KR20170015886A - 위상 콘트라스트 엑스레이 이미징을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

위상 콘트라스트 엑스레이 이미징을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

차동 위상 콘트라스트 엑스레이 이미징 시스템은 엑스레이 조명 시스템, 엑스레이 조명 시스템의 방사 경로로 배열된 빔 분할기, 및 빔 분할기를 통해 이동한 후에 엑스레이들을 검출하기 위해 방사 경로로 배열된 검출 시스템을 포함한다.

Description

위상 콘트라스트 엑스레이 이미징을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PHASE-CONTRAST X-RAY IMAGING}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 그의 전체가 본 명세서에 참조로서 통합되는 스텃맨, 댄에 의한, 2014년 5월 9일에 출원되고, 명칭이 "위상 콘트라스트 엑스레이 이미징을 위한 시스템 및 방법(System and Method for Phase-Contrast X-Ray Imaging)"인 일련 번호 제 61/990,831 호를 가지는 미국 가 특허 출원에 대한 우선권 및 이득을 주장한다. 본 출원은 또한, 그에 의해 전체적으로 참조로서 통합된 2013년 1월 31일에 출원된, 명칭이 "차동 위상 콘트라스트 엑스레이 이미징 시스템 및 구성요소들(Differential Phase Contrast X-Ray Imaging System and Components)"인 미국 특허 출원 일련 번호 제 13/493,392 호, 2014년 2월 6일에 출원된 그 명칭이 "위상 콘트라스트 엑스레이 이미징을 위한 시스템 및 방법(System and Method for Phase-Contrast X-Ray Imaging)"인 미국 특허 출원 번호 제 14/174,830 호, 스텃맨, 댄 및 핀켄탈, 마이클에 의해 2014년 2월 10일에 출원되고, 명칭이 "고 에너지에서의 엑스레이 위상 콘트라스트 이미징 및 CT를 위한 넓은 시야 격자 간섭계들(Large Field of View Grating Interferometers for X-ray Phase Contrast Imaging and CT at High Energy)"인 미국 특허 출원 제 14/176,655 호에 관한 것이다.
본 발명은 엑스레이 시스템들에 관한 것이고, 특히 차동 위상 콘트라스트 엑스레이 이미징 시스템들 및 엑스레이 조명 시스템들에 관한 것이다.
엑스레이 차동 위상 콘트라스트(DPC) 이미징은 객체(object)를 통해 이동하는 엑스레이들의 굴절에 의존한다. 경(hard) 엑스레이들에 대해, 굴절각들이 μ 라디안(radian) 범위에 있기 때문에, DPC 이미징을 위해 이용된 기본 기술은 μ 라디안 분해능(resolution)으로 송신된 엑스레이 빔을 각지게(angularly) 필터링하고, 따라서 굴절로부터의 각 빔 편차들을 종래의 검출기 상의 강도 변화들로 변환하는 것이다. 각 필터링은 결정체들 또는 격자들과 같은 엑스레이 옵틱(optic)들을 이용하여 행해진다.
DPC 이미징의 근본적인 장점은 그것의 대용량 엑스레이 흡수보다는 측정된 객체에서의 밀도 경사(gradient)들에 민감하다는 것이다. 예를 들면, 의학 이미징에서, 굴절은 조직 경계들에서의 콘트라스트 강화 효과를 갖고, 이는 달리, 종래의 엑스레이 이미징에서 보이지 않는 연(soft) 조직들의 검출을 가능하게 한다. 연골, 힘줄, 인대 또는 근육과 같은 마이크로 구조화된 연 조직에서 발생하는 초소형 각 산란은 또한, 볼륨 콘트라스트 강화 효과를 갖는다. 의학 이미징에 대한 DPC의 또 다른 이득은 그것이 종래의 엑스레이 이미징과 유사하거나 그보다 적은 양에서 콘트라스트 및 분해능을 개선할 수 있다는 것이다. 이것은 가능한데, 이는 DPC가 몸체에 의해 흡수되지 않는 엑스레이들을 이용하고 연 조직 굴절 계수들이 흡수 계수들보다 훨씬 느리게 엑스레이 에너지에 따라 감소하기 때문이다. 특히, DPC를 위해 대략 50 내지 80 KeV 범위의 평균 에너지를 갖는 스펙트럼을 이용함으로써, 연 조직 양은 굴절이 흡수보다 강하게 우세하는 동안 최소화된다.
엑스레이 위상 콘트라스트는 또한, 물질 과학들에서의 이미징 및 비 파괴 특성에 대해 특히, 저 Z 물질들에 대해 관심 있다. 그 범위가 중합체들로부터 섬유 복합체들, 목재, 및 공학 바이오 물질들까지인 물질들의 구조 및 결함들은 엑스레이 위상 콘트라스트를 이용하여 마이크로미터 스케일로 조사될 수 있다. 엑스레이 위상 콘트라스트를 위해 이용된 기술들 중 일부는 또한, 중성자들로 적용될 수 있다. 최근에, 엑스레이 위상 콘트라스트는 핵융합 에너지 연구에서 관심을 얻었고, 여기서 객체에서 밀도 경사들을 측정하기 위한 굴절 기반 이미징의 능력은 관성 가둠 핵융합(ICF) 및 다른 고 에너지 밀도 물리학(HEDP) 실험들에서 고 밀도 플라즈마들의 진단을 위해 이용될 수 있다.
최근까지, 엑스레이 DPC 이미징에 관한 연구는 결정 광학을 이용하여, 싱크로트론들에서 주로 행해졌다; 싱크로트론의 고 강도는 결정 광학의 저 효율성(100분의 1% 미만)을 보상한다. 테이블 탑(table-top) 싱크로트론들을 개발하거나, 종래의 튜브들로부터 협소한 Kα 라인들을 이용하기 위한 노력들이 존재할지라도, 결정 방법은 아직, 응용들의 영역에 진입하지 않았다. 따라서, 관심 있는 것은 종래의 의학 또는 산업형 엑스레이 튜브들을 연구 대상으로 할 수 있는 더 효율적인 DPC 방법들 및 광학을 개발하는 것이다.
종래의 엑스레이 소스들을 연구 대상으로 할 수 있는 DPC 방법은 탈봇 라우 시어링 간섭법(Talbot-Lau shearing interferometry)이고, 여기서 격자들과 같은 마이크로 주기적 옵틱들은 μ 라디안 분해능으로 굴절된 엑스레이 빔들을 각지게 필터링하기 위해 이용된다. 탈봇 간섭법은 먼저, 탈봇 효과를 통해 인입하는 빔을 약간의 μ 라디안 와이드 빔조각(beamlet)들로 분할(또는 시어링)하는 '빔 분할기'(전형적으로, π 시프트 위상 격자)를 포함한다. 탈봇 효과는 빔에 따르는 주기적 거리들, 탈봇 거리들(dτ=k/η2·g2/(2λ)에서, 파장 세기에 의한 격자 패턴의 '복제'로 구성되고, 여기서 λ는 엑스레이 파장이고, g는 격자 주기, k=1,2,...패턴의 순서화이고, π/2 위상 시프팅 격자에 대해 또는 흡수 격자에 대해 η=1이며, π 위상 격자에 대해 η=2이다. 빔분할기는 따라서, '탈봇 거리'에서 마이크로 주기적 프린지(fringe) 패턴을 생성하고, 이는 굴절 객체가 빔에 진입할 때, 비섭동 패턴에 대한 형태(시프트들)를 변화시킨다. 차동 위상 콘트라스트 이미징은 따라서, 객체 없는 패턴에 대해, 객체에 의해 유도된 프린지 패턴들의 변화들을 측정하는 것으로 구성된다. 경 엑스레이 파장들에서 μ 라디안 각 감도를 성취하기 위해, 간격(g)은 μm 범위에 있어야 하고, 이는 수십 cm의 탈봇 거리를 야기한다.
프린지 패턴은 원칙적으로, 미시적 픽셀 검출기를 이용하여 직접적으로 측정될 수 있다. 이것은 그러나, 상당히 비효율적이다. 대부분의 응용들에서, 프린지 패턴 변화들은 빔 분할기 뒤에 위치된 '분석기' 흡수 격자를 도입하고 탈봇 패턴의 간격을 가짐으로써 미시적 픽셀 검출기에 관한 세기 변화들로 변환된다. 마지막으로, 확장된 스팟(spot) 엑스레이 튜브를 갖고 기능하는 이러한 간섭계에 대해, '소스' 흡수 격자는 소스 앞에 위치되고, 따라서 그것을 다수의 유사 코히어런트(coherent) 라인 소스들로 분할한다.
격자들은 얇은 Si 웨이퍼들의 마이크로 리소그래피(lithography) 또는 포토레지스트에 의해 형성된다. 흡수 격자들은 제작하기가 어렵고; 그들은 전형적으로, 규칙적인 송신 격자들에서 갭들을 금으로 충진함으로써 형성된다. 상기 설명된 '격자 시어링 방법'은 수십 keV 미만의 에너지들에서 결정 방법과 유사한 성능을 설명했다.
이 방법은 그러나, 수십 keV 이상의 에너지들에서 덜 유용하다. 이유는 더 큰 에너지 엑스레이들을 차단하기 위해 요구된 두께를 갖는 마이크론 주기 흡수 격자들을 제작하기가 어렵기 때문이다. 이것은 광자 에너지의 함수로서, 95% 흡수를 위해 필요한 금 두께의 표시로 도 1a에서 도시된다. 보여지는 바와 같이, 몇백 μm 깊이 격자들은 임상 DPC 이미징에 대한 관심의 범위에서 필요할 것이다. 격자 간격에 의존하여, 본 기술적인 제한은 그러나, 약 50 내지 100μm이다. 이것은 100μm 두께를 가지는 간섭계에 대해 컴퓨팅(computing)된 프린지 콘트라스트, 4μm 간격 금 분석기 격자에 의해 도 1b에 도시된 바와 같이, 고 에너지 엑스레이들을 위한 격자 시어링 방법의 콘트라스트를 제한한다(이 명세서를 통해, 우리는 엑스레이 위상 콘트라스트 및 옵틱스 산출들을 위해 XWFP 파의 전파 및 XOP 옵틱스 패키지를 이용했다).
본 발명의 목적은 엑스레이 시스템들, 특히 차동 위상 콘트라스트 엑스레이 이미징 시스템들 및 엑스레이 조명 시스템들을 제공하는 것이다.
본 교시들에 따라, 다중 섹터 소스 격자, 빔 분할기 격자, 및 분석기 격자를 포함하는 간섭계를 이용한 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법으로서, 객체는 빔 분할기 격자와 분석기 격자 사이에 위치되는, 상기 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법이 제공된다. 방법은 다중 섹터 소스 격자 상에 엑스레이 빔을 지향시키는 단계로서, 다중 섹터 소스 격자의 각각의 섹터는 미리 결정된 양 만큼 오프셋(offset)되는, 상기 엑스레이 빔을 지향시키는 단계; 객체 또는 간섭계를 해석(translate)함으로써 단일 노출 동안 다수의 이미지들을 얻는 단계로서, 다수의 이미지들은 상이한 간섭계 위상을 갖는, 상기 다수의 이미지들을 얻는 단계; 및 객체의 위상 콘트라스트 이미지를 생성하기 위해 얻어진 다수의 이미지들을 조합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 교시들에 따라, 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 디바이스가 제공된다. 디바이스는 다중 섹터 소스 격자, 빔 분할기 격자, 및 분석기 격자를 포함하는 간섭계로서, 객체는 빔 분할기 격자와 분석기 격자 사이에 위치되는, 상기 간섭계; 다중 섹터 소스 격자 상에 엑스레이 빔을 지향시키도록 동작가능한 엑스레이 소스로서, 다중 섹터 소스 격자의 각각의 섹터는 미리 결정된 양 만큼 오프셋되는, 상기 엑스레이 소스; 객체 또는 간섭계를 해석하도록 동작가능한 해석 메커니즘; 단일 노출 동안 객체의 다수의 이미지들을 얻도록 동작가능한 검출기; 및 객체의 위상 콘트라스트 이미지를 생성하기 위해 얻어진 다수의 이미지들을 조합하도록 동작가능한 프로세서를 포함할 수 있다.
일부 양태들에서, 다중 섹터 소스 격자는 3개의 상이한 섹터들보다 큰 섹터를 갖는다.
일부 양태들에서, 다수의 이미지들은 객체를 통해 상이한 각들로 얻어진다.
일부 양태들에서, 간섭계는 약 1.8m의 길이를 갖는다.
일부 양태들에서, 분석기 격자는 약 몇십 센티미터들의 두께를 갖는다.
일부 양태들에서, 다수의 이미지들은 분석기 격자 뒤에 위치되는 약 1cm만큼 분리된 라인 또는 슬롯 스캔 검출기들을 이용하여 얻어진다.
일부 양태들에서, 다수의 이미지들 사이의 각은 약 0.3°이다.
일부 양태들에서, 4개의 이미지들 사이의 각 범위는 약 0.9°이다.
일부 양태들에서, 분석기 격자는 검출기의 길이를 커버(cover)하기 위해 적층된 다수의 조각(glancing angle) 격자를 포함한다.
[참조문헌]
다음의 참조문헌들은 전체적으로 참조로서 통합된다.
[1] Alberto Bravin, Paola Coan and Pekka Suortti
[2] "X-ray phase-contrast imaging: from pre-clinical applications towards clinics" Phys. Med. Biol. 58(2013) R1-R35
[3] Stutman D., Finkenthal M., "Glancing angle Talbot-Lau grating interferometers for phase contrast imaging at high x-ray energy", Appi. Phys. Lett. 101, 091108(2012)
[4] D. Stutman; J. W. Stayman; M. Finkenthal; J. H. Siewerdsen "High energy x-ray phase-contrast imaging using glancing angle grating interferometers" Proc. SPIE 8668, Medical Imaging 2013: Physics of Medical Imaging, 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 phase stepping 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-ray grating interferometers" INTERNATIONAL WORKSHOP ON X-RAY AND NEUTRON PHASE IMAGING WITH GRATINGS, Tokyo, Japan, 2012 AIP Conf. Proc. 1466, pp. 229-236
본 명세서의 일부에 통합되고 상기 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 설명과 함께 본 개시의 실시예들을 도시하고, 본 개시의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1a 및 도 1b는 각각, 종래의 격자 기반 위상 콘트라스트 방사선촬영(radiography)의 레이아웃을 도시한 도면들이고, 삽도는 N=4 단계들에 대한 위상 이동(stepping) 곡선을 도시하며, 이는 그것의 간격을 따라 격자들 중 하나를 스캐닝함으로써 얻어진다. 단지 소형 객체들이 이미징되고 다수의 연속적인 노출들은 위상 이동 곡선을 얻기 위해 요구된다.
도 2a 및 도 2b는 실시예들에 기초한, 일 예시적인 레이아웃을 도시한 도면들이다. 적층된 조각 간섭계("GAI") 격자들은 길고 협소한 시야를 이미징하기 위해 이용될 수 있는 반면에, 객체 또는 간섭계가 스캐닝된다. 다양한 위상 간섭계들을 통한 다수의(≥3), 가깝게 이격된 뷰들은 다수의 노출들에 대한 필요성 없이, 위상 이동 곡선의 등가물을 얻기 위해 이용될 수 있다. 다양한 간섭계 위상은 이 스케치에서 다중 섹터 또는 '다중 위상' 격자, 즉 소스 격자(G0)를 이용하여 성취될 수 있다.
도 3a는 실시예들에 따른, 위상 콘트라스트 유방조영술(mammography) 시스템을 스캐닝하는 일 예시적인 측면도를 도시한 도면이고 도 3b는 상면도를 도시한 도면이다. 감쇠, 굴절, 및 산란 이미지들은 동시에, 선형 스캐닝 테이블의 단일 이동에서 얻어진다. 유방조영술에서 요구된 상하 촬영(cranio-caudal; CC), 내외사위 촬영(medio-lateral oblique; MLO), 및 내외사위 투사들을 가능하게 하기 위해, 간섭계 겐트리(gantry)는 지지축을 중심으로 회전할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 실시예들에 따른, 정면 및 측면에서의 전체 몸체를 위한 일 예시적인 스캐닝 위상 콘트라스트 방사선촬영 시스템을 도시한 도면이다. 부가된 단층영상합성법(tomosynthesis) 능력에 대해, 스케닝 테이블은 또한, 환자 주위를 회전할 수 있다.
도 5는 실시예들에 따른, 일 예시적인 컴퓨터 시스템을 도시한 도면.
이제, 본 개시의 예시적인 실시예들에 대한 참조가 더 상세하게 행해질 것이고, 그것의 예들은 첨부 도면들에 도시된다. 편리한 모든 경우에, 동일한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 부분을 참조하기 위해 도면들에 걸쳐 이용될 것이다.
본 개시의 광범위한 범위를 제시하는 수치적 범위들 및 파라미터들이 근사치들임에도 불구하고, 특정 예들에 제시된 수치들은 가능한 한 정확한 것으로서 보고된다. 임의의 수치는 그러나, 본질적으로 특정 에러들의 각각의 테스팅 측정치들에서 발견된 표준 편차로부터 발생하는 상기 특정 에러들을 필연적으로 포함한다. 게다가, 본 명세서에 개시된 모든 범위들은 본 명세서에 포함된 임의의 및 모든 하위 범위들을 포함하도록 이해될 것이다. 예를 들면, "10 미만의" 범위는 0(zero)의 최소 값과 10의 최대 값 사이의(및 0의 최소 값과 10의 최대 값을 포함하는) 임의의 및 모든 하위 범위들 즉, 0 이상의 최소 값 및 10 이하의 최대 값 예로서, 1 내지 5를 가지는 임의의 및 모든 하위 범위들을 포함할 수 있다. 특정 경우들에서, 파라미터들에 대해 언급된 바와 같은 수치들은 음수들을 취할 수 있다. 이 경우에, "10 미만의"로서 언급된 범위의 예시적인 값은 음수들 예로서, -1, -2, -3, -10, -20, -30, 등을 가정할 수 있다.
본 개시의 실시예들은 광범위한 에너지 범위 즉, <20keV로부터 >100keV까지에 걸쳐 엑스레이 위상 콘트라스트 스캐닝 방사선촬영(PC-SR) 시스템들을 형성하기 위해 각각의 객체를 통해 별개의 슬라이스를 뷰잉하는 다수의 격자 간섭계들(GAIs)의 이용에 관한 것이다.
본 개시의 실시예들은 우리의 이전 개시 즉, 조각 격자 간섭계(GAI, 특허 출원 PCT/US12/41908)의 또 다른 진보이고, 인간 몸통과 같은 대형 객체들의 엑스레이 위상 콘트라스트 방사선촬영을 위한 단순하고 경제적인 방법을 개시한다.
본 개시의 실시예들을 위해 고안된 애플리케이션들은 의학 엑스레이 이미징에 있고, 여기서 PC는 연골, 힘줄, 혈관들, 동맥 플라크(arterial plaque), 뇌 조직, 마이크로 석회화들, 및 종양들과 같은 연 조직들의 가시성을 매우 향상시키기 위해 보여졌다. 본 개시의 실시예들에 따라 설명된 시스템들은 고 에너지 엑스레이들과 고 전력 및 확장된 스팟 의학적 엑스레이 튜브들을 연구 대상으로 할 수 있고, 따라서 인간 몸체 깊이 있는 조직들의 엑스레이 위상 콘트라스트 방사선촬영을 가능하게 한다.
게다가, 본 개시의 실시예들은 산업용 비파괴 테스팅(NDT) 및 보안 검사의 분야에서 이용될 수 있고, 여기서 개시된 시스템들은 간섭계들 대신에 객체를 스캐닝함으로써 또한 구현될 수 있다.
연 조직들에 대한 이미징 양상(modality)들은 MRI, 초음파, 및 엑스레이들이다. 그러나, MRI 및 초음파가 양호한 연 조직 콘트라스트를 제공하기는 하지만, 그들의 공간 분해능은 제한된다. 종래의(감쇠 기반) 엑스레이 이미징은 한편, 양호한 공간 분해능, 그러나 불량한 연 조직 콘트라스트를 갖는다.
격자 간섭계들을 통한 엑스레이 차동 위상 콘트라스트(PC) 또는 굴절 기반 이미징은 새로운 의학적 이미징 양상이 되는 잠재력을 갖고, 이는 종래의 감쇠 기반 이미징을 통해 얻는 것보다 높은 연 조직 콘트라스트 및 공간 분해능을 제공한다. 예를 들면, 최신의 분석은 PC-CT가 다른 이미징 양상들을 통해 불가능한, 연 조직에서의 소형 종양들 및 병변들의 검출을 가능하게 할 수 있음을 제안한다. 동맥 플라크 또는 연골 손상의 엑스레이 위상 콘트라스트 진단이 또한 가능한 것처럼 보인다. 따라서, 엑스레이 PC[1]의 가능한 의학적 응용들의 빠르게 성장하는 범위가 존재한다. 게다가, 비파괴 테스팅 및 물질 과학들에서 엑스레이 위상 콘트라스트의 많은 매우 효과적인 응용들이 존재할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 격자 기반 위상 콘트라스트 방사선촬영의 레이아웃을 도시한다. 삽도는 N=4 단계들에 대한 위상 이동 곡선을 도시하며, 이는 그것의 간격을 따라 격자들 중 하나를 스캐닝함으로써 얻어진다. 단지 소형 객체들이 이미징되고 다수의 연속적인 노출들은 위상 이동 곡선을 얻기 위해 요구된다.
조각 간섭계(GAI)는 3개의 마이크로 간격 격자들: 동일한 간격을 갖고 동일한 거리들로 분리되며, 전형적으로 범위(10 내지 30°)의 각으로 기울어진 '소스', '빔 분할기', 및 '분석기'로 구성된다. 격자들을 기울이는 역할은 정상 경사 값(t)으로부터 t/sin(α)까지 그들의 효과적인 두께를 증가시키고 따라서, 100keV[2]를 초과하는 광범위한 에너지 범위에 걸쳐 고 간섭계 프린지 콘트라스트 또는 가시성을 성취하는 것이다. 다수의 GAI들은 대형 시야(FOV) 이미징 시스템들[3]을 형성하기 위해 적층되고 타일링(tiling)될 수 있다.
우리의 이전 개시들은 엑스레이 위상 콘트라스트 컴퓨팅된 단층 촬영(PC-CT)에 초점을 맞추었다. CT가 3-D 이미징을 위해 매우 효과적인 기술이긴 하지만, 의학적 뿐만 아니라, 산업용 그리고 보안 이미징의 대부분은 여전히 라디오그래픽 모드로 즉, 평면 2-D 투사들을 이용하여 행해진다. 방사선촬영의 장점들은 임상적으로 화환가능한 엑스레이 양에서 단순성, 속도, 저가, 및 고 공간 분해능이다. 예를 들면, 유방 방사선촬영 또는 유방조영술은 유방암 검사를 위한 '황금률(gold standard)'이다.
그것은 따라서, CT에 더하여 위상 콘트라스트 방사선촬영을 개발하기 위한 값이다. 그러나, 해결될 몇몇 문제점들이 존재한다:
i) 방사선촬영으로 커버될 필요가 있는 영역(예로서, 유방조영술에서 25x25cm이고, 가슴 또는 복부 방사선촬영에서 최대 40cmx60cm)은 현재 기술로 가능한 격자 영역(<100cm2)보다 크다. 수천 cm2의 영역을 커버하기 위한 수십개의 이러한 격자들의 조합은 실제로 어렵고 또한 많은 돈이 들 것이다.
ii) 위상 콘트라스트 이미징은 감쇠, 굴절을 생성하고, 라디오그래프들을 산란하기 위해 객체의 다수의 이미지들(최소 3개)을 얻는 것을 요구한다. 일반적으로 행해지는 바와 같이 (즉, 다수의 노출들을 통해) 일시적 연속으로 이들 이미지들을 얻는 것은 잠재적 환자/객체 이동으로 인해 의학적 또는 산업용 방사선촬영을 위해 비현실적이다. 게다가, 연속 이미지들을 얻는 것은 간섭계의 시야에 전체 객체가 있는 것 즉, 격자들로 넓은 영역을 커버하는 것을 의미하고, 이는 상기 언급된 바와 같이 어렵고 많은 돈이 든다.
iii) 종래의 격자 간섭계는 몸통, 머리 또는 다리와 같은 두꺼운 몸체 부분들을 이미징하기 위해 필요한 고 엑스레이 에너지들(>70 내지 80kVp)에서 불량한 프린지 콘트라스트를 갖는다.
iv) 협소하고 깊은 격자 개구들의 효과의 평행화(비네팅(vignetting))로 인한, GAI를 포함하는 모든 격자 간섭계들에 대해 격자 바(bar)들에 수직인 방향으로 단지 몇 cm의 FOV의 확장[3]. 비네팅 효과들을 완화시키기 위해 원통형으로 굽은 격자들이 형성될 수 있지만, 그들은 비싸고 또한, 고 엑스레이 에너지에서 이미징하는 문제점을 해결하지 않는다.
v) 종래의 수직 입사 간섭계들이 동작할 수 있는 저 엑스레이 에너지들(유방조영술 범위)에서, 격자 균일성을 개선하고 제조 비용들을 감소시키기 위해, GAI 설계를 이용하는 것이 여전히 이로울 것이다. 예를 들면, 리서치 그레이드 격자(research grade grating)들은 ~2.5μm의 간격 및 ~50μm의 두께를 갖고 형성될 수 있고, 이는 최대 ~35kVp까지의 발전을 위해 적합하다. 그러나, 이러한 고 종횡비(aspect-ratio) 격자들은 만들기가 어렵고 불량 품질을 갖는다. ~25μm 두께를 갖는 격자들을 만들고 그들을 30°각으로 GAI 셋업에서 이용하는 것이 훨씬 용이하고 더 양호한 품질을 갖고 따라서, 그들의 효율적인 두께가 두배가 된다.
일부 구현들에서, 3개 이상의 GAI 간섭계들의 조합이 실질적으로 관심 있는 모든 에너지에 대한 저 비용의, 스캐닝 위상 콘트라스트 방사선촬영(PC-SR) 시스템들을 만들기 위해 개시되고, 상기 시스템들은 연속 노출들을 요구하지 않으며, 고 분해능 및 임상적으로 호환가능한 양을 갖고 스캐닝 속도로 대형 객체들을 이미징할 수 있다.
그에 따라, 본 교시들과 일치하는 실시예들은 다음의 특징들을 개시한다. 위상 콘트라스트 라디오그래프들을 얻기 위해, 각각이 다수의 일시적으로 분리된 이미지들(즉, 순차적 노출들) 대신에 상이한 간섭계 위상을 가지는, 객체를 통한 다수의(≥3) 가깝게 이격된 공간 뷰들 또는 코드(chord)들의 이용. 공간 콘트라스트 이미징을 위해 필요한 다수의 이미지들을 거의 동시에 얻고 따라서, 환자/객체 이동 문제점을 완화하기 위한 슬롯 스캐닝 설계의 이용. 대형 객체들(최대 몇십 cm로 넓고, 미터 단위로 긴)의 위상 콘트라스트 라디오그래프들을 얻기 위한 라인 또는 슬롯 스캐닝 설계와 함께 다수의 공간 뷰들의 이용. 격자들 중 하나를 스캐닝하거나 연속 노출들을 위한 필요성 없이, 위상 콘트라스트 방사선촬영을 위해 필요한 다수의 이미지들을 얻기 위해, 섹터 마다 격자 간격의 일부분 만큼 이동된 라인들을 갖는 다수의 섹터들 또는 활성 영역들을 가지는 '다중 위상' 격자들의 이용. 최대 고(150kVp) 엑스레이 에너지까지, 대형 객체들의 위상 콘트라스트 방사선촬영을 위한 다중 뷰 스캐닝 GAI 간섭계들의 이용. 위상 콘트라스트 유방조영술 및 적은 양과 빠른 속도를 갖는 방사선촬영을 위해, 시간 지연 통합(TDI) 검출기들 또는 광자 계수(photon counting) 검출기들과 결부한 다중 뷰 스캐닝 GAI 간섭계들의 이용. 매우 높은 감도 및 적은 양을 갖는 준단색 위상 콘트라스트 방사선촬영을 위해, 거울 또는 반사장치 필터링된 다중 뷰 스캐닝 GAI 간섭계들의 이용.
도 1a는 종래의 격자 기반 위상 콘트라스트 방사선촬영의 레이아웃을 보여준다. 도 1b는 그것의 간격에 따라 도 1a의 격자들 중 하나(소스 격자(GO) 또는 빔 분할기 격자(G1))를 스캐닝함으로써 얻어지는 N=4 단계들에 대한 위상 이동 곡선을 보여준다. 도 1a의 배열에서, 단지 작은 객체들이 이미징될 수 있고 다수의 연속 노출들은 도 1b의 위상 이동 곡선을 얻기 위해 요구된다. 종래의 격자 위상 콘트라스트 이미징은 탈봇 라우 수직 입사 간섭계들에 전체 객체를 두고 그 다음, 그것의 간격에 걸쳐 격자들 중 하나를 측면으로 스캐닝함으로써 동작하고, 크기의 N개의 단계들 x=G/N이며, 여기서 G는 격자 간격이다. 연속 이미지들은 각각의 격자 위치에 대해 얻어진다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 객체(120)를 이미징하도록 동작가능한 종래의 격자 기반 위상 콘트라스트 방사선촬영 시스템(100)은 엑스레이 소스(105) 즉, 엑스레이 튜브, 소스 격자(G0)(110), 빔 분할기 격자(G1)(115), 분석기 격자(G2)(125), 및 영역 검출기(130)를 포함한다. 소스 격자(G0)(110)는 엑스레이 소스(105)와 빔 분할기 격자(G1)(115) 사이에 위치된다. 객체(120)는 빔 분할기 격자(G1)(115)와 분석기 격자(G2)(125) 사이에 위치된다. 전형적으로, 영역 검출기(130)는 측면 상에 10cm 미만이다. 이 배열 프로세스는 도 1b에서 도시된 바와 같이, 이미지의 각각의 픽셀에서 유사 사인곡선의 세기 진동 즉, '위상 이동' 곡선을 생성한다.
I(n)=A+B·sin(n·x/G·2π+ψ)n=1,2..N
위상 이동 곡선의 dc 또는 평균 값(A)은 감쇠 이미지, 산란 이미지의 변조(B)의 진폭, 및 굴절 이미지에 대한 객체에 의해 도입된 위상 시프트(ψ)를 생성한다[1].
위상 이동 곡선이 3개의 파라미터들에 의해 결정되기 때문에, 3개의 대응하는 간섭계 이미지들을 갖는, 최소 수의 3개의 위상 단계들은 객체의 감쇠, 굴절 및 산란 이미지들을 얻기 위해 필요하다.
이 방법은 간섭계 시야에 전체 객체가 있게 하는 것을 요구한다. 인간 몸통과 같은 대형 객체들에 대해, 이것은 어려운데 이는 전형적인 격자 크기가 몇몇 cm 이하이기 때문이다. 게다가, 격자 바들에 수직인 방향(도 1a에서 수평)으로 격자 시야는 협소하고 깊은 격자 개구들의 평행 효과에 의해 몇 cm로 제한된다. 방법은 또한, 다수의 연속 이미지들을 얻는 것을 요구하고, 이는 긴 측정 시간(전형적으로, 의학적 튜브로 몇십 초)을 요구하며, 또한 객체가 이 시간 동안 이동하지 않을 것을 요구한다. 이들 제약들은 특히, 의학적 방사선촬영을 위해 종래의 위상 콘트라스트 이미징 방법의 실제 유용성을 제한한다. 게다가, 종래의 수직 입사 간섭계들은 단지 저 엑스레이 에너지(전형적으로, <40kVp)에서 동작한다.
도 2a는 실시예들에 기초한, 일 예시적인 격자 기반 위상 콘트라스트 방사선촬영 시스템을 도시한다. 적층된 GAI 격자들은 길고 협소한 시야를 이미징하기 위해 이용될 수 있는 반면에, 객체 또는 간섭계가 스캐닝된다. 다양한 위상 간섭계들을 통한 다수의(≥3), 가깝게 이격된 뷰들은 다수의 노출들에 대한 필요성 없이, 위상 이동 곡선의 등가물을 얻기 위해 이용될 수 있다. 다양한 간섭계 위상은 다중 섹터 또는 '다중 위상' 격자를 이용하여 성취되고, 이는 도 2a에서, 소스 격자(G0)이다. 다중 섹터 소스 격자(G0)는 적어도 2개의 상이한 격자들을 가질 수 있다.
도 2a에서 도시된 바와 같이, 실시예들에 따른, 객체(220)를 이미징하도록 동작가능한 예시적인 격자 기반 위상 콘트라스트 방사선촬영 시스템(200)은 엑스레이 소스(205) 즉, 엑스레이 튜브, 소스 격자(G0)(210), 빔 분할기 격자(G1)(215), 분석기 격자(G2)(225), 및 검출기(230)를 포함한다. 소스 격자(G0)(210)는 엑스레이 소스(205)와 빔 분할기 격자(G1)(215) 사이에 위치된다. 객체(220)는 빔 분할기 격자(G1)(215)와 분석기 격자(G2)(225) 사이에 위치된다. 일부 양태들에서, 분석기 격자(G2)(225)는 약 몇십 센티미터들의 두께를 가질 수 있다. 분석기 격자는 검출기(230)의 길이를 커버하기 위해 적층된 다수의 조각 격자를 포함할 수 있다. 검출기(230)는 다수의 시간 지연 통합(TDI) CCD 검출기들 또는 라인 검출기들을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 예시적인 배열은 비용 효과적 방식으로, 상기 문제점들 전부를 해결할 수 있다. 예시적인 배열에서, 객체를 통한 다수의, 가깝게 이격된 팬(fan) 뷰들 또는 '슬라이스(slice)들'은 위상 콘트라스트 이미징을 위해 필요한 다수의 이미지들을 얻기 위해 이용된다. 각각의 뷰는 각각이 도 2b에 도시된 바와 같이, 상이한 상대 라인 위치를 갖는 다수의 영역들 또는 섹터들(240, 245, 250, 및 255)을 갖는 격자를 이용하여 얻어진, 간섭계의 상이한 위상을 갖는다. 예를 들면, 4개의 뷰들이 이용되면, 섹터들 사이의 격자 라인들의 상대 위상은 0, G/4, G/2, 및 3G/4일 것이고, 여기서 G는 격자 간격이다. 3개의 격자들 중 임의의 격자는 섹터들에서 분할될 수 있지만, 이 방식으로 제조하기 위한 가장 용이한 것은 소형 크기의 소스 격자(G0)이다.
객체에 걸쳐 팬 뷰들 또는 슬라이스들을 스캐닝함으로써(객체 또는 간섭계를 해석함으로써), 각각이 상이한 간섭계 위상을 가지는 다수의 이미지들은 거의 동시에 얻어진다(전형적인 라디오그래픽 셋업에 대해, 초의 일부분인 스캔 속도에 의해 분할된 인접 뷰들 사이의 거리인 유일한 시간 래그(lag)). 다수의 이미지들은 객체를 통해 상이한 각들로 얻어지고 이들 이미지들은 그 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 위상 이동 곡선을 구축하기 위해 이용된다.
이 예시적인 접근법에서, 객체를 통해 약간 상이한 각들로 얻어진 위상 콘트라스트 방사선촬영 이미지들이 이용된다. 예를 들면, ~1.8m의 전형적인 간섭계 길이 및 1cm만큼 분리된 라인 또는 슬롯 스캔 검출기들을 가정하면, 뷰들 사이의 각은 0.3º이다. 4개의 뷰들을 가정하면, 하나의 위상 콘트라스트 투사는 따라서, 0.9º 각 범위에 걸친 위상 정보를 평균화할 것이다.
약간 상이한 CT 각들로 얻어진 이미지들이 도 2와 유사한 위상 검색을 위해 이용되는[5,6] '인터레이싱(interlacing)된' 위상 콘트라스트 회전 단층 촬영[4]에 대한 우리의 그리고 다른 연구들은 그러나, 이러한 적은 각 평균화가 굴절 이미지들의 정확도 또는 품질에 상당히 영향을 미치고 있지 않음을 보여준다. 감쇠 및 산란 이미지들은 심지어, 이 적은 각 평균화에 의해 덜 영향을 받는다.
게다가, 본 개시의 실시예들은 검출기들의 길이를 커버하기 위해 적층된 다수의 GAI 격자들을 갖는, 길고 협소한 슬롯 또는 라인 스캐닝 검출기들을 이용할 수 있다. 이것은 넓은 팬 빔을 이용한 선형 스캐닝을 통한 대형 객체들의 방사선촬영을 가능하게 할 것이다. 예를 들면, 텔레다인 달사(Teledyne Dalsa)는 개관적인 엑스레이 이미징을 위해 7mm, 최대 440mm까지 긴 TDI CCD들을 생산한다[6](시간 지연 통합(TDI)은 매우 높은 신호 대 잡음 비를 갖는 라인 스캔 이미지들을 얻기 위한 기술이고 객체 스캔과 동시에 CCD에서 누적된 전하를 이동시키는 것으로 구성된다. TDI CCD는 본질적으로 지속적인 필름 카세트로서 동작한다). 이러한 검출기들을 이용하여, 인간 다리 또는 몸통의 크기의 객체를 용이하게 스캐닝할 수 있다. 대안적으로, 광자 계수 Si 또는 CdTe 기형적(pixilated) 어레이들과 같은 가깝게 이격된 행들의 선형 검출기들을 이용할 수 있다[7]. 이것은 또한, 시스템에 에너지 분해능을 부가할 것이고, 이는 그의 감도 및 성능을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
도 3a는 실시예들에 따른, 위상 콘트라스트 유방조영술 시스템을 스캐닝하는 일 예시적인 측면도를 도시하고 도 3b는 상면도를 도시한다. 감쇠, 굴절, 및 산란 이미지들은 동시에, 선형 스캐닝 테이블의 단일 이동에서 얻어진다. 유방조영술에서 요구된 상하 촬영(CC), 내외사위 촬영(MLO), 및 내외사위 투사들을 가능하게 하기 위해, 간섭계 겐트리는 지지축을 중심으로 회전할 수 있다.
이 실시예에서, 저 엑스레이 에너지에서 동작하는 저 에너지 PC-SR 유방조영술 시스템(300)이 개시된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 예시적인 레이아웃에서, 저 에너지 PC-SR 유방조영술 시스템(300)은 제 1 베이스 멤버(base member)(310) 및 제 2 베이스 멤버(315)에 의해 지지되는 환자 지지 멤버(305)를 포함한다. 스캐닝 테이블(320)은 환자 지지 멤버(305) 아래에 그리고 제 2 베이스 멤버(315) 위에 위치된다. 스캐닝 테이블(320)은 제 2 베이스 멤버(315)에 결합된 회전 축(325)을 이용하여 회전하도록 동작가능하고 회전 축(325)에 결합된 회전 락(lock)(330)을 이용하여 위치에 고정될 수 있다. 스캐닝 테이블(320)은 환자 지지 멤버(305) 아래에 배열되고 겐트리(330)를 포함한다. 겐트리(330)는 도 2a 및 도 2b에 관하여 상기 설명된 것과 유사하게, 엑스레이 소스(335) 즉, 엑스레이 튜브, 및 GAI를 포함하고, 상기 겐트리는 간섭 베이스(340)에 의해 지지된다. 도 2a 및 도 2b에 관하여 논의된 바와 같이, 간섭 베이스(340)는 소스 격자들(G0)(345), 빔 분할기 격자들(G1)(350), 분석기(G2) 격자들(355), 및 검출기(360) 즉, TDI CCD 검출기를 지지한다. 이 배열에서, 스캐닝되고 있는 객체인 유방 조직은 한 쌍의 패들(paddle)들(365)에 의해 어느 하나의 측 상에서 지지될 수 있다. 겐트리(330)의 상부는 커버(370)로 커버될 수 있다.
유방을 위한 개구(375)를 갖는 환자 지지 멤버(305) 상에 엎어져 있는 환자의 경우에, 이 위치는 정위적 생체검사 이미징 시스템들에서 이용된 위치와 유사하다. 엎어져 있는 위치는 또한, 유방/에어 인터페이스에서 저 엑스레이 에너지들에 대해 발생하는 강한 위상 변형을 제거하기 위해, 굴절 매칭 유체(예로서, 염류용액 또는 물)의 인덱스(index)로 유방을 잠기게 하는 것을 허용한다. 평형 기하학으로 인해, 이러한 시스템을 통한 예측된 양은 1mGy 단위로 적고, 스캔 시간은 단지 몇 초이다. 이전 개시에서 설명된 바와 같이[8], 엑스레이 거울 또는 다른 대역통과 스펙트럼 필터는 간섭계들의 성능을 또한 개선시키고 양을 낮출 준단색 스펙트럼을 생성하기 위해 시스템에 부가될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 실시예들에 따른, 전체 몸체를 위한 일 예시적인 정면 및 측면 스캐닝 위상 콘트라스트 방사선촬영 시스템(400)을 도시한다. 시스템(400)은 도 3a 및 도 3b에서의 GAI가 수평 배열에 있고, 도 4a 및 도 4b의 GAI가 수직 배열에 있는 것을 제외하고 도 2a 및 도 2b에 관하여 상기 설명된 것과 유사하며, 도 3a 및 도 3b에 관하여 상기 설명된 것과 유사한 GAI를 포함한다. GAI는 엑스레이 소스(405), 소스 격자들(G0)(410), 빔 분할기 격자들(G1)(415), 분석기 격자들(G2)(420), 및 검출기(425) 즉, TDI CCD 검출기를 포함한다. 스캐닝되는 환자는 테이블(435) 상에 위치되고 스캐닝되는 몸체(430)의 부분은 빔 분할기 격자들(G1)(415)과 분석기 격자들(G2)(420) 사이에 위치된다. 부가된 단층영상합성법 능력에 대해, 스케닝 테이블은 또한, 환자 주위를 회전할 수 있다. 이 예에서, 전체 몸체 방사선촬영(가슴, 배, 손발들 또는 머리)을 위한 고 에너지 PC-SR 시스템이 개시된다. 이 실시예는 PC-SR 유방조영술과 유사하지만, 최대 140kVp 에너지까지에서 동작할 수 있는 더 굵고 더 기울어진 격자들, 그리고 더 긴(최대 몇 십 cm까지의) 스캐닝 검출기들을 갖는 레이아웃을 이용한다. 이러한 PC-SR 시스템들은 저 에너지에서 유방에서의 연 조직 기형들을 검출하는 것을 가능하게 하는 유방조영술 방식과 유사한, 고 에너지에서 몸체를 통해 연 조직 엑스레이 진단을 가능하게 할 것이다. 일 예시적인 큰 영향이 있는 응용은 예를 들면, 불안정한 동맥 플라크의 엑스레이 위상 콘트라스트 진단일 수 있다. 최근의 연구는 엑스레이 위상 콘트라스트가 동맥 벽, 저 밀도 지방 침전물들과, 섬유상 또는 석회화된 플라크 캡슐 사이를 매우 잘 구별할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 또한, 산업용 또는 보안 위상 콘트라스트 이미징을 위해 가능하고, 여기서 짐 또는 헬리콥터 블레이드들과 같은, 넓고 긴 객체들은 간섭계의 시야에서 스캐닝될 수 있다.
동작 시에, 도 2a 및 도 2b에 묘사된 시스템을 이용하는 도 3a 및 도 3b와 도 4a 및 도 4b에 묘사된 시스템들은 다중 섹터 소스 격자, 빔 분할기 격자, 및 분석기 격자를 포함하는 간섭계를 이용하는 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법을 수행하도록 동작가능할 수 있고, 객체는 빔 분할기 격자와 분석기 격자 사이에 위치된다. 방법은 다중 섹터 소스 격자 상에 엑스레이 빔을 지향시키는 단계로서, 다중 섹터 소스 격자의 각각의 섹터는 미리 결정된 양 만큼 오프셋되는, 상기 엑스레이 빔을 지향시키는 단계; 객체 또는 간섭계를 해석함으로써 단일 노출 동안 다수의 이미지들을 얻는 단계로서, 다수의 이미지들은 상이한 간섭계 위상을 갖는, 상기 다수의 이미지들을 얻는 단계; 및 객체의 위상 콘트라스트 이미지를 생성하기 위해 얻어진 다수의 이미지들을 조합하는 단계를 포함할 수 있다. 다수의 이미지들은 분석기 격자 뒤에 위치되는 약 1cm 만큼 분리된 라인 또는 슬롯 스캔 검출기들을 이용하여 얻어질 수 있다. 다수의 이미지들 사이의 각은 약 0.1°, 약 0.3°, 및 약 0.5°일 수 있다. 4개의 이미지들 사이의 각 범위는 약 0.5°, 약 0.7°, 0.9°, 또는 약 0.11°일 수 있다. 다수의 이미지들 사이의 다른 각들 및 이미지 사이의 다른 각 범위들은 이용된 이미징 시스템의 특정한 구성에 의존하여 이용될 수 있다.
상기 설명은 예시적이고, 구성 및 구현의 변형들은 당업자들에게 발생할 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련되어 설명된 다양한 예시적인 로직들, 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 반도체(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그래밍가능한 로직 디바이스, 별개의 게이트 또는 트랜지스터 로직, 별개의 하드웨어 구성요소들, 또는 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 그의 임의의 조합으로 구현되거나 그들로 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안으로, 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 기계일 수 있다. 프로세서는 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합 예로서, DSP 및 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결부한 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성일 수 있다.
하나 이상의 예시적인 실시예들에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 그의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 대해, 본 명세서에서 설명된 기술들은 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하는 모듈들(예로서, 절차들, 기능들, 하위프로그램들, 프로그램들, 루틴들, 하위루틴들, 모듈들, 소프트웨어 패키지들, 클래스(class)들, 등)을 통해 구현될 수 있다. 모듈은 정보, 데이터, 인수(argument)들, 파라미터들, 또는 메모리 콘텐트들을 이동시키고/거나 수신함으로써 또 다른 모듈 또는 하드웨어 회로에 결합될 수 있다. 정보, 인수들, 파라미터들, 데이터, 등은 메모리 공유, 메시지 이동, 토큰 이동, 네트워크 송신, 등을 포함하는 임의의 적합한 수단을 이용하여 이동되거나, 포워딩(forwarding)되거나, 송신될 수 있다. 소프트웨어 코드들은 메모리 유닛들에 저장되고 프로세서들에 의해 실행될 수 있다. 메모리 유닛은 프로세서 내에 또는 프로세서 외부에 구현될 수 있고, 그 경우에 그것은 본 분야에 공지된 바와 같이 다양한 수단을 통해 프로세서에 통신가능하게 결합될 수 있다.
예를 들면, 도 5는 상기 설명된 특징들의 프로세스들 중 하나 이상을 수행하기 위해 이용될 수 있는 컴퓨터 디바이스(500)에 대한 하드웨어 구성의 일례를 도시한다. 도 5가 컴퓨터 디바이스(500)에 포함된 다양한 구성요소들을 도시하기는 하지만, 도 5는 컴퓨터 디바이스의 하나의 예를 도시하고 부가적인 구성요소들이 부가될 수 있으며 기존의 구성요소들이 제거될 수 있다.
컴퓨터 디바이스(500)는 데스크탑들, 랩탑들, 서버들, 등과 같은, 임의의 유형의 컴퓨터 디바이스들, 또는 스마트 전화기들, 태블릿 컴퓨터들, 셀룰러 전화기들, 개인 휴대용 정보 단말기들, 등과 같은, 모바일 디바이스들일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 디바이스(500)는 코어 구성들 및 클록 주파수들을 변화시키는 하나 이상의 프로세서들(502)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 디바이스(500)는 또한, 컴퓨터 디바이스(500)의 동작 동안 메인 메모리의 역할을 하는 하나 이상의 메모리 디바이스들(504)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 동작 동안, 특징들을 지원하는 소프트웨어의 사본(copy)은 하나 이상의 메모리 디바이스들(504)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 디바이스(500)는 또한, 컴퓨터 디바이스(500)와의 인간 상호작용 및 그것의 취급을 가능하게 하기 위한, 키보드들, 마우스들, 터치패드들, 컴퓨터 스크린들, 터치스크린들, 등과 같은 하나 이상의 주변 인터페이스들을 포함할 수 있다.
컴퓨터 디바이스(500)는 또한, 프로토콜들을 이용하여 유선 또는 무선 매체들을 통해 통신하기 위한, 이더넷 어댑터들, 무선 송수신기들, 또는 직렬 네트워크 구성요소들과 같은, 하나 이상의 네트워크들을 통해 통신하기 위한 하나 이상의 네트워크 인터페이스들(508)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 디바이스(500)는 또한, 이미지들, 파일들과 같은 데이터, 및 하나 이상의 프로세서들(502)에 의해 실행하기 위한 프로그램 지시들을 저장하기 위한, 플래시 드라이브들, 하드 드라이브들, 랜덤 액세스 메모리들, 등과 같은, 물리적 차원들 및 저장 능력들을 변화시키는 하나 이상의 저장 디바이스(510)를 포함할 수 있다.
부가적으로, 컴퓨터 디바이스(500)는 상기 설명된 특징들의 기능을 가능하게 하는 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들(512)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들(512)은 하나 이상의 프로세서들(502)로 하여금 본 명세서에서 설명된 프로세스들을 수행하도록 하는 지시들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들(512)의 사본들은 하나 이상의 메모리 디바이스들(504) 및/또는 하나 이상의 저장 디바이스들(510)에 저장될 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들(512)에 의해 활용된 데이터는 하나 이상의 메모리 디바이스들(504) 및/또는 하나 이상의 저장 디바이스들(510)에 저장될 수 있다.
구현들에서, 컴퓨터 디바이스(500)는 네트워크(516)를 통해 하나 이상의 다른 디바이스들(514)과 통신할 수 있다. 하나 이상의 다른 디바이스들(514)은 상기 설명된 바와 같이 임의의 유형들의 디바이스들일 수 있다. 네트워크(516)는 근거리 통신망, 광역망, 가상 사설망, 인터넷, 인트라넷, 엑스트라넷, 공중 교환 전화망, 적외선 네트워크, 무선 네트워크, 및 그의 임의의 조합과 같은, 임의의 유형의 네트워크일 수 있다. 네트워크(516)는 TCP/IP, UDP, OSI, FTP, UPnP, NFS, CIFS, 애플토크(AppleTalk), 등과 같은, 다양한 상업적으로 이용가능한 프로토콜들 중 임의의 프로토콜을 이용하여 통신들을 지원할 수 있다. 네트워크(516)는 예를 들면, 근거리 통신망, 광역망, 가상 사설망, 인터넷, 인트라넷, 엑스트라넷, 공중 교환 전화망, 적외선 네트워크, 무선 네트워크, 및 그의 임의의 조합일 수 있다.
컴퓨터 디바이스(500)는 상기 논의된 바와 같이 다양한 데이터 저장소들 및 다른 메모리와 저장 매체들을 포함할 수 있다. 이들은 컴퓨터들 중 하나 이상에 국한(및/또는 상주하는) 저장 매체 상에서와 같은, 다양한 위치들에 상주하거나 네트워크에 걸친 컴퓨터들 중 임의의 하나 또는 전부로부터 멀리 떨어질 수 있다. 일부 구현들에서, 정보는 당업자들에 친숙한 저장 영역 네트워크("SAN")에 상주할 수 있다. 유사하게, 컴퓨터들, 서버들, 또는 다른 네트워크 디바이스들에 기인한 기능들을 수행하기 위한 임의의 필요한 파일들은 적절하게, 로컬적으로 및/또는 원격으로 저장될 수 있다.
구현들에서, 상기 설명된 바와 같은 컴퓨터 디바이스(500)의 구성요소들은 단일 인클로저(enclosure) 내에 둘러싸여지거나 심지어 서로 가깝게 근접하여 위치될 수 있다. 당업자들은 상기 설명된 구성부분이 단지 예들임을 이해할 것이고, 이는 컴퓨터 디바이스(500)가 개시된 구현들을 수행하기 위해, 임의의 필요한 수반된 펌웨어 또는 소프트웨어를 포함하는, 임의의 유형의 하드웨어 구성부분을 포함할 수 있기 때문이다. 컴퓨터 디바이스(500)는 또한, 주문형 반도체들(ASICs) 또는 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이들(FPGAs)과 같은, 전자 회로 구성요소들 또는 프로세서들에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다.
소프트웨어로 구현되면, 기능들은 하나 이상의 지시들 또는 코드로서 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 저장되거나 그것을 통해 송신될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체들은 하나의 장소로부터 또 다른 장소까지의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 유형의, 비 일시적 컴퓨터 저장 매체들 및 통신 매체들 둘 모두를 포함한다. 저장 매체들은 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 유형의, 비 일시적 매체들일 수 있다. 예로서, 그리고 비 제한적인 것으로서, 이러한 유형의, 비 일시적 컴퓨터 판독가능한 매체들은 RAM, ROM, 플래시 메모리, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장장치, 자기 디스크 저장장치 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 지시들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 운반하거나 저장하기 위해 이용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 이용된 바와 같은, 디스크(Disk 및 disc)는 CD, 레이저 디스크, 광학 디스크, DVD, 플로피 디스크 및 블루레이 디스크를 포함하고, 여기서 디스크(disk)들은 일반적으로, 데이터를 자기적으로 재생하는 반면에, 디스크(disc)들은 데이터를 레이저들로 광학적으로 재생한다. 또한, 임의의 접속부는 적절하게 컴퓨터 판독가능한 매체로 불려진다. 예를 들면, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬임쌍선(twisted pair), 디지털 가입자 라인(DSL), 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 이용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 송신되면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬임쌍선, DSL, 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 규정에 포함된다. 상기 내용의 조합들은 또한, 컴퓨터 판독가능한 매체들의 범위 내에 포함되어야 한다.
교시들이 그의 구현들의 예들에 관하여 설명되긴 하지만, 당업자들은 정확한 사상 및 범위를 벗어나지 않고 설명된 구현들에 대한 다양한 수정들을 행할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 이용된 용어들 및 설명들은 단지 예로서 제시되고 제한들로서 의미되지 않는다. 특히, 프로세스들이 예들로서 설명되었을지라도, 프로세스들의 단계들은 도시된 것과 상이한 순서로 또는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 용어들 "포함하는", "포함하다", "가지는", "갖는", "~로", 또는 그의 변형들이 상세한 설명에서 이용되는 경우에, 이러한 용어들은 용어 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 포함하는 것으로서 의도된다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 예를 들면, A 및 B와 같은 항목들의 목록에 관하여 용어들 "~의 하나 이상" 및 "~의 적어도 하나"는 A 단독, B 단독, 또는 A 및 B를 의미한다. 게다가, 다르게 명시되지 않으면, 용어 "세트"는 "하나 이상"으로서 해석되어야 한다. 또한, 용어 "결합하다(couple 또는 couples)"는 간접 또는 직접 접속을 의미하도록 의도된다. 따라서 제 1 디바이스가 제 2 디바이스에 결합하면, 그 접속은 직접 접속을 통한, 또는 다른 디바이스들, 구성요소들, 및 접속부들을 통한 간접 접속을 통한 것일 수 있다.
100, 200: 격자 기반 위상 콘트라스트 방사선촬영 시스템
105, 205, 335, 405: 엑스레이 소스
110, 210, 345, 410: 소스 격자
115, 215, 350, 415: 빔 분할기 격자 120, 220: 객체
125, 225, 355, 420: 분석기 격자
130, 230, 360, 425: 검출기
240, 245, 250, 255: 섹터
300: 저 에너지 PC-SR 유방조영술 시스템 310: 제 1 베이스 멤버
315: 제 2 베이스 멤버 305: 환자 지지 멤버
320: 스캐닝 테이블 325: 회전 축
330: 회전 락 340: 간섭 베이스
365: 패들 370: 커버
400: 정면 및 측면 스캐닝 위상 콘트라스트 방사선촬영 시스템
430: 몸체 435: 테이블
500: 컴퓨터 디바이스 502: 프로세서
504: 메모리 506: 주변 인터페이스
508: 네트워크 인터페이스 510: 저장 디바이스
512: 소프트웨어 프로그램 514: 다른 디바이스
516: 네트워크

Claims (18)

  1. 다중 섹터 소스 격자, 빔 분할기 격자, 및 분석기 격자를 포함하는 간섭계를 이용한 객체(object)의 위상 콘트라스트 이미징(phase contrast imaging)을 위한 방법으로서, 상기 객체는 상기 빔 분할기 격자와 상기 분석기 격자 사이에 위치되는, 상기 방법에 있어서:
    상기 다중 섹터 소스 격자 상에 엑스레이 빔을 지향시키는 단계로서, 상기 다중 섹터 소스 격자의 각각의 섹터는 미리 결정된 양 만큼 오프셋(offset)되는, 상기 엑스레이 빔을 지향시키는 단계;
    상기 객체 또는 상기 간섭계를 해석(translate)함으로써 단일 노출 동안 다수의 이미지들을 얻는 단계로서, 상기 다수의 이미지들은 상이한 간섭계 위상을 갖는, 상기 다수의 이미지들을 얻는 단계; 및
    상기 객체의 위상 콘트라스트 이미지를 생성하기 위해 얻어진 상기 다수의 이미지들을 조합하는 단계를 포함하는, 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 섹터 소스 격자는 3개의 상이한 섹터들보다 큰 섹터를 갖는, 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 이미지들은 상기 객체를 통해 상이한 각들로 얻어지는, 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭계는 약 1.8m의 길이를 갖는, 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석기 격자는 약 몇십 센티미터들의 두께를 갖는, 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 이미지들은 상기 분석기 격자 뒤에 위치되는 약 1cm만큼 분리된 라인 또는 슬롯 스캔 검출기들을 이용하여 얻어지는, 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 이미지들 사이의 각은 약 0.3°인, 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    4개의 이미지들 사이의 각 범위는 약 0.9°인, 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석기 격자는 검출기의 길이를 커버(cover)하기 위해 적층된 다수의 조각(glancing angle) 격자를 포함하는, 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 방법.
  10. 객체의 위상 콘트라스트 이미징을 위한 디바이스에 있어서:
    다중 섹터 소스 격자, 빔 분할기 격자, 및 분석기 격자를 포함하는 간섭계로서, 상기 객체는 상기 빔 분할기 격자와 상기 분석기 격자 사이에 위치되는, 상기 간섭계;
    상기 다중 섹터 소스 격자 상에 엑스레이 빔을 지향시키도록 동작가능한 엑스레이 소스로서, 상기 다중 섹터 소스 격자의 각각의 섹터는 미리 결정된 양 만큼 오프셋되는, 상기 엑스레이 소스;
    상기 객체 또는 상기 간섭계를 해석하도록 동작가능한 해석 메커니즘;
    단일 노출 동안 상기 객체의 다수의 이미지들을 얻도록 동작가능한 검출기; 및
    상기 객체의 위상 콘트라스트 이미지를 생성하기 위해 얻어진 상기 다수의 이미지들을 조합하도록 동작가능한 프로세서를 포함하는, 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다중 섹터 소스 격자는 3개의 상이한 섹터들보다 큰 섹터를 갖는, 디바이스.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 이미지들은 상기 객체를 통해 상이한 각들로 얻어지는, 디바이스.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 간섭계는 약 1.8m의 길이를 갖는, 디바이스.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 분석기 격자는 약 몇십 센티미터들의 두께를 갖는, 디바이스.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 검출기는 라인 또는 슬롯 스캔 검출기이고 상기 다수의 이미지들은 상기 분석기 격자 뒤에 위치되는 약 1cm만큼 분리된 라인 또는 슬롯 스캔 검출기들을 이용하여 얻어지는, 디바이스.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 이미지들 사이의 각은 약 0.3°인, 디바이스.
  17. 제 10 항에 있어서,
    4개의 이미지들 사이의 각 범위는 약 0.9°인, 디바이스.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 분석기 격자는 검출기의 길이를 커버하기 위해 적층된 다수의 조각 격자를 포함하는, 디바이스.
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