CN104582573A - 在微分相位对比成像中对齐源光栅到相位光栅距离以用于多阶相位调谐 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及处理用于微分相位对比成像的X射线成像系统中的错位。为了提供对用于微分相位对比成像系统中的制造和维护的预调谐和调整要求的降低，提供了一种用于微分相位对比成像的X射线成像系统(10)，其包括微分相位对比设置(12)，所述微分相位对比设置具有X射线源(14)和X射线探测器(16)、包括源光栅(20)、相位光栅(22)和分析器光栅(24)的光栅布置(18)，其中，所述源光栅被布置在所述X射线源与所述相位光栅之间，并且所述分析器光栅被布置在所述相位光栅与所述探测器之间。另外，提供了用于在检查中的对象与所述光栅中的至少一个之间的相对移动的移动布置、以及处理单元(32)和用于平移所述源光栅的平移布置(34)。所述相位光栅、所述分析器光栅和所述探测器被提供作为刚性干涉仪单元(36)，在所述刚性干涉仪单元中，所述相位光栅和所述分析器光栅平行于彼此被安装。使所述源光栅相对于所述干涉仪单元错位，使得在所述探测器的平面中能检测到莫尔条纹。所述处理单元被配置为在X射线辐射后由所述探测器提供的信号中检测莫尔图样。所述处理单元还被配置为计算平移信号(38)，所述平移信号用于平移所述源光栅以实现预定的莫尔图样。所述平移布置被配置为基于所述平移信号的值至少在X射线投影方向(30)上调整所述源光栅的定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于微分相位对比成像的X射线成像系统、一种用于处理用于微分相位对比成像的X射线成像系统中的错位(misalignment)的方法、一种计算机程序单元和一种计算机可读介质。
背景技术
微分相位对比成像(DPCI)是具有改进X射线成像的诊断价值的潜力的新兴技术。例如，对该技术的一个应用是乳腺摄影。在DPCI系统中，使用在X射线源与探测器之间具有三个光栅的设置。对于图像采集，提供了在光栅中的两个的不同相对位置处的若干X射线图像。由于光栅仅具有大约几微米的栅距，所以对步进设备的准确度具有相当严格的要求，该步进设备执行光栅的相对移动以及用于对系统的对齐。对于更大的对象，例如，当调查乳房时，通过使用对象相对于成像系统的扫描来提供虚拟相位步进，包括平行于该扫描方向的虚拟相位步进。例如，成像系统相对于样品/对象被移动，例如如从瑞典的飞利浦拥有的公司Sectra获知的乳腺摄影中的应用，或者对象/样品相对于固定的成像系统被移动，例如用于安全筛查或行李检查。然而，针对所有这些设置的要求是跨所有探测器线，在宽度D上，即平行于扫描方向X，出现干涉仪，即分析器光栅G2和相位光栅G1中的至少一个干涉条纹周期的相移。在扫描期间，对象/样品的每个个体部分成功地通过不同的探测器线，因此经历干涉仪的不同相位状态。之后通过对在扫描期间采取的探测器线信号的评估来完成相位检索。作为要求，在两个光栅G1与G2，即，相位光栅与分析器光栅之间的距离必须精确地被调整。另外，在所有情况下，在源光栅G0与相位光栅G1之间的距离也必须精确地被对齐。然而，已经示出在医院环境中对这样的干涉仪进行调谐和稳定化例如可以耗费不必要的时间并且是成本密集的。
发明内容
因此，存在提供对用于微分相位对比成像系统中的制造和维护的预调谐和调整要求的降低的需求。
本发明的目的通过独立权利要求的主题得以解决，其中，进一步的实施例被包含在从属权利要求中。
应当指出，本发明的以下描述的方面同样适用于一种用于微分相位对比成像的X射线成像系统、和一种用于处理用于微分相位对比成像的X射线成像系统中的错位的方法以及一种计算机程序单元和一种计算机可读介质。
根据本发明的第一方面，提供一种用于微分相位对比成像的X射线成像系统，其包括微分相位对比设置，所述微分相位对比设置具有X射线源和X射线探测器、光栅布置和在检查中的对象与所述光栅布置的光栅中的至少一个之间的相对移动的移动布置。所述光栅布置包括源光栅、相位光栅和分析器光栅。所述源光栅被布置在所述X射线源与所述相位光栅之间，并且所述分析器光栅被布置在所述相位光栅与所述探测器之间。另外，提供了处理单元和平移布置。所述平移布置被提供用于平移所述源光栅。所述相位光栅、所述分析器光栅和所述探测器被提供作为刚性干涉仪单元，在所述刚性干涉仪单元中，所述相位光栅和所述分析器光栅平行于彼此被安装。使所述源光栅相对于所述干涉仪单元错位，使得在所述探测器的平面中能检测到莫尔条纹。所述处理单元被配置为在X射线辐射后由所述探测器提供的信号中检测莫尔图样。所述处理单元还被配置为计算平移信号，所述平移信号用于平移所述源光栅以实现预定的莫尔图样。所述平移布置被配置为基于所述平移信号的值至少在X射线投影方向上调整所述源光栅的定位。
在所述源光栅与所述相位光栅之间的距离被称为距离L，并且在所述相位光栅与所述分析仪光栅之间的距离被称为距离D。通过对距离L的调整来补偿对距离D的不精确调整。因此，通过对L的调整能够补偿距离D中的错位，或预设的失谐D。此处，在亚毫米区域中的精确度是足够的。所述干涉仪单元也可以被称为检测单元。错位也可以包括所述源光栅和所述干涉仪单元相对于彼此的偏差。
根据示范性实施例，所述平移布置被配置为使所述源光栅倾斜。
根据示范性实施例，所述平移布置包括至少一个致动器，所述至少一个致动器用于使所述X射线源单元和/或所述X射线探测单元对齐。
根据示范性实施例，至少一个致动器被提供作为压电致动器，和/或作为电机驱动的微米螺丝。所述电机驱动的微米螺丝也能够被提供作为微米头。所述至少一个致动器提供在约1微米直到约10毫米的范围内的移动。根据范例，所述致动器的对齐精确度约为+/-0.1微米。
根据示范性实施例，使源光栅错位，使得在探测器阵列的宽度上的所述莫尔条纹覆盖相位变化的至少2pi。
根据示范性实施例，提供了在检查中的对象与所述光栅中的至少一个之间的相对移动的移动布置。例如，所述移动布置被提供作为步进布置，所述步进布置用于在各自的光栅平面中使所述干涉仪单元的光栅中的至少一个步进。
备选地，提供对象支撑物，并且提供在所述对象支撑物与所述微分相位对比设置之间的相对移动，其中，所述光栅在针对至少一次图像采集的扫描期间以彼此恒定的对齐被提供。根据第一范例，所述对象支撑物被提供为固定的，并且所述微分相位对比设置在横向于X射线方向的方向上被移动。根据第二范例，所述微分相位对比设置被提供为固定的，并且所述对象支撑物在横向于所述X射线方向的方向被移动。例如，在所述移动布置为步进布置的情况下，提供了在各自的光栅平面中用于使所述源光栅或所述干涉仪单元步进的步进布置。如果所述干涉仪单元的光栅中的一个被步进，则这能够提供以少于+/-0.1微米的准确度。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于处理用于微分相位对比成像的X射线成像系统中的错位的方法，所述方法包括以下步骤：
a)在第一步骤中，利用用于微分相位对比成像的X射线成像系统来采集至少第一微分相位对比成像X射线扫描，所述微分相位对比成像的X射线成像系统包括微分相位对比设置，所述微分相位对比设置具有X射线源、X射线探测器以及包括源光栅、相位光栅和分析器光栅的光栅布置。使所述源光栅相对于所述干涉仪单元错位，使得在所述探测器的平面中能检测到莫尔条纹。
b)在第二步骤中，在X射线辐射后由所述探测器提供的信号中检测莫尔图样。
c)在第三步骤中，计算平移信号，所述平移信号用于平移所述源光栅以实现预定的莫尔图样。
d)在第四步骤中，基于平移信号至少在X射线投影方向上调整所述源光栅的定位。
e)在第五步骤中，采集至少一个另外的微分相位对比成像X射线扫描。
当叠加在平行配置中或在倾斜配置中具有几乎相同的栅距的两个栅格时，出现“莫尔条纹”，也被称为“莫尔图样”。例如，所述相位对比成像设置中的一个栅格是由作为X射线射束的干涉图样的相位光栅G1引起的，其他栅格是分析器栅格G2。
根据示范性实施例，在步骤a)中，针对不同投影角度来采集多个第一微分相位对比成像X射线扫描，并且所述扫描被提供作为参考图样，所述参考图样用于针对每个投影角度单独地调整所述源光栅的位置。
根据本发明的方面，调谐和调整流程的数量被降低到最小，并且对于机械调整所必需和在机械稳定性所要求的精确度从亚微米区域优选地被转变到亚毫米区域或甚至更高。这例如通过提供对源光栅G0的移动来实现。因此，具有光栅G1和G2的平面的紧凑刚性干涉仪单元能够被提供为相对于彼此平行地被安装。例如，对于在低到中能量X射线干涉法遇到的典型栅距值，相对于G2结构的G1的栅格线的平行度必须为大约0.1毫拉德或更好。发生错位可能是垂直于栅格结构的莫尔条纹分量的出现的原因。平行于栅格结构的方向的莫尔条纹的数量取决于G1与G2之间的距离以及G0与G1之间的距离。更精确地，莫尔条纹的数量取决于距离D到距离L的商。因此，通过对L的调整能够对补偿距离D中的错位，或预设的失谐D。此处，在亚毫米区域中的精确度是足够的。剩余的总对齐是对栅格G0，即源光栅与干涉仪之间的距离的调谐，并且所述干涉仪由相位光栅和分析器光栅表示。例如，这可以借助于线性平移平台来完成，所述线性平移平台被安装到刚性机架上，所述刚性机架支撑X射线管、干涉仪和探测单元。距离L必须例如以这样的方式通过平移平台被调谐：在探测器的宽度D上出现至少一个完整的莫尔条纹。可以进一步增加莫尔条纹的数量。然而，例如，低于4的每条纹的探测器线的数量到达上限。
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将参考下文描述的实施例得到阐述。
附图说明
在下文中将参考以下附图来描述本发明的示范性实施例：
图1示出了第一范例中的示意性设置中的X射线成像系统的范例；
图2示出了图2A中的第一另外的设置和图2B中的第二另外的设置；
图3示出了与图3A中的移动布置的第一范例、图3B中的移动布置的第二范例和图3C中的移动布置的第三范例相关的X射线成像系统的另外的范例。
图4示出了用于处理用于微分相位对比成像的X射线成像系统中的错位的方法的范例的基本步骤；以及
图5示出了用于微分相位对比成像的X射线成像系统的范例的另一设置。
具体实施方式
图1示出了用于微分相位对比成像的X射线成像系统10，X射线成像系统10包括具有X射线源14和X射线探测器16的微分相位对比设置12。另外，提供了光栅布置18，光栅布置18包括源光栅20、相位光栅22和分析器光栅24。源光栅被布置在X射线源与相位光栅之间，并且分析器光栅被布置在相位光栅与探测器之间。另外，提供了用于在检查中的对象与光栅中的至少一个之间的相对移动的移动布置(未进一步示出)。虚线椭圆形结构26指示对象，并且扇形形成的X射线射束28以及X射线投影方向30一起被指示。另外，提供了处理单元32和用于平移源光栅的平移布置34。相位光栅、分析器光栅和探测器被提供作为刚性干涉仪单元36，在所述刚性干涉仪单元中，相位光栅和分析器光栅平行于彼此被安装。
使源光栅相对于干涉仪单元36错位，使得在探测器16的平面中能检测到莫尔条纹。处理单元32被配置为在X射线辐射后由探测器16提供的信号中检测这样的莫尔图样。处理单元32还被配置为计算平移信号以用于平移源光栅20以实现预定的莫尔图样，所述平移信号利用箭头38指示。双箭头40指示在X射线投影方向30上的平移。平移布置34被配置为基于平移信号的值至少在X射线投影方向30上调整源光栅20的定位。
例如，未进一步示出，平移布置34被配置为使源光栅20倾斜。
如图2中所指示的，平移布置34可以包括至少一个致动器42，所述至少一个致动器用于使X射线源单元和/或X射线探测单元对齐，例如源光栅20能够通过作为致动器42的许多压电致动器或电机驱动的微米螺丝而被移动。当然，如图2B中所示出的，也能够提供致动器42，致动器42用于使干涉仪单元相对于源光栅20和X射线源14移动，如利用第二双箭头44所指示的。
如图3A、3B和3C中所示出的，提供了用于在检查中的对象与光栅中的至少一个之间的相对移动的移动布置46。如图3A中所示出的，移动布置被提供作为步进布置48，步进布置48用于例如在各自的光栅平面中使干涉仪单元36的相位光栅步进，如利用第三双箭头50所指示的。根据图3A中所示出的范例，源光栅20也能够在X射线投影方向30上被移动，即被对齐，并且利用上述双箭头40指示。
如图3B中所示出的，移动布置46也能够被提供具有对象支撑物52，以及在对象支撑物与微分相位对比设置12之间的相对移动，其中，所述光栅在针对至少一次图像采集的扫描期间以彼此恒定的对齐被提供。图3B中的对象支撑物被提供为固定的；微分相位对比设置例如通过利用枢转指示箭头54指示的绕X射线源14的位置的枢转移动在横向于X射线方向的方向上被移动。例如，这样的移动布置46能够被提供用于乳腺摄影。必须指出，未进一步示出乳腺摄影调查装置的另外的关键元件，例如乳房压迫桨。
根据图3C，移动布置46被提供具有固定微分相位对比设置，而诸如输送带的移动对象支撑物52'，用于在横向于X射线方向的方向上的移动，如利用输送带方向箭头56指示的，例如用于行李检查。
图4示出了用于处理用于微分相位对比成像的X射线成像系统中的错位的方法100的范例。在第一步骤110中，利用用于微分相位对比成像的X射线成像系统来采集至少第一微分相位对比成像X射线扫描，所述用于微分相位对比成像的X射线成像系统包括微分相位对比设置，所述微分相位对比设置具有X射线源、X射线探测器以及包括源光栅、相位光栅和分析器光栅的光栅布置。使源光栅相对于干涉仪单元错位，使得在探测器的平面中能检测到莫尔条纹。在第二步骤112中，在X射线辐射后由探测器提供的信号中检测莫尔图样。在第三步骤114中，计算平移信号，所述平移信号用于平移源光栅以实现预定的莫尔图样。在第四步骤116中，基于平移信号至少在X射线投影方向上调整源光栅的定位。在第五步骤118中，采集至少一个另外的微分相位对比成像X射线扫描。第一步骤110也被称为步骤a)，第二步骤112也被称为步骤b)，第三步骤114也被称为步骤c)，第四步骤116也被称为步骤d)，并且第五步骤118也被称为步骤e)。
根据另一范例，未示出，在步骤a)中，针对不同投影角度来采集多个第一微分相位对比成像X射线扫描，并且所述扫描被提供作为参考图样，所述参考图样用于针对每个投影角度单独地调整X射线源光栅的位置。
图5示出了微分相位对比设置12的另一范例，其中，第一起始点表示X射线源14，接着是源光栅20。提供了用于例如在移动方向62上接收对象60的空间58。利用直线示出在第一位置的对象60，并且利用虚线图样64示出被移动后在第二位置的对象。更进一步地，相位光栅22和分析器光栅24被提供作为刚性单元，利用虚线框66指示。更进一步地，探测器结构指示探测器16。其中，探测器的特征在于通过利用箭头68指示的探测器宽度。另外，相位光栅22和分析器光栅24被提供具有距离70，并且相位光栅22相对于源光栅20被提供具有距离72。探测器宽度68也被称为宽度D，在相位光栅22与分析器光栅24之间的距离70也被称为宽度d，并且在源光栅与干涉仪单元之间的距离被称为距离L。双箭头74指示以+/-delta L的delta 76对源光栅20的对齐移动。由于对光栅布置和扫描方向的提供，能够测得探测器通量78，利用曲线图指示。第一箭头80涉及图中的最大点，并且虚线箭头82涉及图78中的最小点。
在不采用相位对比的理想系统中，每个探测器线将测得相同的正弦图，而无测量噪声。在上述的系统中，由于在源与干涉仪单元之间在z上的有意的错位，不同的探测器线采集不同的强度。该错位引起由不同探测器线测得的强度从一个线振荡到下一个，其中，空间周期λ与该误匹配成反比，这种现象称为莫尔条纹。为了确保均匀相位采集，探测器元件的数量N，在两个探测器之间的距离D以及莫尔周期λ必须服从以下关系：
ND＝nλ，
其中，n是每整个探测器阵列的条纹周期的数量。针对相位的采样点的数量因此由λ/D＝N/n给出，并且至少应当为至少4个，因此，对于N＝20的探测器线，n应当最多为5，通常为2。
在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或一种计算机程序单元，其特征在于适于在适当的系统上执行根据前面的实施例之一所述的方法的方法步骤。
因此，所述计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行以上描述的方法的步骤或诱发以上描述的方法的步骤的执行。此外，所述计算单元可以适于操作以上描述的装置的部件。所述计算单元能够适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被下载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器因此可以被配备为执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例涵盖从一开始就使用本发明的计算机程序或借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。
更进一步地，所述计算机程序单元能够提供实现如以上所描述的方法的示范性实施例的流程的所有必需步骤。
根据本发明的另一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有存储在所述计算机可读介质上的计算机程序单元，其中，所述计算机程序元件由前面部分描述。
计算机程序可以存储和/或分布在与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的诸如光学存储介质或固态介质的适当的介质上，但是计算机程序也可以以其他的形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。
然而，所述计算机程序也可以存在于诸如万维网的网络上并能够从这样的网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于使计算机程序单元能够被下载的介质，其中，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的之前描述的实施例之一所述的方法。
必须指出，本发明的实施例参考不同主题加以描述。具体而言，一些实施例参考方法类型的权利要求加以描述，而其他实施例参考设备类型的权利要求加以描述。然而，本领域技术人员将从以上和以下的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的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被本申请所公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单相加的协同效应。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域的技术人员在实践所主张的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且，量词“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求书中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。
Claims (10)
1.一种用于微分相位对比成像的X射线成像系统(10)，包括
-微分相位对比设置(12)，其具有：
-X射线源(14)和X射线探测器(16)；
-光栅布置(18)，其包括源光栅(20)、相位光栅(22)和分析器光栅(24)，其中，所述源光栅被布置在所述X射线源与所述相位光栅之间，并且所述分析器光栅被布置在所述相位光栅与所述探测器之间；以及
-移动布置，其用于在检查中的对象与所述光栅中的至少一个之间的相对移动；
-处理单元(32)；以及
-平移布置(34)，其用于平移所述源光栅；
其中，所述相位光栅、所述分析器光栅和所述探测器被提供作为刚性干涉仪单元(36)，在所述刚性干涉仪单元中，所述相位光栅和所述分析器光栅平行于彼此被安装；
其中，使所述源光栅相对于所述干涉仪单元错位，使得在所述探测器的平面中能检测到莫尔条纹；
其中，所述处理单元被配置为在X射线辐射后由所述探测器提供的信号中检测莫尔图样；以及
其中，所述处理单元还被配置为计算平移信号(38)，所述平移信号用于平移所述源光栅以实现预定的莫尔图样；并且
其中，所述平移布置被配置为基于所述平移信号的值，至少在所述X射线投影方向(30)上调整所述源光栅的定位。
2.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其中，所述平移布置被配置为使所述源光栅倾斜。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的X射线成像系统，其中，所述平移布置包括至少一个致动器(42)，所述至少一个致动器用于使所述X射线源单元和/或所述X射线探测单元对齐。
4.根据前一项权利要求所述的X射线成像系统，其中，所述至少一个致动器被提供作为
i)压电致动器，和/或
ii)电机驱动的微米螺丝；
所述压电致动器和所述电机驱动的微米螺丝两者提供在约1微米直到约10毫米的范围内的移动。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的X射线成像系统，其中，使所述源光栅错位，使得在探测器阵列的宽度上的所述莫尔条纹覆盖相位变化的至少2pi。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的X射线成像系统，
其中，提供移动布置(46)，所述移动布置用于在检查中的对象与所述光栅中的至少一个之间的相对移动；并且
其中：
i)所述移动布置被提供作为步进布置(48)，所述步进布置用于在各自的光栅平面中使所述干涉仪单元的光栅中的至少一个步进；或者
ii)提供对象支撑物(52)，和在所述对象支撑物与所述微分相位对比设置之间的相对移动；其中，所述光栅在至少一次图像采集的扫描期间以彼此恒定的对齐被提供；并且其中
ii1)所述对象支撑物被提供为固定的；并且所述微分相位对比设置在横向于X射线方向的方向(54)上被移动；或者
ii2)所述微分相位对比设置被提供为固定的；并且所述对象支撑物在横向于所述X射线方向的方向(56)上被移动。
7.一种用于处理用于微分相位对比成像的X射线成像系统中的错位的方法(100)，包括以下步骤：
a)利用用于微分相位对比成像的X射线成像系统来采集(110)至少第一微分相位对比成像X射线扫描，所述用于微分相位对比成像的X射线成像系统包括微分相位对比设置，所述微分相位对比设置具有X射线源、X射线探测器以及包括源光栅、相位光栅和分析器光栅的光栅布置；其中，使所述源光栅相对于所述干涉仪单元错位，使得在所述探测器的平面中能检测到莫尔条纹；
b)在X射线辐射后由所述探测器提供的信号中检测(112)莫尔图样；
c)计算(114)平移信号，所述平移信号用于平移所述源光栅以实现预定的莫尔图样；并且
d)基于所述平移信号至少在X射线投影方向上调整(116)所述源光栅的定位；
e)采集(118)至少一个另外的微分相位对比成像X射线扫描。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤a)中，针对不同投影角度来采集多个第一微分相位对比成像X射线扫描；并且
其中，所述扫描被提供作为参考图样，所述参考图样用于针对每个投影角度单独地调整所述源光栅的位置。
9.一种计算机程序单元，其用于控制根据权利要求1至6中的任一项所述的装置，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7或8中的任一项所述的方法。
10.一种计算机可读介质，其存储有根据权利要求9所述的程序单元。
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