осуществления устройства преломления согласно изобретению.

Фиг. 12-14 показывают дополнительные примерные варианты осуществления устройства преломления согласно изобретению.

Фиг. 15-17 показывают дополнительные примерные варианты осуществления устройства преломления согласно изобретению.

Фиг. 18 показывает примерный вариант осуществления устройства поглощения согласно изобретению.

Фиг. 19 показывает дополнительный примерный вариант осуществления устройства поглощения согласно изобретению.

Фиг. 20 показывает основные этапы варианта осуществления способа согласно изобретению.

Фиг. 21-23 показывают дополнительные аспекты примерных вариантов осуществления изобретения.

Фиг. 24-26 показывают дополнительные аспекты дополнительных примерных вариантов осуществления согласно изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 схематично показана система 10 формирования рентгеновских изображений для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений. Система 10 формирования рентгеновских изображений содержит устройство 12 получения рентгеновских изображений для формирования фазово-контрастных изображений объекта согласно одному из вариантов осуществления или аспектов, описанных ниже. Система 10 формирования рентгеновских изображений дополнительно оснащена блоком 14 обработки и интерфейсным блоком 16, из которых последний дополнительно не показан. Устройство 12 получения рентгеновских изображений содержит рентгеновский источник 18 и детектор 20, который обеспечен в качестве детекторного устройства согласно вариантам осуществления, описанным ниже, например, со ссылкой на фиг. 2. Как можно видеть, для того чтобы принимать субъекта, который должен подвергаться исследованию, скомпонован стол 22. Рентгеновский источник 18 и детекторное устройство 20 установлены на устройстве C-образной консоли, так что стол может быть размещен между рентгеновским источником 18 и детекторным устройством 20, так что объект может помещаться между рентгеновским источником и детектором.

Устройство 24 C-образной консоли обеспечено так, что возможно перемещение устройства 12 получения рентгеновских изображений вокруг пациента, чтобы иметь возможность адаптировать направление обзора. Кроме того, обеспечено основание 26, на котором установлен стол 22. Основание 26 расположено, например, на полу помещения для исследований. В качестве примера, блок 14 обработки и интерфейсный блок 16 обеспечены в пределах основания 26. Кроме того, устройство 28 отображения размещено вблизи стола 22, чтобы предоставлять информацию пользователю, например, хирургу. Интерфейсный блок 30 выполнен с возможностью дополнительного управления системой.

Субъект, например, пациент, дополнительно не показанный на фиг. 1, может быть расположен между источником рентгеновского излучения и детекторным устройством 20 во время процедуры облучения. Детектор посылает данные в блок 14 обработки через интерфейсный блок 16, чтобы предоставлять детектированные необработанные данные изображения в блок обработки. Конечно, блок 14 обработки и интерфейсный блок 16 могут быть расположены в других местоположениях, например, в другом лабораторном помещении или диспетчерской.

Кроме того, следует отметить, что показанный пример является устройством получения рентгеновских изображений так называемого C-типа. Разумеется, могут быть обеспечены другие устройства получения рентгеновских изображений, например, системы CT и стационарные системы с неподвижными или подвижными рентгеновским источником и детекторными устройствами. Также могут быть обеспечены подвижные рентгеновские устройства. Например, система для маммографии может быть обеспечена согласно изобретению, например, системы, где пациент стоит во время исследования, или системы, в которых пациент лежит на столе для исследований.

Со ссылкой на фиг. 2 далее будет описано вышеупомянутое детекторное устройство 20. Детекторное устройство 20 содержит фазовую дифракционную решетку 22 и анализаторную дифракционную решетку 24. Кроме того, обеспечен детектор 26 с датчиком, приспособленным для регистрации отклонений интенсивности рентгеновского излучения.

Фазовая дифракционная решетка 22 обеспечена в качестве устройства 28 преломления согласно одному из вариантов осуществления, описанных со ссылкой на фиг. 30-17. Анализаторная дифракционная решетка 24 обеспечена в качестве устройства 30 поглощения согласно одному из вариантов осуществления, описанных со ссылкой на фиг. 18 и 19.

Как уже указано выше, детекторное устройство 20 является частью устройства 12 получения рентгеновских изображений. Устройство получения рентгеновских изображений показано с рентгеновским источником 18 и дифракционной решеткой 38 источника вместе с детекторным устройством 20. Кроме того, схематично указан объект 34.

Рентгеновский источник 18 вырабатывает рентгеновский пучок 36 полихроматического спектра рентгеновского излучения. Для того чтобы придать достаточную когерентность рентгеновскому пучку, приложенному к объекту, дифракционная решетка 32 источника соответственно выполнена с соответствующей структурой дифракционной решетки. Как следствие, интерференция может наблюдаться в местоположении анализаторной дифракционной решетки 24. Таким образом, рентгеновский пучок 36 проходит дифракционную решетку 32 источника и затем предоставляется в качестве адаптированного рентгеновского пучка 38.

Согласно примеру, устройство получения рентгеновских излучений содержит дифракционную решетку 32 источника, приспособленную расщеплять рентгеновское излучение рентгеновского источника, вырабатывающего по меньшей мере частично когерентное рентгеновское излучение; при этом дифракционная решетка источника обеспечена с шагом дифракционной решетки источника; и при этом отношение шага дифракционной решетки источника к шагу анализаторной дифракционной решетки равно отношению расстояния между дифракционной решеткой источника и фазовой дифракционной решеткой к расстоянию между фазовой дифракционной решеткой и анализаторной дифракционной решеткой.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, хотя и не показано дополнительно, дифракционная решетка источника может быть опущена, и рентгеновский источник адаптирован, чтобы обеспечивать достаточно когерентное рентгеновское излучение, так что интерференция может наблюдаться в местоположении анализаторной дифракционной решетки, например, посредством синхротронных или микрофокусных рентгеновских трубок.

На фиг. 2 показано, что источник 18, дифракционная решетка 32 источника, фазовая дифракционная решетка 22 и анализаторная дифракционная решетка 24, а также детектор 26 размещены вдоль оптического пути. Детектор, таким образом, регистрирует информацию изображения объекта 34, информация изображения схематично указана ссылочной позицией 40.

Согласно аспекту изобретения, анализаторная дифракционная решетка и фазовая дифракционная решетка размещены так, что структура 42 преломления выровнена со структурой 162 поглощения.

Со ссылкой на фиг. 3 и следующие чертежи, устройство 28 преломления согласно изобретению будет описано в нескольких примерных вариантах осуществления.

Устройство 28 преломления для формирования рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений содержит структуру 42 преломления с первым множеством 44 первых участков 46 и вторым множеством 48 вторых участков 50.

Первые участки обеспечены для изменения фазы и/или амплитуды рентгеновского излучения, схематично проиллюстрированного некоторым количеством параллельных стрелок 52. Вторые участки 50 прозрачны для рентгеновского излучения.

Вообще, согласно настоящему изобретению, термин «прозрачный для рентгеновского излучения» может включать в себя ослабление рентгеновского излучения меньше 40%, предпочтительно меньше 20%. В частности, обеспечивается ослабление менее чем на 10%.

Кроме того, вообще, для того чтобы обеспечивать изменение фазы и/или амплитуды рентгеновского излучения, первые участки имеют ослабление рентгеновского излучение, которое больше, чем ослабление рентгеновского излучения вторых участков.

Кроме того, со ссылкой на фиг. 3 и следующие чертежи, первый и вторые участки 46, 50 участки размещены периодически, так что в поперечном сечении структура преломления обеспечена профилем, выполненным так, что вторые участки 50 обеспечены в виде пазообразных выемок 54, сформированных между первыми участками 46, обеспеченными в качестве выступов 56. Соседние выступы, таким образом, формируют соответствующие боковые поверхности 58, частично огораживающие соответствующие выемки 54, выполненные между ними. Кроме того, боковые поверхности 58 каждой выемки 54 имеют меняющееся расстояние по глубине выемки 54. Меняющееся расстояние также указано ссылочной позицией 60 и буквой W, глубина выемки указана ссылочной позицией 62 и буквой D.

Согласно аспекту изобретения, устройство преломления является фазовым устройством преломления, также упоминаемым как фазовая дифракционная решетка, несмотря на наличие структуры преломления, отличающейся от фазовой дифракционной решетки с параллельными полосами и щелями. Согласно дополнительному аспекту изобретения, устройство преломления приспособлено для фокусирования или коллимирования и концентрации интенсивности рентгеновского излучения.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, эффект преломления структуры преломления содержит рефракцию и дифракцию.

Согласно дополнительному аспекту, выемки и выступы обеспечены перемежающимся образом.

Согласно дополнительному аспекту, каждый выступ имеет меняющуюся ширину W_P по высоте выступа 56. Это указано на фиг. 3 первой шириной W_P1 выступа в верхней области выступа 56 и второй шириной W_P2 выступа в нижнем сечении выступа 56, при этом термины «верхний» и «нижний» относятся к ориентации чтения фиг. 3.

Согласно дополнительному аспекту, выемки 54 каждая имеет уменьшающуюся ширину вдоль своей глубины. Это указано на фиг. 3 первой шириной W_R1 выемки в верхней области выемки 54 и второй шириной W_R2 выемки в нижнем сечении выемки 54. Другими словами, выемки шире на стороне своего проема, чем на своей нижней стороне или закрытой стороне (также см. фиг. 4 и другие). Следует отметить, что термин «сторона проема» выемки относится к компоновке, показанной на фиг. 3 и следующих, где сторона проема относится к входу направленного излучения 52 в выемку.

Нижняя сторона размещена ниже по потоку в направлении рентгеновского излучения, например, дальше от рентгеновского источника.

Согласно дополнительному аспекту, каждый из выступов имеет увеличивающуюся ширину вдоль своей высоты в направлении излучения, то есть сверху вниз, то есть они шире у своего основания и уже на своем противоположном краю, который обращен к рентгеновскому источнику.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, первые и вторые участки 56 и 50 выполнены рядом, как показано на фиг. 3, в перпендикулярной компоновке относительно рентгеновского излучения 52.

Структура устройства 28 преломления показана в поперечном разрезе на фиг. 3. Это также имеет место для фиг. 4-17 и фиг. 18 и 19 в отношении устройства 24 поглощения.

Согласно дополнительному аспекту, показанному на фиг. 4, первые участки 46 соединены общим первым участком 64, так что формируется первая непрерывная поверхность 66.

Согласно дополнительному аспекту, первая поверхность 66 обеспечена в качестве фазного профиля.

Периодическая компоновка первых и вторых участков показана с периодичностью p, указанной ссылочной позицией 68.

Согласно дополнительному аспекту, показанному на фиг. 5, выемки 54 имеют увеличивающуюся ширину в направлении рентгеновского излучения 52, то есть выступы 56 шире на своем краю или конце, обращенном к рентгеновскому излучению, и уже на другом краю, например, где выемки соединяются в общий первый участок 64.

Явным образом упомянуто, что обеспечение первых и вторых участков 46, 50 рядом, как показано на фиг. 3, и обеспечение первого и второго участков 46, 50, когда первые участки 46 присоединены к общему первому участку 64, как на фиг. 4, могут быть скомбинированы с одним или более из следующих аспектов, описанных со ссылкой на следующие фигуры.

Согласно дополнительному аспекту (не показан), выемки скомпонованы линейно в плоскости, перпендикулярной направлению рентгеновского излучения.

Согласно дополнительному аспекту, выемки скомпонованы параллельно друг другу в криволинейной схеме (не показана).

Выемки также могут быть скомпонованы в качестве параллельных форм волны.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, каждый период P структуры преломления приспособлен для функционирования в качестве структуры 70 микролинз, фокусирующей рентгеновское излучение, так чтобы максимумы интенсивности получались на отдалении от структуры 70 микролинз.

Это будет дополнительно пояснено, например, со ссылкой на фиг. 21 и следующие. Пример для структуры 70 микролинз показан на фиг. 6. Однако структуры, показанные на фиг. 3-5, также могут быть приспособлены для функционирования в качестве структуры микролинз.

Согласно дополнительному аспекту, максимумы интенсивности тоньше, чем первые участки, что будет дополнительно пояснено ниже.

Согласно дополнительному аспекту, структура 42 преломления обеспечена для функционирования в качестве матрицы микролинз.

Например, структура преломления обеспечена в качестве дифракционной структуры, фокусирующей рентгеновское излучение.

Согласно примеру, показанному на фиг. 6, профиль структуры 42 преломления обеспечен в качестве параболического фазного профиля 72.

Согласно примерному варианту осуществления, показанному на фиг. 7, профиль структуры 42 преломления обеспечен в качестве синусоидального профиля 74.

Профиль структуры 42 преломления также может быть обеспечен в качестве сферического профиля 76, как показано на фиг. 8, и дополнительного сферического профиля 78, как показано на фиг. 9.

Примеры, показанные на фиг. 8 и 9, указывают матрицу сферических элементов, скомпонованных рядом друг с другом смежным образом. На фиг. 8 сферические, то есть полукруглые поперечные сечения, прикреплены к общей пластине основы, таким образом формируя V-образные вторые участки 80 между полукуполообразными первыми участками 82.

Форма профиля по фиг. 9 содержит разновидность противоположной структуры, а именно закругленные U-образные вторые участки между сформированными с острой кромкой первыми участками 86. Профиль, показанный на фиг. 9, например, может быть обеспечен посредством формирования полукупольных выемок в пластине основы, которые оставляют общие соединительные сечения 88 для соединения первых участков 86.

Однако, разумеется, разные отклонения от описанных выше кривых или профилей возможны и дополнительно не описаны.

Кроме того, комбинации сечений разной формы также возможны.

Согласно дополнительному аспекту, структуры микролинз снабжены параболическим, синусоидальным и/или сферическим фазовым профилем.

Согласно дополнительному аспекту, профиль структуры 42 преломления обеспечен с дискретизированной формой 90, для которой пример показан на фиг. 10.

Как можно видеть, дискретизированная форма может быть обеспечена в качестве ступенчатого профиля со ступенчатыми сечениями.

Например, каждый период обеспечен с по меньшей мере двумя ступеньками.

Каждый период может быть обеспечен с восемью ступеньками, шестнадцатью ступеньками или другим целочисленным множеством ступенек.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, первые участки 46 снабжены множеством 92 форм выступов, при этом разные формы выступов скомпонованы в периодически повторяющемся порядке. Например, как показано на фиг. 11, обеспечены первая форма 94 выступа и вторая форма 96 выступа, причем эти формы выступа скомпонованы периодически с периодичностью P₂ фазовой дифракционной решетки 98.

Согласно дополнительному аспекту, профиль структуры 42 преломления обеспечен в качестве множества криволинейных сегментов 100 профиля, при этом сегменты 100 сформированы отворачиванием криволинейных сегментов на π или целочисленную кратную π величину, например 2π или 4π. Это будет пояснено со ссылкой на фиг. 12-14.

Фиг. 12 показывает фазовый профиль 102 синусоидальной формы. Фазовый профиль 102 может быть подразделен на первый сегмент 104 профиля и второй сегмент 106 профиля, которые отделены друг от друга первой разделительной линией 108.

Фиг. 13 показывает первый пример профиля 110 с криволинейными сегментами профиля. Кривая 110 содержит вторые сегменты 106 перемежающимся образом с первыми сегментами 104. Как можно видеть, при просмотре кривой слева, кривая начинается с второго сегмента 106, а затем сопровождается первой переходной частью 112, которая указывает отворачивание (или сворачивание назад) криволинейных сегментов, то есть первых криволинейных сегментов 104, на π или целочисленную кратную π величину. Кривая затем показывает первый сегмент 104 и вторую переходную часть 114, сопровождаемые дополнительным вторым сегментом 106, и так далее.

Отворачивание дает преимущество, что большие расстояния от пика до пика кривой могут обеспечиваться с более тонкой структурой поперечного сечения.

Например, профиль структуры 42 преломления обеспечен в качестве множества параболических, синусоидальных и/или сферических сегментов профиля.

Например, профиль структуры 42 преломления содержит части поверхности выпуклой и вогнутой формы между первыми и вторыми участками, как показано на фиг. 13 и 14.

На фиг. 14 структура 42 преломления обеспечена третьим профилем 116, содержащим первые криволинейные сегменты 118, вторые криволинейные сегменты 120, первый промежуточный криволинейный сегмент 122 между первым сегментом 118 и вторым сегментом 120. Между вторым сегментом 120 и следующим первым сегментом 118 обеспечен второй промежуточный сегмент 124. Формы первого, второго и двух промежуточных сегментов являются результатом деления синусоидального профиля на три сегмента, как указано парой вторых разделительных линий 126, 128 на фиг. 12. Синусоидальный профиль, показанный в качестве примера, разделен на первый сегмент 118, второй сегмент 120 и первый промежуточный сегмент 122, а также второй промежуточный сегмент 124.

Как указано ссылочной позицией 130, кривая, показанная на фиг. 12, а также кривая, показанная на фиг. 13, показывает периодичность p.

Кривая на фиг. 13 является перемежающимся повторением первого и второго сегментов 104, 106. Кроме того, формы выступов по фиг. 14 скомпонованы в порядке, который повторяется вокруг множества зеркальных осей, которые скомпонованы периодически на оптической оси структуры линз. Например, выемка, сформированная вторыми сегментами 120, в результате, имеет в своем центре первую оптическую ось, которая повторяется всякий раз, когда обеспечивается второй сегмент 120. Как можно видеть, оптические оси указаны пунктирной линией 132. Как можно дополнительно видеть, компоновка или схема разных криволинейных сегментов профиля на фиг. 14 показывает порядок повторения, основанный на зеркальном отображении вокруг оптической оси 132.

Согласно примеру (не показан), для микрофокусных трубок, обеспечены реальные двухмерные матрицы линз или цилиндрические линзы.

Согласно дополнительному примеру (не показан), профиль структуры преломления продолжается в направлении, пересекающем поперечное сечение неизменным образом.

Например, структура преломления содержит цилиндрические линзы.

Согласно альтернативному примеру (не показан), профиль структуры преломления продолжается в направлении, пересекающем поперечное сечение периодически модифицированным образом, например, с подобной модификацией, как у поперечного сечения.

Например, структура преломления имеет двумерный линзовый или фокусирующий эффект.

Фиг. 15-17 показывают дополнительные примеры ступенчатых криволинейных фазовых профилей структуры 42 преломления.

Например, кривая 102 по фиг. 12 может быть обеспечена в качестве ступенчатого профиля 134, показанного на фиг. 15. Первые участки 46 скомпонованы ступенчатым профилем с первой ступенькой 136 и второй ступенькой, размещенными между верхней частью и нижней частью, то есть между пиковым сегментом 140, расположенным по направлению к рентгеновскому источнику, и, в рентгеновском излучении ниже по потоку, нижним сегментом 142.

Таким образом, например, синусоидальный профиль 102 по фиг. 12, заменен дискретизированной формой по фиг. 15.

Фиг. 16 показывает дополнительную ступенчатую фазовую кривую 144, в которой первые участки 46 снабжены двумя разными формами выступов. При рассмотрении фиг. 16 слева, первая форма 146 выступа снабжена первой ступенькой 148 между нижней частью и верхней частью. Первая форма выступа замещает второй сегмент 106 по фиг. 13.

Первая форма 146 выступа сопровождается второй формой 150 выступа, который содержит нижнюю часть 152, скомпонованную между верхними частями 154, таким образом, заменяя или представляя дискретизированный или ступенчатый вариант первого сегмента 104 по фиг. 13.

Профиль 144, в таком случае, показывает дополнительное повторение первой части 146 профиля, сопровождаемой дополнительной второй частью 150 профиля.

Что касается одного периода 130, профиль показывает восемь разных сечений с отклонениями толщины материала. Например, материал может иметь четыре разных толщины.

Фиг. 17 показывает дополнительные профили 156 ступенчатой или дискретизированной формы, представляющие вариант с более мелкими ступеньками кривой, показанной на фиг. 14. Первая форма 158 выступа сопровождается второй формой 160 выступа, сопровождаемой первой формой 158 выступа, и так далее.

Как указано на фиг. 17, формы 158, 160 выступа имеют две ступеньки между самой нижней и верхней частью (первую форму 158 выступа) или три ступеньки между верхней и нижней частями (вторую форму 160 выступа). Таким образом, что касается одного периода структуры 130, обеспечено шестнадцать разных сечений с восемью уровнями толщины материала, давая в результате более мелкозернистый профиль структуры преломления.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, устройство 24 поглощения для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений, как показано на фиг. 18, содержит структуру 162 поглощения с третьим множеством 164 третьих участков 166 и четвертым множеством 168 четвертых участков 170. Третьи участки 166 являются непроницаемыми для рентгеновского излучения, а четвертые участки 170 прозрачны для рентгеновского излучения.

Что касается термина «прозрачный для рентгеновского излучения», его определение приведено выше. Термин «непроницаемый для рентгеновского излучения» может соответствовать коэффициенту ослабления рентгеновского излучения больше 70%, предпочтительно больше 90%.

Согласно дополнительному аспекту, третьи и четвертые участки 166, 170 скомпонованы периодически, так что в поперечном сечении структура 162 поглощения снабжена профилем поглощения, в котором третьи участки 166 обеспечены в качестве выступов 172 поглощения, частично огораживающих прозрачные для рентгеновского излучения заполнения 174 в качестве четвертых участков 170 в промежутке.

Периодическая компоновка показана буквой p_A, указанной ссылочной позицией 176.

Прозрачные заполнения 170 имеют, каждое, более широкое поперечное сечение, чем выступы поглощения, при этом поперечное сечение прозрачных заполнений 170 указано буквой W_T и ссылочной позицией 178, а поперечное сечение выступов 172 поглощения указано буквой W_O и ссылочной позицией 180.

Четыре участка 170, таким образом, каждый, имеют более широкое поперечное сечение, чем третьи участки.

Например, устройство 24 поглощения упоминается как анализаторная дифракционная решетка.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, структура поглощения может быть структурой дифракционной решетки с полосками (штрихами) и промежутками, скомпонованными перемежающимся образом, при этом полоски обеспечены в качестве третьих участков, и при этом промежутки обеспечены в качестве четвертых участков.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, на одном шаге, отношение площади поглощения к прозрачной для рентгеновского излучения площади является меньшим, чем 1:1, предпочтительно меньшим, чем 1:4, например, 1:8. Конечно, другое целое число или также дробные числа диапазона отношений, меньшие, чем 1:1, тоже возможны.

Отношение рентгеновского излучения, попадающего в анализаторную дифракционную решетку, к величине рентгеновского излучения, проходящего через анализаторную дифракционную решетку, и таким образом, способного попадать на детектор, является важным параметром. Обратная величина, то есть, поглощаемая величина, также называется скважностью анализаторной дифракционной решетки. Скважность анализаторной дифракционной решетки во многих случаях меньше 50%, предпочтительно меньше 30% или, например, меньше 20%.

Со ссылкой на фиг. 18, устройство 24 поглощения показано в качестве компоновки перемежающихся третьих и четвертых участков 166, 170. Третьи участки 166 могут быть обеспечены в качестве полос, а четвертые участки 170 могут быть обеспечены в качестве открытых промежутков между ними.

Согласно пятому аспекту, четвертые участки 170 также могут быть обеспечены в качестве компоновок заполнений, то есть со структурой заполнения.

Согласно дополнительному примеру, показанному на фиг. 19, структура поглощения снабжена массивной структурой 182, в которой сформированы пазообразные выемки 184, заполненные поглощающим материалом 187 наполнения, так что заполненные выемки формируют третьи участки 166, скомпонованные в качестве третьего множества 164. Участки массивной структуры 182 между двумя смежными выемками представляют четвертые участки, скомпонованные в качестве четвертого множества 168.

Показано, что выемки 184 должны быть полностью заполнены материалом 186 наполнения. Конечно, они также могут быть заполнены всего лишь частично.

Показанная глубина выемок показывает только схематичную компоновку. Выемки также могут быть скомпонованы с меньшей глубиной и с разным соотношением, относящимся к глубине и ширине.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, третьи участки 166 обеспечены в базовой структуре, так что базовая структура обеспечена в качестве прозрачного для рентгеновского излучения материала, а третьи участки обеспечены в качестве непроницаемого для рентгеновского излучения материала. Другими словами, в этом примере, третьи участки установлены или прикреплены к несущей основе, при этом части между смежными или соседними третьими участками представляют четвертые участки, через которые рентгеновское излучение может проходить без существенного поглощения. В областях третьих участков рентгеновское излучение поглощается.

Фиг. 20 показывает основные этапы способа 400 для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений, содержащего следующие этапы. На первом этапе 410 приложения, по меньшей мере частично когерентное рентгеновское излучение 412 прикладывается к интересующему объекту. На втором этапе 414 приложения, рентгеновское излучение, проходящее объект, прикладывается к фазовой дифракционной решетке, которая рекомбинирует 416 расщепленные пучки в плоскости анализатора. На третьем этапе 418 приложения, рекомбинированные пучки прикладываются к анализаторной дифракционной решетке, размещенной в плоскости анализатора. Кроме того, на этапе 420 регистрации, необработанные данные изображения регистрируются датчиком наряду с поперечным ступенчатым изменением 422 смещения анализаторной дифракционной решетки или фазовой дифракционной решетки с многочисленными ступенями с размером ступени не больше p/(n∗k), при этом p - шаг анализаторной или фазовой дифракционной решетки, k является большим чем 1, например k=2 или k=3.

Например, согласно изобретению, отправной точкой является ширина максимумов, сформированных дифракционной решеткой преломления в местоположении анализаторной дифракционной решетки. Эта величина, главным образом, определяется «фокусирующей способностью» матрицы линз. Как только доля ширины максимумов интенсивности по отношению к расстоянию между смежными максимумами известна, может выводиться конструкция анализаторной дифракционной решетки. Анализатор должен иметь такую же периодичность, как интерференционная картина, а скважность анализатора должна быть около скважности интерференционных максимумов. Анализатор, в таком случае, должен осуществлять выборку каждого максимума интенсивности по меньшей мере 4 раза. Это означает, что, если 1/n является скважностью максимумов интенсивности, минимальное количество требуемых ступеней должно иметь значение n∗k, при этом k является большим чем 1, например предпочтительно k=2 или k=3.

Согласно изобретению, фазовая дифракционная решетка на втором этапе 414 приложения является устройством 22 преломления согласно одному из описанных выше примерных вариантов осуществления или аспектов. Анализаторная дифракционная решетка на этапе 420 регистрации является устройством 24 преломления согласно одному из описанных выше примерных вариантов осуществления или аспектов.

Кроме того, 1/n - отношение площади поглощения к шагу анализаторной дифракционной решетки.

Первый этап 410 приложения также упоминается как этап a), второй этап 414 приложения как этап b), третий этап 418 приложения как этап c), и этап 420 регистрации как этап d).

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления (не показан), на этапе d) ступенчатое изменение смещения обеспечивается способом частичного перекрытия, то есть каждая следующая ступень частично перекрывает положение предыдущей ступени.

Перекрытие может обеспечиваться по меньшей мере с 30%, предпочтительно, более чем 50%. Конечно, с увеличением перекрытия, количество ступеней на этапе 420 регистрации для ступенчатого изменения 422 смещения увеличивается.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления (не показан), этап a) содержит приложение рентгеновского излучения традиционного рентгеновского источника к дифракционной решетке источника, расщепляющей излучение, при этом формируется когерентное рентгеновское излучение или по меньшей мере частично когерентное рентгеновское излучение.

Например, когерентное излучение при прохождении через дифракционную решетку преломления формирует интерференционную картину рентгеновского излучения, содержащую интерференционные максимумы с заданной шириной. Точная дислокация максимумов интенсивности, обусловленных изменениями фазы, запечатленными объектом, может измеряться с использованием технологии ступенчатого изменения фазы. Во время ступенчатого изменения фазы, дифракционная решетка преломления или анализаторная дифракционная решетка подвергаются ступенчатому изменению смещения в перпендикулярном направлении относительно друг друга наряду с тем, что интенсивность рентгеновского излучения регистрируется на всех пикселях детектора. Количество требуемых ступеней определяется величиной фокусировки пластины микролинз устройства преломления. Чем тоньше максимум, тем меньше соответствующие непроницаемые для рентгеновского излучения структуры на анализаторной дифракционной решетке и лучше полезность дозы.

Например, имеется геометрическое соответствие между структурами двух дифракционных решеток, скважностями и геометрией всей установки.

Согласно аспекту изобретения, расстояние от дифракционной решетки преломления до анализаторной дифракционной решетки определяется фокусным расстоянием структуры преломления, например, структуры линз.

Согласно аспекту изобретения, шаг дифракционной решетки источника подчиняется следующим геометрическим соотношениям: Отношение шага дифракционной решетки источника (P_SG) к шагу анализаторной дифракционной решетки (P_AG) равно отношению расстояния между дифракционной решеткой источника и фазовой дифракционной решеткой (D_SG-PG) к фокусному расстоянию (f₁) структуры преломления; при этом фокусное расстояние равно расстоянию между дифракционной решеткой преломления и анализаторной решеткой преломления. Другими словами:

P_SG/P_AG=D_SG-PG/f₁.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, расстояние Тальбота заменено фокусным расстоянием структуры преломления, например, фокусным расстоянием структуры линз.

Однако количество требуемых скачков фазы увеличивается с более тонким максимумом интенсивности, так как каждый максимум должен подвергаться выборке, например, по меньшей мере 4 раза во время ступенчатого изменения смещения. Для максимума в половину полной ширины порядка p/n с n в качестве целого числа размер ступеньки, таким образом, должен быть не больше чем p/(n∗k), при этом k больше чем 1, например k=2 или k=3.

В последующем, дополнительные аспекты будут описаны со ссылкой на фиг. 21-26. Структурные принципы и функциональные эффекты и соответственно достижимые результаты, описанные в последующем, также применимы к одному из описанных выше примерных вариантов осуществления или аспектов и примеров.

В качестве главного аспекта изобретения, посредством предоставления устройства преломления в качестве фазовой дифракционной решетки, которая обеспечивает фокусировку или собирание рентгеновского излучения, так что на расстоянии от устройства преломления получаются максимумы интенсивности, можно обеспечить устройство поглощения, которое имеет скважность менее чем 50%. Как следствие, достигается доля детектирования суммарного потока рентгеновского излучения, пропущенного объектом, более 50%, при этом предоставляется сравнительная или улучшенная информация, как имело бы место для циклического поглощения 50% с подходом дифракционной решетки, в котором фазовая дифракционная решетка снабжена параллельными полосками и промежутками. Как следствие, настоящее изобретение использует гораздо большую долю потока, пропущенного исследуемым объектом, чем осуществимо в большинстве случаев. Нижний предел для скважности устройства поглощения, или дифракционной решетки поглощения, определяется только эффективностью фокусировки дифрагированных матриц, например, микролинз, которая вновь зависит главным образом от точности изготовления таких структур.

В дифференциальных фазово-контрастных системах в режиме жесткого рентгеновского излучения (от 10 до 100 килоэлектрон-вольт), эффект Тальбота используется, чтобы визуализировать изменения фазы, запечатленные объектом в волновом фронте рентгеновского излучения. Для того чтобы извлечь пользу из коротких геометрий системы, фазовая дифракционная решетка со структурой полос и промежутков имеет прямоугольный фазовый профиль, так что прямоугольный профиль интенсивности воспроизводится в первый раз на 1/16 расстояния Тальбота 2(шаг фазовой дифракционной решетки)^∧2/лямбда. Прямоугольная фазовая дифракционная решетка должна иметь интерференционные полосы такие же широкие, как стенки (фазовая дифракционная решетка должна иметь скважность 1/2), чтобы поддерживать прямоугольный профиль в положении дифракционной решетки G2 поглощения. Таким образом, скважность у G2 также должна иметь значение 1/2, чтобы получать максимум видимости во время ступенчатого изменения смещения интерференционных полос. Типично, шаг Р₁ фазовой дифракционной решетки G1 имеет порядок микрометров, на около четырех порядков величины больший, чем длина волны рентгеновского излучения. Таким образом, дифракционные эффекты происходят главным образом на границах интерференционных полос.

В противоположность этому, настоящее изобретение, например, обеспечивает синусоидальные или параболические фазовые объекты, которые могут использоваться с тем результатом, что дифракционный эффект будет происходить на всем поперечном сечении пучка. Важное следствие этого состоит в том, что каждый период фазовой дифракционной решетки или устройства преломления будет функционировать в качестве небольшой цилиндрической микролинзы в простейшем случае и фокусировать излучение, падающее в пределах полосы шириной P₁, в определенной фокусной точке, на некотором расстоянии f ниже по потоку от объекта. Благодаря действию фокусирования, скважность дифракционной решетки поглощения, то есть устройства поглощения, может значительно уменьшаться, так что полная ширина на половине максимума (FWHM) интенсивности в фокусе приблизительно совпадает с шириной, например, золотых канавок в кремнии, как описано на фиг. 18 и 19.

На фиг. 21-23 показаны разные таблицы, в которых горизонтальная ось 212 описывает поперечный размер, например, в микрометрах.

На фиг. 21 предполагаются три разных структуры преломления, обозначенные как a), b) и c) над соответствующими столбцами, также показывающими, что фиг. 22 и фиг. 23 тоже относится к соответствующей структуре устройства преломления. Другими словами, фиг. 21-23 могут читаться как крупноформатная таблица, содержащая три строки, а именно, фиг. 21, фиг. 22 и фиг. 23, и три столбца, а именно, столбец a), столбец b) и столбец c).

Чертежи в первой строке, то есть на фиг. 21, указывают фазу 214 рентгеновского излучения на вертикальной оси. Фиг. 22 указывает расстояние распространения, например, в миллиметрах, начиная с верхней части, указанной значением 0. Кроме того, фиг. 23 показывает интенсивность 218 рентгеновского излучения на своей вертикальной оси.

На фиг. 21 a), показан первый волновой фазовый профиль 220, который подобен показанному на фиг. 12 с геометрической точки зрения. Фиг. 21 b) показывает дополнительный волновой фазовый профиль 222, также см. фиг. 13. Кроме того, фиг. 21 c) показывает еще один дополнительный волновой фазовый профиль 224.

Волновые фазовые профили 220, 222 и 224 показаны в качестве синусоидальных фазовых объектов с разными фазовыми сдвигами от пика к пику, π (профиль 220), 2π (профиль 222) и 4π (профиль 224).

Фиг. 22 a) показывает первую интенсивность 226 распространяющейся волны, фиг. 22 b) показывает вторую интенсивность 228 распространяющейся волны, и фиг. 22 c) показывает третью интенсивность 230 распространяющейся волны. В каждой из иллюстраций интенсивности распространяющейся волны, шкала 232, скомпонованная по правую сторону от соответствующей интенсивности распространяющейся волны, указывает значение интенсивности для соответствующей шкалы качества.

Посредством сравнения соответствующих интенсивностей 226, 228 и 230 распространяющейся волны, можно видеть эффекты уменьшения фокусного расстояния с увеличением амплитуды.

Согласно дополнительному аспекту, структура преломления адаптирована, чтобы обеспечивать профиль интенсивности распространяющейся волны на соответствующих фокусных расстояниях, причем профиль интенсивности волны показывает основную часть кривой вокруг базового уровня в качестве базовых частей 240 и периодические пики, выступающие из базового уровня, в качестве пиковых частей 242; и при этом, отношение геометрической длины пиковых частей к базовым частям на одном периоде является меньшим, чем 1.

Например, фиг. 23 иллюстрирует первый профиль 234 интенсивности распространяющейся волны на фиг. 23 a), второй профиль 236 интенсивности распространяющейся волны на фиг. 23 b) и третий профиль 238 интенсивности распространяющейся волны на фиг. 23 c). Как можно видеть, профили 234, 236, 238 интенсивностей распространяющейся волны показывают основную часть кривой вокруг базового уровня в качестве базовых частей 240 и периодические пики, выступающие из базового уровня, в качестве пиковых частей 242. Отношение геометрической длины пиковых частей и базовых частей на одном периоде, указанное ссылочной позицией 244 и буквой P, является меньшим, чем 1:1, то есть меньшим, чем 1. Например, отношение пиковых частей к базовым частям имеет значение не более 1:2, предпочтительно 1:4 или менее, например, 1:8.

Профили интенсивности распространяемой волны на фиг. 23 и 26 соответствуют долям, меньшим, чем 1/16, 1/32 и 1/64 расстояния Тальбота.

В качестве аспекта изобретения, структура 42 преломления согласно изобретению приспособлена давать фазовый профиль распространяемой волны, например, с синусоидальной формой.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, профиль интенсивности, например, показанный на фиг. 23, воспроизводится в первый раз на расстоянии меньше, чем 1/16 расстояния Тальбота. Профиль интенсивности, например, воспроизводится на 1/20 расстояния Тальбота или менее.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, интерферометрия Тальбота-Лау не является строго применимой.

Например, чтобы добиваться выравнивания интерференций одиночных линейных источников, например, дифракционной решетки источника, должно быть удовлетворено p₀=р₂×l/f, в котором f - фокусное расстояние или фокусная длина структуры линз или матрицы линз.

Согласно дополнительному аспекту, первые участки снабжены такой формой, что реализуется фазовый профиль пропускаемой волны с полными амплитудами π или целочисленной кратной π величиной, например 2π или 4π. Фазовый профиль пропускаемой волны может иметь амплитуду синусоидальной фазовой модуляции. Например, чем выше эта амплитуда, тем круче запечатленный фазовый профиль и лучше эффект фокусирования.

Со ссылкой на фиг. 22-23 можно видеть, что чем выше амплитуда модуляций фазовой пластины G1, то есть устройства 28 преломления, тем меньше фокусное расстояние пластины по мере того, как возрастает кривизна соответствующих фазовых объектов.

Как можно видеть из фиг. 23, профиль интенсивности распространяющейся волны имеет меньшее значение, то есть меньшее количество участков с максимумом по сравнению с участками с более низкими значениями интенсивности 218 рентгеновского излучения. Таким образом, структура поглощения, которая должна быть обеспечена в качестве дифракционной решетки поглощения, то есть анализаторной дифракционной решетки, должна иметь меньшую площадь, покрытую поглощающим материалом, таким образом, позволяя более высокому проценту рентгеновского излучения, попадающего на соответствующую структуру, проходить насквозь, чтобы регистрироваться детектором. Как следствие, более высокая величина рентгеновского излучения, которая уже прошла через объект, может использоваться для регистрации и формирования графической информации. Например, такое улучшенное использование рентгеновского излучения является особенно важным при исследовании пациентов при формировании медицинских рентгеновских изображений.

На фиг. 24-26 две дополнительных структуры преломления показаны со своими фазовыми профилями распространяемой волны на фиг. 24, интенсивностью распространяемой волны на фиг. 25 и профилем интенсивности распространяемой волны на фиг. 26. Фигуры скомпонованы подобно крупноформатной таблице, показывая три строки в двух столбцах. Строки указаны фиг. 24 для первой строки, фиг. 25 для второй строки и фиг. 26 для третьей строки. Столбцы указываются буквой d) для первого столбца, буквой e) для второго столбца, в дополнение к фиг. 21-23 со столбцами a)-c).

На фиг. 24 показан четвертый волновой фазовый профиль 246, а пятый волновой фазовый профиль 248 показан на фиг. 24 e). Волновой фазовый профиль 246 демонстрирует подобие структуре, показанной на фиг. 16, а волновой фазовый профиль 248 демонстрирует подобие структуре, показанной на фиг. 17, и таким образом, дополнительно не описаны.

На фиг. 25 d) показан четвертый профиль 250 интенсивности распространяемой волны, а пятая интенсивность 252 распространяемой волны показана на фиг. 25 e).

Соответственно, фиг. 26 d) показывает четвертый профиль 254 интенсивности распространяемой волны, и фиг. 26 e) показывает пятый профиль 256 интенсивности распространяемой волны. Профили 254, 256 интенсивности распространяемой волны также показывают базовые части 240 и пиковые части 242.

Хотя фазовые профили 246, 248 распространяющейся волны показаны в виде дискретизированного профиля, результирующий профиль распространяемой волны на фокусном расстоянии показывает небольшие части с пиками и большие части с низкими значениями. Таким образом, может быть обеспечения структура поглощения, чтобы регистрировать соответствующие профили интенсивности распространяющейся волны во время ступенчатого изменения фазы, причем структуры поглощения должны иметь лишь более низкую долю, чтобы быть поглощающими рентгеновское излучение, тогда как большая часть структуры может быть прозрачной для рентгеновского излучения. Таким образом, в соответствии с исследованиями для фиг. 21-23, также дискретизированные или ступенчатые профили приводят к подобным результатам.

Поскольку в микроконструировании синусоидальных профилей или параболических профилей, энергии, рассматриваемые, например, для формирования медицинских изображений, представляют собой проблематичный фактор, предоставление дискретизированных структур преломления с дискретизированной формой по высоте, означает, с одной стороны, не настолько совершенное фокусирование, но с другой стороны, более легкий процесс изготовления. Поэтому, примеры, показанные на фиг. 24-26, с матрицей дискретизированных фокусирующих линз для различных степеней дискретизации, тем не менее, показывают улучшенный результат по сравнению с анализаторной дифракционной решеткой со скважностью 50%.

Термин «степень дискретизации» относится к количеству разных глубин материалов, которые могут быть реализованы для каждого шага или периода фазового объекта.

Например, столбец d) на фиг. 24-26 показывает восемь разных сечений с четырьмя возможными уровнями толщины материала, тогда как столбец e) показывает 16 разных сечений с восемью возможными уровнями толщин материалов.

Иллюстрации показывают полный размах дискретизированной с шагом 2π формы синусоидальной фазовой модуляции. Профили интенсивности на фиг. 26 показывают интенсивность в долях, меньших, чем 1/16 и 132 расстояния Тальбота.

Вообще, по тонкой ширине максимумов интенсивности, показанных на фиг. 23 и 26, можно видеть, что скважность структуры поглощения, или анализаторной дифракционной решетки, может быть значительно уменьшена, таким образом, приводя к сильно улучшенной полезности дозы по сравнению с традиционной геометрией, где около 50% излучения, пропускаемого объектом, не осуществляет вклада в сигнал.

Настоящее изобретение, например, может использоваться для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений вообще, будь то компьютерная томография, рентгенография или маммография. То обстоятельство, что, согласно изобретению, формирование фазово-контрастных изображений осуществимо с улучшенной эффективностью дозы, не компрометируя чувствительность по фазе, делает настоящее изобретение в особенности применимым для медицинских применений, использующих эту технологию.

В еще одном примерном варианте осуществления настоящего изобретения (не показан) предусмотрены компьютерная программа или элемент компьютерной программы, адаптированный для выполнения этапов способа согласно одному из предыдущих вариантов осуществления в надлежащей системе.

Элемент компьютерной программы может храниться в компьютерном блоке, который также может быть частью варианта осуществления настоящего изобретения. Этот вычислительный блок может быть приспособлен для выполнения или побуждения выполнения этапов способа, описанного выше. Более того, он может быть приспособлен управлять компонентами описанного выше устройства. Вычислительный блок может быть приспособлен работать автоматически и/или выполнять команды пользователя. Компьютерная программа может загружаться в рабочую память процессора данных. Процессор данных, таким образом, может быть оборудован для выполнения способа по изобретению.

Этот примерный вариант осуществления изобретения покрывает как компьютерную программу, которая прямо с начала использует изобретение, так и компьютерную программу, которая посредством обновления, превращает существующую программу в программу, которая использует изобретение.

Кроме того, элемент компьютерной программы может обеспечивать все необходимые этапы для выполнения процедуры примерного варианта осуществления способа, который описан выше.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления настоящего изобретения (не показан), представлен машиночитаемый носитель, такой как CD-ROM (ПЗУ на компакт-диске), при этом, машиночитаемый носитель имеет элемент компьютерной программы, сохраненный на нем и описанный в предыдущем разделе.

Компьютерная программа может храниться и/или распространяться на подходящем носителе, таком как оптический запоминающий носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе или как часть других аппаратных средств, но также может распространяться в других формах, например, через сеть Интернет или другие системы проводной или беспроводной дальней связи.

Однако компьютерная программа также может передаваться по сети, подобной Всемирной паутине, и может загружаться в рабочую память процессора данных из такой сети. Согласно дополнительному примерному варианту осуществления настоящего изобретения, обеспечен носитель для обеспечения возможности загрузки элемента компьютерной программы, выполненного с возможностью осуществления способа согласно одному из описанных ранее вариантов осуществления изобретения.

Варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на разные объекты. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения типа способа, тогда как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения типа устройства. Однако специалист в данной области техники сделает вывод из вышеприведенного и последующего описания, что, если не указано иное, в дополнение к любой комбинации признаков, принадлежащих к одному типу объекта, любая комбинация признаков, относящихся к разным объектам, также считается раскрытой в настоящей заявке. Однако все признаки могут комбинироваться, давая синергетические эффекты, которые являются большими, чем простое суммирование признаков.

В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множественности. Одиночный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, изложенных в формуле изобретения. Простое обстоятельство, что определенные критерии перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что комбинация этих критериев не может быть использована с выгодой.

Изобретение относится к средствам формирования рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений, в частности к устройству преломления для формирования рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений. Заявленное устройство содержит структуру (41) преломления с первым множеством (44) первых участков (46) для изменения фазы и/или амплитуды рентгеновского излучения и вторым множеством (48) вторых участков (50), прозрачных для рентгеновского излучения. Первые и вторые участки скомпонованы периодически, так что в поперечном сечении структура преломления обеспечена профилем, выполненным так, что вторые участки скомпонованы в виде пазообразных выемок (54) между первыми участками, обеспеченными в качестве выступов (56). Соседние выступы формируют соответствующие боковые поверхности (58), частично огораживающие соответствующие выемки, скомпонованные в промежутке. Боковые поверхности каждой выемки имеют меняющееся расстояние (60) по глубине (62) выемки. Техническим результатом является повышение эффективности дозы. 7 н. и 7 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Устройство (28) преломления для формирования рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений, содержащее структуру (41) преломления с
- первым множеством (44) первых участков (46) и
- вторым множеством (48) вторых участков (50);
при этом первые участки обеспечены для изменения фазы и/или амплитуды рентгеновского излучения, и при этом вторые участки прозрачны для рентгеновского излучения;
при этом первые и вторые участки скомпонованы периодически, так что в поперечном сечении структура преломления обеспечена профилем, выполненным так, что вторые участки обеспечены в форме пазообразных выемок (54), сформированных между первыми участками, обеспеченными в качестве выступов (56);
при этом соседние выступы формируют соответствующие боковые поверхности (58), частично огораживающие соответствующие выемки, расположенные в промежутке;
при этом боковые поверхности каждой выемки имеют меняющееся расстояние (60) по глубине (62) выемки.

2. Устройство преломления по п.1, в котором каждый период структуры преломления приспособлен для функционирования в качестве структуры (70) микролинз, фокусирующей рентгеновское излучение, так что максимумы интенсивности получаются на расстоянии от структуры микролинз.

3. Устройство преломления по п.1 или 2, в котором профиль интенсивности воспроизводится для первого раза на расстоянии менее чем 1/16 расстояния Тальбота 2(шаг устройства преломления)^2/лямбда.

4. Устройство преломления по п.1, в котором профиль структуры преломления обеспечен в качестве параболического профиля (72) фазы.

5. Устройство преломления по п.1, в котором профиль структуры преломления обеспечен в качестве дискретизированной формы (90).

6. Устройство преломления по п.1, в котором первые участки снабжены множеством форм выступов, при этом разные формы выступов скомпонованы в периодически повторяющемся порядке.

7. Устройство преломления по п.1, в котором профиль структуры преломления обеспечен в качестве множества криволинейных сегментов (100) профиля, при этом сегменты сформированы отворачиванием криволинейных сегментов на π или целочисленную кратную π величину, например 2π или 4π.

8. Устройство (24) поглощения для формирования рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений, содержащее структуру (162) поглощения с
третьим множеством (164) третьих участков (166) и
четвертым множеством (168) четвертых участков (170);
при этом третьи участки не проницаемы для рентгеновского излучения, и при этом четвертые участки прозрачны для рентгеновского излучения;
при этом третьи и четвертые участки скомпонованы периодически, так что в поперечном сечении структура поглощения обеспечена профилем поглощения, в котором третьи участки обеспечены в качестве выступов (172) поглощения, частично огораживающих прозрачные для рентгеновского излучения заполнения (174) в качестве четвертых участков в промежутке;
при этом прозрачные заполнения, каждое, имеют более широкое поперечное сечение (178), чем ширина (180) выступов поглощения.

9. Детекторная компоновка (20) рентгенографической системы для формирования фазово-контрастных изображений объекта, содержащая:
- фазовую дифракционную решетку (22);
- анализаторную дифракционную решетку (24) и
- детектор (26) с датчиком, приспособленным регистрировать отклонения интенсивности рентгеновского излучения;
при этом фазовая дифракционная решетка обеспечена в качестве устройства (28) преломления по одному из пп.1-7;
при этом анализаторная дифракционная решетка обеспечена в качестве устройства (30) поглощения по п.8; и
при этом фазовая дифракционная решетка и/или анализаторная дифракционная решетка выполнены ступенчатыми поперечно структуре преломления.

10. Устройство (12) получения рентгеновских изображений для формирования фазово-контрастных изображений объекта с
- рентгеновским источником (18);
- фазовой дифракционной решеткой;
- анализаторной дифракционной решеткой и
- детектором (26);
при этом рентгеновский источник вырабатывает рентгеновское излучение;
при этом устройство получения рентгеновских изображений приспособлено обеспечивать рентгеновский пучок с достаточной когерентностью, так что интерференция может наблюдаться в местоположении анализаторной дифракционной решетки; и
при этом фазовая дифракционная решетка, анализаторная дифракционная решетка и детектор обеспечены в качестве детекторного устройства (20) по п.9.

11. Устройство получения рентгеновских изображений по п.10, содержащее:
- дифракционную решетку (32) источника;
при этом дифракционная решетка источника приспособлена расщеплять рентгеновское излучение рентгеновского источника, вырабатывающего по меньшей мере частично когерентное рентгеновское излучение;
при этом дифракционная решетка источника обеспечена шагом дифракционной решетки источника; и
при этом отношение шага дифракционной решетки источника к шагу анализаторной дифракционной решетки равно отношению расстояния между дифракционной решеткой источника и фазовой дифракционной решеткой к расстоянию между фазовой дифракционной решеткой и анализаторной дифракционной решеткой.

12. Система (10) формирования рентгеновских изображений для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений, содержащая:
- устройство (12) получения рентгеновских изображений для формирования фазово-контрастных изображений объекта по п.10 или 11;
- блок (14) обработки и
- интерфейсный блок (16);
при этом блок обработки приспособлен для управления рентгеновским источником, а также ступенчатого изменения фазы анализаторной дифракционной решетки и/или фазовой дифракционной решетки; и
при этом интерфейсный блок приспособлен предоставлять детектированные необработанные данные изображения в блок обработки.

13. Способ (400) для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений, содержащий этапы, на которых:
a) прикладывают (410) по меньшей мере частично когерентное рентгеновское излучение (412) к интересующему объекту;
b) прикладывают (414) рентгеновское излучение, проходящее объект, к фазовой дифракционной решетке, рекомбинирующей (416) расщепленные пучки в плоскости анализатора;
c) прикладывают (418) рекомбинированные пучки к анализаторной дифракционной решетке, размещенной в плоскости анализатора;
d) регистрируют (420) необработанные данные изображения датчиком наряду с поперечным ступенчатым изменением (422) анализаторной дифракционной решетки или фазовой дифракционной решетки многочисленными ступенями с размером ступени не больше чем p/(n*k);
при этом фазовая дифракционная решетка на этапе b) является устройством преломления по одному из пп.1-8;
при этом анализаторная дифракционная решетка на этапе d) является устройством поглощения по п.9, и
при этом 1/n - отношение площади поглощения к шагу анализаторной дифракционной решетки;
при этом p - шаг анализаторной или фазовой дифракционной решетки; и при этом k является большим чем 1.

14. Машиночитаемый носитель, содержащий сохраненный на нем элемент компьютерной программы для управления устройством по любому из пп.1-12, который, при исполнении его блоком обработки, приспособлен выполнять этапы способа по п.13.