CN102316791A - 用于边缘成像的接口装置、成像系统和方法 - Google Patents

用于边缘成像的接口装置、成像系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及成像系统，其中，在对象的成像期间，使用匹配介质以将所述对象与其四周围匹配。接口装置用于对象的相位对比边缘成像，其包括腔室，在该腔室中包含可变形匹配材料，当按压待成像的对象时，该可变形匹配材料能够被推到侧面。因此，可以增加用于X射线相位对比乳腺摄影的视野的横向场。

Description

用于边缘成像的接口装置、成像系统和方法
技术领域
本发明涉及用于感兴趣对象的相位对比边缘成像的接口装置、乳腺摄影成像系统以及感兴趣对象的相位对比边缘成像的方法。
背景技术
X线相位对比乳腺摄影术具有显著提高X线乳腺照片的诊断价值的潜力。使用相位对比成像的一个特殊问题是所谓的相位缠绕(wrapping)问题。例如，在使用用于相位光栅的具有p1间距的Talbot干涉仪的测量设置中，只有相前的梯度小于2π/p1时，才能够明确地检索相位信息。这对于几厘米(cm)的厚度不变的软组织通常是可实现的。然而，这在待成像的对象(感兴趣对象)的边缘处通常并非如此，其中由于组织-空气界面而表现出复折射率的强烈跳跃。这可能妨碍乳房边缘处适当的相位检索并且因此妨碍在乳房外侧边缘处的适当的诊断。因此，断层摄影术或层析摄影术即使不是不可能，也会变得困难。
发明内容
希望提供感兴趣对象的经改进的相位对比边缘成像。
根据独立的权利要求的特征，本发明涉及用于感兴趣对象的相位对比边缘成像的接口装置、乳腺摄影成像系统、以及感兴趣对象的相位对比边缘成像的方法。在附属权利要求中说明了本发明的进一步特征。
应当注意的是，下文例如关于接口装置所描述的特征还可以在成像系统中实施，或者作为根据本发明的方法中的方法步骤实施。
根据本发明的示范性实施例，提供了一种用于感兴趣对象的相位对比边缘成像的接口装置，该接口装置包括腔室(compartment)，该腔室包括可变形材料。该可变形材料具有第一复折射率，该第一复折射率与感兴趣对象的第二复折射率对应。该腔室和可变形材料适于使得可变形材料被从区域中推离，在该区域中当执行图像数据采集时向腔室上施加压力。
换言之，接口装置不是固态的，而是能够基于所施加的压力而改变其形状。因此，可以提供经改进的图像质量，特别是在感兴趣对象的外部区域中，在该区域中没有施加压力。
根据本发明的另一示范性实施例，该接口装置适用于在X线相位对比乳腺摄影术中进行边缘成像，其中，该感兴趣对象是人的乳房。
应当注意的是，该接口装置还可用于光学乳腺摄影术，其中用于探测对象的能量束是光辐射束，该光辐射束具有例如400nm到1400nm范围内的波长。
根据本发明的另一示范性实施例，接口装置适于是胸罩的形式。
根据本发明的另一示范性实施例，可变形材料是液体和凝胶中的一种。
根据本发明的另一示范性实施例，第一复折射率与第二复折射率相似。
根据本发明的另一示范性实施例，所述腔室由两层薄片(sheet)材料形成，设计成当胸罩处于松弛状态时具有人乳房的形状。然而，薄片材料可以具有与当胸罩处于松弛状态时人乳房的形状不同的形状，例如与按压和图像采集期间接口装置的最终形状对应的形状。
通过具有两层薄片材料，提供了柔性的腔室，其中液体或凝胶状材料能够移动，而不会接触乳房(或待成像的任何其他感兴趣对象)。
特别地，待成像的对象不需在可变形材料和外部环境之间提供密封。
根据本发明的另一示范性实施例，在图像采集过程中，将可变形材料推向感兴趣对象的侧面区域，使得能够对感兴趣对象的边缘区域成像。在不将可变形材料推向侧面区域(并且因此推向边缘区域)的情况下，感兴趣对象的边缘区域中的图像质量将更差。
根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种乳腺摄影成像系统，其包括用于人乳房的边缘成像的接口装置和成像设备。该接口装置包括腔室，该腔室包括可变形材料，其中，可变形材料具有第一复折射率，该第一复折射率与乳房的第二复折射率对应，并且其中，所述腔室和可变形材料适于使得该可变形材料被从区域中推离，在该区域中，对腔室施加压力并执行图像数据采集。此外，成像设备包括用于向感兴趣对象发射X射线的X射线源，以及用于探测已穿过感兴趣对象的X射线的X射线探测器。此外，该成像系统包括第一和第二按压板，其中，在图像数据采集期间，该第一和第二按压板适用于对胸罩区域施加压力从而对乳房施加压力，由此将可变形材料从侧面推向边缘区域。
根据本发明的另一示范性实施例，该探测器包括Talbot干涉仪，其用于在X射线通过感兴趣对象之后确定X射线的相位信息。
因此，相位数据被用于图像生成。该X射线源可以适用于生成相干或几乎相干的辐射。
根据本发明的另一示范性实施例，该成像系统还适于确定由于感兴趣对象引起的X射线的吸收。换言之，成像系统可以不仅仅适于分析发射波的相前(phase front)，该发射波的相前主要受对象的复折射率的实部影响，还适于分析发射波的幅值，该发射波的幅值主要受感兴趣对象的复折射率的虚部影响。
相位信息和吸收信息两者都可用于确定最终的图像。
根据本发明的另一示范性实施例，该成像系统适于基于确定的相位信息和确定的吸收信息重建感兴趣对象的图像。
这可以实现经改进的最终图像。
根据本发明的另一示范性实施例，提供了感兴趣对象的相位对比边缘成像的方法，在该方法中，接口装置被布置成至少部分地围绕感兴趣对象。此外，在接口装置上施加压力，从而将可变形材料推离施加压力的区域。然后，向感兴趣对象发射辐射并通过一个或多个相应探测器采集感兴趣对象的图像数据。
根据本发明的另一示范性实施例，推离可变形材料这一步骤导致横向扫描范围的增加，并且由此导致感兴趣对象的图像增大。
根据本发明的另一示范性实施例，所发射的辐射是X射线辐射。
根据本发明的另一示范性实施例，图像采集在Talbot干涉仪设置中执行，并且除了干涉的相位测量之外还可以包括吸收测量。
根据接口装置的另一实施例，该装置包括两个容器(receptacle)，其中，每个容器适用于容纳一个感兴趣对象。这一实施例的优点是其能够同时对两个对象成像。当对女性乳房进行成像时，根据这一实施例的装置能够用于同时对两个乳房成像或者在必须一次将装置安装到患者上时能够相继地对两个乳房成像。
根据本发明的示范性实施例，可以将设计专用的胸罩看作是要点。其包含两层。在这两层之间放置液体或凝胶状材料，该材料具有与女性患者的乳房相似的复折射率。在按压期间，该凝胶被推向侧面。因此，实现了乳房与两个板的所需的直接接触，而在侧面现在是附加的凝胶(或液体)。因此，可以增加横向扫描范围并且可以对乳房的边缘成像。
附图说明
图1示出了根据本发明的示范性实施例的接口装置。
图2示出了根据本发明的示范性实施例的接口装置的容器。
图3示出了根据本发明的示范性实施例的成像系统。
图4示出了根据本发明的另一示范性实施例的成像系统。
图5示出了根据本发明的示范性实施例的用于按压感兴趣对象的成像装置的两个板。
图6示出了根据本发明的示范性实施例的方法的流程图。
具体实施方式
附图中的图示是示例性的并且未按照比例绘制。在不同的附图中，相似或相同元素具有相同的参考数字。
图1示出了用于感兴趣对象的相位对比边缘成像、尤其用于两个女性的乳房的乳腺摄影成像的接口装置。
装置100包括两个容器101、102，第一个用于患者的右乳房而第二个用于患者的左乳房。
此外，装置100包括束带103，其用于迫使容器101、102抵靠着乳房并用于绕患者的乳房绑紧所述装置。此外，提供了扣件104，其用于打开和扣上束带103。
束带103允许调整将装置100抵靠至乳房的作用力以满足患者的舒适度。容器101、102可以至少部分是柔性的，以允许它们根据边界改变形状，该边界定了用于容纳容器101、102的体积。这种边界的范例是按压表面或按压板，当将要拍摄图像时(即，当要对采集数据进行采集时)，在按压表面或按压板之间放置容器101、102中的一个或两者。例如在图3和图4中描述了这样的按压板301、302的范例。
在每个容器101、102中，已经施用了匹配介质(可变形材料，例如凝胶或液体)。例如，两个容器可以不仅仅是至少部分柔性，也可以是可伸缩的。用于这种容器的合适的材料的范例是例如乳胶，诸如用于防腐剂(避孕套)中的乳胶。
图2更详细地示出了胸罩100的右容器101。杯状装置101包括壁202，该壁202限定体积，即杯的“内部”。由壁202限定的体积具有敞开一侧，以允许将被成像的对象容纳在体积中。该开口由包含在装置101中的边缘201限定。根据本发明的示范性实施例，边缘201包含粘合剂，用于将装置101固定在患者的胸部上。在这种情况下，使用包含在边缘201中的粘合剂，使装置101紧压着患者的胸部。
然后，胸部，连同容纳在装置101中的乳房一起，形成覆盖面，该覆盖面封闭由边缘201限定的开口。一般而言，诸如女性乳房的待成像对象将不完全地填满由壁202限定的体积507。一旦装置101已经被紧压覆盖面(即，胸部)上，装置101内部空置的体积由匹配介质填充，即可变形材料，例如可以是匹配液体或匹配凝胶。为了将可变形材料填充空置的体积内部，提供了管状进口203，该管状插入物能够连接到源，以传送凝胶或液体。装置101还包括出口204，用于释放例如空气的气体从空置的体积中溢出，从而让匹配介质进入。
源203还可用作排水管(drain)以例如在成像会话之后不再需要匹配介质的时候，让匹配介质从装置101溢出。根据本发明的示范性实施例，该匹配介质不是填满感兴趣对象和壁202之间的空白空间内部，而是填满由内壁(例如参见图5中的参考数字506)和外壁202形成的腔室内部。
在这种情况下不需要粘合剂201。
图3示出了根据本发明示范性实施例的成像系统300。女性患者301将根据本发明的接口装置100穿戴在乳房309上。成像系统300包括两个按压面或按压板301、302，用于当患者的乳房被容纳进入装置101时为乳房施加压力。
图3中描述的装置300可以用于光学成像。与按压面302耦合的是能量源308，其用于生成将被用于对患者乳房成像的能量。由能量源308生成的能量可以是，例如，光能量或X射线或超声能量。一种对感兴趣对象，例如女性乳房成像的技术是漫射光学断层摄影。另一种技术是相位对比x射线成像。
在光学断层摄影的情况下，使用能量引导(guide)307将能量源308耦合到按压面302。由能量源308生成的能量能够被耦合到按压面302中，并且由此在由双向箭头指示的不同位置处耦合到患者的乳房中。布置装置101，使得来自能量源308的能量能够穿过容器并从容器进入感兴趣对象。类似地，能量能够在被探测到之前离开容器。从装置101发出的能量穿过按压板301，之后被使用探测元件304进行探测。使用能量引导303将探测元件304耦合到按压面301。基于探测到的能量，使用图像重建单元305重建乳房内部的图像。
除了由成像系统300探测的吸收信息之外，还可以测量相位信息，因此使用干涉仪，干涉仪还在探测单元205中实施。
相位信息和吸收信息两者都可用于重建最终图像。然而，单独从相位信息或吸收信息重建最终图像也是可能的。
更进一步地，可以重建不同的图像，一个基于相位信息，另一个基于吸收信息，而第三幅图像基于吸收信息和相位信息两者。
图4示出了根据本发明另一示范性实施例的成像系统，该成像系统包括X射线源401，X射线源401向感兴趣对象发射X射线束，所述感兴趣对象位于压力板301、302之间的接口装置100内。
在两个压力板的另一侧，定位辐射探测器(X射线探测器)402，用于探测穿过感兴趣对象的X射线束。该探测器包括Talbot干涉仪(408)。
源401和探测器402两者都分别通过数据传输线405、406连接到计算和控制元件403上。此外，通过数据线407，提供了输入和输出装置404，该输入和输出装置404能够用于输入控制信息以控制成像系统400，并且该输入和输出装置404还能够用于输出与最终图像有关的可视化信息。
图5左侧示出了按压几何结构，在该几何结构中，两个按压板或压力板301、302相向移动以按压女性乳房309。左右箭头501、502指示视野的横向场的边界，在该边界中相位检索是可能的。这种横向场限制在按压的乳房309与两个板301、302有接触的范围。
中间的图像示出了女性乳房309(或任何其他将被成像的感兴趣对象)至少部分被根据本发明的接口装置围绕。接口装置100包括由内薄片材料506和外薄片材料202限定的腔室507(见右侧图像)。腔室由可变形材料(例如凝胶或液体)填满，该可变形材料具有与感兴趣对象的复折射率相似的复折射率。
上面压力板301能够沿双向箭头503向上向下移动。
从图5的右侧图像可以看出，接口装置按压以后凝胶或液态延伸了视野的横向场，如左箭头和右箭头504、505指示。
因此，可以增加按压几何结构中用于X射线相位对比乳腺摄影的视野的横向场。
图6示出了根据本发明示范性实施例的方法的流程图。在步骤601中，接口装置被布置成至少部分围绕待成像的感兴趣对象。在步骤602中，压力被施加在接口装置上，并由此施加在感兴趣对象上，从而将可变形材料推离区域，其中，压力被施加到边缘。在步骤603中，从源向感兴趣对象发射电磁辐射。该辐射源可以是相干辐射源，使得足够精确地采集和分析相位数据。
然后，在步骤604中，通过使用Talbot干涉仪安装采集感兴趣对象的图像数据。
应该注意的是，“包括”一词并不排除其他元件或步骤并且“一”或“一个”并不排除存在多个。也可以组合结合不同实施例所描述的各要素。
应当注意的是，权利要求中的参考标识不应该解释为对权利要求范围构成限制。

Claims (15)

1.一种用于感兴趣对象(309)的相位对比成像的接口装置，所述接口装置包括：
包含能变形材料的腔室(507)；
其中，所述能变形材料具有第一复折射率，所述第一复折射率与所述感兴趣对象的第二复折射率对应；
其中，所述腔室和所述能变形材料适于使得所述能变形材料被从区域中推离，在所述区域中，当执行图像数据采集时在所述腔室上施加压力。
2.根据权利要求1所述的接口装置，适用于x射线相位对比乳腺摄影中的边缘成像；
其中，所述感兴趣对象是人的乳房。
3.根据权利要求1所述的接口装置，其中，所述接口装置(100)适于是胸罩的形式；
4.根据权利要求1所述的接口装置，其中，所述能变形材料是液体和凝胶中的一种。
5.根据权利要求1所述的接口装置，其中，所述第一复折射率与所述第二复折射率相似。
6.根据权利要求3所述的接口装置，其中，所述腔室(507)由两层(202、507)薄片材料形成，设计成当胸罩处于松弛状态时具有人的乳房的形状。
7.根据权利要求2所述的接口装置，其中，在图像数据采集期间，所述能变形材料被推向所述感兴趣对象(309)的侧面区域，使得能够对所述感兴趣对象的边缘区域成像。
8.一种乳腺摄影成像系统，包括：
接口装置(100)，其用于人的乳房的相位对比成像；以及
成像设备(300、400)；
其中，所述接口装置(100)适于为胸罩，并且包括：
能变形材料；
其中，所述能变形材料具有第一复折射率，所述第一复折射率与所述乳房的第二复折射率对应；
其中，所述能变形材料适于使得所述能变形材料被从区域中推离，在所述区域中，当执行图像数据采集时在所述接口装置上施加压力；并且
其中，所述成像设备(300、400)包括：
辐射源，其用于向所述感兴趣对象(309)发射辐射束；
辐射探测器，其用于在所述辐射穿过所述感兴趣对象(309)后探测所述辐射的相位；
第一按压板(301)和第二按压板(302)；
其中，在图像数据采集期间，所述第一按压板(301)和所述第二按压板(302)适于对所述胸罩的所述区域施加所述压力。
9.根据权利要求8所述的成像系统，其中，所述探测器包括Talbot干涉仪(408)，其用于在所述辐射穿过所述感兴趣对象(309)后确定所述辐射的相位信息。
10.根据权利要求9所述的成像系统，还适于确定由于所述感兴趣对象(309)引起的所述辐射的吸收。
11.根据权利要求10所述的成像系统，适于基于确定的相位信息和确定的吸收重建所述感兴趣对象(309)的图像。
12.一种感兴趣对象的相位对比成像的方法，所述方法包括以下步骤：
至少部分地围绕所述感兴趣对象(309)布置接口装置；
其中，所述接口装置(100)包括能变形材料；
其中，所述能变形材料具有第一复折射率，所述第一复折射率与所述感兴趣对象的第二复折射率对应；
其中，所述能变形材料适于使得所述能变形材料被从区域中推离，在所述区域中，当执行图像数据采集时在所述接口装置上施加压力；
在所述接口装置(100)上施加压力，从而从所述区域推离所述能变形材料，在所述区域中施加所述压力；
向所述感兴趣对象(309)发射辐射；
采集所述感兴趣对象(309)的图像数据。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，推离所述能变形材料的步骤导致横向扫描范围的增加，并且因此导致所述感兴趣对象的图像的增大。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述发射的辐射是x射线辐射。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，在Talbot干涉仪设置中执行所述图像采集。
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