利用圆形光栅进行差分相衬成像 |
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| 申请号 | CN201080013839.9 | 申请日 | 2010-03-15 | 公开(公告)号 | CN102365052B | 公开(公告)日 | 2015-05-13 |
| 申请人 | 皇家飞利浦电子股份有限公司; | 发明人 | E·勒斯尔; T·克勒; G·马滕斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 X射线 差分相衬成像系统，其具有三个圆形光栅。圆形光栅与 辐射 束的光轴对准，并且沿具有焦斑、 相位 光栅和/或吸收光栅的光轴执行相位偏移。测得的 信号 是远离光轴的径向方向上的相位梯度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于检查感兴趣的对象的差分相衬成像设备，所述设备(100)包括： |
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| 说明书全文 | 利用圆形光栅进行差分相衬成像技术领域[0001] 本发明涉及相衬成像。具体地，本发明涉及用于检查感兴趣的对象的相衬成像设备、相衬成像方法、计算机可读介质和程序元件。 背景技术[0002] 为了利用电磁辐射检查感兴趣的对象，可以使用可见或不可见光或X射线。Pfeiffer等 的“Phase retrieval and differential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray sources”，Nature Physics 2006，X射线差分相衬成像(DPC)领域中公开的方法基于Talbot干涉法的扩展。该扩展包括增加容许使用多色X射线光谱的第三光栅。用于此技术中的光栅由线性沟槽布置形成，如图1和2中描绘的。经由相位偏移(phase stepping)对强度变化的探测容许测量垂直于光栅的沟槽的X射线波前的相位梯度。 发明内容[0004] 期望提供对相位复原(phase retrieval)具有更鲁棒的可能性的成像系统和方法。 [0006] 应当注意，以下例如关于成像设备描述的特征也可以作为方法、计算机可读介质或程序元件中的方法步骤来实施，反之亦然。 [0007] 根据本发明的范例实施例，提供了用于检查感兴趣的对象的差分相衬成像设备，该设备包括用于发射辐射束的源、探测器以及安置于所述源和所述探测器之间的相位光栅。探测器配置为在辐射通过感兴趣的对象以及相位光栅后对该辐射进行探测，其中，相位光栅具有弯曲的几何结构并且弯曲的几何结构是圆形几何结构和螺旋几何结构之一，其中，所述相位光栅的第一间距随距所述相位光栅的中心的距离的增大而增大。 [0008] 例如，成像设备中使用的所有光栅具有该弯曲的几何结构。术语“弯曲的几何结构”指相位光栅的几何结构不是线性的，而是包括弓形或弯的结构，诸如圆或圆的段或任意其它结构。 [0009] 相位光栅具有圆形几何结构和螺旋几何结构之一，换句话说，指相位光栅(并且例如也对于吸收光栅)包括同心布置的沟槽或螺线，即螺旋状的沟槽。 [0010] 根据本发明的另一范例实施例，由所述源发射的所述辐射束是锥形束。从而，所述成像设备设计为锥束对称。 [0011] 利用常规X射线管源，线性光栅布置打破了成像系统的锥束对称。以上和以下描述的光栅遵守上述对称，从而产生有利的耦合。 [0012] 例如，通过使用具有弯曲的几何结构的光栅，例如，螺旋或圆形光栅，可以减小在偏移时对定位精度的需求。此外，归因于公共点事实(common-ground truth)“光轴上的相位点”，可以简化相位复原。此外，圆柱对称可以避免边缘畸变。上述和下述装置可以提供对使用线性光栅的其它DPC技术的可行的替代。 [0013] 根据本发明的另一范例实施例，所述成像装置还包括第二光栅，所述第二光栅配置为设置于所述探测器之前的吸收光栅的形式。所述第二光栅也具有弯曲的几何结构并且所述第二光栅具有的间距不同于所述第一相位光栅的间距。 [0014] 根据本发明的另一范例实施例，所述成像装置还包括第三光栅，所述第三光栅是设置于所述源和所述感兴趣的对象之间的吸收光栅，并且所述第三光栅也具有弯曲的几何结构。所述第三光栅具有的第三间距不同于所述相位光栅的所述第一间距并容许对所述相位光栅进行基本相干的照明。 [0015] 根据本发明的另一范例实施例，所述成像装置还包括步进电机。由所述源发射的所述辐射束具有光轴，其中，所述步进电机配置为沿所述源发射的所述辐射束的光轴移动所述相位光栅和所述第二(吸收)光栅的至少其一。 [0016] 此外，所述成像设备可以配置成使得由所述源发射的辐射束的焦斑在图像获取期间沿光轴移动。 [0017] 根据本发明的另一范例实施例，所述成像装置还包括旋转电机，其中，所述旋转电机配置为围绕所述辐射束的光轴旋转所述相位光栅和所述第二光栅的至少其一。 [0018] 例如，相位光栅G1和/或第二吸收光栅G2配置为螺旋几何结构并设置于光轴上。替代地或附加地，两个光栅G1、G2之一或二者偏离光轴设置并且绕光轴旋转。 [0019] 根据本发明的另一范例实施例，所述相位光栅(104)的所述间距不是恒定的，而是距所述相位光栅的中心的距离的函数。特别是，间距可以随距中心的距离的增大而增大。这也可以是吸收光栅G0和G2的情况。这对于简化沿光轴的相位偏移程序是有用的。 [0020] 根据本发明的另一范例实施例，所述源是X射线源，其中，所述设备配置为基于X射线的差分相衬成像设备。 [0022] 根据本发明的另一范例实施例，提供了一种用于检查感兴趣的对象的相衬成像方法，其中，由源发射辐射束。此外，将相位光栅设置于所述源和探测器之间。沿具有焦斑、相位光栅和/或吸收器光栅的光轴执行相位偏移。此外，在所述辐射通过所述感兴趣的对象和所述相位光栅之后，通过所述探测器探测所述辐射，其中，所述相位光栅具有圆形几何结构和螺旋几何结构之一，其中，所述相位光栅的第一间距随距所述相位光栅的中心的距离的增大而增大。 [0023] 根据本发明的另一范例实施例，对所探测的辐射执行径向向外的积分，用于相位复原。 [0024] 根据本发明的另一范例实施例，沿所述束的光轴移动所述相位光栅、为设置于所述探测器之前并具有弯曲的几何结构的吸收光栅的第二光栅、以及所述源发射的所述辐射束的焦斑的至少其一。 [0025] 根据本发明的另一范例实施例，围绕所述束的光轴旋转所述相位光栅、所述第二光栅、和所述源发射的所述辐射束的至少其一。 [0026] 根据本发明的另一范例实施例，提供了一种用于检查感兴趣的对象的差分相衬成像设备，包括：用于由源发射辐射束的模块；用于将相位光栅设置于所述源和探测器之间的模块；用于在所述辐射通过所述感兴趣的对象和所述相位光栅之后，通过所述探测器探测所述辐射的模块；其中，所述相位光栅具有圆形几何结构和螺旋几何结构之一，其中，所述相位光栅的第一间距随距所述相位光栅的中心的距离的增大而增大。 [0027] 根据本发明的另一范例实施例，提供了一种用于检查感兴趣的对象的程序元件，当所述程序元件由成像设备的处理器执行时，所述程序元件使得所述成像设备执行上述方法步骤。 [0028] 使用三个弯曲的，例如圆形或螺旋形的光栅来代替用于DPC装置的三个线性光栅可以看作是本发明的创新点。在线性光栅的情况下，相位偏移揭露了沿笛卡尔偏移方向的相位梯度。在与光轴对准并从而遵循系统的圆柱对称的圆形光栅的情况下，沿具有焦斑、相位光栅或吸收光栅的光轴执行相位偏移。测得的信号是径向方向上的相位梯度。与对于线性光栅的情况下偏移所需的相对高的精度相比，沿光轴所需的定位精度可以相当低。 [0029] 根据以下描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显，并且将参照以下实施例描述本发明的这些和其它方面。 附图说明[0031] 图1A示出了具有三个线性光栅的测量装置； [0032] 图1B示出了图1A的装置的横截面视图； [0033] 图2A示出了线性相位光栅； [0034] 图2B示出了线性吸收光栅； [0035] 图3示出了根据本发明的范例实施例的测量装置； [0036] 图4示出了根据本发明的范例实施例的成像系统； [0037] 图5示出了根据本发明的范例实施例的方法的流程图。 具体实施方式[0038] 附图中的示例是示意性的并且不成比例。在不同附图中，类似或相同的元件设置有相同的参考数字。 [0039] 图1A示出了用于利用线性光栅进行差分相衬成像的测量装置。使用非相干X射线源，其由焦斑101表示。源发射的辐射束具有光轴4。首先，该束通过吸收光栅1(G0)。然后，该束通过感兴趣的对象103，并且然后通过相位光栅2(G1)。其后，该束通过第二吸收光栅3(G2)，第二吸收光栅3(G2)布置在成像探测器102之前。 [0040] 参考数字5描绘x轴，参考数字6描绘y轴，并且参考数字7描绘z轴，z轴布置为平行于光轴4。 [0041] 图1B示出了图1A中描绘的装置的横截面视图。源101的焦斑具有宽度W，W通常比第一吸收光栅1的间距(pitch)p0(见参考数字8)大得多。相位光栅2布置为距第一吸收光栅1一距离l。在第一吸收光栅1和相位光栅2之间为感兴趣的对象103。 [0042] 第二吸收光栅3布置为距相位光栅2一距离d，吸收光栅3的间距10(p2)比第一吸收光栅1的间距小。相位光栅2的间距9(p1)容许来自源的具有一定能量E的辐射在成像探测器102处产生Talbot图像。 [0043] 图2A和2B各分别示出了线性光栅2和3的截面。 [0044] 图3示出了用于根据本发明的范例实施例的成像设备的滤光器和探测装置。成像装置具有三个圆形光栅，即布置在源101的焦斑之后的吸收光栅106、布置在感兴趣的对象103之后的相位光栅104、以及布置在探测器102之前的第二吸收光栅105。 [0045] 第二吸收光栅105能够沿光轴4移动或偏移。应当注意，圆形(或螺旋)光栅104、105和106的间距不成比例。 [0046] 针对Pfeiffer等公开的系统，所有线性光栅由圆形光栅(或螺旋光栅)替代，并且沿光轴执行相位偏移。该方法对径向相位梯度敏感。 [0047] G1的间距p1和G2的间距p2之间的关系保持不变。对于平面波(同步加速器)p2＝p1/2，对于球面波(如在当前情况下)，p2＝p1/2×1/(l-d)，其中l为G0和G1之间的距离，d为Talbot距离。 [0048] 源光栅106配置为保证对相位光栅104基本“相干”的照明。由吸收光栅105经由沿光轴4的偏移来分析相位对象103生成的Talbot自我图像(self-image)(傅立叶图像)的畸变。探测器测量径向方向上的局部相位梯度。对于相位复原，利用对波前相位具有公共“锚(anchor)”的优点执行径向向外的积分。 [0049] 根据另一范例实施例，光栅的沟槽不是以同心环的形式实现，而是实现为螺旋。于是可以经由光栅之一围绕光轴旋转360度的角度来实施相位偏移。 [0050] 应当注意，第二相位光栅(诸如图4的相位光栅410)可以与第一相位光栅104相邻安置，以在探测器处产生第二Talbot图像。 [0051] 还应当注意，成像系统可以是X射线成像系统或光学成像系统。 [0052] 图4示出了根据本发明的范例实施例的成像系统400。图4中描绘的成像系统可以配置为乳房X线照相成像系统的形式。感兴趣的对象103可以是患者的乳房，患者的如乳房置于用于向患者的乳房施加压力的两个压力板401、402之间。 [0053] 源101可以是X射线源，或例如光学能量源(在该情况下，系统可以用于其它目的)。 [0054] 源101发射的辐射首先通过光栅106，然后通过待成像的感兴趣的对象103。 [0055] 于是，辐射通过相位光栅104，并且如果需要，通过第二相位光栅410。相位光栅可以集成在对应的外壳中，并且从而形成模块。模块连接至控制单元403，使得光栅104、401能够沿箭头308、309向上和向下移动。 [0056] 此外，第二吸收光栅105设置于探测器102之前。每个光栅能够连接至相同或各自独立的电机408，电机408用于沿箭头308、309移动光栅和/或用于围绕光轴4旋转光栅。 [0057] 源101和探测器102分别经由线405、406均连接至控制单元403。 [0058] 探测器102包括Talbot干涉仪408。 [0059] 此外，数据线407将控制单元403连接至输入和输出装置404，输入和输出装置404能够用于输入用于控制成像系统400的控制信息并且也能够用于输出与最终图像相关的视觉信息。 [0060] 图5示出了根据本发明的范例实施例的方法的流程图。在步骤501中，由源发射辐射束，源例如为发射多色x射线的X射线源。在步骤502中，焦斑、相位光栅或探测器处的吸收光栅发生偏移，即沿光轴移动。在使用螺旋光栅的情况下，执行旋转代替线性运动。 [0061] 然后，在步骤503中，在辐射经过感兴趣的对象和光栅之后，对其进行探测，并且在步骤504中，通过执行对探测的信号的径向向外的积分对相位进行复原。 [0062] 也可以在利用必要的条件在外面开始并朝向里面积分，以在光轴上得到相同值。 [0063] 应当注意，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”不排除多个。关于不同实施例描述的元件也可以进行组合。 [0064] 应当注意，权利要求中的参考符号不应视为限制权利要求的范围。 [0065] 参考符号列表 [0066] 1 线性吸收光栅 [0067] 2 线性相位光栅 [0068] 3 线性吸收光栅 [0069] 4 光轴 [0070] 5 x轴 [0071] 6 y轴 [0072] 7 z轴 [0073] 8 间距p0 [0074] 9 间距p1 [0075] 10 间距p2 [0076] 101 源、焦斑 [0077] 102 探测器 [0078] 103 感兴趣的对象 [0079] 104 相位光栅G1 [0080] 105 吸收光栅G2 [0081] 106 吸收光栅G0 [0082] 400 成像系统 [0083] 401 第一压力板 [0084] 402 第二压力板 [0085] 403 控制单元 [0086] 404 输入和输出单元 [0087] 405 连接线 [0088] 406 连接线 [0089] 407 连接线 [0090] 408 电机 [0091] 409 旋转电机 [0092] 410 第二相位光栅 [0093] 501、502、503、504 方法步骤 |
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