CN113543713A - 用于x射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的系统(10)。所述系统包括X射线源(20)、干涉仪装置(30)、X射线探测器(40)、控制单元(50)以及输出单元。第一轴线被限定为从所述X射线源的中心延伸到所述X射线探测器的中心。检查区域被定位在所述X射线源与所述X射线之间。所述第一轴线延伸穿过所述检查区域，并且所述检查区域被配置为实现要被检查的对象的位置。所述干涉仪装置被定位在所述X射线源与所述X射线探测器之间。所述干涉仪装置包括第一光栅(32)和第二光栅(34)。第二轴线被限定为垂直于关于所述第一光栅的中心和/或所述第二光栅的中心限定的平面。所述控制单元被配置为控制所述X射线源的移动和/或所述X射线探测器的移动以提供多个图像采集状态，其中，所述X射线源和所述X射线探测器被配置为能操作用于采集图像数据。针对所述多个图像采集状态中的每个图像采集状态，所述第一轴线以不同的角度延伸穿过所述检查区域。所述控制单元被配置为控制所述第一光栅在垂直于所述第二轴线的侧向位置方向上的移动或所述第二光栅在垂直于所述第二轴线的侧向位置方向上的移动。针对所述采集状态中的每个采集状态，所述第一光栅或所述第二光栅在多个侧向位置中的不同的侧向位置处。所述输出单元被配置为输出以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
Description
技术领域
本发明涉及用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的系统，用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的方法，以及计算机程序单元和计算机可读介质。
背景技术
X射线相衬和暗场成像是两种新的成像模态，它们已经显示出显著提高对软组织成像的诊断准确度的潜力。已经确认最有可能从这两种新的成像模态中受益的领域之一是胸部放射摄影。例如，已经表明X射线暗场信息可以显著帮助诊断诸如COPD或纤维化等肺部疾病。
为了采集这些新的成像模态，将两个或三个光栅干涉仪引入X射线束，这些光栅干涉仪通常被称为G0、G1和G2光栅。源光栅G0能够用于使来自源的辐射更加相干，但并不总是需要这样，而光栅G1和G2通常被称为相位光栅和分析器光栅。随后，两个光栅G1或G2中的一个光栅在多个步骤中相对于其他光栅垂直于光栅薄片移动(所谓的步进)，并且如果使用源光栅G0，则它能够是这个侧向步进的光栅。因此，针对每个新的光栅位置记录图像。通过比较在射束中有样本和没有样本的情况下采集的图像序列，允许计算三种成像信号：透射或衰减(常规的X射线图像)、相衬图像和暗场图像。至少要求序列中的三幅图像(步进曲线)来计算三个成像信号。然而，在实践中，会记录明显更多的图像以允许稳定的信号提取。
因此，对X射线暗场和相衬信息(被称为DAX)的采集依赖于对一系列具有不同光栅间位置的图像的采集。由于光栅的机械移动和探测器读出，这意味着采集时间比常规的胸部放射摄影要长。同时，结果得到的图像只是2D放射摄影，其通常遭受定量特征不足的问题。特别地，2D DAX的缺点是沿着系统的光轴线存在灵敏度梯度。因此，定量图像很难(如果不是不可能的话)获得。
需要解决这些问题。
发明内容
具有改进的采集暗场、相衬和衰减X射线图像数据的手段将是有利的。
本发明的目的通过独立权利要求的主题得以解决，其中，进一步的实施例被并入从属权利要求。应当指出，本发明的以下描述的方面和示例也适用于用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的系统，用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的方法，以及计算机程序单元和计算机可读介质。
在第一方面中，提供了一种用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的系统。所述系统包括：
X射线源；
干涉仪装置；
X射线探测器；
控制单元；以及
输出单元。
第一轴线被限定为从所述X射线源的中心延伸到所述X射线探测器的中心。检查区域被定位在所述X射线源与所述X射线之间。所述第一轴线延伸穿过所述检查区域，并且所述检查区域被配置为实现要被检查的对象的位置，或者具有由于系统的其他部分的相对位置而设定的尺寸而实现要被检查的对象的位置。所述干涉仪装置被定位在所述X射线源与所述X射线探测器之间。所述干涉仪装置包括第一光栅(32)和第二光栅(34)。第二轴线被限定为垂直于关于所述第一光栅的中心和/或所述第二光栅的中心限定的平面。所述控制单元被配置为控制所述X射线源的移动和/或所述X射线探测器的移动以提供多个图像采集状态，针对所述多个图像采集状态，所述X射线源和所述X射线探测器被配置为能操作用于采集图像数据。针对所述多个图像采集状态中的每个图像采集状态，所述第一轴线以不同的角度延伸穿过所述检查区域。所述控制单元被配置为控制所述第一光栅在垂直于所述第二轴线的侧向位置方向上的移动或所述第二光栅在垂直于所述第二轴线的侧向位置方向上的移动。针对所述采集状态中的每个采集状态，所述第一光栅或所述第二光栅在多个侧向位置中的不同的侧向位置处。所述输出单元被配置为输出以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
换句话说，X射线成像系统被提供有干涉测量装置，其中，第一光栅或第二光栅侧向步进，以便生成所要求的步进曲线，根据该步进曲线能够重建暗场、相衬和衰减图像数据，同时X射线源和探测器以断层合成式移动方式相对于彼此移动。该侧向移动垂直于轴线，该轴线垂直于在第一光栅或第二光栅的中心处的切线而延伸。因此，步进曲线数据是在穿过对象的位点的不同线处采集的，然后重建提供2.5D或3D暗场、相衬和衰减图像数据，而不是典型的2D数据。
而且，以这种方式，能够考虑对象的部分比其他部更靠近或更远离第二光栅而在常规的暗场和相衬成像中引起更高或更低的相衬或散射信号的效果。
基于这种图像采集，还能够合成比常规的放射摄影更具定量性的常规的放射摄影2D图像，因为在图像处理期间已经考虑到暗场信号的距离相关性这一事实。
与“常规的”断层合成采集相比，由于一开始就要求移动光栅，因此图像采集时间没有显著增加。患者也不会经受任何额外的辐射剂量。
应当理解，第一光栅能够是平坦的，并且第二光栅也能够是平坦的，因此与第一光栅有关的平面平行于平坦光栅的平面，并且与第二光栅有关的平面平行于平坦光栅的平面。这然后限定了当光栅中的一个光栅侧向平移时不会改变其方向的第二轴线。然而，光栅也能够是弯曲的，但是轴线能够被类似地限定并且不会随着光栅中的一个光栅侧向平移而改变其方向。例如，对于弯曲光栅，仍然能够限定相对于光栅的中心的平面，其中，例如如果光栅逐渐变平，则光栅将逐渐与该平面对齐。
在示例中，所述控制单元被配置为实施图像处理算法来处理针对所述多个图像采集状态的图像数据，以生成以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
在示例中，所述控制单元被配置为实施所述图像处理算法来处理针对所述多个图像采集状态的图像数据，以生成以下各项中的一项或多项：断层合成暗场图像数据、断层合成相衬图像数据，以及断层合成衰减图像数据。
在示例中，所述控制单元被配置为控制所述X射线源和所述X射线探测器的移动以提供所述多个图像采集状态，并且所述X射线源在与所述X射线探测器相反的方向上被移动以提供所述多个图像采集状态中的每个图像采集状态。
以这种方式，以这种方式运行的现有的断层合成系统能够被修改为包括DAX干涉测量装置，其中，组合断层合成DAX图像采集能够用于提供2.5D或3D暗场、相衬和衰减图像数据。
在示例中，所述控制单元被配置为控制所述干涉测量装置的移动，并且针对所述采集状态中的每个采集状态，所述干涉测量装置被移动而使得所述第二轴线与所述第一轴线之间的相对取向被维持。
因此，随着X射线探测器和X射线源移动而使得它们之间的轴线旋转或倾斜，干涉测量装置被全局移动以维持对齐，此外干涉仪的光栅中的一个光栅还同时被步进而作为DAX图像数据采集的部分。
在示例中，所述第二轴线被维持为平行于所述第一轴线进行定向。
在示例中，所述图像数据包括当在所述检查区域中不存在对象时针对所述多个采集状态的图像数据，并且包括当在所述检查区域中存在对象时针对所述多个采集状态的图像数据。
在示例中，在对在所述对象存在时针对所述多个采集状态的所述图像数据的采集期间，所述系统被配置为不移动所述对象。
在示例中，所述控制单元被配置为控制所述第二光栅在垂直于所述第二轴线的所述侧向位置方向上以逐步方式的移动。
在示例中，针对在第一次图像数据采集之后的每次图像数据采集，所述控制单元被配置为在所述侧向位置方向上将所述第二光栅步进到不同的侧向位置。
在示例中，所述控制单元被配置为控制所述第一光栅在垂直于所述第二轴线的所述侧向位置方向上以逐步方式的移动。
在示例中，针对在第一次图像数据采集之后的每次图像数据采集，所述控制单元被配置为在所述侧向位置方向上将所述第一光栅步进到不同的侧向位置。
在示例中，针对两个后续的图像采集状态，所述第一光栅或所述第二光栅在两个不同的侧向位置处。
因此，一种布置能够是针对穿过检查区域的每条角度视线，光栅被步进一次，从而使得能够使所有可移动的部件彼此成一直线的半连续运动。然而，针对每条角度视线，光栅能够被步进两次。
在第二方面中，提供了一种用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的方法，所述方法包括：
a)将X射线源相对于X射线探测器定向为限定从所述X射线源的中心延伸到所述X射线探测器的中心的第一轴线；
b)在所述X射线源与所述X射线之间定位检查区域，其中，所述第一轴线延伸穿过所述检查区域，并且其中，所述检查区域被配置为实现要被检查的对象的位置；
c)在所述X射线源与所述X射线探测器之间定位干涉仪装置，其中，所述干涉仪装置包括第一光栅和第二光栅，并且其中，第二轴线被限定为垂直于关于所述第一光栅的中心和/或所述第二光栅的中心限定的平面；
d)由控制单元控制所述X射线源的移动和/或所述X射线探测器的移动并且提供多个图像采集状态，针对所述多个图像采集状态，所述X射线源和所述X射线探测器能操作用于采集图像数据，并且其中，针对所述多个图像采集状态中的每个图像采集状态，所述第一轴线以不同的角度延伸穿过所述检查区域；
e)由所述控制单元控制所述第一光栅在垂直于所述第二轴线的侧向位置方向上的移动或所述第二光栅在垂直于所述第二轴线的侧向位置方向上的移动，并且针对所述采集状态中的每个采集状态，将所述第一光栅或所述第二光栅定位在多个侧向位置中的不同的侧向位置处；并且
h)由输出单元输出以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
根据另一方面，提供了一种控制如前所述的系统的计算机程序单元，如果所述计算机程序单元由处理单元运行，则所述计算机程序单元适于执行如前所述的方法的步骤。
根据另一方面，提供了一种存储有如前所述的计算机单元的计算机可读介质。
计算机程序单元能够例如是软件程序，但是也能够是FPGA、PLD或任何其他合适的数字器件。
有利的是，上述方面中的任一方面提供的益处等同地适用于所有其他方面，反之亦然。
参考下文描述的实施例，上述方面和示例将变得明显并且得到阐明。
附图说明
下面将参考以下附图来描述示例性实施例：
图1示出了用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的系统的示例的示意性设置；
图2示出了用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的方法；
图3示出了相衬、暗场和衰减成像系统的示例的示意性设置；
图4示出了由图3的成像系统获得的步进曲线数据；并且
图5示出了针对利用所描述的方法进行的相衬、暗场和衰减成像的真实情况(GT)数据和重建数据。
具体实施方式
图1示出了用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的系统10的示例。基本特征用实线示出，并且任选特征用虚线示出。该系统包括X光源20、干涉仪装置30、X射线探测器40、控制单元50和输出单元60。第一轴线被限定为从X射线源的中心延伸到X射线探测器的中心。检查区域被定位在X射线源与X射线之间。第一轴线延伸穿过检查区域。系统的部分彼此间隔开，使得检查区域被配置为或设定尺寸为实现要被检查的对象的位置。干涉仪装置被定位在X射线源与X射线探测器之间。干涉仪装置包括第一光栅32和第二光栅34。第二轴线被限定为垂直于关于第一光栅的中心和/或第二光栅的中心限定的平面。控制单元被配置为控制X射线源的移动和/或X射线探测器的移动以提供多个图像采集状态，针对所述多个图像采集状态，X射线源和X射线探测器被配置为能操作用于采集图像数据。针对多个图像采集状态中的每个图像采集状态，第一轴线以不同的角度延伸穿过检查区域。控制单元还被配置为控制第一光栅在垂直于第二轴线的侧向位置方向上的移动或者控制第二光栅在垂直于第二轴线的侧向位置方向上的移动。针对采集状态中的每个采集状态，第一光栅或第二光栅在多个侧向位置中的不同的侧向位置处。输出单元被配置为输出以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
在示例中，第一光栅在垂直于轴线的侧向位置方向上的移动或第二光栅在垂直于轴线的侧向位置方向上的移动也垂直于光栅中的光栅线。
在示例中，第一光栅被定位在第二光栅与X射线源之间。
在示例中，检查区域被定位在第一光栅与X射线源之间。
在示例中，干涉仪装置包括三个光栅，其中，源光栅被定位为与从源发射的X射线相互作用，并且源光栅用于增加通过干涉仪装置传播的X射线的相干性。因此，在没有源光栅的情况下，能够有两个光栅，其中，第一光栅最靠近源并且是吸收光栅或相位光栅，而第二光栅最靠近探测器并且是吸收光栅。然而，在三个光栅的情况下，最靠近源的源光栅能够是第一光栅，而其他两个光栅中的任一个光栅能够是第二光栅，或者上面的能够是吸收光栅或相位光栅的光栅能够是第一光栅等。
在示例中，第一光栅是吸收光栅并且第二光栅是吸收光栅。在示例中，第一光栅是相位光栅并且第二光栅是吸收光栅。
根据示例，控制单元被配置为实施图像处理算法来处理针对多个图像采集状态的图像数据，以生成以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
根据示例，控制单元被配置为实施图像处理算法来处理针对多个图像采集状态的图像数据，以生成以下各项中的一项或多项：断层合成暗场图像数据、断层合成相衬图像数据，以及断层合成衰减图像数据。
根据示例，控制单元被配置为控制X射线源和X射线探测器的移动以提供多个图像采集状态，其中，X射线源在与X射线探测器相反的方向上移动，以提供多个图像采集状态中的每个图像采集状态。
根据示例，控制单元被配置为控制干涉测量装置的移动，其中，针对采集状态中的每个采集状态，干涉测量装置被移动而使得第二轴线与第一轴线之间的相对取向被维持。
因此，随着X射线探测器和X射线源被移动而使得它们之间的轴线旋转，干涉测量装置被全局移动以维持对齐，此外干涉仪的光栅中的一个光栅还同时被步进而作为DAX图像数据采集的部分。
根据示例，第二轴线被维持为平行于第一轴线进行定向。
根据示例，图像数据包括当在检查区域中不存在对象时针对多个采集状态的图像数据，并且包括当在检查区域中存在对象时针对多个采集状态的图像数据。
根据示例，在对象存在时针对多个采集状态的图像数据的采集期间，系统被配置为不移动对象。
根据示例，控制单元被配置为控制第二光栅在垂直于第二轴线的侧向位置方向上以逐步方式的移动。
根据示例，针对在第一次图像数据采集之后的每次图像数据采集，控制单元被配置为在侧向位置方向上将第二光栅步进到不同的侧向位置。
根据示例，控制单元被配置为控制第一光栅在垂直于第二轴线的侧向位置方向上以逐步方式的移动。
根据示例，针对在第一次图像数据采集之后的每次图像数据采集，控制单元被配置为在侧向位置方向上将第一光栅步进到不同的侧向位置。
根据示例，针对两个后续的图像采集状态，第一光栅或第二光栅在两个不同的侧向位置处。
图2以其基本步骤示出了用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的方法100，其中，基本步骤和任选步骤以虚线示出。该方法包括：
在定向步骤110(也被称为步骤a))中，将X射线源20相对于X射线探测器40定向为限定从X射线源的中心延伸到X射线探测器的中心的第一轴线；
在定位步骤120(也被称为步骤b))中，在X射线源与X射线之间定位检查区域，其中，第一轴线延伸穿过检查区域，并且其中，检查区域被配置为实现要被检查的对象的位置；
在定位步骤130(也被称为步骤c))中，在X射线源与X射线探测器之间定位干涉测量装置30，其中，干涉仪装置包括第一光栅32和第二光栅34，并且其中，第二轴线被限定为垂直于关于第一光栅的中心和/或第二光栅的中心限定的平面；
在控制步骤140(也被称为步骤d))中，由控制单元50控制X射线源的移动和/或X射线探测器的移动并且提供多个图像采集状态，针对所述多个图像采集状态，X射线源和X射线探测器能操作用于采集图像数据，其中，针对多个图像采集状态中的每个图像采集状态，第一轴线以不同的角度延伸穿过检查区域；
在控制步骤150(也被称为步骤e))中，由控制单元控制第一光栅在垂直于第二轴线的侧向位置方向上的移动或第二光栅在垂直于第二轴线的侧向位置方向上的移动，并且针对采集状态中的每个采集状态，将第一光栅或第二光栅定位在多个侧向位置中的不同的侧向位置处；并且
在输出步骤160(也被称为步骤h))中，由输出单元60输出以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
在示例中，该方法包括步骤g)：由控制单元实施170图像处理算法来处理针对多个图像采集状态的图像数据，以生成以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
在示例中，步骤g)包括：实施图像处理算法来处理针对多个图像采集状态的图像数据，以生成以下各项中的一项或多项：断层合成暗场图像数据、断层合成相衬图像数据，以及断层合成衰减图像数据。
在示例中，步骤d)包括：控制X射线源和X射线探测器的移动以提供多个图像采集状态，其中，X射线源在与X射线探测器相反的方向上移动以提供多个图像采集状态中的每个图像采集状态。
在示例中，该方法包括步骤f)：由控制单元控制180干涉测量装置的移动，其中，针对采集状态中的每个采集状态，干涉测量装置被移动而使得第二轴线与第一轴线之间的相对取向被维持。
在示例中，步骤f)包括：维持第二轴线平行于第一轴线。
在示例中，该方法包括当在检查区域中不存在对象时采集针对多个采集状态的图像数据，并且包括当在检查区域中存在对象时采集针对多个采集状态的图像数据。
在示例中，该方法包括：在当对象存在时对针对多个采集状态的图像数据的采集期间不移动对象，该系统被配置为不移动该对象。
在示例中，步骤e)包括：控制第二光栅在垂直于第二轴线的侧向位置方向上以逐步方式的移动。
在示例中，步骤e)包括：针对在第一次图像数据采集之后的每次图像数据采集，在侧向位置方向上将第二光栅步进到不同的侧向位置。
在示例中，步骤e)包括：控制第一光栅在垂直于第二轴线的侧向位置方向上以逐步方式的移动。
在示例中，步骤e)包括：针对在第一次图像数据采集之后的每次图像数据采集，在侧向位置方向上将第一光栅步进到不同的侧向位置。
在示例中，步骤e)包括：针对两个后续的图像采集状态，将第一光栅或第二光栅定位在两个不同的侧向位置处。
下面参考图3-5以具体示例更详细地描述用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的系统和方法。
如上面所讨论的，在新的成像模态中，能够从中确定X射线暗场和相衬信息(以及正常衰减信息)的步进曲线所要求的光栅间移动与患者周围的X射线源和探测器的断层合成式移动(或仅X射线源或仅探测器能够移动)相结合。因此，针对光栅的新的相对位置以及源和探测器相对于患者的新的位置，采集新的图像的序列。然后将其与高级图像处理算法(例如，下文讨论的IBSIR)相结合以获得针对暗场、相衬和衰减信号的断层合成图像数据。这具有重要意义。主要优点总结如下：
-生成2.5维信息，而不是仅2D放射摄影成像；
-在图像处理期间，能够考虑由于深度(距离)相关性而引起的暗场(和相衬)信号的变化；
-基于这种图像采集，还能够合成比常规的放射摄影更具定量性的常规的放射摄影2D图像，因为在图像处理期间已经考虑到暗场信号的距离相关性这一事实；
-与“常规的”断层合成采集相比，由于一开始就要求移动光栅，因此图像采集时间没有显著增加；
-不要求额外的X射线剂量。
将参考图3-5来解释新的成像模态。
图3示出了能够采集X射线相衬、暗场和衰减图像数据的系统的干涉仪部分的示例。上面提到的干涉仪装置仅指该系统的干涉仪部分的光栅。该系统能够对样品的或样品中的衰减的空间分布进行成像，同时也能够对折射的空间分布进行成像(相衬成像)，并且还能够对小角度散射的空间分布进行成像(暗场成像)。该系统具有基于光栅的干涉仪。在该示例中，干涉仪包括两个光栅结构G1和G2，但是在其他示例中也使用三光栅干涉仪(具有光栅G0、G1和G2)，其中，靠近源的源光栅G0用于提高传播通过样品和G1光栅和G2光栅的辐射的相干性。
在图3中，未示出源光栅G0，并且接下来的讨论考虑了两个光栅结构G1和G2，但是也能够存在G0、G1和G2这三个光栅，并且其中，G0能够是侧向移动的光栅。在图3中，光栅G1是相位光栅(但是也能够是吸收光栅)，而G2是吸收光栅。该系统还包括X射线源和X射线探测器。X射线探测器(这里被示为CCD探测器)能够是2D全视角X射线探测器，它可以是平面的，也可以是弯曲的。多个探测器像素按行和列被布置成阵列，以形成能够记录由X射线源发射的X射线辐射的2D X射线辐射敏感表面。X射线探测器和X射线源被间隔开以形成检查区域。检查区域被适当间隔开以接收要被成像的样本。样本能够是例如患者的乳房或患者的胸部，以便检查肺部。G1或G2中的任一个能够是弯曲的，也能够是平坦的，但是即使是弯曲的，也能够限定平行于光栅中心的平面。
然后，样本将衰减、折射和小角度散射信息调制到辐射上，然后能够通过串列光栅G1和G2的操作来提取这些信息。光栅G1、G2引起干涉图案，该干涉图案能够在X射线探测器处被探测为莫尔图案的条纹。如果检查区域中没有对象，则在X射线探测器处仍然能观察到干涉图案(被称为参考图案，其通常是在校准流程期间被捕获的)。这是通过特别地调节或“去调谐”两个光栅G1和G2之间的相互空间关系来实现的，其方法例如为引起轻微的弯曲以使得两个光栅不完全平行。现在，如果样本被定位在检查区域中并且与上面提到的辐射相互作用，则莫尔图案(现在更恰当地被称为样本图案)能够被理解为参考图案的扰动版本。
为了将该相位信息与对信号的其他贡献(例如，样本引起的衰减、不均匀照射或光栅缺陷)分开，使用了相位步进方法。在光栅的至少一个周期内沿着横向xg(如图3所示)扫描光栅中的一个光栅(G1或G2——或者如果G0存在，则它可以是步进的)，并且针对扫描的每一个点拍摄图像。如果存在源光栅G0，则能够是沿着横向方向扫描源光栅G0。结果得到的相衬、暗场和衰减数据然后在有样品和没有样品的情况下呈正弦振荡，如图4中针对相衬(A)、暗场(B)和衰减(C)所示。关于相位步进方法的更多细节能够在Weitkamp等人的文章(Optics Express，第13卷，第16期，2005年，第6296-6304页)中找到。
然而，对于当前描述的系统，在具体的详细示例中执行额外的移动步进。这是在光栅G2移动(如上面所讨论的，G1可能是步进的)的每个步进处，源和/或探测器在相反的方向上移动，其中，干涉仪光栅装置整体移动以提供新的通过样本的视线。移动方向横向于从X射线源的中心延伸到探测器的中心的轴线，并且当探测器和源侧向移动时，它们之间的纵向距离能够保持不变。然后在光栅G2的下一步进处，源和探测器再次在相反的方向上移动，其中，干涉仪光栅装置再次整体移动以提供另一通过样本的视线。换句话说，针对用于确定相衬、暗场和衰减图像数据的步进方法的每个步进，源和探测器(并且实际上是整个干涉仪装置)都围绕患者旋转以提供在断层合成类型协议中的新的通过患者的视线。然而，探测器和源不需要一起移动。如上面所讨论的，本图像采集方法能够以下情况下执行：探测器静止并且源移动以改变通过对象的视线，或者源静止并且探测器移动以改变通过对象的视线。然而，在该特定示例中，探测器和源都能够在相反的方向上一起移动。
关于断层合成技术的更多细节能够在Dobbins和Godfrey的文章(Phys.Med.Biol.，第48卷，2003年，R65-R106)中找到。
因此，总而言之，新的成像采集过程如下：
在一定的光栅间相对位置以及X射线源、探测器和干涉仪相对于患者的一定相对位置的情况下采集步进曲线的第一图像；
随后，则将光栅相对于另一光栅或者相对于其他两个光栅(如果有三个光栅的话)移动。在此期间，源、干涉仪和探测器相对于患者被移动到不同的位置；
然后采集步进曲线的第二图像；
随后重复该流程，直到采集到足够的用于断层合成重建的角度数据为止。
随后，使用基于强度的统计迭代重建(IBSIR)技术来重建三种成像模态。关于IBSIR的更多细节能够在Brendel等人的文章(Med.Phys.，第43卷，2016年，第188-194页)中找到。也能够使用其他适当的重建算法，例如使用在Zanette等人的文章(PNAS，第109卷，第26期，2012年，第10199-10204页)中讨论的滑动窗口相位检索(如果用作断层摄影采集的话)。图5示出了IBSIR重建结果，它证明了如上所述执行组合的相位步进/断层合成数据采集的可行性。在这种情况下，模拟并随后重建乳房样本数据。GT代表通过体模的真实情况切片，并且Recon代表在相同位置处针对衰减、暗场和相衬图像重建的断层合成切片。这突出了新的成像模态针对暗场、相衬和衰减X射线图像数据提供断层合成2.5D或3D数据的功效。
在另一示例性实施例中，提供了计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，其被配置为在适当的系统上执行根据前述实施例之一的方法的方法步骤。
因此，计算机程序单元可以被存储在计算机单元中，该计算机程序单元也可以是实施例的部分。该计算单元可以被配置为执行或引起对上述方法的步骤的执行。此外，该计算单元可以被配置为操作上述装置和/或系统的部件。该计算单元能够被配置为自动操作和/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根据前述实施例之一的方法。
本发明的该示例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例性实施例的流程。
根据本发明的另外的示例性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如，CD-ROM、USB棒等，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而供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统进行分布。
然而，计算机程序也可以存在于网络(如万维网)上，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例性实施例，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实施例的方法。
必须指出，本发明的实施例是参考不同主题来描述的。特别地，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，除了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得到公开。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。
虽然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例性的，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。虽然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 (15)
1.一种用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的系统(10)，所述系统包括：
X射线源(20)；
干涉仪装置(30)；
X射线探测器(40)；
控制单元(50)；以及
输出单元(60)；
其中，第一轴线被限定为从所述X射线源的中心延伸到所述X射线探测器的中心。
其中，检查区域被定位在所述X射线源与所述X射线之间，其中，所述第一轴线延伸穿过所述检查区域，并且其中，所述检查区域被配置为实现要被检查的对象的位置；
其中，所述干涉仪装置被定位在所述X射线源与所述X射线探测器之间，其中，所述干涉仪装置包括第一光栅(32)和第二光栅(34)，并且其中，第二轴线被限定为垂直于关于所述第一光栅的中心和/或所述第二光栅的中心限定的平面；
其中，所述控制单元被配置为控制所述X射线源的移动和/或所述X射线探测器的移动以提供多个图像采集状态，针对所述多个图像采集状态，所述X射线源和所述X射线探测器被配置为能操作用于采集图像数据，并且其中，针对所述多个图像采集状态中的每个图像采集状态，所述第一轴线以不同的角度延伸穿过所述检查区域；
其中，所述控制单元被配置为控制所述第一光栅在垂直于所述第二轴线的侧向位置方向上的移动或所述第二光栅在垂直于所述第二轴线的侧向位置方向上的移动，并且其中，针对所述采集状态中的每个采集状态，所述第一光栅或所述第二光栅在多个侧向位置中的不同的侧向位置处；并且
其中，所述输出单元被配置为输出以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制单元被配置为实施图像处理算法来处理针对所述多个图像采集状态的图像数据，以生成以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制单元被配置为实施所述图像处理算法来处理针对所述多个图像采集状态的图像数据，以生成以下各项中的一项或多项：断层合成暗场图像数据、断层合成相衬图像数据，以及断层合成衰减图像数据。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述控制单元被配置为控制所述X射线源和所述X射线探测器的移动以提供所述多个图像采集状态，其中，所述X射线源在与所述X射线探测器相反的方向上被移动以提供所述多个图像采集状态中的每个图像采集状态。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其中，所述控制单元被配置为控制所述干涉测量装置的移动，其中，针对所述采集状态中的每个采集状态，所述干涉测量装置被移动而使得所述第二轴线与所述第一轴线之间的相对取向被维持。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第二轴线被维持为平行于所述第一轴线进行定向。
7.根据权利要求1-5中的任一项所述的系统，其中，所述图像数据包括当在所述检查区域中不存在对象时针对所述多个采集状态的图像数据，并且包括当在所述检查区域中存在对象时针对所述多个采集状态的图像数据。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，在对在所述对象存在时针对所述多个采集状态的所述图像数据的采集期间，所述系统被配置为不移动所述对象。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的系统，其中，所述控制单元被配置为控制所述第二光栅在垂直于所述第二轴线的所述侧向位置方向上以逐步方式的移动。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，针对在第一次图像数据采集之后的每次图像数据采集，所述控制单元被配置为在所述侧向位置方向上将所述第二光栅步进到不同的侧向位置。
11.根据权利要求1-8中的任一项所述的系统，其中，所述控制单元被配置为控制所述第一光栅在垂直于所述第二轴线的所述侧向位置方向上以逐步方式的移动。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，针对在第一次图像数据采集之后的每次图像数据采集，所述控制单元被配置为在所述侧向位置方向上将所述第一光栅步进到不同的侧向位置。
13.根据权利要求1-12中的任一项所述的系统，其中，针对两个后续的图像采集状态，所述第一光栅或所述第二光栅在两个不同的侧向位置处。
14.一种用于X射线暗场、相衬和衰减断层合成图像采集的方法(100)，所述方法包括：
a)将X射线源(20)相对于X射线探测器(40)定向(110)为限定从所述X射线源的中心延伸到所述X射线探测器的中心的第一轴线；
b)在所述X射线源与所述X射线之间定位(120)检查区域，其中，所述第一轴线延伸穿过所述检查区域，并且其中，所述检查区域被配置为实现要被检查的对象的位置；
c)在所述X射线源与所述X射线探测器之间定位(130)干涉测量装置(30)，其中，所述干涉仪装置包括第一光栅(32)和第二光栅(34)，并且其中，第二轴线被限定为垂直于关于所述第一光栅的中心和/或所述第二光栅的中心限定的平面；
d)由控制单元(50)控制(140)所述X射线源的移动和/或所述X射线探测器的移动并且提供多个图像采集状态，针对所述多个图像采集状态，所述X射线源和所述X射线探测器能操作用于采集图像数据，并且其中，针对所述多个图像采集状态中的每个图像采集状态，所述第一轴线以不同的角度延伸穿过所述检查区域；
e)由所述控制单元控制(150)所述第一光栅在垂直于所述第二轴线的侧向位置方向上的移动或所述第二光栅在垂直于所述第二轴线的侧向位置方向上的移动，并且针对所述采集状态中的每个采集状态，将所述第一光栅或所述第二光栅定位在多个侧向位置中的不同的侧向位置处；并且
h)由输出单元(60)输出(160)以下各项中的一项或多项：暗场图像数据、相衬图像数据，以及衰减图像数据。
15.一种用于控制根据权利要求1-13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在由处理器运行时被配置为执行根据权利要求14所述的方法。
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Legal Events
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