CN103460301A

CN103460301A - 具有聚焦偏转结构板的微分相位对比成像

Info

Publication number: CN103460301A
Application number: CN2012800170035A
Authority: CN
Inventors: E·勒斯尔; T·克勒
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: US20130315373A1; WO2012104770A3; US10734128B2; CN103460301B; JP2016127960A; EP2671230A2; RU2584247C2; JP6225201B2; JP2014509887A; EP2671230B1; RU2013140448A; WO2012104770A2; JP6126535B2

Abstract

本发明涉及X射线微分相位对比成像，尤其涉及用于X射线微分相位对比成像的偏转装置。为了提供剂量效率得到提高的微分相位对比成像，提供了一种用于X射线微分相位对比成像的偏转装置（28），包括偏转结构（41），其具有第一多个（44）第一区域（46）和第二多个（48）第二区域（50）。提供所述第一区域以改变X射线辐射的相位和/或振幅；并且其中，所述第二区域是X射线透明的。周期性地布置第一和第二区域，使得在横截面中，所述偏转结构具备布置为使得以形成于作为凸起（56）提供的第一区域之间的槽状凹部（54）的形式来提供所述第二区域的剖面。相邻凸起形成部分包封布置于其间的相应凹部的相应侧表面（58)。每个凹部的侧表面都在所述凹部的整个深度（62）上具有变化的距离（60）。

Description

具有聚焦偏转结构板的微分相位对比成像

技术领域

本发明涉及X射线微分相位对比成像，尤其涉及用于X射线微分相位对比成像的偏转装置、X射线微分相位对比成像的吸收装置、用于生成相位对比图像的X射线系统的探测器器具、用于微分相位对比成像的X射线图像采集装置和X射线成像系统，以及用于微分相位对比成像的方法，和计算机程序单元和计算机可读介质。

背景技术

为了与常规振幅对比图像相比，增强低吸收样本的对比度，例如，应用了微分相位对比成像。在WO2004/071298A1中，提供了一种用于生成相位对比X射线图像的设备，其中沿光路提供了不相干的X射线源、源光栅、相位光栅、分析器光栅和图像探测器。目前，在也被称为光栅G2的分析器光栅的位置处，也称为光栅G1的相位光栅所生成的条纹图被利用分析器光栅，通过相位步进技术探测，其中分析器光栅通常吸收已经通过感兴趣对象的辐射的50%。后一项事实在医学成像应用中尤其存在问题，在医学成像应用中，应当探测通过患者透射并对探测器中的图像信号有贡献的辐射的最大可能比例。

发明内容

吸收50%的辐射意味着相对于提供给探测器的实际剂量的低剂量效率，并且因此是实际用于图像信息的剂量。

因此，需要提供一种剂量效率得到改善的微分相位对比成像。

本发明的目的是通过独立权利要求的主题解决的，其中，在从属权利要求中纳入了其他实施例。

应当指出，在适用的情况下，本发明的下述方面也适用于偏转装置、吸收装置、探测器器具、X射线图像采集装置、X射线成像系统、方法以及计算机程序单元和计算机可读介质。

根据本发明的示范性实施例，一种用于X射线微分相位对比成像的偏转装置具有偏转结构。所述偏转结构包括第一多个第一区域和第二多个第二区域。提供所述第一区域以改变X射线辐射的相位和/或振幅，并且所述第二区域是X射线透明的。周期性布置所述第一区域和所述第二区域，使得在横截面中，所述偏转结构具备布置为使得以形成于作为凸起提供的第一区域之间的槽状凹部的形式来提供所述第二区域的剖面。相邻凸起形成部分包封布置于其间的相应凹部的相应侧表面。每个凹部的侧表面都在所述凹部的整个深度上具有变化的距离。

根据示范性实施例，所述偏转结构的每个周期都适于充当聚焦X射线辐射的微透镜结构，从而在距微透镜结构一定距离处获得强度最大值。

根据示范性实施例，在小于Talbot距离p^2/8/^λ的1/16处，首次再现强度分布，其中，p是偏转结构的横向周期，而^λ是X射线波长。

根据示范性实施例，将所述偏转结构的剖面提供为抛物线相位剖面。

根据示范性实施例，为所述偏转结构的剖面提供离散化形状。

根据示范性实施例，提供了一种用于X射线微分相位对比成像的吸收装置，包括具有第三多个第三区域和第四多个第四区域的吸收结构。所述第三区域是X射线不透明的，而所述第四区域是X射线透明的。此外，周期性地布置所述第三区域和所述第四区域，使得在横截面中，为所述吸收结构提供吸收剖面，其中，将所述第三区域提供为部分包封其间作为第四区域的X射线透明填充物的吸收凸起。透明填充物均具有比吸收凸起更宽的截面。

根据示范性实施例，提供了一种用于生成对象的相位对比图像的X射线系统的探测器器具，包括相位光栅、分析器光栅和探测器，探测器具有适于记录X射线辐射强度变化的传感器。提供相位光栅作为根据上述示范性实施例之一的偏转装置。提供分析器光栅作为根据上述示范性实施例的吸收装置。所述相位光栅和/或所述分析器光栅适于以和所述偏转结构横交的方式步进。

根据示范性实施例，提供了一种用于生成对象的相位对比图像的X射线图像采集装置，其具有X射线源、相位光栅、分析器光栅和探测器。X射线源生成X射线辐射，X射线图像采集装置适于提供具有充分的相干性的X射线束，从而能够在分析器光栅的位置观察到干涉。提供相位光栅、分析器光栅和探测器作为根据上述示范性实施例的探测器器具。

根据示范性实施例，提供了一种用于微分相位对比成像的X射线成像系统，包括根据上述示范性实施例，用于生成对象的相位对比图像的X射线图像采集装置、处理单元和接口单元。所述处理单元适于控制所述X射线源以及所述分析器光栅和/或所述相位光栅的相位步进。接口单元适于向处理单元提供探测的原始图像数据。

根据另一示范性实施例，提供了一种用于微分相位对比成像的方法，包括如下步骤：

a）向感兴趣对象施加至少部分相干的X射线辐射；

b）向相位光栅施加通过对象的X射线辐射，在分析器平面中重新组合分裂的射束；

c）向布置于所述分析器平面中的分析器光栅施加重新组合的射束；以及

d）在以步长至多为p/（n*k）的多步来使所述分析器光栅或相位光栅横向步进时，利用传感器记录原始图像数据；其中，p是分析器或相位光栅的间距；并且其中，k大于1，例如k=2或k=3。

步骤b）中的相位光栅是根据上述示范性实施例之一的偏转装置。步骤d）中的分析器光栅是根据上述示范性实施例的吸收装置。此外，n是分析器光栅占空比的倒数，其中，占空比是分析器光栅停止的X射线辐射与命中分析器光栅的总X射线辐射之比。

可以将本发明的发明点视为：提供一种具有偏转结构的相位光栅作为偏转装置，布置该偏转结构，从而在射束的横截面上发生偏转效应。因为根据本发明的这种偏转结构，偏转装置的每个周期都充当着聚焦布置。通过聚焦效应，可以显著减小吸收装置，即分析器光栅的占空比，从而吸收更少的X射线辐射并向探测器施加更多X射线辐射。于是，提供了改善的剂量效率。

本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考其加以阐述。

附图说明

在下文中，将参考如下附图详细说明本发明的示范性实施例。

图1示意性图示了根据本发明的X射线成像系统。

图2图示了根据本发明的带有探测器器具的示意设置中的X射线图像采集装置。

图3示意性示出了根据本发明的偏转装置的实施例。

图4示出了根据本发明的偏转装置的另一实施例。

图5示出了根据本发明的偏转装置的另一实施例。

图6至图11示出了根据本发明的偏转装置的其他示范性实施例。

图12至图14示出了根据本发明的偏转装置的其他示范性实施例。

图15至图17示出了根据本发明的偏转装置的其他示范性实施例。

图18示出了根据本发明的吸收装置的示范性实施例。

图19示出了根据本发明的吸收装置的另一示范性实施例。

图20示出了根据本发明的方法的实施例的基本步骤。

图21至图23示出了本发明示范性实施例的其他方面。

图24至图26示出了根据本发明的其他示范性实施例的其他方面。

具体实施方式

在图1中，示意性示出了一种用于微分相位对比成像的X射线成像系统10。根据如下所述的实施例或各方面之一，X射线成像系统10包括用于生成对象的相位对比图像的X射线图像采集装置12。X射线成像系统10还配备有处理单元14和接口单元16，其中，后者未进一步示出。X射线图像采集装置12包括X射线源18和探测器20，根据例如参照图2下述的实施例，提供探测器20作为探测器器具。能够看出，为了接收待检查的受检者，布置了工作台22。X射线源18和探测器器具20被安装在C臂装置24上，使得工作台可以被布置于X射线源18与探测器器具24之间，从而可以将对象置于X射线源与探测器之间。

提供C臂装置24，使得X射线图像采集装置12绕患者的运动能够适应观察方向。此外，提供基座26，其上安装有工作台22。基座26位于例如检查室的地板上。例如，在基座26之内提供处理单元14和接口单元16。此外，在工作台22附近布置显示器28，以向例如外科医生的使用者提供信息。布置接口单元30以提供进一步控制系统的可能性。

图1中未进一步示出的受检者，例如患者，在辐射流程期间可以位于X射线辐射源与探测器器具20之间。探测器通过接口单元16向处理单元14发送数据以向处理单元提供探测到的原始图像数据。当然，处理单元14和接口单元16可以位于其他位置，例如位于不同的实验室房间或控制室。

此外，应当指出的是，示出的范例是所谓的C型X射线图像采集装置。当然，可以提供其他X射线图像采集装置，例如CT系统，带有固定或可移动的X射线源和探测器器具的固定系统。当然，也可以提供能移动的X射线装置。例如，根据本发明可以提供乳房X线照相术系统，例如在检查期间患者所处的系统或患者躺在检查台时所处的系统。

参考图2，将在下文描述上述探测器器具20。探测器器具20包括相位光栅22和分析器光栅24。此外，还提供带有适于记录X射线辐射强度变化的传感器的探测器26。

根据图3至17所述的实施例之一，提供相位光栅22作为偏转装置28。根据图18和19所述的实施例之一，可以提供分析器光栅24作为吸收装置30。

如上所述，探测器器具20是X射线图像采集装置12的一部分。X射线图像采集装置12连同X射线源18、源光栅32以及探测器器具20一起示出。此外，示意性地指示了对象34。

X射线源18生成X射线的多色谱的X射线束36。为了向施加于对象的X射线束提供足够的相干性，相应地利用各自的光栅结构调整源光栅32。因而，能够在分析器光栅24的位置处观察到干扰。因此，X射线束36经过源光栅32，然后提供其作为经调整的X射线束38。

根据范例，X射线图像采集装置包括适于分裂X射线源的X射线辐射的源光栅32，X射线源生成至少部分相干的X射线辐射；其中，源光栅配备有源栅距，源栅距与分析器栅距的比率等于源光栅和相位光栅之间距离与相位光栅和分析器光栅之间距离的比率。

根据另一示范性实施例，尽管未进一步示出，但源光栅能够被省略，并且X射线源适于提供足够相干的X射线辐射，从而能够在分析器光栅位置处，例如通过同步加速器或微焦点X射线管，观察到干涉。

在图2中示出了沿光路布置X射线源18、源光栅32、相位光栅22和分析器光栅24以及探测器26。于是，探测器记录对象34的图像信息，利用附图标记40示意性指示该图像信息。

根据本发明的一方面，布置分析器光栅和相位光栅，使得偏转结构42与吸收结构162对准。

参考图3等下图中的图示，根据本发明，将在若干示范性实施例中描述偏转装置28。

用于X射线微分相位对比成像的偏转装置28包括带有第一多个44第一区域46以及第二多个48第二区域50的偏转结构42。

提供第一区域46以改变X射线辐射的相位和/或振幅，利用若干平行箭头52示意性图示了X射线辐射。第二区域50是X射线透明的。

根据本发明，通常术语“X射线透明”可以包括小于40%，优选小于20%的X射线衰减。特别地，提供了小于10%的衰减。

此外，通常为了提供X射线辐射的相位和/或振幅的变化，第一区域的X射线衰减大于第二区域的X射线衰减。

此外，参考图3及后续附图，周期性地布置第一和第二区域46、50，使得在横截面上偏转结构配备有剖面，布置该剖面使得以槽状凹部54的形式提供第二区域50，槽状凹部54形成于作为凸起56被提供的第一区域46之间。因此，相邻凸起形成各自侧表面58，所述侧表面部分包封布置于其间的相应凹部54。此外，每个凹部54的侧表面58在凹部54的整个深度上具有变化的距离。还利用附图标记60和字母W指示变化的距离，利用附图标记62和字母D指示凹部的深度。

根据本发明的一方面，偏转装置为相位偏转装置，也称相位光栅，尽管其偏转结构不同于带有平行条和狭缝的相位光栅。根据本发明的又一方面，偏转装置适于聚焦，或准直和聚集X射线辐射的强度。

根据本发明的又一方面，偏转结构的偏转效应包括折射和衍射。

根据另一方面，以交替的方式提供凹部和凸起。

根据另一方面，在凸起56的整个高度上，每个凸起具有变化宽度W_P。在图3中示出了这种情况，凸起56上部区域中为第一凸起宽度W_P1，凸起56下部为第二凸起宽度W_P2，其中，术语上和下指的是图3的阅读取向。

根据另一方面，每个凹部54的宽度沿其深度逐渐减小。图3中示出了这种情况，凹部54上部区域为第一凹部宽度W_P1，并且凹部54下部为第二凹部宽度W_P2。换言之，凹部在其开口侧要宽于其底侧或闭合侧（另请参阅图4及其他附图）。应当指出的是，凹部开口侧指的是图3及后续图所示的布置，其中，开口侧可以说是成束辐射52进入凹部54的入口。

底侧被布置于X射线辐射方向的下游，即远离X射线源。

根据另一方面，每个凸起的宽度沿其在辐射方向的高度，即由上到下逐渐增加，换言之，其底部较宽，并且面对X射线源的相对边缘较窄。

根据本发明的又一方面，如图3所示，第一和第二区域56和50被并排布置成相对于X射线辐射52的垂直布置。

应当指出的是，图3中在截面中示出了偏转装置28的结构。相对于吸收装置24而言，在图4至17，以及图18和19也是这样的情况。

根据图4所示的另一方面，通过公共第一区域64连接第一区域46，从而形成第一连续表面66。

根据另一方面，提供第一表面66作为相位剖面。

第一区域和第二区域的周期性布置被示为具有周期性p，如附图标记68所示。

根据图5所示的另一方面，凹部54的宽度沿X射线辐射52的方向逐渐增加，即凸起56在其边缘或朝向X射线辐射的末端较宽，而在另一边缘，例如凹部连接到公共第一区域64的地方，较窄。

已明确提及，如图3所示并排提供第一和第二区域46、50，以及提供第一和第二区域46、50，其中如图4所示第一区域46连接到公共第一区域64，以上两种情况都可以与参照如下附图描述的如下方面中的一个或多个组合。

根据未示出的另一方面，在与X射线投影方向垂直的平面中线性地布置凹部。

根据另一方面，以曲线（curve）图案（未示出）彼此平行地布置凹部。

同样可以将凹部布置为平行波形。

根据另一示范性实施例，偏转结构的每个周期P都适于充当微透镜结构70，所述微透镜结构聚焦X射线辐射，从而在距微透镜结构70一定距离处获得强度最大值。

例如，将参考图21及后续各图进一步解释这种情况。图6示出了微透镜结构70的范例。然而，应当指出的是，图3至5所示的结构也可以适于充当微透镜结构。

根据另一方面，强度最大值比第一区域更精细，这将在下文进一步解释。

根据另一方面，提供偏转结构42充当微透镜的阵列。

例如，提供偏转结构作为聚焦X射线辐射的衍射结构。

根据图6所示的范例，偏转结构42的剖面被提供为抛物线相位剖面72。

根据图7所示的示范性实施例，偏转结构42的剖面被提供为正弦剖面74。

偏转结构42的剖面也可以被提供为如图8中所示的球形剖面76，以及如图9中所示的另一球形剖面78。

图8和图9中所示的范例指示以相邻方式彼此相邻布置的球形元件阵列。在图8中，球形，即半圆横截面可以说附接至公共接地板，从而在半圆顶形第一区域82之间形成V形第二区域80。

图9的剖面形状包括一种相反的结构，即位于由尖锐边缘形成的第一区域86之间的圆角U形第二区域84。例如，能够通过将半圆顶凹部形成到接地板中来提供图9示出的剖面，留下公共连接段88以连接第一区域86。

然而，上述曲线或剖面当然可能发生不同变化，这并未进一步描述。

此外，不同形状的部分的组合也是可能的。

根据另一方面，微透镜结构配备有抛物线、正弦曲线和/或球形相位剖面。

根据另一方面，如图10中所示的范例，偏转结构42的剖面具有离散化形状90。

能够看出，可以提供离散化形状作为带有梯级截面的梯级化剖面。

例如，每一周期具有至少两个梯级。

可以提供每一周期具有八个梯级、十六个梯级或其他整数多个梯级。

根据本发明的又一方面，第一区域46配备有多个92凸起形状，其中，以重复顺序排列不同的凸起形状。例如，如图11所示，提供第一凸起形状94和第二凸起形状96，以相位光栅的周期P₂周期性地布置凸起形状，以附图标记98表示。

根据另一方面，偏转结构42的剖面被提供为多个曲线剖面段100，其中，通过将曲线段向回翘曲pi(π)或pi的整数倍，例如2pi或4pi，生成段100。这将参考图12至14加以解释。

图12示出了正弦形相位剖面102。相位剖面102能够被细分为第一剖面段104和第二剖面段106，由第一分隔线108将两者分离。

图13示出了带有曲线剖面段的剖面110的第一范例。曲线110包括与第一段104交替的第二段106。能够看到，当从左侧开始查看曲线时，曲线以第二段106开始，并且然后接着第一过渡部分112，其指示将曲线段，即，将第一曲线段104，向回翘曲（或回折）pi或pi的整数倍。曲线然后示出第一段104和第二过渡部分114，后面接着更多的第二段106，等等。

回折提供的优点是，可以提供曲线的更大的峰到峰距离，而截面中具有更薄结构。

例如，偏转结构42的剖面被提供多个抛物线、正弦曲线和/或球形剖面段。

例如，偏转结构42的剖面包括位于第一区域和第二区域之间的凹形和凸形的表面部分，如图13和14所示。

在图14中，偏转结构42具备第三剖面116，包括第一曲线段118、第二曲线段120、位于第一段118和第二段120之间的第一中间曲线段122。第二中间段124被提供于第二段120和接着的第一段118之间。如图12中的一对第二分隔线126、128所示，由于正弦剖面被分隔为三段，因此生成第一、第二和两个中间段的形式。作为范例示出的正弦剖面被分为第一段118、第二段120、第一中间段122以及第二中间段124。

如附图标记130所示，图12示出的曲线以及图13示出的曲线显示出周期p。

应当指出的是，图13中曲线为第一和第二段104、106的交替重复。还应当指出的是，图14中的凸起形状以绕多个镜像轴重复的次序布置，镜像轴被周期布置于透镜结构的光轴中。例如，结果，由第二段120形成的凹部在其中心有第一光轴，无论何时提供第二段120，都重复第一光轴。能够看出，光轴是以虚线132表示的。能够进一步看出，图14中剖面的不同曲线段的布置或模式示出了基于绕光轴132的镜像的重复顺序。

根据未进一步示出的范例，对于微聚焦管而言，提供真实的2D透镜阵列或柱面透镜。

根据未进一步示出的另一范例，偏转结构的剖面在以不变的方式与横截面横交的方向上连续。

例如，偏转结构包括柱面透镜。

根据备选范例（未进一步示出），偏转结构的剖面以周期性改变的形式在与截面横交的方向上连续，例如，改变的形式类似于截面上的改变。

例如，偏转结构具有二维透镜或聚焦效果。

图15至17示出了偏转结构42的梯级化曲线相位剖面的其他范例。

例如，能够将图12中的曲线102提供为如图15所示的梯级化剖面134。第一区域46被布置有梯级化剖面，梯级化剖面的第一梯级136和第二梯级138被布置于上部和下部之间，即被布置于朝向X射线源布置的峰段140和位于X射线辐射下游的底段142之间。

因此，例如，图12的正弦剖面102可以说被图15中的离散化形状取代。

图16示出了另一梯级化相位曲线144，其中，第一区域46具备两种不同的凸起形状。当从左方开始读图16时，第一凸起形状146具备位于最低部分和上部之间的第一梯级148。第一凸起形状可以说替代了图13中的第二段106。

第一凸起形状146后接第二凸起形状150，其包括布置于两个上部154之间的下部152，因此可以说取代或代表了图13中第一段104的离散化或梯级化版本。

然后剖面144示出第一剖面部分146后接另一第二剖面部分150的进一步重复。

相对于如附图标记130所示的一个周期而言，该剖面示出了具有材料厚度变化的八个不同段。例如，材料可以具有四种不同厚度。

图17示出了另一梯级化或离散化形状剖面156，表示图14中所示曲线更为精细的梯级化版本。第一凸起形状158后接第二凸起形状160，其后为第一凸起形状158，等等。

如图17所示，凸起形状158、160在最低部分和上部（第一凸起形状158）之间有两个梯级，或在上部与下部（第二凸起形状160）之间有三个梯级。因此，相对于附图标记130所指示的结构的一个周期而言，提供具有八个等级材料厚度的十六个不同段，实现更精细的偏转结构剖面。

根据另一示范性实施例，如图18中所示，用于X射线微分相位对比成像的吸收装置24包括具有第三多个164第三区域166和第四多个168第四区域170的吸收结构162。第三区域16为X射线不透明的，第四区域170为X射线透明的。

对于术语“X射线透明”，参见上文。术语“X射线不透明”可以包括超过70%，优选超过90%的X射线衰减。

根据另一方面，周期性地布置第三和第四区域166、170，从而使得在横截面中，吸收结构162具备吸收剖面，其中，提供第三区域166作为吸收凸起172，在之间部分包围X射线透明填充物174作为第四区域170。

利用附图标记176所指示的字母p_A指示周期性布置。

每个透明填充物170的横截面比吸收凸起宽，其中，利用字母W_T和附图标记178指示透明填充物170的横截面，利用字母W_O和附图标记180指示吸收凸起172的横截面。

于是，每个第四区域170的横截面都比第三区域166宽。

例如，吸收装置24被称为分析器光栅。

根据本发明的另一方面，吸收结构可以是带有以交替方式布置的条和间隙的光栅结构，其中，条被提供为第三区域，间隙被提供为第四区域。

根据本发明的另一方面，在一个间距上，吸收区域与X射线透明区域的比例小于1：1，优选小于1：4，例如1：8。当然，小于1：1的比例范围的其他整数倍或分数倍的情况也是可能的。

击中分析器光栅的X射线辐射，与通过分析器光栅，从而能够击中探测器的X射线辐射量之间的比例是一个重要参数。相反量，即被吸收的数量，也被称为分析器光栅的占空比。分析器光栅的占空比在任何情况下都小于50%，优选小于30%，或例如小于20%。

参考图18，吸收装置24被示为交替的第三和第四区域166、170的布置。可以将第三区域166提供为条，可以将第四区域170提供为所述条之间的开放间隙。

根据另一方面，也可以将第四区域170提供为填充布置，即填充结构。

根据图19所示的另一范例，吸收结构具备主体结构182，其中，形成槽状凹部184，凹部中填充了吸收填充物186，从而使得被填充的凹部形成布置为第三多个164的第三区域166。位于两个相邻凹部之间的主体结构182的区域代表第四区域，其被布置为第四多个168。

凹部184被示为由填充物186完全填充。当然，它们也可能仅被部分填充。

应当进一步指出的是，示出的凹部深度仅表示示意性布置。当然，凹部也可以被布置有较小深度并具有深度和宽度的不同比例。

根据另一示范性实施例，在基础结构上提供第三区域166，从而提供基础结构作为X射线透明材料，提供第三区域作为X射线不透明材料。换言之，在本范例中，第三区域被提供或附接至支撑基底，其中，位于相邻或邻近的第三区域之间的部分表示第四区域，X射线可以通过这一区域而没有任何实质性吸收。在第三区域的区域中，X射线辐射被吸收。

图20示出了微分相位对比成像的方法400的基本方法步骤包括如下步骤：在第一施加步骤410中，至少部分相干的X射线辐射412被施加于感兴趣的对象。在第二施加步骤414中，经过物体的X射线辐射被施加于相位光栅，相位光栅在分析器平面重组分裂射束416。在第三施加步骤418中，重组射束被施加于布置于分析器平面中的分析器光栅。此外，在记录步骤420中，当用步长至多为p/(n*k)的多步横向步进分析器光栅422或相位光栅时，利用传感器记录原始图像数据，其中，p为分析器或相位光栅的间距，其中，k大于1，例如k=2或k=3。

例如，根据本发明，起点为在分析器光栅位置的偏转光栅所生成的最大值的宽度。这一量主要由透镜阵列的“聚焦能力”确定。一旦知道强度最大值的宽度与位于相邻最大值之间距离的分数比，便能够导出分析器光栅的设计。分析器必须与干涉图案具有相同周期，分析器的占空比必须与干涉最大值的占空比接近。然后分析器应该对每个强度最大值至少采样四次。这意味着，如果1/n为强度最大值的占空比，所需步骤的最小数量应该为n*k，其中，k大于1，例如优选k=2或k=3。

根据本发明，根据上述示范性实施例或各方面之一，第二施加步骤414中的相位光栅是偏转装置22。根据上述示范性实施例或方面之一，记录步骤420中的分析器光栅是吸收装置24。此外，1/n是吸收区域与分析器光栅间距之间的比例。

第一施加步骤410也被称为步骤a），第二施加步骤414被称为步骤b），第三施加步骤418被称为步骤c），记录步骤420被称为步骤d）。

根据未示出的另一示范性实施例，在步骤d）中，以部分交叠的方式提供步进，即每个下一步骤与上一步骤的位置部分交叠。

至少提供30%的交叠，优选大于50%。当然，随着交叠的增加，记录步进422的记录步骤420的步数也会增加。

根据未示出的另一示范性实施例，步骤a）包括将常规X射线源的X射线辐射施加于分裂辐射的源光栅，其中，生成相干X射线辐射，或至少部分相干的X射线辐射。

例如，相干辐射在穿过偏转光栅时生成X射线干涉图案，其包括给定宽度的干扰最大值。可以使用相位步进技术测量由于对象压印的相变导致的强度最大值的精确位错。在相位步进期间，当所有探测器像素上的X射线强度被记录时，在相对于彼此横交的方向上步进偏转光栅或者分析器光栅。所需步骤的数量由偏转装置的微透镜板的聚焦质量决定。最大值越精细，分析器光栅上相应的X射线不透明结构越小，剂量利用率越好。

例如，两个光栅结构、占空比和整个设置的几何性质之间具有几何匹配。

根据本发明的一方面，偏转光栅与分析器光栅之间距离由偏转结构，例如透镜结构的焦距决定。

根据本发明的一方面，源光栅的间距遵从如下几何关系：源光栅的间距（P_SG）与分析器光栅的间距（P_AG）之间的比例等于源光栅与相位光栅之间的距离（D_SG-PG）与偏转结构的焦距（f_l）之间的比例；其中，焦距等于偏转光栅与分析器光栅之间的距离。换言之：

P_SG/P_AG=D_SG-PG/f_l

根据本发明的另一方面，Talbot距离被偏转结构的焦距所取代，即被透镜结构的焦距所取代。

然而，所需相位步骤的数量也随着强度最大值更精细而增加，因为每个最大值都应被采样，例如，在步进期间至少采样四次。对于约为p/n的半最大值全宽度，其中，n为整数，因此步长至多应该为p/(n*k)，其中，k大于1，例如，k=2或k=3。

在下文中，参考图21至26，将描述其他方面。应当明确指出的是，下文所描述的结构性原则和功能效应，以及从而可以实现的结果也适用于上述示范性实施例或方面和范例之一。

作为本发明的一般方面，通过提供偏转装置作为提供聚焦或捆绑X射线辐射的相位光栅，使得在距偏转装置一段距离处可以获得强度最大值，从而能够提供占空比小于50%的吸收装置。因此，实现了对对象透射的总X射线通量超过50%的探测比例，同时提供了相当的或改进的信息，利用具备平行条和间隙的相位光栅的光栅方式，情况将是50%占空比的吸收。接下来，本发明利用了由感兴趣对象透射的比通常可行情况更大比例的通量。吸收装置或吸收光栅占空比的下限仅由衍射阵列所确定，例如仅由微透镜的聚焦效率所确定，其同样主要取决于此类结构的制造精度。

在硬X射线范围（10至100keV）的微分相位对比系统中，使用Talbot效应以对对象向X射线波前上压印的相变进行可视化。为了受益于短的系统几何性质，带有条和间隙结构的相位光栅具有矩形相位剖面，从而在Talbot距离2（相位光栅的间距）^2/λ的1/16处首次再现矩形强度分布。矩形相位光栅必须具有与壁一样宽的条纹（相位光栅必须具有1/2的占空比），以维持处于吸收光栅G2位置的矩形剖面。因此，G2的占空比必须也为1/2以在条纹步进时获得最大可视性。通常，相位光栅G1的间距P₁是微米量级的，大约比X射线波长大四个数量级。因此，衍射效应主要发生于条纹的壁上。

与此相反，本发明提供了，例如，正弦或抛物线对象，能够使用其获得如下效果：衍射效应将发生在射束的整个横截面上。其重要结果是，相位光栅或偏转装置的每一周期将在最简单的情况下充当小圆柱形微透镜，并使在宽度为P₁的条带内入射的辐射聚焦到特定焦点，该焦点在对象下游的某个距离f。通过聚焦的效果，吸收光栅，即吸收装置的占空比可以明显减小，从而焦点处强度的半最大值全宽度（FWHM）与例如硅中的金沟槽具有大致一致的宽度，如图18、19所示。

在图21至23中，示出了不同的工作台，其中，利用附图标记212指示的水平轴描述横向尺寸，例如以微米为单位。

在图21中，采用了三种不同的偏转结构，利用位于各列之上的附图标记a），b）和c）指示，还表明，图22和图23也指示相应的偏转装置结构。换言之，图21至23可以被理解为包括三行即图21、图22和图23，以及三列即列a）、列b）和列c）的电子表格。

第一行的附图，即图21，在垂直轴上指示X射线相位214。图22示出了从表示为0的上部开始的传播距离，例如以毫米为单位。此外，图23在其垂直轴上示出了X射线强度218。

在图21a）中，示出了第一波相位剖面220，从几何角度看与图12中所示类似。图21b）示出了另一波相位剖面222，也参见图13。此外，图21c）示出了又一波相位剖面224。

波相位剖面220、222和224被示为正弦相位对象，其具有不同峰到峰相移，即pi（剖面220），2pi（剖面222）和4pi（剖面224）。

图22a）示出了第一传播波强度226，图22b）示出了第二传播波强度228，图22c）示出了第三传播波强度230。在每一个传播波强度图示中，布置于相应传播波强度右侧的比例尺232指示相应等级尺度的强度值。

通过对相应的传播波强度226、228和230进行比较，能够看到随着振幅增加，焦距减少的效果。

根据另一方面，偏转结构适于在相应焦距处提供传播波强度分布，该波强度分布示出了基础水平附近的曲线主要部分作为基础部分240，并示出从基础水平突出的周期峰作为峰部分242；并且其中，一个周期内峰部分与基础部分的几何长度关系小于1。

例如，图23在图23a）中图示了第一传播波强度分布234，在图23b）中示出了第二传播波强度分布236，在图23c）中示出了第三传播波强度分布238。能够看出，传播波强度分布234、236和238示出了基础水平附近的曲线主要部分作为基础部分240，并且示出了突出于基础水平的周期峰值作为峰部分242。如附图标记244和参考字母P所指示的，峰部分与基础部分在一个周期内的几何长度关系小于1：1，即小于1。例如，峰部分与基础部分的关系至多为1：2，优选1：4或更小，例如1：8。

必须要指出的是，图23和26中的传播波强度分布对应于小于Talbot距离的1/16、1/32和1/64的分数。

作为本发明的一方面，根据本发明的偏转结构42适于提供传播波相位剖面，例如正弦曲线形状的剖面。

根据本发明的另一方面，在小于Talbot距离1/16处首次再现强度分布，例如图23所示的强度分布。例如，在1/20或更短的Talbot距离处再现强度分布。

根据本发明的另一方面，Talbot-Lau干涉测量法并非严格适用。

例如，为了实现单一线源，例如源光栅的干涉对准，必须满足p₀=p₂xl/f，其中，f是透镜结构或透镜阵列的焦距。

根据另一方面，第一区域配备有这样的形状，其实现峰到峰振幅为pi或pi(π)的整数倍，如2pi或4pi的透射波相位剖面。透射波相位剖面可以具有正弦相位调制的振幅。例如，这个振幅越高，压印的相位剖面越陡，所谓的透镜效应就越好。

参考图22至23，能够看到，相位板G1，即偏转装置28的调制幅度越高，随着相应的相位对象的曲率增加，相位板的焦距越小。

从图23能够看出，与具有较低值X射线强度218的区域相比，传播波强度分布具有更小值的，即更少的具有最大值的区域。于是，要作为吸收光栅，即分析器光栅提供的吸收结构必须示出更小的区域被吸收材料覆盖，从而让更高百分比的X射线辐射撞击在相应结构上以被探测器记录。因此，已经通过对象的更大量X射线辐射可以用于记录和生成图像信息。例如，在医学X射线成像中检查患者时，X射线辐射的这种改进使用尤为重要。

在图24至26中，示出了另外两个偏转结构与其图24中的传播波相位剖面，图25中的传播波强度和图26中的传播波强度分布。再次以电子表格的形式布置附图，显示为三行两列。各行中图24中表示第一行，图25表示第二行，图26表示第三行。除图21至23的a）至c）列之外，字母d）所示为第一列，字母e）所示为第二列。

在图24中，示出了第四波相位剖面246，在图24e）中示出了第五波相位剖面248。波相位剖面246示出与图16所示结构的相似性，波相位剖面248示出与图17所示结构的相似性，因此未进一步描述。

在图25d）中，示出了第四传播波强度分布250，图25e）中示出了第五传播波强度252。

因此，图26d）示出了第四传播波强度分布253，图26e）示出了第五传播波强度分布256。传播波强度分布254、256也显示出基础部分240和峰部分242。

尽管以离散化剖面方式示出了传播波相位剖面246、248，但在焦点距离生成的传播波强度分布还示出了小部分有峰，更大部分具有低值。于是，可以提供吸收结构以在相位步进期间记录相应的传播波强度分布，该吸收结构仅需要较低比例吸收X射线，而该结构的较大部分可以为X射线透明的。于是，根据图21至23的研究，离散化或梯级化剖面也导致相似的结果。

由于在正弦剖面或抛物线形剖面的微制造中，例如，针对医学成像考虑的能量代表具有挑战性的因素，所以提供高度上具有离散化形状的离散化偏转结构，一方面意味着不太完美的聚焦，但另一方面意味着更简单的制造过程。因此，图24至26中所示的具有用于各种程度离散化的离散化微透镜阵列的范例，示出与50%占空比的分析器光栅相比仍更有改善的结果。

术语“离散化程度”指的是相位对象在每个间距或周期可以实现的不同材料深度的数量。

例如，图24至26的列d）示出了具有四个可能水平的材料厚度的八个不同部分，而列e）示出了具有八个可能水平的材料厚度的十六个不同部分。

图示示出了正弦相位调制的离散化形式的2pi峰间距。图26中的强度分布示出的强度小于1/16和1/32的Talbot距离。

通常，从图23和26所示的强度最大值的精细宽度，可以看出，可以显著减小吸收结构或分析器光栅的占空比，从而导致与常规几何结构相比大大改善的剂量效用，其中，对象透射的大约50%的辐射对信号没有贡献。

例如，能够将本发明用于微分相位对比成像，通常是计算机断层摄影、射线照相术或乳腺摄影。根据本发明，能够以改进的剂量效率进行相位对比成像而不影响相位灵敏度，本发明尤其适用于使用该技术的医学应用。

在本发明的另一示范性实施例(未示出)中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于适于在适当系统上执行根据前述实施例之一所述的方法的方法步骤。

因此可以将计算机程序单元存储在计算机装置上，其也可以是本发明实施例的部分。这种计算单元可以适于执行或诱发执行上述方法的步骤。此外，它可以适于操作上述设备的部件。计算单元可以适于自动工作和/或执行用户的命令。可以将计算机程序加载到数据处理器的工作存储器中。于是可以装备数据处理器以执行本发明的方法。

本发明的这一示范性实施例既覆盖了从一开始就使用本发明的计算机程序，又覆盖了通过更新将现有程序变为使用本发明的程序的计算机程序。

此外，计算机程序单元可以提供所有必要步骤以完成如上所述的方法的示范性实施例流程。

根据本发明的另一示范性实施例(未示出)，提供了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中计算机可读介质上存储了计算机程序单元，即前面部分描述的计算机程序单元。

可以在适当的介质上存储和/或分布的计算机程序，所述介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分提供的光存储介质或固态介质，但也可以在其他形式中分布，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。

然而，也可以在诸如万维网的网络上提供计算机程序，并可以从这样的网络向数据处理器的工作存储器中下载程序。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种使得计算机程序单元能够被下载的介质，布置计算机程序单元以执行根据前文描述的本发明实施例之一所述的方法。

必须要指出的是，本发明的实施例是参考不同主题描述的。具体而言，一些实施例是参考方法类型的权利要求描述的，而其他实施例是参考装置类型的权利要求描述的。然而，本领域的技术人员将从以上和下面的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为是本申请公开的。然而，可以组合所有特征，提供了超过特征的简单相加的协同效应。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中叙述的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举特定手段的简单事实并不表示不能有利地使用这些手段的组合。

Claims

1.一种用于X射线微分相位对比成像的偏转装置（28），包括偏转结构（41），所述偏转结构具有：

-第一多个（44）第一区域（46）；以及

-第二多个（48）第二区域（50）；

其中，提供所述第一区域以改变X射线辐射的相位和/或振幅；并且其中，所述第二区域是X射线透明的；

其中，周期性地布置所述第一区域和所述第二区域，使得在横截面中，所述偏转结构具备布置为使得以形成于作为凸起（56）提供的第一区域之间的槽状凹部（54）的形式来提供所述第二区域的剖面；其中，相邻的凸起形成部分包封在其间布置的相应凹部的相应侧表面（58）；

其中，每个凹部的所述侧表面在跨所述凹部的深度（62）上具有变化的距离（60）。

2.根据权利要求1所述的偏转装置，其中，所述偏转结构的每个周期适于充当微透镜结构（70），所述微透镜结构对X射线辐射进行聚焦，使得在距所述微透镜结构的一定距离处获得强度最大值。

3.根据权利要求1或2所述的偏转装置，其中，在小于Talbot距离2（所述偏转装置的间距）^2/λ的1/16的距离处，首次再现强度分布。

4.根据前述权利要求之一所述的偏转装置，其中，所述偏转结构的所述剖面被提供为抛物线相位剖面（72）。

5.根据前述权利要求之一所述的偏转装置，其中，所述偏转结构的所述剖面具备离散化形状（90）。

6.根据前述权利要求之一所述的偏转装置，其中，所述第一区域具备多个凸起形状；其中，不同凸起形状以重复的顺序进行布置。

7.根据前述权利要求之一所述的偏转装置，其中，所述偏转结构的所述剖面被提供为多个曲线剖面段（100）；其中，通过将曲线段回折π或π的整数倍，例如回折2π或4π，来生成所述段。

8.一种用于X射线微分相位对比成像的吸收装置（24），包括吸收结构（162），所述吸收结构具有：

-第三多个（164）第三区域（166）；以及

-第四多个（168）第四区域（170）；

其中，所述第三区域是X射线不透明的；并且其中，所述第四区域是X射线透明的；

其中，所述第三区域和所述第四区域周期性地布置，使得在横截面中，所述吸收结构具备吸收剖面，其中，所述第三区域被提供为部分包封其间的作为所述第四区域的X射线透明填充物（174）的吸收凸起（172）；

其中，每个所述透明填充物具有比所述吸收凸起的宽度（180）更宽的截面（178）。

9.一种用于生成对象的相位对比图像的X射线系统的探测器器具（20），包括：

-相位光栅（22）；

-分析器光栅（24）；以及

-具有传感器的探测器（26），所述传感器适于记录X射线辐射的强度变化；

其中，所述相位光栅被提供为根据权利要求1到7之一所述的偏转装置（28）；

其中，所述分析器光栅被提供为根据权利要求8所述的吸收装置（30）；并且

其中，所述相位光栅和/或所述分析器光栅适于以与所述偏转结构横交的方式步进。

10.一种用于生成对象的相位对比图像的X射线图像采集装置（12），具有：

-X射线源（18）；

-相位光栅；

-分析器光栅；以及

-探测器（26）；

其中，所述X射线源生成X射线辐射；

其中，所述X射线图像采集装置适于提供具有充分的相干性的X射线束，从而能够在所述分析器光栅的位置处观察到干涉；并且

其中，所述相位光栅、所述分析器光栅和所述探测器被提供为根据权利要求9所述的探测器器具（20）。

11.根据权利要求10所述的X射线图像采集装置，包括：

-源光栅（32）；

其中，所述源光栅适于分裂所述X射线源的所述X射线辐射，生成所述至少部分相干的X射线辐射；

其中，所述源光栅具备源光栅间距；并且

其中，所述源光栅间距与所述分析器光栅间距之比等于所述源光栅和所述相位光栅之间的距离与所述相位光栅和所述分析器光栅之间的距离之比。

12.一种用于微分相位对比成像的X射线成像系统（10），包括：

-根据权利要求10或11所述的用于生成对象的相位对比图像的X射线图像采集装置（12）；

-处理单元（14）；以及

-接口单元（16）；

其中，所述处理单元适于控制所述分析器光栅和/或所述相位光栅的相位步进以及所述X射线源；并且

其中，所述接口单元适于向所述处理单元提供探测到的原始图像数据。

13.一种用于微分相位对比成像的方法（400），包括如下步骤：

a）向感兴趣对象施加（410）至少部分相干的X射线辐射（412）；

b）向相位光栅施加（414）通过所述对象的所述X射线辐射，在分析器平面中重新组合（416）分裂的射束；

c）向布置于所述分析器平面中的分析器光栅施加（418）重新组合的射束；

d）在以步长至多为p/（n*k）的多步来使所述分析器光栅或所述相位光栅横向步进（422）时，利用传感器记录（420）原始图像数据；

其中，步骤b）中的所述相位光栅是根据权利要求1到8之一所述的偏转装置；

其中，步骤d）中的所述分析器光栅是根据权利要求9所述的吸收装置；并且

其中，1/n是所述分析器光栅的吸收区域与间距之比；其中，p是分析器光栅或相位光栅的间距；并且其中，k大于1。

14.一种用于控制根据权利要求1到12之一所述的设备的计算机程序单元，所述计算机程序单元在由处理单元执行时，适于执行根据权利要求13所述的方法的步骤。

15.一种存储有根据权利要求14所述的程序单元的计算机可读介质。