CN107743379A - 用于差分相位对比ct的平铺探测器布置 - Google Patents
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Abstract
一种用于差分相位对比CT扫描器的辐射源和探测器布置，其中，所述探测器瓦块被非对称地放置，使得击中瓦块之间的间隙的直接射线由针对补充射线的瓦块中心采样。这可以在没有任何近似处理的情况下提供良好图像质量。
Description
技术领域
本发明涉及差分相位对比和暗场计算机断层摄影的领域。特别地，本发明涉及一种用于差分相位对比和/或暗场计算机断层摄影扫描器的旋转辐射源和探测器布置、一种计算机断层摄影检查装置、一种利用差分相位对比计算机断层摄影扫描器或者暗场计算机断层摄影扫描器采集感兴趣对象的图像的方法、一种程序单元和一种计算机可读介质。
背景技术
虽然经典X射线成像测量由对象引起的X射线的吸收，但是相位对比成像旨在当X射线穿过待检查的对象时它们经受的相位偏移的探测。对于相位对比成像和/或暗场成像而言，干涉仪(例如，光栅)被放置在对象后面以当对象利用(相干)X射线辐照时生成强度最大值和最小值的干涉图样。由对象引入的X射线波中的任何相位偏移引起干涉图样中的特定特性位移。测量这些位移因此允许重建对象的相位偏移。另外，当采用这样的干涉仪时，启用从退相干X射线小角散射导出的图像数据的生成。后一类型的成像还被称为“暗场成像”。
用于医学应用的基于光栅的相位对比计算机断层摄影扫描器包括多个探测器瓦块。每个探测器瓦块包括干涉仪和辐射探测器元件。这样的探测器还可以被称为平铺探测器。
然而，平铺意味着在相邻瓦块之间可以存在间隙。特别地，在相位对比CT系统的情况下，平铺可能是对图像质量的挑战，这至少出于以下两个原因：第一，如果差分数据被采集，则跨越瓦块之间的间隙的数据的内插可以是比对于标准非差分数据甚至更重要的。其次，每个瓦块可以包括两个光栅和辐射探测器并且具有几厘米的深度，其由干涉仪的Talbot距离定义。这种状况可以甚至进一步增加这些间隙。
US 5,614,973 A1描述了一种用于包括平铺探测器的计算机断层摄影的投影探测装置。
发明内容
可能期望以高效的方式提供针对平铺探测器的良好图像质量。
在独立权利要求中陈述了本发明的各方面。在从属权利要求、说明书和附图中阐述优点和另外的实施例。
本发明的第一方面涉及一种用于差分相位对比和/或暗场计算机断层摄影扫描器的旋转辐射源和探测器布置。所述辐射源和探测器布置包括辐射源和探测器。
所述探测器包括多个探测器瓦块，其中，每个探测器瓦块包括干涉仪和辐射探测器元件。所述探测器瓦块沿着圆弧并且相对于穿过所述辐射源的位置和所述布置的旋转中心的线非对称地被布置。
沿着其布置所述探测器瓦块的所述圆弧可以具有与所述辐射源的位置一致的中心。
换句话说，所述探测器瓦块非对称地被放置，使得由所述辐射源沿着朝向所述探测器运行的第一线发射的辐射可以击中两个相邻瓦块之间的间隙。然而，如果所述辐射源和探测器布置被旋转，使得所述源被定位在所述第一线上而不是感兴趣对象的另一侧上，并且沿着所述第一线但是在相反的方向上发射辐射，所述辐射未击中两个相邻瓦块之间的间隙，但是击中接近于其中心或者例如偏移所述中心四分之一瓦块宽度的瓦块。因此，补充辐射(还被称为补充射线)可以由所述瓦块探测并且被用于图像生成。
因此，击中瓦块之间的间隙的直接射线的数据能够由击中瓦块的补充射线的补充数据采样，或者换句话说，补充射线被用于闭合对应于直接射线的图像数据的“数据间隙”。
根据示范性实施例，所述多个探测器瓦块中的第一瓦块以相对于穿过所述辐射源的位置和所述布置的旋转中心的所述线偏移四分之一瓦块被布置。
所述多个探测器瓦块中的每个探测器瓦块的每个干涉仪可以包括相位光栅。而且，所述多个探测器瓦块中的每个探测器瓦块的每个干涉仪可以包括分析器光栅。
另外，所述辐射源可以包括源光栅。有利地，所述布置可以不易于生成重建图像中的环形伪影。
本发明的另一方面涉及一种计算机断层摄影检查装置，其包括旋转辐射源和探测器的以上和以下所描述的布置。
所述计算机断层摄影检查装置可以是单个切片CT系统或者锥束CT系统。
根据本发明的另一方面，提供了一种利用差分相位对比计算机断层摄影扫描器或者暗场计算机断层摄影扫描器采集感兴趣对象的图像的方法，其中，辐射源朝向探测器在第一方向上沿着第一路径发射电磁辐射的第一射束，所述探测器具有多个探测器瓦块，其中，所述第一路径击中两个相邻瓦块之间的间隙。然后，所述辐射源和所述探测器布置被旋转并且所述辐射源然后朝向所述探测器在第二方向上沿着第二路径发射电磁辐射的第二补充射束。所述第一路径等于所述第二路径并且所述第一方向与所述第二方向相反。所述探测器瓦块以使得所述第二路径击中瓦块而非所述探测器的两个相邻瓦块之间的间隙的方式被布置。
由所述探测器探测到的并且对应于所述第二射束的数据被用于图像创建。“补充数据”被用于当电磁辐射的第一射束击中两个相邻瓦块之间的间隙时填充由相邻瓦块之间的间隙引起的“数据间隙”。换句话说，当所述X射线源在所述感兴趣对象的相对侧上时采集到的数据被用于当所述X射线源在所述感兴趣对象的所述初始侧(即，与所述相对侧相对)上时填充由相邻瓦块之间的间隙引起的数据间隙。
本发明的另一方面涉及一种程序单元，其当由计算机断层摄影检查装置或者暗场计算机断层摄影扫描器的处理器运行时，指令所述装置(或者扫描器)执行以上和/或以下所描述的方法的步骤。
本发明的另一方面涉及一种计算机可读介质，其上存储了上文所描述的程序单元。
所述计算机可读介质可以是软盘、硬盘、CD、DVD、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)和EPROM(可擦可编程只读存储器)。计算机可读介质还可以是数据通信网络(例如，因特网)，其允许下载程序代码。
本发明允许用于临床环境(诸如医院)中的有用应用。更特别地，本发明非常适于患者的医学检查。另外，本发明允许用于工业环境中的有用应用。更特别地，本发明非常适于非破坏性测试(例如，关于生物以及非生物样本的组成、结构和/或质量的分析)以及安全性扫描(例如，机场上的行李的扫描)中的应用。
本发明的这些和其他方面将从在下文中所描述的实施例而显而易见并且得以阐述。现在将参考以下附图在下文中描述本发明的示范性实施例。
附图说明
图1示出了根据本发明的示范性实施例的旋转辐射源和探测器布置的部分视图；
图2A示出了包括三个光栅对的大面积干涉仪；
图2B示出了图2A的大面积干涉仪的框架；
图3A示出了第一位置中的辐射源和探测器布置；
图3B示出了第二补充位置中的图3A的辐射源和探测器布置；
图4A示出了根据本发明的示范性实施例的辐射源和探测器布置；
图4B示出了第二补充位置中的图4A的辐射源和探测器布置；
图5示出了根据本发明的示范性实施例的检查装置；
图6示出了根据本发明的示范性实施例的方法的流程图；
附图是示意性的并且不是真实比例。如果相同附图标记被使用在不同的附图中，则它们可以指代相同或者类似元件。然而，相同或者类似元件还可以利用不同的附图标记来标记。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的示范性实施例的用于差分相位对比和/或暗场计算机断层摄影扫描器的辐射源和探测器布置的探测器瓦块100。该布置包括辐射源(未示出)，其朝向感兴趣对象104发射电磁辐射(X射线)。
在操作期间，在X射线105撞击在感兴趣对象104上之前，它们可以穿过源光栅。在穿过感兴趣对象104之后，X射线到达探测器300。在该特定范例中探测器300包括相位光栅101。在该特定范例中探测器300还包括用于分析由相位光栅101产生的干涉图样107的分析器光栅102。备选地，辐射探测器103具有足够小的间距，因此使空间分辨率足够大以用于探测(即足够地解析)由相位光栅101生成的干涉图样，从而省略对分析器光栅102的需要。出于该目的，辐射探测器103单元可以为本身已经具有50微米或更多的空间分辨率的高分辨率X射线探测器，或者如在通过引用并入本文中的US2014/0177795A1中描述的类型的X射线探测器。在X射线105的方向上看到的分析器光栅102下游，布置了辐射探测器103。
该布置被设计为围绕旋转中心旋转，其在常见的情况下与感兴趣对象104的位置一致。
图2A示出了具有三个探测器瓦块的探测器300，每个探测器瓦块包括相位光栅和分析器光栅。每个探测器瓦块被附接到枢轴轴承201，其枢轴地将瓦块附接到探测器300的框架。另外，每个瓦块可以包括用于调节瓦块的位置和取向的致动器杠杆臂202。
图2B示出了图2A的探测器300的框架。如从图2A和图2B可以看到的，在相邻光栅对之间存在间隙203、204，其可以被认为是“盲点”(即，不能够探测辐射)。
图3A示出了用于差分相位对比和/或暗场计算机断层摄影扫描器的旋转辐射源305和探测器300布置。探测器300包括多个探测器瓦块100、307、309，其沿着围绕辐射源305的圆弧306被布置。辐射源305和探测器300围绕沿着圆形路径308的中心302旋转。探测器瓦块100、307相对于穿过辐射源305的位置和旋转中心302的线301对称地布置。由源朝向探测器沿着路径303发射的辐射的射束击中两个相邻瓦块307、309之间的间隙。如果辐射源和探测器被旋转到其中源能够沿着相同路径303但是在相反方向上发射辐射(该辐射射束还被称为补充方式)的位置，则辐射再次击中相邻瓦块307、311之间的间隙。
应当指出，将探测器面板相对于旋转中心302非对称地放置的技术适于CT系统中的平板类型探测器以及被布置在圆弧上的探测器，如图3A中所图示的。因此，将认识到，将探测器放置在圆弧上不是必需的。
图4A和图4B示出了根据本发明的示范性实施例的旋转辐射源和探测器300布置。瓦块100、401等相对于线301非对称地布置，使得当源在图4A中所描绘的位置中时射线击中相邻瓦块401、402之间的间隙。然而，在图4B的位置中，其中，源在感兴趣对象的相对侧上(其未描绘在图4A、图4B中，而是被布置在圆形308中，使得探测器和源能够围绕感兴趣对象旋转)，路径303未击中间隙但是击中瓦块401。探测器瓦块例如以相对于线301偏移四分之一瓦块来非对称地被放置，使得击中相邻瓦块之间的间隙的直接射线由针对补充射线的瓦块中心采样。
对于单个切片CT系统而言，直接数据和补充数据能够被组合以便填充瓦块之间的间隙并且简单的滤波反投影可以被用于重建。对于锥束系统而言，从具有间隙的平铺系统重建图像的方式是使用迭代重建方法。由于迭代重建可以适当地使用所有采集的数据，所以可能不需要明确地使直接射线与补充射线交错。因此，可以在没有任何额外和近似处理的情况下利用直接投影与补充投影中的间隙的交错放置的益处。
图5示出了计算机断层摄影检查装置500，其包括围绕感兴趣对象501旋转的辐射源305和探测器300的以上所描述的布置。该装置可以被适配为医学成像装置并且包括用于控制该装置的操作和用于执行图像生成的处理器502。
图6示出了根据本发明的示范性实施例的方法的流程图。在步骤601中，X射线辐射源朝向探测器在第一方向上沿着第一路径发射X射线的第一射束，其在上文中已经更详细地描述。辐射源和探测器两者然后朝向不同的位置旋转，其中，源在待检查的感兴趣对象的相对侧上。在步骤603中，源在相反方向上发射电磁辐射的第二补充射束，其然后由探测器探测。在步骤604中，当源在感兴趣对象的相对侧上时已经采集到的探测数据被用于填充当源在感兴趣对象的初始侧上并且辐射射束已经击中探测器的相邻瓦块之间的间隙时采集到的探测数据中的“数据间隙”。
应当指出，术语“包括”不排除多个。还应当指出，参考以上示范性实施例中的一个所描述的特征还可以与上文所描述的其他示范性实施例的其他特征组合使用。此外，虽然已经在前述说明书和详细描述中呈现了至少一个示范性实施例，但是应当认识到存在大量变型。还应当认识到，一个示范性实施例或多个示范性实施例仅仅是范例，并且不旨在以任何方式限制范围、适用性或者配置。相反，前述说明书和详细描述将给本领域的技术人员提供用于实现示范性实施例的方便路线图，应理解，在不脱离如随附权利要求书及其法律等同物中所阐述的范围的情况下，可以在示范性实施例中所描述的元件的功能和布置中做出各种改变。
Claims (13)
1.一种用于差分相位对比和/或暗场计算机断层摄影扫描器(500)的旋转辐射源(305)和探测器(300)布置，所述辐射源和探测器布置包括：
辐射源(305)；
探测器(300)，其具有多个探测器瓦块(100、401)，每个探测器瓦块包括干涉仪(101、102)和辐射探测器(103)；
其中，所述探测器瓦块(100、401)相对于穿过所述辐射源的位置和所述布置的旋转中心(302)的线(301)被非对称地布置。
2.根据权利要求1所述的布置，其中，所述多个探测器瓦块(100、401)中的第一瓦块(401)以相对于所述线(301)偏移四分之一瓦块被布置。
3.根据权利要求1或2所述的布置，
其中，所述多个探测器瓦块(100、401)中的所述第一瓦块(401)是被定位在所述多个探测器瓦块的中心的瓦块。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，
其中，所述多个探测器瓦块(100、401)中的每个探测器瓦块(100、401)的所述干涉仪包括相位光栅(101)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，
其中，所述多个探测器瓦块中的每个探测器瓦块(100、401)的所述干涉仪包括分析器光栅(102)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，
其中，所述辐射源(305)包括源光栅(106)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，
其中，所述探测器瓦块(100、401)沿着圆弧(306)被布置。
8.一种计算机断层摄影检查装置(500)，其包括根据权利要求1至7中的任一项所述的布置。
9.根据权利要求8所述的装置，
其中，所述圆弧(306)具有与所述辐射源(305)的位置一致的中心。
10.一种利用差分相位对比或暗场计算机断层摄影扫描器(500)采集感兴趣对象(501)的图像的方法，所述方法包括以下步骤：
通过辐射源(305)朝向探测器(300)在第一方向上沿着第一路径(303)发射电磁辐射的第一射束，所述探测器具有多个探测器瓦块(100、401)，其中，所述第一路径击中两个相邻瓦块之间的间隙；
旋转所述辐射源和所述探测器；
通过所述辐射源朝向所述探测器在第二方向上沿着第二路径(304)发射电磁辐射的第二补充射束；
其中，所述第一路径等于所述第二路径；
其中，第一方向与所述第二方向相反；并且
其中，所述第二路径击中瓦块而非两个相邻瓦块之间的间隙。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
使用对应于所述第二射束的探测数据用于图像重建。
12.一种程序单元，其当由计算机断层摄影检查装置(500)的处理器(502)运行时指令所述装置执行以下步骤：
通过辐射源(305)朝向探测器(300)在第一方向上沿着第一路径(303)发射电磁辐射的第一射束，所述探测器具有多个探测器瓦块(100、401)，其中，所述第一路径击中两个相邻瓦块之间的间隙；
旋转所述辐射源和所述探测器；
通过所述辐射源朝向所述探测器在第二方向上沿着第二路径(304)发射电磁辐射的第二补充射束；
其中，所述第一路径等于所述第二路径；
其中，第一方向与所述第二方向相反；并且
其中，所述第二路径击中瓦块而非两个相邻瓦块之间的间隙。
13.一种计算机可读介质，其上存储了根据权利要求12所述的程序单元。
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