ОПТИМИЗИРОВАННАЯ ПО ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СИСТЕМА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПАЦИЕНТА ДЛЯ ТЕМНОПОЛЬНОЙ РЕНТГЕНОВСКОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ
SENSITIVITY-OPTIMIZED PATIENT POSITIONING SYSTEM FOR DARK-FIELD X-RAY IMAGING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к рентгенографической системе для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток, а также к способу захвата темнопольного и/или фазово-контрастного рентгеновского изображения.
Уровень техники
Стандартные методы рентгеновской визуализации основаны на уменьшении интенсивности рентгеновского луча из-за ослабления объектом при прохождении через облучаемый объект, что можно измерить с помощью детектора рентгеновского излучения. При использовании интерферометрических способов, например, при использовании интерферометра типа Тальбота-Лау с тремя решетками в луче, два дополнительных физических эффекта создают контраст, который можно использовать для формирования изображения. Фазово-контрастная рентгеновская визуализация использует информацию об изменениях фазы при рефракции рентгеновского луча, который проходит сквозь объект, для создания данных изображения. Контрастная темнопольная рентгеновская визуализация использует информацию о малоугловом рассеянии. Темнопольная и/или фазово-контрастная рентгеновская визуализация может осуществляться с использованием обратной геометрии. Однако было показано, что существует компромиссное соотношение между чувствительностью системы и достигаемым полем обзора.
Раскрытие сущности изобретения
Задача изобретения состоит в улучшении качества изображения, полученного с помощью рентгенографической системы для темнопольной рентгеновской фазово-контрастной визуализации на основе решеток.
Указанная задача решена объектом изобретения, раскрытым в независимых пунктах формулы изобретения, при этом дополнительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует отметить, что нижеследующие описываемые аспекты изобретения применимы также к рентгенографической системе для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток, а также к способу захвата темнопольного и/или фазово-контрастного рентгеновского изображения.
T
В соответствии с настоящим изобретением обеспечена рентгенографическая система для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток. Рентгенографическая система для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток содержит узел источника, узел детектирования и опору для пациента с поверхностью контакта с пациентом. Узел источника и узел детектирования расположены вдоль оптической оси, а опора для пациента расположена между ними. Расстояние между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом вдоль оптической оси является настраиваемым с целью регулировки фактической чувствительности для визуализации, так что обеспечена возможность достижения компромиссного соотношения между чувствительностью и полем обзора для конкретного пациента. Система выполнена с возможностью определения целевого расстояния (d) между узлом источника и пациентом, подлежащим облучению, пока поле обзора не будет соответствовать области, представляющей интерес, а также с возможностью использования целевого расстояния для настройки контактного расстояния.
В результате можно избежать высокой чувствительности к рассеянию на малые углы внутри облучаемого объекта, то есть пациента, поскольку положение пациента является настраиваемым. Положение ближе к узлу источника излучения повышает увеличение и, следовательно, уменьшает поле обзора. При этом обеспечивается высокая чувствительность, так как это приводит к лучшему соотношению контраст-шум, что обычно облегчает диагностику. Таким образом, качество изображения улучшается.
В другом примере обеспечена рентгенографическая система для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток. Указанная рентгенографическая система для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток содержит узел источника, узел детектирования и опору для пациента с поверхностью контакта с пациентом. Узел источника и узел детектирования расположены вдоль оптической оси, а опора для пациента расположена между ними. Расстояние между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом вдоль оптической оси является настраиваемым.
A
Расстояние между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом также может называться контактным расстоянием d.
Технология темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток требует вставки в луч трех решеток, или по меньшей мере двух, когда источник обеспечивает когерентное рентгеновское излучение.
В одном из примеров узел источника содержит первую решетку G0 и вторую решетку G1, предусмотренную по ходу луча после первой решетки, а узел детектирования содержит третью решетку G2. Максимальная чувствительность достигается, когда пациент находится в точке G1, и уменьшается линейно до 0 в точке G2.
Подвижность узла опоры для пациента связана с перемещением указанного узла опоры для пациента. Перемещение может также называться смещением.
В соответствии с настоящим изобретением, узел источника содержит первую решетку G0 и вторую решетку G1, а узел детектирования содержит третью решетку G2; рентгенографическая система для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток использует обратную геометрию, в которой расстояние между первой решеткой G0 и второй решеткой G1 меньше расстояния между второй решеткой G1 и третьей решеткой G2.
Термин «обратная геометрия» относится к конфигурации, в которой расстояние между G0 и G1 меньше расстояния между G1 и G2, и в которой объект, то есть пациент, помещен между второй и третьей решеткой.
Согласно одному из примеров, рентгенографическая система для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток использует симметричную геометрию, в которой расстояние между G0 и G1 совпадает с расстоянием между G1 и G2.
В другом, альтернативном варианте, рентгенографическая система для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток использует, так называемую, прямую геометрию, в которой расстояние между G0 и G1 больше, чем расстояние между G1 и G2. Например, пациент помещен между первой и второй решеткой.
A
В одном из примеров контактное расстояние d между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом вдоль оптической оси можно настраивать, перемещая узел источника.
Поверхность контакта с пациентом может иметь несколько отдельных положений вдоль оптической оси, например, для крупного, среднего и маленького пациента.
В соответствии с другим примером, рентгенографическая система для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток содержит устройство детектирования положения и узел генерирования изображения. Устройство детектирования положения выполнено с возможностью определения фактического положения поверхности контакта с пациентом и для передачи фактического положения в узел генерирования изображения, а узел генерирования изображения использует фактическое положение для генерирования изображения.
При генерировании данных для изображения учитывают фактическую чувствительность для генерирования изображения. Опора для пациента предусмотрена между узлом источника и узлом детектирования вдоль оптической оси, так что для конкретного пациента достигается наилучшее компромиссное соотношение между чувствительностью и полем обзора.
В соответствии с одним из примеров, рентгенографическая система для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток содержит узел индикации для индикации поля обзора.
A
В соответствии с другим примером устройство детектирования положения выполнено с возможностью определения контактного расстояния d между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом.
A
В соответствии с одним из примеров, устройство детектирования положения содержит стереокамеру. Стереокамера выполнена с возможностью определения контактного расстояния d между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом.
A
Предлагается использовать эту базовую технологию для расчета и задания наиболее подходящей (то есть максимальной) чувствительности, которая все же позволяет получать изображение всего облучаемого объекта. Стереокамера выполнена с возможностью определения размера пациента и определения подходящего контактного расстояния d между источником и поверхностью контакта с пациентом.
P
O
В соответствии с другим примером, рентгенографическая система для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток выполнена с возможностью определения геометрической формы облучаемого пациента. Система также выполнена с возможностью определения поля обзора в зависимости от геометрической формы, а также определения, в зависимости от поля обзора, расстояния между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом, то есть облучаемым объектом. Расстояние между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом также может называться расстоянием d до пациента или расстоянием d до объекта.
В одном из примеров стереокамера используется вместе с анатомической моделью грудной клетки человека, чтобы оценить расстояние от срединной плоскости легких до поверхности упора.
В соответствии с другим примером, система поддерживает по меньшей мере два режима захвата, один - с большим полем обзора и низкой темнопольной чувствительностью (нижняя поверхность ближе к детектору) и один - с малым полем обзора и высокой темнопольной чувствительностью (поверхность дальше от детектора).
Согласно изобретению также предложен способ захвата темнопольного и/или фазово-контрастного рентгеновского изображения с использованием рентгенографической системы в соответствии с одним из предыдущих примеров. Данный способ содержит следующие шаги:
А
a) настраивают контактное расстояние d между поверхностью контакта с пациентом и узлом источника вдоль оптической оси;
b) временно фиксируют поверхность контакта с пациентом в первом положении;
c) облучают пациента, подлежащего облучению; и
d) захватывают темнопольное и/или фазово-контрастное рентгеновское изображение.
A
В соответствии с одним из примеров, шаг а) настройки контактного расстояния d между поверхностью контакта с пациентом и узлом источника вдоль оптической оси содержит следующие подшаги:
а1) помещают пациента, подлежащего облучению, между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом;
T
а2) определяют целевое расстояние между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом, пока поле обзора не будет соответствовать области, представляющей интерес, и используют целевое расстояние d для настройки контактного расстояния;
а3) передают настроенное контактное расстояние между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом узлу генерирования изображения, причем узел генерирования изображения выполнен с возможностью учета, в зависимости от настроенного контактного расстояния между узлом источника и облучаемым пациентом, фактической чувствительности для генерирования изображения.
В соответствии с изобретением предусмотрен компьютерный программный элемент для управления рентгенографической системой для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток, который, при выполнении узлом процессора, способен обеспечивать реализацию шагов способа для захвата темнопольного и/или фазово-контрастного рентгеновского изображения.
т.
т
Изобретение относится к системе и способу определения местоположения пациента вдоль оптической оси для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток. Пациента размещают рядом с узлом источника или узлом детектирования. Узел индикации своим световым конусом освещает поле обзора. На следующем шаге пациента перемещают до тех пор, пока поле обзора не будет соответствовать области, представляющей интерес, чтобы определить целевое расстояние dЦелевое расстояние d между узлом источника и пациентом учитывают для генерирования изображения с оптимальным компромиссным соотношением между чувствительностью системы и полем обзора.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут понятны и будут разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, раскрытые ниже.
Краткое описание чертежей
Примерные варианты осуществления изобретения раскрыты ниже со ссылкой на следующие чертежи, где:
на фиг. 1 показан схематичный вид рентгенографической системы для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток;
на фиг. 2 показан схематичный вид пациента, размещенного в рентгенографической системе в двух разных положениях;
на фиг. 3 показан схематичный вид поля обзора области, представляющей интерес;
на фиг. 4а, 4b и 4с показаны распределения чувствительности и поля обзора вдоль оптической оси; и
на фиг. 5 показан пример способа захвата темнопольного и/или фазово-контрастного рентгеновского изображения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана рентгенографическая система 10 для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток. Рентгенографическая система 10 для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток включает в себя узел 12 источника, узел 14 детектирования с поверхностью 18 контакта с пациентом. Узел 12 источника и узел 14 детектирования расположены вдоль оптической оси 13, при этом между ними расположен узел 16 опоры для пациента с поверхностью 18 контакта с пациентом. Узел опоры для пациента установлен подвижно с возможностью его временной фиксации по меньшей мере в двух разных положениях вдоль оптической оси 13. Рентгенографическая система 10 для темнопольной и/или фазово-контрастной рентгеновской визуализации на основе решеток может дополнительно содержать устройство 20 детектирования положения и узел 22 генерирования изображения. Устройство 20 детектирования положения выполнено с возможностью определения фактического положения поверхности 18 контакта с пациентом и передачи фактического положения в узел 22 генерирования изображения, при этом узел 22 генерирования изображения использует фактическое положение, чтобы генерировать изображение.
На фиг. 2а и фиг. 2b показаны два различных положения пациента, стоящего рядом с поверхностью 18 контакта с пациентом. На фиг. 2а расстояние между пациентом и узлом 14 детектирования меньше по сравнению с полем обзора 26 на фиг. 2b, и, следовательно, поле обзора 26 увеличено.
A
В соответствии с одним из примеров, контактное расстояние d между узлом 12 источника и поверхностью 18 контакта с пациентом вдоль оптической оси 13 является настраиваемым дискретным образом.
A
В одном из примеров контактное расстояние d между узлом 12 источника и поверхностью 18 контакта с пациентом вдоль оптической оси 13 делится на несколько дискретных положений вдоль оптической оси 13, например, для крупного, среднего и маленького пациента.
В одном из примеров дискретные положения имеют шаги в 1 см. В другом примере дискретные положения имеют шаги от 1 см до 5 см.
A
В соответствии с другим примером, контактное расстояние d между узлом 12 источника и поверхностью 18 контакта с пациентом вдоль оптической оси 13 является настраиваемым непрерывным образом.
Согласно одному из примеров, поверхность 18 контакта с пациентом непрерывно перемещается вдоль оптической оси 13 между минимальным и максимальным положением для пациента.
На фиг. 3 показано поле 26 обзора грудной клетки пациента. Поле 26 обзора индицируется с помощью узла 24 индикации. Узел 24 индикации может быть выполнен в виде светового козырька. Световой козырек обозначает границы области, подлежащей рентгеновскому облучению. С помощью своего светового конуса световой козырек освещает поле обзора.
Признак «поле обзора» может также называться исследуемой областью.
В одном из примеров узел индикации представляет собой позиционирующий луч фокального уровня.
Исследуемую область также можно назвать областью, представляющей интерес.
А
Чувствительность S системы и поле обзора изображения взаимозависимы в соответствии с расстоянием d узла 12 источника до поверхности 18 контакта с пациентом.
На фиг. 4а показано распределение чувствительности S вдоль оптической оси 13, начиная от решетки G0 с чувствительностью S равной 0 (нулю), увеличивающейся линейно до максимальной чувствительности на решетке G1. От решетки G1 чувствительность S линейно уменьшается до 0 на решетке G2. Согласно одному из примеров, решетка G0 и решетка G1 объединены в узле 12 источника.
На фиг. 4b показано распределение чувствительности S вдоль оптической оси D. Свой максимум чувствительность S имеет на выходе излучения из узла 12 источника, например, в окне рентгеновского излучения трубки, и уменьшается линейно до 0 на решетке G2, расположенной в узле 14 детектирования.
На фиг. 4 с показано распределение поля 26 обзора вдоль оптической оси D. Минимальное поле 26 обзора находится непосредственно рядом с узлом 12 источника и линейно возрастает до максимума непосредственно рядом с узлом 14 детектирования.
В примере, который дополнительно не показан подробно, система поддерживает по меньшей мере два режима захвата, один - с большим полем обора и низкой темнопольной чувствительностью (нижняя поверхность рядом с детектором) и один - с небольшим полем обзора и высокой темнопольной чувствительностью (поверхность отдалена от детектора).
На фиг. 5 показан способ 100 захвата темнопольного и/или фазово-контрастного рентгеновского изображения, включающий в себя следующие шаги:
А
- На первом шаге 102, также называемом шагом а), контактное расстояние d между поверхностью контакта с пациентом и узлом источника настраивают вдоль оптической оси.
- На втором шаге 104, также называемом шагом b), поверхность контакта с пациентом временно фиксируют.
- На третьем шаге 106, также называемом шагом с), подлежащего облучению пациента облучают.
- На четвертом шаге 108, также называемом шагом d), захватывают темнопольное и/или фазово-контрастное рентгеновское изображение.
В одном из вариантов способ расширен тремя подшагами шага а):
- На первом подшаге 110, также называемом шагом а1), подлежащего облучению пациента помещают между узлом источника и поверхностью контакта с пациентом.
T
T
- На втором подшаге 112, также называемом шагом а2), целевое расстояние d между узлом источника и подлежащим облучению объектом определяют до тех пор, пока поле обзора не будет соответствовать области, представляющей интерес, и используют целевое расстояние d для настройки контактного расстояния.
- На третьем подшаге 114, также называемом шагом а3), настроенное контактное расстояние между узлом источника и объектом, подлежащим облучению, передают в узел генерирования изображения, причем узел генерирования изображения выполнен с возможностью учета, в зависимости от настроенного контактного расстояния между узлом источника и облучаемым объектом, фактической чувствительности S для генерирования изображения.
В одном из примеров позиционирование происходит дискретным образом или непрерывным образом, при этом настройка расстояния осуществляется с помощью стереокамеры.
В соответствии с одним из примеров, расстояние между поверхностью контакта с пациентом и узлом источника настраивают до тех пор, пока поле обзора не будет соответствовать области, представляющей интерес.
Термин «соответствует» также может означать максимальную долю области, представляющей интерес, в поле обзора.
В другом примерном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечена компьютерная программа или компьютерный программный элемент, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью исполнения, в соответствующей системе, шагов способа в соответствии с одним из предыдущих вариантов осуществления.
Таким образом, компьютерный программный элемент может храниться в компьютерном узле, который также может быть частью варианта осуществления настоящего изобретения. Этот компьютерный узел может быть выполнен с возможностью осуществления или инициирования осуществления шагов способа, раскрытого выше. Кроме того, он может быть выполнен с возможностью обеспечения работы компонентов раскрытого выше устройства. Компьютерный узел может быть выполнен с возможностью работы в автоматическом режиме и/или исполнения команд пользователя. Компьютерная программа может быть загружена в рабочую память процессора данных. Таким образом, процессор данных может быть оборудован для реализации заявленного способа.
Этот примерный вариант осуществления изобретения охватывает как компьютерную программу, которая с самого начала использует изобретение, так и компьютерную программу, которая посредством обновления превращает существующую программу в программу, использующую изобретение.
Кроме того, компьютерный программный элемент может быть выполнен с возможностью обеспечения всех необходимых шагов для выполнения процедуры примерного варианта осуществления способа, как раскрыто выше.
Согласно еще одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения обеспечен компьютерно-читаемый носитель, такой как CD-ROM, причем компьютерно-читаемый носитель содержит сохраненный на нем компьютерный программный элемент, который раскрыт выше.
Компьютерная программа может храниться и/или распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, поставляемый вместе или как часть другого аппаратного обеспечения, но также может распространяться в других формах, например через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Однако компьютерная программа также может быть представлена по сети, такой как всемирная сеть World Wide Web, и может быть загружена из такой сети в оперативную память процессора данных. В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления настоящего изобретения обеспечен носитель для обеспечения доступности компьютерного программного элемента для загрузки, причем указанный компьютерный программный элемент выполнен с возможностью реализации способа в соответствии с одним из раскрытых выше вариантов осуществления изобретения.
Следует отметить, что варианты осуществления изобретения раскрыты со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления раскрыты со ссылкой на пункты формулы изобретения, относящиеся к способу, тогда как другие варианты осуществления раскрыты со ссылкой на пункты формулы изобретения, относящиеся к устройству. Однако специалист в данной области техники поймет из вышеприведенного и последующего описания, что, если не указано иное, в дополнение к любой комбинации признаков, относящихся к объекту изобретения одного типа, также рассматривается любая комбинация признаков, относящихся к различным объектам изобретения, раскрытым в настоящей заявке. Однако все признаки могут быть объединены, обеспечивая синергетические эффекты, которые представляют собой нечто большее, чем простое суммирование признаков.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно раскрыто на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрирование и раскрытие следует рассматривать как приведенные в качестве примера и не ограничивающие. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие модификации раскрытых вариантов осуществления заявленного изобретения могут быть понятны специалистам в данной области техники и реализованы ими на практике на основании изучения чертежей, раскрытия сущности изобретения и зависимых пунктов формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержит» не исключает наличия других элементов или шагов, а использование единственного числа не исключает множества. Один процессор или другой узел может выполнять функции нескольких элементов, указанных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые меры упоминаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимущества. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.