相衬成像

申请号 CN201080063450.5 申请日 2010-12-03 公开(公告)号 CN102781327B 公开(公告)日 2015-06-17
申请人 皇家飞利浦电子股份有限公司; 发明人 D·格勒; K·J·恩格尔; G·福格特米尔; T·克勒; E·勒斯尔;
摘要 用于相衬成像(PCI)的 X射线 设备经常借助于光栅来建造。对于大的视场(FOV),由于需要具有聚焦的几何结构,这些光栅的生产成本和复杂性可能会明显增加。替代具有大视场的单纯PCI,本 发明 建议组合具有大的FOV的传统的吸收X射线成像系统与具有小的FOV的能够插入的廉价PCI系统。本发明支持用户将具有减小的FOV的PCI系统导向他认为最感兴趣的区域以执行PCI扫描,这样排除了针对扫描放射科医师不感兴趣区域的X射线剂量暴露。可以基于局部 断层 摄影产生PCI扫描。
权利要求

1.一种用于对象的相衬成像的设备,包括:
X射线束的源(S),
探测器(D),其用于探测所述X射线束
光栅布置(G0、G1、G2),其中,所述光栅布置能够移动到所述X射线束之外,输入设备,借助于所述输入设备能够在基于吸收的图像内选择感兴趣区域,所述基于吸收的图像是在所述光栅布置移出所述X射线束的情况下产生的,
可变孔径,在控制所述光栅布置的位置以由所述光栅布置覆盖所述感兴趣区域的情况下,借助于所述可变孔径,能够根据所述光栅布置的宽度和位置调整所述X射线束的宽度,以及
监视器(MS),其用于可视化所述基于吸收的图像和所述感兴趣区域的相衬图像。
2.根据权利要求1所述的设备,还包括适于局部断层摄影的处理单元。
3.根据权利要求1所述的设备,其中,所述光栅布置包括源光栅(G0)、衍射光栅(G1)以及分析器光栅(G2)中的至少一个,其中,所述源光栅位于所述源(S)和所述对象(O)之间,并且其中,所述衍射光栅和所述分析器光栅位于所述对象(O)和所述探测器(D)之间。
4.根据权利要求1所述的设备,其中,所述光栅布置的宽度小于所述X射线束的宽度,从而当所述光栅布置位于所述X射线束内时,所述X射线束的一部分通过所述光栅布置。
5.根据权利要求1所述的设备,其中,所述光栅布置能够在所述X射线束内在垂直于所述X射线束的主方向(OA)的平面中移动。
6.根据权利要求1所述的设备,还包括用于移动所述光栅布置的步进电机/压电驱动或者其它致动器(SM)。
7.根据权利要求1所述的设备,其中,所述监视器(MS)还适于可视化所述光栅布置的位置。
8.根据权利要求1所述的设备,其中,能够借助于所述输入设备控制所述光栅布置的位置。
9.一种用于对象的相衬成像的方法,所述方法包括如下步骤:
生成位于X射线束的源(S)和探测器(D)之间的所述对象的基于吸收的图像,指示所述基于吸收的图像内的感兴趣区域(ROI),所述感兴趣区域具有宽度和位置,在所述源(S)和所述探测器(D)之间移动光栅布置,以覆盖所述感兴趣区域,根据所述感兴趣区域调整所述X射线束的视场,
借助于用于探测X射线束的探测器(D)生成信号,其中,所述对象(O)的一部分与所述光栅布置一起被定位在所述X射线束内、所述X射线束的源(S)和所述探测器之间,从不同的投影度采集透射数据,
执行对来自所述探测器(D)的所述信号的本地处理,以及
基于所处理的信号生成图像。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,执行本地处理的步骤包括定性评估相邻的探测器像素
11.根据权利要求9所述的方法,还包括如下步骤:
将所述光栅布置移出所述X射线束,
在所述X射线束中没有所述光栅布置的情况下生成所述对象的一部分的图像,以及在X射线束的源(S)、对象(O)以及探测器(D)之间移动光栅布置,使得所述光栅布置的源光栅(G0)位于所述源和所述对象之间,所述光栅布置的衍射光栅(G1)和分析器光栅(G2)位于所述对象和所述探测器之间,并且使得所述X射线束的一部分通过所述光栅布置。
12.根据权利要求9所述的方法,其中,在垂直于所述X射线束的主方向(OA)的平面中移动所述光栅布置。
13.根据权利要求9所述的方法,还包括移动光栅中的至少一个以用于执行相位步进方法的步骤。
14.一种用于对象的相衬成像的装置,所述装置包括:
用于生成位于X射线束的源(S)和探测器(D)之间的所述对象的基于吸收的图像的模
用于指示所述基于吸收的图像内的感兴趣区域(ROI)的模块,所述感兴趣区域具有宽度和位置,
用于在所述源(S)和所述探测器(D)之间移动光栅布置,以覆盖所述感兴趣区域的模块,
用于根据所述感兴趣区域调整所述X射线束的视场的模块,
用于借助于用于探测X射线束的探测器(D)生成信号的模块,其中,所述对象(O)的一部分与所述光栅布置一起被定位在所述X射线束内、所述X射线束的源(S)和所述探测器之间,
用于从不同的投影角度采集透射数据的模块,
用于执行对来自所述探测器(D)的所述信号的本地处理的模块,以及
用于基于所处理的信号生成图像的模块。

说明书全文

相衬成像

技术领域

[0001] 本发明涉及差分相衬成像(PCI),具体而言,本发明涉及用于差分相衬成像的设备和方法。

背景技术

[0002] 用于医学应用的传统的X射线系统主要基于X射线在物质中的吸收差异,得到由X射线沿着线的累积吸收形成的投影图像。但是,物质不光影响X射线的吸收还影响X射线的折射。这个特性预示高于传统的基于吸收的成像的人类组织类型之间的X射线对比度,并且因此能够代表将来的改进。便于PCI的一种可能的设置是基于光栅的。
[0003] 在透射X射束内光栅的使用面临的问题是,非聚焦的光栅产生较少被光栅自身调制的吸收,特别是在视场(FOV)中心区域外,这导致干涉图样可视性的降低、透射平均强度的减少,并且因此导致在探测器处的更低的信噪比。因此,要么吸收图像具有较低的信噪比,要么必须增加辐射剂量而使人体被潜在地不利暴露。基于同样的原因,典型地非聚焦源光栅限制了能够被PCI系统有效地使用的FOV。该最后的方面是由产生X射线的最小吸收必需的源光栅的厚度以及需要过滤出足够相干的射束的狭缝宽度两者所导致的。所有这些导致减少的平均X射线强度以及所得图像中FOV中心外的位置处干涉图样的降低的可视性。
[0004] 差分相衬CT的一个问题是,在对象的边缘上产生的相位梯度的缠绕(wrapping)。已经提出展开相位梯度的不同方法,大幅度改善了整体图像质量,然而,没有任何一种方法是完美地起作用。另一个途径是通过额外硬件的方式避免相位缠绕。差分相衬CT的又一个缺点是图像的噪声功率谱在低频区具有峰值。这里的问题是相对于高频噪声,低频噪声被视为更恼人的。

发明内容

[0005] 本发明的目标在于基于相衬成像(PCI)改进X射线系统。
[0006] 这通过独立权利要求中的每一个的主题来实现。在相应的从属权利要求中描述了发明的进一步的实施例
[0007] 根据本发明,可以使得医师能够将PCI系统有限的视场(FOV)瞄准到期望位置。可以在具有大FOV的先前的纯吸收扫描的帮助下选择这个位置,该扫描通过将光栅布置移出X射线束外获得。这个先前的扫描可以用与传统基于吸收的扫描相比较低的强度执行,因而减少了对要扫描对象的X射线剂量暴露。
[0008] 通常,根据发明的第一实施例的用于对象的相衬成像的设备包括:X射线束的源、用于探测所述X射线束的探测器、光栅布置以及用于控制所述相衬成像的处理单元,其中,所述光栅布置能够移动到所述X射线束之外。
[0009] 替代地,根据本发明的第二实施例的用于对象的相衬成像的设备包括:X射线束的源、用于探测所述X射线束的探测器、光栅布置以及用于控制所述相衬成像的处理单元,其中,所述处理单元适于执行局部断层摄影。
[0010] 应当注意,在本发明上下文中的“对象”可以指的是死的或者活的人类或者动物身体或者指的是植物或者植物的一部分。此外,它可以代表人造的部分如机械部分或者部分的组件,其中,这些部分可以是从诸如金属、陶瓷或者塑料材料的一种或多种材料制造出。
[0011] 根据本发明的又一实施例,所述设备能够生成对象的体积图像。那就是,所述设备可以基于,例如,能够围绕所述对象旋转的源-探测器组合,以用于3D-X射线成像。另一方面,所述源以及所述探测器可以位于分开的设备上,从而也允许源以及探测器中的一个的运动。此外,可以固定源以及探测器,其中,所述对象被定位在能够旋转的载体上。
[0012] 根据另一实施例,光栅布置可以包括源光栅G0、衍射光栅G1以及分析器光栅G2,其中,所述源光栅被定位在所述源以及所述对象之间,并且其中,所述衍射光栅以及所述分析器光栅被定位在所述对象和所述探测器之间。但是,也可以无需源光栅G0而执行PCI成像,即,仅具有衍射光栅G1和分析器光栅G2。
[0013] 可以将光栅布置的光栅安装在一个滑上以便于全部光栅布置移出X射线束之外的运动。但是,也可以将光栅G0、G1以及G2安装在多于一个的滑块上,使得也可以实现光栅的分别的或者独立的运动。
[0014] 根据又一实施例,光栅布置的宽度小于X射线束的宽度,使得当光栅布置位于X射线束内时,X射线束的一部分通过所述光栅布置。光栅布置能够在垂直于X射线束的主方向的平面中运动,以允许光栅布置在FOV内的定位。另一方面,光栅布置可以在X射线束的主方向上移动以允许PCI图像的缩放。
[0015] 此外,根据本发明的设备包括可变孔径(aperture),借助于所述可变孔径,能够根据所述光栅布置的宽度和位置调整X射线束的宽度。
[0016] 注意到,光栅布置的宽度可以基本小于X射线束的宽度。借助于可变孔径,也可能减少X射线束的宽度使得所述X射线束仅通过光栅布置或者甚至光栅布置的子部分。这样,只有X射线束内的对象的一小部分可以经受辐射。在X射线束的视场内移动或者改变光栅布置的位置的可能性提供了光栅布置到感兴趣区域的适当的定位,并且另一方面,减少了对象所经受的辐射。
[0017] 根据又一实施例,设备还包括用于移动所述光栅布置的步进电机/压电驱动或者其它致动器
[0018] 根据又一实施例,设备还可以包括用于可视化光栅布置的位置的监视器。额外地,根据本发明的设备可以包括输入设备,借助于所述输入设备能够控制所述光栅布置的位置。换言之,该设备的用户可以在没有光栅布置时所生成的X射线图像中选择感兴趣区域,并且可以将监视器上的边框移动到所述感兴趣区域,其中,所述边框指的是通过所述光栅布置的视场。
[0019] 用于相衬成像的设备的设置可以按如下所描绘:
[0020] 可以将光栅G0、G1以及G2安装在能够移动的滑块上,所述滑块的移动由步进电机控制,所述步进电机允许在x、y平面中的运动,即,垂直于X射线束路径的主方向。
[0021] 可以通过软件程序控制所述步进电机,所述软件程序能够以同步的方式在屏幕上可视化光栅布置的当前位置。
[0022] 可以将所述X射线源安装在第二滑块上,该第二滑块可以与第一滑块同步移动,但是当所述第一滑块将所述光栅驱动出所述X射线路径时,不应启动第二滑块。
[0023] 根据发明的另一方面,根据第一实施例的用于对象的相衬成像的方法包括如下步骤:在X射线束的源、对象以及探测器之间移动光栅布置,使得光栅布置的源光栅位于源以及对象之间,光栅布置的衍射光栅和分析器光栅位于所述对象和所述探测器之间,并且使得所述X射线束的一部分通过所述光栅布置。
[0024] 此外,根据第二实施例的用于对象的相衬成像的另一个方法包括如下步骤:借助于用于探测X射线束的探测器生成信号,其中,对象的一部分与光栅布置一起被定位在X射线束内、X射线束的源以及探测器之间,执行对来自所述探测器的信号的本地处理,并且基于所处理的信号生成图像,其中执行本地处理的步骤可以包括相邻探测器像素的定性评估。
[0025] 这里,定性评估可以包括通过计算探测器阵列的两个相邻像素的信号的差来计算信号的一阶导数。局部断层摄影的目的是可视化所述对象的内部结构的轮廓。换言之,所提出的方法增强了区分结构之间差异的可能性,而不是呈现每个单一探测器像素的定量测量的表示。
[0026] 根据本发明的第二实施例的方法甚至能够操纵严重截断的投影数据并且因此非常适用于感兴趣区域的断层摄影。
[0027] 根据方法的另一个方面,可以选择在对象和系统之间的相对运动,使得光栅垂直于被投影的源轨道。
[0028] 此外,执行本地处理的步骤可以包括逐像素的相位梯度获取以及相位梯度导数的计算。
[0029] 根据本方法的又一实施例,使用来自探测器(D)的本地处理信号的加权反投影执行图像的生成。
[0030] 根据又一实施例,本方法还可以包括如下步骤:在所述X射线束中没有所述光栅布置的情况下生成所述对象的一部分的图像,以及在X射线束内具有光栅布置的情况下生成对象的一部分的图像,其中,所述光栅布置可以在垂直于X射线束的主方向的平面中移动。
[0031] 本方法还可以包括移动光栅中的至少一个以执行相位步进方法的步骤。
[0032] 在执行本发明的方法或者利用根据本发明的设备中,提出了两步方法。
[0033] 首先,产生具有大的FOV的常规的基于吸收的图像。这个图像是通过将可以安装在能够移动的滑块上的三个光栅G0、G1以及G2驱动到X射线束之外生成的。这一设置因此给出没有以任何方式受光栅的限制而劣化的图像,并且给出受辐射的主体的与常规吸收成像一样没有FOV减小的吸收图像。
[0034] 在第二步中,将光栅布置移回,即,通过,例如,步进电机,将光栅布置插回到该设置中。可以控制光栅布置被插入的位置。因此,可以在先前所产生的吸收图像内,在屏幕上以边框的形式并以同步的方式直接指示这个位置,所述边框覆盖光栅系统影响的相同区域。执行X射线扫描的医师能够在屏幕上选择这个边框的中心的准确位置,并且因此能够将那个边框定位在他最感兴趣的感兴趣区域(ROI),因为吸收图像指示在那里有潜在的异常。在这个位置,光栅布置被同步地插入到X射线路径中以现在产生这个ROI的PCI图像。这允许医师在不进一步增加暴露到人体的X射线剂量的情况下,接收到聚焦在那个ROI的具有较高信噪比的PCI图像。如果明确第一步骤仅是用于允许在第二步骤中的光栅布置的定位,那么医师可以决定减少在第一步骤中的暴露。
[0035] 将FOV指引到ROI带来本发明的主题的第二个优点。从具有更大尺寸的吸收图像,在该应用设计用于的,例如典型人体组织类型,的吸收系数列表的帮助下,可能概略地确定能够预期在所述ROI内的主要组织类型。为了这个目的,在线施加给ROI的自动分割算法可能是有用的。这个信息允许优化用于接下来的PCI扫描的X射线源的能量,以及G1和G2之间的距离—泰伯(Talbot)距离—它们均与X射线光的波长相关。与波长有关的参数的优化可以明显地增加所得到的PCI图像的质量。可以以针对三个光栅的整个光栅布置做出的类似方式修改泰伯距离。
[0036] 本发明能够用于FOV代表限制因素的任何类型的PCI系统,用于乳房X线照相术、心脏或者脑外科系统、或者在重建执行得足够快而使得结果能够在扫描后直接在屏幕上可视化的情况下的计算机断层摄影。
[0037] 根据本发明的又一方面,提供一种用于相衬成像的计算机程序,当在根据本发明的设备的处理单元上执行所述计算机程序时,所述计算机程序使得设备执行根据本发明的方法。因此,可以基本自动地,或者至少主要自动地执行根据本发明的方法。
[0038] 这样的计算机程序优选地被加载到数据处理器的工作存储器中。因而数据处理器被配备以执行本发明的方法。此外,本发明涉及计算机可读介质,例如,可以存储计算机程序的CD-ROM。但是,也可通过类似万维网的网络提供计算机程序,并且能够从这样的网络将计算机程序下载到数据处理器的工作存储器中。
[0039] 应该注意,本发明的实施例是参考不同的主题描述的。特别是,一些实施例是参考方法权利要求描述的,而另外的实施例是参考装置权利要求描述的。但是,本领域技术人员将从上述以及下面的描述了解,除非另外指出,否则,不仅属于同一主题类型的特征的任何组合,还有涉及不同的主题的特征之间的任意组合被视为由本申请公开。
[0040] 本发明的上面所定义的方面以及进一步方面、特征以及优点能够从将在下文描述的实施例的示例中得到,并且参考在图中所示出的实施例的范例而解释,但是本发明不限于此。附图说明
[0041] 图1是用于相衬成像的设备的示意性表示;
[0042] 图2图示了具有小的感兴趣区域的视场的范例;
[0043] 图3示出了不同的断层摄影图像;
[0044] 图4是图示了根据本发明的方法的步骤的流程图
[0045] 附图标记列表
[0046] O 对象
[0047] S X射线源
[0048] D X射线探测器
[0049] G0 源光栅
[0050] G1 衍射光栅
[0051] G2 吸收器光栅
[0052] AM 致动器器件
[0053] OA 光轴/主轴
[0054] C 控制器
[0055] P 处理器件
[0056] RAM 随机存储器
[0057] WS 工作站
[0058] MS 监视器屏幕
[0059] Sl1 第一滑块
[0060] Sl2 第二滑块
[0061] Sl3 第三滑块
[0062] FOV 视场
[0063] ROI 感兴趣区域

具体实施方式

[0064] 图1是Talbot-Lau型硬X射线成像干涉仪的光栅设置的示意性表示,可以根据本发明使用所述干涉仪。将在下文中在所述设备的不同部分的功能的大致描述的背景下描述所述设备。
[0065] 使用这种干涉仪导致这样的效果,干涉的X射线没有被完全地分开,而仅仅以小的度被修剪,这样,它们通过样本的不同的、紧密间隔开的部分。硬X射线成像干涉仪包括:非相干X射线源S;用于实现空间射束相干的源光栅G0;具有沿垂直于干涉仪的光轴的方向上平行延伸的多个等距X射线吸收条带的衍射光栅G1(在此也被称为相位光栅),所述衍射光栅充当相移分束器并且被放置在所述对象后面的下游方向;吸收器光栅G2(在此也被称为分析器光栅)以及用于探测莫尔干涉图样的图像数据的X射线探测器D,所述莫尔图样包括与在通过对象O以及衍射光栅G1后的偏转且相移的X射线束的相移有关的信息。
[0066] 此外,提供用于记录在相位步进方法中由所述辐射探测器所提供的图像数据的工作站WS的处理器件P、用于存储这些数据的非易失性随机存储器(RAM)、以及用于可视化所得到的莫尔干涉图样的记录图像数据的监视器屏幕MS或者显示器。
[0067] 为了能够移动源S,将源安装在第一滑块Sl1上,而将探测器D安装在第二滑块Sl2上。在两个滑块的情况下,也可能只移动一个,所述源或者所述探测器,以生成例如对象的ROI的2D图像。同时移动源和探测器两者,可以得到所述ROI的3D成像。独立于所述源和所述探测器的移动,可以将所述光栅布置在第三滑块Sl3上。以这种方式,通过例如步进电机SM,可以容易地将整个光栅布置移动到X射线束外。通常,所述光栅布置能够在垂直于X射线束的主方向或者光轴OA的平面中,在X射线束内移动或者移出X射线束。应当理解,也可以为不同的光栅(例如,针对源和探测器)使用分别的滑块。
[0068] 关于图1,应当提及,将光栅布置移出X射线束的滑块Sl3移动的量可以比用于相衬成像的由致动器器件AM所引起的在X射线束内的光栅G2移动的量大至少一个量级。例如,所述滑块的移动可以是若干mm或者cm以在X射线束内或者之外定位光栅布置。另一方面,吸收器光栅G2的移动可以是仅若干μm(微米)。
[0069] 源光栅G0产生各自相干,但是相互之间不相干的源的阵列。替代G0,能够使用结构化的源,其中G0的孔径被替换为X射线源的空间受限的发射区域,例如其表示为在X射线管中结构化阳极。如果使用微聚焦管或者具有大的空间相干的源,例如,同步加速器源,甚至能够省略源光栅。具有基于CNT发射器的分布式X射线源也可替代地形成相干源的阵列。在射束路径中的相位对象O引起针对X射线每个相干子集的轻微的折射,所述折射与对象的局部相位梯度成比例。这个小的角偏离导致通过光栅G1和G2组合的局部透射强度的变化。
[0070] 相位光栅G1充当分束器并且将入射的X射线束实质上划分为两个第一衍射级。由于辐照硬X射线的波长λ(其通常在低于0.1nm的数量级)远小于光栅栅距(其具有大约为1μm的长度),在两个衍射束之间的角度非常小。在相位光栅G1的下游,衍射射束干涉并且在称作分数泰伯距离的特定距离处形成具有周期g的线性周期条纹图样,周期g等于相位光栅周期p1的一半乘以几何放大因子,该因子由G0到G1以及G0到G2的距离所定义。应当指出,这些条纹的周期和横向位置不依赖于X射线的波长。入射波前的扰动,诸如由在射束中对象O上的折射所引起的那些,导致条纹的局部位移。
[0071] 然而,因为相位光栅栅距p1(以及因此的干涉条纹的间隔)并不超过几个微米,所以放置在探测平面中的成像探测器D可能不具备充分的分辨率以分辨这些条纹。因此,具有与这些条纹相同的周期和取向的吸收器光栅G2,充当用于成像探测器D的透射掩膜,并且将局部条纹位置转换成为信号强度变化,并且吸收器光栅G2紧邻地置于成像探测器D的平面前方。所探测的信号特征因此包括关于对象O的相位梯度 的量化信息。为了从诸如样本中的吸收、不均匀的辐照或者光栅缺陷的对信号的其他贡献中分离出这个相位信息,可以将相位步进方法应用于这一设置,以及使用所谓的空白扫描,即,没有对象O的扫描。
[0072] 这样,能够导出两个独立的图像。第一图像表示在射束中没有干涉计而接收到的强度图像。它主要包括吸收对比并且可能也包括由于在样本边缘的衍射而导致的一些同轴(in-line)相衬。第二图像的强度信号与对象中的相移梯度成比例,这就是为什么它被称为差分相衬图像(DPCI)。可以使用DPCI通过简单的一维积分获得对象的相位特征。
[0073] 在这样的干涉仪装置中使用的光栅的质量是至关重要的。为了以充分的精度限定光栅结构,传统上使用微加工技术。关键的是光栅G1和G2具有正确的周期比。对于平面入射波,吸收器光栅G2的周期p2应当是相位光栅G1周期的一半,而对于锥形入射波,需要引入轻微的校正。需要使用显微光刻技术来定义在基底上的光栅线图样。
[0074] 进一步的处理依赖于所需要的单独的特性。特别是,相位光栅G1的特征是低吸收结构,其给所经过的X射线波引入大约π弧度的相移 而吸收器光栅G2的特征是高吸收光栅线。在透射过相位光栅G1的线结构之后波前相移 的实际大小取决于光栅线厚度以及入射X射线束的波长λ。如果G1由平面波照射,则在探测器平面中形成强度的周期性干涉图样,其根据相位光栅G1和所述探测器平面之间的距离d而改变。例如在第一分数2
泰伯距离处,其由d1=p1/8λ所给出,观察到垂直于光栅线的线性条纹的周期性图样。这些条纹的间距等于相位光栅的周期p1的一半。这些条纹的强度或者振幅取决于 并且当时给出最大调制。
[0075] 获得所需相移所需要的相位光栅G1的结构高度与所使用的光子能量以及光栅材料的相移系数成比例。针对17.5keV以及硅光栅材料,最佳高度为22μm。
[0076] 相位光栅G1的周期p1接近于4μm,导致该结构非常高的纵横比。可以在氢溶液中通过湿法化学蚀刻来制造该结构。使用具有<110>取向的250μm厚的硅晶片作为基底。例如使用高精度电子束蚀刻工艺曝光光栅图样。线的取向是沿着<112>方向,精度最好高于0.1°,这导致具有垂直侧壁各向异性蚀刻。
[0077] 吸收器光栅G2的制作更具有挑战性。首先,吸收器光栅的周期p2必须是相位光栅G2的周期的二分之一,即2μm,并且其次,不存在简单的蚀刻工艺以高的纵横比使高吸收材料图样化。结构高度也取决于光子能量以及光栅材料的吸收系数。在17.5keV时,使用金作为吸收材料。对于高对比度的PCI信号,期望使用10μm的结构高度。首先,使用上面所描述的方法使硅光栅图样化。然后,通过电沉积将金填充至光栅的间隙。使用阴影蒸发工艺以及选择性湿法蚀刻,让金从硅凹槽的底部生长是可能的,因为在侧壁上或者硅脊上的任何沉积将导致凹槽的不完整的填充。
[0078] 使源S以及探测器D布置在例如C型臂或者CT机架,或者能够围绕对象旋转的源-探测器布置,即滑块Sl1和Sl2的组合,且两者之间具有光栅布置,将提供生成对象的体相衬图像的可能性。因此,可以考虑下列方面。优选地在至少180度的角度范围内采集感兴趣区域的差分相衬投影数据。通常和优选的采集使用围绕感兴趣区域的圆形路径,在360度范围内或者180度加上探测器的扇形角的范围内进行数据采集
[0079] 替代地,可以使用围绕感兴趣区域的源探测器布置的螺旋形路径采集数据。优选地,差分的方向与投影到探测器上的X射线源的路径的切线相一致。在第一处理步骤中,也被称为预处理,沿着相同的方向(即,与源路径相切的投影的方向)数值地计算这些差分投影数据的一阶导数
[0080] 这些预处理投影数据被反投影到感兴趣区域。在反投影期间,能够使用两个加权函数来改进图像质量。第一加权函数是冗余加权函数,其保证冗余数据的贡献以归一化方式合计到重建图像。对于具有360度的圆形路径的数据采集,这个加权函数可以简化为常数因子1/2。可以使用的第二加权是密度校正。针对在感兴趣区域内的每个对象点以及将被反投影的每个预处理投影,计算射线的密度、取平方并且被用作额外的反投影权重。如果系统的扇形角小,或者将被重建的感兴趣区域适配到小的扇形角,则放弃这个密度补偿以简化反投影操作。
[0081] 注意到,所使用的术语“冗余”在锥形射束重建中有一点点不准确。参考图1,旋转轴优选与y轴对齐。在这一几何结构中,如果是以下情形,那么对于在感兴趣区域内的对象点而言在扫描期间采集的任意两个数据被认为是“冗余”的:第一,对象点位于在从源到探测器的射线上对应于探测值的某处,并且第二,平行于y轴而投影到zy平面上的射线是一致的。
[0082] 替代地并且在反投影前,可以将锥形射束数据重分成伪平行(aka楔形)的几何结构。在这种情况下,当用于反投影加权时,密度校正因子不应当被平方。
[0083] 本发明的主要思想是将局部断层摄影理论应用到差分相衬CT问题中。
[0084] 作为针对局部断层摄影函数的示例,概述从局部断层摄影函数开始的方法。这里,测量针对每个源位置,其参数化为标量变量s,并且针对每个方向α(在此以及下文,粗体标记代表矢量)提供线积分:
[0085]
[0086] 并且重建是如下定义的局部断层摄影函数:
[0087]
[0088] 其中,
[0089]
[0090] 加权函数 处理冗余。已知,局部断层摄影函数复原了目标函数f的局部特征,并且剩下的非局部伪影的幅度要小一个量级。
[0091] 对于差分相衬CT,期望利用这样的事实,即测量已经提供了一阶导数。然而,导数是在不同的坐标系下获取的。具体而言,针对具有坐标u以及v的平面探测器,其中v是光栅的方向,在u的方向上测量导数:
[0092]
[0093] 为了将局部断层摄影算法应用到差分相衬CT,方向u应当与源路径y(s)的切线对齐。在这种情况下,重建算法的公式可以使用下面的关系重新给出
[0094]
[0095] 其中R(s)表示从旋转轴到源的距离。注意在这个公式中,仅出现关于探测器坐标的导数,其在反投影期间被锥形射束重建方法中所熟知的放大因子所补偿。
[0096] 图2在该图的上方部分中示出了没有光栅布置生成的示例性吸收图像,其具有可见的FOV。此外,它还图示了在吸收图像中充当ROI的指示的边框,其中,这个边框可以通过输入设备的命令移动到ROI。图2的下方部分图示所述ROI的PCI图像,其中,在这个示例中,PCI图像可以与吸收图像分开地被放大以及可视化。注意到PCI图像也可以是在吸收图像上的覆盖,例如在这个边框中,并且也可以以与吸收图像相同的尺度而被图示。
[0097] 图3A、3B以及3C示范性地示出了通过所提出的方法获得的重建结果。显然,局部断层摄影方法很好地复原了局部结构。同时,由在对象边界的不完美的相位展开所导致的伪影也仅在局部出现。在图3C中的图像图示了不完美的相位展开在差分数据的传统的断层摄影重建中导致了非局部的伪影。
[0098] 图4中的流程图图示了根据本发明的用于相衬成像的方法的原理。应当理解,关于本方法描述的步骤是主要步骤,其中,这些主要步骤可以被分化或者划分为多个子步骤。此外,在这些主要步骤之间也有子步骤。因此,仅在子步骤对于理解根据本发明的方法的原理很重要时才会提及该步骤。
[0099] 在步骤S1中,可以利用光栅的布置来执行X射线扫描,所述光栅的布置被驱动以便于产生在光栅之间的对象的纯的吸收图像。可以在屏幕上可视化吸收图像,使得用户能够将该吸收图像与具有边框形式的光栅布置的当前位置的覆盖一起进行评估,所述边框与被X射线路径内的光栅布置所覆盖的FOV具有相同的尺寸。
[0100] 在步骤S2中,用户能够经由,例如,计算机鼠标,将所述边框移动到吸收图像内的他想要进行可疑区域的PCI扫描的位置。可以将光栅布置的滑块Sl3以及源的滑块Sl1和Sl2移动到指定位置,使得光栅布置覆盖与主X射线束路径垂直的平面上的区域,与在计算机屏幕上的吸收图像内的边框相同。
[0101] 在步骤S3中,可以执行PCI扫描,并在计算机屏幕上可视化PCI扫描以允许用户检查它。该PCI扫描可以包括局部断层摄影的优点。
[0102] 如果期望,可以在步骤S4中利用相同的吸收图像重复在其它的ROI处的PCI扫描。
[0103] 虽然在附图和前面的说明中详细地图示以及描述了本发明,但这样的图示和描述被认为是说明性或者示范性的而非限制性的,本发明不限于所公开的实施例。
[0104] 通过对附图、公开以及所附加权利要求的研究,在实践所主张的发明时,本领域技术人员可以理解和实现所公开实施例的其他的变化。在权利要求中,“包括”一词并不排除其他元件或步骤,且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或者其他单元可以实现在权利要求中所叙述的若干项的功能。
[0105] 在互不相同的从属权利要求中记载了某些措施的这一仅有事实并不表明不能使用这些措施的组合获利。计算机程序可以被存储/分布在诸如光学存储介质或者与另一硬件一起提供或者作为另一硬件的一部分提供的固态介质的合适的介质上,但是也可以以其它形式分布,诸如,经由互联网或者其它有线或者无线的通信系统。不应当将权利要求中任何附图标记解释为限制本发明的范围。
QQ群二维码
意见反馈