CN107810524A - 针对暗场和相衬ct的鲁棒重建 - Google Patents

针对暗场和相衬ct的鲁棒重建 Download PDF

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Abstract

一种用于信号处理的系统和相关的方法。干涉投影数据被重建成针对被成像的目标的物理性质的空间分布的一幅或多幅图像。所述干涉仪投影数据是从由X射线探测器(D)采集的信号导出的，所述信号是由X射线辐射在所述X射线辐射与干涉仪和要被成像的目标(OB)相互作用之后引起的，所述干涉仪(IF)具有参考相位。重建器(RECON)通过调整拟合变量来将所述数据拟合到信号模型来重建(一幅或多幅)图像，所述拟合变量包括i)针对所述一幅或多幅图像的一个或多个成像变量；以及ii)除了所述一个或多个成像变量之外的针对所述参考相位的波动的专用相位变量。

Description

针对暗场和相衬CT的鲁棒重建
技术领域
本发明涉及信号处理系统、信号处理方法、成像装置、计算机程序产品以及计算机可读介质。
背景技术
基于光栅的差分相衬成像是用于改进X射线计算机断层摄影的新兴的且有希望的方法。除了线性衰减系数的空间分布之外，该方法还提供对目标的电子密度的空间分布(经由折射)和小角度散射功率的访问。
在一个系统设置中，三个光栅被额外地放置在由成像器生成的辐射射束中。针对数据采集的一个的基本要求是需要采集光栅的不同相对位置的数据。这通常通过所谓的“相位步进”或“条纹扫描”流程来实现，其中在相继的探测器读数之间光栅中的一个向一侧移位。参见例如Pfeiffer等人的“Phase retrieval and differential phase-contrastimaging with low-brilliance X-ray sources”(nature physics 2，258，2006年)。
已经提出了各种替代方案来避免在相位步进中的光栅移动。一种替代方案是例如在Momose等人的“Four-dimensional X-ray phase tomography with Talbotinterferometry and white synchrotron radiation:dynamic observation of aliving worm(Optics Express 19(9)，8423，2011年)中描述的傅里叶变换方法。在这种方法中，有目的地使光栅失谐，使得实现具有几个探测器像素周期的条纹图案。条纹图案的相位通过对邻近探测器像素的分析来确定。另一种方法是焦斑扫掠。如在傅里叶变换方法中那样，在探测器上产生足够频率的条纹图案。然而，相位是通过焦斑偏转来获得的。参见例如Miao等人的“Motionless phase stepping in x-ray phase contrast imaging with acompact source(PNAS 110(48)，19268，2012年)”。
然而，申请人已经观察到，例如，这些方法和其他方法对于环境变化不是很鲁棒。
发明内容
因此，在本领域中可能需要替代的图像处理方法或相关的系统。
本发明的目标通过独立权利要求的主题得以解决，其中，在从属权利要求中并入另外的实施例。
应当注意，以下描述的本发明的各方面等同地应用于图像处理方法、图像处理装置、计算机程序产品以及计算机可读介质。
根据本发明的第一方面，提供了一种信号处理系统，包括：
-输入端口，其用于接收从由X射线探测器采集的信号导出的干涉投影数据，所述信号是由X射线辐射在所述X射线辐射与干涉仪和要被成像的目标相互作用之后引起的，所述干涉仪具有参考相位；
-重建器，其被配置为重建所述目标的一个或多个物理性质的空间分布的一幅或多幅图像，所述重建器被配置为通过调整多个拟合变量来将所述干涉投影数据拟合到信号模型，所述拟合变量包括i)针对所述一幅或多幅图像的一个或多个成像变量，以及ii)除了所述一个或多个成像变量之外的针对所述参考相位的波动的专用相位变量；以及
-输出端口，其用于输出所述一幅或多幅图像。
本文中主要感兴趣的物理性质是衰减、折射和小角度散射。已经发现后者与被成像的目标中的微观结构有关。
根据一个实施例，所述投影数据是例如在CT或断层合成中已经从不同投影方向采集的。
参考相位的波动或“偏移”能够在空间上和/或时间上进行建模。
具体地，根据一个实施例，所述参考相位波动通过所述相位变量被建模为与所述不同投影方向无关的恒定偏移。
根据一个实施例，所述参考相位波动通过所述相位变量被建模为依赖于所述不同投影方向的非恒定偏移。
根据一个实施例，所述参考相位波动通过所述相位变量被建模为依赖于所述X射线探测器的探测器元件的位置。换言之，所述参考相位波动通过所述相位变量被建模为跨所述探测器的探测器元件而变化。
根据一个实施例，所述探测器元件是单个探测器像素或像素的组，例如，探测器模块。换言之，所述波动被建模为依赖于像素位置，因此能够跨探测器从像素到像素变化(但不一定在所有像素上)。替代地，只有像素组依赖关系。换言之，相位变量依赖于像素组位置而不是个体像素位置。一个像素组可以是例如是探测器模块中各自的一个。在一个实施例中，每个探测器模块或一些探测器模块或全部探测器模块内的偏移是恒定的，但是可能从探测器组到探测器组不同。
根据一个实施例，作为对空间依赖性的替代或补充，所述相位变量还包括时间依赖性以对所述波动随时间的变化进行建模。
总之，本文中提出的是一种用于基于干涉仪(例如，光栅)的(差分)相衬成像和/或基于干涉仪(例如，光栅)的暗场成像的数据采集和图像重建的鲁棒的概念。鲁棒性是通过在采集期间对条纹漂移进行数学建模并通过在重建期间同时拟合成像变量和模型参数来实现的。更好的鲁棒性有助于减少图像伪影。
尤其地，申请人已经利用所提出的方法观察到鲁棒性的增加。尤其地，所提出的方法对引起参考相位变化的条纹相位的漂移或振动引发的变化较不敏感。所提出的系统能够考虑的正是由机械(均匀或热)影响引起的这些波动。能够降低空气扫描(校准测量)与目标扫描之间对条纹图案的高重现性的要求。作为所提出的方法的结果，可以需要更少的空气扫描，这是因为已经观察到所提出的系统(在迭代重建期间)考虑或者甚至校正错误或不准确的校准数据。
本发明允许在(差分)相衬成像以及暗场成像中的有用应用。更具体地，本发明允许在诸如医院的临床环境中的有用应用。亦即，本发明非常适合用于在诸如计算机断层摄影(CT)的成像模态中用于患者的医学检查的应用。另外，本发明允许在工业环境中的有用应用。更具体地，本发明非常适合用于在无损检测(例如，关于生物样本以及非生物样本的组成、结构和/或质量的分析)以及安全扫描(例如，机场上的行李扫描)中的应用。
附图说明
现在将参考下文描述的范例并结合附图来解释本发明的特定方面，其中，相同部分以相同方式来指定。
图1示出了成像装置的框图；
图2示出了图像处理方法的流程图；并且
图3示出了通过所提出的方法获得的示范性影像与传统影像的比较。
具体实施方式
参考图1，示出了成像装置100的示意性框图。广义地说，该成像装置包括：包括干涉仪装置IF的X射线成像装置(“成像器”)IX。
干涉仪装置IF包括被布置在X射线源XR与探测器D之间的一个或两个光栅。在X射线源与探测器之间以及至少两个光栅之间存在检查区域。
成像或检查区域适合用于接收要被成像的目标OB。该目标是有生命的或无生命的。有生命的目标包括例如要被成像的动物或人类患者或其至少一部分(感兴趣区域)。
从X射线源XR的焦斑发出的X射线辐射与干涉仪IF的光栅以及目标相互作用，并且然后入射到由多个探测器像素形成的探测器D的辐射敏感表面上。入射辐射引起由数据采集单元DAS拾取的并被转换成数字投影数据的电信号。由于与干涉仪IF的相互作用(在下文中对其进行进一步的描述)，因此该投影数据在本文中被称为干涉投影数据。
干涉投影数据然后以将在下面通过信号处理(子)系统SPS更详细地描述的方式被处理以产生输出图像，该输出图像然后能够被存储在数据库上和/或能够被绘制用于在监视器MT上察看或者能够以其他方式进行图像处理。
信号处理子系统SPS可以作为工作站WS上的软件例程运行。其上安装有信号处理子系统SPS的工作站WS可以被布置为在无线或有线网络中接收来自成像器IX的投影数据。投影数据可以在由成像器提供时被接收，或者投影数据可以在稍后从数据库的存储器中被接收。工作站可能不一定与成像器IX相关联，这是因为所提出的信号处理子系统SPS可以在基本上任何通用计算设备上运行，并且投影数据能够例如通过经由USB(通用串行总线)的存储器软件狗或通过任何其他合适的接口被提供给成像器IX。
优选地，成像器IX被布置为断层摄影成像装置，其光轴被示为在从X射线源的焦点到探测器延伸的水平布置中。能够改变该轴，以便从目标周围的多个投影方向采集投影数据(不一定是完整的旋转，180°的旋转可能是足够的，或者在断层合成中更小等)。目标OB被认为驻留于检查区域的等中心处，而至少X射线源(在一些实施例中与探测器一起)以及干涉仪中的一些或全部在投影数据采集操作中围绕目标旋转。投影数据能够通过信号处理子系统SPS被处理(更具体地，能够被重建)成横截面图像，该横截面图像揭示目标OB的内部。通过将目标推进通过检查区域，能够获得能够被组合在一起以形成目标的3D图像体积的多个横截面图像。
成像器IX能够产生相衬和/或暗场(横截面)图像。在一些实施例中，但并非必须在所有实施例中，还存在针对常规衰减(横截面)图像的第三图像通道。衰减图像表示各自的截面平面中的目标上的衰减系数的空间分布，而相衬和暗视野图像分别表示目标的折射活动的空间分布和(由目标中的微结构引起的)小角度散射。这些图像中的每幅都可能针对当前的诊断任务具有诊断价值。
通过对干涉仪IF的操作来实现针对相衬和/或暗场信号的成像能力。干涉仪IF在一个实施例中包括在相对于彼此的特定距离处布置的两个光栅G1(有时被称为相位光栅)和G2(有时被称为分析器光栅)。优选地，G2是吸收器光栅，而G1是相位光栅或吸收器光栅。在一个实施例中，两个光栅被布置为沿着光轴观察在检查区域(尤其是目标OB)的下游，使得在成像期间两个光栅位于目标与探测器之间。在该布置中的检查区域然后处于X射线源与由两个光栅G1和G2形成的光栅组之间。在另一实施例中，沿着光轴观察，两个光栅位于检查区域(尤其是目标OB)的相对侧上。
在X射线辐射为不相干的情况下，在X射线源XR的焦斑与目标之间布置有源光栅G0以增加发出的辐射的相干性。所描述的干涉仪设置是那些允许Talbot架构的干涉仪设置。根据己经在其他地方描述的Talbot-Lau设置专门调整G0与G1之间的距离以及G1与G2之间的距离。G0与G1之间的距离以及G1与G2之间的距离必须被精细地调谐以适配Talbot距离的要求，Talbot距离继而是各自的光栅的“节距”(亦即，光栅刻线的空间周期)的函数。作为上述干涉仪的替代方案，本文中还设想到相反的光栅几何形状，其中两个干涉仪光栅(G1)中的一个被定位在源光栅G0与检查区域之间，而另一个(G2)在检查区域与探测器之间。换言之，检查区域被夹在干涉仪IF之间。
无论使用的光栅几何形状如何，假设在检查区域中不存在目标OB，相干辐射出现在G0的远侧，与干涉仪G1、G2相互作用以产生干涉图案fp，具体地，能够在探测器D处检测到摩尔图案的条纹。为了实现该图案，干涉仪的两个光栅稍微失谐(例如通过使两个光栅G1、G2相对于彼此略微倾斜)。该摩尔图案fp(在本文中我们将其称为“参考干涉图案”fp)具有某个固定的参考相位、参考可见度和强度，它们全部都由参考干涉图案fp编码。参考图案纯粹是干涉仪存在的结果(对于给定的辐射密度)。从这个意义上说，这些量(尤其是参考相位)是这样的干涉仪的性质，并且因此不会滥用语言来说干涉仪“具有”所述参考相位，所述参考强度和所述参考可见度。
现在，如果要被成像的目标被引入检查区域，则该目标将与其现在所暴露的相干辐射相互作用，换言之，相干辐射将被部分地吸收，折射和散射。这种目标相互作用的结果是又一种干涉图案，它不同于在探测器D处将观察到的参考图案。由目标OB的存在引起的干涉图案能够被理解为当在检查区域中不存在目标时的参考图案的扰动版本。通常在被称为“空气扫描”的校准测量中采集参考干涉图案fp的参考数据。然后，当要被成像的目标出现在检查区域中时，然后在第二次扫描中采集实际的目标测量结果。对参考图案进行采样的一种方式是在X射线暴露期间并针对扫描器IX的光轴的任何给定位置引起干涉仪与目标之间的样本运动和/或X射线辐射。以这种方式，其采集的干涉投影数据然后能够被处理，如下面将更详细解释的，以提取所寻求的衰减，相衬和/或暗场的图像。更具体地，例如能够通过焦斑扫掠或“相位步进”技术来引入该相对样本运动，其中光栅G1或G2或G0中的一个相对于另一个移动。在替代实施例中，能够通过在邻近像素上进行采样来对干涉图案进行采样，因此在这些实施例中不需要采样运动。任何这些采样或干涉图案数据收集的结果是，对于每个投影方向i，每个探测器像素j采集一系列测量结果。在先前的方法中，该干涉仪数据必须在通常被称为“相位检索算法”中被单独地处理，以通过计算方式提取针对三个通道(相衬、衰减和暗场成像)中的每个的投影数据，并且然后通过合适的重建算法(例如，滤波反投影)FBP或迭代重建以通常的方式重建如此提取的数据来得到针对通道中的每个的横截面图像。
与此极其背离的是，本文中提出了替代使用迭代重建算法，其消除了明确的相位检索步骤，直接且专门地对在探测器处测得的强度值进行操作，此外还包括对参考相位的波动进行建模。这是因为申请人已经观察到，相衬和暗场成像(特别是在计算机断层摄影的背景中)可能遭受由参考干涉图案的这种波动或变化(也被称为漂移)引起的严重伪影。在CT中尤其如此，在旋转期间发生屈曲和引起这些波动的其他机械变化。而且，已经确定热膨胀或收缩会引起这些波动。因此本文中提出不仅将针对三个图像通道的拟合变量包括到共同的重建问题中，而且另外还要包括考虑参考相位的波动的专用拟合变量以减少所提及的那些伪影。事实上，如果由参考相位波动引起的影响被不正确地归因于针对三个通道的其他三个拟合变量，则能够认为重建影像中出现这些伪影。本文所提出的采用可以补救或至少减少伪影，这是因为对针对参考相位的波动的这个专用变量的明智放置(置于更下方的物品上)防止了将该效应错误归因于其他变量(吸收、折射或小角度散射)。换言之，申请人提出通过在直接重建算法中引入所述波动变量来增加拟合变量的“池”，以特别实现在伪影减少的相衬和/或暗场横截面图像。
广义地说，对于由所提出的信号处理部件SPS实施的重建方案，例如能够使用由A.Ritter等人在“Simultaneous maximum-likelihood reconstruction for X-raygrating based phase-contrast tomography avoid intermediate phase retrieval”(可在线访问，请访问arXiv:1307.7912[physics.med-ph]，依据2013年7月30日的版本)。然而，本领域技术人员将会理解，Ritter等人仅仅提供了可能的重建设置的示例，其中能够实践所提出的系统和方法，并且在本文中排除其他设置。
在Ritter等人的和类似的迭代重建方法中，构建问题被构想为关于代价函数或目标函数的优化问题。代价函数和目标函数由记录实际测量的干涉投影数据的数据项组成，并且其被与正向信号模型比较。另外，在一些实施例中，使用惩罚项或正则化项在空间或时间上强制某些平滑性质，或者并入关于未知项的其他先验信息以进行重建。
总之，如在本文中提出的信号处理系统包括输入端口IN，该输入端口IN用于接收从在探测器D处检测到的信号转换的干涉投影数据。然后将该数据馈送到重建器RECON中，所述重建器RECON基于以上描绘的目标函数运行迭代重建方案，以通过将针对这些图像的变量拟合到信号模型来在一次或多次迭代中产生所寻求的图像。如以上所简述的，除了针对三个通道的图像拟合变量之外，这些拟合变量还包括针对参考相位波动的专用拟合变量。然后在输出端口OUT处输出重建影像，并且然后能够根据需要存储或查看或以其他方式处理重建影像。
现在参考图2中的流程图来更详细地解释所提出的重建器RECON的操作。
在步骤S210处，接收针对每个投影方向的干涉投影数据。
在步骤S220处，然后基于对代价函数的优化来执行重建算法。更具体地，直接基于测得的强度将重建构想为最小化问题。再更具体地，线性衰减系数μ(衰减图像)、电子密度δ图像(其对应于相衬图像，高达比例因子)以及散射系数ε(暗场图像)的重建是通过使代价函数Δ2最小化而获得的：
其中，i对所有的投影角度进行索引(或者更一般地，i是一个读出指标)并且j对探测器的所有像素进行索引。J指代具有统计方差σ的测量强度并且I指代根据针对测量密度的以下正向信号模型的正向计算的强度：
其中，和将在“空白”或空气扫描中获得的参考数据分别指代为：针对在读出i处的像素j的强度、空白可见度和参考相位(亦即，摩尔参考条纹图案的相位)，Lij指代连接在投影角度/读出i处的源与在读出i处的探测器像素j的线，并且μ、δ、ε指代要被拟合到测得的干涉强度投影数据J的成像变量。如在本文中所使用的术语“读出i”指示在不同的投影角度处收集的测量结果，但是也指示针对相同投影方向在不同时间收集的测量结果。
该模型还包括针对干涉仪IF的参考相位变化的额外的拟合变量ψ，或者换言之，针对在X射线束中不存在目标OB时由干涉仪引起的参考干涉图案的额外的拟合变量ψ。偏导数是在垂直于光栅方向的方向(亦即，垂直于光栅平面的法线)上求取的。在本文中也设想到(1a)和(2)处的上述公式的所有数学等价形式。而且，本文中也设想到用正则化项或惩罚性项对(1a)的扩展。
还需要注意，根据(1a)的代价函数的公式具有最小二乘问题的结构，其是假定针对测量的潜在的高斯密度的结果。然而，这可能不是必须的，并且具有以下形式的(1a)的更一般结构：
也在本文中被设想到，其中，Λ是表示被认为主导测量过程的统计学假设的函数。尤其地，除了高斯之外的统计模型(例如，泊松)也在本文中被设想到。
申请人观察到，基于上述最小化问题的重建有助于避免或减少例如在滑动窗口技术中基于专用相位恢复的重建所生成的角度模糊。而且，申请人已经发现，不仅空白扫描干涉仪相位(条纹图案的相位)在采集期间漂移或波动，而且该相位参考波动关于伪影表达是关键的(如果不是最关键的话)参数。干涉仪IF的参考相位波动在本文中通过建立根据(2)的经验正向模型来解决，其包括专用拟合变量ψ以用于由漂移引起的空白扫描相位的可能波动模式。
在一个实施例中，根据(2)假设对于所有的探测器像素和读出j来说恒定的相位偏移ψ。亦即，针对所有像素和所有读出j都使用相同的值。然而，在本文中也设想到空间或时间建模细化。
例如，偏移建模可以在一些实施例中通过仍然假定对于所有探测器像素都具有相同的偏移而现在依赖于读出i而被细化。注意，这能够通过在(2)中使用ψi代替ψ来指示。具体地，该依赖性允许对从投影角度到投影角度的偏移的变化进行建模。这能够通过再对读出i的两个维度上(亦即，在投影方向和收集发生的时间上)的波动进行建模来进一步扩展。
当然，这带来了计算代价，这是因为与恒定偏移量的情况相比，要拟合的变量的数量现在增加了。
1个未知波动偏移作为变量被并入到代价函数中。更具体地，如上面在(2)处能够看到的，正向信号模型的架构包括考虑衰减的第一指数因子。括号中的表达(1+…)包括考虑可见性变化的项。另外，还有另外的正弦项因子，其考虑来自折射的贡献。参考相位波动在所述正弦项的自变量中被建模为附加项ψ。将一个或多个相位波动变量ψ添加到实验空白扫描参考相位以将相位变化建模为空白扫描的附加扰动所述附加项允许对由干涉仪的不完美造成的变化进行建模，所述干涉仪的不完美是由于响应于热变化的机械变形造成的，或者仅仅是在CT扫描期间在干涉仪的旋转期间由于重力的作用而造成的。这些机械效应将可能改变两个光栅的相互取向，并因此扰动前面提到的“失谐”以建立合适的摩尔图案(具有足够长度的周期)。
应当理解，本文中设想到上述等式(2)的任何数学等价形式，其特别包括其数值近似。例如，本领域技术人员将会理解，正弦表达式可以通过合适的多项式(泰勒级数展开)等被近似地代替。
尽管恒定的相位偏移或者如以上所讨论的随着读出i变化的相位偏移似乎是用于考虑某些设置中的漂移足够准确的模型，但是对于具有以高的rpm旋转的机架的较大的系统来说其可能太简单。因此，在本文中提出，作为进一步的空间建模细化，并且在替代实施例中，利用对j的依赖性来对参考相位偏移进行建模，亦即，现在存在跨像素位置的依赖性。在表示上，该建模方法是通过在(2)中使用ψj来代替ψ来指示的。该波动建模能够通过跨探测器像素j的多项式(n≥1的阶数的)来实施。多项式以外的模型也是可能的。
如果探测器是由不同的模块构建的，那么针对偏移建模的像素与像素之间的变化的细微粗化是要仅根据探测器模块的位置来改变偏移。探测器模块偏移依赖性可以通过选取跨探测器模块的多项式变化来实施。再次地，多项式以外的模型也是可能的。
下面将描述上述正向模型实施例的另外的变型。作为针对偏移的上述空间和/或时间依赖性的组合，还设想到(2)的以下细化，现在允许针对每个像素j和每个读出i的自由漂移参数：
然而，根据(3)的这些许多自由度可能要求某种形式的正则化。因此，在一个实施例中，设想到将以下正则化项添加到代价函数中：
以强制空间平滑，其中，ps是对波动参数ψ之间的差进行操作的势函数，其中，Nj指代与具有指标j的像素的空间邻域中的像素有关的指标的集合。在一个示范性实施例中，ps是自变量的平方或绝对值。邻域Nj可以表示将探测器表面平铺到不同的探测器模块中。而且，ps本身也可能随着邻域Nj而变化。
代替或除了根据(4)将偏移的空间依赖性正则化之外，在一些实施例中，本文中设想到时间正则化以便考虑时间上的相位漂移，以强制相位漂移建模的时间平滑性。时间变化能够通过例如应用随时间的相位漂移的明确的(例如，多项式)模型来实现，或者可能期望在重建的相位漂移上添加平滑性约束。例如，在一个实施例中，引入具有该结构的时间正则化项：
再次，pt是势函数，并且这里依据读出指数i的时间上邻近的相位漂移之间的差异被惩罚。
返回参考空间平滑性，如果建立了针对由漂移引起的相位的空间变化的参数模型，也能够实现这一点。例如，由于漂移引起的相移可以通过具有未知系数的多项式来针对每个投影i建模。在这种情况下，通过对针对每个读数i的系数ai0、ai1、ai2、…进行拟合来“间接地”对相位ψij进行拟合。再次，时间平滑性约束能够通过在以下形式的系数上加上一个惩罚来施加：
其中，指标c遍及所有系数。
在步骤S230处，输出单独一个、选择的两个或者所有重建的图像μ、δ、ε。能够在迭代期间在某个步骤或每个步骤处发生输出或者在迭代结束时发生输出。在一个实施例中，输出可以包括将相衬图像转换成电子密度图像，或者反之亦然。
本文中描述的处理概念的另外的优点在于，该方法能够容易地处理条纹图案的扭曲，并且其自动考虑了相位步进中的不准确性(例如，步进增量中的不准确性)。
上述优化问题(1)能够通过任何合适的数值技术来解决，例如，最大似然法、共轭梯度、Newton-Raphson等。
应当指出，本文中所使用的“优化”可能不一定意指优化得到全局最优，而是替代地可能返回局部最优。而且，依赖于CPU时间和其他考虑因素，在达到局部或全局最大值之前中止迭代可能是适当的，例如，如果相继的迭代结果之间的差异下降到给定的中止阈值以下。
尽管在上述实施例中使用专用的第二光栅(G2)作为分析器光栅来形成干涉仪，但是不一定在所有实施例中都如此。例如，(分析器)光栅G2功能也能够被集成到探测器D本身中。更重要的是，光栅功能能够由探测器本身通过像素几何结构(尤其是像素之间的相互间隔)的公正布置而被相应地完全取代。
现在参考图3，其中再现了实验影像，示出了所提出的重建方案的有效性。
图3中的窗格A示出了没有相位漂移拟合的重建。在右侧，窗格B示出了包括如在本文中提出的相位漂移拟合的重建。能够意识到，根据窗格B的体模的重建更平滑且示出更少的伪影。
图3的窗格C示出的正弦图数据的特征在于，从投影到投影的被偏移一个像素的每个投影(水平方向)内的高频条纹图案。
窗格D示出了根据所提出的相衬或电子密度图像δ(相位收缩图像)的方法的重建，并且在窗格E中为重建的衰减图像μ。
该影像展示了所提出的方法对没有任何网格移动的采集减轻条纹相位的漂移的有效性。对于根据以上窗格C-E的成像器，焦斑扫掠通过所谓的打字机方法来模拟，其中目标在两个相继的投影之间被平移一像素尺寸。
如以上所提及的，所提出的信号处理系统可以作为工作站上的软件例程而运行。在其他实施例中，所提出的SPS系统可以被实施为专用芯片中的硬件，例如通过适当地编程为FPGA。也设想到硬连线芯片的实施方式。芯片可以被集成在工作站的视频或图形硬件中，或者也可以被集成为DAS的处理级等。
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，其适于在合适的系统上执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。
另外，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。
根据本发明的另外的示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，尤其是非瞬态存储介质，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、公开内容以及从属权利要求，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 (13)

1.一种信号处理系统(SPS)，包括：
-输入端口(IN)，其用于接收从由X射线探测器(D)采集的信号导出的干涉投影数据，所述信号是由X射线辐射在所述X射线辐射与干涉仪和要被成像的目标(OB)相互作用之后的引起的，所述干涉仪(IF)具有参考相位；
-重建器(RECON)，其被配置为重建所述目标(OB)的一个或多个物理性质的空间分布的一幅或多幅图像，所述重建器被配置为通过调整多个拟合变量来将所述干涉投影数据拟合到信号模型，所述拟合变量包括i)针对所述一幅或多幅图像的一个或多个成像变量，以及ii)除了所述一个或多个成像变量之外的针对所述参考相位的波动的专用相位变量(ψ)；以及
-输出端口(OUT)，其用于输出所述一幅或多幅图像。
2.根据权利要求1所述的信号处理系统，其中，所述投影数据是己经从不同投影方向采集的。
3.根据权利要求2所述的信号处理系统，其中，所述参考相位波动通过所述相位变量(ψ)被建模为与所述不同投影方向无关的恒定偏移。
4.根据权利要求2所述的信号处理系统，其中，所述参考相位波动通过所述相位变量(ψ)被建模为依赖于所述不同投影方向的非恒定偏移。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的信号处理系统，其中，所述参考相位波动通过所述相位变量(ψ)被建模为依赖于所述X射线探测器的探测器元件的位置。
6.根据权利要求5所述的信号处理系统，其中，所述探测器元件是单个探测器像素或探测器像素的组。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的信号处理系统，其中，所述相位变量(ψ)包括时间依赖性以对所述波动随时间的变化进行建模。
8.一种成像装置(100)，包括：
-根据前述权利要求1-7中的任一项所述的信号处理系统(SPS)；以及
-X射线成像器(XI)，其包括干涉仪(IF)和用于提供投影数据的X射线探测器(D)。
9.一种信号处理方法，包括以下步骤：
-接收(S210)从由探测器(D)采集的信号导出的干涉投影数据，所述信号是由辐射在所述辐射与干涉仪和要被成像的目标(OB)相互作用之后引起的，所述干涉仪(IF)具有参考相位；
-重建所述目标的一个或多个物理性质的空间分布的一幅或多幅图像(S220)，所述重建器被配置为通过调整多个拟合变量来将所述干涉投影数据拟合到信号模型，所述拟合变量包括i)针对所述一幅或多幅图像的一个或多个成像变量，以及ii)除了所述一个或多个成像变量之外的针对所述参考相位的波动的专用相位变量(ψ)；并且
-输出(S230)所述一幅或多幅图像。
10.根据前述权利要求1-8中的任一项所述的系统或者根据权利要求9所述的方法，其中，所述物理性质包括以下中的任何一项或多项：i)衰减、ii)折射或电子密度分布，或者iii)小角度散射。
11.一种成像装置(100)，包括：具有干涉仪(IF)的X射线成像器(IX)以及根据权利要求1-7中的任一项所述的系统。
12.一种用于控制根据权利要求1-7中的任一项所述的系统的计算机程序单元，所述计算机程序单元当被处理单元(WS)运行时适于执行根据权利要求9-10中的任一项所述的方法的步骤。
13.一种计算机可读介质，其具有被存储在其上的根据权利要求12所述的程序单元。
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