專利名稱：放射成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用放射線(比如X射線)來捕捉對象的圖像的放射成像系統(tǒng)，且更具體地涉及用于執(zhí)行對象的相位成像的放射成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于X射線根據(jù)構(gòu)成物質(zhì)的元素的原子數(shù)以及物質(zhì)的密度和厚度而衰減，因此將X射線用作檢查對象內(nèi)部的探頭。在醫(yī)療診斷和無損檢查中廣泛使用X射線成像。在一般的X射線成像系統(tǒng)中，將對象置于用于發(fā)射X射線的X射線源和用于檢測X射線的X射線圖像檢測器之間，以捕捉對象的X射線透射圖像。從X射線源向X射線圖像檢測器發(fā)射的每條X射線被衰減(吸收)一定量，該衰減量取決于在到X射線圖像檢測器的X射線路徑上存在的對象的屬性(原子數(shù)、密度、厚度)的差異。因此，由X射線圖像檢 測器來檢測對象的X射線吸收對比圖像，并將其成像或可視化。除了 X射線強(qiáng)化屏和膠片的組合之外，還廣泛使用光刺激磷光劑和使用半導(dǎo)體電路的平板檢測器(FPD)。X射線吸收屬性隨著構(gòu)成物質(zhì)的元素的原子數(shù)的降低而降低。這引起了以下問題在體內(nèi)，活性軟組織和軟材料具有小的X射線吸收屬性，因此不能獲得用于X射線吸收對比圖像的充足對比度。例如，構(gòu)成人類關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)軟骨及其周圍的滑液主要由水構(gòu)成，因此在它們的X射線吸收量之間存在很小的差異，導(dǎo)致了糟糕的圖像對比。最近，已積極地研究了 X射線相位成像。X射線相位成像獲得了基于X射線波前的相移的圖像(下文中稱為相位對比圖像)，而不是基于X射線的強(qiáng)度變化的圖像，其中，X射線波前的相移由對象的折射率的差異引起，且X射線的強(qiáng)度變化由對象引起。當(dāng)X射線穿過對象時，相比于X射線的幅度，X射線波前的相位受到更大的影響。因此，即使對象具有低X射線吸收屬性，基于相位差的X射線相位對比成像也使得有可能獲得高對比圖像。建議了用于獲得相位對比圖像的放射成像系統(tǒng)，以執(zhí)行上述X射線相位成像(例如，參見國際公開 No. W02008/102654, C. David, et al.，“Differential X-ray Phasecontrast imaging using a shearing interferometer，，，Applied Physics Letters,Vol. 81, No. 17，October，2002，page 3287)。在該放射成像系統(tǒng)中，以預(yù)定間隔平行布置第一光柵和第二光柵，且在第二光柵的位置上形成第一光柵的自身像。通過第二光柵來調(diào)制該自身像的強(qiáng)度，以獲得相位對比圖像。在通過對自身像的強(qiáng)度調(diào)制獲得的條紋圖像上，反映對象的相位信息。存在使用上述條紋圖像來獲得對象的相位信息的各種方法。已知條紋掃描方法、莫爾干涉測量方法、以及傅立葉變換方法。例如，在國際公開NO.W02008/102654中，使用條紋掃描方法。條紋掃描方法是以下方法當(dāng)將第一和第二光柵中的一個光柵在與光柵線近似正交的方向上相對另一個光柵平移小于光柵間距的預(yù)定量時，在每次平移之后執(zhí)行圖像捕捉，以獲得條紋圖像，然后基于每個像素數(shù)據(jù)中的強(qiáng)度變化來獲得與X射線相位變化的量相對應(yīng)的相位微分值。基于相位微分值，產(chǎn)生相位對比圖像。條紋掃描不僅應(yīng)用于X射線，還應(yīng)用于使用激光的成像裝置(參見Hector Canabal, et al. , “Improvedphase-shifting method for automatic processing of moiredeflectograms，，AppliedOptics，Vol. 37，No. 26，September 1998，page 6227)。在莫爾干涉測量方法中，檢測由第一光柵的自身像和第二光柵之間的微小差異引起的莫爾條紋，以基于莫爾條紋的形狀失真來獲得X射線相移的量。如在莫爾掃描方法中一樣，不需要平移光柵。與莫爾干涉測量方法一樣，傅立葉變換方法消除了對光柵平移的需要。傅立葉變換方法是通過對上述莫爾條紋的傅立葉變換獲得空間頻譜，然后從空間頻譜中分離與載頻相對應(yīng)的頻譜，以執(zhí)行逆變換，從而獲得相位微分圖像。由于國際公開No. W02008/102654中公開的放射成像系統(tǒng)使用塔爾伯特(Talbot)效應(yīng)，需要將第一光柵和第二光柵之間的距離設(shè)置為等于塔爾伯特長度的值。從而，存在限制了光柵布置的缺點。為了解決該問題，已知通過減少在第一光柵處的X射線衍射，以不產(chǎn)生塔爾伯特干涉，從而形成通過第一光柵的X射線的投影圖像，以在不參考塔爾伯特長度的情況下，設(shè)置第一和第二光柵之間的距離(參見中國專利公開No. 101532969)。 中國專利公開No. 101532969的放射成像系統(tǒng)公開了條紋掃描方法和莫爾干涉測量方法，作為用于使用條紋圖像來獲得對象的相位信息的方法。對于莫爾干涉測量方法，為了確保用圖像檢測器檢測到莫爾條紋，需要讓由第一和第二光柵的光柵間距確定的莫爾條紋大于圖像檢測器的像素大小。然而，國際公開NO.W02008/102654和中國專利公開No. 101532969并未公開用于在條紋掃描方法中從每個像素獲得強(qiáng)度變化的條件。在條紋掃描方法中，基于在對象存在的情況和對象不存在的情況之間每個像素中強(qiáng)度變化的相位差來執(zhí)行成像。因此，需要確保從每個像素獲得強(qiáng)度變化。如果未充分獲得強(qiáng)度變化，則使得相位微分圖像的準(zhǔn)確性降低。因此，不能獲得良好的相位對比圖像?？紤]到前述內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供確保能夠從每個像素獲得強(qiáng)度變化并一貫獲得良好相位對比圖像的放射成像系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的和其他目的，本發(fā)明的一種放射成像系統(tǒng)包括第一光柵、第二光柵、掃描部、放射線圖像檢測器、以及處理部。所述第一光柵具有在第一方向上延伸并以第一間距布置在第二方向上的兩個或更多個放射屏蔽元件。所述第二方向與所述第一方向正交。從放射源發(fā)射的放射線穿過所述第一光柵，以產(chǎn)生第一周期圖案圖像。所述第二光柵具有在第一方向上延伸并以第二間距布置在第二方向上的兩個或更多個放射屏蔽元件。所述第二光柵的放射屏蔽元件部分屏蔽所述第一周期圖案圖像，以產(chǎn)生第二周期圖案圖像。所述掃描部在所述第二方向上以預(yù)定間距將所述第一光柵和所述第二光柵中至少一個相對于另一個加以移動。所述放射線圖像檢測器將所述第二周期圖案圖像檢測為圖像信號。所述處理部基于由所述放射線圖像檢測器獲得的圖像信號，對相位信息進(jìn)行成像。滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式Dx ^nX (p/ Xp2' )/|p/ -p2' |，其中，p/代表在第二光柵的位置處的第一周期圖案圖像關(guān)于第二方向的周期，P2'代表第二光柵關(guān)于第二方向的實質(zhì)光柵間距，Dx代表放射線圖像檢測器中每個像素的放射成像區(qū)域關(guān)于第二方向的尺寸，以及n代表正整數(shù)。優(yōu)選地,滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式Dx < (P1' Xp2' )/|p/ -p2' |。
優(yōu)選地，所述第一光柵是吸收光柵，以及穿過所述第一光柵的放射線在沒有引起塔爾伯特干涉的情況下，將所述第一周期圖案圖像形成為投影圖像。優(yōu)選地，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式L2 < ((L^L2)/LJ XPl2/X，其中山代表所述放射源的焦點和所述第一光柵之間的距離，L2代表所述第一光柵和所述第二光柵之間的距離，P1代表所述第一間距，以及、代表所述放射線的峰值波長。優(yōu)選地，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式P2= KLJL2VLj XPl，其中，L1R表所述放射源的焦點和所述第一光柵之間的距離，L2代表所述第一光柵和所述第二光柵之間的距離，P1代表所述第一間距，以及P2代表所述第二間距。
優(yōu)選地，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式d2 = ((L^L2)/LJ Xd1，其中，L1代表所述放射源的焦點和所述第一光柵之間的距離，L2R表在所述第一光柵和所述第二光柵之間的距離，Cl1代表所述第一光柵的縫隙在所述第二方向上的開口寬度，以及d2代表所述第二光柵的縫隙在所述第二方向上的開口寬度。優(yōu)選地，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式Ii1S {L/(V/2)} Xd1，其中，L代表所述放射源的焦點和所述放射線圖像檢測器之間的距離，h代表所述第一光柵的放射屏蔽元件在與所述第一和第二方向正交的方向上的厚度，以及V代表在所述放射線圖像檢測器的檢測面上在所述第二方向上的有效視野的長度。優(yōu)選地，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式h2 ( {L/(V/2)} Xd2，其中，h2代表所述第二光柵的放射屏蔽元件在與所述第一和第二方向正交的方向上的厚度。優(yōu)選地，所述放射成像系統(tǒng)還包括具有第三光柵的放射源，所述第三光柵用于以區(qū)域選擇性的方式來屏蔽所述放射線，以產(chǎn)生多個點光源。將所述第三光柵的位置視為焦點的位置。優(yōu)選地，所述放射線圖像檢測器是平板檢測器，其中，沿著所述第一和第二方向，以二維方式布置像素。所述放射成像系統(tǒng)還包括改變部，用于改變所述周期p/和所述間距P2'中的至少一項。優(yōu)選地，所述改變部繞著旋轉(zhuǎn)軸，將所述第一光柵和所述第二光柵中的至少一個加以旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸平行于與所述第一和第二方向正交的方向。優(yōu)選地，所述改變部繞著與所述第一方向平行的旋轉(zhuǎn)軸，將所述第一光柵和所述第二光柵中的至少一個加以傾斜。優(yōu)選地，所述改變部在與所述第一和第二方向正交的方向上，移動所述第一光柵和所述第二光柵中的至少一個。優(yōu)選地，所述相位信息是通過計算強(qiáng)度調(diào)制信號的相移值所產(chǎn)生的相位微分圖像，以及在每個像素中獲得所述強(qiáng)度調(diào)制信號。優(yōu)選地，所述處理部在所述第二方向上對所述相位微分圖像進(jìn)行積分，以產(chǎn)生相位對比圖像。所述放射成像系統(tǒng)還包括光柵旋轉(zhuǎn)部，用于繞著旋轉(zhuǎn)軸，將所述第一光柵和所述第二光柵旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度，所述旋轉(zhuǎn)軸平行于與所述第一和第二方向正交的方向。在所述旋轉(zhuǎn)之前和之后，對所述相位信息進(jìn)行成像。優(yōu)選地，將所述放射源和所述放射線圖像檢測器水平相對，以允許對處于站姿的對象進(jìn)行成像。優(yōu)選地，將所述放射源和所述放射線圖像檢測器在上下方向上相對，以允許對處于臥姿的對象進(jìn)行成像。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)臂夾持所述放射源和所述放射線圖像檢測器，以允許對處于站姿和臥姿的患者進(jìn)行成像。優(yōu)選地，所述放射成像系統(tǒng)是允許對作為對象的乳房進(jìn)行成像的乳房放射線照相
>J-U裝直。優(yōu)選地，所述放射成像系統(tǒng)還包括互鎖移動部，用于在光軸方向上，相對于對象，以互鎖方式移動所述放射源、所述第一光柵、所述強(qiáng)度調(diào)制器和所述放射線圖像檢測器；以 及控制器，用于根據(jù)放大率來控制所述互鎖移動部，以調(diào)整所述放射源和所述對象之間的距離。優(yōu)選地，所述放射成像系統(tǒng)還包括圖像檢測器移動部，用于在光軸方向上，相對于所述對象，移動所述放射線圖像檢測器；以及控制器，用于根據(jù)放大率來控制所述圖像檢測器移動部，以調(diào)整所述放射源和所述放射線圖像檢測器之間的距離。優(yōu)選地，沿著圓柱面布置所述第一光柵和所述第二光柵，所述圓柱面以穿過所述放射源的焦點的線為軸。優(yōu)選地，所述第一光柵和所述第二光柵沿著所述圓柱面的曲面方向延伸。優(yōu)選地，所述放射成像系統(tǒng)還包括旋轉(zhuǎn)移動部，用于繞著對象整體移動所述放射源、所述第一光柵、所述第二光柵和所述放射線圖像檢測器；以及三維圖像產(chǎn)生部，用于基于在所述旋轉(zhuǎn)移動部旋轉(zhuǎn)的不同旋轉(zhuǎn)角度處獲得的兩條或更多條相位信息，產(chǎn)生三維圖像。優(yōu)選地，所述放射成像系統(tǒng)還包括位置改變部，用于在所述第一方向上改變所述放射線圖像檢測器和所述放射源之間的相對位置；以及立體圖像產(chǎn)生部，用于基于在所述位置改變部改變的第一和第二相對位置處獲得的相位信息，產(chǎn)生立體圖像。優(yōu)選地，所述放射成像系統(tǒng)還包括吸收對比圖像產(chǎn)生部，用于獲得與在所述放射線圖像檢測器中每個像素的像素數(shù)據(jù)的平均值相關(guān)的值，以產(chǎn)生吸收對比圖像。優(yōu)選地，所述放射成像系統(tǒng)還包括小角度散射圖像產(chǎn)生部，用于獲得與在所述放射線檢測器中每個像素的像素數(shù)據(jù)的平均值的變化相關(guān)的值，以產(chǎn)生小角度散射圖像。本發(fā)明的一種放射成像系統(tǒng)包括第一光柵、強(qiáng)度調(diào)制器、放射線圖像檢測器、以及處理部。所述第一光柵具有在第一方向上延伸并以第一間距布置在第二方向上的兩個或更多個放射屏蔽元件。所述第二方向與所述第一方向正交。從放射源發(fā)射的放射線穿過所述第一光柵，以產(chǎn)生第一周期圖案圖像。所述強(qiáng)度調(diào)制器改變在至少一個相對位置上的所述第一周期圖案圖像的強(qiáng)度，所述第一周期圖案圖像在所述至少一個相對位置上的相位與所述第一周期圖案在所述第二方向上的相位不同。所述放射線圖像檢測器將第二周期圖案圖像檢測為圖像信號。所述第二周期圖案圖像是由所述強(qiáng)度調(diào)制器在每個相對位置上產(chǎn)生的。所述處理部基于由所述放射線圖像檢測器獲得的圖像信號，對相位信息進(jìn)行成像。滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式Ii1 ( {L/(V/2)} Xd1，其中，L代表所述放射源的焦點和所述放射線圖像檢測器之間的距離，Ii1代表所述第一光柵的放射屏蔽兀件在與所述第一和第二方向正交的方向上的厚度，Cl1代表所述第一光柵的縫隙在所述第二方向上的開口寬度，以及V代表在所述放射線圖像檢測器的檢測面上在所述第二方向上的有效視野的長度。優(yōu)選地，所述強(qiáng)度調(diào)制器由第二光柵構(gòu)成，所述第二光柵具有在所述第一方向上延伸并以第二間距布置在所述第二方向上的兩個或更多個放射屏蔽元件。所述放射屏蔽元件部分屏蔽所述第一周期圖案圖像，以產(chǎn)生第二周期圖案圖像。滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式h < {L/(V/2)} X d2,其中,h2代表所述第二光柵的放射屏蔽兀件在與所述第一和第二方向正交的方向上的厚度，(12代表所述第二光柵的縫隙在所述第二方向上的開口寬度。根據(jù)本發(fā)明，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式Dx關(guān)nX(p/ X p2' )/|p/ -p2' |，其中，p/代表在所述第二光柵的位置處的所述第一周期圖案圖像關(guān)于第二方向的周期，P2'代表所述第二光柵關(guān)于所述第二方向的實質(zhì)光柵間距，以及Dx代表所述放射線圖像檢測器中每個像素的放射成像區(qū)域關(guān)于第二方向的尺寸。從而，確保從每個像素中獲得強(qiáng)度變化改變，且一貫獲得良好的相位對比圖像。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的X射線成像系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的X射線成像系統(tǒng)的控制配置的框圖；圖3是平板檢測器的示意圖；圖4是第一和第二吸收光柵的立體圖；圖5是第一和第二吸收光柵的側(cè)視圖；圖6A和6B示出了像素的X射線成像區(qū)域的尺寸是莫爾條紋的周期的2倍；圖7A和7B示出了像素的X射線成像區(qū)域的尺寸是莫爾條紋的周期的2. 5倍；圖8是示出了在像素的X射線成像區(qū)域的尺寸是莫爾條紋的周期的2倍時入射X射線的光量分布的圖；圖9是示出了在像素的X射線成像區(qū)域的尺寸是莫爾條紋的周期的2. 5倍時入射X射線的光量分布的圖；圖10是示出了 X射線成像區(qū)域的尺寸和強(qiáng)度調(diào)制信號的幅度值之間的關(guān)系的圖；圖IlAUlB和IlC示出了用于改變莫爾周期的各種機(jī)構(gòu)；圖12是用于描述由對象引起的X射線折射的解釋圖；圖13是用于描述條紋掃描方法的解釋圖；圖14是示出了與條紋掃描相關(guān)聯(lián)的像素數(shù)據(jù)變化的圖；圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的X射線成像系統(tǒng)的示意圖；圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的X射線成像系統(tǒng)的示意圖；圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的X射線成像系統(tǒng)的立體圖；圖18是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的乳房放射線照相裝置的示意前視圖；圖19是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的乳房放射線照相裝置的示意側(cè)視圖；圖20是示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的乳房放射線照相裝置的示意前視圖；圖21是示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的乳房放射線照相裝置的示意側(cè)視圖；圖22是示出了根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的乳房放射線照相裝置的示意側(cè)視圖；圖23是示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的X射線成像系統(tǒng)的示意圖24A和24B是描述了在本發(fā)明的第九實施例中使用的光柵旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的示意圖；圖25是示出了根據(jù)本發(fā)明的第10實施例的X射線成像系統(tǒng)的示意圖；圖26是示出了根據(jù)本發(fā)明的第11實施例的X射線成像系統(tǒng)的示意圖；圖27是示出了在本發(fā)明的第12實施例中使用的X射線檢測器的示意圖；圖28是示出了根據(jù)本發(fā)明的第13實施例的X射線成像系統(tǒng)的示意圖；圖29是示出了根據(jù)本發(fā)明的第14實施例的X射線相位CT裝置的示意圖；圖30是示出了根據(jù)本發(fā)明的第15實施例的立體裝置的示意圖；圖31是在本發(fā)明的第16實施例中使用的處理部的框圖；以及圖32是描述了用于產(chǎn)生吸收對比圖像和小角度散射圖像的方法的圖。
具體實施例方式(第一實施例)在圖I和2中，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的X射線成像系統(tǒng)10是用于捕捉處于站姿的對象(患者)H的圖像的X射線診斷裝置。該X射線成像系統(tǒng)10由X射線源11、成像單元12和控制臺13構(gòu)成。X射線源11用X射線輻照對象H。成像單元12與X射線源11相對，且檢測穿過對象H的X射線，以產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。控制臺13基于操作員的操作，控制X射線源11的曝光和成像單元12的圖像捕捉。控制臺13還處理由成像單元12獲得的圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生相位對比圖像。X射線源固定器14固定X射線源11，使得可在垂直或上下方向(X方向)上移動X射線源11。X射線源固定器14懸掛在天花板上。放在地板上的直立支架15將成像單元12可移動地固定在垂直或上下方向(X方向)上。X射線源11由X射線管18和準(zhǔn)直儀單元19構(gòu)成。X射線管18在X射線源控制器16的控制下，根據(jù)從高壓產(chǎn)生器17提供的高壓，產(chǎn)生X射線。準(zhǔn)直儀單元19具有可移動準(zhǔn)直儀19a。準(zhǔn)直儀19a限制來自X射線管18的X射線的X射線輻照場，以將對象H的除了待檢區(qū)域之外的區(qū)域屏蔽在X射線外。X射線管18是旋轉(zhuǎn)陽極類型。X射線管18包括絲極(未示出)，作為向旋轉(zhuǎn)陽極發(fā)射電子的的陰極。發(fā)射的電子束撞擊以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極18a，以產(chǎn)生X射線。X射線焦點18b是旋轉(zhuǎn)陽極18a上電子束撞擊的區(qū)域。X射線源固定器14由可移動架14a和圓柱部14b構(gòu)成。架14a在水平方向(z方向)上可以沿著在天花板上提供的天花板軌道(未示出)移動。圓柱部14b在上下方向上彼此耦合。架14a具有馬達(dá)(未示出)，其用于伸展或收縮圓柱部14b，以在上下方向上改變X射線源11的位置。直立支架15由主體15a和固定部15b構(gòu)成。主體15a置于地板上。將用于固定成像單元12的固定部15b附接到主體15a上，使得固定部15b可在上下方向上移動。固定部15b與環(huán)狀帶15d相連。環(huán)狀帶15d在滑輪15c上環(huán)繞，滑輪15c在上下方向上彼此分開。使用用于旋轉(zhuǎn)滑輪15c的馬達(dá)(未示出)來驅(qū)動或移動固定部15b。在控制臺13中提供的控制器20基于操作員的設(shè)置操作來驅(qū)動馬達(dá)。直立支架15具有位置傳感器(未示出)，如電位計。位置傳感器測量滑輪15c或環(huán)狀帶15d的移動量，以檢測成像單元12在上下方向上的位置。經(jīng)由電纜向X射線源固定器14提供位置傳感器檢測到的值。X射線源固定器14基于檢測值來伸展或收縮圓柱部14b，以移動X射線源11，從而跟隨成像單元12的上或下移動?？刂婆_13具有控制器20，控制器20由CPU、ROM、RAM等構(gòu)成。除了控制器20之夕卜，控制臺13具有輸入設(shè)備21、處理部22、圖像存儲器23、監(jiān)視器24、以及接口(I/F)25。通過輸入設(shè)備21，操作員輸入用于成像的指令及其細(xì)節(jié)。處理部22處理使用成像單元12所獲得的圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生相位對比圖像。圖像存儲器23存儲相位對比圖像。監(jiān)視器24顯示相位對比圖像。I/F 25連接到X射線成像系統(tǒng)10的每個部。輸入設(shè)備21、處理部22、圖像存儲器23、監(jiān)視器24、以及 接口(I/F) 25通過總線26連接到控制器20。例如，可以將開關(guān)、觸摸板、鼠標(biāo)或鍵盤用作輸入設(shè)備21。通過輸入設(shè)備21的操作，輸入X射線成像條件，如X射線管電壓和X射線曝光時間、以及圖像捕捉定時。監(jiān)視器24由液晶顯示器等構(gòu)成。在控制器20的控制下，監(jiān)視器24顯示諸如X射線成像條件之類的文本信息和相位對比圖像。成像單元12具有平板檢測器(FPD) 30、第一吸收光柵31、以及第二吸收光柵32。FPD 30由半導(dǎo)體電路構(gòu)成。第一和第二吸收光柵31和32用于執(zhí)行相位成像，其中，檢測由對象H引起的X射線的相位變化(角度變化)。放置FPD 30，使得其檢測面與來自X射線源11的X射線的光軸A正交。第一和第二吸收光柵31和32布置在FPD30和X射線源11之間。此外，成像單兀12具有掃描機(jī)構(gòu)33。掃描機(jī)構(gòu)33在上下方向上相對于第一吸收光柵31平移第二吸收光柵32，以改變第二吸收光柵32相對于第一吸收光柵31的位置。掃描機(jī)構(gòu)33由例如致動器(比如壓電元件)構(gòu)成。強(qiáng)度調(diào)制器由第二吸收光柵32和掃描機(jī)構(gòu)33構(gòu)成。在圖3中，F(xiàn)H) 30由成像部41、掃描電路42、讀出電路43以及數(shù)據(jù)發(fā)送電路44構(gòu)成。成像部41由在有源矩陣基板上在1和7方向上以二維方式布置的像素40構(gòu)成。每個像素40將X射線轉(zhuǎn)換為電荷，以蓄積該電荷。掃描電路42換行，以從成像部41讀取電荷。讀出電路43讀取在每個像素40中蓄積的電荷，以將電荷轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)，并存儲圖像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送電路44經(jīng)由控制臺13中的I/F 25向處理部22發(fā)送圖像數(shù)據(jù)。掃描線45將每行中的掃描電路42和像素40相連。信號線46將每列中的讀出電路43和像素40相連。每個像素40是直接轉(zhuǎn)換類型X射線感測單元，其使用由非晶硒等制成的光電導(dǎo)(photo conductive)層(未示出)將X射線直接轉(zhuǎn)換為電荷,然后在與光電導(dǎo)層之下的電極相連的電容器(未示出)中蓄積該電荷。TFT開關(guān)(未示出)連接到每個像素40。TFT開關(guān)的柵極連接到掃描線45。TFT開關(guān)的源極連接到電容器。TFT開關(guān)的漏極連接到信號線46。當(dāng)來自掃描電路42的驅(qū)動脈沖接通TFT開關(guān)時，信號線46讀取在電容器中蓄積的電荷。每個像素40可以是間接轉(zhuǎn)換類型X射線感測單元，其通過使用由氧化釓(Gd2O3)、碘化銫(CsI)等制成的閃爍器(未示出)，將X射線轉(zhuǎn)換為可見光，然后使用光電二極管(未示出)，將可見光轉(zhuǎn)換為電荷，以蓄積該電荷。在本實施例中，使用具有TFT面板的FPD作為放射線圖像檢測器。備選地或附加地，可以使用具有固態(tài)圖像傳感器(如，CCD傳感器或CMOS傳感器)的各種放射線圖像檢測器。讀出電路43由積分放大器電路、A/D轉(zhuǎn)換器、校正電路以及圖像存儲器(都未示出)構(gòu)成。積分放大器電路對通過信號線46的從每個像素40輸出的電荷進(jìn)行積分，以將積分電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(圖像信號)。積分放大器電路向A/D轉(zhuǎn)換器輸入圖像信號。A/D轉(zhuǎn)換器將圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號，然后將數(shù)字圖像信號輸入校正電路。校正電路對圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行偏移校正、增益校正、以及線性校正。校正電路在圖像存儲器中存儲校正后的圖像數(shù)據(jù)。由校正電路執(zhí)行的校正過程可以包括對X射線曝光量的校正、對X射線曝光分布的校正(所謂的遮光(shading))、以及對圖案噪聲的校正(例如，TFT開關(guān)的泄漏信號)，其取決于FPD 30的控制條件(例如，驅(qū)動頻率和讀取周期)。在圖4和5中，第一吸收光柵31由基板31a和布置在基板31a上的多個X射線屏蔽元件31b構(gòu)成。類似地，第二吸收光柵32由基板32a和布置在基板32a上的多個X射線屏蔽元件32b構(gòu)成。每個基板31a和32a由X射線投射元件(比如玻璃)形成。每個X射線屏蔽元件31b和32b是在與來自X射線源11的X射線的光軸A相正交的平面中的方向(與X和z方向正交的y方向)上延伸的線性元件。每個X射線屏蔽元件31b和32b優(yōu)選地由具有極佳的X射線吸收屬性的材料(例如，諸如金和鉬之類的金屬)形成?？梢允褂美缃饘匐婂兒?或氣相沉積來形成X射線屏蔽元件31b和32b。
在與X射線的光軸A正交的平面中的與上述y方向正交的方向(X方向)上，以預(yù)定開口寬度Cl1和恒定間距Pl，以規(guī)則間隔來布置X射線屏蔽元件31b。類似地，在與X射線的光軸A正交的平面中的與上述y方向正交的方向(X方向)上，以預(yù)定開口寬度d2和恒定間距P2,以規(guī)則間隔來布置X射線屏蔽元件32b。第一和第二吸收光柵31和32不修改入射X射線的相位，而是修改入射X射線的強(qiáng)度，因此第一和第二吸收光柵31和32也被稱為幅度光柵。X射線屏蔽元件31b之間的縫隙(具有開口寬度Cl1的區(qū)域)和X射線屏蔽元件32b之間的縫隙(具有開口寬度(12的區(qū)域)可以是間隙或空的空間?？梢杂玫蚗射線吸收材料(例如，聚合物材料或輕金屬)來填充縫隙。布置第一和第二吸收光柵313和32，以用幾何光學(xué)方式將大部分X射線投影穿過縫隙，對塔爾伯特干涉提供較少的貢獻(xiàn)。第一吸收光柵31形成第一周期圖案圖像(Gl圖像)。第二吸收光柵32形成第二周期圖案圖像(G2圖像)。更具體地，將第一和第二吸收光柵31和32的開口寬度Cl1和d2中的每一個設(shè)為比來自X射線源11的X射線的峰值波長充分大的尺寸。從而，大多數(shù)X射線以直線方式穿過縫隙，而沒有衍射。例如，當(dāng)使用鎢作為旋轉(zhuǎn)陽極18a且管電壓是50kV時，X射線的峰值波長是大約0.4 A Q在該情況下，通過將每個開口寬度Cl1和d2設(shè)在近似從Ium至IOum的范圍中的值，以幾何光學(xué)方式投影大多數(shù)X射線，而沒有在縫隙處的衍射。X射線源11從作為發(fā)光點的X射線焦點18b發(fā)散地發(fā)射X射線，所謂的“錐束”X射線。從而，與到X射線焦點18b的距離成正比地放大由第一吸收光柵31形成的Gl圖像。確定第二吸收光柵32的光柵間距P2和開口寬度d2，使得第二吸收光柵32的縫隙與在第二吸收光柵32的位置處的Gl圖像的亮區(qū)的周期圖案近似一致。當(dāng)L1表示在X射線焦點18b和第一吸收光柵31之間的距離，且L2表示在第一吸收光柵31和第二吸收光柵32之間的距離時，確定光柵間距P2和開口寬度d2，以滿足以下數(shù)學(xué)表達(dá)式(I)和(2)。
f JI I ，P2 =—-—匕 P1…(I )
I
權(quán)利要求
1.一種放射成像系統(tǒng)，包括 第一光柵，具有在第一方向上延伸并以第一間距布置在第二方向上的兩個或更多個放射屏蔽元件，所述第二方向與所述第一方向正交，從放射源發(fā)射的放射線穿過所述第一光柵，以產(chǎn)生第一周期圖案圖像； 第二光柵，具有在第一方向上延伸并以第二間距布置在第二方向上的兩個或更多個放射屏蔽元件，所述第二光柵的放射屏蔽元件部分屏蔽所述第一周期圖案圖像，以產(chǎn)生第二周期圖案圖像； 掃描部，用于在所述第二方向上以預(yù)定間距將所述第一光柵和所述第二光柵中的至少一個相對于另一個加以移動； 放射圖像檢測器，用于將所述第二周期圖案圖像檢測為圖像信號； 處理部，用于基于由所述放射圖像檢測器獲得的圖像信號，對相位信息進(jìn)行成像； 其中，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式Dx古nX (P1' Xp2' )/|p/ -P2' I,其中，P1'代表在所述第二光柵的位置處的所述第一周期圖案圖像關(guān)于所述第二方向的周期，且P2'代表所述第二光柵關(guān)于所述第二方向的實質(zhì)光柵間距，且Dx代表所述放射圖像檢測器中每個像素的放射成像區(qū)域關(guān)于所述第二方向的尺寸，以及n代表正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式Dx< (p/ Xp2' VIp1' -P2' I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，所述第一光柵是吸收光柵，以及穿過所述第一光柵的放射線在沒有引起塔爾伯特干涉的情況下，將所述第一周期圖案圖像形成為投影圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的放射成像系統(tǒng)，其中，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式L2< KLAL2)/L1I Xp12/ X，其中，L1代表所述放射源的焦點和所述第一光柵之間的距離，L2代表所述第一光柵和所述第二光柵之間的距離，P1代表所述第一間距，以及、代表所述放射線的峰值波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式P2=((L^L2)ZL1IXp1,其中，L1代表所述放射源的焦點和所述第一光柵之間的距離，L2代表所述第一光柵和所述第二光柵之間的距離，P1代表所述第一間距，以及P2代表所述第二間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式d2=KLAL2VLJXd1,其中，L1代表所述放射源的焦點和所述第一光柵之間的距離，L2代表所述第一光柵和所述第二光柵之間的距離，Cl1代表所述第一光柵的縫隙在所述第二方向上的開口寬度，以及d2代表所述第二光柵的縫隙在所述第二方向上的開口寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的放射成像系統(tǒng)，其中，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式h< {L/(VAMXd1,其中，L代表所述放射源的焦點和所述放射圖像檢測器之間的距離，且Ii1代表所述第一光柵的放射屏蔽元件在與所述第一和第二方向正交的方向上的厚度，以及V代表在所述放射圖像檢測器的檢測面上在所述第二方向上的有效視野的長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的放射成像系統(tǒng)，其中，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式h2<{L/(V/2)}Xd2，其中，h2代表所述第二光柵的放射屏蔽兀件在與所述第一和第二方向正交的方向上的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，還包括具有第三光柵的放射源，所述第三光柵用于以區(qū)域選擇性的方式來屏蔽所述放射線，以產(chǎn)生多個點光源，其中，將所述第三光柵的位置視為焦點的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，所述放射圖像檢測器是平板檢測器，其中，沿著所述第一和第二方向，以二維方式布置像素。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，還包括改變部，用于改變所述周期P/和所述間距P2'中的至少一項。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射成像系統(tǒng)，其中，所述改變部繞著旋轉(zhuǎn)軸，將所述第一光柵和所述第二光柵中的至少一個加以旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸平行于與所述第一和第二方向正交的方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射成像系統(tǒng)，其中，所述改變部繞著與所述第一方向平行的旋轉(zhuǎn)軸，將所述第一光柵和所述第二光柵中的至少一個加以傾斜。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射成像系統(tǒng)，其中，所述改變部在與所述第一和第二方向正交的方向上，移動所述第一光柵和所述第二光柵中的至少一個。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，所述相位信息是通過計算強(qiáng)度調(diào)制信號的相移值所產(chǎn)生的相位微分圖像，以及在所述放射圖像檢測器的每個像素中獲得所述強(qiáng)度調(diào)制信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的放射成像系統(tǒng)，其中，所述處理部在所述第二方向上對所述相位微分圖像進(jìn)行積分，以產(chǎn)生相位對比圖像。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，還包括光柵旋轉(zhuǎn)部，用于繞著旋轉(zhuǎn)軸，將所述第一光柵和所述第二光柵旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度，所述旋轉(zhuǎn)軸平行于與所述第一和第二方向正交的方向，其中，在所述旋轉(zhuǎn)之前和之后，對所述相位信息進(jìn)行成像。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，將所述放射源和所述放射圖像檢測器水平相對，以允許對處于站姿的對象進(jìn)行成像。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，將所述放射源和所述放射圖像檢測器在上下方向上相對，以允許對處于臥姿的對象進(jìn)行成像。
20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，旋轉(zhuǎn)臂夾持所述放射源和所述放射圖像檢測器，以允許對處于站姿和臥姿的對象進(jìn)行成像。
21.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，所述放射成像系統(tǒng)是允許對作為對象的乳房進(jìn)行成像的乳房放射照相裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的放射成像系統(tǒng)，還包括互鎖移動部，用于在光軸方向上，相對于所述對象，以互鎖方式移動所述放射源、所述第一光柵、所述強(qiáng)度調(diào)制器和所述放射圖像檢測器；以及控制器，用于根據(jù)放大率來控制所述互鎖移動部，以調(diào)整所述放射源和所述對象之間的距離。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的放射成像系統(tǒng)，還包括圖像檢測器移動部，用于在光軸方向上，相對于所述對象，移動所述放射圖像檢測器；以及控制器，用于根據(jù)放大率來控制所述圖像檢測器移動部，以調(diào)整所述放射源和所述放射圖像檢測器之間的距離。
24.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，其中，沿著圓柱面布置所述第一光柵和所述第二光柵，所述圓柱面以穿過所述放射源的焦點的線為軸。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的放射成像系統(tǒng)，其中，所述第一光柵和所述第二光柵沿著所述圓柱面的曲面方向延伸。
26.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，還包括旋轉(zhuǎn)移動部，用于繞著對象整體移動所述放射源、所述第一光柵、所述第二光柵和所述放射圖像檢測器；以及三維圖像產(chǎn)生部，用于基于在所述旋轉(zhuǎn)移動部旋轉(zhuǎn)的不同旋轉(zhuǎn)角度處獲得的兩條或更多條相位信息，產(chǎn)生三維圖像。
27.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，還包括位置改變部，用于在所述第一方向上改變所述放射圖像檢測器和所述放射源之間的相對位置；以及立體圖像產(chǎn)生部，用于基于在所述位置改變部改變的第一和第二相對位置處獲得的相位信息，產(chǎn)生立體圖像。
28.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，還包括吸收對比圖像產(chǎn)生部，用于獲得與在所述放射圖像檢測器中的每個像素的像素數(shù)據(jù)的平均值相關(guān)的值，以產(chǎn)生吸收對比圖像。
29.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射成像系統(tǒng)，還包括小角度散射圖像產(chǎn)生部，用于獲得 與在所述放射檢測器中的每個像素的像素數(shù)據(jù)的平均值的變化相關(guān)的值，以產(chǎn)生小角度散射圖像。
30.一種放射成像系統(tǒng)，包括 第一光柵，具有在第一方向上延伸并以第一間距布置在第二方向上的兩個或更多個放射屏蔽元件，所述第二方向與所述第一方向正交，從放射源發(fā)射的放射線穿過所述第一光柵，以產(chǎn)生第一周期圖案圖像； 強(qiáng)度調(diào)制器，用于改變在至少一個相對位置上的所述第一周期圖案圖像的強(qiáng)度，所述第一周期圖案圖像在所述至少一個相對位置上的相位與所述第一周期圖案在所述第二方向上的相位不同； 放射圖像檢測器，用于將第二周期圖案圖像檢測為圖像信號，所述第二周期圖案圖像是由所述強(qiáng)度調(diào)制器在每個相對位置上產(chǎn)生的； 處理部，用于基于由所述放射圖像檢測器獲得的圖像信號，對相位信息進(jìn)行成像； 其中，滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式h < {L/(V/2)} X Cl1，其中，L代表所述放射源的焦點和所述放射圖像檢測器之間的距離，h代表所述第一光柵的放射屏蔽元件在與所述第一和第二方向正交的方向上的厚度，Cl1代表所述第一光柵的縫隙在所述第二方向上的開口寬度，以及V代表在所述放射圖像檢測器的檢測面上在所述第二方向上的有效視野的長度。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的放射成像系統(tǒng)，其中，所述強(qiáng)度調(diào)制器由第二光柵構(gòu)成，所述第二光柵具有兩個或更多個個放射屏蔽元件，所述放射屏蔽元件在所述第一方向上延伸并以第二間距布置在所述第二方向上，以及所述放射屏蔽元件部分屏蔽所述第一周期圖案圖像，以產(chǎn)生第二周期圖案圖像，以及滿足數(shù)學(xué)表達(dá)式Ii1 ( {L/(V/2)} Xd2，其中，h2代表所述第二光柵的放射屏蔽兀件在與所述第一和第二方向正交的方向上的厚度，以及d2代表所述第二光柵的縫隙在所述第二方向上的開口寬度。
全文摘要
X射線成像系統(tǒng)具有X射線源(11)、第一和第二吸收光柵(31、32)、以及平板檢測器(FPD)(30)，并通過在x方向上相對于第一吸收光柵(31)移動第二吸收光柵(32)時執(zhí)行成像，來獲得對象H的相位對比圖像。滿足以下數(shù)學(xué)表達(dá)式DX≠n×(p1′×p2′)/|p1′-p2′|，其中，p1′代表在第二吸收光柵(32)的位置處的第一圖案圖像的周期，且p2′代表第二吸收光柵(32)的實質(zhì)光柵間距，且DX代表FPD(30)的每個像素的X射線成像區(qū)域在x方向上的尺寸。此處，“n”代表正整數(shù)。
文檔編號A61B6/06GK102740775SQ20118000828
公開日2012年10月17日 申請日期2011年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者多田拓司, 村越大, 阿賀野俊孝, 高橋健治 申請人:富士膠片株式會社