МУЛЬТИНАПРАВЛЕННАЯ ФАЗОКОНТРАСТНАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ
MULTIDIRECTIONAL PHASE-CONTRAST X-RAY VISUALIZATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе рентгеновской визуализации для фазоконтрастной визуализации объекта, способу рентгеновской фазоконтрастной визуализации объекта, а также элементу компьютерной программы и машиночитаемому носителю.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Фазоконтрастная рентгеновская визуализация, т.е. дифференциальная фазоконтрастная визуализация, используется, например, для усиления контраста образца с низкой поглощающей способностью по сравнению с контрастными изображениями, обладающими традиционным затуханием. В документе ЕР 1731099 А1 описана схема рентгеновского интерферометра, содержащая источник полихроматического рентгеновского излучения, решетку источника, фазовую решетку, а также решетку анализатора в дополнение к детектору изображения. Объект расположен между решеткой источника и фазовой решеткой. Решетки содержат множество рентгенопрозрачных щелей между барьерами из поглощающего материала, например золота. Однако данная схема рентгеновского интерферометра предоставляет фазоконтрастную информацию только в одном направлении.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, существует необходимость в предоставлении фазоконтрастной информации более чем в одном направлении.
Задача настоящего изобретения решается объектом изобретения по независимым пунктам формулы изобретения, при этом дополнительные варианты осуществления включены в зависимые пункты формулы изобретения.
Следует отметить, что описанные ниже аспекты изобретения относятся также к системе рентгеновской визуализации, способу рентгеновской фазоконтрастной визуализации, элементу компьютерной программы и машиночитаемому носителю.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена система рентгеновской визуализации для фазоконтрастной визуализации объекта, содержащая: источник (12) рентгеновского излучения; детектор (16); и схему (18) решеток; при этом детектор содержит, по меньшей мере, восемь линейных детекторных блоков (40), расположенных параллельно друг другу в первом направлении (42); при этом линейные детекторные блоки продолжаются линейно в направлении (44), перпендикулярном первому направлению; при этом источник рентгеновского излучения, детектор и схема решеток выполнены с возможностью осуществления перемещения (МА) для сбора данных в отношении объекта в направлении (22) сканирования, при этом направление сканирования параллельно первому направлению; при этом схема решеток содержит конструкцию (46) фазовой решетки, установленную между источником рентгеновского излучения и детектором, а также конструкцию (48) решетки анализатора, установленную между конструкцией фазовой решетки и детектором; при этом конструкция фазовой решетки имеет множество линейных фазовых решеток (52), каждая из которых расположена в жесткой привязке к приписанной линии, по меньшей мере, восьми линейных детекторных блоков; при этом первая часть (54) фазовых решеток создана в виде первых фазовых решеток (56), имеющих щели (58) в первом направлении; а вторая часть (60) фазовых решеток создана в виде вторых фазовых решеток (62), имеющих щели (64) во втором направлении (66), отличном от первого направления; при этом конструкция решетки анализатора имеет множество линейных решеток (68) анализатора, каждая из которых расположена в жесткой привязке к приписанной линии, по меньшей мере, восьми линейных детекторных блоков; при этом первая часть (70) решеток анализатора создана в виде первых решеток (72) анализатора, имеющих щели (74) в первом направлении; а вторая часть (76) решеток анализатора создана в виде вторых решеток (78) анализатора, имеющих щели (80) во втором направлении; при этом, по меньшей мере, четыре смежные линии линейных детекторных блоков связаны с первыми фазовыми решетками и первыми решетками анализатора, при этом, по меньшей мере, четыре смежные линии линейных детекторных блоков связаны со вторыми фазовыми решетками и вторыми решетками анализатора, и
при этом для осуществления перемещения для сбора данных решетки остаются зафиксированными относительно друг друга и относительно детектора.
При этом жесткая привязка в системе рентгеновской визуализации для фазоконтрастной визуализации объекта содержит изменение смещения фазовой решетки относительно решетки анализатора на величину 1/n шага решетки анализатора; при этом n - число линий линейных детекторных блоков, связанных с одним типом фазовой решетки.
Кроме того, в системе согласно изобретению предусмотрено, по меньшей мере, двенадцать линейных детекторных блоков; при этом создана дополнительная часть фазовых решеток в виде дополнительных фазовых решеток в дополнительном направлении, а также создана дополнительная часть решеток анализатора в виде дополнительных решеток анализатора в дополнительном направлении, каждая из которых расположена в жесткой привязке к приписанной линии, по меньшей мере, двенадцати линейных детекторных блоков; при этом дополнительное направление отлично от первого и второго направлений.
А также в системе рентгеновской визуализации для осуществления перемещения для сбора данных источник рентгеновского излучения, схема решеток и детектор установлены на передвижной конструкции (30), способной совершать поворот вокруг оси (32), совмещенной с фокальным пятном (34) рентгеновской трубки.
Система рентгеновской визуализации для фазоконтрастной визуализации объекта выполнена с возможностью сбора, по меньшей мере, восьми субизображений для извлечения информации о фазе.
При этом, по меньшей мере, один дополнительный линейный детекторный блок (84) создан в виде детекторного блока для измерения чистого затухания без какой-либо связанной конструкции фазовой решетки и решетки анализатора и схема решеток содержит конструкцию (50) решетки источника, установленную между источником рентгеновского излучения и конструкцией фазовой решетки; при этом конструкция решетки источника выполнена с возможностью обеспечения достаточной когерентности пучка рентгеновского излучения, проходящего через конструкцию решетки источника, так что после прохождения через конструкцию фазовой решетки можно наблюдать интерференцию в месте расположения конструкции решетки анализатора; при этом конструкция решетки источника имеет множество линейных решеток (108) источника; при этом первая часть (110) обеспечивает когерентность в отношении первого направления; при этом, по меньшей мере, вторая часть (112) обеспечивает когерентность в отношении второго направления.
Кроме того, в системе рентгеновской визуализации решетка источника содержит свободную секцию, в которой для частей рентгеновского пучка, излученного на линейные детекторные блоки для измерения чистого затухания, в отношении соответствующего участка рентгеновского пучка эффект когерентности не создается, между источником рентгеновского излучения и решеткой анализатора предусмотрен предварительный коллиматор (114), так что объект может быть расположен между источником рентгеновского излучения и решеткой анализатора; при этом между решеткой анализатора и детектором предусмотрен пост-коллиматор (116).
Согласно настоящему изобретению создаваемое рентгеновское излучение должно обладать соответствующей поперечной когерентностью, например сгенерированной с помощью должным образом адаптированной решетки источника. Иными словами, поперечная когерентность рентгеновских лучей должна быть большой в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, относящемуся к первому направлению решеток, а также большой во втором направлении, отличном от первого направления в отношении соответствующей области, т.е. частей, фазовой решетки с иными ориентациями решеток. Например, в решетке источника металлические барьерные конструкции, например заполненные металлом конструкции канавок или борозд, должны быть ориентированы параллельно первому направлению в одной части и параллельно второму направлению в другой части. Поскольку когерентность рентгеновских лучей на площадях проекции промежуточных областей определена слабо, соответствующая детекторная линия, или детекторные линия, могут не накрываться решетками, как упомянуто в одном из описанных примеров. Разумеется, вместо создания решетки источника, адаптированной, по меньшей мере, к двум направлениям когерентности, может быть также создан соответствующий источник рентгеновского излучения, обеспечивающий соответствующее излучение, обладающее мультикогерентностью. Если создан источник рентгеновского излучения, способный распространить соответствующее когерентное рентгеновское излучение, при этом направление когерентности различных частей рентгеновского излучения совмещено с соответствующим направлением когерентности частей конструкций решеток либо адаптировано к нему, от конструкции решетки источника также можно отказаться. Последнее может достигаться благодаря достаточно малому фокальному пятну.
Решетки схемы решеток для обеспечения фазоконтрастной визуализации оборудованы множеством барьеров и зазоров, расположенных периодически, причем барьеры расположены так, что они могут изменять фазу и/или амплитуду рентгеновского излучения, при этом зазоры рентгенопрозрачны. Согласно настоящему изобретению термин "рентгенопрозрачный" относится к тому факту, что рентгеновское излучение, проходящее через решетку, не изменяется по фазе, т.е. не сдвигается по фазе, а также не изменяется по своей амплитуде на сколько-нибудь значительную величину. Согласно настоящему изобретению термин "изменение фазы" относится к фазовому сдвигу рентгеновского излучения. Барьеры решетки анализатора поглощают рентгеновские лучи, так что они изменяют амплитуду рентгеновского излучения, проходящего через решетку. Барьеры фазовой решетки изменяют фазу рентгеновского излучения, проходящего через решетку.
Согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения жесткая привязка содержит изменение смещения фазовой решетки относительно решетки анализатора на величину 1/n шага решетки анализатора; при этом n - число линий линейных детекторных блоков, связанных с одним типом фазовой решетки.
Согласно одному примеру в отношении смежных линий "жесткая привязка" содержит дополнительное смещение, или дополнительное перемещение, между шагом фазовой решетки и шагом решетки анализатора, так что действительное положение перемещения/смещения для шага х-вой решетки анализатора относительно шага фазовой решетки первой части или второй части составляет d=(x-l)/n. Например, если n=4 детекторным линиям для каждого направления фазовой решетки, решетка, приписанная к первой из четырех детекторных линий, наделена смещением d=(l-l)/4=0, решетка анализатора, приписанная ко второй из четырех детекторных линий, наделена смещением  шага решетки анализатора, решетка, приписанная к третьей из четырех детекторных линий, наделена смещением  а решетка, приписанная к четвертой из четырех детекторных линий, наделена смещением  шага решетки анализатора. Те же правила применимы к детекторным линиям, связанным с решетками в других направлениях. Смещение может быть увеличивающимся или уменьшающимся. Кроме того, следует отметить, что шаг фазовой решетки и шаг решетки анализатора могут иметь соотношение 2 к 1, т.е. шаг решетки анализатора составляет половину размера шага фазовой решетки. Это справедливо для параллельной геометрии. В случае иной геометрии конусных лучей имеет место эффект увеличения, касающийся шага решеток.
Согласно дополнительному примеру предусмотрено множество z*n линий линейных детекторных блоков, связанных с одним типом фазовой решетки, при этом предусмотрена избыточность z; например, четыре плюс четыре линии в каждом направлении, при этом каждые четыре линии обеспечены смещением на 1/4, что создает избыточность, равную 2.
Согласно дополнительному примеру осуществления предусмотрено, по меньшей мере, двенадцать линейных детекторных блоков, при этом предусмотрена дополнительная часть фазовых решеток в виде дополнительных фазовых решеток в дополнительном направлении, а также предусмотрена дополнительная часть решеток анализатора в виде дополнительных решеток анализатора в дополнительном направлении, каждая из которых расположена в жесткой привязке к приписанной линии, по меньшей мере, двенадцати линейных детекторных блоков. Дополнительное направление отлично от первого и второго направлений.
Например, первое направление может быть параллельным направлению сканирования, второе направление расположено под углом 60° к первому направлению, а дополнительное направление - под углом 120°.
Согласно дополнительному примеру осуществления для осуществления перемещения для сбора данных решетки остаются зафиксированными относительно друг друга и относительно схемы детектирования. Например, для осуществления перемещения для сбора данных пошаговое изменение фаз не предусмотрено.
Согласно дополнительному примеру осуществления для осуществления перемещения для сбора данных источник рентгеновского излучения, схема решеток, а также схема детектирования рентгеновского излучения установлены на передвижной конструкции, способной совершать поворот вокруг оси, совмещенной с фокальным пятном рентгеновской трубки.
Согласно дополнительному примеру осуществления предусмотрен, по меньшей мере, один дополнительный линейный детекторный блок в виде детекторного блока для измерения чистого затухания без соответствующей конструкции фазовой решетки и решетки анализатора.
Согласно дополнительному примеру осуществления предусмотрен предварительный коллиматор между источником рентгеновского излучения и решеткой анализатора, так что объект может быть установлен между источником рентгеновского излучения и решеткой анализатора. Между решеткой анализатора и детектором предусмотрен пост-коллиматор.
Согласно второму аспекту изобретения предложен способ (200) рентгеновской фазоконтрастной визуализации объекта, содержащий следующие этапы:
a) сбор (210) субданных фазоконтрастных изображений с помощью линейного детекторного блока, имеющего, по меньшей мере, восемь детекторных линий;
при этом, по меньшей мере, четыре детекторные линии относятся к первому фазовому направлению конструкции решетки, а, по меньшей мере, дополнительные четыре детекторные линии относятся ко второму фазовому направлению; при этом каждая линия линейных детекторных блоков, относящихся к одному фазовому направлению, расположена в жесткой привязке к шагу конструкции решетки;
b) перемещение (212) детектора относительно объекта вместе с перемещением для сбора данных в одном направлении; при этом детектор и источник рентгеновского излучения установлены на передвижной конструкции, способной совершать поворот вокруг оси, совмещенной с фокальным пятном рентгеновской трубки; при этом на этапе b) детектор совершает поворот вместе с источником рентгеновского излучения относительно объекта;
при этом этапы а) и b) выполняются многократно, по меньшей мере, восемь раз, так что сбор информации об изображении в одной точке осуществляется каждой из детекторных линий;
c) расчет (218) для извлечения информации о фазе, генерирующий данные изображения для каждой из детекторных линий; и
d) предоставление (220) данных изображения для дальнейших этапов.
При этом в указанном способе извлечение информации о фазе на этапе с) предоставляет:
i) данные о разности фаз;
ii) информацию о рассеянии; и
iii) данные о затухании.
Жесткая привязка содержит изменение смещения фазовой решетки относительно решетки анализатора на величину 1/n шага решетки анализатора; при этом n - число линий линейных детекторных блоков, связанных с одним типом фазовой решетки. Для сбора данных обеспечивается рентгеновское излучение с когерентностью, по меньшей мере, в двух направлениях, т.е. когерентностью в одном направлении для лучей, проходящих первый набор детекторов, а также когерентностью в другом направлении для второго набора детекторов согласно соответствующим различно ориентированным конструкциям решеток.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения решетки наделены, по меньшей мере, двумя различными направлениями решеток, обеспечивая, таким образом, информацию о фазоконтрастном изображении в отношении соответствующих двух различных направлений. Вместо обычно применяемого пошагового изменения решеток для сканирования различных участков конечной интерференционной картины система визуализации перемещается относительно объекта, который требуется исследовать.
Обеспечивается как минимум четыре линейных детекторных блока, чтобы иметь возможность, например, распознать синусоидальную кривую в интенсивностях, измеренных для одинаковых физических лучей различными детекторными линиями, соответствующими различным смещениям между соответствующими фазовыми решетками и решетками анализатора. Разумеется, в случае большего числа, скажем, линий сканирования, каждая из которых относится к различным участкам интерференционной картины, вследствие смещения от одной линии сканирования к другой линии сканирования, т.е. увеличению или уменьшению смещения между фазовой решеткой и решеткой анализатора, обеспечивается соответствующая информация изображения, которая затем может быть подвергнута компьютерной обработке на этапе извлечения информации о фазе, чтобы получить требуемые данные фазоконтрастных изображений.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения система рентгеновской визуализации представляет собой маммографическую систему, например маммографическую систему Philips MicroDose, в которой все поле обзора сканируется несколькими линейными детекторными блоками. Например, детекторные блоки установлены на подвижной конструкции, смонтированной с возможностью поворота так, что фокальная точка рентгеновской трубки является поворотной точкой. Согласно настоящему изобретению такая маммографическая система оборудована схемой решеток согласно настоящему изобретению по вышеприведенному описанию, так что т.н. система со щелевым сканированием может получать фазоконтрастную информацию, не прибегая к необходимости пошагового изменения фаз в традиционном смысле, когда фазовая решетка или решетка анализатора в системе должна физически смещаться относительно другой решетки. Например, путем использования двадцати одной детекторной линии, имеющихся в системе Philips MicroDose, в системе реализуется эквивалент пошагового изменения фаз, когда детекторные линии поочередно предоставляют образцы одного и того же физического пути луча через молочную железу. Таким образом, различные линейные детекторы дополнены дифракционными интерферометрами с различными «замороженными» фазовыми состояниями.
Путем ориентации конструкций решеток, относящихся к фазовому состоянию, под различными углами относительно направления сканирования осуществляется одновременный сбор двух или более фазовых циклов с помощью системы линейных детекторов. В одном возможном варианте осуществления первые семь линейных детекторов используются для сбора фазоконтрастных данных в направлении, параллельном направлению сканирования, следующие семь линейных детекторов используются для получения информации о чистом затухании, а последние семь линейных детекторов используются для сбора фазоконтрастной информации перпендикулярно направлению сканирования. Вместо схемы «семь плюс семь плюс семь» могут быть также созданы две группы по десять детекторных линий для градиентов в двух различных направлениях, используя более значительную часть общего потока рентгеновского излучения для сбора фазоконтрастных данных, при этом только одна линия, например центральная детекторная линия, предназначена не для сбора фазоконтрастных данных, а для сбора информации о чистом затухании.
Согласно следующему аспекту настоящее изобретение позволяет решить проблему нарушения симметрии одномерной дифференциальной фазоконтрастной визуализации, например, путем создания двух перпендикулярных направлений сканирования. В случае трех или более, например четырех, направлений, например 0°, 45°, 90° и 135° относительно направления сканирования, может обеспечивать более совершенная информация изображения, в частности для участков объекта, обладающих низкой поглощающей способностью, например для визуализации молочной железы. Таким образом, путем существенного снижения нарушения симметрии, поскольку можно получить градиент в двух и более направлениях, вероятность потери мощных градиентов или сильно рассеивающих компонентов ткани существенно снижается.
Согласно третьему аспекту изобретения предложен машиночитаемый носитель для рентгеновской фазоконтрастной визуализации объекта для управления системой рентгеновской визуализации, который при реализации блоком обработки данных выполнен с возможностью осуществления способа извлечения информации о фазе.
Эти и другие аспекты изобретения станут понятны из вариантов осуществления, описанных ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Примеры осуществления изобретения будут описаны со ссылкой на следующие чертежи:
На Фиг. 1 схематично показана система рентгеновской визуализации согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 2 показан вид в перспективе маммографической системы в качестве примера системы рентгеновской визуализации для фазоконтрастной визуализации объекта согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 3 схематично показана базовая компоновка системы рентгеновской визуализации по настоящему изобретению.
На Фиг. 4 показана еще одна возможная схема в дополнение к Фиг. 3.
На Фиг. 5 показан вид в перспективе схемы решеток и схемы детектирования рентгеновского излучения согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 6 показан дополнительный вид в перспективе дополнительного примера схемы решеток и схемы детектирования рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 7 показано смещение между смежными фазовыми решетками и решетками анализатора соответственно.
На Фиг. 8А и 8В представлена более подробная иллюстрация, касающаяся смещения.
На Фиг. 9А и 9В показаны примеры, по меньшей мере, для одного дополнительного направления когерентности схемы решеток.
На Фиг. 10 показан пример решетки источника согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 11А и 11В показан пример компоновки с предварительным коллиматором и пост-коллиматором в двух различных схемах.
На Фиг. 12А и 12В показаны две различные компоновки для схемы детектирования с 21 линией.
На Фиг. 13 показаны основные этапы способа рентгеновской фазоконтрастной визуализации объекта согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг. 1 показана система 10 рентгеновской визуализации для фазоконтрастной визуализации объекта. Система 10 содержит источник 12 рентгеновского излучения для испускания рентгеновского излучение 14 в направлении схемы 16 детектирования рентгеновского излучения. Кроме того, предусмотрена схема 18 решеток, показанная в упрощенной форме в виде блока. Однако схема 18 решеток согласно настоящему изобретению будет также описана со ссылками на последующие Фигуры, в частности на Фиг. 3 и 4, а также Фиг. 5-9.
A
Кроме того, символически обозначен объект 20. Источник 12 рентгеновского излучения, схема 16 детектирования рентгеновского излучения и схема 18 решеток выполнены с возможностью осуществления перемещения M для сбора данных в отношении объекта в направлении 22 сканирования, при этом направление сканирования также будем называть первым направлением, т.е. направление сканирования параллельно первому направлению.
Перед дальнейшим пояснением схемы 16 детектирования рентгеновского излучения и схемы 18 решеток согласно настоящему изобретению обратимся к Фиг. 2, на которой показана маммографическая система 24 визуализации, в которой направление 22 сканирования указано первой стрелкой 26, а противоположное направление указано второй стрелкой 28. В системе, показанной на Фиг. 2, источник 12 рентгеновского излучения и схема 16 детектирования рентгеновского излучения установлены на передвижной конструкции 30, способной совершать поворот вокруг оси 32, совмещенной с фокальным пятном 34 рентгеновской трубки. Таким образом, для осуществления перемещения для сбора данных схема 18 решеток (на Фиг. 2 не показана) остается зафиксированной относительно схемы 16 детектирования. Применительно к маммографическим исследованиям предусмотрены нижняя опора 36 для молочной железы и верхняя опора 38 для молочной железы, которые могут смещаться относительно друг друга для размещения молочной железы, которую требуется исследовать в качестве объекта. Для сбора данных молочная железа остается на месте, а детектор перемещается относительно молочной железы вместе с источником рентгеновского излучения. Путем совмещения оси 32 с фокальным пятном 34 рентгеновской трубки можно реализовать поворотное движение. Разумеется, с помощью соответствующего иного механизма могут быть обеспечены также и другие типы перемещения, например поступательное перемещение источника рентгеновского излучения и детектора рентгеновского излучения, а также схемы решеток.
Как показано на Фиг. 3, согласно настоящему изобретению схема 16 детектирования рентгеновского излучения содержит, по меньшей мере, восемь линейных детекторных блоков 40, расположенных параллельно друг другу в первом направлении, указанном стрелкой 42 первого направления, при этом линейные детекторные блоки продолжаются линейно в направлении, указанном стрелкой 44 второго направления, перпендикулярном первому направлению. Иными словами, линейные детекторные блоки проходят в направлении 44, перпендикулярном параллельной укладке, представленной первым направлением 42.
Схема 18 решеток содержит конструкцию 46 фазовой решетки, установленную между источником 12 рентгеновского излучения и схемой 16 детектирования, а также конструкцию 48 решетки анализатора, установленную между конструкцией 46 фазовой решетки и схемой 16 детектирования.
Следует отметить, что в соответствии с Фиг. 3, а также в соответствии с Фиг. 1 схема расположения различных конструкций решеток и объекта 20 может быть создана так, что, начиная от источника 12 рентгеновского излучения, объект располагается перед конструкцией 46 фазовой решетки либо, согласно дополнительному примеру, располагается вслед за конструкцией 46 фазовой решетки, но перед конструкцией 48 решетки анализатора. Таким образом, хотя на Фиг. 3 не показано, объект 20 может быть также установлен между конструкцией 46 фазовой решетки и конструкцией 48 решетки анализатора (см. также Фиг. 4).
Кроме того, схема 18 решеток может содержать конструкцию 50 решетки источника, установленную между источником 12 рентгеновского излучения и конструкцией 46 фазовой решетки. В отношении конструкции 50 решетки источника будут также даны дополнительные пояснения на Фиг. 10, приведенной ниже. Конструкция решетки источника выполнена с возможностью обеспечения достаточной когерентности пучка рентгеновского излучения, проходящего через конструкцию решетки источника, так что после прохождения через конструкцию фазовой решетки можно наблюдать интерференцию в месте расположения конструкции решетки анализатора. Конструкция решетки источника имеет множество линейных решеток источника, при этом первая часть решеток источника создана в виде первых решеток источника, обеспечивающих когерентность в отношении первого направления, при этом, по меньшей мере, вторая часть решеток источника создана в виде вторых решеток источника, обеспечивающих когерентность в отношении второго направления. Следует отметить, что излучение 14 должно быть наделено, по меньшей мере, двумя направлениями когерентности, что будет пояснено ниже в отношении Фиг. 5 и далее. Это может обеспечиваться согласно первому примеру с помощью конструкции 50 решетки источника, в направлении которой испускается полихроматическое рентгеновское излучение, при этом конструкция 50 решетки источника обеспечивает необходимую когерентность. Разумеется, необходимая когерентность может также обеспечиваться самим источником рентгеновского излучения, так что конструкцию 50 решетки источника также можно исключить согласно дополнительному примеру (не показан).
Конструкция 50 решетки источника имеет множество линейных решеток источника, при этом первая часть обеспечивает когерентность в отношении первого направления, а, по меньшей мере, вторая часть обеспечивает когерентность в отношении второго направления.
Например, решетка источника, или конструкция 50 решетки источника, располагается вблизи фокального пятна рентгеновской трубки.
На Фиг. 4 показана схематичная компоновка, как упоминалось выше, где объект 20 расположен между конструкцией 46 фазовой решетки и конструкцией 48 решетки анализатора.
Как показано на Фиг. 5, конструкция 46 фазовой решетки имеет множество линейных фазовых решеток 52, каждая из которых расположена в жесткой привязке к приписанной линии, по меньшей мере, восьми линейных детекторных блоков 40.
A
H
A
H
A
B
с
D
E
F
G
H
В этом примере показано восемь линий, обозначенных индексом А-Н, в дополнение к ссылочной позиции 40, т.е. линии 40-40. Такое же численное обозначение применено для фазовых решеток 52-52. Первая часть 54 фазовых решеток 52, а именно фазовые решетки 52, 52, 52 и 52, создана в виде первых фазовых решеток 56 имеющих щели 58 в первом направлении 42. Вторая часть 60 фазовых решеток 52, а именно 52, 52, 52, и 52, создана в виде вторых фазовых решеток 62, имеющих щели 64 во втором направлении 66, отличном от первого направления. Второе направление 66 может быть параллельным направлению 44 продолжения.
Конструкция 48 решетки анализатора создана аналогичным образом, хотя шаг соответствующих решеток составляет половину размера шага конструкции 46 фазовой решетки в случае параллельной геометрии пучка. Теоретически могут быть созданы другие соотношения между шагом фазовой решетки и шагом решетки анализатора в зависимости от расхождения пучка. Поскольку соответствующие принципы построения конструкций решеток в дифференциальной фазоконтрастной рентгеновской визуализации специалистам известны, соотношение между шагом и расстоянием решеток и детектора здесь более обсуждаться не будет.
A
H
A
D
E
H
Как показано на Фиг. 5, конструкция 48 решетки анализатора имеет множество линейных решеток 68 анализатора, например в случае восьми линейных детекторов - восемь линейных решеток 68-68 анализатора. Каждая из решеток 68 анализатора расположена в жесткой привязке к приписанной линии, по меньшей мере, восьми линейных детекторных блоков 40. Первая часть 70 решеток 68 анализатора создана в виде первых решеток 72 анализатора, имеющих щели 74 в первом направлении 42. Вторая часть 76 решеток анализатора 68 создана в виде вторых решеток 78 анализатора, имеющих щели 80 во втором направлении 66. Таким образом, первая часть 70 содержит решетки 68-68 анализатора, а вторая часть 76 содержит решетки 68-68 анализатора.
Как можно видеть на Фиг. 5, соответствующие первая и вторая части конструкции фазовой решетки и конструкции решетки анализатора имеют совпадающую ориентацию соответствующих конструкций решеток относительно схемы последовательного наложения по ходу лучей, указанному центральной линией 82 прохождения излучения.
A
D
A
D
A
D
E
H
E
H
E
H
По меньшей мере, четыре смежные линии линейных детекторных блоков 40 связаны с первыми фазовыми решетками 56, например линии 40-40, связанные с фазовыми решетками 52-52. Четыре смежные линии линейных детекторных блоков также связаны с первыми решетками 72 анализатора, например решетками 68-68анализатора. Кроме того, по меньшей мере, четыре смежные линии линейных детекторных блоков 40 связаны со вторыми фазовыми решетками 62 и вторыми решетками 78 анализатора. Например, линии 40-40 связаны с фазовыми решетками 52-52 и решетками 68-68анализатора.
A
H
Термин "жесткая привязка" будет далее пояснен в отношении Фиг. 6, где показано схематичное расположение схемы 16 детектирования в нижней части, сверху которой показана конструкция 48 решетки анализатора, за которой следует конструкция 46 фазовой решетки. Разумеется, чертеж выполнен не в масштабе и не показывает каких-либо конкретных соотношений в плане расстояния или пропорции. На чертеже схема 16 детектирования имеет девять детекторных линий 40. Следует отметить, что расположение и порядок следования соответствующих линий 40-40 показаны «в перевернутом виде» по сравнению с предшествующими Фигурами, т.е. начиная с А на правой стороне и заканчивая Н на левой стороне, а значит первые решетки 56, 72 также находятся на правой половине, а вторые решетки 62, 78 находятся на левой половине.
A
H
В дополнение к вышеописанным восьми детекторным линиям 40-40 предусмотрена дополнительная детекторная линия 84 в виде детекторного блока для измерения чистого затухания без каких-либо связанных конструкций фазовых решеток и решеток анализаторов. Следует отметить, что в аспекте смещения, описанного ниже, дополнительный линейный детекторный блок 84 может быть исключен либо замещен более значительным количеством детекторных линий для измерения затухания.
Как показано, фазовые решетки 52 конструкции 46 фазовой решетки имеют щели 58 для первой части 54, проходящие в одном направлении, а также щели 64 для второй части 60, проходящие во втором направлении. Точно так же происходит в случае решеток 68 анализатора, имеющих щели 74, проходящие параллельно щелям 58 для первой части 70 (дополнительно не указана) и щелям 80 для второй части.
Кроме того, как показано, детекторные линии 40 имеют соответствующее расстояние до смежного линейного блока, при этом данное расстояние может быть обусловлено аспектами производства линейных детекторов. Однако это расстояние не является обязательным условием и может быть также исключено, если соответствующая технология детектирования обеспечивает бесшовное расположение линейных детекторных блоков. То же самое относится к показанной конструкции решеток, где решетки расположены на расстоянии друг от друга для улучшения читаемости чертежей. Разумеется, решетки могут также располагаться вплотную друг к другу либо на большем расстоянии. Различные конструкции решеток могут быть созданы в интегрированной корпусной конструкции решеток.
i
ii
iii
Штрихпунктирные линии 86 обозначают, так сказать, ось конструкции решетки. Например, первая из фазовых решеток 52, начиная слева на Фиг. 6, имеет расстояние 88 от оси 86 конструкции решетки до начала первого барьера соответствующей конструкции решетки. Это расстояние одинаково для всех фазовых решеток 52. Однако если говорить о решетках 68 анализатора, они также имеют расстояние 90 между осью 86 конструкции решетки или, так сказать, осью системы и началом первого барьера конструкции решетки анализатора. Жесткая привязка содержит изменение смещения фазовой решетки относительно решетки анализатора на величину 1/n шага решетки анализатора, при этом n - число линий линейных детекторных блоков, связанных с одним типом фазовой решетки. Иными словами, расстояние 90 увеличивается от одной решетки 68 анализатора до следующей решетки, что указанно индексами 90, 9 и 90. Поскольку фазовые решетки 52 наделены одинаковым расстоянием 88, увеличивающееся смещение, таким образом, создано в отношении схемы расположения фазовых решеток 52 относительно решеток 68 анализатора. То же самое справедливо для другой части решеток, т.е. первой части 54 фазовых решеток 52 относительно первой части 70 решеток 68 анализатора.
E
H
A
D
Это показано на Фиг. 7, где в иллюстративных целях показаны лишь решетки 68 анализатора на виде в плане, если смотреть в направлении рентгеновского излучения 14. Как можно видеть, вторая часть 76, представленная в виде решеток 68-68 анализатора, наделена соответствующим смещением 90. В правой половине показана первая часть 70 в виде решеток 68-68, при этом начало конструкции решетки представлено относительно дополнительной оси 92 системы, обозначенной дополнительной штрихпунктирной линией. Решетка 68D анализатора начинается с первого барьера на расстоянии 94, само же расстояние 94 наделено тем же смещением на величину 1/n, как и вышеописанное расстояние 90 в отношении второй части 76. Следовательно, использованы те же индексы i-iii.
H
E
F
Это также можно видеть на Фиг. 8А, где показан дополнительный пример смещения второй части 76 решеток 68 анализатора, начинающихся сверху, и 68, расположенных снизу. Как можно видеть, верхняя решетка анализатора начинается с барьерной конструкции непосредственно на оси 86 системы, при этом та, что снизу, наделена первым смещением 96. Следующая по счету снизу, т.е. решетка 68 анализатора, наделена дополнительным увеличенным смещением 98, а та, что находится ниже нее, т.е. решетка 68Е анализатора, наделена еще более увеличенным смещением 100.
D
A
D
C
B
A
То же самое относится к первой части 70 решеток 68 анализатора, показанных на Фиг. 8В, где сверху вниз представлены решетки 68-68 анализатора. Решетка начинается на второй оси 92 системы на верхней решетке 68 анализатора, при этом решетка 68 анализатора, расположенная ниже, наделена смещением 102. Следующая решетка анализатора, т.е. решетка 68 анализатора, начинается с дополнительного увеличенного смещения 104, что также относится к расположенной ниже решетке 68 анализатора, обладающей еще более увеличенным смещением 106.
Вообще следует отметить, что согласно альтернативному примеру (не показан), все решетки анализатора совмещены с осью конструкции, а смещения реализованы на фазовых решетках.
Согласно дополнительному примеру осуществления предусмотрено, по меньшей мере, двенадцать линейных детекторных блоков. Дополнительная часть фазовых решеток создана в виде дополнительных фазовых решеток в дополнительном направлении, при этом дополнительная часть решеток анализатора создана в виде дополнительных решеток анализатора в дополнительном направлении, каждая из которых расположена в жесткой привязке к приписанной линии, по меньшей мере, двенадцати линейных детекторных блоков. Например, первая часть решеток расположена под углом +60° к направлению сканирования, вторая часть решеток расположена параллельно направлению сканирования, а третья часть решеток расположена под углом -60° к направлению сканирования. Это показано на Фиг. 9А, где представлено расположение направлений, а не конкретный слой решеток. Как можно видеть, серединный участок оборудован конструкцией решетки, расположенной в первом направлении 42, а по обеим сторонам образован соответствующий угол, равный 60°, для создания двух других направлений, как упоминалось выше (см. также диаграмму, имеющую три направления, на правой стороне схемы направлений). Детекторные линии, расположенные в направлении излучения позади решетки, также не показаны на Фиг. 9А.
Разумеется, для более чем трех частей могут быть предусмотрены более чем три направления. Например, на Фиг. 9В показаны четыре направления, при этом первое направление 42 и второе направление 66 дополнены еще двумя направлениями в двух различных вариациях угла 45°. Таким образом, предусмотрены первое направление 0°, второе направление приблизительно 45°, третье направление приблизительно 90° и четвертое направление приблизительно 135° относительно направления сканирования (см. также диаграмму, имеющую четыре направления, на правой стороне схемы направлений). Разумеется, в этом случае предусмотрено, по меньшей мере, шестнадцать линейных детекторных блоков, чтобы обладать возможностью иметь, по меньшей мере, четыре линии для каждой ориентации решетки или направления когерентности. Следует отметить, что по аналогии с Фиг. 9А на Фиг. 9В показаны только направления, а не конкретная решетка; детекторные линии также не показаны.
На Фиг. 10, как указывалось выше, конструкция 50 решетки источника выполнена с возможностью обеспечения достаточной когерентности пучка рентгеновского излучения, проходящего через конструкцию решетки источника, так что после прохождения через конструкцию фазовой решетки можно наблюдать интерференцию в месте расположения конструкции решетки анализатора. Таким образом, конструкция 50 решетки источника имеет множество линейных решеток 108 источника, при этом первая часть 110 обеспечивает когерентность в отношении первого направления, при этом, по меньшей мере, вторая часть 112 обеспечивает когерентность в отношении второго направления.
Решетка 50 источника наделена шагом решетки источника, при этом отношение шага решетки источника к шагу решетки анализатора равно отношению расстояние между решеткой источника и фазовой решеткой к расстоянию между фазовой решеткой и решеткой анализатора.
В случае дополнительных решеток в дополнительном направлении дополнительная часть решетки источника обеспечивает когерентность в отношении дополнительного направления (не показано).
Согласно примеру, показанному на Фиг. 11А и 11В, между источником 12 рентгеновского излучения и решеткой 48 анализатора предусмотрен предварительный коллиматор 114, так что объект может быть установлен между источником 12 рентгеновского излучения и решеткой 48 анализатора. Пост-коллиматор 116 установлен между решеткой 48 анализатора и детектором 16.
Например, как указано на Фиг. 11А, начиная от источника, предусмотрена следующая схема расположения: предварительный коллиматор 114, конструкция 46 фазовой решетки, пространство для приема объекта 20, конструкция 48 решетки анализатора, пост–коллиматор 116 и схема 16 детектирования.
Как показано на Фиг. 11В, начиная от источника 12, предусмотрена следующая схема расположения: предварительный коллиматор 114, пространство для приема объекта 20, конструкция 46 фазовой решетки, конструкция 48 решетки анализатора, пост–коллиматор 116 и схема 16 детектирования.
Предварительный коллиматор 114, таким образом, предусмотрен между источником 12 рентгеновского излучения и фазовой решеткой 46, так что объект 20 может быть установлен между источником 12 рентгеновского излучения и фазовой решеткой 46, при этом пост–коллиматор 116 предусмотрен между объектом и детектором 16, например, перед решеткой 48 анализатора или после нее.
Согласно дополнительному примеру, который не показан, конструкция 46 фазовой решетки установлена на предварительном коллиматоре 114, а конструкция 48 решетки анализатора установлена на пост-коллиматоре 116. Объект может быть расположен между конструкцией 46 фазовой решетки и конструкцией 48 решетки анализатора так, чтобы объект располагался ближе к конструкции 46 фазовой решетки.
Коллиматоры создают возможность снижения дозы рентгеновского облучения, которому подвергается объект, так чтобы вся приложенная доза использовалась для получения данных изображения. Поскольку линейные детекторы могут быть созданы на расстоянии друг от друга, коллиматоры предпочтительно могут быть адаптированы к линейной конструкции. Таким образом, только малые срезы тела пациента облучаются в определенный момент времени. Благодаря перемещению срезы могут обеспечиваться последовательно, так что каждая точка в исследуемой области облучается лишь один раз в отношении каждой конструкции решетки с учетом смещения, т.е., например, только восемь раз, при этом каждый раз с дополнительным смещением решетки анализатора относительно фазовой решетки, а именно четыре раза для одного направления и четыре раза для второго направления. Разумеется, сумма, равная восьми, будет превышена в случае одного или более дополнительных направлений.
Согласно настоящему изобретению система 10 выполнена с возможностью сбора, по меньшей мере, восьми субизображений для извлечения информации о фазе, а именно, по меньшей мере, четырех субизображений в отношении одного направления когерентности и, по меньшей мере, четырех субизображений для второго направления когерентности. Например, как показано на Фиг. 12А, схема детектирования содержит детекторные блоки 118 с 21 линией, при этом каждый из семи смежных линейных детекторных блоков 120 связан с первыми фазовыми решетками и решетками анализатора. Следующие семь смежных линейных детекторных блоков 122 связаны со вторыми фазовыми решетками и решетками анализатора. Следующие по счету семь смежных линейных детекторных блоков 124 созданы в виде детекторного блока для измерения чистого затухания. Например, детекторный блок для измерения затухания предусмотрен между первой и второй группой из семи линий. Однако следует отметить, что при создании одной или более детекторных линий для определения затухания, они могут располагаться в другом порядке, а именно за группой первых детекторных линий может следовать вторая группа, относящаяся ко второму направлению когерентности, а затем может следовать линия или линии затухания. Кроме того, вместо семи линий в качестве линий затухания может быть создано иное количество линий.
Что касается решетки источника, согласно одному примеру (не показан) решетка источника сконструирована так, что для детекторных линий, совершенно не требующих затухания, затухание, вызванное решетками источника, отсутствует, например, в центральных линиях на Фиг 12. Иными словами, решетка источника может содержать свободную секцию, в которой для частей рентгеновского пучка, излученного на детекторные блоки для измерения чистого затухания, в отношении соответствующего участка рентгеновского пучка эффект когерентности не создается.
Как показано на Фиг. 12В, схема детектирования содержит детекторные блоки 118 с 21 линией, при этом десять смежных линейных детекторных блоков 126 связаны с первыми фазовыми решетками и решетками анализатора, а следующие десять смежных линейных детекторных блоков 128 связаны со вторыми фазовыми решетками и решетками анализатора. Один линейный детекторный блок 130 создан в виде детекторного блока для измерения чистого затухания. Например, детекторный блок для измерения чистого затухания предусмотрен между первой и второй группой линейных детекторных блоков.
На Фиг. 13 показан способ 200 рентгеновской фазоконтрастной визуализации объекта, содержащий следующие этапы. На первом этап 210 осуществляется сбор субданных фазоконтрастных изображений с помощью детектора, имеющего, по меньшей мере, восемь детекторных линий, при этом, по меньшей мере, четыре детекторные линии относятся к первому фазовому направлению конструкции решетки, а, по меньшей мере, дополнительные четыре детекторные линии относятся ко второму фазовому направлению. Каждая линия линейных детекторных блоков, относящихся к одному фазовому направлению, расположена в жесткой привязке к шагу конструкции решетки. На втором этапе 212 детектор перемещается относительно объекта вместе с перемещением для сбора данных в одном направлении. Согласно настоящему изобретению первый этап 210 и второй этап 212 выполняются многократно, по меньшей мере, восемь раз, так что сбор информации изображения в одной точке осуществляется каждой из детекторных линий. Это указано стрелкой 214 со второго этапа 212 назад на первый этап 210. Проведение и повторение первого и второго этапов 210 и 212 также обозначено охватывающей рамкой 216 в виде пунктирной линии. На третьем этапе 218 выполняется расчет для извлечения информации о фазе, генерирующий данные изображений для каждой из детекторных линий. На четвертом этапе 220 данные изображений предоставляются для дальнейших этапов.
Третий этап может включать в себя коррекцию коэффициента усиления при наличии разных коэффициентов усиления на разных линиях.
Первый этап 210 также носит название этапа а), второй этап 212 - этапа b), третий этап 218 - этапа c), а четвертый этап 220 - этапа d).
Согласно дополнительному примеру, который не показан, источник рентгеновского излучения, схема решеток, а также схема детектирования рентгеновского излучения установлены на передвижной конструкции, способной совершать поворот вокруг оси, совмещенной с фокальным пятном рентгеновской трубки. На втором этапе 212 детектор рентгеновского излучения совершает поворот вместе с источником рентгеновского излучения относительно объекта для осуществления перемещения для сбора данных.
Извлечение информации о фазе на этапе с) предоставляет данные о разности фаз, информацию о рассеянии, а также данные о затухании.
В другом примере осуществления настоящего изобретения предложена компьютерная программа или элемент компьютерной программы, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью осуществления этапов способа по одному из предшествующих вариантов осуществления на соответствующей системе.
Элемент компьютерной программы, таким образом, может храниться в вычислительном блоке, который также может составлять часть варианта осуществления настоящего изобретения. Данный вычислительный блок может быть выполнен с возможностью осуществления или вызова осуществления этапов вышеописанного способа. Помимо этого, он может быть выполнен с возможностью управления компонентами вышеописанного устройства.
Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью управления в автоматическом режиме и/или исполнения указаний пользователя. Компьютерная программа может загружаться в оперативную память процессора обработки данных. Процессор обработки данных, таким образом, может быть выполнен с возможностью осуществления способа по изобретению.
Данный пример осуществления охватывает компьютерную программу, которая с самого начала работает по изобретению, а также компьютерную программу, которая путем модернизации превращает существующую программу в программу, работающую по изобретению.
Помимо этого, элемент компьютерной программы может быть выполнен с возможностью обеспечения всех необходимых этапов для выполнения процедуры примера осуществления способа по вышеприведенному описанию.
Согласно дополнительному примеру осуществления настоящего изобретения представлен машиночитаемый носитель, такой как CD-ROM, при этом машиночитаемый носитель имеет элемент компьютерной программы, который на нем хранится, сам же элемент компьютерной программы описан в предыдущем параграфе.
Компьютерная программа может храниться и/или быть распределена на соответствующем носителе, таком как оптическое запоминающее устройство или твердотельный носитель, поставляемом совместно с другим аппаратным обеспечением или отдельно от него, однако также может быть распределена в других формах, например через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Однако компьютерная программа также может быть представлена через сеть, такую как «Всемирная паутина», а также может загружаться в оперативную память процессора обработки данных из такой сети. Согласно дополнительному примеру осуществления настоящего изобретения предложен носитель, чтобы сделать элемент компьютерной программы доступным для загрузки, сам же элемент компьютерной программы выполнен с возможностью осуществления способа по одному из ранее описанных вариантов осуществления изобретения.
Следует отметить, что варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на способ, в то время как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на устройство. Однако специалист в данной области техники из описания поймет, что, если не указано обратное, в дополнение к любой комбинации признаков, принадлежащих одному типу объекта изобретения, любое сочетание между признаками, относящимися к неодинаковым объектам изобретения, также считается раскрытым в данном документе.
Вместе с тем все признаки могут объединяться, создавая синергетические эффекты, которые являются более чем суммой признаков.
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такое описание следует рассматривать лишь как иллюстративное или приведенное в качестве примера, но не ограничивающее. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Специалисты в данной области техники смогут предложить ряд изменений раскрытых вариантов осуществления при практическом использовании заявленного изобретения, изучив чертежи, раскрытие и зависимые пункты формулы изобретения.
В формуле изобретения термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, и перечисление элементов или этапов в единственном числе не исключает их множество. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких объектов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что определенные меры упоминаются во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих мер не может быть использовано с выгодой. Ни одна из ссылочных позиций в формуле изобретения не должна истолковываться как ограничивающая объем притязаний формулы изобретения.