CN106659444A - 用于相衬x射线成像的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种微分相衬X射线成像系统包括：X射线照射系统；布置在X射线照射系统的辐射路径中的分束器；以及被布置在辐射路径中以检测通过分束器之后的X射线的检测系统。

Description

用于相衬X射线成像的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求保护对Dan Stutman于 2014年5月9日提交的序列号为61/990,831的题为“System and Method for Phase-Contrast X-Ray Imaging”的美国临时专利申请的优先权和权益，通过引用将其整体合并于此。本申请还与Dan Stutman和Michael Finkenthal的2013年1月31日提交序列号为13/493,392的题为“Differential Phase Contrast X-rayimaging System and Components”的美国专利申请、2014年2月6日提交的编号为14/174,830的题为“Systems and Method for Phase-Contrast X-Ray Imaging”的美国专利申请、2014年2月10日提交的编号为14/176,655题为“Large Field of View GratingInterferometers for X-ray Phase Contrast Imaging and CT at High Energy”的美国专利申请有关，通过引用以其整体合并于此。
技术领域
本公开涉及X射线系统，并且更特别地涉及微分相衬X射线成像系统和X射线照明系统。
背景技术
X射线微分相衬（DPC）成像依赖于通过物体的X射线的折射。因为对于硬X射线来说折射角处于μ弧度范围，DPC成像所使用的基本技术是以μ弧度分辨率对所发射的X射线射束进行角度滤波，因此将来自折射的射束角偏差转换成常规检测器上的强度变化。使用诸如晶体或光栅之类的X射线光学器件来完成角度滤波。
DPC成像的根本优势是它对被测物体中的密度梯度敏感而不是对其体积X射线吸收敏感。例如在医学成像中，折射在组织边界处具有对比度增强效果，这实现了在其他方面在常规X射线成像中不可见的软组织的检测。在微结构化的软组织（诸如软骨、肌腱、韧带或肌肉）中出现的超小角散射也具有体积对比度增强效果。对于医学成像来说DPC的另一好处是它可以以与常规X射线成像类似或更小的剂量改善对比度和分辨率。这是可能的，因为DPC使用不会被身体吸收的X射线并且因为在X射线能量的情况下软组织折射系数比吸收系数降低慢得多。特别地，对于DPC通过使用平均能量在大约50-80keV范围中的光谱，在折射大大高于吸收的同时软组织剂量被最小化。
X射线相衬也对材料科学中的成像和无损特征（特别关于低Z材料的成像和无损特征）感兴趣。可以使用X射线相衬来以微米级探测范围来探测从聚合物到纤维复合材料、到木材、以及到设计的生物材料的材料的结构和缺陷。还可以用中子来应用用于X射线相衬的各技术中的一些技术。近来X射线相衬已经在聚变能研究中引起关注，在聚变能研究中基于折射的成像以测量物体中密度梯度的能力可以被用于诊断惯性约束聚变（ICF）和其他高能量密度物理（HEDP）实验中的高密度等离子体。
直到最近，通过使用晶体光学器件，在同步加速器处关于X射线DPC成像的研究大部分已经完成；同步加速器的高强度补偿晶体光学器件的低效率（小于a%的百分之一）。尽管存在针对发展桌面同步加速器或使用来自常规管的窄Kα线的尝试，但晶体方法尚未进入实际应用的领域。因此，对开发可以与常规医学或工业X射线管一起工作的更有效OPC方法和光学器件感兴趣。
可以用常规X射线源一起工作的DPC方法是Talbot-Lau剪切干涉仪，在其中诸如光栅之类的微周期光学器件被用来以μ弧度分辨率对折射的X射线射束进行角度滤波。Talbot干涉仪首先包括“分束器”（通常为π相移光栅），其通过Talbot效应将入射射束分成（或“剪切”成）几个μ弧度宽的小射束。Talbot效应按照波强度沿着射束以周期性距离在于光栅图样的“复制”，该周期性距离被称为Talbot距离，其中λ是X射线波长，g是光栅周期，k=1,2，…是图样的顺序，并且对于π/2相移光栅或对于吸收光栅来说η=1，且对于π相移光栅η=2。分束器由此在“Talbot距离”处创建微周期条纹图样，当折射物体被引入射束中时该微周期条纹图样会相对于未微扰图样改变形状（移位）。微分相衬成像因此包括测量由物体引入的条纹图样相对于没有物体时的图样的变化。为了在硬X射线波长处实现μ弧度角灵敏度，周期g必须处于μm范围内，从而产生几十厘米的Talbot距离。
原则上可以使用显微镜像素探测器来直接测量条纹图样。然而，这是非常低效的。对于大多数实际应用来说，通过引入放在分束器后面并具有Talbot图样的周期的“分析器”吸收光栅，条纹图样变化被转换成显微镜像素探测器上的强度变化。最后，为了使这样的干涉仪与扩展点X射线管一起工作，“源”吸收光栅被放在源的前面，由此将其分成准相干线源的阵列。
通过在薄的Si晶片或光致抗蚀剂中进行微光刻来制成光栅。吸收光栅是难以制造的；通常通过用金填充规则透射光栅中的间隙来制成它们。上述“光栅剪切方法”已证明在低于几十keV的能量下与晶体方法类似的性能。
然而，该方法在高于几十keV的能量下不太有用。原因是难以制造具有阻挡更高能量的X射线所需厚度的微周期吸收光栅。这在图1A中利用作为光子能量的函数的针对95%吸收所需的Au厚度的图表进行了图示。如所看到的，在临床DPC成像的感兴趣范围中将需要几百μm深度的光栅。然而根据光栅周期，目前的技术极限大约是50-100μm。这限制了针对高能量X射线的光栅剪切方法的对比度，如图1B中通过针对具有100μm厚、4μm周期Au分析器光栅的干涉仪而计算的条纹对比度图示的（遍及本说明书，对于X射线相衬和光学器件计算，我们使用XWFP波传播代码和XOP光学器件封装）。
发明内容
根据本教导，提供一种用于使用包括多区段源光栅、分束器光栅和分析器光栅的干涉仪对物体进行相衬成像的方法，其中该物体位于分束器光栅和分析器光栅之间。该方法可以包括将X射线射束指引到多区段源光栅上，其中多区段源光栅的每个区段被偏移预定量；在单次曝光期间通过平移物体或干涉仪来获得多个图像，其中该多个图像具有不同的干涉仪定相；以及组合所获得的多个图像以产生物体的相衬图像。
根据本教导，提供一种用于物体的相衬成像的设备。该设备可以包括：干涉仪，其包括多区段源光栅、分束器光栅和分析器光栅，其中该物体位于分束器光栅和分析器光栅之间；X射线源，其可操作用来将X射线射束指引到多区段源光栅上，其中该多区段源光栅的每个区段被偏移预定量；平移机构，其可操作用来平移物体或干涉仪；检测器，其可操作用来获得物体在单次曝光期间的多个图像；以及处理器，其可操作用来组合所获得的多个图像以产生物体的相衬图像。
在一些方面中，该多区段源光栅具有多于三个的不同区段。
在一些方面中，以通过物体的不同角度来获取该多个图像。
在一些方面中，该干涉仪具有大约1.8m的长度。
在一些方面中，该分析器光栅具有大约几十厘米的厚度。
在一些方面中，使用位于分析器光栅后面的被分隔开大约1cm的线或狭缝扫描检测器来获得该多个图像。
在一些方面中，所述多个图像之间的角度是大约0.3°。
在一些方面中，四个图像之间的角度范围是大约0.9°。
在一些方面中，分析器光栅包括被堆叠以便覆盖检测器的长度的多个掠射角光栅。
通过引用的合并
通过引用将下面的参考文献以整体并入本文。
[1] Alberto Bravin, Paoia Coan and Pekka Suortti
[2] “X-ray phase-contrast imaging: from pre-clinical applications towardsclinics” Phys, Med. Biol. 58 (2013) R1-R35
[3] Stutman D., Finkenthal M.,“Glancing angle Talbot-Lau gratinginterferometers for phase contrast imaging at high x-ray energy”. Appl. Phy. Lett. 101, 091108 (2012)
[4] D. Stutrnan ; J. W. Stayman ; M. Finkenthal ; J. H. Siewerdsen “Highenergy x-ray phase-contrast imaging using glancing angle gratinginterferometers”Proc. SPIE 8668, Medical Imaging 2013: Physics of MedicalImaging, 866814 (March 19, 2013)
[5] A. Sarapata, J.W. Stayman, M. Finkenthal, J. H. Siewerdsen, F.Pfeiffer and D. Stutman“High energy x-ray phase contrast CT using glancing-angle grating interferometers”In print in Medical Physics 2014
[6] Zanette, M. Bech, F. Pfeiffer, and T. Weitkamp,“Interlaced phasestepping in phase-contrast, x-ray tomography”Appl. Phys. Lett. 98, 094101(2011)
[6] www.teledynedalsa.com/imaging/products/x-ray/scanning/argus/
[7] www.dectris.com/
[8] D. Stutman and M. Finkenthal “K-edge and mirror filtered X-raygrating interferometers" INTERNATIONAL WORKSHOP ON X-RAY AND NEUTRON PHASEIMAGING WITH GRATINGS, Tokyo, Japan, 2012 AIP Conf. Proc 1466, pp. 229-236。
附图说明
被并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图图示出本公开的实施例，并且与描述一起用来解释本公开的原理。在附图中：
图1A和1B图示常规的基于光栅的相衬射线照相的布局，并且插入物图示通过分别扫描沿着其周期的各光栅之一所获得的对于N=4步的相位步进曲线。仅小的物体可以被成像并且需要多次连续曝光来获得相位步进曲线。
图2A和2B图示基于实施例的示例布局。堆叠的掠射角干涉仪（“GAI”）光栅可以被用来在扫描物体或干涉仪的同时对长且窄的视场成像。在不需要多次曝光的情况下，通过不同相位干涉仪的多个（≥3）相隔紧密的视图可以被用来获得相位步进曲线的等同物。可以使用多区段或“多相”光栅（在该草图中是源光栅G0）来实现不同的干涉仪定相。
图3A图示根据实施例的扫描相衬乳房摄影系统的示例侧视图并且图3B图示顶视图。在线性扫描表的单次通过中同时获得衰减、折射和散射图像。为了实现乳房摄影中所需的头尾向（CC）、内外侧斜位（MLO）和中侧投射，干涉仪光栅可以在支持轴上旋转。
图4A和4B图示根据实施例的分别处于前视图和侧视图中的对整个身体的示例扫描相衬射线照相系统。为了添加的断层融合能力，扫描工作台还可以围绕患者旋转。
图5图示根据实施例的示例计算机系统。
具体实施方式
现在将详细地参考本公开的示例性实施例，在附图中图示出其示例。在方便的情况下，将遍及附图使用相同的参考数字来指代相同的或类似的部分。
尽管阐述本公开的宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但尽可能精确地报告在特定示例中阐述的数值。然而，任何数值固有地包含必然地由在它们相应的测试测量中发现的标准偏差所引起的某些误差。此外，本文公开的所有范围要被理解为包括在其中包含的任何和所有子范围。例如，“小于10”的范围可以包括最小值零和最大值10之间的任何和所有子范围（并且包括最小值零和最大值10），即，具有等于或大于零的最小值和等于或小于10的最大值的任何和所有子范围，例如，1至5。在某些情况下，对于参数所规定的数值能够取负值。在这个情况下，规定为“小于10”的范围的示例值能够假定负值，例如-1、-2、-3、-10、-20、-30，等等。
本公开的实施例涉及使用多光栅干涉仪（GAI）来查看通过物体的每个单独薄片，以便形成宽能量范围（从<20keV到>100keV）内的X射线相衬扫描射线照相（PC-SR）系统。
本公开的实施例是我们先前公开的掠射角光栅干涉仪（GAI，专利申请PCT/US12/41908）的进一步改进，并且公开用于诸如人躯干这样的大的物体的X射线相衬射线照相的简单且经济方法。
对于本公开的实施例所设想的应用是在医学X射线成像中，在那里PC被示出为大大增强软组织（诸如软骨、肌腱、血管、动脉斑块、脑组织、微钙化和肿瘤）的可见性。根据本公开的实施例描述的系统可以与高能量X射线一起工作并且与高能量和扩展点医学X射线管一起工作，因此实现对人体深层组织的X射线相衬射线照相。
此外，可以在工业无损测试（NDT）和安全筛查的领域中使用本公开的实施例，在该领域中还可以通过扫描物体而不是干涉仪来实施所公开的系统。
对软组织的成像形式是MRI、超声和X射线。然而，尽管MRI和超声提供良好的软组织对比度，但是它们的空间分辨率受限。另一方面，常规的（基于衰减的）X射线成像具有良好的空间分辨率，但是差的软组织对比度。
利用光栅干涉仪的X射线微分相衬（PC）或基于折射的成像具有变成新医学成像形式的潜力，其相比利用常规的基于衰减的成像获得的软组织对比度和空间分辨率而言提供更高的软组织对比度和空间分辨率。例如，最近的分析暗示PC-CT将能够检测软组织中的小肿瘤和病变，这用其他成像形式是不可能的。动脉斑块或软骨损伤的X射线相衬诊断看起来也是可能的。因此，存在X射线PC的可能医学应用的迅速生长的光谱[1]。此外，在无损测试和材料科学中可存在X射线相衬的许多强大应用。
图1A和1B图示基于常规光栅的相衬射线照相的布局。插入物图示通过扫描沿着其周期的各光栅中的一个所获得的对于N=4步的相位步进曲线。仅小的物体可以被成像并且需要多次连续曝光来获得相位步进曲线。
掠射角干涉仪（GAI）包括三个微周期光栅（“源”、“分束器”、和“分析器”），它们具有相等的周期并分隔开相等的距离，且以通常在10°-30°的范围中的角度处倾斜。使光栅倾斜的作用是增加它们从垂直入射值到的有效厚度并且因此实现在宽能量范围（超过100keV）内的高干涉仪条纹对比度或可见性[2]。多个GAI可以被堆叠和铺设以得到大视场（FOV）成像系统[3]。
我们先前的公开聚焦于X射线相衬计算机断层扫描（PC-CT）。尽管CT是用于3D扫描的强大技术，但是大部分医学以及工业和安全成像仍是在射线照相模式中完成的，即使用普通2D投射。射线照相的优点是在临床上兼容的X射线剂量下简单、快速、低成本和高空间分辨率。例如，乳房射线照相或乳房摄影是对于乳房癌筛查的“黄金标准”形式。
因此开发除了CT之外的相衬射线照相是有价值的。然而，存在一些要解决的问题：
i）在射线照相中需要被覆盖的面积（例如在乳房摄影中25cm×25cm，并且在胸部或腹部射线照相中高达40cm×60cm）比利用目前技术可能的光栅面积（<100cm2）更大。组合几十个这样的光栅来覆盖几千平方厘米的面积在实际中很难并且也将是高成本的。
ii）相衬成像需要获取物体的多个图像（最少三个）来产生衰减、折射和散射射线照相。如通常所做的那样获取时间连续的这些图像（即通过多次曝光）对医学或工业射线照相来说是不现实的，因为潜在的患者/物体移动。此外，获取连续图像暗示使整个物体在干涉仪视场中，即利用光栅覆盖大的面积，如上面所提到的这很难且成本高。
iii）常规的光栅干涉仪在对厚的身体部位（诸如躯干、头或腿）成像所需的高X射线能量（>70-80kVp）下具有差的条纹对比度。
iv）对于所有光栅干涉仪（包括GAI）来说FOV在垂直于光栅条的方向上的范围仅为几厘米，这是因为窄且深的光栅开口的准直（渐晕）效应[3]。可以制造圆柱弯曲的光栅来缓解渐晕效应，但是它们昂贵而且也不能解决在高X射线能量下成像的问题。
v）在常规的垂直入射干涉仪可以工作的低X射线能量（乳房摄影范围）下，为了改进光栅均匀性和降低制造成本使用GAI设计将仍是有利的。例如，研究级光栅可以被制成具有~2.5μm的周期和具有~50μm的厚度，以便足够工作于高达~35kVp。然而，这样的高纵横比光栅难以制造且具有差的质量。制造具有~25μm厚度的光栅且以30°角的GAI设置使用它们更容易且质量更高，因此使它们的有效厚度翻倍。
在一些实施方式中，公开三个或更多GAI干涉仪的组合以便制造用于所有实际感兴趣能量的低成本的扫描相衬射线照相（PC-SR）系统，其不需要连续曝光并且可以以高分辨率以及临床上兼容的剂量和扫描速度对大的物体成像。
因此，与本教导一致的实施例公开了下面的特征。使用通过物体的多个（≥3）相隔紧密的空间视图或索带（chord）（使每个都具有不同的干涉仪定相）来获得相衬射线照相而不是多个时间上分开的图像（即顺序曝光）。使用线或狭缝扫描设计来几乎同时获取相衬成像所需的多个图像，因此缓解患者/物体运动问题。使用多个空间视图连同线或狭缝扫描设计来获取大的物体（高达几十厘米宽，几米长）的相衬射线照相。使用“多相”光栅（其有多个区段或有效面积，该多个区段或有效面积逐个区段地具有以光栅周期的一小部分移位的线）来在不需要扫描各光栅中的一个或用于连续曝光的情况下获得相衬射线照相所需的多个图像。将多视图扫描GAI干涉仪用于大的物体的相衬射线照相，多达高的（150kVp）X射线能量。将多视图扫描GAI干涉仪与TDI（时间延迟积分）检测器或光子计数检测器共同用于低剂量且高速的相衬乳房摄影和射线照相。将反射镜或反射器滤波的多视图扫描GAI干涉仪用于非常高灵敏度且低剂量的准单色相衬射线照相。
图1A示出基于常规光栅的相衬射线照相的布局。图1b示出通过沿着其周期扫描图1A的各光栅中的一个（源光栅G0或分束器光栅G1）获得的对于N=4步的相位步进曲线。在图1A的布置中，仅小的物体可以被成像并且需要多次连续曝光来获得图1B的相位步进曲线。常规的光栅相衬成像通过将整个物体放置在Talbot-Lau垂直入射干涉仪中并且然后跨其周期来侧向扫描各光栅中的一个来工作，其中N步的大小是x=G/N，其中G是光栅周期。对于每个光栅位置获取连续图像。
如图1A中所示，可操作用来对物体120成像的基于常规光栅的相衬射线照相系统100包括：x射线源105（即x射线管）、源光栅G0 110、分束器光栅G1 115、分析器光栅G2 125和面积检测器130。源光栅G0 110位于x射线源105和分束器光栅G1 115之间。物体120位于分束器光栅G1 115和分析器光栅G2 125之间。通常面积检测器130在一侧小于10cm。该布置过程在图像的每个像素中产生准正弦强度振荡，即如图1B中所示的“相位步进”曲线：
。
相位步进曲线的dc或平均值A产生衰减图像，调制B的幅度产生散射图像，并且由对象引入的相移φ产生折射图像[1]。
因为相位步进曲线由三个参数确定，所以最小数目是三个相位步长，其中需要三个对应的干涉仪图像来获得物体的衰减、折射和散射图像。
该方法要求使整个物体在干涉仪视场中。对于大的物体（诸如人躯干），这是很难的，因为典型的光栅尺寸≤几厘米×几厘米。此外，在垂直于光栅条的方向（图1A中水平方向）上的光栅视场被窄且深的光栅开口的准直效应限制成几厘米。该方法还需要获取多个连续图像，这需要长的测量时间（在医学管的情况下通常几十秒），并且还需要物体在该时间期间不移动。特别对于医学射线照相而言，这些约束限制常规相衬成像方法的实际有效性。此外，常规垂直入射干涉仪仅工作在低X射线能量（通常＜40kVp）。
图2A图示基于实施例的基于示例光栅的相衬射线照相系统。在物体或干涉仪被扫描的同时，堆叠的GAI光栅被用来对长且窄的视场成像。在不需要多次曝光的情况下，通过不同相位干涉仪的多个（≥3）相隔紧密的视图被用来获得相位步进曲线的等同物。使用多区段或“多相”光栅（其在图2A中是源光栅G0）来实现不同干涉仪定相。多区段源光栅G0可以具有至少两个不同区段。
如图2A中所示，根据实施例的可操作用来对物体220成像的基于示例光栅的相衬射线照相系统200包括：x射线源205（即x射线管）、源光栅G0 210、分束器光栅G1 215、分析器光栅G2 225和检测器230。源光栅G0 210位于x射线源205和分束器光栅G1 215之间。物体220位于分束器光栅G1 215和分析器光栅G2 225之间。在一些方面中，分析器光栅G2 225可具有大约几十厘米的厚度。该分析器光栅可以包括被堆叠以便覆盖检测器230的长度的多个掠射角光栅。检测器230可以包括多个时间延迟积分（TDI）CCD检测器或线检测器。
如图2A和2B中示出的示例布置可以以划算的方式解决上述所有问题。在示例布置中，使用通过物体的多个相隔紧密的扇形视图或“薄片”以便获取相衬成像所需的多个图像。每个视图具有使用具有多个区或区段240、245、250和255的光栅获得的干涉仪的不同定相，如图2B中所示每个区段240、245、250和255具有不同的相对线位置。例如，如果使用四个视图，则各区段之间的光栅线的相对定相会是0、G/4、G/2和3G/4，其中G是光栅周期。三个光栅中的任一个都可以被划分成区段，但是以这种方式最容易制造的是小尺寸的源光栅G0。
通过跨过物体扫描扇形视图或薄片（通过平移物体或干涉仪），几乎同时获取每个都具有不同干涉仪定相的多个图像（仅有的时滞存在于通过扫描速度划分的相邻视图之间的距离，其对于典型的射线照相设置是几分之一秒）。以通过物体的不同角度来获取多个图像，并且这些图像然后被用来构建相位步进曲线，如图2B中所示。
在该示例方法中，使用以通过物体的稍稍不同的角度获取的相衬射线图像。例如，假设典型的干涉仪长度是~1.8m并且各线或狭缝扫描检测器分开1cm，则各视图之间的角度是0.3°。假设四个视图，一个相衬投射由此将相位信息在0.9°角范围上平均。
然而，我们的以及其他关于“交错的”相衬旋转断层摄影[4]（在其中以稍稍不同CT角获取的图像被用于类似于图2的相位恢复[5、6]）的研究示出这样的小角度平均不会显著影响折射图像的准确性或质量。该小角度平均对衰减和散射图像的影响甚至更小。
此外，本公开的实施例可以使用长且窄的狭缝或线扫描检测器，其具有被堆叠以便覆盖检测器的长度的多个GAI光栅。这将实现通过利用宽扇形射束的线性扫描对大的物体的射线照相。例如，通过高达440mm长的TDI CCD，Teledyne Dalsa产生7mm宽的全景X射线成像[6]。（TDI或时间延迟积分是一种利用非常高的信噪比获得线扫描图像的技术并且在于使累积在与物体扫描同步的CCD中的电荷移位。TDI CCD本质上充当连续胶片暗盒）。使用这样的检测器，可以容易地扫描人腿或躯干的尺度的物体。可替代地，可以使用相隔紧密的线性检测器行（诸如光子计数的Si或CdTe像素化阵列[7]）。这也将能量分辨率添加到系统，从而使得能够进一步增加其灵敏度和性能。
图3A图示根据实施例的扫描相衬乳房摄影系统的示例侧视图，并且图3B图示顶视图。在线性扫描工作台的单次通过中同时获得衰减、折射和散射图像。为了实现乳房摄影中所需的头尾向（CC）、内外侧斜位（MLO）和中侧投射，干涉仪光栅可以在支持轴上旋转。
在该实施例中，公开了以低X射线能量操作的低能量PC-SR乳房摄影系统300。在图3a和3b中示出的示例布局中，低能量PC-SR乳房摄影系统300包括患者支撑构件305，其被第一基底构件310和第二基底构件315支撑。扫描工作台320位于患者支撑构件305下面并且在第二基底构件315上面。扫描工作台320可操作用来使用耦合到第二基底构件315的旋转轴325进行旋转并且能够使用耦合到旋转轴325的旋转锁330锁定到一定位置。扫描工作台320被布置在患者支撑构件305下面并包括构台330。该构台330包括x射线源335（即x射线管）和与上文关于图2a和2b描述的类似的GAI（其由干涉仪基底340支撑）。如关于图2a和2b所讨论的，干涉仪基底340支撑源光栅（G0）345、分束器光栅（G1）350、分析器光栅（G2）355和检测器360（即TDI CCD检测器。在该布置中，作为被扫描的物体的乳房组织可以被一对扁板365支撑在任一侧上。构台330的顶部被盖子370覆盖。
使患者俯卧在具有对于乳房的开口375的患者支撑构件305上，该位置与立体定位活组织检查成像系统中使用的位置类似。俯卧位置还允许将乳房浸入折射率匹配流体（例如盐溶液或水）中，以便移除在乳房/空气界面处对于低X射线能量出现的强相位变化。由于准直的几何结构，用这样的系统所估计的剂量是低的（大约1mGy），并且扫描时间仅几秒。如先前的公开[8]中所描述的，X射线反射镜或其他带通光谱滤波器可以被添加到该系统以产生准单色光谱，其进一步增强干涉仪的性能并降低剂量。
图4A和4B分别图示根据实施例的用于整个身体的扫描相衬射线照相系统400的示例前视图和侧视图。该系统400包括与上文关于图2a和2b描述的且与上文关于图3a和3b描述的类似的GAI，除了图3A和3B中的GAI处于水平布置，图4A和4B中的GAI处于垂直布置。该GAI包括x射线源405、源光栅（G0）410、分束器光栅（G1）415、分析器光栅（G2）420和检测器425（即TDI CCD检测器）。要被扫描的患者位于工作台435上并且要被扫描的身体的部分430位于分束器光栅（G1）415和分析器光栅（G2）420之间。为了添加的断层摄影能力，扫描工作台还可以围绕患者旋转。在该示例中，公开了用于整个身体的射线照相（胸部、腹部、手足或头）的高能量PC-SR系统。该实施例使用与用于PC-SR乳房摄影的布局类似的布局，但是具有更厚且更倾斜的光栅（其可以以高达140kVp能量工作）且具有更长（长达几十厘米）的扫描检测器。这样的PC-SR系统将实现以高能量的遍及身体的软组织X射线诊断，其与乳房摄影实现以低能量检测乳房中的软组织异常的方式类似。示例高冲击应用可以是例如不稳定的动脉斑块的X射线相衬诊断。最近的研究显示X射线相衬可以在动脉壁、低密度脂质沉积和纤维性或钙化斑块囊之间非常好地区别。
本公开的实施例还有可能用于工业或安全相衬成像，这里宽且长的物体（诸如行李或直升机桨叶）可以在干涉仪的视场中被扫描。
在操作中，使用图2A和2B中描绘的系统的图3A和3B以及图4A和4B中描绘的系统可以操作用来执行使用干涉仪对物体进行相衬成像的方法，该干涉仪包括多区段源光栅、分束器光栅和分析器光栅，其中该物体位于分束器光栅和分析器光栅之间。该方法可以包括将X射线射束指引到多区段源光栅上，其中多区段源光栅的每个区段被偏移预定量；在单次曝光期间通过平移物体或干涉仪来获得多个图像，其中该多个图像具有不同的干涉仪定相；以及组合所获得的多个图像以产生物体的相衬图像。可以使用位于分析器光栅后面的相隔大约1cm的线或狭槽扫描检测器来获得多个图像。各多个图像之间的角度可以是大约0.1°、大约0.3°、或大约0.5°。四个图像之间的角度范围可以是大约0.5°、大约0.7°、0.9°、或大约0.11°。根据所使用的成像系统的特定配置，可以使用多个图像之间的其他角度和图像之间的其他角度范围。
前面的描述是说明性的，并且本领域技术人员可以想到配置和实施方式中的变化。例如，结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路可以利用通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或被设计成执行本文描述的功能的其任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但可替代地，该处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实施为计算设备的组合（例如DSP和微处理器的组合）、多个微处理器、结合DSP内核的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。
在一个或多个示例性实施例中，可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实施所描述的功能。对于软件实现方式，可以以执行本文描述的功能的模块（例如过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类等等）来实施本文描述的技术。可以通过传递和/或接收信息、数据、变元、参数来将一模块耦合到另一模块或硬件电路，或者可以使用任何适当手段（包括存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输等等）来传递、转发或传输存储器内容、信息、变元、参数、数据等等。软件代码可以被存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元可以在处理器之内或处理器外部来实施，在这种情况下该存储器单元可以经由本领域中已知的各种手段通信耦合到处理器。
例如，图5图示可以用来执行上述特征的各处理器中一个或多个的计算机设备500的硬件配置的一个示例。尽管图5图示包含在计算机设备500中的各种部件，但是图5仅图示计算机设备的一个示例并且额外的部件可以被添加且现有的部件可以被移除。
计算机设备500可以是任何类型的计算机设备（诸如桌上型计算机、膝上型计算机、服务器等等），或移动设备（诸如智能电话、平板计算机、蜂窝电话、个人数字助理等等）。如图5中所图示的，计算机设备500可以包括具有不同内核配置和时钟频率的一个或多个处理器502。计算机设备500还可以包括一个或多个存储设备504，其在计算机设备500的操作期间用作主存储器。例如，在操作期间，支持该特征的软件的副本可以被存储在一个或多个存储设备504中。计算机设备500还可以包括一个或多个外设接口506（诸如键盘、鼠标、触摸板、计算机屏、触摸屏等等）以便实现人类与计算机设备500的交互以及计算机设备500的操纵。
计算机设备500还可以包括用于经由一个或多个网络进行通信的一个或多个网络接口（诸如以太网适配器、无线收发器或串行网络部件），以便使用协议通过有线或无线介质进行通信。计算机设备500还可以包括具有不同物理尺度和存储容量的一个或多个存储设备510（诸如闪存驱动器、硬盘驱动器、随机存取存储器等等），以便存储诸如图像、文件和用于由一个或多个处理器502执行的程序指令之类的数据。
另外，计算机设备500可以包括实现上述特征的功能的一个或多个软件程序512。该一个或多个软件程序512可以包括促使一个或多个处理器502执行本文所述的过程的指令。一个或多个软件程序512的拷贝可以被存储在一个或多个存储设备504中和/或一个或多个存储设备510中。同样地，一个或多个软件程序512所利用的数据可以被存储在一个或多个存储设备504中和/或一个或多个存储设备510中。
在实施方式中，计算机设备500可以经由网络516与一个或多个其他设备514通信。该一个或多个其他设备514可以是如上所述的任何类型的设备。网络516可以是任何类型的网络，诸如局域网、广域网、虚拟专用网、因特网、内联网、外联网、公用电话交换网、红外网络、无线网以及其任何组合。网络516可以使用各种各样的商业可用的协议（诸如TCP/IP、UDP、OSI、FTP、UPnP、NFS、CIFS、AppleTalk等等）中的任一个来支持通信。网络516可以是例如局域网、广域网、虚拟专用网、因特网、内联网、外联网、公用电话交换网、红外网络、无线网以及其任何组合。
计算机设备500可以包括如上文所讨论的各种各样的数据存储和其他存储器和存储介质。这些可以存在于各种各样的位置中，诸如在各计算机中的一个或多个的本地存储介质上（和/或存在于各计算机中的一个或多个中）或者远离跨网络的任何或所有计算机。在一些实施方式中，信息可以存在于本领域技术人员熟悉的存储区域网（“SAN”）中。类似地，用于执行归属于计算机、服务器或其他网络设备的功能的任何必要文件可根据情况本地和/或远程存储。
在各实施方式中，如上所述计算机设备500的部件不需要被装入单个外壳内或者甚至定位成彼此接近。本领域技术人员将领会到上述部件仅是示例，因为计算机设备500可以包括任何类型的硬件部件，包括任何必要的附随的固件或软件，以便执行所公开的实施方式。计算机设备500还可以由电子电路部件或处理器（诸如专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA））部分或整体来实施。
如果以软件实施，则功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或者通过计算机可读介质来传输。计算机可读介质包括有形非瞬时计算机存储介质和通信介质二者，其包括促进计算机程序从一个地方转移到另一个地方的任何介质。存储介质可以是可被计算机访问的任何可用的有形非瞬时介质。通过示例但非限制的方式，这样的有形非瞬时计算机可读介质可以包括RAM、ROM、闪速存储器、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁性存储设备、或用于以指令或数据结构的形式载送或存储期望程序代码且可被计算机访问的任何其他介质。如本文所使用的，磁盘和光盘包括CD、激光盘、光盘、DVD、软盘、蓝光盘，在这里磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。而且，任何连接被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字用户线（DSL）或无线技术（诸如红外、无线电和微波）从网站、服务器或其他远程源传送软件，则该同轴线缆、光学线缆、双绞线、DSL或无线技术（诸如红外、无线电和微波）被包括在介质的定义中。上述的组合也应该被包括在计算机可读介质的范围内。
尽管已经参考其实施方式的示例描述了该教导，但在不脱离真实精神和范围的情况下，本领域技术人员将能够对所描述的实施方式进行各种修改。本文使用的术语和描述仅仅作为说明被阐述并且不意味着作为限制。特别地，尽管已经通过示例描述了过程，但可以以与图示出的相比不同的顺序或者同时地执行过程的阶段。此外，就在具体实施方式中使用的术语“包括”、“具有”、“带有”或其变体来说，此类术语旨在以与术语“包括”类似的方式是包括性的。如本文中使用的，诸如例如A和B的关于项目的列表的术语“……中的一个或多个”和“……中的至少一个”意指只有A、只有B，或者A和B。此外，除非以其他方式指定，术语“集合”应该被解释为“一个或多个”。而且，术语“耦合”旨在意指间接或直接连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以通过直接连接或通过经由其他设备、部件和连接的间接连接。

Claims (18)

1.一种用于使用包括多区段源光栅、分束器光栅和分析器光栅的干涉仪对物体进行相衬成像的方法，其中该物体位于分束器光栅和分析器光栅之间，该方法包括：
将X射线射束指引到多区段源光栅上，其中多区段源光栅的每个区段被偏移预定量；
在单次曝光期间通过平移物体或干涉仪来获得多个图像，其中该多个图像具有不同的干涉仪定相；以及
组合所获得的多个图像以产生物体的相衬图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该多区段源光栅具有多于三个的不同区段。
3.根据权利要求1所述的方法，其中以通过物体的不同角度来获取该多个图像。
4.根据权利要求1所述的方法，其中该干涉仪具有大约1.8m的长度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中该分析器光栅具有大约几十厘米的厚度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中使用位于分析器光栅后面的被分隔开大约1cm的线或狭缝扫描检测器来获得该多个图像。
7.根据权利要求1所述的方法，其中多个图像之间的角度是大约0.3°。
8.根据权利要求1所述的方法，其中四个图像之间的角度范围是大约0.9°。
9.根据权利要求1所述的方法，其中分析器光栅包括被堆叠以便覆盖检测器的长度的多个掠射角光栅。
10.一种用于物体的相衬成像的设备，包括：
干涉仪，其包括多区段源光栅、分束器光栅和分析器光栅，其中该物体位于分束器光栅和分析器光栅之间；
X射线源，其可操作用来将X射线射束指引到多区段源光栅上，其中该多区段源光栅的每个区段被偏移预定量；
平移机构，其可操作用来平移物体或干涉仪；
检测器，其可操作用来获得物体在单次曝光期间的多个图像；以及
处理器，其可操作用来组合所获得的多个图像以产生物体的相衬图像。
11.根据权利要求10所述的设备，其中该多区段源光栅具有多于三个的不同区段。
12.根据权利要求10所述的设备，其中以通过物体的不同角度来获取该多个图像。
13.根据权利要求10所述的设备，其中该干涉仪具有大约1.8m的长度。
14.根据权利要求10所述的设备，其中该分析器光栅具有大约几十厘米的厚度。
15.根据权利要求10所述的设备，其中该检测器是线或狭缝扫描检测器，并且使用位于分析器光栅后面的被分隔开大约1cm的线或狭缝扫描检测器来获得该多个图像。
16.根据权利要求10所述的设备，其中多个图像之间的角度是大约0.3°。
17.根据权利要求10所述的设备，其中四个图像之间的角度范围是大约0.9°。
18.根据权利要求10所述的设备，其中分析器光栅包括被堆叠以便覆盖检测器的长度的多个掠射角光栅。
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