CN106535767B - X射线成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及X射线成像。为了改进例如有关于相衬成像的灵活性，一种X射线成像设备(10)包括：X射线源布置，其用于提供X射线束(11)；至少一个光栅(13、14)；以及线探测器(15)，其具有多条传感器线，所述多条传感器线中的每条由多个传感器元件提供，并且所述多条传感器线被提供用于探测在操作期间经过所述至少一个光栅的所述X射线束(11)的各自的部分。所述X射线成像设备被布置用于将所述线探测器(15)和要被成像的目标(21)相对于彼此移动，使得响应于所述X射线的所述部分，在所述线探测器和所述目标的各自的不同相对位置处能探测到多个干涉图案，以用于重建所述目标(21)的图像。所述至少一个光栅(13、14)包括被布置为在与所述线探测器(15)的方向垂直的方向上彼此邻近的至少一个第一节段(161)和至少一个第二节段(162)。所述X射线成像设备被布置用于将所述线探测器(15)和所述至少一个光栅相对于彼此至少在第一相对位置与第二相对位置之间移动，使得在所述第一相对位置中，所述X射线束(11)的部分在操作期间经过所述至少一个第一节段(161)，同时所述至少一个第二节段(162)被布置在所述X射线束(11)的所述部分的外部；并且使得在所述第二相对位置中，所述X射线束(11)的所述部分在操作期间经过所述至少一个第二节段(162)，同时所述至少一个第一节段(161)被布置在所述X射线束(11)的所述部分的外部。

Description

X射线成像设备
技术领域
本发明涉及X射线成像设备、X射线成像系统、X射线成像方法、用于控制这种设备的计算机程序单元、以及存储这种计算机程序单元的计算机可读介质。
背景技术
当采集X射线图像时，要被检查的目标(例如，患者)被布置在X射线生成设备与X射线探测器之间。从X射线生成设备放射出的X射线辐射穿透要被检查的目标，随后到达X射线探测器。取决于目标内的特定组织结构，位于X射线辐射的路径中的要被检查的目标在空间上衰减X射线束。X射线探测器随后通过确定X射线辐射的强度分布来探测空间衰减的X射线辐射，所述空间衰减的X射线辐射的图像信息被用于生成、进一步处理以及随后显示要被检查的目标的X射线图像。
然而，要被检查的目标在衰减X射线辐射时可能仅提供微小的差异，导致具有低对比度的相对均匀衰减的X射线图像，由此缺少目标的所成像的内部结构的细节。
尽管在目标内的某些目标或区域可能包括类似的衰减属性，但是穿透目标的X射线辐射的相位可能受到目标结构的较大程度的影响。
在相衬成像中，采用例如由邻近X射线源(例如，X射线管)的附近而布置的源光栅生成的至少部分相干的X射线辐射。穿透目标的相干X射线可以允许随后取回相位信息。
然而，可能并不直接测量波的相位，而是要求通过例如干涉两个或更多个波来将相移转换为强度调制。为了生成根据干涉图案，采用被布置在要被检查的目标与X射线探测器之间的所谓的相位光栅。然而，仅通过采用相位光栅生成的干涉图案可能太小，以至于因缺少X射线探测器的空间分辨率而不能利用当前的X射线探测器探测到所述干涉图案。
因此，可以采用被布置在相位光栅与X射线探测器之间的另外的分析器光栅，所述另外的分析器光栅随后提供足够大以能够由当前的X射线探测器探测到的干涉图案。
为了获得适当的图像信息，执行所谓的相位阶跃。在相位阶跃中，源光栅、相位光栅和分析器光栅中的一个相对于其他光栅和X射线探测器元件在侧面位移其光栅间距的一部分，例如，相位光栅的四分之一、六分之一、八分之一。如果使用特定光栅来执行相位阶跃，则相位阶跃将覆盖该特定光栅的整个周期。
对相位阶跃的备选方案是所谓的狭缝扫描方法。通过扫描臂或机架移动来扫描目标(例如，女性的乳房)。借助于多个平行探测器行的布置的数据采集的冗余能够被用于消除相位对于阶跃的需要，并且不需要相对于彼此移动光栅。因此，能够以普通扫描运动来实施相位采集。
采用这种相位光栅，除了生成由退相干X射线导出的图像数据外，还实现小角度散射，后一类型的成像也被称作“暗场成像”。
WO 2012/029005 A1公开了一种用于相衬成像的装置，所述装置包括X射线源、第一光栅元件、第二光栅元件以及包括多个探测器像素元件的X射线探测器元件。要被成像的目标能被布置在X射线源与X射线探测器元件之间。第一光栅元件以及第二光栅元件能被布置在X射线源与X射线探测器元件之间。X射线源、第一光栅元件、第二光栅元件以及X射线探测器被操作性地耦合，以由于采集目标的相衬图像。
申请人的WO 2013/111050 A1公开了一种相衬X射线成像装置，所述相衬X射线成像装置包括被提供具有互不相同的方向的光栅元件。
申请人的US 2013/202081 A1公开了一种X射线图像采集设备，所述X射线图像采集设备包括能相对于所述设备的探测器移动的衍射光栅。
然而，这种成像设备仍然能够被改进，尤其是在针对不同的患者和操作状况的灵活性和适应性方面。
发明内容
因此，需要提供一种在其灵活性方面进行改进的X射线成像设备。
通过独立权利要求的主题来解决本发明的问题，其中，在从属权利要求中并入另外的实施例。应当注意，在下文中描述的本发明的各方面也可以应用于X射线成像设备、X射线成像系统、X射线成像方法、计算机程序单元以及计算机可读介质。
根据本发明，提出了一种X射线成像设备。所述X射线成像设备包括：X射线源布置，其用于提供X射线束；至少一个光栅；以及线探测器，其具有多条传感器线，所述多条传感器线中的每条由多个传感器元件提供，并且所述多条传感器线被提供用于探测在操作期间经过所述至少一个光栅的所述X射线束的各自的部分。所述线探测器可以包括形成若干传感器线的若干一维传感器。
所述X射线成像设备被布置用于将所述线探测器和要被成像的目标相对于彼此移动，使得响应于所述X射线的所述部分，在所述线探测器和所述目标的各自的不同相对位置处能探测到多个干涉图案，以用于重建所述目标的图像。这意味着，所述X射线成像设备、所述线探测器和/或所述目标能够被移动。
所述至少一个光栅包括被布置为在与所述线探测器和所述X射线束的方向垂直的方向上彼此邻近的至少一个第一节段和至少一个第二节段。当从X射线束的方向看时，至少一个光栅可以被放置在每条传感器线的前方。如果所述X射线成像设备是X射线微分相衬成像设备，则所述至少一个光栅可以是相位光栅和/或吸收器光栅。
所述X射线成像设备被布置用于将所述线探测器和所述至少一个光栅相对于彼此至少在第一相对位置与第二相对位置之间移动，使得在所述第一相对位置中，所述X射线束的部分在操作期间经过所述至少一个第一节段，同时所述至少一个第二节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部；并且使得在所述第二相对位置中，所述X射线束的所述部分在操作期间经过所述至少一个第二节段，同时所述至少一个第一节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部。
更具体地，在所述第一相对位置中，所述至少一个第一节段沿着所述X射线束投影到所述传感器线上，使得所述X射线束的在操作期间经过所述至少一个第一节段的所述部分随后达到一维传感器线以用于探测，同时所述至少一个第二节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部，使得所述至少一个第二节段沿着所述X射线束投影到邻近的传感器线之间的区上。在所述第二相对位置中，所述至少一个第二节段沿着所述X射线束投影到所述传感器线上，使得所述X射线束的在操作期间经过所述至少一个第二节段的所述部分随后达到所述一维传感器线以用于探测，同时所述至少一个第一节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部，使得所述至少一个第一节段沿着所述X射线束投影到邻近的传感器线之间的区上。根据本发明的X射线成像设备有效地利用邻近的传感器线之间的(在与所述线探测器的方向垂直的方向上的)距离来将所述至少一个第二节段“隐藏”在所述第一相对位置中并将所述至少一个第一节段“隐藏”在所述第二相对位置中。通常，邻近的传感器线之间的距离是传感器线的多个高度。可以通过相对于所述线探测器移动(例如在与所述线探测器的方向垂直的方向上平移)所述至少一个光栅来实现从所述第一相对位置到所述第二相对位置的移动。根据本发明的X射线成像设备因此使得能够至少激活所述第一节段，同时至少停用所述第二节段，并且反之亦然，从而增加了临床灵活性。
所述X射线成像设备可以经由移动(例如，在与线探测器的方向垂直的方向上平移)实现至少一个光栅相对于线探测器从第一相对位置到第二相对位置的移动。
所述至少一个光栅的每个节段(即，所述第一节段和所述第二节段中的每个)可以包括各自的传输特性的光栅结构。例如，光栅结构包括被布置为各自的传输特性的一种线性条带的线，也称作光栅结构的传输功能。所述第一节段和所述第二节段在各自的光栅结构方面不同，使得所述第一节段和所述第二节段在各自的传输特性方面不同。利用术语“不同的传输特性”或“不同的传输功能”来意指在相移方面不同的吸收属性和/或不同的属性。光栅结构可以形成被周期性布置的多个条和缝隙。条可以被布置为改变X射线辐射的相位和/或幅度。缝隙可以将X射线辐射的相位和/或幅度改变为另一个，尤其是改变为小于条的程度。缝隙可以是对X射线透明的。术语“对X射线透明的”意指X射线辐射经过并不改变其相位，即，不是相移的，并且在可测量和合理的量方面不改变其幅度。
在范例中，所述X射线成像设备包括位移单元，所述位移单元被配置用于相对于所述线探测器移动所述至少一个光栅。
在范例中，X射线成像包括预准直器，所述预准直器用于将X射线束划分成各个部分，并且更具体地生成切片的X射线束。在本文中，预准直器被布置用于将X射线束切片，使得X射线束的切片在操作期间将照射或投影到各自的传感器线上。
在范例中，所述至少一个光栅包括框架，并且所述框架至少包括所述第一节段和所述第二节段。
框架所支持的第一节段和第二节段的相对位置优选在亚微米准确度内是准确且稳定的。因此，可以以机械地非常坚硬的方式(例如使用钢或不胀钢)来实现框架。
结果，提供了X射线成像设备，其在灵活性方面得到改进，这是因为其使得能够在光栅的不同节段之间进行容易且快速的切换。由此，X射线成像设备能够通过简单地切换到节段而针对不同的操作状况、患者和例如乳房体积容易且快速地进行调整，其尤其适合于当前情形。
应当注意，提供了至少一个光栅。例如，提供了两个或三个光栅。尽管如此，在后文中，以及还在权利要求中，“至少一个光栅”还称作“光栅”，即，不具有术语“至少一个”以便提供更好的可读性。然而，在适用的情况下，“光栅”也涉及至少一个光栅。
在本发明中采用的线探测器具有足够小的间距，因此分辨率对于探测是足够大的，即，足以解析由相位光栅生成的干涉图案。为此，这种线探测器可以是高分辨率的X射线探测器，已知其本身具有50微米或更高的分辨率，或者是等价于在US 2014/0177795 A1(通过引用将其并入本文)中描述的类型的X射线探测器。备选地，当结合分析器光栅(即，被布置在相位光栅与所述线探测器之间的光学路径中的吸收光栅)使用时，线探测器可以具有高的分辨率。
还应当注意，至少一个光栅被提供具有至少一个第一节段和至少一个第二节段。例如，提供了两个、三个、四个、五个或更多个第一节段和/或第二节段。尽管如此，在后文中，以及还在权利要求中，“至少一个第一(或第二)节段”还被称作“第一(或第二)节段”，即，没有术语“至少一个”以便提供更好的可读性。然而，在适用的情况下，“第一(或第二)节段”也涉及至少一个第一(或第二)节段。
在范例中，X射线成像设备是X射线微分相衬成像设备。微分相衬成像可以采用安装在X射线源与X射线探测器之间的一组光栅，以便取回相位信息。X射线源布置可以是具有或不具有源光栅的X射线源。光栅可以是相位光栅或吸收器光栅。当从X射线束方向看时，光栅可以被放置在线探测器的每条传感器线的前方。第一节段和第二节段可以在光栅线方面彼此不同。用于辨别光栅线的选项是例如不同的间距和/或不同的取向，如下文所示。
应当注意，术语“吸收器光栅”和“相位光栅”涉及光栅在其对经过X射线辐射的效应方面的功能。然而，在特定意义下该术语也可以涉及用于相衬成像的干涉仪内的定位或位置。例如，作为相位光栅的光栅可以被提供为第一光栅，还已知为具有间距p1的G1，其中具有间距p0的G0指的是源光栅，并且任选地(取决于线探测器的实时方式)，另一光栅可以被提供为在线探测器前方的分析器光栅，或具有间距p2的G2。引入s作为G0与G2之间的距离，引入l作为G0与G1之间的距离，并且引入d作为G1与G2之间的距离(如果有的话)，能够基于所述量来定义各种几何结构。作为第一选项，干涉仪可以被实施在所谓的“常规几何结构”中，其中，l>d且p0>p1>p2。在常规几何结构中，要被成像的目标通常被布置在G0与G1之间。作为第二选项，干涉仪可以被实施在所谓的“反向几何结构”中，其中，l<d且p0<p1<p2。在反向几何结构中，要被成像的目标通常被布置在G1与X射线探测单元之间(即，当G2存在的情况下，在G1与G2之间)。作为第三选项，干涉仪可以被实施在所谓的“对称几何结构”中，其中，d＝l且p0＝p1＝p2(假定π移位光栅G1)。对于更多信息(通过引用将其并入本文)，参见Tilman Donath等人的“Inverse geometry for grating based x-ray phase contrastimaging”(JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 106，054703，2009年)。
在范例中，光栅是源光栅。源光栅可以在光栅的功能方面被提供为吸收器光栅。源光栅也可以在光栅的功能方面被提供为相位光栅。
光栅干涉仪的设计能量是设备(至少在理论上)最佳执行的能量。例如考虑具有相位光栅π和设计能量Ed的Talbot干涉仪，相位光栅的沟槽的高度需要进行选择，使得实现相位光栅π的期望的相位改变。对于相位光栅与吸收器光栅之间的给定的且恒定的距离d，相位光栅的间距必须满足关系p2＝8n dλd，其中，n是奇数整数，并且λd是在设计能量处光子的波长。然后，源光栅的间距需要被调节到相位光栅的间距。结果，不容易改变Talbot-Lau干涉仪的能量。对于良好的实践性能，X射线管的电压需要被调谐，使得传输通过目标的谱的峰值靠近设计能量。因此，在范例中，所述第一节段的所述光栅结构具有第一光栅间距，并且所述第二节段的所述光栅结构具有不同于所述第一光栅间距的第二光栅间距。“间距”可以被理解为两个邻近的光栅线之间的距离。第一节段可以具有相对大的光栅间距，因此适合于相对低的设计能量。第二节段可以具有相对小的光栅间距，因此适合于相对高的涉及能量。
结果，设计能量能够被容易地改变。另外，提供了用于微分相衬成像的干涉仪设计，其允许为每次扫描挑选用于当前患者的适当设计能量。对于给定的患者，例如，在扫描之前已知乳房厚度，能够在扫描之前将具有适当设计能量的合适光栅移动到每个线探测器前方。
由于光栅可以包括光栅结构，例如，光栅线，其也被称作线结构，因此干涉仪可以具有各向异性的敏感度。这意味着，例如，如果光栅线平行于探测器线，则仅能探测到平行于线的目标结构。而几乎不能探测到垂直于线定向的目标结构。因此，期望在相互垂直的方向上的相位梯度的方向，其能够如下文所示来实现。在范例中，所述第一节段的所述光栅结构(例如，光栅线)具有第一取向，并且所述第二节段的所述光栅结构(例如，也是光栅线)具有不同于所述第一取向的第二取向。换言之，要被安装在探测器上的光栅包括具有在某个方向“x”上的光栅结构的第一节段，以及具有在某个方向“y”上的光栅结构的第二节段，其相对于x进行枢转。在范例中，第一取向和第二取向实质上彼此垂直。
结果，实现了对在相互垂直方向上的相位梯度的非常准确的探测。另外，提供了用于微分相衬成像的干涉仪设计，其促进利用两次随后的扫描对两个梯度方向的采集。在这些结构就位时，可以简单地通过以下来采集例如两个梯度：(i)在采用第一相对位置的一个方向上扫描；(ii)在所述一个方向上扫描之后，将线探测器和光栅从第一相位位置移动到第二相对位置；并且(iii)在采用第二相对位置的相反方向上进行随后的扫描。X射线成像设备优选被配置用于在这两次扫描之间围绕光轴将源光栅旋转90°，假定源光栅被提供具有单个节段而不是与至少一个光栅的第一节段和第二节段分别兼容的第一节段和第二节段。
在范例中，第一节段的光栅结构和第二节段的光栅结构以及可能的还有第三节段或更多节段的光栅结构与其它节段的各自的其它光栅结构在间距和/或几何结构和/或取向方面不同。
在范例中，具有第一节段和第二节段的光栅可以包括在第一节段和第二节段中的类似的或不同的光栅结构。例如，可以具有光栅的第一节段中的相位光栅结构(例如，相位光栅线)和光栅的第二节段中的吸收器光栅结构(例如，吸收器光栅线)的组合，例如作为相同光栅的相同框架。
当然，还可以存在具有更离散设计能量和/或更离散取向的甚至更多的节段。在范例中，所述光栅包括至少一个第三节段，所述至少一个第三节段被布置为在与所述线探测器的方向垂直的方向上邻近所述第二节段；其中，所述至少一个第三节段在各自的光栅结构方面和各自的传输特性方面不同于所述第一节段和是第二节段。所述X射线成像设备被布置用于将所述线探测器和所述至少一个光栅相对于彼此也移动到第三相对位置，使得在所述第三相对位置中，所述X射线束的所述部分在操作期间经过所述至少一个第三节段，同时所述第一节段和所述第二节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部；并且使得在所述第一相对位置和所述第二相对位置中，所述至少一个第三节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部。
在范例中，三个节段在其光栅间距方面不同。在另一范例中，一个节段A被提供用于采集常规数据，一个节段B被提供用于采集在方向“x”上的梯度，并且一个节段C被提供用于采集在方向“y”上的梯度，其中，y相对于x进行枢转。该结构促进了三个不同的操作模式：如果节段A被安装为使得其投影到传感器线上，则执行常规扫描；如果节段B被安装为使得其投影到传感器线上，则测量在x方向上的梯度；以及如果节段C被安装为使得其投影到传感器线上，则测量在y方向上的梯度，其中，x不同于y。
能够通过至少采用在垂直于彼此的第一节段与第二节段之间具有例如45°的光栅取向的另外的节段来进一步减少相位敏感性的各向异性。
在范例中，所述第一节段的所述光栅结构具有第一几何结构，并且所述第二节段的所述光栅结构具有不同于所述第一几何结构的第二几何结构。
在范例中，光栅被提供具有用于第一阶段和第二节段或者还有第三节段的不同的光栅几何结构。例如，光栅几何结构被提供为线性结构，或三角形结构，或矩形结构，或抛物线结构等。归因于光栅相对于X射线束的可移动性，可能在各种光栅几何结构中进行切换。
在范例中，光栅是被布置为邻近X射线源的源光栅，并且生成至少部分相干的X射线辐射。然后，源光栅可以包括框架，第一节段和第二节段，所述第一节段和所述第二节段被布置为在与线探测器的方向垂直的方向上彼此邻近。所述框架能够在第一相对位置与第二相对位置之间移动，使得在第一位置中，X射线束经过第一节段，同时第二节段被布置在X射线束的外部，并且在第二位置中，X射线束经过第二节段，同时第一节段被布置在X射线束的外部。源光栅的第一节段和第二节段不需要与至少一个光栅的第一节段和第二节段相同，但是，它们应当与至少一个光栅的第一节段和第二节段分别兼容，以例如构成功能干涉单元。
在范例中，X射线成像设备是X射线微分相衬成像设备；并且至少一个光栅被提供为相位光栅或吸收器光栅。
在范例中，提供了所述至少一个光栅中的两个。所述两个光栅中的一个是相位光栅，并且所述两个光栅中的另一个是相对于所述相位光栅被安装到所述X射线束下游的吸收器光栅。
在范例中，所述相位光栅的所述第一节段不同于所述吸收器光栅的所述第一节段；并且/或者所述相位光栅的所述第二节段不同于所述吸收器光栅的所述第二节段。
在另一范例中，相位光栅的第一节段与吸收器光栅的第一节段相同；并且/或者相位光栅的第二节段与吸收器光栅的第二节段相同。
在另一范例中，光栅是相位光栅，沿着X射线束的方向之后是吸收器光栅，由此相位光栅和吸收器光栅中的每个包括如上所解释的光栅结构。吸收器光栅可以针对相位光栅而被调整，这意味着选择对应于由在吸收器光栅的位置处的相位光栅生成的干涉图案的间距和/或取向的吸收器光栅的间距和/或取向。当这些结构就位时，可以相对于简单地通过利用第一节段在一个方向上进行扫描并在扫描之后立即利用第二节段在相反的扫描方向上进行扫描来采集例如两个梯度。在源光栅被提供具有单个节段而不是与至少一个光栅的第一节段和第二节段分别兼容的第一节段和第二节段以例如构成功能干涉单元的情况下，X射线成像设备优选被配置用于在这两次扫描之间围绕光轴将源光栅旋转90°。
在范例中，相位光栅可以被提供具有三角形形状，其引起与具有二元结构的光栅相比对于更短传播距离的更高的可视性。
在范例中，X射线成像设备不(仅)是评价微分相衬的X射线微分相衬成像设备，而且额外地或替代地也是由Talbot干涉仪供应的用于评价暗场的设备。在范例中，探测器线大约为110μm高。光栅可以是被安装到框架的光栅对。框架可以是刚性的钢框架。
在范例中，所述光栅和所述线探测器被安装到能相对于所述目标移动的可移动机架，使得响应于X射线束，能够探测来自机架的不同位置的多个干涉图案，以用于重建目标的微分相位图像。在另一范例中，X射线源、源光栅、相位光栅、吸收器光栅和线探测器是被固定到共同的机架上并且能相对于目标进行移动，使得响应于X射线束，能够探测来自机架的不同位置的多个干涉图案，以用于重建目标的微分相位图像。另外，所述X射线成像设备可以包括机架位移单元，所述机架位移单元被配置为相对于所述要被成像的目标移动所述机架。
在范例中，提供了机架位移单元，所述机架位移单元被配置用于相对于所述要被成像的目标移动所述可移动机架。
根据本发明，还提出了一种医学X射线成像系统。所述X射线成像系统包括：如上所述的X射线成像设备；处理单元；以及目标接收设备，其被配置为接收要被成像的目标。所述处理单元配置为控制所述X射线成像设备和所述目标接收设备有关于彼此的相对移动。额外地或替代地，所述处理单元被配置为控制所述X射线成像设备的所述至少一个光栅和所述线探测器有关于彼此的相对移动。
所述X射线成像系统可以用于利用可选择的设计能量来扫描相衬乳房摄影系统。所述X射线成像系统也可以用于采集两个方向上的梯度的扫描系统。
根据本发明，还提出了一种X射线成像方法。其包括以下步骤，但不是必须以该次序进行：
利用X射线源布置向要被成像的目标提供X射线束；
利用至少一个光栅生成干涉图案，所述至少一个光栅至少包括被布置为在与线探测器的方向垂直的方向上彼此邻近的第一节段和第二节段；
将具有多条传感器线的线探测器与所述要被成像的目标相对地移动，所述多条传感器线中的每条由多个传感器元件提供，并且所述多条传感器线被提供用于探测在操作期间经过所述光栅的所述X射线束的各自的部分，使得响应于所述X射线束的所述部分，在所述线探测器和所述目标的各自的不同相对位置处探测到多个干涉图案，以用于重建所述目标的图像；
将所述线探测器与所述光栅至少在第一相对位置与第二相对位置之间相对地移动，使得在所述第一相对位置中，所述X射线束的部分在操作期间经过至少一个第一节段，同时至少一个第二节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部；并且使得在所述第二相对位置中，所述X射线束的所述部分在操作期间经过所述至少一个第二节段，同时所述至少一个第一节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部；并且
探测所述X射线束的经过所述光栅的所述部分。
根据本发明，还提出了一种计算机程序单元，其中，所述计算机程序单元包括程序代码单元，所述程序代码单元用于当在控制根据独立装置权利要求所述的成像设备的计算机上运行计算机程序时令所述成像设备执行根据独立方法权利要求所述的成像方法的步骤。
应当理解，根据独立权利要求所述的X射线成像设备、X射线成像系统、X射线成像方法、用于控制这种设备的计算机程序单元，以及存储有这种计算机程序单元的计算机可读介质具有尤其是与从属权利要求所述的类似和/或相同的优选实施例。还应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求与各自的独立权利要求的任何组合。
根据本发明的X射线成像设备、X射线成像系统、X射线成像方法、用于控制这种设备的计算机程序单元，以及存储有这种计算机程序单元的计算机可读介质被配置用于相衬成像和/或暗场成像。本发明允许在诸如医院的临床环境中的有用应用。更具体地，本发明非常适合于成像模态中的应用，包括但不限于患者的医学检查。另外，本发明允许在工业环境中的有用应用。更具体地，本发明非常适合于在非破坏性测试(例如，关于分析生物样本以及非生物样本的成分、结构和/或质量的分析)以及安全扫描(例如，机场中对行李的扫描)中的应用。
参考后文描述的实施例，本发明的这些方面和其它方面将变得明显并且得到阐明。
附图说明
在下文中将参考附图描述本发明的示范性实施例：
图1示出了X射线成像系统的范例的示意图。
图2示意性且示范性地示出了探测器几何结构。
图3示意性且示范性地示出了光栅的实施例。
图4示意性且示范性地示出了光栅的另一实施例。
图5示出了X射线成像方法的范例的基本步骤。
具体实施方式
图1示意性且示范性地示出了根据本发明的X射线成像系统1的实施例。注意，水平轴和垂直轴是按不同比例绘制的。X射线成像系统1适合于相衬成像并且包括X射线成像设备10、处理单元(未示出)和目标接收设备20。目标接收设备20被配置为接收要被成像的目标21，所述要被成像的目标21在此被示为由加压板17压缩的乳房。X射线成像设备10包括提供X射线束11的X射线源(未示出)、源光栅12、相位光栅13、吸收器光栅14以及包括多条传感器线151的线探测器15，所述传感器线151中的每个由多个传感器元件提供，并且所述传感器线被提供用于探测在操作期间经过光栅12、13、14的X射线束11的各自的部分。
由被布置为邻近X射线源(这里是X射线管)的源光栅12生成至少部分在空间中相干的X射线辐射。然后穿透目标21的相干X射线可以允许随后取回相位信息。由于波的相位可能不是被直接测量的，而是要求通过干涉两个或更多个波来将相移转换为强度调制。为了生成对应的干涉图案，采用被布置在要被检查的目标21与X射线探测器15之间的相位光栅13。由于由相位光栅13生成的干涉图案可能太小而由于缺少X射线探测器15的空间分辨率不能利用X射线探测器15探测到，因此在相位光栅13与X射线探测器15之间布置吸收器光栅或分析器光栅14以用于随后提供干涉图案，所述干涉图案足够大而能够由X射线线探测器15探测到。
线探测器15包括由多个传感器元件提供的若干(更多或更少)一维传感器，所述传感器元件形成若干传感器线151。图2示意性且示范性地示出了探测器几何结构。图2中的每条传感器线151表示具有例如高达768个探测器像素的传感器。
X射线成像设备1被布置用于将线探测器15和要被成像的目标21相对于彼此移动，使得响应于X射线束的部分，在线探测器15和目标21的各自的不同相对位置处能探测到多个干涉图案，以用于重建目标21的图像。
鉴于探测器的传感器线的线性延伸(即，方向)，将平行于线探测器的线性延伸的方向称作线探测器的方向。在图2中，线探测器的方向与传感器线151平行，即，相对于绘图页是水平的。
图3和图4示意性且示范性地示出了光栅的实施例。在图3和图4中能够看出，源光栅12、相位光栅13或吸收器光栅14中的至少一个包括至少一个第一节段161和至少一个第二节段162，所述至少一个第一节段161和所述至少一个第二节段162被布置为在与线探测器15的方向和X射线束11的方向垂直的方向上彼此邻近。光栅的至少一个第一阶段161和第二节段162中的每个包括各自的传输特性的光栅结构，例如，以不同的传输特性的光栅线163(也被称作条带)的形式的光栅结构。第一节段161和第二节段162在各自的光栅结构方面互不相同，使得第一节段161和第二节段162在各自的传输特性方面不同，如将在以下的图3和图4中进一步示出的。
参考图1，X射线成像设备1被布置用于将线探测器15以及源光栅12、相位光栅13或吸收器光栅14中的至少一个在第一相对位置与第二相对位置之间移动，使得在第一相对位置中，X射线束的部分在操作期间经过第一节段161并随后照射各自的传感器线151，同时第二节段162被布置在X射线束的所述部分的外部；并且使得在第二相对位置中，X射线束的所述部分在操作期间经过第二节段162并随后照射所述各自的传感器线151，同时第一节段161被布置在X射线束的所述部分的外部。X射线成像设备1可以通过相对于线探测器14移动(例如，在与线探测器15的方向垂直的方向上平移)源光栅12、相位光栅13或吸收器光栅14中的至少一个来实现从第一相对位置到第二相对位置的移动。X射线成像设备可以采用本领域技术人员本身已知的致动器，以用于实现在第一相对位置与第二相对位置之间的这种移动。
参考图3和图4，在范例中，源光栅12、相位光栅13或吸收器光栅14中的至少一个包括多个第一节段161和相同多个第二节段162。更具体地，多个节段161、162等于线探测器15中包括的传感器线151的数量。在本文中，第一节段161和第二节段162被布置为以交替方式在与线探测器15的方向垂直的方向上彼此邻近。在该范例中，X射线成像设备1被布置用于将线探测器15以及源光栅12、相位光栅13或吸收器光栅14中的至少一个在第一相对位置与第二相对位置之间移动。在第一相对位置中，X射线束的部分在操作期间经过各自的第一节段161并随后照射线探测器15的各自的传感器线151以用于探测，同时第二节段162被布置在X射线束的所述部分的外部。更具体地，在第二相对位置中，第二节段162沿着X射线束投影到邻近的传感器线151之间的各自的空间上。在第二相对位置中，X射线束的部分在操作期间经过各自的第二节段162并随后照射线探测器15的所述各自的传感器线151以用于探测，同时第一节段161被布置在X射线束的所述部分的外部。更具体地，在第二相对位置中，第一节段161沿着X射线束投影到邻近的传感器线151之间的所述空间上。
在另外的范例中，相位光栅13和吸收器光栅14两者包括多个第一节段161和相同多个第二节段162。在本文中，多个节段161、162等于线探测器15中包括的传感器线151的数量。相位光栅13中包括的第一节段161不需要等同于吸收器光栅14中包括的第一节段，但是，它们与吸收器光栅14中包括的第一节段161相兼容，使得它们构成功能干涉单元。这对相位光栅13中包括的第二节段162和吸收器光栅14中包括的第二节段施加变化。在该范例中，X射线成像设备1被布置用于将线探测器15以及组合的相位光栅13与吸收器光栅14在第一相对位置与第二相对位置之间移动。在第一相对位置中，X射线束的部分在操作期间经过相位光栅13和吸收器光栅14两者的各自的第一节段161，并随后照射线探测器15的各自的传感器线151以用于探测，同时相位光栅13和吸收器光栅14的第二节段162被布置在X射线束的所述部分的外部。更具体地，在第二相对位置中，第二节段162沿着X射线束投影到邻近的传感器线151之间的各自的空间上。在第二相对位置中，X射线束的部分在操作期间经过相位光栅13和吸收器光栅14两者的各自的第二节段162，并随后照射线探测器15的所述各自的传感器线151以用于探测，同时相位光栅13和吸收器光栅14两者的第一节段161被布置在X射线束的所述部分的外部。更具体地，在第二相对位置中，第一节段161沿着X射线束投影到邻近的传感器线151之间的所述空间上。在范例中，被示为一选项，提供了包括第一节段和第二节段的框架16。
X射线成像系统1的处理单元被布置用于控制X射线成像设备10与目标接收设备20之间的相对移动。例如，X射线成像系统1被配置为在操作期间将目标接收设备20保持固定，并通过相对于目标接收设备20移动(例如，旋转)安装有线探测器15和至少一个光栅但是优选为源光栅12、相位光栅13或吸收器光栅14全部的可移动机架来实现所述相对移动。在范例中，X射线成像系统1的处理单元备选地或额外地被布置用于控制来自线探测器和至少一个光栅相对于彼此的从第一相对位置到第二相对位置以及从第二相对位置到第一相对位置的移动。
图3示意性且示范性地示出了光栅的实施例。光栅可以包括框架16，所述框架16包括被布置为在与线探测器15的方向垂直的方向上彼此邻近的第一节段161和第二节段162。光栅的第一节段161和第二节段162中的每个包括光栅线163，作为不同传输特性的条带或传输功能。第一节段161和第二节段162在光栅线163方面彼此不同。如图3所示，第一节段161的光栅结构(例如，光栅线163)具有第一光栅间距，而第二节段的光栅结构(例如，光栅线163)具有不同于第一光栅间距的第二光栅间距。第一节段161具有相对大的光栅间距，因此适合于相对低的设计能量。第二节段162具有相对小的光栅间距，因此适合于相对高的设计能量。
这里，该理念是使得刚性干涉仪盒在相位光栅13与吸收器光栅14之间具有固定距离d。如图3所描画的，第一节段161中的光栅间距p大于第二节段162中的光栅间距，使得固定距离d涉及较小的设计能量，所述设计能量由设计波长的关系λ＝p2/8d给出；或者，换言之，在固定距离d处，设计能量保持关系E设计∝1/p2。相位光栅的高度也可以是不同的，以便实现期望的相移。此外，光栅的形状可以是不同的，例如第一个可以是矩形光栅，而第二个可以是三角形光栅。
图4示意性且示范性地示出了光栅的实施例。光栅可以包括框架16(作为一选项)，所述框架16包括被布置为在与线探测器15的方向和X射线束11的方向垂直的方向上彼此邻近的第一节段161、第二节段162和至少一个第三节段164。光栅的三个节段中的每个包括不同传输特性的光栅线163。在范例中，X射线成像设备被布置用于将线探测器15和至少一个光栅相对于彼此还移动到第三相对位置，使得在第三相对位置中，X射线的部分在操作期间经过至少一个第三节段，同时第一节段161和第二节段162被布置在X射线束的所述部分的外部；并且使得在第一相对位置和第二相对位置中，至少一个第三节段被布置在X射线束的所述部分的外部。
在范例中，第一节段161被提供用于采集常规数据，第二节段162被提供用于采集在取向“x”中的梯度，并且第三节段164被提供用于采集在取向“y”中的梯度，其中，y实质上垂直于x。如果第一节段161被放置在线探测器传感器上方，则执行常规扫描；如果第二节段162被放置在线探测器传感器上方，则测量在x方向上的梯度；并且如果第三节段164被放置在线探测器传感器上方，则测量在y方向上的梯度。还可以采用在第二节段162与第三节段164之间的具有例如45°的光栅取向的至少另外的节段(未示出)。
图4示出了X射线成像方法的步骤的示意性概图。所述方法包括以下步骤，但不是必须以该次序进行：
-在第一步骤S1中，利用X射线源布置向要被成像的目标提供X射线束11。
-在第二步骤S2中，利用至少一个光栅13、14生成干涉图案，所述至少一个光栅13、14至少包括被布置为在与线探测器15的方向垂直的方向上彼此邻近的第一节段161和第二节段162。
-在第三步骤S3中，具有多条传感器线的线探测器15与要被成像的目标21相对于彼此移动，所述多条传感器线中的每条由多个传感器元件提供，并且所述传感器线被提供用于探测在操作期间经过光栅的X射线束11的各自的部分，使得响应于X射线束的所述部分，在线探测器和目标的各自的不同相对位置处探测到多个干涉图案，以用于重建目标21的图像。
-在第四步骤S4处，线探测器15和光栅相对于彼此至少在第一相对位置与第二相对位置之间移动，使得在第一相对位置中，X射线束11的部分在操作期间经过至少一个第一节段161，同时至少一个第二节段162被布置在X射线束11的所述部分的外部；并且使得在第二相对位置中，X射线束11的所述部分在操作期间经过至少一个第二节段162，同时至少一个第一节段161被布置在X射线束11的所述部分的外部。
-在第五步骤S5中，探测X射线束11的经过光栅的所述部分。
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计算机程序单元，其特征在于，其适于在适当的系统上运行根据前述实施例中的一个的方法的方法步骤。
因此，计算机程序单元可以被存储在计算机单元中，所述计算机程序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或引发对上述方法的步骤的执行。此外，该计算单元可以适于操作上述装置的部件。该计算单元能够适于自动操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，可以装备数据处理器来执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，以及借助于将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序二者。
更进一步地，计算机程序单元可以能够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的流程。
根据本发明另外的示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，该计算机可读介质具有被存储于所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面的章节所描述。
计算机程序可以被存储和/或被分布在合适的介质上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式被分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统被分布。
然而，计算机程序也可以被呈现在网络上，如万维网，并且能够从这样的网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示范性实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个所述的方法。
必须指出，本发明的实施例是参考不同主题来描述的。尤其地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考装置型权利要求来描述的。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下的描述中推断出，除属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本申请中被公开。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这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都不应被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种X射线成像设备，包括：
X射线源布置，其用于提供X射线束；
至少一个光栅；以及
线探测器，其具有多条传感器线，所述多条传感器线中的每条由多个传感器元件提供，并且所述多条传感器线被提供用于分别探测在操作期间经过所述至少一个光栅的所述X射线束的相应的部分；
其中，所述X射线成像设备被布置用于将所述线探测器和要被成像的目标相对于彼此移动，使得响应于所述X射线束的所述部分，多个干涉图案能够分别在所述线探测器和所述目标的相应的不同相对位置处被探测到，以用于重建所述目标的图像；
其中，所述至少一个光栅包括被布置为在与所述线探测器的方向垂直的方向上彼此邻近的至少一个第一节段和至少一个第二节段；并且
其中，所述X射线成像设备被布置用于将所述线探测器和所述至少一个光栅相对于彼此至少在第一相对位置与第二相对位置之间移动，使得在所述第一相对位置中，所述X射线束的部分在操作期间经过所述至少一个第一节段并随后到达一维传感器线以用于探测，同时所述至少一个第二节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部，使得所述至少一个第二节段沿着所述X射线束投影到邻近的传感器线之间的区上；并且使得在所述第二相对位置中，所述X射线束的所述部分在操作期间经过所述至少一个第二节段并随后达到所述一维传感器线以用于探测，同时所述至少一个第一节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部，使得所述至少一个第一节段沿着所述X射线束投影到邻近的传感器线之间的区上。
2.根据权利要求1所述的X射线成像设备，其中，所述第一节段和所述第二节段中的每个包括各自的传输特性的光栅结构，并且其中，所述第一节段和所述第二节段在各自的光栅结构方面不同，使得所述第一节段和所述第二节段在各自的传输特性方面不同。
3.根据权利要求2所述的X射线成像设备，其中，所述第一节段的所述光栅结构具有第一光栅间距；并且
其中，所述第二节段的所述光栅结构具有不同于所述第一光栅间距的第二光栅间距。
4.根据权利要求2或3所述的X射线成像设备，其中，所述第一节段的所述光栅结构具有第一取向；并且
其中，所述第二节段的所述光栅结构具有不同于所述第一取向的第二取向。
5.根据权利要求2或3所述的X射线成像设备，其中，所述第一节段的所述光栅结构具有第一几何结构；并且
其中，所述第二节段的所述光栅结构具有不同于所述第一几何结构的第二几何结构。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线成像设备，其中，所述至少一个光栅包括框架；并且
其中，所述框架至少包括所述第一节段和所述第二节段。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线成像设备，其中，所述至少一个光栅包括至少一个第三节段，所述至少一个第三节段被布置为在与所述线探测器的方向垂直的方向上邻近所述第二节段；
其中，所述至少一个第三节段在各自的光栅结构方面和各自的传输特性方面不同于所述第一节段和所述第二节段；并且
其中，所述X射线成像设备被布置用于将所述线探测器和所述至少一个光栅相对于彼此还移动到第三相对位置，使得在所述第三相对位置中，所述X射线束的所述部分在操作期间经过所述至少一个第三节段，同时所述第一节段和所述第二节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部；并且使得在所述第一相对位置和所述第二相对位置中，所述至少一个第三节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线成像设备，其中，所述X射线成像设备是X射线微分相衬成像设备；并且
其中，所述至少一个光栅被提供为相位光栅或吸收器光栅。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线成像设备，其中，提供所述至少一个光栅中的两个；
其中，所述两个光栅中的一个是相位光栅，并且所述两个光栅中的另一个是相对于所述相位光栅被安装到所述X射线束下游的吸收器光栅；并且
其中，所述相位光栅的所述第一节段不同于所述吸收器光栅的所述第一节段；并且/或者所述相位光栅的所述第二节段不同于所述吸收器光栅的所述第二节段。
10.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线成像设备，还包括位移单元，所述位移单元被配置用于相对于所述线探测器移动所述至少一个光栅。
11.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线成像设备，其中，所述至少一个光栅和所述线探测器被安装到可移动机架；并且
其中，提供机架位移单元，所述机架位移单元被配置用于相对于所述要被成像的目标移动所述可移动机架。
12.一种X射线成像系统，包括：
根据权利要求1-11中的任一项所述的X射线成像设备；
处理单元；以及
目标接收设备，其被配置为接收要被成像的目标；
其中，所述处理单元被配置为控制所述X射线成像设备和所述目标接收设备有关于彼此的相对移动，和/或所述X射线成像设备的所述至少一个光栅和所述线探测器有关于彼此的相对移动。
13.一种X射线成像方法，包括以下步骤：
利用X射线源布置向要被成像的目标提供X射线束；
利用至少一个光栅生成干涉图案，所述至少一个光栅至少包括被布置为在与线探测器的方向垂直的方向上彼此邻近的第一节段和第二节段；
将具有多条传感器线的线探测器与所述要被成像的目标相对地移动，所述多条传感器线中的每条由多个传感器元件提供，并且所述多条传感器线被提供用于分别探测在操作期间经过所述至少一个光栅的所述X射线束的相应的部分，使得响应于所述X射线束的所述部分，多个干涉图案分别在所述线探测器和所述目标的相应的不同相对位置处被探测到，以用于重建所述目标的图像；
将所述线探测器与所述至少一个光栅至少在第一相对位置与第二相对位置之间相对地移动，使得在所述第一相对位置中，所述X射线束的部分在操作期间经过至少一个第一节段并随后到达一维传感器线以用于探测，同时至少一个第二节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部，使得所述至少一个第二节段沿着所述X射线束投影到邻近的传感器线之间的区上；并且使得在所述第二相对位置中，所述X射线束的所述部分在操作期间经过所述至少一个第二节段并随后达到所述一维传感器线以用于探测，同时所述至少一个第一节段被布置在所述X射线束的所述部分的外部，使得所述至少一个第一节段沿着所述X射线束投影到邻近的传感器线之间的区上；并且
探测所述X射线束的经过所述至少一个光栅的所述部分。
14.一种存储有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序用于控制根据权利要求1至11中的任一项所述的X射线成像设备或根据权利要求12所述的X射线成像系统，所述计算机程序当由处理单元运行时适于执行根据权利要求13所述的方法的步骤。
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