УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ФАЗОКОНТРАСТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ С ПОДВИЖНОЙ РЕШЕТКОЙ(АМИ) Российский патент 2018 года по МПК A61B6/03 A61B6/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к получению дифференциального фазоконтрастного изображения (dPCI). В частности, изобретение относится к устройству и способу получения рентгеновского дифференциального фазоконтрастного изображения и получению рентгеновского изображения поглощения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Получение рентгеновского дифференциального фазоконтрастного изображения (dPCI) визуализирует информацию о фазе когерентного рентгеновского излучения, приходящего через сканируемый объект. Например, когерентное рентгеновское излучение может формироваться дифракционной решеткой источника, помещенной между источником некогерентного рентгеновского излучения и сканируемым объектом. В дополнение к классическому получению рентгеновского изображения поглощения, dPCI может определять не только поглощающие свойства объекта вдоль линии проекции, но также фазовый сдвиг излучаемых рентгеновских лучей. После объекта помещается фазосдвигающая дифракционная решетка, которая формирует интерференционную структуру, содержащую требуемую информацию о фазовом сдвиге луча в относительном положении его минимумов и максимумов, обычно порядка нескольких микрон. Поскольку обычный рентгеновский детектор может быть неспособен к разрешению таких тонких структур, в интерференционной структуре делается выборка с помощью дифракционной решетки анализатора (также известной как поглощающая дифракционная решетка), которая характеризует периодическую структуру передачи полоски поглощения с периодичностью, подобной периодичности интерференционной структуры. Подобная периодичность создает муаровую структуру после дифракционной решетки с гораздо более высокой периодичностью, которая может обнаруживаться обычным рентгеновским детектором.

Для выполнения dPCI существуют, по сути, две различные геометрии системы: планарные двухмерные системы обнаружения и щелевые сканирующие системы.

При планарном двумерном обнаружении двумерная детекторная матрица получает все проекционное изображение при одной рентгеновской экспозиции, и сбор фаз должен быть реализован в процессе под названием "phase-stepping" (ступенчатое изменение фазы), например, с 4, 8 или 16 экспозициями, в которых дифракционная решетка источника, фазовая дифракционная решетка или поглощающая дифракционная решетка перемещается относительно других двух решеток.

При подходе со щелевым сканированием женская грудь сканируется с помощью движения сканирующей консоли или гентри ниже груди. Избыточность сбора данных посредством типичной конструкции из множества параллельных детекторных линий может использоваться для исключения необходимости ступенчатого изменения фазы и нет необходимости перемещения дифракционных решеток относительно друг друга. Отсюда, сбор фаз может быть реализован при обычном движении сканирования, например, как описано в документе WO 2013/004574A1.

Однако, в обоих случаях дифференциальная фазоконтрастная технология, отличающаяся использованием трех дифракционных решеток, имеет тот недостаток, что приблизительно 50% рентгеновских лучей, проходящих через ткань груди, фактически поглощаются поглощающей дифракционной решеткой и, таким образом, теряются или не используются для получения изображения.

Иногда может быть желательно выполнять получение не только dPCI-изображения, но, дополнительно, получение изображения поглощения без дифракционных решеток. Например, документ WO 2012/0099702 A1 представляет устройство получения дифференциального фазоконтрастного изображения с помощью подвижной дифракционной решетки.

Калибровка детектора и системы dPCI может быть сложной, если дифракционные решетки не могут удаляться, и могут потребоваться, например, калибровка дрейфа или изменений других характеристик детектора помимо тех, которые выполняются на заводе/при начальной установке, но на регулярной основе и, по меньшей мере, после каждого использования.

Документ WO 2013/111050 A1 раскрывает рентгеновскую систему, снабженную структурами дифракционных решеток, причем такие структуры дифракционных решеток содержат наборы щелей, и такие наборы щелей имеют взаимно различные направления.

Документ US 2013/0202081 A1 раскрывает устройство детектора для получения фазоконтрастного изображения, содержащее подвижные дифракционные решетки.

Документ US 2013/0230135 A1 раскрывает объединенное оборудование получения изображения, содержащее дифракционные решетки.

Документ WO 2011/070488 A1 раскрывает устройство получения фазоконтрастного изображения, содержащее дифракционную решетку, которая может отодвигаться с пути прохождения рентгеновского луча.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В двумерной системе обнаружения поглощающая дифракционная решетка покрывает всю область обнаружения и должна удаляться из всего поля зрения (площадью приблизительно до 30 см х 40 см), то есть, на достаточно большое расстояние. Это может привести в результате к плохому выравниванию поглощающей дифракционной решетки и фазовой дифракционной решетки после перемещения и может ухудшить качество изображения. Дополнительно, предпочтительным направлением движения в двумерной маммографической системе может быть антериорное-постериорное направление со смещением поглощающей дифракционной решетки с пути прохождения рентгеновского излучения для получения изображения груди.

Может оказаться необходимым обеспечить устройство для получения рентгеновского изображения, способное легко переключаться между чистым получением изображения поглощения и получением dPCI-изображения (в то же время обеспечивая получение изображения поглощения, дифференциального фазового изображения и изображения рассеивания). Может также понадобиться обеспечивать устройство, которое быстро, точно, просто и надежно переключается между этими двумя рабочими режимами.

Эти потребности могут быть удовлетворены предметом изобретения, соответствующим независимым пунктам формулы изобретения. Дополнительные примерные варианты осуществления являются очевидными из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания.

Вариант изобретения относится к устройству получения рентгеновского дифференциального фазоконтрастного изображения, например, к маммографическому устройству.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, устройство получения изображения содержит источник рентгеновского излучения для формирования рентгеновского луча; дифракционную решетку источника (G0) для формирования когерентного рентгеновского луча из некогерентного источника (20) рентгеновского излучения; коллиматор, содержащий щели для расщепления когерентного рентгеновского луча на множество рентгеновских лучей веерообразной формы для прохождения через объект; фазовую дифракционную решетку и поглощающую дифракционную решетку, установленные после объекта, и линейный детектор, содержащий детекторные линии для обнаружения муаровой структуры, сформированной фазовой дифракционной решеткой и поглощающей дифракционной решеткой из рентгеновских лучей веерообразной формы, проходящих через объект. Источник рентгеновского излучения, дифракционная решетка источника, коллиматор, фазовая дифракционная решетка, поглощающая дифракционная решетка и детектор крепятся к общему гентри и могут перемещаться относительно объекта, так что может обнаруживаться множество интерференционных структур, полученных из разных положений гентри, для реконструкции дифференциального фазового изображения объекта. По меньшей мере одна дифракционная решетка из числа дифракционной решетки источника, фазовой дифракционной решетки и поглощающей дифракционной решетки содержит группы дифракционных линий и прозрачные области между группами дифракционных линий. Здесь группы дифракционных линий и прозрачные области чередуются друг с другом в направлении, перпендикулярном направлению детекторных линий. По меньшей мере одна дифракционная решетка из числа дифракционной решетки источника, фазовой дифракционной решетки и поглощающей дифракционной решетки может перемещаться относительно гентри таким образом, что: в первом положении (dPCI) дифракционной решетки источника рентгеновские лучи проходят через дифракционные линии и далее проходят через щели коллиматора, и во втором положении (получение изображения поглощения) дифракционной решетки источника рентгеновские лучи проходят через прозрачные области и далее проходят через щели колиматора или в первом положении фазовой дифракционной решетки или поглощающей дифракционной решетки веерообразные рентгеновские лучи проходят через дифракционные линии, и во втором положении фазовой дифракционной решетки или поглощающей дифракционной решетки веерообразные рентгеновские лучи проходят через прозрачные области.

Следовательно, поскольку группы дифракционных линий и прозрачные области чередуются друг с другом в направлении, перпендикулярном детекторным линиям, в первом положении группы дифракционных линий проецируются в пространства между соседними детекторными линиями (то есть, в пространства между соседними детекторыми линиями в направлении, перпендикулярном направлению детекторных линий), тогда как во втором положении прозрачные области проецируются на эти пространства. Следовательно, устройство получения рентгеновского дифференциального фазоконтрастного изображения, соответствующее изобретению, эффективно использует пространства между соседними детекторными линиями, позволяя, тем самым, переключение с получения dPCI-изображений на получение изображения поглощения (и с получения изображения поглощения на получение dPCI-изображения), в то же время избегая необходимости перемещения одной или более дифракционных решеток полностью из рентгеновского поля зрения (и необходимости перемещения одной или более дифракционных решеток в рентгеновское поле зрения, соответственно).

В устройстве щелевого сканирования только области фазовой дифракционной решетки и/или поглощающей дифракционной решетки, которые подвергаются воздействию рентгеновских лучей, должны иметь дифракционные линии. Остальные области могут быть сделаны или оставлены прозрачными для рентгеновских лучей.

В конфигурации со всеми установленными на место дифракционными решетками, так что щели выровнены с дифракционными линиями, устройство получения изображения выполнено с возможностью формирования данных dPCI, которые обычно содержат информацию о поглощении, дифференциальной фазе и рассеивании рентгеновских лучей в объекте.

Когда желательно создать (чистое) изображение поглощения, фазовая дифракционная решетка и/или поглощающая решетка могут перемещаться в такое положение, что они подвергаются воздействию рентгеновского излучения в областях, прозрачных для рентгеновских лучей без дифракционных линий. Таким образом, поглощение дифракционных решеток во время получения (чистого) изображения поглощения и доза рентгеновского излучения, подаваемая объекту (которым может быть пациент), могут уменьшаться.

Фазовая дифракционная решетка и поглощающая дифракционная решетка могут рассматриваться как интерферометр устройства получения изображения, который может рассматриваться как щелевое сканирующее устройство с убираемым интерферометром, что позволяет переключение между фазоконтрастным и традиционным получением изображения (маммография). Это достигается удалением (и введением) областей с дифракционными линиями при настройке. Например, поглощающая дифракционная решетка может иметь кремниевую подложку в качестве подложки, содержащей (50%) поглощающие участки (каналы в подложке, заполненные золотом, для формирования дифракционных линий и прозрачных областей (чистый кремний)). Механизм включения-выключения может быть реализован посредством бокового смещения поглощающей дифракционной решетки на относительно малое расстояние.

В отличие от этого, при планарном двумерном обнаружении, таком как при цифровой маммографии с полным полем зрения (FFDM), фазовая дифракционная решетка и/или поглощающая дифракционная решетка должна быть полностью удалена/повторно вставлена в рентгеновское поле зрения на большое расстояние.

Дополнительный вариант изобретения относится к способу сбора данных дифференциального фазового изображения и данных изображения поглощения с помощью одного и того же устройства, которые может быть устройством получения изображения, как описано выше и далее.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, способ содержит этапы, на которых: перемещают дифракционную решетку, выбранную из числа фазовой дифракционной решетки и поглощающей дифракционной решетки устройств, в первое положение, так что пучок рентгеновских лучей веерной формы, сформированный коллиматором, может проходить через группы дифракционных линий дифракционной решетки; собирают данные дифференциального изображения, перемещая гентри с фазовой дифракционной решеткой и с поглощающей фазовой решеткой и линейным детектором относительно объекта и обнаруживая рентгеновские лучи, прошедшие через объект, когда фазовая дифракционная решетка и поглощающая дифракционная решетка находятся во множестве положений гентри; перемещают дифракционную решетку во второе положение, так что рентгеновский пучок верной формы может проходить через прозрачные области дифракционной решетки; и собирают данные изображения поглощения (чистого), перемещая гентри относительно объекта и обнаруживая рентгеновские лучи, проходящие через объект во множестве положений гентри.

Например, просто перемещая поглощающая дифракционную решетку и/или фазовую дифракционную решетку на относительно малое расстояние, фазовая дифракционная решетка может переключаться на получение (чистого) изображения поглощения.

При маммографии, в зависимости от клинического применения, некоторые части загруженной маммографии будут получать выгоду при получении дифференциального фазового изображения. Однако, часть рабочей программы может все еще выполняться в традиционном режиме (только получения изображения поглощения). Клинический врач может иметь возможность делать выбор между режимами на основе конкретного пациента.

Эти и другие варианты изобретения станут очевидны и будут подробно объяснены со ссылкой на описанные далее в настоящем документе варианты осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 схематически изображает устройство получения изображения, соответствующее варианту осуществления изобретения.

Фиг.2 схематически изображает коллиматор устройства получения изображения, соответствующего варианту осуществления изобретения.

Фиг.3 схематически изображает линейный детектор устройства получения изображения, соответствующего варианту осуществления изобретения.

Фиг.4 схематически изображает часть дифракционной решетки устройства получения изображения, соответствующего варианту осуществления изобретения.

Фиг.5 схематически изображает устройство получения изображения, соответствующее дополнительному варианту осуществления изобретения

Фиг.6 изображает блок-схему последовательности выполнения операций способа сбора данных dPCI-изображения и изображения поглощения, соответствующего варианту осуществления изобретения.

Ссылочные символы, используемые на чертежах, и их объяснения приведены в форме сводки в перечне ссылочные позиций. В принципе, идентичные части на чертежах снабжаются одними и теми же ссылочными позициями.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг.1 показано устройство 10 получения рентгеновского изображения с подвижным гентри 12, которая может двигаться в диапазоне углов относительно объекта 14. Устройство 10 получения рентгеновского изображения может быть устройством для маммографии и объект 14 может быть женской грудью, которая поддерживается опорной платформой 18, закрепленной на устройстве 10, например, на раме 16, также несущей гентри 10.

Гентри 10 несет на себе источник 20 рентгеновского излучения (например, рентгеновскую трубку), дифракционную решетку источника G0, колиматор 22, фазовую дифракционную решетку G1, поглощающую дифракционную решетку G2 и линейный детектор 24. Дифракционные решетки G0, G1, G2, коллиматор 18 и линейный детектор 24 крепятся к гентри 10 на определенных расстояниях от источника 16 рентгеновского излучения.

Для сбора данных изображения контроллер 26 устройства 10 перемещает гентри 12 в диапазоне углов вокруг объекта 14 и собирает множество проекционных изображений с помощью линейного детектора 24 в различных положениях в диапазоне углов.

Когерентный рентгеновский луч, сформированный дифракционной решеткой G0 источника из (некогерентного рентгеновского) луча источника 20 рентгеновского излучения, расщепляется на лучи 28 веерообразной формы (один из которых показан на фиг.1) с помощью коллиматора 22.

Коллиматор 22 показан на фиг.2. Он содержит, по существу, прямоугольную подложку с множеством параллельных равноудаленных щелей 30. Обычно более длинные стороны коллиматора 22, по существу, параллельны оси движения гентри 12.

Возвращаясь к фиг.1, увидим, что лучи 28 веерообразной формы проходят через объект 14 и дифракционные решетки G1, G2, и падают на линейный детектор 24, показанный на фиг.3. Детектор 24 также обладает, по существу, прямоугольной формой (если смотреть со стороны источника 20 рентгеновского излучения), причем более длинные стороны обычно, по существу, перпендикулярны оси движения гентри. Детектор 24 содержит такое же количество детекторных линий 32, как и количество щелей 30 коллиматора. Детекторные линии 32, каждая из которых содержит линию пиксельных элементов детектора, выравниваются со щелями 30, так что каждый веерообразный рентгеновский луч, проходящий через щели, падает на соответствующий линейный детектор. Расположение щелей и расположение детекторных линий 32 может быть более сложным, чем показано на чертежах. Щели 30 и/или детекторные линии 32 могут проходить не через один участок (в противном случае, может не понадобиться несколько щелей) и они могут быть немного смещены.

Контроллер 26 может оценивать собранные данные изображения и закодированную в них интерференционную структуру и может определять/реконструировать изображение, указывая фазовые смещения объекта 16.

Возможный вариант осуществления дифракционных решеток G0, G1 и G2 показан на фиг.4. На фиг.4 представлена секция одной из дифракционных решеток G0, G1, G2. Поскольку необходимо, чтобы дифракции дифракционными решетками подвергались только компоненты рентгеновского луча, которые в конце попадают на детектор, то только в областях дифракционных решеток G0, G1 и G2 необходимо иметь линии 34 дифракционной решетки, которые находятся на пути прохождения веерообразных рентгеновских лучей 28. Таким образом, линии 34 дифракционной решетки могут быть сгруппированы по группам 36 дифракционных линий 34, разделенным областями без дифракционных линий между ними.

Однако, также возможно, что только одна или только две из дифракционных решеток выполнены подобно показанному на фиг.4 и что другие дифракционные решетки имеют дифракционные линии по всей их площади, которая перпендикулярна, что имеет место в случае дифракционной решетки G0 источника.

Поскольку дифракционные решетки G0, G1 и G2 больше или меньше поглощают рентгеновский луч (по меньшей мере области дифракционных линий 34), может быть предпочтительным удалить их с пути прохождения рентгеновского луча, когда данные при получении изображения поглощения собирают с помощью линейного детектора 24.

В варианте осуществления, показанном на фиг.1, это реализуется с помощью областей 38 (смотрите фиг.4), прозрачных для рентгеновских лучей, обеспечиваемых в дифракционных решетках G1 и G2. Путем бокового перемещения дифракционных решеток G1 и/или G2 дифракционные решетки могут перемещаться из положения "включено", в котором рентгеновские лучи проходят через группы 36, в положение "выключено", в котором рентгеновские лучи проходят через прозрачные области 38.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере одна дифракционная решетка из числа фазовой дифракционной решетки G1 или поглощающей дифракционной решетки G2 содержит группы 36 дифракционных линий и прозрачные области 38 между группами дифракционных линий и может двигаться относительно гентри 12, так что в первом "включенном" положении дифракционной решетки веерообразные лучи 28 проходят через дифракционные линии 34, а во втором "выключенном" положении дифракционной решетки веерообразные рентгеновские лучи 28 проходят через прозрачные области 38.

Заметим, что направление дифракционных линий 34 может быть, по существу, перпендикулярным к плоскости, показанной на фиг.1, то есть, дифракционные линии могут проходить, по существу, перпендикулярно к направлению движения дифракционных решеток G0 и G1.

Прозрачные области 38 обычно, в сущности, являются прямоугольными. Меньшая сторона прямоугольника может быть более длинной, чем расстояние между двумя соседними дифракционными линиями 34. Благодаря равноудаленным щелям 30 коллиматора 22, группы 36 и области 38 могут чередоваться и могут все иметь одинаковые расстояния друг от друга.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, группы 36 дифракционных линий и прозрачные области 38 чередуются друг с другом.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, группы 36 дифракционных линий являются равноудаленными, и прозрачные области являются равноудаленными.

Обычно дифракционные решетки G0, G1 и G2 изготавливаются путем травления полупроводниковой пластины (подложки) и/или нанесения структурированной металлизации по меньшей мере на одну сторону полупроводниковой пластины. Например, полупроводниковая пластина может быть тонкой кремниевой пластиной (толщиной 300-500 мкн), которая, в сущности, прозрачна для рентгеновских лучей. Дифракционные линии 34 дифракционных решеток G0, G2 могут быть заполненными золотом каналами в кремнии, которые поглощают, по существу, 50% излучения, падающего перпендикулярно дифракционными решеткам G0, G2. Дифракционные линии 34 фазовой дифракционной решетки G1 могут быть (пустыми) каналами в подложке.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, дифракционные линии могут быть металлическими линиями на подложке и могут содержать или не содержать каналы в подложке.

Прозрачные области 38 могут иметь необработанные части подложки/кремниевой пластины, например, части без золота и без каналов вообще.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере одна из дифракционных решеток G0, G1 или G2 содержит подложку, прозрачную для рентгеновских лучей и прозрачные области 38 являются областями на подложке без металлизации.

Однако, возможно также, что прозрачные области 38 имеют отверстия в подложке.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, прозрачные области 38 могут быть или могут содержать отверстия в подложке дифракционной решетки.

Как дополнительно показано на фиг.1, дифракционная решетка G0 может быть удалена с пути прохождения рентгеновского луча 28 другим способом. Дифракционная решетка G0 может быть прикреплена к поворотной петле 48 и откидываться с оптического пути прохождения рентгеновских лучей 28, например, с помощью двигателя 40, управляемого контроллером 26. Однако также может быть возможно, что каналы G0, которые могут быть полыми, заполняются жидким металлом.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, устройство 10 получения изображения дополнительно содержит поворотную петлю 48 для удаления дифракционной решетки G0 с траектории прохождения рентгеновского луча.

Другие две дифракционные решетки G1 и G2 могут перемещаться линейно (дополнительным) двигателем 40, управляемым контроллером 26.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, устройство 10 содержит двигатель 40 для перемещения по меньшей мере одной из дифракционных решеток G1 или G2 между первым положением и вторым положением, причем перемещением управляет контроллер 26.

Перемещение может осуществляться ступенчатым двигателем, временным приводом или аналогичным средством, по условии, что конечная точка "включения" механически прочная и четко определена.

Поскольку установка "в линию" требует очень точного выравнивания дифракционных решеток G1, G2, расстояние механических перемещений должно ограничиваться, чтобы сохранять точность. Аналогично, G2 должна вводиться или выводиться в пределах нескольких секунд, чтобы не нарушать процесс выполнения операций.

Расположение дифракционных решеток G1 и G2, особенно в первом "включенном" положении (режим dPCI), обычно должно быть четко определено, поскольку выравнивание дифракционных решеток G1, G2 при использовании dPCI является критичным. Поэтому может потребоваться средство, обеспечивающее высокую механическую точность во "включенном" положении.

Устройство 10 может содержать двухпозиционный переключающий механизм 40, 44 с геометрически очень четко определенным, блокируемым "включенным" положением и геометрически менее строго определенным "выключенным" положением. Последнее должно учитываться, чтобы обеспечивать гораздо более высокую точность, с которой должна располагаться дифракционная решетка G2 относительно G1, когда требуется фазовый контраст. Требуемая точность может быть обеспечена, например, посредством жесткого механического стопора или оптического обнаружения положения дифракционной решетки G2 во "включенном" положении с помощью датчика 46. Необходимая точность должна быть достаточной, чтобы исключить потребность в новой калибровке.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, первое положение дифракционной решетки G1, G2 определяется механическим стопором 44.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, первое положение дифракционной решетки G1, G2 определяется датчиком 46 положения.

Если G1 остается неподвижной и только G2 движется, точное заблокированное положение и конечная точка движения для режима dPCI может обеспечиваться измерением муаровой структуры, то есть, изображения в воздухе, при обратном смещении G2 до тех пор, пока она снова не встанет в калибровочное положение, после чего двигатель останавливается.

Тефлоновые рельсы 42 или что-либо подобное может обеспечиваться в качестве направляющих дифракционных решеток G1, G2 в других пространственных направлениях, вертикальном и другим, лежащим в плоскости осей, без возникновения риска появления пыли/осколков, которые могут накапливаться на детекторе или на дифракционных решетках G1, G2.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, устройство 10 получения изображения дополнительно содержит тефлоновые рельсы 42 для направления дифракционной решетки.

Обычно только поглощающая решетка G2 существенно влияет на эффективность устройства 10 по эффективному обнаружению квантов, то есть, поглощение рентгеновских лучей. Дифракционная решетка G0 источника, которая может быть расположена в выходном окне источника 20 рентгеновского излучения и, следовательно, перед объектом 14, влияет только на доступный поток рентгеновских лучей, но не на дозу. Фазовая дифракционная решетка G1, несмотря на то, что она находится позади груди, оказывает лишь небольшое влияние на дозу, поскольку G1 обычно конструктивно является фазовой дифракционной решеткой с малым затуханием приблизительно всего 5-10%. Следовательно, переключение с фазоконтрастного получения изображения на традиционное получение изображения может быть реализовано, перемещая после настройки только поглощающую решетку G2, то есть, убирая ее с пути получения рентгеновского изображения после объекта.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, только поглощающая дифракционная решетка G2 имеет прозрачные области 38 и/или может перемещаться между первым положением и вторым положением.

Однако также возможно снабдить фазовую дифракционную решетку G1 прозрачными областями и смещать ее для перемещения прозрачных областей 38 на оптическую траекторию прохождения веерообразных рентгеновских лучей 38.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, фазовая дифракционная решетка G1 и поглощающая решетка G2 имеют прозрачные области 38 и/или могут перемещаться между первым положением и вторым положением.

Как показано на фиг.1, обе решетки перемещаются соответствующим двигателем 40 по соответствующему рельсу 42, то есть, они могут перемещаться независимо друг от друга.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, фазовая дифракционная решетка G1 и поглощающая дифракционная решетка G2 могут перемещаться независимо друг от друга между первым положением и вторым положением. Могут иметься первый двигатель 40 для перемещения фазовой дифракционной решетки G1 и второй двигатель для перемещения поглощающей дифракционной решетки G2.

На фиг.5 показаны дополнительные возможные варианты осуществления того, как могут перемещаться дифракционные решетки G0, G1 и G2. На фиг.5 дифракционные решетки G1 и G2 соединяются друг с другом, например, с помощью общей рамы, и не могут перемещаться относительное друг друга, что может улучшить точное выравнивание этих двух дифракционных решеток G1 и G2.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, фазовая дифракционная решетка G1 и поглощающая дифракционная решетка G2 надежно соединяются друг с другом и могут перемещаться вместе между первым положением и вторым положением. Весь интерферометр для dPCI, который содержит эти две дифракционные решетки G1, G2, может быть выдвижным.

Перемещение может выполняться общим двигателем 40, которым управляет контроллер 26.

Дополнительно на фиг.5 показано, что дифракционная решетка G0 (когда является подвижной), может перемещаться подобно дифракционным решеткам G1 и G2, показанным на фиг.5. В частности, решетка G0 может содержать группы 36 дифракционных линий 34 и может смещаться в боковом направлении двигателем 40 по рельсу 42.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, решетка G0 источника содержит группы 36 дифракционных линий 34 и прозрачную область 38 между группами дифракционных линий и может перемещаться относительно гентри 12, так что в первом положении решетки G0 источника рентгеновские лучи от групп дифракционных линий проходят через щели 30 в коллиматоре 22 и во втором положении решетки G0 источника рентгеновские лучи от прозрачных областей в дифракционной решетке источника проходят через щели 30 в коллиматоре 22.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, устройство 10 содержит двигатель для перемещения дифракционной решетки G0 источника и/или тефлоновый рельс 42 для направления перемещения дифракционной решетки G0 источника. Перемещение дифракционных линий решетки G0 источника за пределы оптической траектории может также повысить скорость сбора данных. Когда дифракционная решетка источника не поглощает рентгеновские лучи, может существовать в 3-4 раза больший поток рентгеновского излучения и время сканирования может быть намного короче при том же самом качестве изображения.

На фиг.6 показан способ сбора данных дифференциального фазового изображения и данных изображения поглощения с помощью устройства 10, показанного на фиг.1 или 5.

Сначала предполагается, что устройство 10 и дифракционные решетки G0, G1, G2 находятся в "выключенном" положении, то есть, во втором положении, в котором рентгеновские лучи 28 могут проходить через области 38 в одной или более дифракционных решетках G0, G1, G2. Дополнительно, дифракционная решетка G0 может быть выведена с оптической траектории рентгеновских лучей посредством поворотной петли 48 (смотрите фиг.1).

На этапе 60 принимается решение получить данные dPCI. Например, клинический врач, использующий устройство 10, может ввести соответствующую команду в контроллер 26.

Контроллер 26 перемещает дифракционные решетки G0, G1, G2 во "включенное" положение (первое положение), когда они могут двигаться, например, посредством бокового смещения дифракционной решетки на расстояние, соответствующее расстоянию, меньшему половины расстояния между двумя детекторными линиями 32.

Поскольку расстояние между двумя соседними щелями 30 коллиматора 22 обычно во много раз больше ширины детектора одиночного пикселя в устройстве 10 с одним пикселем на ширину линии, легко изготавливать дифракционные решетки G0 и/или G2 с кремниевыми каналами, заполненными золотом (Au), оставляя только там, где необходимо, соседние области свободными от металла.

Например, дифракционные решетки (одна или две из дифракционных решеток) могут перемещаться на расстояние, равное расстоянию между группой 36 дифракционных линий 34 и соседней прозрачной областью 38.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере одна дифракционная решетка, две дифракционные решетки или все дифракционные решетки G0, G1, G2 устройства 10 перемещаются в первое положение, так что веерообразные рентгеновские лучи 28, сформированные коллиматором 22, могут проходить через группы 36 дифракционных линий 34 на дифракционной решетке.

Правильное расположение решеток G0, G1, G2 после перемещения может управляться механическими стопорами 44 и/или датчиком 46, данные которых оцениваются контроллером 26. Дополнительно, дифракционные решетки G1, G2 могут перемещаться независимо друг от друга (фиг.1) или могут перемещаться вместе с общей рамой фиг.2).

На этапе 62 данные дифференциального фазового изображения собирают, перемещая гентри 12 с фазовой дифракционной решеткой G1 и поглощающей решеткой G2 и линейным детектором 24 относительно объекта 14 и обнаруживая рентгеновские лучи, проходящие через объект 14, фазовую дифракционную решетку G1 и поглощающую решетку G2, во множестве положений гентри 12.

Контроллер 26 может управлять перемещением гентри 12 и дополнительно может оценивать данные, полученные от детекторных линий 24, чтобы сформировать данные дифференциального фазоконтрастного изображения.

На этапе 62 принимается решение, чтобы с помощью устройства 10 были собраны чистые данные изображения поглощения. Также такая команда может быть введена клиническим врачом в контроллер 26. Дифракционные решетки G0, G1, G2 (если они подвижны) перемещаются обратно в "выключенное" положение, то есть, во второе положение.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере одна из решеток G0, G1, G2 перемещается во второе положение, так чтобы веерообразные рентгеновские лучи 28 могли пройти через прозрачные области 38 на дифракционной решетке G0, G1, G2.

На этапе 64 собирают данные изображения поглощения, перемещая гентри 12 относительно объекта 14 и обнаруживая рентгеновские лучи, проходящие через объект 14, во множестве положений гентри 12.

Контроллер 26 может управлять перемещением гентри 12 и дополнительно может оценивать данные, собранные от линейных детекторов 24, чтобы сформировать данные изображения поглощения.

Кроме того, устройство 10 позволяет выполнять калибровку интерферометра dPCI с дифракционными решетками G1, G2 в два отдельных этапа: общая калибровка детектора изображений (например, темнового тока, чувствительности) без поглощающих дифракционных решетки(-ок) G1 и G2 "анализатора", в котором дифракционная решетка источника предпочтительно находится во втором "выключенном" положении, и последующая дополнительная калибровка G1, G2 интерферометра dPCI с обеими дифракционными решетками G1 и G2 в первом "включенном" положении и дифракционной решеткой G0 источника во втором "выключенном" положении. Система с блокировкой интерферометра на пути прохождения при получении изображения требует намного более сложной, отнимающей много времени и потенциально менее точной объединенной калибровки.

На этапе 66 дифракционные решетки G1 и G2 и, как вариант, дифракционная решетка G0 источника перемещаются во второе "выключенное" положение и линейный детектор 24 калибруется.

На этапе 68 дифракционные решетки G1 и G2 перемещаются в первое "включенное" положении и дифракционная решетка G0 источника перемещается во второе "выключенное" положение. После этого интерферометр, содержащий фазовую дифракционную решетку G1 и поглощающую решетку G2, калибруется.

Устройство 10 получения изображения, способное получать дифференциальные фазоконтрастные изображение и изображения поглощения может иметь много преимуществ. С одной стороны, в настоящее время очень интенсивно используется дифференциальная фазоконтрастная маммография (dPCM) за ее потенциальные преимущества, такие как повышенная различимость и четкость микрокальцинозов, лучшее очерчивание опухоли в сравнении со здоровой тканью и повышенные общая резкость и качество изображения. В текущем состоянии исследования, тем не менее, все же неясно, позволит ли улучшенное качество изображения снижать дозу, которая дает компенсацию рентгеновских квантов, теряющихся в поглощающей части интерферометра позади пациента. С другой стороны, в зависимости от клинического применения (скрининг с ручным считыванием или диагностика с помощью компьютера, диагностическая обработка, биопсия с использованием изображения и т. д.), клинические протоколы и локальные руководства будут требовать, чтобы часть рабочей нагрузки при маммографии выполнялась при "традиционной" настройке без интерферометра с обработкой после обследования пациента (то есть, с дифракционными решетками G1 и G2), в то время, как другие части будут получать выгоду из установки "dPCI" с интерферометром. Хотя для самих клинически утвержденных исследований и по результатам первых лет после внедрения систем dPCI на рынок совершенно очевидно, что потребность во введении/удалении фазоконтрастного интерферометра на основе сканирования, как ожидают, должна остаться навсегда.

Дополнительно, при клинических настройках для большой совокупности женщин, например, с грудью от плотной до жирной или от белых женщин до афроамериканских женщин или азиатских женщин, от клинического врача будет требоваться способность делать выбор для конкретного пациента или даже для конкретного вида пациентов. Наконец, принятие рынком пойдет быстрее, если клинический врач не будет вынужден заранее выбирать между традиционной системой без dPCI или системой, способной выполнять только dPCI, а сможет купить традиционную систему с dPCI в виде опции, которую он может включать или выключать согласно своему клиническому решению.

Как указано выше и в зависимости от характера собранных данных маммографического сканирования (скрининг, диагностическое или операционное), клинические протоколы и руководства и предпочтения клинического врача на основе определенного сканирования обычно потребует возможности переключения между традиционным получением изображения и фазоконтрастным получением изображения, как это возможно с устройством 10 получения изображения, описанным выше.

Хотя изобретение было подробно представлено и описано на чертежах и в предшествующем описании, такие представления и описание следует считать иллюстративными или примерными и не создающими ограничений; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут стать понятны и осуществлены специалистами в данной области техники и заявленное изобретение может быть реализовано на практике на основе изучения чертежей, раскрытия и добавленной формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащее" не исключает наличия других элементов или этапов и упоминание в единственном числе не исключает множественности. Единый процессор или контроллер или другой блок могут выполнить функции нескольких позиций, приведенных в формуле изобретения. Простой факт, что некоторые критерии приводятся во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что объединение этих критериев не может использоваться для достижения преимущества. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие его объем.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

G0 Дифракционная решетка источника

G1 Фазовая дифракционная решетка

G2 Поглощающая дифракционная решетка

10 Устройство получения рентгеновского изображения

12 Гентри

14 Объект

16 Рама

18 Опорная платформа

20 Источник рентгеновского излучения

22 Коллиматор

24 Линейный детектор

26 Контроллер

28 Веерообразный луч

30 Щель

32 Детекторная линия

34 Дифракционная линия

36 Группа дифракционных линий

38 Прозрачная область

40 Двигатель

42 Рельс

44 Стопор

46 Датчик положения

48 Поворотная петля

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам получения рентгеновского дифференциального фазоконтрастного изображения. Устройство содержит источник рентгеновского излучения для формирования рентгеновского луча, дифракционную решетку источника (G0) для формирования когерентного рентгеновского луча из некогерентного луча источника рентгеновского излучения, коллиматор, содержащий щели для расщепления когерентного рентгеновского луча на множество веерообразных рентгеновских лучей для прохождения их через объект, фазовую дифракционную решетку (G1) для формирования интерференционной структуры и поглощающую дифракционную решетку (G2) для формирования муаровой структуры из интерференционной структуры, расположенные после объекта, линейный детектор, содержащий детекторные линии для обнаружения муаровой структуры, формируемой фазовой дифракционной решеткой (G1) и поглощающей дифракционной решеткой (G2) из веерообразных рентгеновских лучей, проходящих через объект, при этом источник рентгеновского излучения, дифракционная решетка (G0) источника, коллиматор, фазовая дифракционная решетка (G1), поглощающая дифракционная решетка (G2) и линейный детектор прикреплены к общему гентри и могут двигаться относительно объекта, так что для реконструкции дифференциального фазового изображения объекта может обнаруживаться множество интерференционных структур в различных положениях гентри, причем группы дифракционных линий и прозрачные области чередуются относительно друг друга в направлении, перпендикулярном направлению детекторных линий, при этом по меньшей мере одна дифракционная решетка (G0, G1, G2) из числа дифракционной решетки источника, фазовой дифракционной решетки и поглощающей дифракционной решетки содержит группы дифракционных линий и прозрачные области между группами дифракционных линий, и может двигаться относительно гентри, так что в первом положении дифракционной решетки (G0) источника рентгеновские лучи проходят через дифракционные линии и затем проходят через щели коллиматора, и во втором положении дифракционной решетки (G0) источника рентгеновские лучи проходят через прозрачные области и затем проходят через щели коллиматора, или в первом положении по меньшей мере одной из фазовой дифракционной решетки (G1) или поглощающей дифракционной решетки (G2) веерообразные рентгеновские лучи проходят через дифракционные линии и во втором положении по меньшей мере одной из фазовой дифракционной решетки (G1) или поглощающей решетки (G2) веерообразные рентгеновские лучи проходят через прозрачные области. Способ сбора данных дифференциального фазового изображения и данных изображения поглощения осуществляется упомянутым устройством. Использование изобретений позволяет расширить арсенал средств для получения рентгеновского дифференциального фазоконтрастного изображения. 2 н.п. и 13 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Устройство (10) получения рентгеновского дифференциального фазоконтрастного изображения, содержащее:

источник (20) рентгеновского излучения для формирования рентгеновского луча;

дифракционную решетку источника (G0) для формирования когерентного рентгеновского луча из некогерентного луча источника (20) рентгеновского излучения;

коллиматор (22), содержащий щели (30) для расщепления когерентного рентгеновского луча на множество веерообразных рентгеновских лучей (28) для прохождения их через объект (14);

фазовую дифракционную решетку (G1) для формирования интерференционной структуры и поглощающую дифракционную решетку (G2) для формирования муаровой структуры из интерференционной структуры, расположенные после объекта (14);

линейный детектор (24), содержащий детекторные линии (32) для обнаружения муаровой структуры, формируемой фазовой дифракционной решеткой (G1) и поглощающей дифракционной решеткой (G2) из веерообразных рентгеновских лучей (28), проходящих через объект (14);

при этом источник (20) рентгеновского излучения, дифракционная решетка (G0) источника, коллиматор (22), фазовая дифракционная решетка (G1), поглощающая дифракционная решетка (G2) и линейный детектор (24) прикреплены к общему гентри (12) и могут двигаться относительно объекта (14), так что для реконструкции дифференциального фазового изображения объекта (14) может обнаруживаться множество интерференционных структур в различных положениях гентри;

причем группы (36) дифракционных линий (34) и прозрачные области (38) чередуются относительно друг друга в направлении, перпендикулярном направлению детекторных линий (32);

при этом по меньшей мере одна дифракционная решетка (G0, G1, G2) из числа дифракционной решетки источника, фазовой дифракционной решетки и поглощающей дифракционной решетки содержит группы (36) дифракционных линий (34) и прозрачные области (38) между группами дифракционных линий, и может двигаться относительно гентри (12), так что

в первом положении дифракционной решетки (G0) источника рентгеновские лучи (28) проходят через дифракционные линии (34) и затем проходят через щели коллиматора и во втором положении дифракционной решетки (G0) источника рентгеновские лучи (28) проходят через прозрачные области (38) и затем проходят через щели коллиматора или

в первом положении по меньшей мере одной из фазовой дифракционной решетки (G1) или поглощающей дифракционной решетки (G2) веерообразные рентгеновские лучи (28) проходят через дифракционные линии (34) и во втором положении по меньшей мере одной из фазовой дифракционной решетки (G1) или поглощающей решетки (G2) веерообразные рентгеновские лучи (28) проходят через прозрачные области (38).

2. Устройство (10) получения изображения по п. 1,

в котором группы (36) дифракционных линий (34) являются равноудаленными и прозрачные области (38) являются равноудаленными.

3. Устройство получения изображения по п. 1 или 2,

в котором дифракционная решетка (G0, G1, G2) содержит подложку, прозрачную для рентгеновских лучей, и прозрачные области (38) содержат области на подложке без металлизации.

4. Устройство получения изображения по п. 3,

в котором дифракционные линии (34) являются металлическими линиями на подложке; и/или

в котором дифракционные линии (34) являются заполненными металлом каналами в подложке; и/или

в котором дифракционные линии (34) являются каналами в подложке.

5. Устройство получения изображения по п. 1,

в котором прозрачные области (38) содержат отверстия в подложке дифракционной решетки.

6. Устройство получения изображения (10) по п. 1, дополнительно содержащее:

двигатель (40) для перемещения решетки (G1, G2) между первым положением и вторым положением и

контроллер (26) для управления перемещением.

7. Устройство (10) получения изображения по п. 1,

в котором первое положение дифракционной решетки (G1, G2) определяется механическим стопором (44).

8. Устройство (10) получения изображения по п. 1,

в котором первое положение решетки (G1, G2) определяется датчиком (46) положения.

9. Устройство (10) получения изображения по п. 1, дополнительно содержащее:

рельсы (42) для направления дифракционной решетки.

10. Устройство (10) получения изображения по п. 1,

в котором только поглощающая дифракционная решетка (G2) имеет прозрачные области (38).

11. Устройство (10) получения изображения по п. 1,

в котором фазовая дифракционная решетка (G1) и поглощающая дифракционная решетка (G2) имеют прозрачные области (38).

12. Устройство (10) получения изображения по п. 11,

в котором фазовая дифракционная решетка (G1) и поглощающая дифракционная решетка (G2) могут перемещаться независимо друг от друга между первым положением и вторым положением и/или

в котором фазовая дифракционная решетка (G1) и поглощающая дифракционная решетка (G2) фиксированно соединяются друг с другом и могут перемещаться вместе между первым положением и вторым положением.

13. Устройство (10) получения изображения по п. 1, дополнительно содержащее:

поворотную петлю (48) для выведения дифракционной решетки (G0) из траектории прохождения рентгеновского луча.

14. Способ сбора данных дифференциального фазового изображения и данных изображения поглощения с помощью одного и того же устройства (10), причем упомянутый способ содержит этапы, на которых:

перемещают дифракционную решетку (G0, G1, G2), выбранную из числа дифракционной решетки источника, фазовой дифракционной решетки и поглощающей дифракционной решетки, устройства в первое положение, так что веерообразные рентгеновские лучи (28), созданные коллиматором (22), проходят через группы (36) дифракционных линий (34) на дифракционной решетке (G0, G1, G2);

собирают данные дифференциального фазового изображения, перемещая гентри (12) с решеткой источника (G0), фазовой дифракционной решеткой (G1) и поглощающей дифракционной решеткой (G2) и линейным детектором (24) относительно объекта (14) и обнаруживая рентгеновские лучи, проходящие через объект (14), дифракционную решетку (G0) источника, фазовую дифракционную решетку (G1) и поглощающую дифракционную решетку (G2), во множестве положений гентри (12);

перемещают дифракционную решетку (G0, G1, G2) во второе положение, так что веерообразные рентгеновские лучи (28) проходят через прозрачные области (38) на дифракционной решетке (G0, G1, G2); и

собирают данные изображения поглощения, перемещая гентри (12) относительно объекта (14) и обнаруживая рентгеновские лучи, проходящие через объект (14), во множестве положений гентри (12).

15. Способ по п. 14, дополнительно содержащий этапы, на которых:

калибруют линейный детектор (24), когда поглощающая дифракционная решетка (G2) и фазовая дифракционная решетка (G1) находятся во втором положении; и

калибруют фазовую дифракционную решетку (G1) и поглощающую дифракционную решетку (G2), когда фазовая дифракционная решетка (G1) и поглощающая дифракционная решетка (G2) находятся в первом положении и дифракционная решетка (G0) источника находится во втором положении.