CN110520049A - 用于暗场x射线成像的灵敏度优化患者定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像。为了改进图像的质量，提供了一种用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统(10)，所述基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像用于通过辐照患者对患者进行成像。所述系统包括：源单元(12)、探测单元(14)以及具有患者邻接表面(18)的患者支撑单元(16)。源单元(12)和探测单元(14)沿光轴(13)布置，并且患者支撑单元(16)布置在其间。此外，沿着光轴(13)在源单元(12)与患者邻接表面(18)之间的邻接距离(dA)是能调整的。邻接距离(dA)和基于邻接距离(dA)的实际灵敏度被考虑用于成像，使得能够实现以患者特异性方式进行灵敏度与视场之间的权衡，例如最佳权衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统，以及一种用于捕获暗场和/或相衬X射线图像的方法。
背景技术
标准X射线成像技术依赖于由于在穿过要辐照的对象时对象的衰减的X射线射束的强度的降低，其可以在X射线探测器的帮助下进行测量。通过使用干涉测量法，例如通过使用在射束中具有三个光栅的Talbot-Lau型干涉仪，两个额外的物理效应产生可以用于成像的对比。相衬X射线成像使用关于由于穿过对象的X射线射束的折射的相位的变化的信息，以便产生图像数据。暗场对比X射线成像使用有关小角度散射的信息。暗场和/或相衬X射线成像可以利用反向几何结构来进行。然而，已经示出在系统的灵敏度和所实现的视场之间存在权衡。
发明内容
能够需要改进利用用于基于光栅的暗场X射线相衬成像的射线照相系统捕获的图像的质量。
通过独立权利要求的主题解决了本发明的目的，其中，另外的实施例并入在从属权利要求中。应当注意，本发明的以下描述的方面也适用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统，以及用于捕获暗场和/或相衬X射线图像的方法。
根据本发明，提供了一种用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统。用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统包括：源单元、探测单元以及具有患者邻接表面的患者支撑物。源单元和探测单元沿光轴布置，并且患者支撑物布置在其间。沿光轴在源单元与患者邻接表面之间的邻接距离是能调整的。所述邻接距离和基于所述邻接距离的实际灵敏度被考虑用于成像，使得能够实现以患者特异性方式进行灵敏度与视场之间的权衡。
作为效果，避免了对要辐照的对象(即患者)内的小角度散射的高灵敏度，因为患者可以以调整的方式定位。更靠近辐射源单元的定位增加了放大率，并且因此减小了视场。高灵敏度被提供，因为其产生更好的对比-噪声比，这通常有助于诊断。因此，改进了图像质量。
在另一范例中，提供了一种用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统。用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统包括：源单元、探测单元以及具有患者邻接表面的患者支撑物。源单元和探测单元沿光轴布置，并且患者支撑物布置在其间。沿光轴在源单元与患者邻接表面之间的邻接距离是能调整的。
源单元与患者邻接表面之间的距离也可以称为邻接距离dA。
基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像技术需要将三个光栅插入到射束中，或者当光源提供相干X射线时将至少两个光栅插入到射束中。
在范例中，源单元包括第一光栅G0和被提供在第一光栅下游的第二光栅G1，并且探测单元包括第三光栅G2。最大灵敏度当患者被定位在G1时达到，并且在G2处线性下降到0。
患者支撑单元的可移动性涉及患者支撑单元的重新定位。重新定位也可以称为移位。
根据范例，源单元包括第一光栅G0和第二光栅G1，并且探测单元包括第三光栅G2；用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统利用反向几何结构，其中，第一光栅G0与第二光栅G1之间的距离小于第二光栅G1与第三光栅G2之间的距离。
术语反向几何结构涉及一种配置，其中，G0与G1之间的距离小于G1与G2之间的距离，并且对象(即患者)放置在第二和第三光栅之间。
根据范例，用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统利用对称几何结构，其中，G0与G1之间的距离与G1与G2之间的距离相等。
在另一备选选项中，用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统利用所谓的直接几何结构，其中，G0与G1之间的距离大于G1与G2之间的距离。例如，患者被放置在第一与第二光栅之间。
在范例中，沿着光轴在源单元与患者邻接表面之间的邻接距离dA能够通过移动源单元来调整。
患者的接触表面沿光轴可以具有若干离散位置，例如大、中和小患者。
根据另一范例，用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统包括位置探测设备和图像生成单元。位置探测设备被配置为确定患者邻接表面的实际位置，并将实际位置馈送到图像生成单元中；并且图像生成单元使用实际位置来生成图像。
图像的数据的生成在考虑实际灵敏度的情况下生成图像。沿着光轴在源单元与探测单元之间提供患者支撑物，使得实现以患者特异性方式进行灵敏度与视场之间的最佳权衡。
根据范例，用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统包括用于指示视场的指示单元。
根据另一范例，位置探测设备被配置为确定源单元与患者邻接表面之间的邻接距离dA。
根据范例，位置探测设备包括立体相机。所述立体相机被配置为确定源单元与患者邻接表面之间的邻接距离dA。
建议使用该基本技术来计算和设置最合适的(即，最大的)灵敏度，其将仍然允许对要辐照的整个对象成像。立体相机被配置为确定患者的大小并确定源与患者邻接表面之间的适当邻接距离dA。
根据另一范例，用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统被配置为确定要辐照的患者的几何形状。系统还被配置为基于几何形状确定视场，并且基于视场确定源单元与患者邻接表面(即，要辐照的对象)之间的距离。源单元与患者邻接表面之间的距离也可以称为患者距离dP或对象距离dO。
在范例中，立体相机与人体胸腔的解剖模型一起使用以估计中肺平面到接触表面的距离。
根据另一范例，该系统支持至少两种采集模式，一种具有大视场和低暗场灵敏度(底部表面靠近探测器)，一种具有小视场和高暗场灵敏度(表面更远离探测器)。
根据本发明，还提供了一种用于通过使用根据前述范例之一的射线照相系统捕获暗场和/或相衬X射线图像的方法。所述方法包括以下步骤：
a)调整沿着光轴在患者邻接表面与源单元之间的邻接距离dA；
b)将患者邻接表面暂时固定在第一位置中；
c)辐照要辐照的患者；以及
d)捕获暗场和/或相衬X射线图像。
根据范例，对沿光轴在患者邻接表面与源单元之间的邻接距离dA的调整的步骤a)包括以下子步骤：
a1)将要辐照的患者定位在源单元与患者邻接表面之间；
a2)确定源单元与患者邻接表面之间的实际位置，直到视场对应于感兴趣区域，其中，目标距离dT用于调整邻接距离；
a3)将源单元与患者邻接表面之间的实际位置馈送到图像生成单元，其中，图像生成单元适于在考虑基于源单元与要辐照的患者之间的实际位置的实际敏感度的情况下生成图像。
根据本发明，提供了一种计算机程序单元，用于控制用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统，所述计算机程序单元当由处理单元运行时，适于执行用于捕获暗场和/或相衬X射线图像的方法步骤。
本发明涉及一种用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的沿光轴定位患者的系统和方法。患者被定位为紧邻源单元或探测单元。指示单元用其光锥辐照视场。在下一步骤中，移动患者直到视场与感兴趣区域对应。源单元与患者之间的距离dT被考虑以生成具有在系统的灵敏度与视场之间的最佳权衡的图像。
本发明的这些和其它方面将根据下文描述的实施例变得显而易见，并且将参考下文描述的实施例得到阐述。
附图说明
下面将参考以下附图描述本发明的示范性实施例：
图1示出了用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统的示意性视图；
图2示出了在两个不同位置中布置在射线照相系统中的患者的示意性视图；
图3示出了感兴趣区域的视场的示意性视图；
图4a、4b和4c示出了沿光轴的灵敏度和视场的分布；并且
图5示出了用于捕获暗场和/或相衬X射线图像的方法的范例。
具体实施方式
图1示出了用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统10。用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统10包括源单元12、具有患者邻接表面18的探测单元14。源单元12和探测单元14沿着光轴13布置，并且具有患者邻接表面18的患者支撑单元16布置在其间。患者支撑单元可移动地布置为沿光轴13被暂时固定在至少两个不同的位置。用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统10还可以包括位置探测设备20和图像生成单元22。位置探测设备20被配置为确定患者邻接表面18的实际位置，并将实际位置馈送到图像生成单元22中，并且图像生成单元22使用实际位置来生成图像。
图2a和图2b示出了紧邻患者邻接表面18站立的患者的两个不同位置。在图2a中，与图2b中的视场26相比，患者与探测单元14之间的距离较小，并且因此增加了视场26。
根据范例，沿着光轴13在源单元12与患者邻接表面18之间的邻接距离dA能够以离散的方式调整。
在范例中，沿着光轴13在源单元12与患者邻接表面18之间的邻接距离dA沿着光轴13分开在若干离散位置中，例如，大、中和小患者。
在范例中，离散位置包括1cm的步。在另一范例中，离散位置包括1cm至5cm的步。
根据另一范例，沿着光轴13在源单元12与患者邻接表面18之间的邻接距离dA能够以连续的方式调整。
根据范例，用于患者的患者邻接表面18沿着光轴13在最小位置与最大位置之间连续移动。
图3示出了患者的胸部的视场26。经由指示单元24指示视场26。指示单元24可被配置为遮光板。遮光板指示要由X射线辐照的区域的边界。利用其锥形光，遮光板辐照视场。
术语视场也可以称为要检查的区域。
在范例中，指示单元是聚焦层定位射束。
要检查的区域也可以称为感兴趣的区域。
系统的灵敏度S和图像的视场根据源单元12到患者邻接表面18的距离dA具有相互依赖性。
图4a示出了从光栅G0开始沿光轴13的灵敏度S的分布，其中，0(零)的灵敏度S在线性基础上上升到光栅G1处的最大灵敏度。从光栅G1，灵敏度S线性地降低到光栅G2处的0。根据范例，光栅G0和光栅G1在源单元12中联合。
图4b示出了沿光轴D的灵敏度S的分布。灵敏度S在源单元12的辐射出口处(例如，管的X射线窗口)具有其最大值，并且在布置在探测单元14中的光栅G2处在线性基础上下降到0。
图4c示出了沿光轴D的视场26的分布。最小视场26为紧邻源单元12并且在线性基础上上升到紧邻探测单元14的最大值。
在未更详细示出的范例中，系统支持至少两种采集模式，一种具有大视场和低暗场灵敏度(底部表面靠近探测器)，并且一种具有小视场和高暗场灵敏度(表面更远离探测器)。
图5示出了用于捕获暗场和/或相衬X射线图像的方法100，包括以下步骤：
在也称为步骤a)的第一步骤102中，沿着光轴调整在患者邻接表面与源单元之间的邻接距离dA。
在也称为步骤b)的第二步骤104中，患者邻接表面被暂时固定。
在也称为步骤c)的第三步骤106中，辐照要辐照的患者。
在也称为步骤d)的第四步骤108中，捕获暗场和/或相衬X射线图像。
在选项中，该方法以针对步骤a)的三个子步骤扩展：
在也称为步骤a1)的第一子步骤110中，要辐照的患者被定位于源单元与患者邻接表面之间。
在也称为步骤a2)的第二子步骤112中，确定在源单元与要辐照的对象之间的目标距离dT，直到视场对应于感兴趣区域，其中，目标距离dT用于调整距离。
在也称为步骤a3)的第三子步骤114中，源单元与要辐照对象之间的距离被馈送到图像生成单元，其中，图像生成单元适于在考虑基于源单元与要辐照的对象之间的距离的实际灵敏度S的情况下生成图像。
在范例中，定位以离散方式或连续方式来进行，其中，经由立体相机执行距离的调整。
根据范例，调整患者邻接表面与源单元之间的距离，直到视场对应于感兴趣区域。
术语“对应”也可以称为视场中感兴趣区域的最大比例。
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，其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。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器由此可以被装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和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，所述计算机程序单元由前面部分描述。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序可也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。
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中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，提供了一种用于使得计算机程序单元可用于下载的介质，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下面的描述中了解到，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由本申请公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单加和的协同效应。
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请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤，并且，词语“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，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不应被解释为对范围的限制。
Claims (15)
1.一种用于基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像的射线照相系统(10)，所述基于光栅的暗场和/或相衬X射线成像用于通过辐照患者对所述患者进行成像，所述系统包括：
源单元(12)；
探测单元(14)；以及
患者支撑单元(16)，其具有患者邻接表面(18)；
其中，所述源单元(12)和所述探测单元(14)沿着光轴(13)布置，并且所述患者支撑单元(16)被布置在所述源单元与所述探测单元之间；
其中，沿着所述光轴(13)在所述源单元(12)与所述患者邻接表面(18)之间的邻接距离(dA)是能够调整的；并且
其中，所述邻接距离(dA)和基于所述邻接距离(dA)的实际灵敏度被考虑用于成像，使得能够实现以患者特异性方式进行灵敏度与视场之间的权衡。
2.根据权利要求1所述的射线照相系统，其中，能够实现患者特异性方式的灵敏度与视场之间的最佳权衡。
3.根据权利要求1或2所述的射线照相系统，
其中，所述源单元包括第一光栅(G0)和第二光栅(G1)，并且所述探测单元包括第三光栅(G2)；并且
其中，反向几何结构被利用，在所述反向几何结构中所述第一光栅与所述第二光栅之间的距离小于所述第二光栅与所述第三光栅之间的距离。
4.根据权利要求1、2或3所述的射线照相系统，其中，沿着所述光轴(13)在所述源单元(12)与所述患者邻接表面(18)之间的所述邻接距离(dA)能够通过移动所述患者支撑物(16)来调整。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的射线照相系统，其中，沿着所述光轴(13)在所述源单元(12)与所述患者邻接表面(18)之间的所述邻接距离(dA)能够以离散方式来调整。
6.根据权利要求1至4中的一项所述的射线照相系统，其中，沿着所述光轴(13)在所述源单元(12)与所述患者邻接表面(18)之间的所述邻接距离(dA)能够以连续的方式来调整。
7.根据前述权利要求中的一项所述的射线照相系统，包括：
位置探测设备(20)；以及
图像生成单元(22)；
其中，所述位置探测设备(20)被配置为确定所述患者邻接表面(18)的实际位置，并且将所述实际位置馈送到所述图像生成单元(22)中；并且
其中，所述图像生成单元(22)使用实际位置来生成图像。
8.根据权利要求7所述的射线照相系统，其中，所述位置探测设备(20)包括用于指示视场(26)的指示单元(24)。
9.根据权利要求7或8所述的射线照相系统，其中，所述位置探测设备(20)被配置为确定所述源单元(12)与所述患者邻接表面(18)之间的所述邻接距离(dA)；并且
其中，优选地，所述位置探测设备(20)包括立体相机，其中，所述立体相机被配置为确定所述源单元(12)与所述患者邻接表面(18)之间的所述邻接距离(dA)。
10.根据权利要求1至6中的一项所述的射线照相系统，其中，所述系统(10)被配置为：确定要辐照的所述患者的几何形状，并且基于所述几何形状来确定所述视场(26)，并且基于所述视场(26)来确定在所述源单元(12)与所述患者邻接表面(18)之间的所述邻接距离(dA)。
11.根据前述权利要求中的一项所述的射线照相系统，其中，所述系统支持至少两种采集模式，一种采集模式具有大视场和低暗场灵敏度，并且一种采集模式具有小视场和高暗场灵敏度。
12.一种用于通过使用根据权利要求1至11中的一项所述的射线照相系统来捕获暗场和/或相衬X射线图像的方法(100)，所述方法包括以下步骤：
a)调整(102)沿光轴在所述患者邻接表面与所述源单元之间的邻接距离(dA)；
b)暂时固定(104)所述患者邻接表面；
c)对要辐照的患者进行辐照(106)；并且
d)捕获(108)暗场和/或相衬X射线图像。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，对于步骤a)，提供以下操作：
a1)将要辐照的患者定位(110)在源单元与患者邻接表面之间；
a2)确定(112)所述源单元与要辐照的所述患者之间的实际位置，直到视场对应于感兴趣区域，其中，目标距离(dT)用于调整所述邻接距离；并且
a3)将所述源单元与要辐照的所述患者之间的所述实际位置馈送(114)到图像生成单元，其中，所述图像生成单元适于在考虑基于所述源单元与要辐照的所述患者之间的所述实际位置的实际敏感度的情况下生成图像。
14.一种用于控制根据权利要求1至11中的一项所述的装置的计算机程序单元，所述计算机程序单元当由处理单元运行时适于执行根据权利要求12至13中的一项所述的方法的步骤。
15.一种存储有根据权利要求14所述的程序单元的计算机可读介质。
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