УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ СКАЧКООБРАЗНОГО ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗЫ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ФАЗОКОНТРАСТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
DEVICE AND METHOD FOR STEPWISE PHASE CHANGE WHEN OBTAINING A PHASE CONTRAST IMAGE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к устройству и способу для скачкообразного изменения фазы при получении фазоконтрастного изображения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Скачкообразное изменение фазы необходимо в большинстве существующих в настоящее время дифференциальных фазоконтрастных устройствах, использующих интерферометрию Тальбота-Лау. Скачкообразное изменение обычно реализуют посредством исполнительного механизма, который активизирует любую из трех решеток интерферометра Тальбота-Лау относительно двух других решеток синхронно со снятием показаний детектора рентгеновского излучения, воспринимающего изменения интенсивности в различных местоположениях в поле зрения, вызванные скачкообразным изменением.
Эта активизация приводит к позиционному сдвигу решетки. После сдвига решетки снимают показания детектора рентгеновского излучения. Таким образом, оператор получает показания перед сдвигом и после сдвига. Дополнительный пример описан в заявке на патент США № 2015/0294749 A1, показывающей способ интерферометрической визуализации с динамическими решетками, дифракционную решетку и визуализирующее устройство. Интерферометрическая динамическая решетка приводится в движение микроэлектромеханической системой (microelectromechanical system - MEMS) для изменения ее периодичности. Подвижная часть динамической решетки закреплена пружинами на двух боковых сторонах решетки в направлении перемещения решетки. Гребенчатые приводные средства, находящиеся по обе стороны от решетки, позволяют модифицировать решетку в требуемом направлении. Гребенчатые приводные средства могут иметь пьезоэлектрический или электростатический привод.
Известные недостатки вышеупомянутого устройства включают в себя возможные задержки, которые необходимы перед тем, как можно будет инициировать снятие показаний рентгеновского излучения для каждого скачка фазы, ввиду возможного времени, которое потребуется исполнительному механизму для установления в новое положение. Дополнительно, могут возникать позиционные неточности, люфт, и т.д.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, существует потребность в обеспечении устройства для скачкообразного изменения фазы при получении фазоконтрастного изображения, которое обеспечивает быстрое получение изображения без значительной задержки, которое уменьшает позиционные неточности, и которое предотвращает люфт.
Задача настоящего изобретения решается объектом изобретения, изложенным в независимых пунктах формулы изобретения; дополнительные варианты осуществления включены в зависимые пункты формулы изобретения. Следует отметить, что описанные ниже аспекты настоящего изобретения также применимы к упомянутому способу.
Согласно настоящему изобретению, устройство для скачкообразного изменения фазы при получении фазоконтрастного изображения содержит подвижную решетку; направляющий элемент; возвращающий элемент; и запирающий элемент; причем направляющий элемент выполнен с возможностью направлять подвижную решетку между первым положением и вторым положением; причем возвращающий элемент выполнен с возможностью прикладывать силу к подвижной решетке; причем сила направлена от первого положения ко второму положению; и причем запирающий элемент выполнен с возможностью запирать с возможностью освобождения подвижную решетку в первом положении.
Подвижная решетка подвижно установлена на направляющем элементе. Когда подвижная решетка находится в первом положении, возвращающий элемент прикладывает к подвижной решетке силу, которая направляет подвижную решетку по направлению ко второму положению. Дополнительно, запирающий элемент может запирать с возможностью освобождения подвижную решетку в первом положении. Это означает, что подвижная решетка может быть приведена в первое положение и затем заперта запирающим элементом. В первом положении, возвращающий элемент прикладывает к подвижной решетке силу, которая толкает подвижную решетку во второе положение. Таким образом, после отпирания запирающего элемента, т.е. после освобождения подвижной решетки от запирающего элемента, возвращающий элемент толкает подвижную решетку по направлению ко второму положению. Подвижная решетка и возвращающий элемент могут, таким образом, определять свободно колеблющуюся систему. Это означает, что подвижная решетка может осуществлять колебательное перемещение вдоль направляющего элемента.
Поскольку подвижная решетка осуществляет свободное перемещение вдоль направляющего элемента, настоящее изобретение не нуждается в исполнительном механизме для осуществления скачкообразно-изменяющего-фазу перемещения подвижной решетки. Посредством перемещения подвижной решетки только возвращающим элементом, настоящее изобретение обеспечивает быстрое получение изображения без значительной задержки, поскольку детектор может не ожидать окончания процесса позиционирования подвижной решетки. Таким образом, в первом варианте осуществления, детектор может сразу начать измерение после освобождения подвижной решетки от запирающего элемента. Во втором, альтернативном варианте осуществления, детектор может начать измерение по истечении времени задержки, чтобы избежать измерений во время освобождения подвижной решетки.
Положение подвижной решетки является динамическим, но может быть определено с учетом массы подвижной решетки и силы, прикладываемой возвращающим элементом. Дополнительно, благодаря известному свободному перемещению подвижной решетки вдоль направляющего элемента, предотвращаются позиционные неточности и люфт.
Согласно одному примеру, устройство содержит декодер положения, причем декодер положения выполнен с возможностью определять положение подвижной решетки вдоль направляющего элемента и генерировать инициирующий сигнал для детектора, если подвижная решетка проходит заданные положения вдоль направляющего элемента.
Декодер положения может отслеживать положение подвижной решетки во время колебательного процесса. Таким образом, известно точное положение подвижной решетки между первым и вторым положением. Это гарантирует, что снятие показаний будет всегда инициироваться в точности в одних и тех же положениях, и это улучшит воспроизводимость и точность данных. Сигналы декодера будут инициировать снятие показаний детектора и могут также инициировать излучение рентгеновской трубки в случае, когда это излучение не является непрерывным.
В другом примере, подвижная решетка осуществляет свободное колебание, начиная от первого положения, по направлению ко второму положению. Это колебание может быть описано уравнением движения
х
t
ω
=k/m
k
m
γ=d/2
d
2
причем  является линейным положением подвижной решетки,  является временем, ω является угловой частотой, причем , где  является постоянной пружины, и  является массой пружины, и , где  является коэффициентом затухания. В случае свободных колебаний, коэффициент затухания равен нулю. Решение уравнения движения для свободных колебаний задается выражением
x(t)=x
cos ωt
0
.
В случае затухающих колебаний, решение уравнения движения может быть задано выражением
1
2
причем c и c являются комплексными константами, определяемыми начальными условиями.
Согласно одному примеру, сила, прикладываемая возвращающим элементом к подвижной решетке, уменьшается до нуля, когда подвижная решетка достигает второго положения. Возвращающий элемент не прикладывает к подвижной решетке никакой силы во втором положении. Когда подвижная решетка покидает второе положение, возвращающий элемент снова начинает толкать подвижную решетку по направлению ко второму положению.
В другом примере, после достижения второго положения, подвижная решетка может продвинуться в третье положение, в котором возвращающий элемент толкает подвижную решетку обратно по направлению ко второму положению. Таким образом, второе положение расположено между первым положением и третьим положением. Таким образом, подвижная решетка может колебаться относительно второго положения, причем первое положение и третье положение определяют максимумы колебаний.
В другом примере, первое положение может быть максимумом косинусного или косинусоидального перемещения, при котором второе положение может быть нулевой точкой косинусоидального перемещения. Возвращающий элемент прикладывает к подвижной решетке максимальную силу в первом положении.
Согласно другому примеру, подвижная решетка выполнена с возможностью осуществлять непрерывное перемещение между первым положением и вторым положением.
Согласно другому примеру, устройство дополнительно содержит: вносящий затухание элемент; причем вносящий затухание элемент выполнен с возможностью вносить затухание в перемещение подвижной решетки между первым положением и вторым положением. В терминах уравнения движения, вносящий затухание элемент обеспечивает ненулевой коэффициент d затухания.
В другом примере, подвижная решетка, возвращающий элемент и вносящий затухание элемент определяют затухающую колебательную систему.
В одном примере, вносящий затухание элемент создает трение для подвижной решетки. Это означает, что если подвижная решетка перемещается вдоль направляющего элемента, то вносящий затухание элемент прикладывает к подвижной решетке силу трения, уменьшающую скорость перемещения.
Согласно одному примеру, вносящий затухание элемент обеспечивает управляемое затухание колебаний подвижной решетки.
В одном примере, вносящий затухание элемент может вносить слабое затухание, критическое затухание, или избыточное затухание в перемещение решетки. Коэффициент затухания в случае слабого затухания удовлетворяет неравенству 0 < γ < ω, в случае критического затухания коэффициент затухания составляет γ=ω, и в случае избыточного затухания коэффициент затухания удовлетворяет неравенству γ > ω.
Согласно одному примеру, вносящий затухание элемент вносит по меньшей мере критическое затухание в перемещение подвижной решетки. Это означает, что вносящий затухание элемент может осуществлять внесение критического и/или избыточного затухания.
Согласно одному примеру, устройство дополнительно содержит: блок смещения; причем блок смещения выполнен с возможностью перемещать подвижную решетку в первое положение.
В другом примере, блок смещения может перемещать подвижную решетку из второго положения в первое положение.
В другом примере, блок смещения может быть использован для начала процесса скачкообразного изменения фазы посредством приведения подвижной решетки в первое положение. После приведения подвижной решетки блоком смещения в первое положение, запирающий элемент может запереть подвижную решетку в первом положении. Блок смещения прикладывает к подвижной решетке большую силу, чем возвращающий элемент. Дополнительно, сила блока смещения направлена в направлении, противоположном направлению силы, прикладываемой возвращающим элементом. В другом варианте осуществления, при присоединении блока смещения к подвижной решетке, возвращающий элемент может отсоединяться от подвижной решетки. Когда подвижная решетка достигает первого положения, блок смещения может отсоединиться от подвижной решетки после того, как запирающий элемент запрет подвижную решетку в первом положении, и возвращающий элемент может присоединиться к подвижной решетке.
Согласно настоящему изобретению, система для скачкообразного изменения фазы при получении фазоконтрастного изображения содержит: устройство получения фазоконтрастного изображения; и устройство по одному из предшествующих пунктов формулы изобретения; причем устройство получения фазоконтрастного изображения содержит источник излучения; и по меньшей мере одну неподвижную решетку; причем источник излучения определяет начало оптического пути, продолжающегося к упомянутой по меньшей мере одной неподвижной решетке и подвижной решетке; причем перемещение подвижной решетки из первого положения во второе положение сдвигает подвижную решетку относительно упомянутой по меньшей мере одной неподвижной решетки.
Система обеспечивает легкий метод обеспечения скачкообразного изменения фазы посредством перемещения подвижной решетки в режиме свободного колебательного перемещения относительно источника излучения и неподвижной решетки. В одном варианте осуществления, подвижная решетка имеет решеточные структуры и может перемещаться перпендикулярно этим решеточным структурам, т.е. направляющий элемент направляет подвижную решетку перпендикулярно решеточным структурам. В другом варианте осуществления, подвижная решетка может перемещаться непараллельно решеточным структурам, что означает, что по меньшей мере один угол между направлением перемещения подвижной решетки и направлением решеточных структур является меньшим, чем 90°, но все же имеет составляющую перпендикулярного перемещения.
В одном примере, устройство получения фазоконтрастного изображения содержит две неподвижные решетки.
Согласно другому примеру, устройство получения фазоконтрастного изображения содержит: детектор; причем детектор содержит массив фотодиодов и сцинтиллятор; причем массив фотодиодов соответствует сцинтиллятору; причем детектор расположен на конце оптического пути; и причем детектор выполнен с возможностью полностью снимать показания массива фотодиодов по меньшей мере четыре раза во время перемещения подвижной решетки между первым положением и вторым положением.
В другом примере, детектор может быть двумерным (2D) детектором, который прямо преобразует рентгеновское излучение в измерительные сигналы.
В другом примере, детектор является неподвижным относительно подвижной решетки.
В другом примере, незадолго до запускающего сигнала сканирования, подвижная решетка освобождается и совершает свободные, затухающие или незатухающие колебания, во время которых интерферометрические фазовые соотношения непрерывно изменяются вполне определенным образом.
Детектор может, таким образом, сразу начать измерение, поскольку детектор может не ожидать специального положения подвижной решетки. Затем, постоянные времени колебаний предпочтительно выбирают в сравнении с длительностью кадра таким образом, чтобы фазовые соотношения существенно не изменялись в течение длительности одного кадра. Детектор осуществляет множество измерений, в то время как подвижная решетка перемещается из первого положения во второе положение.
Согласно настоящему изобретению, также способ скачкообразного изменения фазы при получении фазоконтрастного изображения содержит следующие этапы, на которых: a) запирают запирающим элементом подвижную решетку в первом положении, причем подвижная решетка является подвижной между первым положением и вторым положением; b) прикладывают возвращающим элементом силу к подвижной решетке, причем сила направлена от первого положения ко второму положению; и с) отпирают запирающий элемент таким образом, чтобы сила перемещала подвижную решетку во второе положение; причем этап b) может быть осуществлен одновременно с этапом а) и/или после него.
Согласно одному примеру, способ дополнительно содержит этап d), на котором снимают показания детектора, на который попадает рентгеновское излучение, проходящее через подвижную решетку.
В одном примере, подвижная решетка и по меньшей мере одна неподвижная решетка имеют разные шаги.
В другом примере, подвижная решетка имеет больший шаг, чем упомянутая по меньшей мере одна неподвижная решетка.
Дополнительно, согласно настоящему изобретению обеспечен компьютерный программный элемент для управления устройством согласно предыдущему описанию, который, при выполнении блоком обработки, выполнен с возможностью выполнять этапы способа, описанные выше.
Обеспечен компьютерно-читаемый носитель данных, хранящий программный элемент из предыдущего описания.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут понятны из вариантов осуществления, описанных ниже, и будут разъясняться в их отношении.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже в отношении следующих чертежей:
Фиг. 1a-d показывают схематичные чертежи устройства с подвижной решеткой, находящейся в разных положениях.
Фиг. 2a, b показывает схематичные чертежи разных вариантов осуществления направляющего элемента.
Фиг. 3 показывает схематичный чертеж системы.
Фиг. 4a-d показывают схематичные графики незатухающего (a) и затухающего (b-d) перемещения подвижной решетки.
Фиг. 5 показывает схематичную блок-схему последовательности операций способа.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Устройство для скачкообразного изменения фазы при получении фазоконтрастного изображения целиком обозначено ссылочной позицией 1 и показано на фиг. 1a-d. Устройство 1 содержит подвижную решетку 10, направляющий элемент 11, возвращающий элемент 12, запирающий элемент 13, вносящий затухание элемент 14, и блок 15 смещения.
Подвижная решетка 10 расположена на направляющем элементе 11, который направляет подвижную решетку 10 из первого положения 2, показанного на фиг. 1а, во второе положение 3, показанное на фиг. 1b. В иллюстративном варианте осуществления, направляющий элемент 11 может быть направляющим рельсом, вдоль которого направляется подвижная решетка 10. В другом иллюстративном варианте осуществления, направляющий элемент 11 может быть направляющим ребром (не показано), вдоль которого подвижная решетка 10 направляется из первого положения 2 во второе положение 3.
Возвращающий элемент 12 присоединен к подвижной решетке 10. Возвращающий элемент 12 может содержать соединение с элементом 26, который является неподвижным относительно подвижной решетки 10. В иллюстративном варианте осуществления, возвращающий элемент 12 может быть механической пружиной. В другом иллюстративном варианте осуществления, возвращающий элемент 12 может быть электрическим или электромагнитным колеблющимся элементом или, в дополнительном иллюстративном варианте осуществления, гидравлическим колеблющимся элементом. Возвращающий элемент 12 прикладывает силу к подвижной решетке 10, когда подвижная решетка 10 находится в первом положении 2. Сила, которую возвращающий элемент 12 прикладывает к подвижной решетке 10 в первом положении 2, направлена таким образом, что подвижная решетка 10 перемещается во второе положение 3.
Во втором положении 3, возвращающий элемент 12 не прикладывает силу к подвижной решетке 10. Сила возвращающего элемента 12 во втором положении 3, таким образом, равна нулю. Сила возвращающего элемента 12, действующая на подвижную решетку 10, уменьшается между первым положением 2 и вторым положением 3. Таким образом, возвращающий элемент 12 прикладывает возвращающую силу к подвижной решетке 10, если подвижная решетка 10 удалена из второго положения 3. Дополнительно, подвижная решетка 10 и возвращающий элемент 12 определяют свободно колеблющуюся систему. Единственная сила, которая перемещает подвижную решетку 10, исходит от возвращающего элемента 12.
Расстояние между первым положением 2 и вторым положением 3 простирается по меньшей мере на шаг подвижной решетки 10. Конкретно, это расстояние может быть в несколько раз большим этой длины. Это позволяет перекрыть по меньшей мере весь диапазон углов от 0 до двух пи для скачкообразного изменения фазы.
Запирающий элемент 13 выполнен с возможностью запирать положение подвижной решетки 10 в первом положении 2. Это означает, что если подвижная решетка 10 находится в первом положении 2, то запирающий элемент 13 может быть приведен в действие таким образом, чтобы подвижная решетка 10 больше не могла покинуть первое положение 2. В этом состоянии, возвращающий элемент 12 может все же прикладывать к подвижной решетке 10 силу, которая направлена от первого положения 2 ко второму положению 3. Однако, поскольку запирающий элемент 13 запирает подвижную решетку 10 в первом положении 2, подвижная решетка 10 не будет перемещаться, когда она заперта запирающим элементом 13.
Запирающий элемент 13 выполнен с возможностью обеспечивать освобождаемое запирание для подвижной решетки 10. Это означает, что запирающий элемент 13 может быть отперт таким образом, чтобы подвижная решетка 10 была освобождена от запирающего элемента 13. Если запирающий элемент 13 освобождает подвижную решетку 10, то сила, прикладываемая возвращающим элементом 12 к подвижной решетке 10, будет перемещать подвижную решетку 10 из первого положения 2 во второе положение 3.
Запирающий элемент 13 соединен с элементом, который является неподвижным относительно подвижной решетки 10. Согласно фиг. 1a-d, этим элементом может быть элемент 26. Если подвижная решетка 10 входит в первое положение 2, то запирающий элемент 13 может соединиться с подвижной решеткой 10 с фиксацией или с посадкой по форме. В иллюстративном варианте осуществления, запирающий элемент 13 может, например, содержать штифт, который может соединяться с соответствующим углублением на подвижной решетке 10. В другом иллюстративном варианте осуществления, запирающий элемент может содержать электромагнит, причем подвижная решетка может содержать постоянный магнит. Запирание осуществляется, когда электромагнит включается, и когда электромагнит и постоянный магнит расположены рядом друг с другом.
В другом иллюстративном варианте осуществления (не показан), запирающий элемент 13 может быть расположен на направляющем элементе 11. В этом случае, запирающий элемент 13 жестко соединен с направляющим элементом таким образом, что запирающий элемент 13 не перемещается относительно направляющего элемента 11. Запирающий элемент 13 может тогда, например, зафиксировать подвижную решетку 10. В другом примере, запирающий элемент 13 может блокировать перемещение подвижной решетки 10 с посадкой по форме, например, запирающий элемент 13 может блокировать подвижную решетку 10 на направляющем элементе 11.
Вносящий затухание элемент 14 вносит затухание в перемещение подвижной решетки 10, когда она перемещается вдоль направляющего элемента 11. Таким образом, комбинация подвижной решетки 10, возвращающего элемента 12 и вносящего затухание элемента 14 определяет затухающую колебательную систему. В иллюстративном варианте осуществления, вносящий затухание элемент 14 может обеспечивать силу, действующую на подвижную решетку 10, которая направлена противоположно силе, прикладываемой возвращающим элементом 12, показанным на фиг. 1a-d. В одном примере, вносящий затухание элемент 14 может быть встроен в возвращающий элемент 12. В другом иллюстративном варианте осуществления, вносящий затухание элемент 14 обеспечивает силу трения для подвижной решетки 10, когда подвижная решетка 10 перемещается вдоль направляющего элемента 11. Два дополнительных иллюстративных варианта осуществления направляющего элемента 11 показаны на фиг. 2a и 2b.
В другом иллюстративном варианте осуществления (не показан), вносящий затухание элемент 14 может быть постоянным магнитом или электромагнитом, и подвижная решетка может содержать проводник, или наоборот. Затухание тогда является результатом относительного перемещения проводника и магнита, поскольку в проводнике возбуждаются вихревые токи.
Затухание, обеспечиваемое вносящим затухание элементом 14, может быть выбрано таким образом, чтобы фазовая дискретизация была как можно более плавной и однородной.
Фиг. 2а показывает направляющий элемент 11, образованный в виде направляющего рельса. Вносящий затухание элемент 14 расположен на дне направляющего элемента 11. При скольжении вдоль направляющего рельса, подвижная решетка 10 может контактировать с вносящим затухание элементом 14, который прикладывает силу трения к подвижной решетке 10.
На фиг. 2b, вносящий затухание элемент 14 расположен на внутренней боковой стороне направляющего элемента 11, которая входит в контакт с подвижной решеткой 10. В то время как подвижная решетка 10 перемещается вдоль направляющего рельса, вносящий затухание элемент 14 прикладывает силу, направленную противоположно силе, прикладываемой возвращающим элементом 12.
Что касается затухающих колебаний подвижной решетки 10, если затухание d, обеспечиваемое вносящим затухание элементом 14, будет равно нулю, то перемещение подвижной решетки 10 будет свободным колебанием.
График, показывающий перемещение свободно колеблющейся подвижной решетки 10, показан на фиг. 4а. Перемещение подвижной решетки 10 в этом случае подчиняется функции 27 косинуса. Начальная точка функции косинуса находится в первом положении 2. Перемещение подвижной решетки 10 затем переносит подвижную решетку 10 во второе положение 3 и далее в третье положение 4.
Измерение скачкообразного изменения фазы для получения фазоконтрастного изображения может быть выполнено на линейном участке функции 27 косинуса, указанном черточками 29-34. На этом участке, функция 27 косинуса близка к линейной функции.
Затухание, обеспечиваемое вносящим затухание элементом 14, может дополнительно быть слабым затуханием, критическим затуханием или избыточным затуханием. При свободных колебаниях (фиг. 4а), и в случае слабого затухания, показанного на фиг. 4d, перемещение подвижной решетки 10 будет осуществляться из первого положения 2 во второе положение 3 и затем далее по направлению к или в направлении третьего положения 4, показанного на фиг. 1с. В третьем положении 4, возвращающий элемент 12 прикладывает к подвижной решетке 10 силу, которая направлена ко второму положению 3. Подвижная решетка 10 будет, таким образом, колебаться относительно второго положения 3.
В случае слабого затухания, расстояние, на которое подвижная решетка 10 перемещается из второго положения 3, будет экспоненциально уменьшаться при каждом проходе второго положения 3 до тех пор, пока подвижная решетка 10 не прекратит свое перемещение во втором положении 3.
В случае критического затухания, показанного на фиг. 4с, подвижная решетка 10 будет перемещаться из первого положения 2 во второе положение 3 и затем останется во втором положении 3. Это означает, что подвижная решетка 10 будет замедляться с экспоненциальным затуханием на пути ко второму положению 3 и затем остановится при достижении второго положения 3.
В случае избыточного затухания, подвижная решетка будет перемещаться медленнее, чем в случае критического затухания, из первого положения 2 во второе положение 3 и затем остановится во втором положении 3.
Пример случая избыточного показания показан на фиг. 4b. Путь 28 перемещения начинается в первом положении 2 и затем продолжается по направлению ко второму положению 3. При приближении ко второму положению 3, перемещение подвижной решетки 10 продолжается до тех пор, пока не прекратится, когда подвижная решетка 10 достигнет второго положения 3.
Блок 15 смещения смещает подвижную решетку 10 из второго положения 3 в первое положение 2, когда подвижная решетка 10 останавливается во втором положении 3. Начало смещения подвижной решетки 10 блоком 15 смещения показано на фиг. 1d. Блок 15 смещения может прикладывать к подвижной решетке 10 большую силу, чем возвращающий элемент 12, причем сила блока 15 смещения направлена противоположно силе возвращающего элемента 12. После приведения подвижной решетки 10 блоком 15 смещения в первое положение 2, запирающий элемент 13 запирает подвижную решетку 10 в первом положении 2. После запирания подвижной решетки запирающим элементом 13, блок 15 смещения прекращает прикладывать силу к подвижной решетке 10. В иллюстративном варианте осуществления, блок 15 смещения может быть отсоединен от подвижной решетки 10 после достижения подвижной решеткой 10 первого положения 2. В дополнительном иллюстративном варианте осуществления, блок 15 смещения может быть отсоединен от подвижной решетки 10, когда запирающий элемент 13 запирает подвижную решетку 10 в первом положении 2.
В иллюстративном варианте осуществления, компоненты устройства 1 могут быть расположены на опорной плите 24. Однако, в дополнительных иллюстративных вариантах осуществления они могут быть также расположены на дополнительных объектах, например, на раме и т.п.
Система 5 для скачкообразного изменения фазы при получении фазоконтрастного изображения будет описана в отношении фиг. 3. Система 5 содержит устройство 1 и устройство 16 получения фазоконтрастного изображения. Устройство 16 получения фазоконтрастного изображения содержит источник 17 излучения, по меньшей мере одну неподвижную решетку 18, детектор 19, содержащий массив 20 фотодиодов, сцинтиллятор 20а, и блок 22 обработки. Массив 20 фотодиодов соответствует сцинтиллятору 20а.
В одном примере, устройство 16 получения фазоконтрастного изображения может быть аппаратом для маммографии, диагностическим рентгеновским аппаратом, IGT-аппаратом, или CT-аппаратом. Дополнительно, устройство 16 получения фазоконтрастного изображения может быть использовано в инспекции материалов и/или пищевых продуктов, а также в неразрушающем контроле или в стоматологической визуализации. Таким образом, неподвижная решетка 18 и подвижная решетка 10 могут быть рентгеновскими решетками, и источник 17 излучения может быть источником рентгеновского излучения.
Источник 17 излучения определяет начальную точку оптического пути 6, который продолжается от источника 17 излучения до детектора 19. В одном примере, оптический путь 6 является интерферометрическим оптическим путем интерферометра Тальбота-Лау. Подвижная решетка 10 является одной из решеток G0, G1, или G2, причем остальные решетки являются неподвижными решетками 18.
Неподвижная решетка 18 и подвижная решетка 10 устройства 1 расположены вдоль оптического пути 6. Переход подвижной решетки 10 из первого положения 2 во второе положение 3 определяет перемещение подвижной решетки 10, которое является непараллельным решеточным структурам 10а. В иллюстративном варианте осуществления, направление перемещения подвижной решетки 10 перпендикулярно оптическому пути 6.
Рентгеновское излучение начинается от источника 17 излучения. Затем оно проходит через неподвижные решетки 18 и подвижную решетку 10. Рентгеновское излучение может быть затем преобразовано в видимый свет сцинтиллятором 20а. Преобразованный видимый свет затем детектируется массивом 20 фотодиодов. Детектор 19 полностью снимает показания массива 20 фотодиодов по меньшей мере четыре раза во время перемещения подвижной решетки 10 между первым положением 2 и вторым положением 3. В иллюстративном варианте осуществления, детектор 19 снимает показания массива 20 фотодиодов по меньшей мере от четырех до шестнадцати раз, предпочтительно восемь раз. Положение подвижной решетки 10 между первым положением 2 и вторым положением 3 является известным благодаря известным переменным перемещения, т.е. величине затухания, величине силы возвращающего элемента 12, т.е. модулю упругости возвращающего элемента 12, и массе подвижной решетки 10. В другом иллюстративном варианте осуществления, декодер 11а определяет положение подвижной решетки 10 вдоль направляющего элемента 11. Декодер 11а может инициировать снятие детектором 19 показаний массива 20 фотодиодов. Декодер 11а может инициировать детектор 19 по меньшей мере в четырех заданных положениях 29-34 подвижной решетки 10, показанных на фиг. 4а, в то время как подвижная решетка 10 перемещается из первого положения 2 во второе положение 3. Таким образом, фазоконтрастное изображение может быть определено посредством снятия показаний массива 20 фотодиодов.
Блок 22 обработки может управлять запирающим элементом 13, блоком 15 смещения, и детектором 19. Блок 22 обработки, таким образом, обеспечивает сигнал для смещения блоком 15 смещения подвижной решетки 10 из второго положения 3 в первое положение 2. Дополнительно, блок 22 обработки может обеспечивать для запирающего элемента 13 такой сигнал, чтобы запирающий элемент 13 запирал подвижную решетку 10 в первом положении 2. Блок обработки может дополнительно обеспечивать для запирающего элемента 13 такой сигнал, чтобы запирающий элемент 13 отпирался таким образом, чтобы подвижная решетка 10 освобождалась от запирающего элемента 13 и могла перемещаться из первого положения 2 во второе положение 3. Дополнительно, блок 22 обработки может обеспечивать для детектора 19 такой сигнал, чтобы он начинал снимать показания массива 20 фотодиодов.
Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций способа 100 скачкообразного изменения фазы при получении фазоконтрастного изображения.
Способ 100 начинается с этапа 105, на котором перемещают подвижную решетку блоком смещения в первое положение. Блок 15 смещения смещает подвижную решетку 10 из второго положения 3 в первое положение 2, когда подвижная решетка 10 останавливается во втором положении 3. Начало смещения подвижной решетки 10 блоком 15 смещения показано на фиг. 1d. Блок 15 смещения может прикладывать к подвижной решетке 10 большую силу, чем возвращающий элемент 12, причем сила блока 15 смещения направлена противоположно силе возвращающего элемента 12. После приведения подвижной решетки 10 блоком 15 смещения в первое положение 2, запирающий элемент 13 запирает подвижную решетку 10 в первом положении 2. После запирания подвижной решетки запирающим элементом 13, блок 15 смещения прекращает прикладывать силу к подвижной решетке 10. В иллюстративном варианте осуществления, блок 15 смещения может быть отсоединен от подвижной решетки 10.
Затем на этапе 101 подвижную решетку запирают запирающим элементом в первом положении, причем подвижная решетка является подвижной между первым положением и вторым положением. Запирающий элемент 13 выполнен с возможностью запирать положение подвижной решетки 10 в первом положении 2. Это означает, что если подвижная решетка 10 находится в первом положении 2, то запирающий элемент 13 может быть приведен в действие таким образом, чтобы подвижная решетка 10 больше не могла покинуть первое положение 2. В этом состоянии, возвращающий элемент 12 может все же прикладывать к подвижной решетке 10 силу, которая направлена от первого положения 2 ко второму положению 3. Однако, поскольку запирающий элемент 13 запирает подвижную решетку 10 в первом положении 2, подвижная решетка 10 не будет перемещаться, когда она заперта запирающим элементом 13.
Запирающий элемент 13 выполнен с возможностью обеспечивать освобождаемое запирание для подвижной решетки 10. Это означает, что запирающий элемент 13 может быть отперт таким образом, чтобы подвижная решетка 10 была освобождена от запирающего элемента 13. Если запирающий элемент 13 освобождает подвижную решетку 10, то сила, прикладываемая возвращающим элементом 12 к подвижной решетке 10, будет перемещать подвижную решетку 10 из первого положения 2 во второе положение 3.
Запирающий элемент 13 соединен с элементом, который является неподвижным относительно подвижной решетки 10. Согласно фиг. 1a-d, этим элементом может быть элемент 26. Если подвижная решетка 10 входит в первое положение 2, то запирающий элемент 13 может соединиться с подвижной решеткой 10 с фиксацией или с посадкой по форме. Запирающий элемент 13 может, например, содержать штифт, который может соединяться с соответствующим углублением на подвижной решетке 10. В другом иллюстративном варианте осуществления, запирающий элемент может содержать электромагнит, причем подвижная решетка может содержать постоянный магнит. Запирание осуществляется, когда электромагнит включается, и когда электромагнит и постоянный магнит расположены рядом друг с другом.
В другом иллюстративном варианте осуществления (не показан), запирающий элемент 13 может быть расположен на направляющем элементе 11. В этом случае, запирающий элемент 13 жестко соединен с направляющим элементом 11 таким образом, что запирающий элемент 13 не перемещается относительно направляющего элемента 11. Запирающий элемент 13 может тогда, например, зафиксировать подвижную решетку 10. В другом примере, запирающий элемент 13 может блокировать перемещение подвижной решетки 10 с посадкой по форме, например, запирающий элемент 13 может блокировать подвижную решетку 10 на направляющем элементе 11.
На этапе 102, сила, действующая на подвижную решетку, прикладывается возвращающим элементом, причем эта сила направлена от первого положения ко второму положению. Возвращающий элемент 12 присоединен к подвижной решетке 10. Возвращающий элемент 12 может содержать соединение с элементом 26, который является неподвижным относительно подвижной решетки 10. В иллюстративном варианте осуществления, возвращающий элемент 12 может быть механической пружиной. В другом иллюстративном варианте осуществления, возвращающий элемент 12 может быть электрическим или электромагнитным колеблющимся элементом или, в дополнительном иллюстративном варианте осуществления, гидравлическим колеблющимся элементом. Возвращающий элемент 12 прикладывает силу к подвижной решетке 10, когда подвижная решетка 10 находится в первом положении 2. Сила, которую возвращающий элемент 12 прикладывает к подвижной решетке 10 в первом положении 2, направлена таким образом, что подвижная решетка 10 перемещается во второе положение 3.
Во втором положении 3, возвращающий элемент 12 не прикладывает силу к подвижной решетке 10. Сила возвращающего элемента 12 во втором положении 3, таким образом, равна нулю. Сила возвращающего элемента 12, действующая на подвижную решетку 10, уменьшается между первым положением 2 и вторым положением 3. Таким образом, возвращающий элемент 12 прикладывает возвращающую силу к подвижной решетке 10, если подвижная решетка 10 удалена из второго положения 3. Дополнительно, подвижная решетка 10 и возвращающий элемент 12 определяют свободно колеблющуюся систему. Единственная сила, которая перемещает подвижную решетку 10, исходит от возвращающего элемента 12.
Расстояние между первым положением 2 и вторым положением 3 простирается по меньшей мере на шаг подвижной решетки 10. Конкретно, это расстояние может быть в несколько раз большим этой длины. Это позволяет перекрыть по меньшей мере весь диапазон углов от 0 до двух пи для скачкообразного изменения фазы.
Сила, прикладываемая на этапе 102, могла быть уже приложена при приведении подвижной решетки в первое положение и запирании подвижной решетки в первом положении.
На этапе 103, запирающий элемент отпирают таким образом, что сила возвращающего элемента 12 перемещает подвижную решетку 10 во второе положение.
На этапе 104, в перемещение подвижной решетки из первого положения и второго положения вносят затухание вносящим затухание элементом. Вносящий затухание элемент 14 вносит затухание в перемещение подвижной решетки 10, когда она перемещается вдоль направляющего элемента 11. Таким образом, комбинация подвижной решетки 10, возвращающего элемента 12 и вносящего затухание элемента 14 определяет затухающую колебательную систему. В иллюстративном варианте осуществления, вносящий затухание элемент 14 может обеспечивать силу, действующую на подвижную решетку 10, которая направлена противоположно силе, прикладываемой возвращающим элементом 12, показанным на фиг. 1a-d. В одном примере, вносящий затухание элемент 14 может быть встроен в возвращающий элемент 12. В другом иллюстративном варианте осуществления, вносящий затухание элемент 14 обеспечивает силу трения для подвижной решетки 10, когда подвижная решетка 10 перемещается вдоль направляющего элемента 11. Два дополнительных иллюстративных варианта осуществления направляющего элемента 11 показаны на фиг. 2a и 2b.
В другом иллюстративном варианте осуществления (не показан), вносящий затухание элемент 14 может быть постоянным магнитом или электромагнитом, и подвижная решетка может содержать проводник, или наоборот. Затухание тогда является результатом относительного перемещения проводника и магнита, поскольку в проводнике возбуждаются вихревые токи.
Затухание, обеспечиваемое вносящим затухание элементом 14, может быть выбрано таким образом, чтобы фазовая дискретизация могла быть осуществлена как можно более плавно и однородно.
Фиг. 2а показывает направляющий элемент 11, образованный в виде направляющего рельса. Вносящий затухание элемент 14 расположен на дне направляющего элемента 11. При скольжении вдоль направляющего рельса, подвижная решетка 10 может контактировать с вносящим затухание элементом 14, который прикладывает силу трения к подвижной решетке 10.
На фиг. 2b, вносящий затухание элемент 14 расположен на внутренней боковой стороне направляющего элемента 11, которая входит в контакт с подвижной решеткой 10. В то время как подвижная решетка 10 перемещается вдоль направляющего рельса, вносящий затухание элемент 14 прикладывает силу, направленную противоположно силе, прикладываемой возвращающим элементом 12.
Что касается затухающих колебаний подвижной решетки 10, если затухание, обеспечиваемое вносящим затухание элементом 14, будет равно нулю, то перемещение подвижной решетки 10 будет свободным колебанием.
График, показывающий перемещение свободно колеблющейся подвижной решетки 10, показан на фиг. 4а. Перемещение подвижной решетки 10 в этом случае подчиняется функции 27 косинуса. Начальная точка функции косинуса находится в первом положении 2. Перемещение подвижной решетки 10 затем переносит подвижную решетку 10 во второе положение 3 и далее в третье положение 4.
Измерение скачкообразного изменения фазы для получения фазоконтрастного изображения может быть выполнено на линейном участке функции 27 косинуса, указанном черточками 29-34. На этом участке, функция 27 косинуса близка к линейной функции.
Затухание, обеспечиваемое вносящим затухание элементом 14, может дополнительно быть слабым затуханием, критическим затуханием или избыточным затуханием. При свободных колебаниях и в случае слабого затухания, перемещение подвижной решетки подвижная решетка 10 будет осуществляться из первого положения 2 во второе положение 3 и затем далее по направлению к или в направлении третьего положения 4, показанного на фиг. 1с. В третьем положении 4, возвращающий элемент 12 прикладывает к подвижной решетке 10 силу, которая направлена ко второму положению 3. Подвижная решетка 10 будет, таким образом, колебаться относительно второго положения 3. В случае слабого затухания, расстояние, на которое подвижная решетка 10 перемещается из второго положения 3, будет уменьшаться при каждом проходе второго положения 3 до тех пор, пока подвижная решетка 10 не прекратит свое перемещение во втором положении 3.
В случае критического затухания, подвижная решетка 10 будет перемещаться из первого положения 2 во второе положение 3 и затем останется во втором положении 3. Это означает, что подвижная решетка 10 будет замедляться на пути ко второму положению 3 и затем остановится при достижении второго положения 3.
В случае избыточного затухания, подвижная решетка будет перемещаться медленнее, чем в случае критического затухания, из первого положения 2 во второе положение 3 и затем остановится во втором положении 3.
Пример случая критического затухания или случая избыточного показания показан на фиг. 4b. Путь 28 перемещения начинается в первом положении 2 и затем продолжается по направлению ко второму положению 3. При приближении ко второму положению 3, перемещение подвижной решетки 10 продолжается до тех пор, пока не прекратится, когда подвижная решетка 10 достигнет второго положения 3.
На этапе 106, по меньшей мере четыре раза снимают показания детектора 19, расположенного на конце оптического пути, продолжающегося к подвижной решетке, в то время как подвижная решетка перемещается между первым положением и вторым положением. Детектор 19 может содержать сцинтиллятор 20а и массив 20 фотодиодов. Сцинтиллятор 20а преобразует рентгеновское излучение в видимый свет, который может быть детектирован массивом 20 фотодиодов. Таким образом, детектор 19 полностью снимает показания массива 20 фотодиодов по меньшей мере четыре раза, в то время как подвижная решетка 10 перемещается из первого положения 2 во второе положение 3. В иллюстративном варианте осуществления, детектор 19 снимает показания массива 20 фотодиодов по меньшей мере от четырех до шестнадцати раз, предпочтительно восемь раз. В одном иллюстративном варианте осуществления, положение подвижной решетки 10 между первым положением 2 и вторым положением 3 является известным благодаря известным переменным перемещения, т.е. величине затухания, величине силы возвращающего элемента 12, т.е. модулю упругости возвращающего элемента 12, и массе подвижной решетки 10. В другом иллюстративном варианте осуществления, декодер 11а определяет положение подвижной решетки 10 вдоль направляющего элемента 11. Декодер 11а может инициировать снятие детектором 19 показаний массива 20 фотодиодов. Декодер 11а может инициировать детектор 19 по меньшей мере в четырех заданных положениях 29-34 подвижной решетки 10, в то время как подвижная решетка 10 перемещается из первого положения 2 во второе положение 3. Таким образом, фазоконтрастное изображение может быть определено посредством снятия показаний массива 20 фотодиодов.
Блок 22 обработки может управлять запирающим элементом 13, блоком 15 смещения, и детектором 19. Блок 22 обработки, таким образом, обеспечивает сигнал для смещения блоком 15 смещения подвижной решетки 10 из второго положения 3 в первое положение 2. Дополнительно, блок 22 обработки может обеспечивать для запирающего элемента 13 такой сигнал, чтобы запирающий элемент 13 запирал подвижную решетку 10 в первом положении 2. Блок обработки может дополнительно обеспечивать для запирающего элемента 13 такой сигнал, чтобы запирающий элемент 13 отпирался таким образом, чтобы подвижная решетка 10 освобождалась от запирающего элемента 13 и могла перемещаться из первого положения 2 во второе положение 3. Дополнительно, блок 22 обработки может обеспечивать для детектора 19 такой сигнал, чтобы он начинал снимать показания массива 20 фотодиодов.
В другом иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, обеспечена компьютерная программа или компьютерный программный элемент 21, который характеризуется тем, что он выполнен с возможностью выполнять этапы способа согласно одному или нескольким предыдущим вариантам осуществления в соответствующей системе.
Компьютерный программный элемент 21 может, таким образом, храниться в компьютерном блоке, который может также быть частью варианта осуществления настоящего изобретения. Этот вычислительный блок может быть выполнен с возможностью выполнять или стимулировать выполнение этапов способа, описанных выше. Кроме того, он может быть выполнен с возможностью управлять компонентами описанного выше устройства. Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью работать автоматически и/или выполнять команды пользователя. Компьютерная программа может быть загружена в рабочую память процессора данных. Процессор данных может быть, таким образом, выполнен с возможностью выполнять способ настоящего изобретения.
Этот иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения охватывает как компьютерную программу, которая изначально использует настоящее изобретение, так и компьютерную программу, которая посредством обновления превращает существующую программу в программу, которая использует настоящее изобретение.
Дополнительно, компьютерный программный элемент может быть способным обеспечивать все необходимые этапы для выполнения процедуры иллюстративного варианта осуществления способа, описанного выше.
Согласно дополнительному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, представлен компьютерно-читаемый носитель 23 данных, такой как CD-ROM, причем на компьютерно-читаемом носителе 23 данных хранится компьютерный программный элемент 21, описанный в предыдущем разделе. Компьютерная программа может храниться и/или распространяться на пригодном носителе, таком как оптический запоминающий носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе с другим аппаратным средством или в качестве его части, а также может распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Однако, компьютерная программа может быть также представлена через сеть, такую как веб, и может быть загружена в рабочую память процессора данных из такой сети. Согласно дополнительному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, обеспечен носитель для обеспечения доступности компьютерного программного элемента 21 для загрузки, причем компьютерный программный элемент 21 выполнен с возможностью выполнять способ согласно одному из описанных выше вариантов осуществления настоящего изобретения.
Следует отметить, что варианты осуществления настоящего изобретения описаны относительно разных объектов изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения на способ, в то время как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения на устройство. Однако специалист в данной области техники поймет из приведенного выше и ниже описания, что если не указано иное, то следует считать, что дополнительно к любой комбинации признаков, относящихся к объекту изобретения одного типа, эта заявка также раскрывает любую комбинацию признаков, относящихся к разным объектам изобретения. Однако все признаки могут быть объединены с обеспечением синергетических эффектов, которые являются чем-то большим, чем просто сумма признаков.
В то время как настоящее изобретение было проиллюстрировано в чертежах и описано в приведенном выше описании, такую иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими. Настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие варианты раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при применении на практике заявленного изобретения, после изучения чертежей, раскрытия, и зависимых пунктов формулы изобретения.
В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а форма единственного числа не исключает множественного числа. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые меры перечислены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с преимуществом. Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать как ограничение ее объема.