具有可移動(dòng)光柵的微分相位襯度成像裝置的制造方法
【專利說明】具有可移動(dòng)光柵的微分相位襯度成像裝置發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微分相位襯度成像(dPCI)領(lǐng)域。具體地講，本發(fā)明涉及一種用于X射線微分相位襯度成像和X射線衰減成像的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線微分相位襯度成像(dPCI)使穿過被掃描物體的相干X射線的相位信息視覺化。例如，相干X射線可以由非相干X射線源與被掃描對象之間的源光柵產(chǎn)生。除了傳統(tǒng)的X射線衰減成像外，dPCI不僅可以確定物體沿著投射線的吸光性能，還可以確定所傳輸X射線的相移。在對象之后，放置相移光柵(也稱為相位光柵)，所述相移光柵產(chǎn)生包含所需信息的干涉圖案，所述信息關(guān)于光束在其最小和最大相對位置中的相移，通常約為幾微米。由于普通的X射線檢測器可能無法分辨此等精細(xì)結(jié)構(gòu)，因此干涉圖案由分析器光柵(也稱為吸光器光柵)取樣，所述分析器光柵以周期性圖案為主要特征，傳輸具有與干涉圖案的周期性類似的周期性的吸光條帶。所述類似周期性在光柵后面產(chǎn)生具有大得多的周期性的摩爾圖案，而該摩爾圖案可由普通的X射線檢測器檢測到。
[0003]為了執(zhí)行dPCI，基本上存在兩種不同的系統(tǒng)幾何形狀:平面2D檢測和狹縫掃描系統(tǒng)。
[0004]在平面2D檢測中，2D檢測器陣列拍攝在單次X射線曝光下的整個(gè)投影圖像，且必須通過具有(例如)4次、8次或16次曝光的稱為“相位步進(jìn)”的過程來實(shí)現(xiàn)相位采集，其中源光柵、相位光柵和吸光器光柵中的一個(gè)相對于其他兩個(gè)光柵移動(dòng)。
[0005]在狹縫掃描方法中，通過女性乳房下方的掃描臂或機(jī)架移動(dòng)來掃描乳房。借助大量平行檢測器條紋的典型布置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的冗余可經(jīng)開發(fā)以消除對相位步進(jìn)的需要，且光柵無需相對于彼此移動(dòng)。因此，可在通常的掃描運(yùn)動(dòng)中實(shí)施相位采集，例如在W02013/004574A1 中所描述。
[0006]然而，在兩種情況下，以三個(gè)光柵的使用為特征的微分相位襯度技術(shù)具有以下缺點(diǎn):已經(jīng)穿過乳房組織的X射線的大約50%實(shí)際上由吸光器光柵吸收，且因此不能用于成像或不用于成像。
[0007]有時(shí)，可能期望不僅執(zhí)行dPCI成像，而是相反地或另外地執(zhí)行不借助光柵的衰減成像。例如，W2012/0099702 Al示出了具有可移動(dòng)光柵的微分相位襯度成像裝置。
[0008]檢測器和dPCI系統(tǒng)的校準(zhǔn)可能是困難的(如果光柵不能被移除)，且校準(zhǔn)(例如，針對漂移或其他檢測器性能改變)可能不止在出廠/初始安裝時(shí)需要，而是定期地需要，且至少在每次維護(hù)之后需要。
[0009]WO 2013/111050 Al公開了一種設(shè)置有光柵結(jié)構(gòu)的X射線系統(tǒng)，此類光柵結(jié)構(gòu)包括狹縫組，所述狹縫組具有相互不同的方向。
[0010]US 2013/0202081 Al公開了一種用于相位襯度成像的包括可移動(dòng)光柵的檢測器布置。
[0011]US 2013/0230135 Al公開了一種包括光柵的關(guān)節(jié)成像設(shè)備。
[0012]WO 2011/070488 Al公開了一種用于相位襯度成像的裝置，所述裝置包括可移動(dòng)離開X射線束的光柵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]在2D檢測系統(tǒng)中，吸光器光柵覆蓋了整個(gè)檢測區(qū)域，且必須從整個(gè)視場移除(多達(dá)約30cm X 40cm)，即移動(dòng)相當(dāng)長的一段距離。這可能導(dǎo)致在移動(dòng)之后吸光器光柵與相位光柵的不良對準(zhǔn)，且可能使圖像品質(zhì)降級。另外，2D乳房X射線攝影系統(tǒng)中的優(yōu)選移動(dòng)方向?qū)⑹乔昂蠓较?，使吸光器光柵遠(yuǎn)離乳房地漂移離開X射線成像路徑。
[0014]可能需要提供一種能夠在純衰減成像和dPCI成像之間輕松切換(同時(shí)提供衰減、微分相位和散射成像)的X射線成像裝置?？赡苓€需要提供一種在這兩種操作模式之間快速、簡單、準(zhǔn)確地且可靠地切換的裝置。
[0015]這些需要可以通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來滿足。另外的示例性實(shí)施例從從屬權(quán)利要求和以下說明中顯而易見。
[0016]本發(fā)明的一方面涉及一種X射線微分相位襯度成像裝置，例如一種乳房X射線攝影裝置。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述成像裝置包括:用于產(chǎn)生X射線束的X射線源；用于從非相干X射線源(20)產(chǎn)生相干X射線束的源光柵(GO);準(zhǔn)直器，包括用于將相干X射線束分離成多個(gè)扇形X射線束以穿過對象的狹縫；布置在所述對象之后的相位光柵和吸光器光柵；以及條紋檢測器，包括用于檢測由相位光柵和吸光器光柵從穿過對象的扇形X射線束產(chǎn)生的摩爾圖案的檢測器條紋。所述X射線源、源光柵、準(zhǔn)直器、相位光柵、吸光器光柵和檢測器固定到公用的機(jī)架，且可相對于所述對象移動(dòng)，使得可檢測到來自所述機(jī)架的不同位置的大量干涉圖案，以重構(gòu)對象的微分相位圖像。所述源光柵、相位光柵和吸光器光柵中的至少一個(gè)光柵包括光柵條紋組以及位于所述光柵條紋組之間的透光區(qū)。在本文中，所述光柵條紋組和透光區(qū)沿垂直于檢測器條紋方向的方向相對于彼此交替。源光柵、相位光柵和吸光器光柵中的至少一個(gè)光柵可相對于機(jī)架移動(dòng)，使得:在源光柵的第一(dPCI)位置，X射線束穿過光柵條紋且隨后穿過準(zhǔn)直器的狹縫，且在源光柵的第二(衰減成像)位置，X射線束穿過透光區(qū)且隨后穿過準(zhǔn)直器的狹縫，或者，在所述相位光柵或所述吸光器光柵中的至少一個(gè)的第一位置，所述扇形X射線束穿過光柵條紋，且在所述相位光柵或吸光器光柵中的至少一個(gè)的第二位置，所述扇形X射線束穿過所述透光區(qū)。
[0018]因此，由于所述光柵條紋組和透光區(qū)沿垂直于檢測器條紋的方向相對于彼此交替，因此在第一位置，所述光柵條紋組投影到鄰近的檢測器條紋之間的空間上(即，沿垂直于檢測器條紋方向的方向鄰近的檢測器條紋之間的空間)，而在第二位置，透光區(qū)投影到此等空間上。因此，根據(jù)本發(fā)明的X射線微分相位襯度成像裝置有效地利用相鄰檢測器條紋之間的空間，從而實(shí)現(xiàn)從dPCI成像切換到衰減成像(以及從衰減成像切換到dPCI成像)，同時(shí)避免將所述光柵中的一個(gè)或多個(gè)完全移出X射線視場的需要(以及將所述光柵中的所述一個(gè)或多個(gè)光柵分別移動(dòng)到X射線視場中的需要)。
[0019]在狹縫掃描裝置中，僅暴露在X射線下的相位光柵和/或吸光器光柵的區(qū)域需要具有光柵條紋。其他區(qū)域可以變得可透射X射線。
[0020]在所有光柵均位于使得狹縫與光柵的光柵條紋對準(zhǔn)的位置的配置中，成像裝置適于產(chǎn)生dPCI數(shù)據(jù)，所述dPCI數(shù)據(jù)通常含有關(guān)于X射線在對象中的衰減、微分相位和散射的信息。
[0021]在期望制作(純)衰減圖像時(shí)，所述相位光柵和/或吸光器光柵可以移動(dòng)到一個(gè)位置中，使得其在不具有光柵條紋的可透射X射線的區(qū)域處暴露在X射線下。以此方式，可以減少在(純)衰減成像期間光柵的衰減以及傳遞給對象(其可以是患者)的X射線劑量。
[0022]所述相位光柵和吸光器光柵可以被視為成像裝置的干涉儀，所述成像裝置可以被視為具有可回縮干涉儀的狹縫掃描裝置，所述可回縮干涉儀允許實(shí)現(xiàn)相位襯度成像與傳統(tǒng)成像(乳房X射線攝影)之間的切換。這是通過從所述結(jié)構(gòu)中移除(和引入)具有光柵條紋的區(qū)域而實(shí)現(xiàn)的。例如，所述吸光器光柵可以具有硅晶片作為基板，所述基板包括(50% )吸光部分(晶片中的溝槽填充有金，用于形成光柵條紋)和透光區(qū)(普通的硅(plain silicon))。開-關(guān)機(jī)構(gòu)可以通過吸光器光柵在相對小的距離上的橫向漂移實(shí)現(xiàn)。
[0023]與此相反，在諸如全面數(shù)位化乳房X射線攝影(FFDM)的平面2D檢測中，必須在較大的距離上從X射線視場中完全移除相位光柵和/或吸光器光柵或?qū)⑵渲匦虏迦氲剿鯴射線視場中。
[0024]本發(fā)明的另一方面涉及一種用于借助同一裝置采集微分相位圖像數(shù)據(jù)和衰減圖像數(shù)據(jù)的方法，所述裝置可以是如上文和下文所述的圖像裝置。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括:將從裝置的相位光柵和吸光器光柵中選出的光柵移動(dòng)到第一位置，使得由準(zhǔn)直器產(chǎn)生的扇形X射線束可以穿過光柵上的光柵條紋組；通過相對于對象移動(dòng)具有相位光柵和吸光器光柵和條紋檢測器的機(jī)架且通過在機(jī)架的多個(gè)位置處檢測穿過所述對象、所述相位光柵和吸光器光柵的X射線來采集微分相位圖像數(shù)據(jù)；將所述光柵移動(dòng)到第二位置，使得扇形X射線束可以穿過光柵上的透光區(qū)；以及通過相對于所述對象移動(dòng)機(jī)架且通過在機(jī)架的多個(gè)位置處檢測穿過對象的X射線來采集(純)衰減圖像數(shù)據(jù)。
[0026]例如，通過簡單地將吸光器光柵和/或相位光柵移動(dòng)相對小的距離，可以將微分相位成像切換到(純)衰減成像。
[0027]在乳房X射線攝影中，取決于臨床應(yīng)用，乳房X射線攝影工作量的某些部分將受益于微分相位成像。然而，所述工作量的一部分仍可以在傳統(tǒng)模式(僅衰減成像)下實(shí)施。臨床醫(yī)生可能期望基于患者(或甚至基于視圖)來在不同模式之