CN102651998A - 用于微分相衬成像的扫描系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及X射线微分相衬成像领域。为了扫描大的对象并且为了改善的对比噪声比，提供一种用于对对象（18）成像的X射线设备（10）。X射线设备（10）包括X射线发射器装置（12）以及X射线检测器装置（14），其中，所述X射线发射器装置（14）适于发射X射线束（16）通过对象（18）到所述X射线检测器装置（14）上。X射线束（16）是至少部分空间相干的以及扇形的。所述X射线检测器装置（14）包括相位光栅（50）及吸收体光栅（52）。X射线检测器装置（14）包括用于检测X射线的面检测器（54），其中，所述X射线设备适于从检测到的X射线产生图像数据并且适于从所述X射线图像数据提取相位信息，所述相位信息与由对象（18）导致的X射线的相移相关。所述对象（18）具有大于X射线检测器（18）的检测面的感兴趣区域（32），并且所述X射线设备（10）适于通过对所述对象（18）和所述X射线检测器装置（14）相对彼此进行移动来产生所述感兴趣区域（32）的图像数据。

Description

用于微分相衬成像的扫描系统

技术领域

本发明涉及X射线成像领域。具体地，本发明涉及用于一种对对象成像的X射线设备、一种用于控制X射线设备的方法、一种计算机可读介质以及一种程序单元。

背景技术

X射线微分相衬成像（DPCI）对通过被扫描对象的相干X射线的相位信息可视化。不同于传统的X射线透射成像，DPCI不仅可以沿着投射线确定对象的吸收性质，还能确定所透射X射线的相移，并且因此可以提供有价值的附加信息。在对象的后面，放置相移光栅（也称为相位光栅）作为分束器而工作。所得的干涉图案包含在最小和最大相对位置的关于射束相移的所需信息，通常在若干微米的量级。由于普通的X射线检测器可能只有通常的150μm量级的分辨率，其可能不能分辨如此精细的结构，将利用分析光栅（通常也被称为吸收体光栅）对所述干涉采样，所述光栅特有透射吸收带的周期性图案，其周期性与干涉图案的周期性类似。所述类似的周期性在光栅后面产生具有更大周期的莫尔图案，所述莫尔图案能够由普通X射线检测器所检测。为了得到所述微分相移，以光栅栅距的分数对吸收体光栅和相位光栅相对彼此横向进行移动，所述移动通常在1μm的量级。这个移动被称为相位步进或者相位扫描。所述相移能够从针对吸收体光栅的每个位置测量的特定的莫尔图案提取。

例如，在EP1731099A1中，示出了能够用于运行基于光栅的微分相衬成像的X射线干涉仪装置。X射线干涉仪包括具有源光栅的非相干X射线源和具有相位光栅和吸收体光栅的检测器装置。

发明内容

在基于光栅的微分相衬成像中使用具有高纵横比的光栅。这些光栅可能需要与系统的光轴良好的对齐。从实用和制造的观点来看，光栅的沟槽或者薄片（lamellae）可能必须优选为垂直于平坦的基底。如果使用这样的平坦光栅/检测器装置，对象结构的可见性可能随着对象到光轴的距离而迅速下降。具体而言，如果考虑垂直于光栅取向的距离，可见性可能由于光栅的沟槽与X射线之间的未对齐而迅速下降。在平行于光栅取向的方向，可见性也可能由于到X射线源距离的增加而下降。

为了有效的使用，光栅的薄片可能需要几乎平行于入射X射线的波矢量排列。否则，对于X射线吸收或者X射线相移的预计为矩形的轮廓将随着远离光学中心而变为梯形，这可能导致干涉图案的可见性的强烈降低以及因此导致对比噪声比的下降。

对于非相干散射的X射线辐射将产生又一个问题，即其可能被对象所散射。额外被散射的光子可能在吸收图像中产生不希望的信号偏差，并且不仅在吸收图像中而且在微分相衬图像中可能降低对比噪声比。

因此可能需要提供用于扫描大的对象且具有改善的对比噪声比的用于微分相衬成像的X射线设备。

该需要可以由独立权利要求的主题而满足。根据从属权利要求，本发明的示范性的实施例变得显而易见。

本发明的第一方面涉及一种用于对对象成像的X射线设备。

根据本发明的一个实施例，X射线设备包括X射线发射器装置以及X射线检测器装置，其中，X射线发射器装置适于发射X射线束，所述X射线束通过对象到X射线检测器装置上。X射线发射器装置可以是在对象一侧上的设备并且X射线检测器装置可以在对象另一侧上，例如，在X射线发射器装置的对面的又一个设备。例如对于医疗应用，对象可以是躺在工作台上的人或者动物且X射线发射器装置位于对象上方并且X射线检测器装置位于在工作台上的对象的下方。

根据本发明的一个实施例，X射线发射器装置适于产生至少部分空间相干的X射线束。必须理解，至少部分空间相干的X射线束可以包括仅局部空间相干的X射线。例如，只有彼此分开小于1μm的X射线可以一定是相干的。

根据本发明的一个实施例，X射线发射器装置可以包括用于产生空间非相干X射线的X射线源，例如X射线管，以及用于从来自X射线源的非相干X射线产生至少部分空间相干的X射线束的源光栅。利用这种布置，可以形成至少部分空间相干的射束。

根据本发明的一个实施例，X射线发射器装置适于产生扇形X射线束。

扇形X射线束可以是基本上锥形形式的射束，即，射束的X射线来自于相对于感兴趣对象非常小的区域，其中锥形在垂直于锥形轴线上的维度基本上彼此不同。这两个维度可以由射束的扇形角和锥角来限定，其中扇形角是小的角且锥角是大的角，锥角可以大到使得扇形射束覆盖对象的整个感兴趣区域。

同样，扇形X射线束可以是饼形片（pie slice）的形式的射束，其中与饼形片的长度相比，饼形片的厚度或宽度小。在这种情况下，X射线相对于厚度方向平行并且相对于另一方向展开。

当射束的第一维度比射束的第二维度长至少5到10倍时，扇形射束的第一维度可以远大于第二维度。例如，扇形射束可以具有垂直于系统光轴的矩形的横截面，其中所述矩形的一侧比矩形的另一侧长至少5到10倍。

根据本发明的一个实施例，X射线发射器装置包括用于限制X射线束以成为扇形X射线束的准直器。例如，X射线发射器装置可以包括产生相干X射线束的X射线源和从X射线源发射的X射线束产生扇形相干X射线束的准直器。

例如，X射线发射器装置可以装备有产生扇形射束的准直器和在X射线焦斑附近产生多个X射线的线的源光栅。沿着轴向方向的检测器的大小可以被限制在这样一个范围，在这个范围内预计没有任何由于光栅薄片或者狭缝不对齐而导致的明显的衰减效应。

根据本发明的一个实施例，X射线检测器装置包括相位光栅和吸收体光栅。光栅可以是多个平行排列的狭缝或沟槽，其中，在狭缝或者沟槽或者在他们中间，光栅对于X射线更加透明。例如，沟槽或者狭缝可以由形成在基底上的薄片而形成。

根据本发明的一个实施例，X射线设备适于对相位光栅和吸收体光栅相对彼此进行移动，具体来说是为了执行相位扫描步骤。例如，X射线设备可以包括用于相对于吸收体光栅而移动相位光栅或者反之的步进马达或者压电致动器。通过相对彼此移动两个光栅，在光栅后面产生干涉图案，所述干涉图案被用于提取空间相干X射线的相位如何因对象而移动的信息。通常，X射线设备可以适于为了执行相位扫描步骤而移动相位光栅、吸收体光栅和/或源光栅。

根据本发明的一个实施例，X射线检测器装置可以包括用于检测X射线的检测器。利用这样的检测器，可以分析由相位光栅和吸收体光栅产生的干涉图案。例如，这样的检测器可以包括检测器元件，所述检测器元件适于检测落在相应检测器元件上的X射线强度，即，检测器可以是用于检测X射线强度的检测器。作为第二例子，X射线检测器可以是适于对光子进行计数的检测器，即，通过对落到检测器上的X射线光子进行计数可以执行X射线检测。

根据本发明的一个实施例，X射线检测器是面检测器。面检测器是适于检测二维图像的检测器。例如，面检测器可以包括以二维，例如以方形图案，布置在检测器表面的检测器元件或者像素。所述检测器的检测面也可能不一定是平面的。

根据本发明的一个实施例，面检测器、相位光栅和/或吸收体光栅适于扇形X射线束。这可能意味着在X射线检测器装置的各自部件（即，相位光栅、吸收体光栅和/或面检测器）的各自位置上，面检测器、相位光栅和吸收体光栅可以基本上具有和扇形X射束相同的形状。例如，如果X射线束具有矩形横截面，相位光栅、吸收体光栅和/或X射线检测器也可以具有矩形形式。相位光栅、吸收体光栅和/或X射线检测器可以具有和扇形X射线束相同的尺寸。例如，如果X射线源或X射线发射器装置与检测器或X射线检测器装置之间的距离是大约1m，在垂直于扇形射束方向上检测器的宽度可以是大约6cm。但是，检测器的（最大）宽度可以更小或者更大。检测器的宽度可以取决于纵横比，即，所使用光栅的高度和栅距之间的关系。

例如，为了扫描对象感兴趣区域的视场，可以使用具有小的扇形角，但覆盖整个对象的大的锥角的检测器。在每个检测器位置，可以获得具有不同相对光栅位置的若干个投影，即，执行相位扫描以允许相位恢复。

根据本发明的一个实施例，X射线设备适于从检测到的X射线产生图像数据并且从X射线图像数据提取相位信息，其中，相位信息与由对象导致的X射线的相移相关。如所述的，通过对相位光栅和吸收体光栅相对彼此进行移动，在面检测器上产生来自透射通过对象的X射线的干涉图案。在相位光栅和吸收体光栅的多个相对位置上，可以利用检测器获得图像数据。从这些图像数据可以确定从一点到另外一点的相移，所述图像数据包含以不同X射线强度形式的干涉图案。

根据本发明的又一个实施例，对象具有大于X射线检测器的检测面的感兴趣区域。X射线设备可以适于通过对对象和X射线检测器装置相对彼此进行移动来产生感兴趣区域的图像数据。

也就是说，X射线设备可以适于对对象和X射线传感器装置相对彼此进行移动，使得可以扫描大于X射线检测器装置的对象的感兴趣区域。

这可以具有这样的优点，即X射线设备在被扫描图像的所有部分中具有高可见性且具有改善的对比噪声比。

例如，在第一步骤中，在对象和X射线检测器的第一相对位置处，可以完成对象感兴趣区域的第一部分的相位扫描。即，在第一相对位置，记录具有相位光栅和吸收体光栅的不同相对位置的一系列或者多个原始数据图像。利用这一系列的原始数据图像，X射线设备可以生成代表感兴趣区域第一部分的相位信息的第一图像数据。此后，在第二步骤中，X射线设备可以移动对象和X射线检测器装置到不同于第一相对位置的第二相对位置。在该第二相对位置，X射线设备扫描对象感兴趣区域的第二部分。这也是通过在相位光栅和吸收体光栅的不同相对位置上获得一系列原始数据图像而完成的。从这些系列或者多个原始数据图像中，X射线设备可以生成包含感兴趣区域第二部分的相位信息的第二图像数据。

此后，X射线设备可以添加第二图像数据至第一图像数据，以生成包含感兴趣区域第一部分和感兴趣区域第二部分的相位信息的经集合的图像数据。

也就是说，X射线设备可以适于将包含感兴趣区域第一部分的相位信息的第一图像数据与包含感兴趣区域第二部分的相位信息的第二图像数据相集合。该单一图像数据可以被放在一起以得到集合的图像数据。

可以理解，可以重复上述的步骤，即，扫描感兴趣区域的第三部分等等。重复这些步骤直至扫描了整个感兴趣区域。

根据本发明的一个实施例，X射线发射器装置包括具有X射线发射器线的X射线源，其适于产生扇形的至少部分空间相干的X射线束。也就是说，X射线发射器装置可以包括具有发射器线的结构化的X射线源，其中，发射器线和源光栅的狭缝完成基本上相同的功能。只是，发射器线它们自身可以产生X射线。

根据本发明的一个实施例，X射线发射器线包括具有碳纳米管的阴极或者用于发射电子的其他分布式X射线源。这样的装置可以具有这样的优点，碳纳米管可以适于在室温发射电子。

根据本发明的一个实施例，源光栅、相位光栅和/或吸收体光栅的光栅线或者光栅狭缝平行于扇形X射线束排列。光栅可以与检测器的长边对齐。

根据本发明的一个实施例，X射线设备适于在垂直于扇形X射线束的轴向方向对对象和X射线检测器装置相对彼此进行移动。此外，X射线设备适于在轴向方向中对对象与X射线检测器装置以及X射线发射器装置相对彼此进行移动。也即是说，X射线检测器装置和X射线发射器装置可以与彼此刚性地机械连接。

X射线设备可以适于步进地实现运动。此外，每步可以适应于检测器的宽度或厚度，使得可以容易地集合在不同相对位置获得的图像数据。所述步进使得图像数据轻微的交叠也是可能的。

根据本发明的一个实施例，X射线设备包括用于相对于X射线发射器装置和X射线检测器装置移动对象的致动器。X射线发射器装置和X射线检测器装置可以相对于X射线设备的附近或者相对于地面和相对彼此而静止。

对象可以附着于能够由X射线设备移动的X射线设备的部件。例如，对象是躺在可移动的工作台上的人，其中，X射线设备能够以限定步幅移动部件到轴向方向中，同时在每个扫描位置执行微分相衬成像快照或对象的图像数据切片。这可以具有这样的优点，除了X射线设备的可能限制外，视场不再限制于轴向方向，而这能够很容易的扩展。又一个优点是不必须使用锥形射束，即具有大的扇形角的射束，并且因此非相干散射的X射线辐射可以限制于仅在被扇形射束照射的对象体积上出现，这比对于大视场检测器而言将被照射的体积要小的多。

根据本发明的一个实施例，X射线设备可以包括用于相对于对象而移动X射线发射器装置和/或X射线检测器装置的致动器。在这种情况下，对象可以相对于X射线设备附近静止。

例如，对象可以被固定静止，而彼此相连接的X射线发射器装置和X射线检测器装置可以相对于对象以限定步幅或者连续地移动。

根据本发明的一个实施例，X射线设备包括用于，例如在转动运动中，绕对象移动X射线发射器装置和/或X射线检测器装置的致动器。在这种情况下，可以绕对象移动X射线检测器装置到不同的位置，例如在检测器装置在其上滑动的轨道的帮助下，并且可以绕着轴线旋转X射线发射器装置，使得所发射的扇形X射线束落到检测器上。然而，X射线发射器装置和X射线检测器装置刚性地机械连接，例如通过臂机械连接，并且绕着共同的旋转轴而旋转，也是可能的。

通过绕通过焦斑的轴线旋转检测器装置可以覆盖大的视场。

执行检测器和/或X射线发射器装置的旋转运动的X射线设备可以用于乳房照相术。

对象和X射线检测器装置（可能和X射线发射器装置一起）的线性或者旋转的相对运动可以包括多次步进。在每次步进中，可以记录图像数据，由于扇形射束，图像数据相对于运动方向具有小的尺寸，但在垂直于运动的方向上其可以包括整个感兴趣区域。此后，图像数据可以被合成为对象完整感兴趣区域的完整图像。

根据本发明的一个实施例，当对象相对于X射线发射器装置或X射线检测器装置移动时，X射线设备适于移动至少一个光栅，例如相位光栅、吸收体光栅或者源光栅（例如在轴向方向），使得所述一个光栅相对于对象保持固定。也就是说，移动光栅中的至少一个使得在对象的运动参照系中可以执行对象的相位扫描。

在这种情况下，光栅线可以与扫描轴或者轴向方向垂直排列。因此，相位步进方向可以平行于轴向方向（线性相对运动）或者基本上平行于旋转方向（对象的旋转运动）。

在这种情况下，可以以大的步幅执行至少一个光栅的运动，其中可以以小的步幅或者连续地执行对象和检测器装置的相对运动。可以在两个相位步进序列之间执行以大的步幅的至少一个光栅的运动。

例如，可以针对源光栅以大的步幅（例如通过扫描致动器器件）执行相位步进并且针对对象或者检测器装置以较小的步幅（或连续）执行相位步进。通常，针对相位光栅和/或吸收体光栅执行大的步幅也是可以的。

例如，大的步幅可以等同于n个小的步幅，n是每个视场或者每个相位扫描的全部相位步幅的数目。

该装置具有这样的优点，较大的主体（例如对象或者除了源光栅的整个X射线设备）不必在各单一步幅期间被加速，而是能够以恒定的速度被移动。

如果光栅线与轴向方向垂直排列，将扫描方向与相位步进的指向方向相结合的有效的方法是可能的。在这种情况下，在相位步进循环或者相位步进步骤期间，可以保持光栅中的一个在固定的位置，同时可以以恒定的速度移动其他光栅（通常与X射线发射器装置和/或X射线检测器装置相结合成惯性主体）。在相位扫描循环或者相位步进扫描步骤后，能够以大的步幅以切片宽度移动固定的光栅（具有小的主体）。

根据本发明的一个实施例，X射线发射器装置包括具有可切换发射器线的X射线源。这意味着，并不是所有的发射器线可以被一起打开，而是发射器线中的一些或者全部可以彼此独立的被打开或者关闭。例如，可以由在具有碳纳米管的阴极上方的阳极而完成，其中，阳极包括彼此独立地与电压源相连接的不同的带。

根据本发明的一个实施例，X射线发射器装置在运动方向上大于X检测器装置，其中X射线设备适于切换发射器线使得仅与X射线检测器装置相对的发射器线被打开用于相位扫描。例如，X射线源可以空间固定但可以在整个扫描范围提供独立的可切换的扫描器线。当连续地或者步进地移动检测器时，与检测器相对的发射器线可以独立地打开和关闭。

如果X射线发射器装置的延伸范围制成足够大，带着独立的可切换发射器线，X射线发射器装置的步进可能变得过时，因为可以直接打开或者关闭与移动的X射线检测器装置相对的各单个的发射器线。

根据本发明的一个实施例，X射线设备适于在第一扫描步骤期间分析在X射线检测器装置处X射线的X射线强度。例如，在针对每个位置的扫描期间，由X射线设备分析所检测到的X射线强度以评估剂量效率。

根据本发明的一个实施例，X射线设备适于基于所分析出的第一扫描步骤的X射线强度设置针对第二扫描步骤由X射线发射器装置发射的X射线强度。例如，使用前次扫描线或者扫描位置的剂量效率分析结果调节针对每个线或者每个扫描位置的X射线强度以适应剂量效率。

根据本发明的一个实施例，X射线设备适于基于所分析出的第一扫描步骤的X射线强度设置第二扫描步骤的扫描速度。在扫描步骤期间的扫描速度可以是对象或者X射线发射器装置或者X射线检测器装置的运动速度。扫描速度也可以是一个相位扫描步骤期间的光栅的速度。例如，使用前次扫描线或者前次扫描步骤的剂量效率分析结果，调节扫描速度以及因此每线或者每个扫描步骤的X射线曝光以适应剂量效率。

当X射线设备连续地或者以小的步幅正在对对象和X射线检测器装置相对彼此进行移动时，第一扫描步骤和第二扫描步骤可以是在X射线设备部件的不同相对位置处的独立的相位扫描步骤。

例如，可以针对剂量效率实时分析线的图像数据或者在一个相位扫描步骤期间产生的图像数据，从而维持均匀的对比度噪声比。根据剂量效率分析的结果，可以调整或者设置X射线强度或者扫描速度。也可以调整或者设置X射线强度和扫描速度的组合。例如，在医疗成像应用中，针对一相位扫描步骤可以只扫描薄的对象切片，并且可以减少用于下一步骤的所消耗的剂量并因此减少由于X射线曝光而对于病人的总伤害。

这可以具有这样的优势即可以减小病人被曝光的X射线剂量。如果使用大的检测器，局部照射的X射线强度直接耦合到射线管负载，这意味着最佳地适于图像区域第一部分的剂量可能不是最佳地适于图像区域的另一区域，这，例如，可能是由于在两个区域处不同的对象厚度而导致的。在全面扫描期间，针对局部对象属性调节被应用的X射线强度，以为了图像中更均匀的对比度噪声比而对沉积剂量进行优化。

本发明的另一方面是用于控制X射线设备的方法。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括以下步骤：产生扇形的至少部分空间相干的X射线束；透射所述X射线束通过对象、相位光栅以及吸收体光栅到X射线面检测器上；从由X射线面检测器检测到的X射线中产生图像数据；从所述图像数据中提取相位信息，所述相位信息与由对象所导致的X射线的相移相关。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括以下步骤：对所述对象和所述X射线检测器装置相对彼此进行移动；产生所述对象的感兴趣区域的图像数据，其中所述感兴趣区域大于所述面检测器的检测面。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括以下步骤：利用具有X射线发射器线的X射线源产生扇形的至少部分空间相干的X射线束，该X射线发射器线尤其是包括具有碳纳米管的阴极的X射线发射器线。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括以下步骤：当所述对象、所述X射线发射器装置和/或所述X射线检测器装置相对彼此移动时，移动至少一个光栅，例如相位光栅、吸收体光栅或者源光栅使得所述至少一个光栅相对于所述对象保持固定。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括以下步骤：

连续地或者以小的步幅对所述对象、所述X射线发射器装置和/或所述X射线检测器装置相对彼此进行移动；以大的步幅移动光栅中的至少一个。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括以下步骤：

在第一扫描步骤期间分析在所述X射线检测器装置处的X射线的X射线强度。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括以下步骤：

基于所分析出的第一扫描步骤的X射线强度设置针对第二扫描步骤由X射线发射器装置发射的X射线强度。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括以下步骤：

基于所分析出的第一扫描步骤的X射线强度设置第二扫描步骤的扫描速度。

可以理解参照所述设备描述的方法步骤也可以是方法的实施例，反之亦然。

X射线设备和用于控制X射线设备的方法可以被用于静止透射几何结构中（即，乳房照相术，荧光透视法）但也能用于计算断层摄影（CT）或者相关的旋转X射线成像技术。

本发明的又一个方面涉及计算机可读介质，在计算机可读介质中存储用于控制X射线设备的计算机程序，当所述计算机程序由处理器（例如，X射线设备的处理器）运行时，所述计算机程序适于执行上下文所描述的方法的步骤。

计算机可读介质可以是软盘、硬盘、USB（通用串行总线）存储设备、RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）以及EPROM（可擦可编程只读存储器）。计算机可读介质也可以是数据通信网络，例如允许下载程序代码的因特网。

本发明的又一个方面涉及用于控制X射线设备的程序单元（例如，计算机程序），当所述程序单元由处理器（例如，X射线设备的处理器）运行时，所述程序单元适于执行上文及下文所描述的方法的步骤。

参照本文下文中所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见且得以阐述。

附图说明

以下，将参考附图对本发明的实施例进行更详细地描述。

图1示出了根据本发明一个示范性实施例的X射线设备。

图2在不同方向示出了根据本发明一个示范性实施例的X射线设备。

图3示出了根据本发明一个示范性实施例的X射线发射器装置。

图4示出了根据本发明一个示范性实施例的X射线发射器装置。

图5示出了根据本发明一个示范性实施例的X射线检测器装置。

图6示出了根据本发明一个示范性实施例的X射线束和检测器的三维视图。

图7示出了根据本发明一个示范性实施例的X射线设备。

图8示出了根据本发明又一个示范性实施例的X射线设备。

图9示出了根据本发明又一个示范性实施例的X射线设备。

图10示出了根据本发明一个示范性实施例的用于控制X射线设备的方法的流程图。

附图中所使用参考标记以及他们的含义在参考标记列表中以摘要形式而罗列。原则上，图中相同的部分被提供以相同的参考标记。

参考标记列表

10、110、210、310  X射线设备

12、112            X射线发射器装置

14                 X射线检测器装置

16                 X射线束

18                 对象

O                  光轴

A                  轴向方向

19                 工作台

20                 致动器

22                 控制器

24                 处理器

26、28、30         信号线

32                 感兴趣区域

f                  射束扇形角

c                  射束锥角

w                  检测器宽度

d                  发射器装置到检测器装置的距离

l                  检测器长度

34                 X射线源

36                 源光栅

37                 致动器

38                 准直器

40                 外壳

42                 阴极

44                 碳纳米管发射器

46                 阳极

48                 发射器线

50                 相位光栅

52                 吸收体光栅

53                    致动器

54                    面检测器

56                    外壳

P                     光栅的运动方向

58                    光栅线

60                    臂

62                    致动器

64                    焦斑

66                    致动器

发明内容

图1示出了具有X射线发射器装置12和X射线检测器装置14的X射线设备10。X射线发射器装置12适于发射扇形且至少部分空间相干的X射线束16。X射线束16透射通过对象18，例如在工作台19上的人。

在图1所示的实施例中，X射线发射器装置12和X射线检测器装置14相对于X射线设备10的环境静止，并且对象18可以在垂直于X射线设备10的光轴O的轴线方向A上移动。为了在轴线方向A上移动工作台19，X射线设备10包括适于在轴向方向A上以小的步幅移动具有对象18的工作台19的致动器20，例如步进马达20。

X射线设备10还包括具有处理器24的控制器22。控制器22通过信号线26连接到X射线发射器装置12，通过信号线28连接到X射线检测器装置14并且通过信号线30连接到致动器20。通过这些信号线26、28、30，控制器22控制X射线发射器装置12、X射线检测器装置14以及致动器20。而且，控制器22适于通过信号线28接收由X射线检测器装置14获得的图像数据。

如图1所示，扇形射束16具有小的扇形角f并且检测器14具有适于该小的扇形角f的宽度w。例如，如果在X射线发射器装置12和X射线检测器装置14之间的距离是大约1m，检测器装置14的宽度w可以是6cm或者更小。这可以保证在方向A上即使在X射线检测器装置14的末端也具有好的可见性。

由于射束16的扇形角小，并非对象18的整个感兴趣区域32被X射线束16所覆盖。

图2示出了可能与图中示出的X射线设备的所有的实施例一起被使用的X射线发射器装置12和X射线检测器装置14。

图2示出了在图1的A方向X射线束16的视图。X射线束16具有远大于扇形角f的锥角c。而且，检测器装置14具有远大于X射线检测器装置14的宽度w的长度l。例如，长度l可以是大约50cm。由于射束16的大的锥角c，在垂直于轴向方向A的平面中扇形射束16覆盖整个对象18或者整个感兴趣区域32。

图3示出了X射线发射器装置12的实施例。X射线发射器装置12包括非相干X射线源34（例如，X射线管34）、源光栅36以及准直器38。所有这些部件34、36、38可以被置于X射线检测器装置12的外壳40内。X射线源34可以由控制器22通过信号线26激活和失活。当X射线源34正在工作时，它发射非相干X射线束，非相干X射线束落在源光栅36上。在离开源光栅36后，X射线束16局部相干。利用准直器38，将X射线束16限制到小的扇形角f和锥角c。

X射线发射器装置12可以还包括用于移动源光栅36的致动器37（例如，压电驱动或步进马达37）。

图4示出了X射线发射器装置112的另一个实施例。X射线发射器装置112包括具有基于碳纳米管的发射器44（或者其他冷阴极发射器）的阴极42和阳极46。阳极46包括由控制器22彼此独立连接到电压源或者高压发生器的若干个元件。或者，可以彼此独立地切换各单个的碳纳米管发射器44，并且阳极46具有到高压发生器的连接。如图4中所指示的，只有确定的阳极元件正在辐射且只有在（被激活的）阳极元件产生X射线。

因此X射线发射器装置112具有由控制器22彼此独立地激活的若干个发射器线48.

必须注意，由X射线发射器装置112产生的X射线束16具有平行的X射线。但是，通过使用弯曲的阳极42也可以产生，如图6所示的具有在两个方向展开的X射线的X射线束16或者具有仅在一个方向展开的X射线的X射线束，例如对于图9的X射线设备而言。

图5示出了具有相位光栅50、吸收体光栅52和面检测器54的X检测器装置14。X检测器装置14的部件50、52和54都可以被置于外壳56内。X检测器装置14包括用于在方向P对相位光栅50和吸收体光栅52相对彼此进行移动的致动器53。

为了进行完整的相位扫描，控制器22可以以小的步幅在方向P（该方向可以平行于方向A）对相位光栅50和吸收体光栅52相对彼此进行移动。由于已经穿过对象18且正落到相位光栅50和吸收体光栅52上的X射线16，在面检测器54上形成X射线的不同强度的图案。在相位光栅50和吸收体光栅52的多个相对位置中的每个处，检测器54获得各自强度的图像并且发送这个原始图像数据到控制器22。从在一个相位扫描期间所获得的多个不同的原始图像数据，控制器22计算包含有经过对象18的X射线的相位信息的图像数据。

图6示出了锥形射束16和X射线检测器装置14的三维视图。如从图6可以看到的，相位光栅50和吸收体光栅52的光栅线58平行于X检测器装置14的较长侧。也就是说，光栅线58可以垂直于轴向方向A。

图1中所示的X射线设备可以由控制器22按照如下方式控制：

通过工作台19（和致动器20）移动对象18到其中感兴趣区域32的第一切片可以被成像的位置。在这个位置，第一相位步进，即进行对感兴趣区域32的部分的扫描且产生相应的图像数据。此后，移动对象18到下一位置，其中，扫描感兴趣区域32的下一切片。同样，由控制器12产生这一第二切片的图像数据。

两个位置之间的距离使得在两个位置获得的图像数据轻微交叠，使得可以获得集合的图像数据。

以这种方式，X射线设备10从感兴趣区域32的其它切片获得图像数据直到扫描整个感兴趣区域32。包含感兴趣区域32的不同切片的相位信息的、在对象不同位置获得的全部图像数据最后可以被集合成包括在整个感兴趣区域上的信息的一幅图像。

除了对象18以大的步幅的运动，在备选实施例中也可能以非常小的步幅或者连续地移动对象18.

在对象18的连续运动期间，扫描整个感兴趣区域32并且相位扫描与对象18的运动相结合。为了这个目的，在相位步进循环期间，光栅36、50、52中的至少一个必须被保持在相对于对象18的固定位置。在相位扫描循环后，被固定的（一个或多个）光栅36、50、52必须以大的步幅被移动一个切片。在每个相位扫描循环，获得来自感兴趣区域32的相应切片的图像数据，这些图像数据最后能够被放在一起或能够被集合成示出整个感兴趣区域32的集合的图像数据。

图7示出了X射线设备110的又一个实施例。不同于图1的X射线设备10，X射线设备110具有静止工作台19。因此对象18相对于X射线设备110的环境保持静止。X射线设备110的X射线发射器装置12和X射线检测器装置14与彼此刚性地连接，例如通过臂60刚性地连接，通过臂60可以在致动器62的辅助下在轴向方向A移动装置12和14二者。

类似于图1的实施例，X射线发射器12和X射线检测器14的结合的运动可以步进或者连续地执行。如果该运动步进地执行，在每一步，X射线设备110可以获取感兴趣区域32的图像数据并且可以在最后集合成感兴趣区域32的整体图像。如果该运动连续地或者以小的步幅完成，则必须如上文参照图1实施例所描述的那样，结合相位扫描和运动。

图8示出了X射线设备210的又一个实施例。在图8所示的实施例中，X射线设备210适于绕X射线设备210的焦斑64旋转X射线检测器装置14。图8示出了在三个不同的位置中的检测器装置，在这些位置中指向到X射线检测器装置14的X射线束16覆盖了整个感兴趣区域32。

为了X射线检测器装置14的运动，X射线设备210包括致动器66。而且，X射线发射器装置12能够绕焦斑64旋转。例如，X射线发射器装置12和X射线检测器装置14通过臂与彼此连接，该臂可以绕轴线旋转。不同于如图8中所指示的，这个旋转可以是绕着不同于通过焦斑64的轴线的轴线。

如参照图1的X射线设备10和图7的X射线设备110已经分别解释的，X射线检测器装置14的旋转运动可以是以大的步幅或者连续地（例如以小的步幅）执行的，其中在第一种情况下，在每个位置执行相位扫描而在第二种情况下相位扫描与检测器装置14相对于对象18的连续运动相结合。

图9示出了X射线设备310的又一个实施例。X射线设备310包括X射线发射器装置312，其中X射线发射器装置312包括适于在整个扫描区域内产生发射器射束16的X射线发射器。例如，X射线发射器装置312可以被设计成类似于在图4中所示的X射线发射器装置112，具有在方向A上的、分布在X射线发射器装置312的延伸范围上的多个发射器线。

X射线发射设备310包括能够沿着方向A移动的X射线检测器装置14，例如，通过类似步进马达或者压电驱动66的致动器66进行移动。当移动X射线检测器装置14到确定位置时，只有与X射线检测器装置14相对的发射器线48可以被激活以产生X射线束16。

同样可以以大的步幅或者连续地执行X射线检测器装置的运动，其中或者在每一个位置执行相位扫描或者相位扫描与连续运动相结合。

图10示出了控制X射线设备10、110、210、310的方法的流程图，所述方法可以由控制器22的处理器24运行。

在步骤S10中，通过移动对象18或者检测器装置14到必须开始扫描的开始位置来初始化感兴趣区域32的扫描。

在步骤S12中，记录感兴趣区域32第一切片的图像数据。此后，在步骤S14中，以大的步幅移动对象18或者X射线检测器装置14到必须进行下一相位扫描的下一相对位置。

或者，当连续地或者以小的步幅移动对象18或者X射线检测器装置14时，可以完成感兴趣区域32的切片的相位扫描。为了这个目的，在步骤S16中，开始对象18和X射线检测器装置14相对彼此的连续运动或者以小的步幅的运动，在此期间执行相位扫描。此后，在步骤S18中，必须以大的步幅移动固定的光栅36、50、52以一个切片宽度。

在两种情况下，在步骤S20中，通过分析所记录的图像数据来分析X射线强度以评估实际扫描的剂量效率。

在步骤S22中，使用步骤S20的剂量效率分析结果来调节或者设置X射线发射器装置12、122、312的X射线强度。备选地或者额外地，使用步骤S20的剂量效率分析结果来调节或者设置扫描速度，即相对于装置12、14的光栅36、50、52的移动速度和/或对象18的移动速度。

此后，如果感兴趣区域32的末端还没有达到，所述方法继续步骤S12或者步骤S16以执行针对下一切片的相位扫描。

如果已经扫描了整个感兴趣区域32，在步骤S24中，将针对覆盖感兴趣区域32的不同切片而扫描的图像数据集合或者放在一起以形成包含整个感兴趣区域32的扫描的整体图像数据。

虽然在附图和前述的说明书中已经详细地说明和描述本发明，但如此的说明和描述被认为是说明性或者示范性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过对附图、说明书以及所附加权利要求的学习，本领域以及实践所要求的发明的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”一词并不排除其它元件和步骤，且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或者单个控制器或者其他单元可以实现在权利要求中所叙述的若干个项的功能。在互不相同的从属权利要求中叙述不同特征这一仅有事实并不表明不能使用这些特征的组合来获得改进。不应当将权利要求中任何参考标记解释为限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于对对象（18）成像的X射线设备，包括：

X射线发射器装置（12），

X射线检测器装置（14），

其中，所述X射线发射器装置（12）适于发射X射线束（16）通过所述对象（18）到所述X射线检测器装置（14）上，

其中，所述X射线束（16）是至少部分空间相干的，

其中，所述X射线束（16）是扇形的，

其中，所述X射线检测器装置（14）包括相位光栅（50）及吸收体光栅（52），

其中，所述X射线检测器装置（14）包括用于检测X射线的检测器（54），

其中，所述X射线检测器是面检测器（54），

其中，所述X射线设备适于从所检测到的X射线产生图像数据并且适于从所述X射线图像数据提取相位信息，所述相位信息与由所述对象（18）导致的X射线的相移相关，

其中，所述对象（18）具有大于所述X射线检测器（18）的检测面的感兴趣区域（32），并且所述X射线设备适于通过对所述对象（18）和所述X射线检测器装置（14）相对彼此进行移动来产生所述感兴趣区域（32）的图像数据。

2.根据权利要求1所述的X射线设备，

其中，所述X射线发射器装置（12）包括具有X射线发射器线（48）的X射线源，所述X射线源适于产生所述扇形的至少部分空间相干的X射线束（16），

其中，所述X射线发射器线（48）包括具有碳纳米管（44）的阴极（42）。

3.根据权利要求1或2所述的X射线设备，

其中，所述X射线设备适于在垂直于所述扇形的X射线束（16）的轴向方向（A）对所述对象（18）和所述X射线检测器装置（14）相对彼此进行移动。

4.根据前述权利要求中的一项所述的X射线设备，包括：

用于相对于所述X射线发射器装置（12）和所述X射线检测器装置（14）移动所述对象（18）的致动器（20）；以及/或者

用于相对于所述对象移动所述X射线检测器装置的致动器（62、66）；以及/或者

用于绕所述对象移动所述X射线发射器装置和/或所述X射线检测器装置的致动器（66）。

5.根据前述权利要求中的一项所述的X射线设备，

其中，所述X射线设备适于：在所述对象、所述X射线发射器装置（12）和/或所述X射线检测器装置（14）相对彼此移动时，移动所述相位光栅（50）、所述吸收体光栅（52）以及源光栅（36）中的至少一个光栅，使得所述至少一个光栅相对于所述对象（18）保持固定。

6.根据前述权利要求中的一项所述的X射线设备（310），

其中，所述X射线发射器装置（312）包括具有可切换的发射器线（48）的X射线源，

其中，所述X射线发射器装置（312）在运动方向上大于所述X射线检测器装置（14），

其中，所述X射线设备适于切换所述发射器线（48），使得仅与所述X射线检测器装置（14）相对的发射器线被打开。

7.根据前述权利要求中的一项所述的X射线设备，

其中，所述X射线设备适于在第一扫描步骤期间分析在所述X射线检测器装置（14）处的X射线的X射线强度。

8.根据权利要求7所述的X射线设备，

其中，所述X射线设备（10）适于基于所分析出的所述第一扫描步骤的X射线强度设置针对第二扫描步骤由所述X射线发射器装置（14）发射的X射线的强度。

9.根据权利要求7或8所述的X射线设备，

其中，所述X射线设备适于基于所分析出的所述第一扫描步骤的X射线强度设置第二扫描步骤的扫描速度。

10.一种用于控制X射线设备的方法，所述方法包括以下步骤：

产生扇形的至少部分空间相干的X射线束（16），

透射所述X射线束通过对象（18）、相位光栅（50）以及吸收体光栅（52）到X射线面检测器（54）上，

从由所述X射线面检测器（54）检测到的X射线产生图像数据，

从所述图像数据提取相位信息，所述相位信息与由所述对象（18）导致的X射线的相移相关；

对所述对象（18）和所述X射线检测器装置（14）相对彼此进行移动；

产生所述对象的感兴趣区域（32）的图像数据，其中，所述感兴趣区域大于所述X射线面检测器（54）的检测面。

11.根据权利要求10所述的方法，包括以下步骤：

利用具有X射线发射器线（48）的X射线源产生所述扇形的至少部分空间相干的X射线束，所述X射线发射器线包括具有碳纳米管（44）的阴极（42）。

12.根据权利要求10或11所述的方法，包括以下步骤：

在对所述对象（18）、所述X射线发射器装置（12）和/或所述X射线检测器装置（14）相对彼此进行移动时，移动所述相位光栅（50）、所述吸收体光栅（52）以及源光栅（36）中的至少一个光栅，使得所述一个光栅相对于所述对象（18）保持固定。

13.根据权利要求10到12中的一项所述的方法，包括以下步骤：

在第一扫描步骤期间分析在所述X射线检测器装置（14）处的所述X射线的X射线强度；

基于所分析出的所述第一扫描步骤的X射线强度设置针对第二扫描步骤由所述X射线发射器装置（14）发射的X射线的强度；

基于所分析出的所述第一扫描步骤的X射线强度设置第二扫描步骤的扫描速度。

14.一种计算机可读介质，

其中，存储有用于控制X射线设备（10）的计算机程序，当所述计算机程序由处理器运行时，适于执行根据权利要求10到13中的一项所述的方法的步骤。

15.一种用于控制X射线设备的程序单元，

当所述程序单元由处理器运行时，适于执行根据权利要求10到13中的一项所述的方法的步骤。

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