醫(yī)學(xué)射線照相成像用混合pci系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開用于獲得相差數(shù)碼乳房x射線照相系統(tǒng)和其使用方法的方法和設(shè)備的實(shí)施方案，所述系統(tǒng)可包括射線照相成像用x射線源；包括濾光片或可調(diào)諧單色儀、瞄準(zhǔn)儀、源光柵的射束成形總成、包括相位光柵和分析柵的x射線光柵干涉儀；和x射線檢測(cè)器；其中所述源光柵、所述相位光柵和所述分析柵按照使這些光柵的光柵條相互平行的方式對(duì)齊。
【專利說明】醫(yī)學(xué)射線照相成像用混合PCI系統(tǒng)發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本申請(qǐng)一般涉及數(shù)碼X射線成像方法/系統(tǒng)，且更具體來說，涉及使用具有狹縫掃描構(gòu)造的光柵型微分相差成像技術(shù)獲取目標(biāo)的多圖像信息(例如，醫(yī)學(xué)射線照相成像)的方法和/或系統(tǒng)。
[0002]發(fā)明背景
[0003]常規(guī)醫(yī)學(xué)X射線成像裝置是基于X射線穿過待成像目標(biāo)時(shí)的光電吸收衰減。然而，對(duì)于幾乎無吸收的軟組織(包括血管、軟骨、肺和乳房組織)來說，這種做法提供在與骨圖像相比下不良的對(duì)比度。軟組織的這種低對(duì)比度問題可以用相差成像(PCI)技術(shù)解決。
[0004]PCI的原理是基于X射線的波屬性，其中需要考慮折射和衍射性質(zhì)。作為電磁波，X射線一般表征為其頻率、振幅和相位。當(dāng)電磁波穿透介質(zhì)時(shí)，其幅度衰減且其相位移位。在X射線技術(shù)中，材料的折射率η可以表示為復(fù)數(shù)
[0005]η = 1- δ +i β(I)
[0006]虛部β構(gòu)成振幅衰減且實(shí)部δ負(fù)責(zé)相移。已發(fā)現(xiàn)δ比β大約13至約14倍。但在常規(guī)醫(yī)學(xué)成像中，只記錄β的信息，而S的信息完全缺失。在近年，開發(fā)了幾種PCI技術(shù)以利用相移來形成圖像，預(yù)期這種圖像提供關(guān)于目標(biāo)的更多信息。這些技術(shù)包括(i)干涉技術(shù)、(?)衍射增強(qiáng)成像(DEI)技術(shù)，和(iii)自由空間傳播技術(shù)。
[0007]然而，所有三種技術(shù)均存在各種實(shí)際問題，如效率和視野有限。在完美晶體干涉儀和晶體衍射儀的情況中，要求高時(shí)間相干性(即，高度單色性)；結(jié)果，只使用來自輻射源的全頻譜的同步加速器或明確定義波長(zhǎng)。同步加速器輻射源成本高且與常見臨床環(huán)境不相容。兩種技術(shù)還由于使用晶體光學(xué)器件，使得只有極小角度(幾毫拉德)的射束發(fā)散度被接受而受限制。自由空間傳播技術(shù)受限于效率，因?yàn)槠湟笾荒軓木哂袠O小焦點(diǎn)的X射線源獲得的高空間相干性。這三種PCI技術(shù)的圖像記錄方式、儀器設(shè)置和對(duì)輻射源的要求(尤其是其空間和時(shí)間相干性)相差極大。雖然其中一些技術(shù)對(duì)于特定應(yīng)用產(chǎn)生優(yōu)異結(jié)果，但無一得到廣泛使用且至今仍未應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷。
[0008]使用標(biāo)準(zhǔn)X射線管的光柵型PCI方法由于X射線管的頻譜寬廣，使干涉條紋在檢測(cè)器上的可見性損失而受限制。標(biāo)準(zhǔn)多色X射線管在頻譜的低能量部分產(chǎn)生幾乎無法穿透皮膚的軟X射線(<15keV)以及在頻譜的高能量部分產(chǎn)生穿透骨和組織的硬X射線(>50keV)。因此優(yōu)選使用能量過濾器來獲得窄帶寬X射線束以通過消除不必要的軟和硬X射線顯著降低輻射劑量并提高圖像的清晰度。
[0009]對(duì)于需要大FOV的應(yīng)用來說，需要大型相位光柵Gl和分析柵G2。例如，常見乳房X射線照片具有24cmX30cm的尺寸。這意味著需要具有相同尺寸的相位光柵和分析柵?？紤]到當(dāng)前光柵制造技術(shù)的限制(例如，硅晶片尺寸、結(jié)構(gòu)高度和光柵均勻性)，這種大型光柵的制造成本極高。
[0010]對(duì)于具有發(fā)散性錐面光束(或扇形光束)幾何形狀和大FOV的光柵型PCI系統(tǒng)來說，檢測(cè)器的邊緣區(qū)域中的相差圖像質(zhì)量一般較差。越向平面光柵的邊緣，光柵條與入射X射線束的對(duì)角變得越大。因?yàn)橄辔还鈻藕头治鰱诺臈l高隨著X射線能(E)大致上線性增大，所以條高對(duì)間隙寬度的縱橫比將極大(對(duì)于E>20keV時(shí)，>10:1)。結(jié)果，在較大角度下，這些光柵可導(dǎo)致相位光柵的遮蔽效應(yīng)和分析柵的掃描效應(yīng)，從而降低圖像質(zhì)量。
[0011]在所有X射線成像系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)來自目標(biāo)的散射輻射會(huì)從受照物對(duì)比度和對(duì)比度噪聲比方面顯著降低圖像質(zhì)量。目前，抗散射柵格是大部分射線照相術(shù)和乳房X射線照相術(shù)系統(tǒng)中進(jìn)行散射屏蔽的最廣泛使用的裝置。在乳房X射線照相術(shù)中，利用抗散射柵格，可將通過散射主射比測(cè)定的散射輻射量從約0.25至1.2降低到0.1與0.3之間。然而，抗散射柵格方法本質(zhì)上會(huì)衰減大部分主要X射線。
發(fā)明概要
[0012]本申請(qǐng)的方面是推進(jìn)醫(yī)學(xué)射線照相成像領(lǐng)域。
[0013]本申請(qǐng)的另一方面是完全或部分地解決相關(guān)領(lǐng)域中的至少以上和其它缺點(diǎn)。
[0014]本申請(qǐng)的另一方面是完全或部分地提供至少本文所描述的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]本申請(qǐng)的另一方面是提供數(shù)碼射線照相醫(yī)學(xué)成像用的方法和/或設(shè)備實(shí)施方案。本申請(qǐng)的另一方面是提供乳房X射線照相醫(yī)學(xué)成像用的方法和/或設(shè)備實(shí)施方案。本申請(qǐng)的另一方面是提供針對(duì)大視野(FOV)(例如大于10mm2)射線照相醫(yī)學(xué)成像進(jìn)行狹縫掃描相差成像的方法和/或設(shè)備實(shí)施方案。
[0016]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明可提供狹縫掃描相差數(shù)碼乳房X射線照相系統(tǒng)，其可包括乳房X射線照相成像用多色X射線源；射束成形總成，包括瞄準(zhǔn)儀、源光柵、X射線光柵干涉儀，所述干涉儀包括相位光柵和分析柵；和分區(qū)X射線檢測(cè)器；其中所述三個(gè)光柵被定位以使這些光柵的平面與光柵條相互對(duì)齊。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明可提供相差數(shù)碼射線照相成像系統(tǒng)，其可包括成像用輻射源、包括瞄準(zhǔn)儀和源光柵GO的射束成形總成、包括相位光柵Gl和分析柵G2的X射線光柵干涉儀，和分區(qū)X射線檢測(cè)器，其中相對(duì)于由相位光柵Gl產(chǎn)生的干涉圖案的間距，分析柵G2的間距和位置產(chǎn)生覆蓋分析柵G2的寬度的至少一個(gè)條紋圖案。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明可提供一種方法，其可包括提供包括射束限制設(shè)備和源光柵GO的射束成形總成，提供包括相位光柵Gl和分析柵G2的X射線光柵干涉儀，且使分析柵G2的間距相對(duì)于由相位光柵Gl在離相位光柵Gl的規(guī)定距離處產(chǎn)生的干涉圖案的間距偏離。
[0019]這些目的只通過說明性實(shí)例的方式給出，且這些目的可以是本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的實(shí)例。本發(fā)明固有實(shí)現(xiàn)的其它所需目的和優(yōu)點(diǎn)將為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明白。本發(fā)明由隨附權(quán)利要求書界定。
[0020]附圖簡(jiǎn)述
[0021]從附圖所圖示的本發(fā)明實(shí)施方案的以下更特定描述，將明白本發(fā)明的以上和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖的元件不一定相互按比例繪制。
[0022]圖1是根據(jù)本申請(qǐng)的狹縫掃描相差數(shù)碼乳房X射線照相成像系統(tǒng)的例示性實(shí)施方案的側(cè)視圖。
[0023]圖2是如圖1中所示的狹縫掃描光柵型相差數(shù)碼乳房X射線照相成像系統(tǒng)的實(shí)施方案的功能塊圖。
[0024]圖3是示出根據(jù)本申請(qǐng)的狹縫掃描光柵型相差數(shù)碼乳房X射線照相成像系統(tǒng)的例示性實(shí)施方案的圖。
[0025]圖4是示出根據(jù)本申請(qǐng)的狹縫掃描光柵型相差數(shù)碼乳房X射線照相成像系統(tǒng)的另一個(gè)例示性實(shí)施方案的圖。
[0026]圖5是示出根據(jù)本申請(qǐng)的長(zhǎng)而窄光柵(例如通過使兩個(gè)或更多個(gè)小光柵緊靠在一起形成)的實(shí)施方案的圖。
[0027]圖6A是例示性三光柵相差成像系統(tǒng)的示意圖，且圖6B是另一個(gè)例示性三光柵相差成像系統(tǒng)的示意圖。
[0028]圖7是示出當(dāng)沿Xg掃描光柵之一(例如，G2)時(shí)一個(gè)檢測(cè)器像素(i，j)的強(qiáng)度變化和對(duì)應(yīng)傅里葉級(jí)數(shù)系數(shù)的圖。
[0029]圖8是示出操作根據(jù)本申請(qǐng)的狹縫掃描光柵型相差數(shù)碼乳房X射線照相成像系統(tǒng)的方法實(shí)施方案的流程圖。
[0030]圖9是示出操作根據(jù)本申請(qǐng)的狹縫掃描光柵型相差數(shù)碼乳房X射線照相成像系統(tǒng)的另一個(gè)方法實(shí)施方案的流程圖。
[0031]圖10是示出根據(jù)本申請(qǐng)的狹縫掃描光柵型相差數(shù)碼乳房X射線照相成像系統(tǒng)的又一個(gè)例不性實(shí)施方案的圖。
[0032]圖11是圖示調(diào)諧相差數(shù)碼成像系統(tǒng)的例示性實(shí)施方案和失調(diào)相差數(shù)碼成像系統(tǒng)的例示性實(shí)施方案的示意圖。
[0033]圖12是圖示關(guān)于相差成像系統(tǒng)實(shí)施方案的調(diào)諧和失調(diào)構(gòu)造在檢測(cè)器平面測(cè)定的開場(chǎng)圖像的實(shí)例的圖。
[0034]圖13A是示出針對(duì)不同α斜率描繪的幾個(gè)MTF的圖，且圖13Β是示出作為MTF斜率α ,50% MTF降低下的空間頻率f0和系統(tǒng)失調(diào)度Λ f的函數(shù)的對(duì)比度下降百分比的圖。
[0035]圖14是圖示相差成像系統(tǒng)實(shí)施方案的干涉儀相對(duì)于目標(biāo)(或反之)的例示性移動(dòng)的圖。
[0036]圖15是圖示根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方案將目標(biāo)的個(gè)別切片投射到在檢測(cè)器平面測(cè)定的一周期調(diào)制條紋圖案上的例示性目標(biāo)掃描示意圖。
[0037]圖16是根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方案的圖像形成機(jī)制的示意圖，所述機(jī)制檢索被掃描目標(biāo)(如三角形、圓形和正方形)的個(gè)別切片的強(qiáng)度曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0038]以下是根據(jù)本申請(qǐng)的例示性實(shí)施方案同時(shí)參考附圖的詳細(xì)描述，其中相同參考數(shù)字在若干圖的每個(gè)圖中表示相同的結(jié)構(gòu)元件。
[0039]為了可用于臨床成像，所述相差成像系統(tǒng)必須滿足各個(gè)要求，包括:(i)使用標(biāo)準(zhǔn)寬帶X射線源；(ii)許多厘米的大視野(FOV)(例如，對(duì)于常見乳房X射線照相系統(tǒng)為24cmX30cm)與當(dāng)前射線照相成像系統(tǒng)相當(dāng)?shù)暮侠砭o湊設(shè)計(jì)(例如，對(duì)于常見乳房x射線照相系統(tǒng)，源到檢測(cè)器距離為約65cm);和/或(iv)合理曝光時(shí)間和曝光劑量(例如，常見乳房X射線照相系統(tǒng)的平均曝光為約5mR)。
[0040]1.系統(tǒng)構(gòu)造
[0041]圖1是示出根據(jù)本申請(qǐng)的狹縫掃描相差成像系統(tǒng)的例示性實(shí)施方案的圖。如圖1中所示，可將狹縫掃描相差數(shù)碼成像系統(tǒng)100的透視圖用于乳房X射線照相術(shù)。系統(tǒng)100可包括乳房X射線照相成像用常規(guī)X射線管110、包括濾光片或可調(diào)諧單色儀B、瞄準(zhǔn)儀C和源光柵GO的射束成形總成120、包括相位光柵Gl和分析柵G2的x射線光柵干涉儀130和X射線檢測(cè)器140?？梢栽诿闇?zhǔn)儀C后放置濾光片或可調(diào)諧單色儀B?？砂凑帐惯@些光柵的平面與光柵條相互平行的方式對(duì)齊所述三個(gè)光柵(例如，60、61和62)。目標(biāo)150 (例如乳房)可由支撐板152支撐且被可移動(dòng)和調(diào)整(例如垂直)的壓縮葉片154壓縮。
[0042]圖2是示出狹縫掃描相差成像系統(tǒng)的例示性實(shí)施方案的功能塊圖。圖2示出用于乳房X射線照相術(shù)的成像系統(tǒng)100的功能塊圖。
[0043]如圖1中所示，X射線管110、射束成形總成120、光柵干涉儀130和檢測(cè)器140可按照規(guī)定的三維關(guān)系移向輻射源。例如，可將X射線管110、射束成形總成120、光柵干涉儀130和檢測(cè)器140附接到搖動(dòng)臂160。搖動(dòng)臂160可以圍繞與x射線管110的焦點(diǎn)同軸的軸旋轉(zhuǎn)。可將X射線管110安裝成相對(duì)于水平臂延伸段成某個(gè)角度以照射受關(guān)注區(qū)域?？赏ㄟ^瞄準(zhǔn)儀C將X射線束瞄準(zhǔn)覆蓋干涉儀130 (例如光柵)和檢測(cè)器140的活性區(qū)域的狹窄扇形(例如，約24-cm長(zhǎng)和Ι-cm寬)。x射線管110的入射束可稍寬于檢測(cè)器140和干涉儀130以減少由于在目標(biāo)掃描期間檢測(cè)器140的邊緣無法始終與瞄準(zhǔn)儀C完美對(duì)齊所導(dǎo)致的人為移動(dòng)檢測(cè)器。
[0044]2.系統(tǒng)組件
[0045]圖3是根據(jù)本申請(qǐng)的狹縫掃描相差數(shù)碼乳房X射線照相成像系統(tǒng)的組件的例示性實(shí)施方案的截面圖示。圖4是根據(jù)本申請(qǐng)的狹縫掃描相差數(shù)碼乳房X射線照相成像系統(tǒng)的組件的另一個(gè)例示性實(shí)施方案的截面圖示。圖3的成像系統(tǒng)與圖4所示的成像系統(tǒng)之間的一個(gè)差異是圖4中的光柵(例如，三個(gè)光柵G0、光柵Gl和光柵G2)的光柵條取向是平行于搖動(dòng)臂160的掃描方向(例如，X射線扇形射束)，而在圖3中，則是垂直于搖動(dòng)臂160的掃描方向。
[0046](a) X 射線源
[0047]如圖1中所示，X射線源110可以是常規(guī)X射線源。例如，X射線源110可以是乳房X射線照相成像用多色X射線管。在這個(gè)實(shí)例中，X射線源I1可具有由鎢(W)、鑰(Mo)、銠(Rh)或重元素材料合金制成的轉(zhuǎn)動(dòng)陽極。焦點(diǎn)的面積可介于0.0lmm2與1.0mm2之間。
[0048](b)濾光片和單色儀
[0049]除了 X射線管110有關(guān)的固有過濾外，還可以任選使用其它過濾(例如，通過濾光片B)以從光譜學(xué)上將X射線束成形為窄帶寬射束以減少或消除大部分被患者吸收且增大檢查期間接收的輻射劑量的不必要軟X射線和/或可降低圖像質(zhì)量的硬X射線。例示性常見濾光片材料是鋁(Al)、鑰(Mo)、銠(Rh)、銀(Ag)和其它金屬。
[0050]或者，濾光片B可以是可與發(fā)散多色X射線源配合使用的可調(diào)諧單色X射線濾光片以產(chǎn)生具有集中在具有I至3keV帶寬的可選擇能量的窄頻譜的單色X射線。
[0051](C)光柵
[0052]如圖1中所示，成像系統(tǒng)100可包括三個(gè)光柵。在一個(gè)實(shí)施方案中，源光柵GO可具有吸收金條，相位光柵Gl可由硅制成，且分析柵G2可由吸收金條制成。然而，可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它材料。可將源光柵GO靠近X射線源110放置。第二光柵Gl和第三光柵G2之間可具有固定距離，例如，機(jī)械耦接在一起、機(jī)電連接或剛性耦接在一起。類似地，源光柵GO和干涉儀130可被耦接以在兩者之間具有可變但已知的距離。
[0053]源光柵GO可允許將大型不相干X射線源用作X射線源110，因?yàn)樵垂鈻臛O可創(chuàng)建各自可針對(duì)干涉對(duì)比度提供充分空間相干性的一系列個(gè)別線源?？蓪⒂缮删€源的源光柵GO創(chuàng)建的圖像全等疊加在檢測(cè)器140的檢測(cè)器平面上，從而獲得強(qiáng)度增益(例如，可控干涉)。
[0054]相位光柵Gl可作為分束器操作且將入射束本質(zhì)上分割為土 I次衍射級(jí)。這兩個(gè)±1次衍射束可相干涉并通過塔爾博特自成像效應(yīng)在第二光柵G2的平面上形成周期性干涉圖案。當(dāng)將目標(biāo)插入X射線束路徑中時(shí)，條紋圖案的位置將變化。由于無法用常見檢測(cè)器確定條紋位置的微米級(jí)變化，所以可將分析儀第二光柵G2放置在離相位第一光柵Gl的特定塔爾博特距離處，從而能夠利用相步進(jìn)技術(shù)將條紋位置轉(zhuǎn)換成直接位于第二光柵G2后方的檢測(cè)器140上的強(qiáng)度模量。
[0055]當(dāng)源光柵GO靠近X射線源110和瞄準(zhǔn)儀C布置時(shí)，因?yàn)榕cx射線扇形對(duì)向的角度小，所以源光柵GO的尺寸可以很小(例如約lcmX0.5cm)。對(duì)于例示性(例如，乳房x射線照相)應(yīng)用來說，F(xiàn)OV可以為24cmX30cm。因?yàn)槟繕?biāo)位于靠近由光柵Gl和光柵G2形成的干涉儀的位置，所以這些光柵的尺寸應(yīng)匹配F0V?？紤]到目前的標(biāo)準(zhǔn)照相平印技術(shù)水平，可重復(fù)地制造具有高或充分產(chǎn)率和可接受均一性的大面積光柵Gl和光柵G2(例如，24cmX 30cm)并不容易。為了解決這個(gè)制造問題，可使用標(biāo)準(zhǔn)6或8英寸娃晶片來制造在8cmX8cm的正方形內(nèi)的多個(gè)小光柵(例如，每個(gè)具有8cmX Icm的面積)。通過將三件小光柵緊靠在一起，可重復(fù)地獲得具有可接受均一性的長(zhǎng)而窄光柵(例如24cmX lcm)。
[0056]圖5是示出根據(jù)本申請(qǐng)的長(zhǎng)而窄光柵(例如通過使兩個(gè)或更多個(gè)小光柵緊靠在一起形成)的實(shí)施方案的圖。如圖5中所不,可使用標(biāo)準(zhǔn)娃晶片形成光柵Gl或光柵G2的一個(gè)實(shí)施方案。在一個(gè)實(shí)施方案中，可使用標(biāo)準(zhǔn)8"晶片以提供長(zhǎng)而窄光柵Gl和光柵G2。
[0057]圖6是例示性三光柵相差成像系統(tǒng)(例如干涉儀)的示意圖。如圖6中所示，使用了三個(gè)光柵，即，具有吸收金條的源光柵G0、由硅制成的相位光柵(或分束器)Gl和具有吸收金條的分析柵G2。光柵可由硅晶片使用標(biāo)準(zhǔn)照相平印技術(shù)制成，且隨后用金(G0和G2)電鍍以填充凹槽。干涉儀是由Gl和G2形成。這三個(gè)光柵的平面與光柵條相互平行。
[0058]源光柵GO允許使用大型不相干X射線源，因?yàn)槠鋭?chuàng)建各自針對(duì)干涉對(duì)比度提供充足空間相干性的一系列個(gè)別線源。由每個(gè)線源創(chuàng)建的圖像全等疊加在檢測(cè)器平面上，從而獲得強(qiáng)度增益。相位光柵Gl用作分束器且將入射束本質(zhì)上分割為兩個(gè)一次衍射級(jí)，所述衍射級(jí)相干涉且在垂直于光軸(z)的平面上形成周期性條紋圖案?；谒柌┨匦?yīng)，所述周期性條紋圖案(稱為相位光柵Gl的自像)將在Gl后方的第一塔爾博特距離Cl1處具有最高對(duì)比度。假設(shè)因X射線穿過Gl的光柵條而發(fā)生的相移為π，那么第一塔爾博特距離由以下給出

"I
[0059]A =^l<2)
J 8Λ
[0060]其中P1是Gl的周期且λ是X射線的平面波波長(zhǎng)。在放置在離Gl為Cl1的距離處的分析柵G2的平面上的條紋圖案的周期(P2)約為Gl的周期的一半。分析柵G2具有大致上相同的條紋圖案周期(P2)。
[0061]當(dāng)將目標(biāo)放置在射束路徑中時(shí)，入射X射線波前會(huì)因目標(biāo)而局部形變。當(dāng)波前形變時(shí)，由相位光柵Gl形成的條紋從其未擾動(dòng)位置移位。通過放置在離相位光柵Gl為Cl1的距離處的分析柵G2將條紋移位轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度變化。這允許被直接放置在分析柵G2后方的X射線檢測(cè)器使用相比于條紋的間隔要大得多的像素。利用相步進(jìn)技術(shù)，掃描光柵之一在光柵(這里是分析柵G2)的一個(gè)周期內(nèi)的橫向位置Xg導(dǎo)致記錄在每個(gè)像素的信號(hào)作為Xg的函數(shù)振蕩，如圖7中所示。圖7是示出當(dāng)沿Xg掃描光柵之一(例如G2)時(shí)一個(gè)檢測(cè)器像素(i, j)的強(qiáng)度變化和對(duì)應(yīng)傅里葉級(jí)數(shù)系數(shù)a、b和Φ的圖。每個(gè)像素中振蕩的相位Φ是波前相位梯度的量度，同時(shí)在光柵掃描內(nèi)在每個(gè)像素中的平均檢測(cè)器信號(hào)a相當(dāng)于常規(guī)吸收?qǐng)D像。因此可通過沿方向X的單次一維積分檢索目標(biāo)的總相移。
[0062]圖6B是另一個(gè)例示性三光柵相差成像系統(tǒng)的示意圖。如圖6B中所示，三光柵PCI系統(tǒng)可包括固定光柵G0、光柵Gl和光柵G2,且可將待成像目標(biāo)相對(duì)于固定光柵G0、光柵Gl和光柵G2移動(dòng)(例如經(jīng)過)。在圖6B中，F(xiàn)是任選附加過濾且C是任選瞄準(zhǔn)器或射束成形設(shè)備。
[0063](d)檢測(cè)器
[0064]就檢測(cè)器140來說，可使用非直接或直接平板X射線檢測(cè)器。非直接平板檢測(cè)器可包括由Csl、Gd2O2S或其它閃爍磷質(zhì)制成的閃爍體層，耦接有光二極管陣列(例如，a-Si光二極管)和開關(guān)(例如，薄膜晶體管(TFT)開關(guān))。閃爍體層的厚度可介于80 μ m與600 μ m之間。檢測(cè)器的像素間距可在20至200μπι的范圍內(nèi)。另一方面，直接檢測(cè)器可包括光導(dǎo)體，如無定形硒(a-Se)或PbI2以在X射線檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生電荷。因?yàn)閳D像信息從x射線直接轉(zhuǎn)化為電荷而不存在中間步驟，所以將電磁輻射檢測(cè)過程視為直接。
[0065]作為平板檢測(cè)器的替代方案，可將電荷耦合裝置(CCD)型X射線檢測(cè)器用作檢測(cè)器140。例如，CXD型X射線檢測(cè)器可包括閃爍屏幕。
[0066]對(duì)于狹縫掃描系統(tǒng)來說，優(yōu)選按照時(shí)間延遲積分(TDI)模式操作的拼接CCD檢測(cè)器陣列，使得在每次掃描期間能夠?qū)嵤┻B續(xù)掃描動(dòng)作和X射線照射。所述檢測(cè)器陣列可通過將兩個(gè)或更多個(gè)CCD裝置拼接在一起形成且可耦接到閃爍體層和光纖板(FOP)。FOP用于保護(hù)CCD陣列免受輻射破壞。
[0067]具有與像素寬度相當(dāng)?shù)纳涫鴮挾鹊莫M縫掃描系統(tǒng)將要求極高的管輸出。CCD的TDI操作模式可允許使用顯著更寬的射束。檢測(cè)到的X射線首先經(jīng)由閃爍體層轉(zhuǎn)變?yōu)楣庾?。隨后光子通過FOP傳輸?shù)紺CD，在CCD中響應(yīng)于當(dāng)X射線吸收時(shí)發(fā)射自閃爍體的光產(chǎn)生電子。通過使電荷與掃描動(dòng)作同步(例如，在相同速度下)但沿相反方向逐個(gè)像素地移動(dòng)經(jīng)過CCD寬度(例如，列)，TDI模式使得能夠橫跨CCD寬度進(jìn)行X射線整合同時(shí)維持像素分辨率。當(dāng)電荷到達(dá)CCD的最后一排時(shí)，讀出累積電荷并數(shù)字化。例如，檢測(cè)器陣列可包括四個(gè)(XD，每個(gè)具有6cmX Icm的尺寸，沿其窄維度緊靠以形成長(zhǎng)而窄檢測(cè)器(例如24cmX lcm)。再次，常見像素尺寸介于20 μ m與200 μ m之間。
[0068]作為平板檢測(cè)器的另一個(gè)替代方案，還可將使用雪崩放大方法的線性光子計(jì)數(shù)氣體檢測(cè)器用作檢測(cè)器140。除了將氣體檢測(cè)器用于光子計(jì)數(shù)技術(shù)外，還可將晶形S1、CdTe和CdZnTe用于直接變換光子計(jì)數(shù)檢測(cè)器。
[0069]該例示性單光子計(jì)數(shù)檢測(cè)技術(shù)可將檢測(cè)器140中的噪聲與真實(shí)X射線光子相互作用區(qū)別開來。通過計(jì)數(shù)高于預(yù)定閾值的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了單X射線光子的無電噪聲且高效計(jì)數(shù)。當(dāng)將這類檢測(cè)器用于根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方案的狹縫掃描系統(tǒng)中時(shí)，相比于積分檢測(cè)器(如直接和非直接平板檢測(cè)器和CCD裝置)，患者劑量和散射輻射顯著降低且/或圖像質(zhì)量的對(duì)比度和空間分辨率獲得可觀提高。
[0070]3.系統(tǒng)和光柵參數(shù)的選擇
[0071]在例示性實(shí)施方案中光柵參數(shù)和幾何系統(tǒng)參數(shù)的選擇可受限于X射線源的選擇、光柵制造方法的限制、系統(tǒng)尺寸的實(shí)用性、系統(tǒng)性能要求和物理定律的約束?？偟貋碚f，對(duì)于球形X射線波來說，系統(tǒng)參數(shù)和光柵參數(shù)應(yīng)滿足以下方程。
[0072]1.空間相干性要求

Jf
[0073]/.= ~: > npf t ii = 1,2,3*?*(3)
t ~
[0074]2.光柵的周期
Pnn--1IλM K -urnM '%
[0075]P11 =-?十 1-- +- ? Il = 1,….(4)
^ifP1 I ηρ: ; η
[0076]P, =-;~(5)
Pa +
[0077]3.相位光柵要求
[0078]硅相位光柵Gl的結(jié)構(gòu)高度必須使得穿過光柵條的X射線發(fā)生規(guī)定相移或相移η (例如)，這導(dǎo)致射束分裂為土I次衍射級(jí)。
贏
[0079]k =士_

2#Sf
[0080]而且，光柵GO和光柵G2的結(jié)構(gòu)高度應(yīng)足夠大以針對(duì)所選或最優(yōu)的系統(tǒng)性能提供充分X射線吸收(例如，>75% )0
[0081]4.塔爾博特自成像條件
H
Γπποο?— 11tt — I，^?*?\
LUU8Z」攀I;t" — μ—\ * I
u η 2]
I ?卜一 P1
m I I 2 / I
# _ ■■■" I
M-.....Λ II
4α J
[0083]方程(3)至方程(7)中所示的參數(shù)如下。
[0084]Ic =相干長(zhǎng)度
[0085]λ =χ射線輻射的平均波長(zhǎng)
[0086]L = GO與Gl之間的距離
[0087]s = GO的狹縫寬度
[0088]n =整數(shù)(塔爾博特次數(shù))
[0089]dn = Gl與G2之間的塔爾博特距離
[0090]p0 = GO 的周期
[0091]Pl = Gl 的周期
[0092]p2 = G2 的周期
[0093]h0 = GO的結(jié)構(gòu)高度
[0094]hi = Gl的結(jié)構(gòu)高度
[0095]h2 = G2的結(jié)構(gòu)高度
[0096]Ssi=硅的折射率衰減
[0097]首先基于系統(tǒng)要求和光柵制造的限制選擇η、ρ2、λ和L，隨后可確定其它參數(shù)，SP，
S、P0, Pl, hp h2、h3和dn。舉例來說，表I列出關(guān)于狹縫掃描相差數(shù)碼乳房X射線照相系統(tǒng)的實(shí)施方案的例示性系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)和光柵參數(shù)。
[0098]表I
[0099]平均E (keV)28
[0100]平均λ (nm) 0.443
[0101]L (mm)642
[0102]p2(mm)2.0
[0103]ηI
[0104]dn(mm)42.4
[0105]s (μ m)7
[0106]P0 (μ m)30.3
[0107]P1 (μ m)3.75
[0108]h0 (μ m)42
[0109]hi (μ m)36
[0110]h2 (μ m)26
[0111]lc(ym)4.0
[0112]4.例示性系統(tǒng)操作
[0113]圖8是示出操作狹縫掃描相差數(shù)碼成像系統(tǒng)的方法的實(shí)施方案的流程圖。將利用圖1和圖3中所示的系統(tǒng)實(shí)施方案描述圖8的例示性方法實(shí)施方案并予以實(shí)現(xiàn)，然而所述方法不希望限于此。
[0114]如圖8中所示，在方法開始后，初始化檢測(cè)器以備曝光且將分析柵G2移動(dòng)到規(guī)定位置或原位置(操作塊810)。隨后，對(duì)于乳房X射線照相醫(yī)學(xué)圖像來說，可壓縮乳房(例如，以改善圖像質(zhì)量)(操作塊820)。將搖動(dòng)臂160設(shè)置到初始或原位置(操作塊830)。因此，塊830可定位X射線管110、射束成形總成120、x射線光柵干涉儀130和可剛性安裝到搖動(dòng)臂160的X射線檢測(cè)器140。當(dāng)搖動(dòng)臂160沿覆蓋目標(biāo)的寬度(例如，約30cm)的弧形類似于鐘擺般轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，X射線束可以掃過目標(biāo)，如圖3中所示。當(dāng)X射線束完成完全掃過目標(biāo)時(shí)，可讀出由檢測(cè)器140記錄的圖像數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單元中(例如，在狹縫掃描相差數(shù)碼成像系統(tǒng)或在具有處理器、顯示器和存儲(chǔ)器的無線耦接控制臺(tái))。在一個(gè)實(shí)施方案中，檢測(cè)器是長(zhǎng)而窄的CCD型檢測(cè)器且可按照時(shí)間延遲積分(TDI)模式操作用于信號(hào)檢測(cè)。隨后，在操作塊850中確定圖像序列是否完整(例如，已捕捉N個(gè)圖像)。當(dāng)塊850中確定為否定時(shí)，利用相步進(jìn)技術(shù)(舉例而言)，分析柵G2(例如，安裝在壓電平移臺(tái)上)隨后橫向移動(dòng)預(yù)定距離(步)，然后開始下一次X射線束掃描(操作塊860)且方法跳回塊830，此時(shí)搖動(dòng)臂160返回到初始掃描前位置或原位置(或沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向逆行)以準(zhǔn)備下一次的圖像序列掃描。
[0115]當(dāng)塊850中確定為肯定時(shí)，因?yàn)橥瓿闪祟A(yù)定次掃描循環(huán)N (例如，一般為5到8次)和步進(jìn)，所以可以提取圖像數(shù)據(jù)，處理并顯示于監(jiān)視器上(操作塊870、操作塊880、操作塊890)。例如，可通過計(jì)算機(jī)的圖像處理單元處理相同圖像數(shù)據(jù)集以構(gòu)建目標(biāo)的多個(gè)圖像，包括如本文所描述的吸收對(duì)比圖像、微分相位對(duì)比圖像、相移對(duì)比圖像和暗場(chǎng)圖像。
[0116]這些吸收對(duì)比圖像、微分相位對(duì)比圖像、相移對(duì)比圖像和暗場(chǎng)圖像互補(bǔ)，從而可提供形象化目標(biāo)中的微妙細(xì)節(jié)所必需的特異性。
[0117]存在實(shí)現(xiàn)圖8的方法實(shí)施方案中所描述的相步進(jìn)的交替方式。例示性交替相步進(jìn)實(shí)現(xiàn)方式包括但不限于:(i)沿垂直于光軸和Gl的光柵條兩者的方向移動(dòng)光柵Gl (而不是G2) ；(ii)使Gl和G2成某一角度圍繞沿光柵條取向的軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)(例如，將兩個(gè)光柵保持在相互對(duì)齊位置或通過機(jī)械方式固定在一起)；或(iii)使X射線源沿垂直于光軸和光柵的光柵條兩者的方向移動(dòng)?？梢詫⑦@些例示性交替相步進(jìn)實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)于圖3中所示的例示性搖動(dòng)臂160構(gòu)造上。
[0118]圖9是示出操作狹縫掃描相差數(shù)碼成像系統(tǒng)的方法的實(shí)施方案的流程圖。將利用圖1和圖3至圖4中所示的系統(tǒng)實(shí)施方案描述圖9的例示性方法實(shí)施方案并予以實(shí)現(xiàn)，然而所述方法不希望限于此。
[0119]圖9示出系統(tǒng)操作的另一種“步-顫振-步”模式，其中搖動(dòng)臂可采取逐步移動(dòng)的方式掃過目標(biāo)。每步的距離可以約為檢測(cè)器的寬度。在搖動(dòng)臂的每個(gè)位置，可利用上述相步進(jìn)技術(shù)(例如，使分析柵G2移動(dòng)p2/N)實(shí)施一系列X射線曝光/圖像捕捉操作(例如，捕捉N個(gè)圖像)。隨后，搖動(dòng)臂移動(dòng)到下一步位置并實(shí)施另一系列X射線曝光/圖像捕捉操作直至搖動(dòng)臂步進(jìn)穿過并完成整個(gè)目標(biāo)掃描。隨后，提取原始圖像數(shù)據(jù)集、處理并顯示于監(jiān)視器上?；蛘撸?dāng)搖動(dòng)臂步進(jìn)通過整個(gè)目標(biāo)時(shí)，可在每“步”的結(jié)束時(shí)提取原始圖像數(shù)據(jù)子集，且可處理捕捉的原始圖像并同時(shí)或在最后一步完成時(shí)顯示于監(jiān)視器上。
[0120]如圖9中所示，在方法開始后，初始化檢測(cè)器以備曝光且將分析柵G2移動(dòng)到規(guī)定位置或原位置(操作塊910)。隨后，可定位目標(biāo)或?qū)τ谌榉縓射線照相醫(yī)學(xué)圖像來說，可壓縮乳房(例如，以改善圖像質(zhì)量)(操作塊920)。將搖動(dòng)臂160設(shè)置到初始或原位置(操作塊 930)。
[0121]隨后，使搖動(dòng)臂160步進(jìn)到當(dāng)前步位置(操作塊933)，發(fā)射X射線束以曝光并捕捉目標(biāo)的一部分的圖像(操作塊940)。隨后，在操作塊945中確定那一步的圖像序列是否完整(例如，已捕捉N個(gè)圖像)。當(dāng)塊945中確定為否定時(shí)，利用相步進(jìn)技術(shù)(舉例而言)，分析柵G2(例如，安裝在壓電平移臺(tái)上)隨后橫向移動(dòng)預(yù)定距離(例如p2/N，如2mm/8 =250nm)且方法跳回塊940，在此發(fā)射x射線束以曝光和捕捉目標(biāo)的一部分的圖像。
[0122]當(dāng)塊945中確定為肯定時(shí)，因?yàn)橥瓿闪祟A(yù)定次數(shù)的步進(jìn)和掃描循環(huán)N(例如，一般為5至8次)，所以可儲(chǔ)存圖像數(shù)據(jù)集且可在操作塊955中確定是否完成對(duì)整個(gè)目標(biāo)的掃描。當(dāng)塊955中確定為否定時(shí)，使搖動(dòng)臂160步進(jìn)到下一位置(操作塊933)且可重復(fù)操作塊940、操作塊945和操作塊950。當(dāng)塊955中確定為肯定時(shí)，因?yàn)橐褣呙枵麄€(gè)目標(biāo)，所以可提取圖像數(shù)據(jù)集、處理并顯示于監(jiān)視器上(操作塊960、操作塊965、操作塊970)。例如，可通過計(jì)算機(jī)的圖像處理單元處理相同圖像數(shù)據(jù)集以構(gòu)建目標(biāo)的多個(gè)圖像，包括如本文所描述的吸收對(duì)比圖像、微分相位對(duì)比圖像、相移對(duì)比圖像和暗場(chǎng)圖像。
[0123]5.圖像形成和圖像檢索
[0124]目標(biāo)不在合適位置時(shí)，X射線束穿過相位光柵Gl并形成干涉條紋。將對(duì)象置于射束路徑中后，入射X射線波前因?qū)ο蠖植啃巫?，?dǎo)致X射線束角偏移:
[0125]φ%γ) =......Σ?_
2Μ σχ
[0126]當(dāng)波前形變時(shí)，這些條紋從其未干擾位置移位
[0127]D(x, y) = dn.α (χ, y)(9)
[0128]通過放置在離相位光柵Gl為dn的距離處的分析柵G2將條紋移位轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度值?？墒褂镁哂斜葪l紋的間隔大得多的像素的二維檢測(cè)器記錄信號(hào)。掃描光柵之一(例如，分析柵G2)的橫向位置Xg導(dǎo)致在每個(gè)像素中記錄的信號(hào)作為Xg的函數(shù)振蕩。對(duì)于每個(gè)像素(i, j)來說，信號(hào)振蕩曲線可由傅里葉級(jí)數(shù)表示，
[0129]I,(i,J,)?O1 (i,i)+ bs(i j)cm ^xg+φ,(I,i)I (10)(存在目標(biāo))
、PlJ
f \
[0130]rt^1.j)+ bu{1.j)co% + 4(r,./) U I? (不存在目標(biāo))
\Pz/
[0131]從方程(10)和方程(11)，可檢索目標(biāo)的以下圖像。透射圖像由以下給出
[0132]U2)
[0133]微分相位對(duì)比圖像由以下給出
[οι 34] I= TT (我:仏.f)—疼(1'*./)) (1 3)
由' Λ,?
[0135]還可通過沿垂直于光柵條的像素方向進(jìn)行簡(jiǎn)單一維積分獲得目標(biāo)的相移圖像，例如，
[0136]= yf-1 ?Ψ,仏 I)-與.(M)

應(yīng),H
[0137]此外，暗場(chǎng)圖像是從被目標(biāo)散射的較高角衍射強(qiáng)度形成。關(guān)于目標(biāo)的散射功率的信息含于第一傅里葉振幅系數(shù)，Is(i, j, xg)的bs(i，j)。因此可如下獲得暗場(chǎng)圖像
[0138]V(f.j) =I 羞 5)
[0139]這四個(gè)不同的目標(biāo)圖像可從同一數(shù)據(jù)集導(dǎo)出且可互補(bǔ)以提供目標(biāo)的多種信息，使得能夠形象化目標(biāo)中的微妙細(xì)節(jié)。
[0140]如本文中所描述，根據(jù)本申請(qǐng)的相差數(shù)碼成像系統(tǒng)和/或其使用方法的實(shí)施方案可提供各個(gè)優(yōu)點(diǎn)?；旌溪M縫掃描光柵型微分相差乳房X射線照相系統(tǒng)的實(shí)施方案具有各種優(yōu)點(diǎn)(例如，相比于全場(chǎng)數(shù)碼乳房X射線照相系統(tǒng))。
[0141]光柵型微分相差成像技術(shù)的實(shí)施方案可使用常規(guī)X射線管，替代昂貴且巨大的同步加速器輻射源，從單次圖像捕捉過程提供目標(biāo)的多種圖像信息(例如，吸收對(duì)比圖像、微分相差圖像、相移圖像和暗場(chǎng)圖像)。
[0142]狹縫掃描光柵型微分相差系統(tǒng)和/或方法的實(shí)施方案可顯著增強(qiáng)低吸收組織的對(duì)比度(例如，健康組織與患病組織之間的對(duì)比度)，這對(duì)于乳房X射線照相和骨關(guān)節(jié)尤其有用。
[0143]狹縫掃描光柵型微分相差系統(tǒng)和/或方法的實(shí)施方案可允許使用小光柵和檢測(cè)器產(chǎn)生大面積圖像。實(shí)施方案可在不使用柵格下降低運(yùn)動(dòng)模糊、散射輻射和患者劑量。
[0144]狹縫掃描光柵型微分相差系統(tǒng)和/或方法的實(shí)施方案可使用通過將兩個(gè)或更多個(gè)短而窄(例如，8cmX lcm)光柵緊靠在一起形成的具有長(zhǎng)而窄幾何形狀的相位光柵(Gl)和分析柵(G2)且相比于大型全場(chǎng)(對(duì)于常見乳房χ射線照相術(shù)為24cmX30cm)系統(tǒng)和/或方法來說花費(fèi)顯著更低。因此，拼接檢測(cè)器的實(shí)施方案得以實(shí)現(xiàn)且相比于大型全場(chǎng)二維檢測(cè)器(例如，對(duì)于乳房χ射線照相術(shù)來說為24CmX30Cm)花費(fèi)將少得多。
[0145]成像系統(tǒng)的實(shí)施方案可要求長(zhǎng)而窄的檢測(cè)器，其可通過將兩個(gè)或更多個(gè)短而窄(例如，ScmXlcm)檢測(cè)器緊靠在一起形成。具有高敏感度和低噪聲的較小檢測(cè)器可用相對(duì)于大型全場(chǎng)二維檢測(cè)器(對(duì)于常見乳房χ射線照相術(shù)來說為24CmX30Cm)低的費(fèi)用購得。
[0146]狹縫掃描光柵型微分相差系統(tǒng)和/或方法的實(shí)施方案可使用圓形圍繞源焦的彎曲光柵和檢測(cè)器以支持更緊湊系統(tǒng)設(shè)計(jì)且降低或消除在圖像的邊緣區(qū)域發(fā)生的相位光柵遮蔽效應(yīng)和/或分析柵掃描效應(yīng)。圖10是使用對(duì)應(yīng)于X射線源焦的彎曲光柵和檢測(cè)器的狹縫掃描光柵型微分相差系統(tǒng)的實(shí)施方案的側(cè)視圖。
[0147]狹縫掃描光柵型微分相差系統(tǒng)和/或方法的實(shí)施方案可使用具有轉(zhuǎn)動(dòng)陽極的X射線管(較高輸出)、x射線源與對(duì)象之間的短距離(較高X射線通量)和將CsI閃爍體與拼接TDI模式CCD陣列耦接的檢測(cè)器(較高檢測(cè)敏感度)。結(jié)果，可顯著縮短曝光時(shí)間。
[0148]狹縫掃描相差數(shù)碼成像系統(tǒng)和/或其使用方法的某些例示性實(shí)施方案(例如見圖8和圖9)可采用步-顫振-步方法，其中光柵之一(相位光柵Gl或分析柵G2)可相對(duì)于另一個(gè)光柵步進(jìn)。例如，當(dāng)移動(dòng)分析柵G2，其中N是覆蓋光柵G2的一個(gè)周期所需的步數(shù)(例如，使用壓電平移臺(tái))，且光柵G2的橫向尺寸為Ie2時(shí)；那么掃描具有橫向尺寸S的目標(biāo)可使用或需要S/le2.N的χ射線曝光。對(duì)于例示性S = 20cm乳房且在搖動(dòng)臂的每個(gè)位置(或切片)對(duì)于Icm寬G2光柵有8個(gè)相位步的情況，那么使用20/1.8 = 160x射線曝光掃描整個(gè)目標(biāo)。注意可將S/le2*N視為完全掃描所需的充足或最小數(shù)。為了將切片適當(dāng)?shù)乜p合到整個(gè)目標(biāo)的圖像中，切片之間需要稍微重疊。
[0149]圖8和圖9中描述的兩個(gè)例不性掃描實(shí)施方案在掃描目標(biāo)的一個(gè)切片后將搖動(dòng)臂或分析柵G2返回到其初始(例如，原)位置。雖然，這些裝置(例如，平移壓電驅(qū)動(dòng))的精密定位可達(dá)到nm級(jí)，但在完成目標(biāo)掃描后的多次前后移動(dòng)可累積顯著空間誤差。為了減小或避免空間誤差，優(yōu)選在搖動(dòng)臂連續(xù)移動(dòng)時(shí)使分析柵盡可能少或不步進(jìn)。還優(yōu)選光柵Gl與光柵G2的相對(duì)位置不變化(例如，無步進(jìn))且/或搖動(dòng)臂連續(xù)移動(dòng)經(jīng)過目標(biāo)，其可縮短掃描時(shí)間。
[0150]為了在固定Gl光柵與G2光柵下實(shí)現(xiàn)搖動(dòng)臂的連續(xù)移動(dòng)，相差成像系統(tǒng)的例示性實(shí)施方案必然是失調(diào)的。在一個(gè)例不性實(shí)施方案中，可將失調(diào)的相差成像系統(tǒng)理解為其中分析柵G2的間距p2被有意控制或制作成不等于在相位光柵Gl后方的塔爾博特距離處的干涉圖案的周期Pint的成像系統(tǒng)。在另一個(gè)例示性實(shí)施方案中，可將失調(diào)的相差成像系統(tǒng)理解為其中分析柵G2的間距p2被有意控制或制作成等于在相位光柵Gl后方的塔爾博特距離處的干涉圖案的周期Pint，但分析柵G2被定位在遠(yuǎn)離相應(yīng)塔爾博特距離的成像系統(tǒng)。在某個(gè)例示性實(shí)施方案中，失調(diào)的相差成像系統(tǒng)可產(chǎn)生周期性條紋圖案，其中所述條紋圖案存在于分析柵G2寬度或?qū)挾鹊囊徊糠謨?nèi)。雖然在完整或部分目標(biāo)掃描中，相比于調(diào)諧光柵型PCI系統(tǒng)，失調(diào)光柵型PCI系統(tǒng)實(shí)施方案的曝光次數(shù)大致相同，但位置誤差和/或掃描時(shí)間可減小。圖11是圖示例示性調(diào)諧和失調(diào)相差成像系統(tǒng)的概念的圖。分析柵G2和干涉圖案可分別近似為具有頻率f2 = l/p2和頻率fint = l/pint的余弦波。隨后，由放置在分析柵后方的檢測(cè)器測(cè)定的信號(hào)為:
I, = MFI^/ ).c--s(2j-/:x)] =
[0151 ]Ttf\.j /i(IΛI(xiàn)
MTFif).+ /, )x)+cos(2/T(/,r1- )x)]/ 2,
[0152]例如，MTF是檢測(cè)器的調(diào)制傳遞函數(shù)，可如下近似:MTF(f) = 0.5.erfc[a ln(f/fQ)]，其中a是MTF曲線的斜率且fQ是MTF下降50%的空間頻率。在分析柵間距p2 = 2μπι下的空間頻率為500cyc/mm。當(dāng)與相當(dāng)?shù)母缮鎴D案頻率加和時(shí),所述頻率加倍,例如fint+f2=1000cyc/mm。非直接電荷積分檢測(cè)器中的的例示值一般可介于I與2cyc/mm之間，而在直接光子計(jì)數(shù)檢測(cè)器的情況中，fo的值可達(dá)到5cyc/mm。也就是說，檢測(cè)器將測(cè)量不到1000cyc/mm下的信號(hào)。因此,可檢測(cè)信號(hào)僅有:
[0153]MTF (f).cos (2 ii (f int-f2) x)/2(17)
[0154]在調(diào)諧相差成像系統(tǒng)的情況中(fint = f2)，所述信號(hào)增大或是最大值。當(dāng)測(cè)定這種構(gòu)造中的開場(chǎng)時(shí)，檢測(cè)器產(chǎn)生均勻圖像。在失調(diào)相差成像系統(tǒng)的情況中，檢測(cè)到的圖像將具有余弦圖案，具有由檢測(cè)器的MTF所導(dǎo)致的較低對(duì)比度。對(duì)比度的損失取決于系統(tǒng)失調(diào)程度，g卩Af = fint-f2。圖12是圖示關(guān)于相差成像系統(tǒng)實(shí)施方案的調(diào)諧和失調(diào)構(gòu)造在檢測(cè)器平面中測(cè)定的開場(chǎng)圖像的實(shí)例的圖。如圖12中所示，調(diào)諧相差成像系統(tǒng)實(shí)施方案的開場(chǎng)圖像可產(chǎn)生橫跨分析柵G2的無變化或平坦開場(chǎng)圖像。如圖12中所示，圖像的橫向尺寸被選擇為等于條紋圖案的一個(gè)周期(舉例來說)。在一個(gè)實(shí)施方案中，相差成像系統(tǒng)的Af可為〈5%、〈1%或〈0.1%。
[0155]重要的是作為空間頻率的函數(shù)的檢測(cè)器響應(yīng)。圖13A示出針對(duì)不同α斜率(例如，見方程16)描繪的幾個(gè)MTF。具有較高斜率值的MTF對(duì)于低于半值頻率的空間頻率來說可具有較長(zhǎng)穩(wěn)定期(例如，下降較慢)。較高斜率常見于具有較優(yōu)頻率響應(yīng)的檢測(cè)器，例如與非直接檢測(cè)器相比的直接轉(zhuǎn)化光子計(jì)數(shù)檢測(cè)器。對(duì)于非直接檢測(cè)器來說，斜率α —般接近I和更高，而半值頻率在1.5與2cyc/mm之間的范圍內(nèi)。圖13B示出作為MTF斜率α和空間頻率fo的函數(shù)的對(duì)比度下降百分比。如所預(yù)期，對(duì)于較小Af的情況，相對(duì)于可能最大值(例如，在Af = O下)的對(duì)比度下降較小。而且，圖13中示出的曲線在較高fQ下(例如，對(duì)于具有較高量子效率的檢測(cè)器)甚至更低。較高M(jìn)TF斜率α可進(jìn)一步降低對(duì)比度下降。MTF斜率α —般接近I和更高。當(dāng)根據(jù)圖3實(shí)現(xiàn)PCI系統(tǒng)時(shí)，可基于Λ f選擇G2光柵的寬度。如果G2的寬度被設(shè)置為等于測(cè)定條紋圖案的一個(gè)周期，那么對(duì)于Af = 0.20、
0.10或0.05cyc/mm的情況，G2的寬度可分別為0.5、1或2cm。如本文所描述，為了避免光柵制作不均一，優(yōu)選保持小的分析柵寬度。因此，具有對(duì)應(yīng)Af = 0.lcyc/mm的Icm寬度最為合適，但，本申請(qǐng)的實(shí)施方案不希望限于此。此外，當(dāng)G2的寬度不等于一個(gè)而是兩個(gè)或更多個(gè)干涉對(duì)比周期時(shí)，可使用其它尺寸。
[0156]相對(duì)于調(diào)諧相差成像系統(tǒng)的實(shí)施方案，失調(diào)系統(tǒng)的實(shí)施方案只能根據(jù)圖3所示的示意圖實(shí)現(xiàn)。在檢測(cè)器平面中的條紋圖案必須加以取向以使搖動(dòng)臂橫向經(jīng)過所述圖案。雖然圖4上所描繪的PCI實(shí)現(xiàn)方式適合調(diào)諧相差成像系統(tǒng)，但無法應(yīng)用于失調(diào)PCI系統(tǒng)。另夕卜，在失調(diào)PCI系統(tǒng)的實(shí)施方案的情況中，分析柵G2與檢測(cè)器D可一起移動(dòng)(例如，利用附接的平移壓電驅(qū)動(dòng))以使它們沿χ射線束的方向(例如，z軸)同時(shí)移動(dòng)，從而可調(diào)整檢測(cè)器平面中條紋圖案的頻率(Af)。
[0157]當(dāng)分析柵G2的寬度選擇(例如)為Icm時(shí)，精確制作具有可在檢測(cè)器平面上形成預(yù)期條紋圖案頻率(例如0.lcyc/mm)的間距的光柵存在挑戰(zhàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)間距G2稍偏離所需或選擇尺寸時(shí)，可通過使分析柵G2沿射束軸(例如，軸z)相對(duì)于相位光柵Gl移位來微調(diào)相差成像系統(tǒng)。通過使分析柵G2沿射束軸移位，分析柵G2可在由相位光柵Gl形成干涉圖案的不同z位置達(dá)到峰值。換言之，在某些例示性實(shí)施方案中，使用干涉圖案的不同頻率fint以在檢測(cè)器平面上形成所需條紋圖案。
[0158]如本文中所描述，在調(diào)諧相差成像系統(tǒng)的實(shí)施方案中，相位檢索算法可要求在分析柵的不同橫向位置處進(jìn)行多次χ射線曝光，這允許形成圖7中所示的余弦形強(qiáng)度曲線。當(dāng)相差成像系統(tǒng)失調(diào)時(shí)，檢測(cè)器已可測(cè)定余弦形條紋圖案且不再要求光柵步進(jìn)。相對(duì)地，在一些例不性實(shí)施方案中，光柵G1、光柵G2和檢測(cè)器D可固定在一個(gè)相對(duì)位置并移動(dòng)以使目標(biāo)成像(例如附接到搖動(dòng)臂)，且搖動(dòng)臂可連續(xù)移動(dòng)經(jīng)過固定的目標(biāo)?；蛘?，在一個(gè)實(shí)施方案中，搖動(dòng)臂可靜止且目標(biāo)可橫向移動(dòng)經(jīng)過垂直于入射χ射線的平面。圖14是圖示相差成像系統(tǒng)實(shí)施方案的干涉儀相對(duì)于目標(biāo)或相反的例示性移動(dòng)的圖。圖15是將目標(biāo)的個(gè)別切片投射到在檢測(cè)器平面中測(cè)定的一周期條紋圖案上的目標(biāo)掃描實(shí)例示意圖。圖14至圖15中示出的三角形、圓形和正方形是指例示性目標(biāo)的不同部分。當(dāng)Gl、G2和D固定而目標(biāo)與搖動(dòng)臂相互移動(dòng)時(shí)，那些目標(biāo)部分在隨后時(shí)間被個(gè)別投射到條紋圖案的不同橫向位置上。在整個(gè)目標(biāo)掃描完成后，目標(biāo)的每個(gè)個(gè)別部分(如三角形、圓形和正方形)在不同強(qiáng)度下被測(cè)定幾次(例如，N = 8)。換言之，例示性形狀(例如，三角形、圓形和正方形)中的每個(gè)將具有類似于圖7中所示的個(gè)別強(qiáng)度曲線。圖16是目標(biāo)的個(gè)別切片(例如，三角形、圓形和正方形)的強(qiáng)度曲線形成的示意圖。再次，可將本文描述的傅里葉重構(gòu)技術(shù)應(yīng)用于每個(gè)強(qiáng)度曲線以形成關(guān)于每個(gè)切片的傳輸圖像、微分相位圖像和暗場(chǎng)圖像。隨后，可將所述切片圖像組合或縫合在一起以形成整個(gè)目標(biāo)的圖像。
[0159]圖2中針對(duì)調(diào)諧PCI系統(tǒng)情況繪制的功能圖還可應(yīng)用于失調(diào)PCI系統(tǒng)。然而，對(duì)于失調(diào)PCI系統(tǒng)實(shí)施方案來說，不需要壓電平移臺(tái)，因?yàn)樵谑д{(diào)PCI構(gòu)造中光柵不再步進(jìn)。
[0160]根據(jù)某些例示性實(shí)施方案，可提供方法，其可包括提供射線照相成像用χ射線發(fā)生器，提供包括射束限制設(shè)備和源光柵GO的射束成形總成、提供包括相位光柵Gl和分析柵G2的χ射線光柵干涉儀，且使分析柵G2的間距相對(duì)于由相位光柵Gl在離相位光柵Gl的規(guī)定距離處產(chǎn)生的干涉圖案的間距偏離。在一個(gè)方法實(shí)施方案中，相位光柵Gl與分析柵G2的相對(duì)位置在目標(biāo)掃描時(shí)不變化，且其中所述規(guī)定距離是塔爾博特距離。一個(gè)方法實(shí)施方案可包括產(chǎn)生大于0.1cm或覆蓋分析柵G2的大部分的條紋圖案。在一個(gè)方法實(shí)施方案中，光柵G1、光柵G2和檢測(cè)器D可固定在一個(gè)相對(duì)位置，附接到搖動(dòng)臂并移動(dòng)以使目標(biāo)成像，其中光柵Gl與光柵G2的相對(duì)位置提供非零Af。在一個(gè)方法實(shí)施方案中，通過使分析柵G2的間距不等于由相位光柵Gl在分析柵G2的位置產(chǎn)生的干涉圖案的間距產(chǎn)生條紋圖案，或當(dāng)分析柵G2的間距等于干涉圖案的間距時(shí)，通過使分析柵G2的位置偏離塔爾博特距離產(chǎn)生條紋圖案。
[0161]狹縫掃描光柵型微分相差系統(tǒng)和/或方法的實(shí)施方案可提供大范圍潛在應(yīng)用，包括醫(yī)學(xué)成像、小型動(dòng)物成像、安保檢查、工業(yè)無損檢測(cè)和食品檢驗(yàn)。根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方案還可用于使用其它輻射形式(如中子和原子束)的相差應(yīng)用。根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方案可提供對(duì)于臨床應(yīng)用具有高效率和大視野的可靠且低成本相差乳房X射線照相系統(tǒng)。
[0162]此外，當(dāng)將根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方案(例如，光柵型PCI)與斷層照相掃描組合時(shí)，可重構(gòu)目標(biāo)中的X射線折射率的三維分布以及通常在吸收斷層照相術(shù)中獲得的吸收系數(shù)分布。
[0163]雖然已針對(duì)一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式說明本發(fā)明，但在不脫離隨附權(quán)利要求的精神和范圍下可對(duì)圖示實(shí)例進(jìn)行替換和/或修改。此外，雖然已針對(duì)幾種實(shí)現(xiàn)方式之一公開本發(fā)明的特定特征，但對(duì)于任何指定或特定功能有需要且有利時(shí)，這種特征可與其它實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)或多個(gè)其它特征組合。術(shù)語“至少一個(gè)”是指可選擇所列項(xiàng)目中的一個(gè)或多個(gè)。術(shù)語“約”指示列舉值可一定程度變化，條件是所述變化不會(huì)造成不符合所示實(shí)施方案的方法或結(jié)構(gòu)。最后，“例示性”指示將描述用作實(shí)例，而不是暗示這是理想。本領(lǐng)域技術(shù)人員將通過說明書的考量和本文公開發(fā)明的實(shí)踐明白本發(fā)明的其它實(shí)施方案。預(yù)期只將說明書和實(shí)例視為例示性內(nèi)容，本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神是由以下權(quán)利要求指示。
【權(quán)利要求】
1.一種相差數(shù)碼射線照相成像系統(tǒng)，其包括: 射線照相成像用多色X射線源； 包括源光柵GO的射束成形總成， X射線光柵干涉儀，其包括 相位光柵Gl,和 分析柵G2 ;和 其中相對(duì)于由所述相位光柵Gl產(chǎn)生的干涉圖案的間距，所述分析柵G2的間距和位置產(chǎn)生覆蓋所述分析柵G2的寬度的至少一個(gè)條紋圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述條紋圖案是通過使所述分析柵G2的間距不等于由所述相位光柵Gl在所述分析柵G2的位置處產(chǎn)生的干涉圖案的間距產(chǎn)生，其中所述分析柵G2處于塔爾博特距離或增大在所述檢測(cè)器的位置處的對(duì)比度的位置，其中所述相位光柵Gl與所述分析柵G2的相對(duì)位置在目標(biāo)掃描時(shí)不變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述條紋圖案是通過使所述分析柵G2的位置偏離塔爾博特距離產(chǎn)生，且其中所述分析柵G2的間距等于所述干涉圖案的間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述相差數(shù)碼射線照相成像系統(tǒng)失調(diào)，且其中所述相位光柵Gl與所述分析柵G2的相對(duì)位置在整個(gè)目標(biāo)掃描時(shí)不變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述相差數(shù)碼射線照相成像系統(tǒng)失調(diào)以產(chǎn)生大于0.1cm或覆蓋所述分析柵G2的大部分的條紋圖案。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中N是用于覆蓋所述分析柵G2的周期的步數(shù)，且其中所述目標(biāo)的掃描包括N次曝光所述目標(biāo)的至少一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述光柵G1、所述光柵G2和檢測(cè)器D可固定在一個(gè)相對(duì)位置，附接到所述搖動(dòng)臂并移動(dòng)以使所述目標(biāo)成像，其中所述光柵Gl與所述光柵G2的相對(duì)位置提供非零Af = fint-f2，其中可調(diào)整在所述檢測(cè)器處的條紋圖案的頻率(Af)，其中可使所述分析柵G2相對(duì)于所述相位光柵Gl移動(dòng)偏離以調(diào)整在所述檢測(cè)器處的條紋圖案的頻率(△ f)，或可使所述分析柵G2與所述檢測(cè)器D沿所述X射線束的方向同時(shí)一起移動(dòng)以增大對(duì)比度或調(diào)整在所述檢測(cè)器處的條紋圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述相差DR成像系統(tǒng)是狹縫掃描相差DR成像系統(tǒng)，其中所述三個(gè)光柵G0、光柵Gl和光柵G2的光柵條的取向平行于所述搖動(dòng)臂的掃描方向，其中來自所述系統(tǒng)在目標(biāo)上單次通過的圖像數(shù)據(jù)集被用于構(gòu)建所述目標(biāo)的多個(gè)圖像，包括吸收對(duì)比圖像、微分相位對(duì)比圖像、相移對(duì)比圖像和暗場(chǎng)圖像中的至少一個(gè)。
9.一種相差數(shù)碼射線照相成像系統(tǒng)，其包括: 射線照相成像用多色X射線源； 包括源光柵GO的射束成形總成， X射線光柵干涉儀，其包括 相位光柵Gl,和 分析柵G2 ;和 分區(qū)X射線檢測(cè)器， 其中在所述分區(qū)X射線檢測(cè)器的位置處，相對(duì)于由所述相位光柵Gl產(chǎn)生的干涉圖案的間距，所述分析柵G2的間距不相等，其中所述相位光柵Gl與所述分析柵G2的相對(duì)位置在目標(biāo)掃描時(shí)不變化，其中N是用于覆蓋所述分析柵G2的一個(gè)周期的步數(shù)，且其中所述目標(biāo)掃描包括N次曝光所述目標(biāo)的至少一部分。
10.一種狹縫掃描相差數(shù)碼射線照相成像系統(tǒng)，其包括: 射線照相成像用多色X射線源； 射束成形總成，其包括， 瞄準(zhǔn)儀， 源光柵G0, X射線光柵干涉儀，其包括 相位光柵Gl,和 分析柵G2 ;和 分區(qū)X射線檢測(cè)器；其中所述三個(gè)光柵(G0、G1和G2)按照使這些光柵的平面與光柵條相互對(duì)齊的方式定位。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的狹縫掃描相差數(shù)碼乳房X射線照相系統(tǒng)，其中所述X射線源、所述射束成形總成、所述光柵干涉儀和所述檢測(cè)器被附接到搖動(dòng)臂以圍繞軸一起旋轉(zhuǎn)，其中所述軸被定位在所述源光柵GO的一側(cè)，與所述分析柵G2相對(duì)，包括與X射線管焦點(diǎn)同軸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的狹縫掃描相差數(shù)碼乳房X射線照相系統(tǒng)，其中對(duì)于所述分析柵G2的N個(gè)位置中的每個(gè)，所述搖動(dòng)臂通過曝光所述分區(qū)X射線檢測(cè)器的M個(gè)依序位置實(shí)施單次FOV掃描以獲得用于構(gòu)建3D圖像的多個(gè)原始圖像數(shù)據(jù)，其中M和N是大于4的正整數(shù)，其中所述分區(qū)X射線檢測(cè)器的M個(gè)依序位置是多個(gè)相鄰重疊位置，其中所述分析柵G2的光柵大體上平行或大體上垂直于X射線束路徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的狹縫掃描相差數(shù)碼乳房X射線照相系統(tǒng)，其中對(duì)于所述分析柵G2的N個(gè)位置中的每個(gè)，所述搖動(dòng)臂通過使用CCD檢測(cè)器按照TDI模式連續(xù)狹縫掃描所述FOV的M個(gè)部分實(shí)施M次FOV掃描以獲得用于構(gòu)建3D圖像的多個(gè)原始圖像數(shù)據(jù)，其中M和N是正整數(shù)，其中所述FOV的M個(gè)部分是所述FOV的依序相鄰位置，其中所述分析柵G2的光柵大體上平行于X射線束路徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的狹縫掃描相差數(shù)碼乳房X射線照相系統(tǒng)，其中所述搖動(dòng)臂通過曝光所述分區(qū)X射線檢測(cè)器的M個(gè)依序位置實(shí)施單次FOV掃描，其中針對(duì)所述分析柵G2的N個(gè)位置中的每個(gè)曝光M個(gè)依序位置中的每個(gè)以獲得用于構(gòu)建3D圖像的多個(gè)原始圖像數(shù)據(jù)，其中M和N是正整數(shù)，其中所述分區(qū)X射線檢測(cè)器的M個(gè)依序位置是多個(gè)相鄰重疊位置，其中所述分析柵G2的光柵大體上平行或大體上垂直于X射線束路徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的狹縫掃描相差數(shù)碼乳房X射線照相系統(tǒng)，其還包括濾光片，其中所述檢測(cè)器是非直接分區(qū)檢測(cè)器或直接分區(qū)檢測(cè)器，其中所述光柵和所述檢測(cè)器彎曲以匹配所述X射線源焦點(diǎn)，其中所述相位光柵Gl和所述分析柵G2彼此之間具有規(guī)定角度，其中所述分析柵G2可線性步進(jìn)或轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)，其中所述第二光柵和所述第三光柵的縱橫比各自大于2:1。
【文檔編號(hào)】A61B6/06GK104244832SQ201380018381
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】葉 K., J. 沃奇克 T., E. 沙菲爾 M., S. 賈德里奇 B., 巴圖林 P. 申請(qǐng)人:卡爾斯特里姆保健公司