WO2014187588A1 - Imaging system and method for imaging - Google Patents

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WO2014187588A1
WO2014187588A1 PCT/EP2014/054151 EP2014054151W WO2014187588A1 WO 2014187588 A1 WO2014187588 A1 WO 2014187588A1 EP 2014054151 W EP2014054151 W EP 2014054151W WO 2014187588 A1 WO2014187588 A1 WO 2014187588A1
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ray
imaging system
lenses
lens
lens array
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Oliver Heid
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G21K2207/00—Particular details of imaging devices or methods using ionizing electromagnetic radiation such as X-rays or gamma rays
    • G21K2207/005—Methods and devices obtaining contrast from non-absorbing interaction of the radiation with matter, e.g. phase contrast

Definitions

  • Imaging system and method for imaging The present invention relates to an imaging system comprising an X-ray source for emitting X-radiation, an imaging area and an X-ray detector. Furthermore, the invention relates to a method for imaging with such a system.
  • the attenuation of the intensity of the X-ray radiation is typically measured by the matter of an object to be examined, for example a human body part.
  • the absorption and the scattering of the X-radiation in the object to be examined thereby causes a weakening of the radiation incident on the detector, which depends on the mass, the atomic number and the irradiated material volume.
  • image attenuation of the mass attenuation varying over different positions of the object is then obtained.
  • Absorption imaging can be displayed very well.
  • a major challenge is the achievement of high soft tissue contrast in order to map diagnostic differences between different types of weakly absorbent tissue.
  • the method of the Phase-contrast imaging developed with X-ray light.
  • the spatially variable refractive index for X-radiation in the phase contrast X-ray instead of the absorption coefficients, the spatially variable refractive index for X-radiation in
  • a Talbot-Lau interferometer is used for this purpose, in which a plurality of very fine gratings are arranged partly before and partly behind the object to be examined and are displaced against each other in a plurality of successively performed measurements.
  • good contrasts are achieved with weakly absorbing tissue structures, since the refractive index for X-radiation is determined much more than the absorption coefficient of the concentration of light atoms such as carbon, oxygen and nitrogen.
  • the known method is very expensive in terms of apparatus, especially due to the production and positioning of the fine X-ray gratings, which require lattice constants in the range of 2 ⁇ .
  • the imaging system comprises an X-ray source for emitting X-radiation along a central beam axis, an imaging area for positioning an object to be examined and an X-ray detector.
  • a lens array of a plurality of X-ray focusing X-ray lenses is arranged.
  • the central beam axis is expediently aligned so that the object to be examined is transilluminated by the X-ray radiation emitted by the X-ray source.
  • the X-ray source expediently the smallest possible focal spot, so a small starting point for the emergence of X-rays, which advantageously has an effective diameter of at most 500 ⁇ , particularly advantageously at most 200 ⁇ . Due to the small extent of the focal spot, each subarea of the object volume is irradiated by X-ray radiation, which has only a small angular distribution within this area.
  • the imaging system according to the invention is suitable for this distortion of the wavefront with a
  • the X-ray detector is advantageously arranged so that the most complete possible angular range of the radiation without scattering the radiation hits the detector.
  • a lens field of x-ray lenses is arranged between the imaging area and the x-ray detector, ie between object and x-ray detector during operation of the imaging system.
  • the X-ray lenses have a focusing effect for X-ray radiation, whereby the radiation is concentrated in the direction of a plurality of focal points. For each X-ray lens, a focus location results.
  • the detection of the wavefront distortion works on the same principle as the measurement of an optical wavefront with a so-called Shack-Hartmann sensor. With an undistorted wavefront, the lens array focuses the incoming radiation onto a plurality of ideals
  • Focus places In the case of a distorted wavefront, on the other hand, the radiation is focused onto a plurality of focus locations which are more or less displaced relative to these ideal focus locations.
  • the X-ray detector is now expediently arranged and configured such that it can measure the displacement of the focus locations and thus the distortion of the radiation wavefront.
  • Particularly suitable is the imaging system described for use in medical diagnostics, especially in medical applications where a high
  • Soft tissue contrast is diagnostically relevant.
  • mammography in which the female breast is examined for very small tissue changes for the early detection and therapy-accompanying examination of breast cancer.
  • the contrast achievable solely by absorption is relatively low in this tissue, at least for medium-hard and harder X-rays. Therefore, mammography is an ideal field of application for phase-contrast imaging, where the distortion of the wavefront by low-absorbing tissue can also lead to a good image contrast.
  • the object to be positioned in the imaging area can alternatively also be another human or animal body part.
  • inanimate objects can also be investigated in the field of safety technology or industrial X-ray examinations.
  • an imaging system according to the invention is used to measure with the aid of X-ray radiation an aberration of the wavefront of the X-ray radiation caused by an object with the aid of the X-ray detector.
  • the advantages of the method according to the invention are analogous to the above-described advantages of the imaging system according to the invention.
  • Advantageous embodiments and further developments of the imaging system according to the invention will become apparent from the dependent claims of claim 1. Accordingly, the imaging system may additionally have the following features:
  • the lens array may be a two-dimensional array with a regular array of x-ray lenses.
  • a regular two-dimensional lens array results in a two-dimensional array of focus locations for the x-ray beam collimated by the lenses, which can be conveniently detected with a two-dimensional imaging x-ray detector.
  • the distortion of the wavefront occurring for different beam positions in the object can be measured in a simple manner.
  • a distortion value can thus be determined by the detector which, for the respective local beam direction between the focal spot and the respective lens, corresponds to the integral of the refractive index through the object along this direction.
  • the actual considered width of the volume area over which integration takes place is given by the spatial density of the lens field.
  • the density of the two-dimensional lens array thus determines the spatial resolution of the two-dimensional image information obtained for the object for a specific projection direction predetermined by the beam direction.
  • a regular arrangement of the x-ray lenses then leads to an image composed of regular picture elements.
  • the lens field may extend in at least one spatial direction perpendicular to the central beam axis. This ensures that the imaging system provides an image containing spatially resolved information with at least one spatial component that is perpendicular to the direction of projection.
  • a two-dimensional lens array may expediently extend in two spatial directions which are perpendicular to the central beam axis.
  • the lens array may comprise a plurality of single lens arrays stacked one behind the other along the central beam axis. This is useful when using a single
  • X-ray lens can not be achieved for a given beam arrangement desired focal length. Since the refractive index of most X-ray materials is very low In order to achieve a desired focus distance, it may be necessary to connect a plurality of lenses in the direction of the beam axis one behind the other for each projection direction to be imaged. For example, between 2 and 20 individual lens fields may be stacked along the beam axis.
  • At least a part of the x-ray lenses of the lens field can have a concave cross section on at least one side and in at least one sectional plane.
  • Concave X-ray lenses are useful because the refractive index of all materials is slightly below 1.
  • concentric focusing lenses can be produced with concave shapes.
  • the x-ray lenses may, for example, be biconcave or planar-concave. They can be designed, for example, as planar-concave cylindrical lenses, so that a concave cross-section results only in a sectional plane. In the other section plane containing the direction of the beam axis, such a cylindrical lens has, for example, a rectangular cross-section.
  • the lenses may also have a concave cross-section in all the sectional planes that comprise the direction of the beam axis.
  • the lenses can be embodied as planar-concave or biconcave lenses which are rotationally symmetrical about the direction of the beam axis and / or the local beam direction.
  • the lenses can each have an axis of symmetry which is aligned either for all lenses along the central beam axis or which is aligned for each lens along a local beam direction of the X-ray radiation.
  • the axes of symmetry of all the X-ray lenses of the lens array are expediently aligned substantially with the focal spot of the X-ray source.
  • the concave cross sections of the x-ray lenses can be shaped as spherical cross sections or as aspherical cross sections.
  • a particularly advantageous aspherical form is the parabolic shape with which for a parabolic cylindrical lens a line focus can be achieved and for a rotation-parabolic lens a point focus can be achieved.
  • At least a part of the x-ray lenses of the lens field can be configured as Fresnel lenses and / or as prism lenses.
  • Fresnel lenses are stepped molded lenses in which the cross section has, for example, a plurality of stepped concave portions instead of a simple concave shape.
  • a lens with comparable refractive effect can be constructed with a smaller volume of material.
  • this can significantly increase the transmission of the lens, since the ratio of refractive index decrement to the absorption coefficient for X-radiation is relatively poor for most materials.
  • Prism lenses also have the analog advantage of a relatively high refraction of light with low volume of material to be penetrated.
  • At least a portion of the x-ray lenses of the lens array may have a substantially point-shaped focus. If, for each transillumination direction to be imaged, at least one
  • Lens or a stack of lenses with common point-shaped focus is provided, then the object can be imaged as a distorted pattern of focus points, which are expediently focused in a common plane.
  • the displacements of the focus points can then be measured from the locations of the ideal focus points present at an undistorted wavefront.
  • at least a part of the x-ray lenses of the lens field may have a substantially line-shaped focus.
  • the lens field then expediently has a plurality of first x-ray lenses with a substantially linear focus, followed by a second x-ray lens having a substantially linear focus, the line focus of which is aligned essentially perpendicular to the line focus of the first x-ray lens.
  • a pair of single-lens fields can be With a line focus perpendicular to one another, a total lens angle with effective point focus can be generated. It is also possible for several such pairs to be arranged one after the other in the beam direction with mutually perpendicular line focus directions. The advantages of such arrangements are analogous to the x-ray lenses with a substantially point-shaped focus.
  • the x-ray lenses of the lens array may comprise a material whose average atomic number is at most 30.
  • the x-ray lenses of the lens array comprise a material whose average atomic number is at most 15.
  • Such rather lightweight materials are particularly suitable for forming x-ray lenses, since they have a particularly high ratio of refractive index decrement to absorption coefficient. It depends on the average atomic number, so that individual heavier elements can be present in a lower concentration.
  • Particularly suitable are materials comprising the elements beryllium, silicon, carbon, aluminum and / or nickel.
  • carbon-containing organic compounds can be used as lens material, for example, photolithographically structurable coatings such as SU-8 or polyimides, which can be structured with a precision in the submicrometer range.
  • silicon can be structured by lithographic methods.
  • films of beryllium, aluminum and / or organic compounds can be embossed, for example, with parabolically shaped needles, or the so-called LiGA process can be used to achieve high precision with the process steps lithography, electroplating and impression taking
  • the focal length of the x-ray lenses of the lens array can be up to 1 m.
  • the respectively favorable focal length also depends on the other geometric requirements of the imaging system, in particular on the size of the object to be examined.
  • the focal length of the x-ray lenses can advantageously be below 50 cm. It is also possible that the focal length of the x-ray lenses varies within the lens field. This can be advantageous since in arrangements with a planar lens field and a planar X-ray detector there are slight path length differences for the different local beam directions, so that a substantially sharp focus within the detector plane can be achieved with slightly varying focal lengths adapted to these differences.
  • the distance between the X-ray source and the lens field can be at least as large as the focal length of the X-ray lenses. Then, the distance between the X-ray detector and the lens field can also be selected such that the focal spot of the X-ray source is imaged substantially sharply in the plane of the X-ray detector by the X-ray lenses. With such an arrangement, a particularly high spatial resolution for the individual projection directions imaged by the x-ray lenses is obtained by the object.
  • the position of the X-ray detector may also be slightly in front of or behind the focal distance of the lens field. In such an embodiment, the X-ray radiation is not exactly focused but is distributed over a somewhat larger area of the detector surface. Such an arrangement may enable the measurement of the shift of focus locations with a relatively low spatial resolution of the X-ray detector.
  • the X-ray detector may comprise a plurality of detector elements, the number of which is at least as large as the number of X-ray lenses.
  • the detector elements are arranged in a regular pattern.
  • the X-ray detector expediently likewise comprises a two-dimensional arrangement of detector elements, wherein advantageously each of the two spatial directions of the detector is at least as large as the number of X-ray lenses in this spatial direction.
  • the number the detector elements in each spatial direction at least twice as large as the number of x-ray lenses. Then, for each of the x-ray lenses, at least one approximation value for the shift of the focus location can be determined by the distortion of the wavefront.
  • the spatial resolution of the imaging system is determined by the number of x-ray lenses, provided that the x-ray detector is high-resolution enough to determine the shift of the focus location for each of the x-ray lenses.
  • the contrast of the determination of the phase information and thus the image quality is essentially determined by the accuracy of the determination of these individual shifts.
  • the regular pattern of the detector elements may expediently extend in at least one spatial direction perpendicular to the central beam direction.
  • the regular pattern of the detector elements can be any regular pattern of the detector elements.
  • X-ray radiation deviate from the spatial arrangement of the x-ray lenses.
  • the advantage of such intentional mismatching of the two patterns with each other is that even with a small number of detector elements, the resulting radiation pattern can be scanned sufficiently to enable a determination of the displacements of the focus locations.
  • Fig. 1 is a schematic cross section of an imaging
  • Fig. 2 is a schematic cross section of the same imaging
  • System with an object to be examined shows 3 shows a schematic cross section of the lens array of the first embodiment
  • Fig. 5 is a schematic cross section of a lens array
  • FIG. 6 shows a schematic cross section of the X-ray detector of the first exemplary embodiment in a detailed view.
  • Fig. 1 shows a schematic cross section of a first embodiment of an imaging system 1 according to the present invention. Shown is the beam path of the X-radiation 5 from the X-ray source 3 through the imaging area 11 and the lens array 15 towards the X-ray detector 13. In FIG. 1, the imaging area 11 is still free of an object to be examined. The X-radiation 5 propagates from the focal spot 7 of the X-ray source 3 essentially undisturbed in the direction of the lens field 15. Therefore, the wavefront 27 of the X-ray radiation 5 is substantially undistorted shortly before entering the lens array 15.
  • the lens array 15 of the first exemplary embodiment is a regular arrangement of planar-concave X-ray lenses 17.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section through four identical lenses 17.
  • each spatial direction of the two-dimensional lens array 15 can be arranged over a length of 10 cm about 500 to 2500 lenses. That is, the spatial period length of the lens array 15 may be in a uniform and equidistant arrangement, for example, between 200 ⁇ and 40 ⁇ .
  • the dimensions of the lens array 15 may be more in each spatial direction 10 cm, in mammography, for example, they can be about 25 cm by 30 cm.
  • the x-ray lenses 17 of the lens array 15 have a uniform focal length 21 of 25 cm.
  • focal length 21 may also assume other values that depend on the size of the object and geometric requirements for the placement of the object.
  • the focal length 21 may be in the range between 25 cm and 1 m.
  • the x-ray lenses 17 of the lens array 15 are formed as punctiform focusing parabolic lenses.
  • the x-ray radiation 5 is focused by each x-ray lens 17 in an associated focal point 19 both in the sectional plane of FIG. 1 and in the plane perpendicular thereto.
  • the distances of the individual components are selected such that the focal points 19 lie substantially on the image plane 31 of the two-dimensionally extended X-ray detector 13. This is achieved by the fact that the object distance is 23 and the image 25 the relation
  • the object width 23 is given as the distance between the focal spot 7 of the X-ray source 3 and the lens field 15
  • the image width 25 is given as the distance between the lens field 15 and the image plane 31 of the X-ray detector.
  • the undistorted wavefront 27 bundles the X-ray radiation onto a pattern of undisplaced, ideal focus points 19, the position of which can be imaged by the X-ray detector 13.
  • FIG. 2 shows a corresponding schematic cross section of the same imaging system 1 with an object 12 to be examined in the imaging area 11.
  • the imaging system 1 may additionally comprise an arrangement, not shown here, for holding an object 12 to be examined. This may be, for example, a patent bed or a device for receiving a body part.
  • the holder typically consists of two plates for fixation and compression of the female breast.
  • the X-ray radiation 5 When passing through the object 12 to be examined, the X-ray radiation 5 is weakened by absorption in its amplitude, as well as changed by refractive index differences in the spatial position of its wavefront 27. After passing through the object 12 thus results in a slightly distorted wavefront 27 ⁇ , which then passes through the lens array 15.
  • the distortion of the wavefront 27 ' causes a bundling of the X-ray radiation 5 in slightly shifted focal points 19 ⁇ , wherein the direction and the extent of the shift is characteristic of the displacement of the wavefront 27' in the respective irradiated volume region of the object 12.
  • X-ray lens 17 an effective wavefront shift for the associated volume element can be determined.
  • such an irradiated volume region 28i for an outer lens of the lens field 15 is characterized by hatching.
  • the number of x-ray lenses 17 decisively determines the spatial resolution of the entire imaging system 1.
  • FIG. 3 shows a schematic cross section of a detail view of the lens field 15 in the imaging system 1 of the first exemplary embodiment. Shown is a section in the region of the central beam axis 9.
  • all the x-ray lenses 17 are rotationally symmetrical about the direction of this central beam axis 9. Furthermore, all the x-ray lenses 17 lie in a plane which is perpendicular to this central beam axis 9.
  • the lens array 15 shows an alternative embodiment of the lens array 15 according to a second exemplary embodiment of the imaging system 1.
  • the individual x-ray lenses 17 are designed such that the axes of symmetry of the individual lenses 17 correspond to the respective local beam directions 29 of the x-ray radiation 5.
  • the Rotationsparaboloide the lens surfaces are thus slightly tilted against each other, so the individual lenses are aligned in the direction of the focal spot 7 of the X-ray source 3.
  • This somewhat more complex geometry has the advantage that the lens field 15 thus formed effects a sharper image of the focal spot 7 in the image plane 31 of the detector 13.
  • the object width 21 to be used in the imaging system 1 must already be determined.
  • both the lens field 15 and the X-ray detector 13 are each arranged on a flat surface.
  • the lens array 15 and / or the X-ray detector 13 are arranged on a curved surface, whereby a uniformly sharp image of the focal spot 7 on the detector surface 31 can also be achieved.
  • Fig. 5 shows an alternative embodiment of the lens array
  • the lens array 15 comprises a plurality of individual lens fields 16, each of which again has a two-dimensional, uniform arrangement of paraboloidal paraboloid.
  • the single-lens fields 16 are formed as fields of bi-concave x-ray lenses 17.
  • the advantage of the arrangement shown is that even with weak refractive lens materials focal lengths 21 can be achieved below 1 m. To achieve a given focal length 21, for example, up to 20 or even up to 100 individual lens fields
  • the material of the lens fields 15 is a lithographically patternable polyimide.
  • suitable alternative materials which preferably have an average atomic number of at most 15 and which have a high ratio of refractive index decrement to extinction coefficients.
  • 6 shows a schematic cross section of a detailed view of the X-ray detector 13 in the imaging system 1 of the first exemplary embodiment.
  • the X-ray detector 13 comprises a multiplicity of detector elements 33, which are arranged within an image plane 31 and absorb the X-ray radiation and in each case convert it into an electrical signal.
  • the X-ray detector 13 can either be designed as a direct converter in which the absorption takes place in a semiconducting material which directly generates an electrical signal. Examples of such materials are selenium or cadmium telluride. Or the detector 13 may alternatively comprise a field of photodiodes preceded by a scintillator or a plurality of scintillators each converting the x-radiation to visible light. Suitable scintillator materials are, for example, casium iodide or gadolinium oxysulfide. All these different embodiments have in common that the individual detector elements 33 are arranged so that they allow the measurement of the deflection of the focus points 19 'from the ideal focus positions 19'.
  • the X-ray detector 13 comprises a two-dimensional arrangement of detector elements 33, wherein in each spatial direction of the image plane, the number of detector elements 33 is twice as high as the number of X-ray lenses 17 of the lens array 15.
  • the X-radiation 5 is the spatial period length of the arrangement of the detector elements 33 expediently slightly larger than half the spatial period length of the lens array 15th
  • the detector elements 33 are arranged so that the ideal, unshifted focus points 19 each lie at the boundary of two detector elements 33.

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Abstract

The invention relates to an imaging system comprising an X-ray source for emitting X-rays along a central beam axis, an imaging region for positioning an object to be examined, and an X-ray detector. Between the imaging region and the X-ray detector a lens field made of a plurality of X-ray lenses focusing for X-rays is arranged. The invention further relates to a method, in which an imaging system according to the invention is used in order to measure a distortion of the wave front of the X-rays caused by an object by means of an X-ray detector.

Description

Beschreibung description
Bildgebendes System und Verfahren zur Bildgebung Die vorliegende Erfindung betrifft ein bildgebendes System mit einer Röntgenquelle zum Aussenden von Röntgenstrahlung, einem Bildgebungsbereich und einem Röntgendetektor . Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildgebung mit einem solchen System. Imaging system and method for imaging The present invention relates to an imaging system comprising an X-ray source for emitting X-radiation, an imaging area and an X-ray detector. Furthermore, the invention relates to a method for imaging with such a system.
Bei bekannten Systemen zur Röntgenbildgebung wird typischerweise die Schwächung der Intensität der Röntgenstrahlung durch die Materie eines zu untersuchenden Objekts, beispielsweise eines menschlichen Körperteils, gemessen. Die Absorpti- on und die Streuung der Röntgenstrahlung in dem zu untersuchenden Objekt bewirkt dabei eine Schwächung der auf dem Detektor auftreffenden Strahlung, die von der Masse, der Kernladungszahl und dem durchstrahlten Materialvolumen abhängt. Bei Verwendung eines pixelierten Detektors werden dann Abbil- düngen der über verschiedene Positionen des Objekts variierenden Massenschwächung erhalten. Bei der einfachen Durchleuchtung wird dabei ein zweidimensionales Bild aus einer Projektionsrichtung erhalten, bei der Computertomographie dagegen wird ein dreidimensionaler Datensatz an Schwächungsko- effizienten aus einer Vielzahl verschiedener Durchleuchtungs- messungen mit unterschiedlichen Projektionsrichtungen rekonstruiert . In known systems for X-ray imaging, the attenuation of the intensity of the X-ray radiation is typically measured by the matter of an object to be examined, for example a human body part. The absorption and the scattering of the X-radiation in the object to be examined thereby causes a weakening of the radiation incident on the detector, which depends on the mass, the atomic number and the irradiated material volume. By using a pixelated detector, image attenuation of the mass attenuation varying over different positions of the object is then obtained. In the case of simple fluoroscopy, a two-dimensional image is obtained from a direction of projection; in computed tomography, however, a three-dimensional data set of attenuation coefficients is reconstructed from a multiplicity of different fluoroscopy measurements with different projection directions.
Stark röntgenabsorbierende Gewebe wie Knochen und Kalkablage- rungen können über die bekannten Verfahren der Highly X-ray-absorbing tissue such as bone and Kalkablage- ments can over the known methods of
Absorptionsbildgebung sehr gut dargestellt werden. Eine größere Herausforderung ist das Erreichen eines hohen Weichteil - kontrasts, um diagnostisch relevante Unterschiede zwischen verschiedenen schwach absorbierenden Gewebearten gut abbilden zu können.  Absorption imaging can be displayed very well. A major challenge is the achievement of high soft tissue contrast in order to map diagnostic differences between different types of weakly absorbent tissue.
Um den Weichteilkontrast in der Röntgenbildgebung zu verbessern, wurde in den letzten Jahren die Methode der Phasenkontrastbildgebung mit Röntgenlicht entwickelt. Beim Phasenkontraströntgen wird anstelle der Absorptionskoeffizienten der räumlich variable Brechungsindex für Röntgenstrahlung in In order to improve the soft tissue contrast in X - ray imaging, the method of the Phase-contrast imaging developed with X-ray light. In the phase contrast X-ray, instead of the absorption coefficients, the spatially variable refractive index for X-radiation in
einem Objekt abgebildet. Hierzu wird neben der Absorption auch die Phasenveränderung der Strahlungswellen nach Durchstrahlung des Objekts gemessen. Nach dem Stand der Technik wird hierzu ein Talbot-Lau-Interferometer verwendet, bei dem mehrere sehr feine Gitter teils vor und teils hinter dem zu untersuchenden Objekt angeordnet werden und bei mehreren nacheinander durchgeführten Messungen definiert gegeneinander verschoben werden. Mit dieser Methode werden mit schwach absorbierenden Gewebestrukturen gute Kontraste erzielt, da der Brechungsindex für Röntgenstrahlung viel stärker als der Ab- Sorptionskoeffizient von der Konzentration leichter Atome wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff bestimmt wird. Das bekannte Verfahren ist jedoch apparativ sehr aufwendig, vor allem bedingt durch die Herstellung und Positionierung der feinen Röntgengitter, die Gitterkonstanten im Bereich von 2 μπι benötigen. mapped to an object. For this purpose, in addition to the absorption, the phase change of the radiation waves after irradiation of the object is measured. According to the state of the art, a Talbot-Lau interferometer is used for this purpose, in which a plurality of very fine gratings are arranged partly before and partly behind the object to be examined and are displaced against each other in a plurality of successively performed measurements. With this method, good contrasts are achieved with weakly absorbing tissue structures, since the refractive index for X-radiation is determined much more than the absorption coefficient of the concentration of light atoms such as carbon, oxygen and nitrogen. However, the known method is very expensive in terms of apparatus, especially due to the production and positioning of the fine X-ray gratings, which require lattice constants in the range of 2 μπι.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein bildgebendes System zur Röntgenbildgebung anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Röntgenbildgebung mit einem solchen bildgebenden System anzugeben . The object of the invention is therefore to provide an imaging system for X-ray imaging, which avoids the disadvantages mentioned. Another object is to provide a method for X-ray imaging with such an imaging system.
Diese Aufgaben werden durch das in Anspruch 1 beschriebene bildgebende System und das in Anspruch 15 beschriebene Ver- fahren zur Bildgebung gelöst. These objects are achieved by the imaging system described in claim 1 and the imaging method described in claim 15.
Das erfindungsgemäße bildgebende System umfasst eine Röntgenquelle zum Aussenden von Röntgenstrahlung entlang einer zentralen Strahlachse, einen Bildgebungsbereich zum Positionieren eines zu untersuchenden Objekts und einen Röntgendetektor .The imaging system according to the invention comprises an X-ray source for emitting X-radiation along a central beam axis, an imaging area for positioning an object to be examined and an X-ray detector.
Zwischen dem Bildgebungsbereich und dem Röntgendetektor ist ein Linsenfeld aus einer Mehrzahl von für Röntgenstrahlung fokussierenden Röntgenlinsen angeordnet. Die zentrale Strahlachse ist dabei zweckmäßig so ausgerichtet, dass das zu untersuchende Objekt von der durch die Röntgenquelle ausgesendeten Röntgenstrahlung durchleuchtet wird. Außerdem weist die Röntgenquelle zweckmäßig einen möglichst kleinen Brennfleck auf, also einen möglichst kleinen Ausgangsort für die Entstehung der Röntgenstrahlung, der vorteilhaft einen effektiven Durchmesser von höchstens 500 μπι, besonders vorteilhaft höchstens 200 μπι besitzt. Durch die ge- ringe Ausdehnung des Brennflecks wird jeder Teilbereich des Objektsvolumens von Röntgenstrahlung durchleuchtet, die innerhalb dieses Bereichs nur eine geringe Winkelverteilung aufweist. Beim Durchtritt der Röntgenstrahlung durch das zu untersuchende Objekt wird die Röntgenstrahlung durch Absorp- tion im Objekt abgeschwächt. Außerdem wird durch den typischerweise über die Ausdehnung des Objekts variierenden Rönt- gen-Brechungsindex die Phase der Röntgenstrahlung verschoben, was nach dem Durchtritt durch das Objekt zu einer verzerrten Wellenfront führt. Das erfindungsgemäße bildgebende System ist geeignet, diese Verzerrung der Wellenfront mit einemBetween the imaging area and the X-ray detector, a lens array of a plurality of X-ray focusing X-ray lenses is arranged. The central beam axis is expediently aligned so that the object to be examined is transilluminated by the X-ray radiation emitted by the X-ray source. In addition, the X-ray source expediently the smallest possible focal spot, so a small starting point for the emergence of X-rays, which advantageously has an effective diameter of at most 500 μπι, particularly advantageously at most 200 μπι. Due to the small extent of the focal spot, each subarea of the object volume is irradiated by X-ray radiation, which has only a small angular distribution within this area. As the X-radiation passes through the object to be examined, the X-radiation is attenuated by absorption in the object. In addition, the phase of the x-ray radiation is displaced by the x-ray refractive index, which typically varies over the extent of the object, resulting in a distorted wavefront after passing through the object. The imaging system according to the invention is suitable for this distortion of the wavefront with a
Röntgendetektor sichtbar zu machen. Der Röntgendetektor ist dabei vorteilhaft so angeordnet, dass ein möglichst vollständiger Winkelbereich der das Objekt ohne Streuung durchtretenden Strahlung auf den Detektor trifft. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Bildgebungsbereich und dem Röntgendetektor ein Linsenfeld aus Röntgenlinsen angeordnet, bei einem Betrieb des bildgebenden Systems also zwischen Objekt und Röntgendetektor. Die Röntgenlinsen wirken für Röntgenstrahlung fokus- sierend, wodurch die Strahlung in Richtung einer Mehrzahl von Fokusorten gebündelt wird. Für jede Röntgenlinse ergibt sich ein Fokusort. Die Detektion der Wellenfrontverzerrung funktioniert nach demselben Prinzip wie die Vermessung einer optischen Wellenfront mit einem sogenannten Shack-Hartmann-Sen- sor . Bei einer unverzerrten Wellenfront bündelt das Linsen- feld die ankommende Strahlung auf eine Mehrzahl von idealenVisualize x-ray detector. The X-ray detector is advantageously arranged so that the most complete possible angular range of the radiation without scattering the radiation hits the detector. According to the invention, a lens field of x-ray lenses is arranged between the imaging area and the x-ray detector, ie between object and x-ray detector during operation of the imaging system. The X-ray lenses have a focusing effect for X-ray radiation, whereby the radiation is concentrated in the direction of a plurality of focal points. For each X-ray lens, a focus location results. The detection of the wavefront distortion works on the same principle as the measurement of an optical wavefront with a so-called Shack-Hartmann sensor. With an undistorted wavefront, the lens array focuses the incoming radiation onto a plurality of ideals
Fokusorten. Bei einer verzerrten Wellenfront dagegen wird die Strahlung auf eine Mehrzahl von gegenüber diesen idealen Fokusorten mehr oder weniger verschobenen Fokusorten gebündelt. Der Röntgendetektor ist nun zweckmäßig so angeordnet und ausgestaltet, dass er die Verschiebung der Fokusorte und somit die Verzerrung der Strahlungswellenfront vermessen kann. Besonders geeignet ist das beschriebene bildgebende System für einen Einsatz in der medizinischen Diagnostik, insbesondere bei medizinischen Anwendungen, bei denen ein hoher Focus places. In the case of a distorted wavefront, on the other hand, the radiation is focused onto a plurality of focus locations which are more or less displaced relative to these ideal focus locations. The X-ray detector is now expediently arranged and configured such that it can measure the displacement of the focus locations and thus the distortion of the radiation wavefront. Particularly suitable is the imaging system described for use in medical diagnostics, especially in medical applications where a high
Weichteilkontrast diagnostisch relevant ist. Ein Beispiel ist die Mammographie, bei der zur Früherkennung und zur therapie- begleitenden Untersuchung von Brustkrebs die weibliche Brust auf sehr kleine Gewebeveränderungen hin untersucht wird. Der allein durch die Absorption erzielbare Kontrast ist in diesem Gewebe zumindest für mittelharte und härtere Röntgenstrahlung relativ gering. Daher ist die Mammographie ein ideales Ein- satzgebiet für die Phasenkontrastbildgebung, bei der die Verzerrung der Wellenfront durch niedrig absorbierendes Gewebe auch zu einem guten Bildkontrast führen kann. Soft tissue contrast is diagnostically relevant. One example is mammography, in which the female breast is examined for very small tissue changes for the early detection and therapy-accompanying examination of breast cancer. The contrast achievable solely by absorption is relatively low in this tissue, at least for medium-hard and harder X-rays. Therefore, mammography is an ideal field of application for phase-contrast imaging, where the distortion of the wavefront by low-absorbing tissue can also lead to a good image contrast.
Es gibt jedoch auch andere Anwendungsbereiche für das be- schriebene bildgebende System. So kann das im Bildgebungsbe- reich zu positionierende Objekt alternativ auch ein anderes menschliches oder tierisches Körperteil sein. Oder es können beispielsweise im Bereich des Sicherheitstechnik oder der industriellen Röntgenuntersuchungen auch unbelebte Gegenstände untersucht werden. However, there are other applications for the imaging system described. Thus, the object to be positioned in the imaging area can alternatively also be another human or animal body part. Or, for example, inanimate objects can also be investigated in the field of safety technology or industrial X-ray examinations.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildgebung wird ein erfindungsgemäßes bildgebendes System verwendet, um mit Hilfe von Röntgenstrahlung eine durch ein Objekt bewirkte Verzer- rung der Wellenfront der Röntgenstrahlung mit Hilfe des Rönt- gendetektors zu vermessen. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen bildgebenden Systems. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen bildgebenden Systems gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Demgemäß kann das bildgebende System zusätzlich folgende Merkmale aufweisen: Das Linsenfeld kann ein zweidimensionales Feld mit einer regelmäßigen Anordnung von Röntgenlinsen sein. Ein regelmäßiges zweidimensionales Linsenfeld führt zu einer zweidimensionalen Anordnung von Fokusorten für die durch die Linsen gebündelte Röntgenstrahlung, die zweckmäßig mit einem zweidimensional abbildenden Röntgendetektor detektiert werden kann. Somit kann auf einfache Weise die für verschiedene Strahllagen im Objekt auftretende Verzerrung der Wellenfront vermessen wer- den. Für jede der Röntgenlinsen kann somit durch den Detektor ein Verzerrungswert ermittelt werden, der für die jeweilige lokale Strahlrichtung zwischen dem Brennfleck und der jeweiligen Linse dem Integral des Brechungsindex durch das Objekt entlang dieser Richtung entspricht. Die tatsächliche berück- sichtigte Breite des Volumenbereichs, über das integriert wird, ist dabei durch die räumliche Dichte des Linsenfeldes gegeben. Die Dichte des zweidimensionalen Linsenfeldes bestimmt also die räumliche Auflösung der für das Objekt erhaltenen zweidimensionalen Bildinformation für eine bestimmte durch die Strahlrichtung vorgegebene Projektionsrichtung. Eine regelmäßige Anordnung der Röntgenlinsen führt dann zu einem aus regelmäßigen Bildelementen zusammengesetzten Bild. In the imaging method according to the invention, an imaging system according to the invention is used to measure with the aid of X-ray radiation an aberration of the wavefront of the X-ray radiation caused by an object with the aid of the X-ray detector. The advantages of the method according to the invention are analogous to the above-described advantages of the imaging system according to the invention. Advantageous embodiments and further developments of the imaging system according to the invention will become apparent from the dependent claims of claim 1. Accordingly, the imaging system may additionally have the following features: The lens array may be a two-dimensional array with a regular array of x-ray lenses. A regular two-dimensional lens array results in a two-dimensional array of focus locations for the x-ray beam collimated by the lenses, which can be conveniently detected with a two-dimensional imaging x-ray detector. Thus, the distortion of the wavefront occurring for different beam positions in the object can be measured in a simple manner. For each of the x-ray lenses, a distortion value can thus be determined by the detector which, for the respective local beam direction between the focal spot and the respective lens, corresponds to the integral of the refractive index through the object along this direction. The actual considered width of the volume area over which integration takes place is given by the spatial density of the lens field. The density of the two-dimensional lens array thus determines the spatial resolution of the two-dimensional image information obtained for the object for a specific projection direction predetermined by the beam direction. A regular arrangement of the x-ray lenses then leads to an image composed of regular picture elements.
Das Linsenfeld kann sich in wenigstens einer Raumrichtung senkrecht zur zentralen Strahlachse erstrecken. Damit wird erreicht, dass das bildgebende System eine Abbildung liefert, die eine ortsaufgelöste Information mit wenigstens einer räumlichen Komponente enthält, die senkrecht zur Projektionsrichtung liegt. Ein zweidimensionales Linsenfeld kann sich dabei zweckmäßig in zwei Raumrichtungen erstrecken, die senkrecht zur zentralen Strahlachse liegen. The lens field may extend in at least one spatial direction perpendicular to the central beam axis. This ensures that the imaging system provides an image containing spatially resolved information with at least one spatial component that is perpendicular to the direction of projection. A two-dimensional lens array may expediently extend in two spatial directions which are perpendicular to the central beam axis.
Das Linsenfeld kann mehrere Einzellinsenfelder umfassen, die entlang der zentralen Strahlachse hintereinander gestapelt sind. Dies ist dann zweckmäßig, wenn mit einer einzelnenThe lens array may comprise a plurality of single lens arrays stacked one behind the other along the central beam axis. This is useful when using a single
Röntgenlinse eine für eine gegebene Strahlanordnung gewünschte Brennweite nicht erreicht werden kann. Da der Brechungsindex der meisten Materialien für Röntgenstrahlung nur sehr we- nig vom Brechungsindex von Vakuum oder Luft abweicht, kann es zur Erzielung eines gewünschten FokusabStandes nötig sein, für jede abzubildende Projektionsrichtung mehrere Linsen in Richtung der Strahlachse hintereinanderzuschalten . Beispiels- weise können zwischen 2 und 20 Einzellinsenfelder entlang der Strahlachse gestapelt sein. X-ray lens can not be achieved for a given beam arrangement desired focal length. Since the refractive index of most X-ray materials is very low In order to achieve a desired focus distance, it may be necessary to connect a plurality of lenses in the direction of the beam axis one behind the other for each projection direction to be imaged. For example, between 2 and 20 individual lens fields may be stacked along the beam axis.
Wenigstens ein Teil der Röntgenlinsen des Linsenfeldes kann auf wenigstens einer Seite und in wenigstens einer Schnitt- ebene einen konkaven Querschnitt aufweisen. Konkave Röntgenlinsen sind zweckmäßig, da der Brechungsindex aller Materialien leicht unterhalb von 1 liegt. Somit können mit konkaven Formen fokussierende Sammellinsen erzeugt werden. Die Röntgenlinsen können beispielsweise bikonkav oder planar-konkav ausgebildet sein. Sie können beispielsweise als planar-kon- kave Zylinderlinsen ausgebildet sein, so dass sich nur in einer Schnittebene ein konkaver Querschnitt ergibt. In der anderen die Richtung der Strahlachse enthaltenen Schnittebene weist eine solche Zylinderlinse beispielsweise einen recht- eckigen Querschnitt auf. Die Linsen können jedoch auch in allen die Richtung der Strahlachse umfassenden Schnittebenen einen konkaven Querschnitt aufweisen. Insbesondere können die Linsen als planar-konkave oder bikonkave um die Richtung der Strahlachse und/oder die lokale Strahlrichtung rotationssym- metrische Linsen ausgebildet sein. In all diesen unterschiedlichen Ausprägungen können die Linsen jeweils eine Symmetrieachse aufweisen, die entweder für alle Linsen entlang der zentralen Strahlachse ausgerichtet ist, oder die für jede Linse entlang einer lokalen Strahlrichtung der Röntgenstrah- lung ausgerichtet ist. Im zweiten Fall sind also die Symmetrieachsen aller Röntgenlinsen des Linsenfeldes zweckmäßig im Wesentlichen auf den Brennfleck der Röntgenquelle ausgerichtet . Die konkaven Querschnitte der Röntgenlinsen können als sphärische Querschnitte oder als asphärische Querschnitte geformt sein. Eine besonders vorteilhafte asphärische Form ist die parabolische Form, mit der für eine parabolische Zylinderlin- se ein Linienfokus und für eine rotationsparabolische Linse ein Punktfokus erzielt werden kann. At least a part of the x-ray lenses of the lens field can have a concave cross section on at least one side and in at least one sectional plane. Concave X-ray lenses are useful because the refractive index of all materials is slightly below 1. Thus, concentric focusing lenses can be produced with concave shapes. The x-ray lenses may, for example, be biconcave or planar-concave. They can be designed, for example, as planar-concave cylindrical lenses, so that a concave cross-section results only in a sectional plane. In the other section plane containing the direction of the beam axis, such a cylindrical lens has, for example, a rectangular cross-section. However, the lenses may also have a concave cross-section in all the sectional planes that comprise the direction of the beam axis. In particular, the lenses can be embodied as planar-concave or biconcave lenses which are rotationally symmetrical about the direction of the beam axis and / or the local beam direction. In all these different forms, the lenses can each have an axis of symmetry which is aligned either for all lenses along the central beam axis or which is aligned for each lens along a local beam direction of the X-ray radiation. In the second case, therefore, the axes of symmetry of all the X-ray lenses of the lens array are expediently aligned substantially with the focal spot of the X-ray source. The concave cross sections of the x-ray lenses can be shaped as spherical cross sections or as aspherical cross sections. A particularly advantageous aspherical form is the parabolic shape with which for a parabolic cylindrical lens a line focus can be achieved and for a rotation-parabolic lens a point focus can be achieved.
Wenigstens ein Teil der Röntgenlinsen des Linsenfeldes kann als Fresnellinsen und/oder als Prismenlinsen ausgestaltet sein. Fresnellinsen sind gestuft ausgeformte Linsen, bei denen der Querschnitt beispielsweise anstelle einer einfachen konkaven Form mehrere gestufte konkave Abschnitte aufweist. Somit kann einer Linse mit vergleichbarer Brechwirkung mit einem geringeren Materialvolumen aufgebaut werden. Besonders bei Röntgenlinsen kann dies die Transmission der Linse deutlich erhöhen, da für die meisten Materialien das Verhältnis von Brechzahldekrement zum Absorptionskoeffizienten für Röntgenstrahlung relativ schlecht ist. Auch Prismenlinsen haben den analogen Vorteil einer relativ hohen Lichtbrechung bei geringem zu durchdringendem Materialvolumen. At least a part of the x-ray lenses of the lens field can be configured as Fresnel lenses and / or as prism lenses. Fresnel lenses are stepped molded lenses in which the cross section has, for example, a plurality of stepped concave portions instead of a simple concave shape. Thus, a lens with comparable refractive effect can be constructed with a smaller volume of material. Especially with X-ray lenses, this can significantly increase the transmission of the lens, since the ratio of refractive index decrement to the absorption coefficient for X-radiation is relatively poor for most materials. Prism lenses also have the analog advantage of a relatively high refraction of light with low volume of material to be penetrated.
Wenigstens ein Teil der Röntgenlinsen des Linsenfeldes kann einen im Wesentlichen punktförmigen Fokus aufweisen. Wenn für jede abzubildende Durchleuchtungsrichtung wenigstens eineAt least a portion of the x-ray lenses of the lens array may have a substantially point-shaped focus. If, for each transillumination direction to be imaged, at least one
Linse oder ein Stapel von Linsen mit gemeinsamem punktförmigem Fokus vorgesehen ist, dann kann das Objekt als ein verzerrtes Muster von Fokuspunkten abgebildet werden, die zweckmäßig in einer gemeinsamen Ebene fokussiert werden. Mit dem Röntgendetektor, der zweckmäßig in dieser Ebene positioniert wird, können dann die Verschiebungen der Fokuspunkte von den Orten der bei einer unverzerrten Wellenfront vorliegenden idealen Fokuspunkte gemessen werden. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Teil der Röntgenlinsen des Linsenfeldes einen im Wesentlichen linienförmi- gen Fokus aufweisen. Zweckmäßig weist dann das Linsenfeld eine Mehrzahl erster Röntgenlinsen mit im Wesentlichen li- nienförmigem Fokus auf, denen jeweils in Strahlrichtung eine zweite Röntgenlinse mit im Wesentlichen linienförmigem Fokus nachgeschaltet ist, deren Linienfokus im Wesentlichen senkrecht zum Linienfokus der ersten Röntgenlinse ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann aus einem Paar von Einzellinsenfel- dern mit zueinander senkrecht angeordnetem Linienfokus ein Gesamtlinsenfeis mit effektivem Punktfokus erzeugt werden. Es können auch mehrere solche Paare mit zueinander senkrechten Linienfokusrichtungen in Strahlrichtung nacheinander angeord- net werden. Die Vorteile solcher Anordnungen ergeben sich analog zu den Röntgenlinsen mit im Wesentlichen punktförmigem Fokus . Lens or a stack of lenses with common point-shaped focus is provided, then the object can be imaged as a distorted pattern of focus points, which are expediently focused in a common plane. With the X-ray detector, which is expediently positioned in this plane, the displacements of the focus points can then be measured from the locations of the ideal focus points present at an undistorted wavefront. Alternatively or additionally, at least a part of the x-ray lenses of the lens field may have a substantially line-shaped focus. The lens field then expediently has a plurality of first x-ray lenses with a substantially linear focus, followed by a second x-ray lens having a substantially linear focus, the line focus of which is aligned essentially perpendicular to the line focus of the first x-ray lens. In this way, a pair of single-lens fields can be With a line focus perpendicular to one another, a total lens angle with effective point focus can be generated. It is also possible for several such pairs to be arranged one after the other in the beam direction with mutually perpendicular line focus directions. The advantages of such arrangements are analogous to the x-ray lenses with a substantially point-shaped focus.
Die Röntgenlinsen des Linsenfeldes können ein Material umfas- sen, dessen mittlere Kernladungszahl höchstens 30 ist. Besonders vorteilhaft umfassen die Röntgenlinsen des Linsenfeldes ein Material, dessen mittlere Kernladungszahl höchstens 15 ist. Solche eher leichten Materialien sind besonders geeignet zur Bildung von Röntgenlinsen, da bei ihnen das Verhältnis von Brechzahldekrement zum Absorptionskoeffizienten besonders hoch ist. Es kommt dabei auf die mittlere Kernladungszahl an, so dass einzelne schwerere Elemente in geringerer Konzentration vorliegen können. Besonders geeignet sind Materialien, die die Elemente Beryllium, Silizium, Kohlenstoff, Aluminium und/oder Nickel umfassen. So können insbesondere kohlenstoffhaltige organische Verbindungen als Linsenmaterial verwendet werden, beispielsweise photolithographisch strukturierbare Lacke wie SU- 8 oder Polyimide, die mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich strukturiert werden können. Auch Silizi- um kann durch lithographische Verfahren strukturiert werden. Alternativ können Folien aus Beryllium, Aluminium und/oder organischen Verbindungen beispielsweise mit parabolisch geformten Nadeln geprägt werden, oder das sogenannte LiGA- Verfahren kann eingesetzt werden, um mit den Verfahrens- schritten Lithographie, Galvanik und Abformung hochgenaueThe x-ray lenses of the lens array may comprise a material whose average atomic number is at most 30. Particularly advantageously, the x-ray lenses of the lens array comprise a material whose average atomic number is at most 15. Such rather lightweight materials are particularly suitable for forming x-ray lenses, since they have a particularly high ratio of refractive index decrement to absorption coefficient. It depends on the average atomic number, so that individual heavier elements can be present in a lower concentration. Particularly suitable are materials comprising the elements beryllium, silicon, carbon, aluminum and / or nickel. Thus, in particular carbon-containing organic compounds can be used as lens material, for example, photolithographically structurable coatings such as SU-8 or polyimides, which can be structured with a precision in the submicrometer range. Also, silicon can be structured by lithographic methods. Alternatively, films of beryllium, aluminum and / or organic compounds can be embossed, for example, with parabolically shaped needles, or the so-called LiGA process can be used to achieve high precision with the process steps lithography, electroplating and impression taking
Schichten aus verschiedenen Kunststoffen, Metallen oder oxidischen Materialien herzustellen. Layers made of different plastics, metals or oxidic materials.
Die Brennweite der Röntgenlinsen des Linsenfeldes kann bei Werten bis zu 1 m liegen. Dabei richtet sich die jeweils günstige Brennweite auch nach den anderen geometrischen Anforderungen des bildgebenden Systems, insbesondere nach der Größe des zu untersuchenden Objekts. Bei einer Verwendung für n The focal length of the x-ray lenses of the lens array can be up to 1 m. In this case, the respectively favorable focal length also depends on the other geometric requirements of the imaging system, in particular on the size of the object to be examined. When used for n
die Mammographie kann die Brennweite der Röntgenlinsen vorteilhaft unterhalb von 50 cm liegen. Es ist auch möglich, dass die Brennweite der Röntgenlinsen innerhalb des Linsenfeldes variiert. Dies kann vorteilhaft sein, da bei Anordnun- gen mit planarem Linsenfeld und planarem Röntgendetektor leichte Weglängenunterschiede für die verschiedenen lokalen Strahlrichtungen vorliegen, so dass mit leicht variierenden, an diese Unterschiede angepassten Brennweiten ein im Wesentlichen scharfer Fokus innerhalb der Detektorebene erreicht werden kann. mammography, the focal length of the x-ray lenses can advantageously be below 50 cm. It is also possible that the focal length of the x-ray lenses varies within the lens field. This can be advantageous since in arrangements with a planar lens field and a planar X-ray detector there are slight path length differences for the different local beam directions, so that a substantially sharp focus within the detector plane can be achieved with slightly varying focal lengths adapted to these differences.
Der Abstand zwischen Röntgenquelle und Linsenfeld kann wenigstens so groß wie die Brennweite der Röntgenlinsen sein. Dann kann auch der Abstand zwischen Röntgendetektor und Linsenfeld so gewählt werden, dass der Brennfleck der Röntgenquelle durch die Röntgenlinsen im Wesentlichen scharf in der Ebene des Röntgendetektors abgebildet wird. Mit einer solchen Anordnung wird eine besonders hohe räumliche Auflösung für die einzelnen durch die Röntgenlinsen abgebildeten Projektionsrichtungen durch das Objekt erhalten. Die Position des Röntgendetektors kann alternativ auch leicht vor oder hinter dem Fokusabstand des Linsenfeldes liegen. In einer solchen Ausführungsform wird die Röntgenstrahlung nicht exakt fokus- siert, sondern ist auf einen etwas größeren Bereich der Detektoroberfläche verteilt. Eine solche Anordnung kann die Vermessung der Verschiebung der Fokusorte mit einer relativ geringen räumlichen Auflösung des Röntgendetektors ermöglichen. The distance between the X-ray source and the lens field can be at least as large as the focal length of the X-ray lenses. Then, the distance between the X-ray detector and the lens field can also be selected such that the focal spot of the X-ray source is imaged substantially sharply in the plane of the X-ray detector by the X-ray lenses. With such an arrangement, a particularly high spatial resolution for the individual projection directions imaged by the x-ray lenses is obtained by the object. Alternatively, the position of the X-ray detector may also be slightly in front of or behind the focal distance of the lens field. In such an embodiment, the X-ray radiation is not exactly focused but is distributed over a somewhat larger area of the detector surface. Such an arrangement may enable the measurement of the shift of focus locations with a relatively low spatial resolution of the X-ray detector.
Der Röntgendetektor kann eine Mehrzahl von Detektorelementen umfassen, deren Anzahl wenigstens so groß ist wie die Anzahl der Röntgenlinsen. Zweckmäßig sind die Detektorelemente in einem regelmäßigen Muster angeordnet . Bei Verwendung eines zweidimensionalen Linsenfeldes umfasst der Röntgendetektor zweckmäßig ebenfalls eine zweidimensionale Anordnung von De- tektorelementen, wobei vorteilhaft jeder der beiden Raumrichtungen des Detektors die Zahl der Detektorelemente wenigstens so groß ist wie die Zahl der Röntgenlinsen in dieser Raumrichtung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zahl der Detektorelemente in jeder Raumrichtung wenigstens doppelt so groß wie die Zahl der Röntgenlinsen. Dann kann für jede der Röntgenlinsen zumindest ein Näherungswert für die Verschiebung des Fokusorts durch die Verzerrung der Wellenfront ermittelt werden. Die Ortsauflösung des bildgebenden Systems wird durch die Anzahl der Röntgenlinsen bestimmt, unter der Voraussetzung, dass der Röntgendetektor hochauflösend genug ist, um für jede der Röntgenlinsen die Verschiebung des Fokusortes zu bestimmen. Der Kontrast der Bestimmung der Pha- seninformation und damit die Bildqualität wird wesentlich von der Genauigkeit der Ermittlung dieser einzelnen Verschiebungen bestimmt. The X-ray detector may comprise a plurality of detector elements, the number of which is at least as large as the number of X-ray lenses. Suitably, the detector elements are arranged in a regular pattern. When using a two-dimensional lens array, the X-ray detector expediently likewise comprises a two-dimensional arrangement of detector elements, wherein advantageously each of the two spatial directions of the detector is at least as large as the number of X-ray lenses in this spatial direction. In an advantageous embodiment, the number the detector elements in each spatial direction at least twice as large as the number of x-ray lenses. Then, for each of the x-ray lenses, at least one approximation value for the shift of the focus location can be determined by the distortion of the wavefront. The spatial resolution of the imaging system is determined by the number of x-ray lenses, provided that the x-ray detector is high-resolution enough to determine the shift of the focus location for each of the x-ray lenses. The contrast of the determination of the phase information and thus the image quality is essentially determined by the accuracy of the determination of these individual shifts.
Das regelmäßige Muster der Detektorelemente kann sich zweck- mäßig in wenigstens einer Raumrichtung senkrecht zur zentralen Strahlrichtung erstrecken. Das regelmäßige Muster der Detektorelemente kann bezüglich seiner Symmetrieeigenschaften und/oder der Lage seiner Symmetrieachsen und/oder einer seiner räumlichen Periodenlängen und/oder seiner seitlichen Aus- richtung im Verhältnis zu einer zentralen Strahlachse derThe regular pattern of the detector elements may expediently extend in at least one spatial direction perpendicular to the central beam direction. With regard to its symmetry properties and / or the position of its axes of symmetry and / or one of its spatial period lengths and / or its lateral orientation relative to a central beam axis, the regular pattern of the detector elements can
Röntgenstrahlung von der räumlichen Anordnung der Röntgenlinsen abweichen. Der Vorteil einer solchen absichtlichen Fehlanpassung der beiden Muster untereinander liegt darin, dass so auch mit einer geringen Zahl an Detektorelementen das ent- stehende Strahlungsmuster genügend abgetastet werden kann, um eine Ermittlung der Verschiebungen der Fokusorte zu ermöglichen . X-ray radiation deviate from the spatial arrangement of the x-ray lenses. The advantage of such intentional mismatching of the two patterns with each other is that even with a small number of detector elements, the resulting radiation pattern can be scanned sufficiently to enable a determination of the displacements of the focus locations.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen: The invention will now be described by way of some preferred embodiments with reference to the attached drawings, in which:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines bildgebenden Fig. 1 is a schematic cross section of an imaging
Systems nach einem ersten Ausführungsbeispiel ohne ein zu untersuchendes Objekt zeigt,  System according to a first embodiment without an object to be examined shows,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt desselben bildgebenden  Fig. 2 is a schematic cross section of the same imaging
Systems mit einem zu untersuchenden Objekt zeigt, Fig. 3 einen schematischen Querschnitt des Linsenfeldes des ersten Ausführungsbeispiels zeigt, System with an object to be examined shows 3 shows a schematic cross section of the lens array of the first embodiment,
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt eines Linsenfeldes 4 shows a schematic cross section of a lens field
nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,  according to a second embodiment,
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt eines Linsenfeldes Fig. 5 is a schematic cross section of a lens array
nach einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt und Fig. 6 einen schematischen Querschnitt des Röntgendetektors des ersten Ausführungsbeispiels in Detailansicht zeigt .  FIG. 6 shows a schematic cross section of the X-ray detector of the first exemplary embodiment in a detailed view.
Einander entsprechende Objekte sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding objects are provided in the figures with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines bildgebenden Systems 1 nach der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist der Strahlengang der Röntgenstrahlung 5 von der Röntgenquelle 3 durch den Bildge- bungsbereich 11 und das Linsenfeld 15 hin zum Rontgendetektor 13. In Fig. 1 ist der Bildgebungsbereich 11 noch frei von ei- nem zu untersuchenden Objekt. Die Röntgenstrahlung 5 breitet sich von dem Brennfleck 7 der Röntgenquelle 3 im Wesentlichen ungestört in Richtung des Linsenfeldes 15 aus. Daher ist die Wellenfront 27 der Röntgenstrahlung 5 kurz vor Eintritt in das Linsenfeld 15 im Wesentlichen unverzerrt. Das Linsenfeld 15 des ersten Ausführungsbeispiels ist eine regelmäßige Anordnung aus planar-konkaven Röntgenlinsen 17. In der Fig. 1 ist schematisch ein Querschnitt durch vier untereinander gleiche Linsen 17 gezeigt. Diese sind jedoch nur als repräsentativ für eine wesentlich größere Anzahl an Röntgenlinsen 17 zu sehen, die eine gleichmäßige zweidimensionale Anordnung bilden, die sich auch in der Richtung senkrecht zur gezeigten Schnittebene erstreckt. Beispielsweise können jeder Raumrichtung des zweidimensionalen Linsenfeldes 15 auf einer Länge von 10 cm etwa 500 bis 2500 Linsen angeordnet sein. Das heißt, die räumliche Periodenlänge des Linsenfeldes 15 kann bei einer gleichmäßigen und äquidistanten Anordnung beispielsweise zwischen 200 μπι und 40 μπι betragen. Die Abmessungen des Linsenfeldes 15 können in jeder Raumrichtung mehrere 10 cm betragen, bei der Mammographie können sie beispielsweise bei etwa 25 cm mal 30 cm liegen. Fig. 1 shows a schematic cross section of a first embodiment of an imaging system 1 according to the present invention. Shown is the beam path of the X-radiation 5 from the X-ray source 3 through the imaging area 11 and the lens array 15 towards the X-ray detector 13. In FIG. 1, the imaging area 11 is still free of an object to be examined. The X-radiation 5 propagates from the focal spot 7 of the X-ray source 3 essentially undisturbed in the direction of the lens field 15. Therefore, the wavefront 27 of the X-ray radiation 5 is substantially undistorted shortly before entering the lens array 15. The lens array 15 of the first exemplary embodiment is a regular arrangement of planar-concave X-ray lenses 17. FIG. 1 schematically shows a cross section through four identical lenses 17. However, these are only representative of a significantly larger number of x-ray lenses 17 that form a uniform two-dimensional array that also extends in the direction perpendicular to the section plane shown. For example, each spatial direction of the two-dimensional lens array 15 can be arranged over a length of 10 cm about 500 to 2500 lenses. That is, the spatial period length of the lens array 15 may be in a uniform and equidistant arrangement, for example, between 200 μπι and 40 μπι. The dimensions of the lens array 15 may be more in each spatial direction 10 cm, in mammography, for example, they can be about 25 cm by 30 cm.
Die Röntgenlinsen 17 des Linsenfeldes 15 haben in diesem Bei- spiel eine einheitliche Brennweite 21 von 25 cm. Die Brennweite 21 kann jedoch auch andere Werte annehmen, die sich nach der Größe des Objekts und geometrischen Anforderungen an die Anordnung des Objekts richten. Beispielsweise kann die Brennweite 21 im Bereich zwischen 25 cm und 1 m liegen. Im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind die Röntgenlinsen 17 des Linsenfeldes 15 als punktförmig fokussierende Para- bollinsen ausgebildet. Dadurch wird die Röntgenstrahlung 5 sowohl in der Schnittebene der Fig. 1 als auch in der Ebene senkrecht dazu von jeder Röntgenlinse 17 in einem zugehörigen Fokuspunkt 19 fokussiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Entfernungen der einzelnen Komponenten so gewählt, dass die Fokuspunkte 19 im Wesentlichen auf der Bildebene 31 des zweidimensional ausgedehnten Röntgendetektors 13 liegen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Gegenstandsweite 23 und Bildweite 25 die Relation In this example, the x-ray lenses 17 of the lens array 15 have a uniform focal length 21 of 25 cm. However, focal length 21 may also assume other values that depend on the size of the object and geometric requirements for the placement of the object. For example, the focal length 21 may be in the range between 25 cm and 1 m. In the first embodiment shown, the x-ray lenses 17 of the lens array 15 are formed as punctiform focusing parabolic lenses. As a result, the x-ray radiation 5 is focused by each x-ray lens 17 in an associated focal point 19 both in the sectional plane of FIG. 1 and in the plane perpendicular thereto. In the exemplary embodiment shown, the distances of the individual components are selected such that the focal points 19 lie substantially on the image plane 31 of the two-dimensionally extended X-ray detector 13. This is achieved by the fact that the object distance is 23 and the image 25 the relation
1/Bildweite + 1/Gegenstandsweite = 1/Brennweite  1 / image width + 1 / object width = 1 / focal length
erfüllen. Dabei ist die Gegenstandsweite 23 als Abstand zwischen dem Brennfleck 7 der Röntgenquelle 3 und dem Linsenfeld 15 gegeben und die Bildweite 25 als Abstand zwischen dem Lin- senfeld 15 und der Bildebene 31 des Röntgendetektors gegeben. Durch die unverzerrte Wellenfront 27 wird die Röntgenstrahlung auf ein Muster an unverschobenen, idealen Fokuspunkten 19 gebündelt, deren Lage durch den Röntgendetektor 13 abgebildet werden kann. fulfill. In this case, the object width 23 is given as the distance between the focal spot 7 of the X-ray source 3 and the lens field 15, and the image width 25 is given as the distance between the lens field 15 and the image plane 31 of the X-ray detector. The undistorted wavefront 27 bundles the X-ray radiation onto a pattern of undisplaced, ideal focus points 19, the position of which can be imaged by the X-ray detector 13.
Fig. 2 zeigt einen entsprechenden schematischen Querschnitt desselben bildgebenden Systems 1 mit einem zu untersuchenden Objekt 12 im Bildgebungsbereich 11. Das bildgebende System 1 kann zusätzlich eine hier nicht gezeigte Anordnung zur Halte- rung eines zu untersuchenden Objekts 12 umfassen. Dies kann beispielsweise eine Patentenliege oder eine Einrichtung zur Aufnahme eines Körperteils sein. Für Anwendungen in der Mam- mographie besteht die Halterung typischerweise aus zwei Platten zur Fixierung und Kompression der weiblichen Brust. FIG. 2 shows a corresponding schematic cross section of the same imaging system 1 with an object 12 to be examined in the imaging area 11. The imaging system 1 may additionally comprise an arrangement, not shown here, for holding an object 12 to be examined. This may be, for example, a patent bed or a device for receiving a body part. For applications in the Mam- The holder typically consists of two plates for fixation and compression of the female breast.
Bei Durchtritt durch das zu untersuchende Objekt 12 wird die Röntgenstrahlung 5 sowohl durch Absorption in ihrer Amplitude geschwächt, als auch durch Brechungsindexunterschiede in der räumlichen Lage ihrer Wellenfront 27 verändert. Nach Durchtritt durch das Objekt 12 ergibt sich also eine leicht verzerrte Wellenfront 27 λ, die dann durch das Linsenfeld 15 durchtritt. Die Verzerrung der Wellenfront 27' bewirkt eine Bündelung der Röntgenstrahlung 5 in leicht verschobenen Fokuspunkten 19 λ, wobei die Richtung und das Ausmaß der Verschiebung charakteristisch für die Verschiebung der Wellenfront 27' im jeweiligen durchstrahlten Volumenbereich des Objekts 12 ist. Bei ausreichender räumlicher Auflösung und Emp- findlichkeit des Röntgendetektors 13 kann somit für jedeWhen passing through the object 12 to be examined, the X-ray radiation 5 is weakened by absorption in its amplitude, as well as changed by refractive index differences in the spatial position of its wavefront 27. After passing through the object 12 thus results in a slightly distorted wavefront 27 λ , which then passes through the lens array 15. The distortion of the wavefront 27 'causes a bundling of the X-ray radiation 5 in slightly shifted focal points 19 λ , wherein the direction and the extent of the shift is characteristic of the displacement of the wavefront 27' in the respective irradiated volume region of the object 12. With sufficient spatial resolution and sensitivity of the X-ray detector 13 can thus for each
Röntgenlinse 17 eine effektive Wellenfrontverschiebung für das zugehörige Volumenelement bestimmt werden. In Fig. 1 ist ein solcher durchstrahlter Volumenbereich 28i für eine äußere Linse des Linsenfeldes 15 durch Schraffur gekennzeichnet. So- mit bestimmt die Anzahl der Röntgenlinsen 17 maßgeblich die räumliche Auflösung des gesamten bildgebenden Systems 1. X-ray lens 17 an effective wavefront shift for the associated volume element can be determined. In FIG. 1, such an irradiated volume region 28i for an outer lens of the lens field 15 is characterized by hatching. Thus, the number of x-ray lenses 17 decisively determines the spatial resolution of the entire imaging system 1.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Detailansicht des Linsenfeldes 15 im bildgebenden System 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Gezeigt ist ein Ausschnitt im Bereich der zentralen Strahlachse 9. In diesem Beispiel sind alle Röntgenlinsen 17 rotationssymmetrisch um die Richtung dieser zentralen Strahlachse 9 ausgebildet. Weiterhin liegen alle Röntgenlinsen 17 in einer Ebene, die senkrecht zu dieser zentralen Strahlachse 9 liegt. 3 shows a schematic cross section of a detail view of the lens field 15 in the imaging system 1 of the first exemplary embodiment. Shown is a section in the region of the central beam axis 9. In this example, all the x-ray lenses 17 are rotationally symmetrical about the direction of this central beam axis 9. Furthermore, all the x-ray lenses 17 lie in a plane which is perpendicular to this central beam axis 9.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform des Linsenfeldes 15 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des bildgebenden Systems 1. Hier sind die einzelnen Röntgenlinsen 17 so ausgestaltet, dass die Symmetrieachsen der einzelnen Linsen 17 den jeweils vorliegenden lokalen Strahlrichtungen 29 der Röntgenstrahlung 5 entsprechen. Die Rotationsparaboloide der Linsenoberflächen sind also leicht gegeneinander verkippt, so dass die einzelnen Linsen in Richtung des Brennflecks 7 der Röntgenquelle 3 ausgerichtet sind. Diese etwas komplexere Geometrie hat den Vorteil, dass das so ausgebildete Linsenfeld 15 eine schärfere Abbildung des Brennflecks 7 in der Bildebe- ne 31 des Detektors 13 bewirkt. Es muss allerdings bereits beim Design des Linsenfeldes 15 die im bildgebenden System 1 zu verwendende Gegenstandsweite 21 festgelegt sein. Im Linsenfeld 15 des zweiten Ausführungsbeispiels variiert außerdem die Brennweite 21 der einzelnen Röntgenlinsen 17, so dass trotz der leicht unterschiedlich langen Strahlwege für verschiedene laterale Positionen ein einheitlich scharfes Abbild des Brennflecks erreicht werden kann. In beiden hier diskutierten Ausführungsbeispielen sind sowohl Linsenfeld 15 als auch Röntgendetektor 13 jeweils auf einer ebenen Fläche ange- ordnet. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen denkbar, in denen das Linsenfeld 15 und/oder der Röntgendetektor 13 auf einer gekrümmten Fläche angeordnet sind, wodurch ebenfalls eine einheitlich scharfe Abbildung des Brennflecks 7 auf der Detektorfläche 31 erreicht werden kann. 4 shows an alternative embodiment of the lens array 15 according to a second exemplary embodiment of the imaging system 1. Here, the individual x-ray lenses 17 are designed such that the axes of symmetry of the individual lenses 17 correspond to the respective local beam directions 29 of the x-ray radiation 5. The Rotationsparaboloide the lens surfaces are thus slightly tilted against each other, so the individual lenses are aligned in the direction of the focal spot 7 of the X-ray source 3. This somewhat more complex geometry has the advantage that the lens field 15 thus formed effects a sharper image of the focal spot 7 in the image plane 31 of the detector 13. However, in the design of the lens array 15, the object width 21 to be used in the imaging system 1 must already be determined. In the lens array 15 of the second embodiment also varies the focal length 21 of the individual X-ray lenses 17, so that despite the slightly different beam paths for different lateral positions, a uniform sharp image of the focal spot can be achieved. In both exemplary embodiments discussed here, both the lens field 15 and the X-ray detector 13 are each arranged on a flat surface. However, other embodiments are conceivable in which the lens array 15 and / or the X-ray detector 13 are arranged on a curved surface, whereby a uniformly sharp image of the focal spot 7 on the detector surface 31 can also be achieved.
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung des LinsenfeldesFig. 5 shows an alternative embodiment of the lens array
15 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier umfasst das Linsenfeld 15 mehrere Einzellinsenfelder 16, die jeweils wieder eine zweidimensionale, gleichmäßige Anordnung von Rotationsparaboloiden aufweisen. In diesem Beispiel sind die Einzellinsenfelder 16 als Felder von bi-konkaven Röntgenlinsen 17 ausgebildet. Der Vorteil der gezeigten Anordnung liegt darin, dass auch mit schwach brechenden Linsenmaterialien Brennweiten 21 unterhalb von 1 m erreicht werden können. Um eine vorgegebene Brennweite 21 zu erzielen, können beispielsweise bis zu 20 oder auch bis zu 100 Einzellinsenfelder15 according to a third embodiment of the invention. Here, the lens array 15 comprises a plurality of individual lens fields 16, each of which again has a two-dimensional, uniform arrangement of paraboloidal paraboloid. In this example, the single-lens fields 16 are formed as fields of bi-concave x-ray lenses 17. The advantage of the arrangement shown is that even with weak refractive lens materials focal lengths 21 can be achieved below 1 m. To achieve a given focal length 21, for example, up to 20 or even up to 100 individual lens fields
16 in Richtung der zentralen Strahlachse 9 gestapelt werden. In den gezeigten Beispielen ist das Material der Linsenfelder 15 ein lithographisch strukturierbares Polyimid. Es gibt je- doch eine Vielzahl an geeigneten alternativen Materialien, die bevorzugt eine mittlere Kernladungszahl von höchstens 15 aufweisen und die ein hohes Verhältnis von Brechzahldekrement zu Extinktionskoeffizienten besitzen. Fig. 6 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Detailansicht des Röntgendetektors 13 im bildgebenden System 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Der Röntgendetektor 13 umfasst eine Vielzahl von Detektorelementen 33, die innerhalb einer Bildebene 31 angeordnet sind und die Röntgenstrahlung absorbieren und jeweils in ein elektrisches Signal umwandeln. Der Röntgendetektor 13 kann entweder als Direktkonverter ausgestaltet sein, bei dem die Absorption in einem halbleitenden Material stattfindet, welches direkt ein elektrisches Signal generiert. Beispiele für solche Materialien sind Selen oder Cadmiumtellurid . Oder der Detektor 13 kann alternativ ein Feld von Photodioden aufweisen, denen ein Szintillator oder eine Mehrzahl von Szintillatoren vorgelagert ist, die jeweils die Röntgenstrahlung in sichtbares Licht konvertieren. Geeignete Szintillatormaterialien sind beispielsweise Casiumiodid oder Gadoliniumoxisulfid . All diesen unterschiedlichen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die einzelnen Detektorelemente 33 so angeordnet sind, dass sie die Vermessung der Ab- lenkung der Fokuspunkte 19' von den idealen Fokuspositionen 19' ermöglichen. Im gezeigten Beispiel umfasst der Röntgendetektor 13 eine zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen 33, wobei in jeder Raumrichtung der Bildebene die Anzahl der Detektorelemente 33 doppelt so hoch ist wie die Anzahl der Röntgenlinsen 17 des Linsenfeldes 15. Durch die zwischen Linsenfeld 15 und Röntgendetektor 13 stattfindende leichte Aufweitung der Röntgenstrahlung 5 ist dabei die räumliche Periodenlänge der Anordnung der Detektorelemente 33 zweckmäßig etwas größer als die Hälfte der räumlichen Periodenlänge des Linsenfeldes 15. 16 are stacked in the direction of the central beam axis 9. In the examples shown, the material of the lens fields 15 is a lithographically patternable polyimide. However, there are a large number of suitable alternative materials which preferably have an average atomic number of at most 15 and which have a high ratio of refractive index decrement to extinction coefficients. 6 shows a schematic cross section of a detailed view of the X-ray detector 13 in the imaging system 1 of the first exemplary embodiment. The X-ray detector 13 comprises a multiplicity of detector elements 33, which are arranged within an image plane 31 and absorb the X-ray radiation and in each case convert it into an electrical signal. The X-ray detector 13 can either be designed as a direct converter in which the absorption takes place in a semiconducting material which directly generates an electrical signal. Examples of such materials are selenium or cadmium telluride. Or the detector 13 may alternatively comprise a field of photodiodes preceded by a scintillator or a plurality of scintillators each converting the x-radiation to visible light. Suitable scintillator materials are, for example, casium iodide or gadolinium oxysulfide. All these different embodiments have in common that the individual detector elements 33 are arranged so that they allow the measurement of the deflection of the focus points 19 'from the ideal focus positions 19'. In the example shown, the X-ray detector 13 comprises a two-dimensional arrangement of detector elements 33, wherein in each spatial direction of the image plane, the number of detector elements 33 is twice as high as the number of X-ray lenses 17 of the lens array 15. By the light between 15 and X-ray detector 13 occurring slight expansion The X-radiation 5 is the spatial period length of the arrangement of the detector elements 33 expediently slightly larger than half the spatial period length of the lens array 15th
Die Detektorelemente 33 sind so angeordnet, dass die idealen, unverschobenen Fokuspunkte 19 jeweils an der Grenze zweier Detektorelemente 33 liegen. Die Verschiebung der Fokuspunkte 19' kann dann über die relativen Signalhöhen der jeweils benachbarten Detektorelemente 33 ermittelt werden. The detector elements 33 are arranged so that the ideal, unshifted focus points 19 each lie at the boundary of two detector elements 33. The displacement of the focus points 19 'can then be determined via the relative signal levels of the respectively adjacent detector elements 33.

Claims

Patentansprüche claims
1. Bildgebendes System (1) mit 1. Imaging system (1) with
- einer Röntgenquelle (3) zum Aussenden von Röntgenstrahlung (5) entlang einer zentralen Strahlachse (9),  an X-ray source (3) for emitting X-ray radiation (5) along a central beam axis (9),
- einem Bildgebungsbereich (11) zum Positionieren eines zu untersuchenden Objekts (12) und  an imaging area (11) for positioning an object (12) to be examined, and
- einem Röntgendetektor (13),  an X-ray detector (13),
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bildgebungsbereich (11) und dem Röntgendetektor (13) ein Linsenfeld (15) aus einer Mehrzahl von für Röntgenstrahlung fokussierenden Röntgenlinsen (17) angeordnet ist. characterized in that between the imaging area (11) and the X-ray detector (13) a lens array (15) of a plurality of X-ray focusing X-ray lenses (17) is arranged.
2. Bildgebendes System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Linsenfeld (15) ein zweidimensionales Feld mit einer regelmäßigen Anordnung von Röntgenlinsen ist (17) . 2. Imaging system (1) according to claim 1, characterized in that the lens field (15) is a two-dimensional field with a regular arrangement of x-ray lenses (17).
3. Bildgebendes System (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenfeld (15) sich wenigs- tens in einer Richtung senkrecht zur zentralen Strahlachse (9) erstreckt. 3. Imaging system (1) according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the lens array (15) at least in a direction extending perpendicular to the central beam axis (9).
4. Bildgebendes System (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenfeld (15) mehrere Einzellinsenfelder (16) umfasst, die entlang der zentralen Strahlachse (9) hintereinander gestapelt sind. 4. Imaging system (1) according to claim 3, characterized in that the lens array (15) comprises a plurality of individual lens arrays (16) which are stacked along the central beam axis (9) one behind the other.
5. Bildgebendes System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Röntgenlinsen (17) des Linsenfeldes (15) auf wenigstens einer Seite und in wenigstens einer Schnittebene einen konkaven Querschnitt aufweist. 5. Imaging system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least part of the x-ray lenses (17) of the lens array (15) has a concave cross section on at least one side and in at least one sectional plane.
6. Bildgebendes System (1) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der6. Imaging system (1) according to one of the preceding arrival claims, characterized in that at least a part of
Röntgenlinsen (17) des Linsenfeldes (15) als Fesnellinsen und/oder Prismenlinsen ausgestaltet ist. X-ray lenses (17) of the lens array (15) is designed as Fesnellinsen and / or prism lenses.
7. Bildgebendes System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Röntgenlinsen (17) des Linsenfeldes (15) einen im Wesentlichen punktförmigen Fokus aufweist. 7. Imaging system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least a part of the x-ray lenses (17) of the lens array (15) has a substantially punctiform focus.
8. Bildgebendes System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenfeld (15) eine Mehrzahl erster Röntgenlinsen (17) mit im Wesentlichen linienförmigem Fokus umfasst, denen jeweils in Richtung der Strahlachse (9) eine zweite Röntgenlinse (17) mit im Wesentlichen linienförmigem Fokus nachgeschaltet ist, deren Linienfokus im Wesentlichen senkrecht zum Linienfokus der ersten Röntgenlinse (17) ausgerichtet ist. 8. Imaging system according to claim 1, characterized in that the lens field comprises a plurality of first x-ray lenses having a substantially linear focus, to each of which a second x-ray lens in the direction of the beam axis ) is followed by a substantially line-shaped focus whose line focus is oriented substantially perpendicular to the line focus of the first X-ray lens (17).
9. Bildgebendes System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenlinsen (17) des Linsenfeldes (15) ein Material umfassen, dessen mittlere Kernladungszahl höchstens 30 ist. 9. Imaging system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the x-ray lenses (17) of the lens array (15) comprise a material whose average atomic number is at most 30.
10. Bildgebendes System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite (21) der Röntgenlinsen (17) des Linsenfeldes (15) bei höchstens 1 m liegt . 10. Imaging system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the focal length (21) of the x-ray lenses (17) of the lens array (15) is at most 1 m.
11. Bildgebendes System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Röntgenquelle (3) und Linsenfeld (15) wenigstens so groß ist wie die Brennweite (21) der Röntgenlinsen (17) . 11. Imaging system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the distance between the X-ray source (3) and lens array (15) is at least as large as the focal length (21) of the X-ray lenses (17).
12. Bildgebendes System (1) nach Anspruch 11, bei dem der Abstand (25) zwischen Röntgendetektor (13) und Linsenfeld (15) so gewählt ist, dass ein Brennfleck (7) der Röntgenquelle (3) durch die Röntgenlinsen (17) in einer Bildebene (31) des Röntgendetektors (13) im Wesentlichen scharf abgebildet wird. 12. An imaging system (1) according to claim 11, wherein the distance (25) between the X-ray detector (13) and the lens array (15) is selected so that a focal spot (7) of the X-ray source (3) through the X-ray lenses (17) in an image plane (31) of the X-ray detector (13) is substantially sharply imaged.
13. Bildgebendes System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgendetektor (13) eine Mehrzahl von Detektorelementen (33) umfasst, deren Anzahl wenigstens so groß ist wie die Anzahl der Röntgenlinsen (17) , und die in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind . 13. Imaging system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the X-ray detector (13) comprises a plurality of detector elements (33) whose Number is at least as large as the number of the X-ray lenses (17), and arranged in a regular pattern.
14. Bildgebendes System (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das regelmäßige Muster der Detektorelemente (33) sich in wenigstens einer Raumrichtung senkrecht zur zentralen Strahlachse (9) erstreckt, und dass dieses regelmäßige Muster bezüglich seiner Symmetrieeigenschaften und/oder der Lage seiner Symmetrieachsen und/oder seiner räumlichenThe imaging system (1) according to claim 13, characterized in that the regular pattern of the detector elements (33) extends in at least one spatial direction perpendicular to the central beam axis (9) and that this regular pattern has symmetry properties and / or position its symmetry axes and / or its spatial
Periodenlänge und/oder seiner seitlichen Ausrichtung im Verhältnis zu einer zentralen Strahlachse (9) von der räumlichen Anordnung der Röntgenlinsen (17) abweicht. Period length and / or its lateral orientation in relation to a central beam axis (9) of the spatial arrangement of the X-ray lenses (17) differs.
15. Verfahren zur Bildgebung, bei dem ein bildgebendes System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, um mit Hilfe von Röntgenstrahlung (5) eine durch ein Objekt (12) bewirkte Verzerrung einer Wellenfront (27, 27') der Röntgenstrahlung (5) mit Hilfe des Röntgendetektors (13) zu vermessen. 15. Method for imaging, in which an imaging system (1) according to one of the preceding claims is used to detect, with the aid of X-radiation (5), a distortion of a wavefront (27, 27 ') of the X-radiation caused by an object (12). 5) with the help of the X-ray detector (13) to measure.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020214073A1 (en) * 2019-04-18 2020-10-22 Prismatic Sensors Ab In-line x-ray focusing optics used for manipulation of x-rays in medical transmission radiography

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030081724A1 (en) * 2001-09-17 2003-05-01 Piestrup Melvin A. X-ray and neutron imaging
WO2008102632A1 (en) * 2007-02-21 2008-08-28 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. X-ray bandpass filter, x-ray irradiation system and x-ray photographing system
US20110194674A1 (en) * 2009-12-04 2011-08-11 Canon Kabushiki Kaisha X-Ray Imaging Apparatus and X-Ray Imaging Method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19703556A1 (en) * 1997-01-31 1998-08-06 Philips Patentverwaltung Method and arrangement for determining the position in X-ray imaging
DE10206190A1 (en) * 2002-02-14 2003-09-04 Siemens Ag Method and device for generating a volume data set
FR2862861B1 (en) * 2003-11-28 2006-12-22 Ge Med Sys Global Tech Co Llc POSITIONING OBJECTS FOR THE ACQUISITION OF IMAGES
US7950849B2 (en) * 2005-11-29 2011-05-31 General Electric Company Method and device for geometry analysis and calibration of volumetric imaging systems
DE102011080985A1 (en) * 2011-08-16 2013-02-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Testing a component made of fiber composite material, which comprises many superposed layers of fibers, comprises superposing individual layers of fibers, producing the component from superposed fiber layers, and analyzing the component

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030081724A1 (en) * 2001-09-17 2003-05-01 Piestrup Melvin A. X-ray and neutron imaging
WO2008102632A1 (en) * 2007-02-21 2008-08-28 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. X-ray bandpass filter, x-ray irradiation system and x-ray photographing system
US20110194674A1 (en) * 2009-12-04 2011-08-11 Canon Kabushiki Kaisha X-Ray Imaging Apparatus and X-Ray Imaging Method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020214073A1 (en) * 2019-04-18 2020-10-22 Prismatic Sensors Ab In-line x-ray focusing optics used for manipulation of x-rays in medical transmission radiography
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