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用于干涉測量的X射線成像的補充系統(tǒng)和投影的X射線裝置的制作方法

文檔序號:11812813閱讀:450來源:國知局
用于干涉測量的X射線成像的補充系統(tǒng)和投影的X射線裝置的制作方法

本發(fā)明涉及一種用于在X射線裝置上病人的干涉測量的X射線成像的補充系統(tǒng),該X射線裝置用于產(chǎn)生投影的吸收拍攝,該X射線裝置具有由構(gòu)成焦點的X射線管和具有多個生成像素的探測元件的數(shù)字平面探測器構(gòu)成的發(fā)射器-探測器系統(tǒng)和具有程序存儲器的運算系統(tǒng)。此外,本發(fā)明也涉及一種用于利用發(fā)射器-探測器系統(tǒng)產(chǎn)生投影的吸收拍攝的X射線裝置,該X射線裝置具有前述補充系統(tǒng)。



背景技術(shù):

干涉測量的X射線成像基于引入一個、兩個或多個光柵到X射線成像系統(tǒng)中。典型地,光柵根據(jù)其在光路中的順序被命名為G0、G1和G2。吸收光柵G0靠近X射線源并且在較大的X射線焦點的情況下也確保遵循對于成像必要的相干條件。如果X射線焦點非常小,亦即在<100μm的范圍中,那么不需要吸收光柵并且可以將其去掉。大多情況下吸收光柵被構(gòu)造為一維的由多個并行布置的光柵薄層(也稱為光柵連接片)構(gòu)成的光柵,使得相干條件僅僅沿一個方向被滿足。光柵然而也可以棋盤狀構(gòu)造并且因此在兩個方向上滿足所需的相干條件。

光柵薄層的間隔典型地被設(shè)計成,使得滿足勞厄效應(yīng),從而在圖平面中發(fā)生各個光柵空隙的構(gòu)造上的疊加。

借助于第一相光柵G1使用泰伯效應(yīng),該泰伯效應(yīng)在與光柵G1的確定間隔的情況下產(chǎn)生光柵的自成像。通過在光路中裝入要測量的對象而干擾光柵G1的自成像。由所述干擾可以獲得圖像信息吸收、差動相移以及暗場。

如果利用醫(yī)藥數(shù)字平面探測器,那么一般該探測器的分辨率不足以讀取干涉圖案。因此,另一光柵G2的引入變得必要。該光柵關(guān)于其光柵周期匹配于光柵G1的未經(jīng)干擾的自成像。通過移動光柵、典型地光柵G2并且讀取沒有對象的圖像和具有對象的圖像可以獲得圖像信息。原則上為了產(chǎn)生干涉測量的X射線顯示已知具有相應(yīng)安裝的光柵裝置的X射線裝置。例如對此參照專利申請DE 10 2006 015 355 A1或印刷文獻Pfeiffer“Phase retrieval and differential phase-contrast imaging with low-brillance X-ray sources”2006年自然物理258-261頁。

在那里示出的X射線裝置的問題在于,X射線裝置的結(jié)構(gòu)是非常成本密集的,因為在那里所需大小的X射線光學(xué)光柵的制造是非常昂貴的并且當(dāng)前僅僅可以生產(chǎn)50毫米x50毫米大小的光柵。多個這樣的光柵的模塊式組裝同樣隱藏著大問題。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

因此本發(fā)明的任務(wù)在于尋找如下解決方案,利用該解決方案可以至少在利用在那里應(yīng)用的數(shù)字平面探測器的較小的部分區(qū)域的情況下利用簡單的已經(jīng)存在的投影X射線裝置以用于產(chǎn)生干涉測量的X射線成像。

該任務(wù)通過獨立權(quán)利要求的特征解決。本發(fā)明的有利的改進方案是從屬權(quán)利要求的主題。

發(fā)明者已經(jīng)得知,可以給存在的投影X射線裝置配備具有由至少兩個干涉測量的X射線光柵組成的補充系統(tǒng)的數(shù)字平面探測器并且因此執(zhí)行干涉測量的X射線成像。為此例如可以補充乳房X射線照相系統(tǒng)、胸X射線系統(tǒng)或者具有相應(yīng)的移動光柵套件的C形臂系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明在此也相應(yīng)地通過程序補充來支持X射線裝置的運行程序,使得X射線裝置的計算機附加地用于控制補充裝置并且也承擔(dān)在干涉測量中圖像數(shù)據(jù)的分析。借助于可以通過這樣的補充系統(tǒng)執(zhí)行的干涉測量,于是可以除了正常的吸收圖像之外也產(chǎn)生差分相圖以及暗場圖。為了分析可以合并至少兩個或所有三個圖像或者將其平行并排地顯示。根據(jù)在此應(yīng)用的投影X射線裝置,該干涉測量的X射線圖顯示同樣是投影顯示。

因此,發(fā)明者提出一種用于在X射線裝置上病人的干涉測量的X射線成像的補充系統(tǒng),該X射線裝置用于產(chǎn)生投影的吸收拍攝,該X射線裝置具有由構(gòu)成焦點的X射線管和具有多個生成像素的探測元件的數(shù)字平面探測器構(gòu)成的發(fā)射器-探測器系統(tǒng)和具有程序存儲器的運算系統(tǒng),該補充系統(tǒng)具有:

- 移動光柵套件,具有:

--第一干涉測量X射線光柵;

--第二干涉測量X射線光柵,其與第一X射線光柵間隔地沿發(fā)射方向布置;以及

--移動裝置,用于在第二X射線光柵的平面中在至少一個探測元件之上逐步移動第二X射線光柵;

- 以及計算機程序,用于存儲和執(zhí)行在運算系統(tǒng)中,該運算系統(tǒng)控制補充裝置并且創(chuàng)建至少一個干涉測量的X射線顯示。

原則上可以的是,如果在X射線裝置中應(yīng)用的焦點足夠小得滿足所需的相干條件,那么利用上述補充系統(tǒng)實現(xiàn)投影的干涉測量成像。然而如果應(yīng)用的X射線管具有太大的焦點,那么存在如下可能,即在X射線管上安裝具有吸收光柵的光柵附件,以便在光柵層狀結(jié)構(gòu)的情況下沿至少一個方向滿足相干條件。替代地也可以選擇棋盤式結(jié)構(gòu),使得滿足沿兩個方向的相干條件。該措施也允許應(yīng)用X射線管,該X射線管帶來足夠高的劑量率,以便為了干涉測量成像不需要太長的測量時間。

在吸收光柵的應(yīng)用中可以有利的是,吸收光柵在光柵附件中可移動地布置。于是例如該光柵為了干涉測量檢查可以被移動或傾斜到光路中,而在常規(guī)吸收拍攝中從光路中除去。

補充系統(tǒng)此外可以被設(shè)計成,使得具有兩個干涉測量的光柵的光柵套件被構(gòu)造用于直接放置到平面探測器上。在大多數(shù)情況下,平面探測器在投影的吸收成像的情況下相對靠近病人地放置。然而因為光柵套件基于在兩個干涉測量光柵之間所需的間隔具有不可忽略的結(jié)構(gòu)高度,所以在應(yīng)用補充系統(tǒng)的情況下必須維持在平面探測器與病人之間的相應(yīng)間隔,以便可以在其間放置光柵套件。由于被用于檢查的光路的擴散度,相應(yīng)地也產(chǎn)生利用光柵套件檢查的區(qū)域的增大,該增大例如在乳房X射線照相檢查的情況下典型地位于1.3倍至2倍的增大系數(shù)的范圍中。

在大多數(shù)情況下,根據(jù)本發(fā)明的補充系統(tǒng)被設(shè)計成,使得光柵套件在平面探測器上覆蓋平面探測器的僅僅一個部分區(qū)域。相應(yīng)所需的是,確定光柵套件的位置。為此可以根據(jù)本發(fā)明設(shè)有位置識別系統(tǒng),該位置識別系統(tǒng)示例性地安裝在光柵套件和/或平面探測器上并且應(yīng)存在位置顯示系統(tǒng),使得直接在病人上或者在其圖像顯示上顯示由補充系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域。在此形成在套在平面探測器上的光柵套件與在病人上的干涉測量掃描的區(qū)域的位置顯示之間的耦合。替代或附加于在病人上的顯示,也可以在顯示屏上根據(jù)光柵套件在平面探測器上的定位在病人攝影圖像拍攝中或之前產(chǎn)生的吸收X射線拍攝中顯示由光柵套件所覆蓋的區(qū)域。由此操作人員可以容易地進行干涉測量光柵的所期望的定位。

相應(yīng)地,位置識別系統(tǒng)可以具有位置傳感器,所述位置傳感器集成在平面探測器中并且探測光柵套件中的位置生成器。此外,用于產(chǎn)生光標(biāo)的裝置可以安裝在X射線管的區(qū)域中,X射線管將光柵套件的位置投影到檢查對象上。

在另一變型中,計算機程序也可以模仿如下方法,利用該方法在檢查對象的之前拍攝的投影X射線吸收圖像中標(biāo)記特別感興趣的區(qū)域,并且該區(qū)域通過用于產(chǎn)生光標(biāo)的裝置顯示在平面探測器上,使得光柵套件為了產(chǎn)生該區(qū)域的至少一個干涉測量的X射線圖顯示可以被定位,其中該至少一個干涉測量的X射線圖顯示可以是相圖和/或差分相圖和/或暗場圖和/或吸收圖,該圖由干涉測量的測量數(shù)據(jù)獲得。在此指出,在干涉測量X射線圖顯示概念下的前述圖像的組合、必要時加權(quán)組合也屬于本發(fā)明的范圍。在此不僅可以自動實現(xiàn)加權(quán)而且可以通過至少一個加權(quán)系數(shù)的手動調(diào)節(jié)影響加權(quán)。

除了上述補充裝置之外,發(fā)明者也提出一種X射線裝置,該X射線裝置被構(gòu)造用于投影的吸收成像,并且具有擁有構(gòu)成焦點的X射線管和擁有多個生成像素的探測元件的數(shù)字平面探測器的發(fā)射器-探測器系統(tǒng)和擁有程序存儲器的運算系統(tǒng),其中X射線裝置具有根據(jù)本發(fā)明的補充系統(tǒng),以用于附加地產(chǎn)生至少一個上述干涉測量的X射線圖顯示。

特別是提出,將補充系統(tǒng)與乳房X射線照相系統(tǒng)、C形臂系統(tǒng)或具有壁式三腳架的胸X射線裝置組合。

在此特別是有利的是,該X射線裝置在其平面探測器上具有用于光柵套件的自動定位裝置,該自動定位裝置被實施成,使得該自動定位裝置根據(jù)之前的輸入在之前拍攝的吸收拍攝上定位光柵套件。在此,在補充的計算機軟件中存在相應(yīng)例程,所述例程執(zhí)行光柵套件的自動定位。

附圖說明

在下文中根據(jù)優(yōu)選實施例借助于附圖進一步描述本發(fā)明,其中僅僅顯示對于本發(fā)明的理解必要的特征。應(yīng)用以下附圖標(biāo)記:1:X射線裝置;2:平面探測器;2.1探測元件;3:光柵套件;4:壓緊板;5:壓緊板;6:檢查對象;6.1病人;7:焦點;7.1:X射線管;7.2:拍攝和顯示系統(tǒng);8:光柵附件;9:特別感興趣的區(qū)域;10:光錐;10.1受限的光錐;11:計算機/運算系統(tǒng);12:移動裝置;13:可移動的遮光物;14:傳感器/執(zhí)行器;15:部分區(qū)域;G1:吸收光柵;G1:第一干涉測量光柵;G2:第二干涉測量光柵;Prg1-Prgn:計算機程序。

具體地:

圖1示出具有用于干涉測量的X射線成像的補充系統(tǒng)的乳房X射線照相系統(tǒng)的示意圖;

圖2示出具有用于干涉測量的X射線成像的補充系統(tǒng)的C形臂系統(tǒng)的示意圖;

圖3示出具有用于干涉測量的X射線成像的補充系統(tǒng)的胸X射線裝置的示意圖。

具體實施方式

在圖1中,在第一實施變型中示意地示出乳房X射線照相系統(tǒng)1,其中借助于焦點7在未進一步示出的X射線管處產(chǎn)生光錐10,該光錐朝向電子平面探測器2。平面探測器2具有多個探測元件2.1,所述探測元件布置在一個平面中,使得每個探測元件2.1為了圖像再現(xiàn)產(chǎn)生X射線成像的像素。在焦點7之后的光路中在X射線管上布置具有吸收光柵G0的光柵附件8,該吸收光柵G0借助于多個平行布置的光柵連接片或光柵薄層產(chǎn)生多個非常窄的X射線源并且因此滿足用于干涉測量檢查的相干條件。檢查對象、即女性病人的乳房6位于兩個壓緊板4與5之間,如在乳房X射線照相的X射線拍攝中通常的那樣?;谥暗腦射線吸收成像發(fā)現(xiàn)特別感興趣的區(qū)域9,該區(qū)域利用在此示出的干涉測量檢查應(yīng)更準(zhǔn)確地被考慮。相應(yīng)地在乳房與平面探測器2之間的移動光柵套件3引入到光路中。乳房由此要檢查的區(qū)域相應(yīng)于平面探測器2上的部分區(qū)域15,光柵套件3被投影到該部分區(qū)域上。相應(yīng)受限的光錐10.1點劃線示出。第一干涉測量光柵G1和與之間隔的第二干涉測量光柵G2沿發(fā)射方向依次平面平行布置地位于光柵套件3中。在本實施例中,第二光柵G2與一個或多個執(zhí)行器形式的移動裝置12連接,利用該移動裝置可以在每次測量之前逐步移動光柵,以便由位于其后的探測元件的吸收值以本身已知的方式提取X射線輻射的相信息。

原則上提出,兩個光柵G1和G2相互以預(yù)給定的固定間隔布置,該間隔匹配于用于檢查的X射線能量。在本發(fā)明的范圍中自然也存在移動光柵套件的變型,該移動光柵套件附加地設(shè)置調(diào)節(jié)裝置用于在光柵G1與G2之間可調(diào)節(jié)的間隔,以便可以對不同X射線能量的匹配。

因為現(xiàn)在可以生產(chǎn)良好質(zhì)量的僅僅直至50毫米×50毫米大小的光柵并且多個模塊化的單個光柵組合為一個大光柵僅僅非常昂貴地在良好質(zhì)量的情況下是可實現(xiàn)的,所以在平面探測器上的由光柵套件所覆蓋的部分面積優(yōu)選也在該數(shù)量級上運動。因為此外為了干涉測量必須應(yīng)用相對高的劑量率,所以該實施例附加地還描述一種可選的遮光系統(tǒng),該遮光系統(tǒng)具有多個可單獨移動的遮光物13,所述遮光物優(yōu)選自動地基于光柵套件3的所進行的定位或者已經(jīng)基于在顯示屏上定義的特別感興趣9的區(qū)域被調(diào)節(jié)。

由乳房X射線照相原則上已知所謂的放大桌,乳房放置在該放大桌上并且從上借助于壓縮板壓縮。在應(yīng)用該放大桌的的情況下可以通過放大桌代替上探測器蓋板,以便將圖像信號由于附加吸收器的弱化保持盡可能小。根據(jù)本發(fā)明可以應(yīng)用具有這樣的放大桌的光柵套件3并且將其插在探測器與放大桌的壓縮板之間。替代地,光柵套件也可以集成到這樣的可變化放置的放大桌中,其中優(yōu)選地于是也可以安裝用于光柵套件3的自動定位裝置。

在本實施例中,光柵套件3經(jīng)由電纜連接與計算機11連接,使得該計算機借助于在其中存儲和執(zhí)行的程序Prg1-Prgn除了控制乳房X射線照相系統(tǒng)之外也可以控制補充裝置。原則上自然也在本發(fā)明的范圍中存在的是,補充裝置的這樣的連接無線地、例如經(jīng)由安全的藍牙或WLAN連接發(fā)生。自然為此必須在補充系統(tǒng)中、特別是在光柵套件3中并且在計算機11中存在通常的發(fā)送器和接收器。

通過在此描述的具有用于干涉測量檢查的附加的補充裝置的乳房X射線照相系統(tǒng),通過成本有利的方式開啟通過附加的干涉測量的圖像信息改善的差動診斷,所述圖像信息例如以用于選擇的病人部分區(qū)域的相對比拍攝或暗場拍攝的形式。提出的補充系統(tǒng)在此可以簡單地與已經(jīng)存在的乳房X射線照相系統(tǒng)一起應(yīng)用。

在補充系統(tǒng)的另一應(yīng)用中,也可以將該補充系統(tǒng)結(jié)合本身已知的C形臂系統(tǒng)1來使用,如示例性地在圖2中所示那樣。C形臂系統(tǒng)1具有可動的布置在C形臂上的發(fā)射器-探測器系統(tǒng),該發(fā)射器-探測器系統(tǒng)由X射線管7.1和對置的數(shù)字平面探測器2組成。在X射線管7.1上布置有光柵附件8,在需要時可前置的吸收光柵G0位于該光柵附件中。此外,在X射線管上也還安裝有基于光的拍攝和顯示系統(tǒng)7.2,借助于該拍攝和顯示系統(tǒng)可以在計算機11的顯示屏上顯示位于病榻上的病人6.1并且借助于該拍攝和顯示系統(tǒng)可以在病人6.1上產(chǎn)生光標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明此外將光柵套件3放置到平面探測器2上,兩個干涉測量光柵G1和G2位于在該光柵套件中。此外,在探測器2上安裝有用于光柵套件3的兩個傳感器和/或執(zhí)行器14,使得一方面可以探測光柵套件3的位置和/或可以將該位置通過計算機11的控制來驅(qū)控。根據(jù)光柵套件3的必要時手動或半手動的定位,于是可以借助于拍攝和顯示系統(tǒng)7.2在病人6.1上顯示光柵套件3的投影的位置。替代地,也可以通過病人6.1在計算機11上的圖像或X射線顯示的相應(yīng)標(biāo)記由操作人員或自動確定光柵套件3的所期望的位置,使得該系統(tǒng)由此進行光柵套件3的正確定位。根據(jù)光柵套件3的定位也可以將從X射線管出發(fā)的光束借助于可控的遮光物限于探測器2的要干涉測量檢查的部分區(qū)域。

要補充說明的是,可以有利的是,將光柵套件3不固定在相對不穩(wěn)定的C形臂上而是直接在C形臂的懸掛裝置上或者直接在檢查空間的頂部或底部上固定。基于相比于C形臂的小的重量,可以調(diào)節(jié)穩(wěn)定得多的定位并且在時間上更好地獲得該定位。具有光柵G1和G2的光柵附件3可以因此平行于C形臂運動,但是與該C形臂在振動技術(shù)上去耦。這因此是有利的,因為振動或相對運動的影響強烈地依賴于在哪些對象之間出現(xiàn)相對運動。在光柵G1與G2之間需要最大穩(wěn)定性,因為在此幾微米的相對運動已經(jīng)負(fù)面地影響圖像質(zhì)量。反之,在管與探測器之間的一至兩個數(shù)量級的相對運動可以更高,而不強烈地影響圖像質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明的補充系統(tǒng)的另一應(yīng)用可能參照圖3來描述,該圖3示意地示出胸X射線裝置1。這樣的胸X射線裝置在專業(yè)圈子中也被稱為壁式布凱濾線器立柱(Bucky-Wall-Stand)。該胸X射線裝置具有在可移動的桿上固定的X射線管7.1,光錐10從該X射線管——通常沿水平定向——定向到對置的平面探測器2上。平面探測器2在此經(jīng)由在此未進一步示出的機械裝置與X射線管7.1耦合,使得平面探測器2總是隨著X射線管7.1的垂直運動一起運動,而X射線管7.1的自由水平運動是可以的。在這樣的運動中僅僅光錐10的擴展借助于可調(diào)節(jié)的遮光物改變,以便在探測器之外不輸出不必要的射束劑量。

根據(jù)本發(fā)明,光柵套件3位于探測器2之前,該光柵套件對于平面探測器2的部分區(qū)域15能實現(xiàn)干涉測量檢查。在此,兩個光柵G1和G2可以以需要的間隔固定安裝,兩個光柵可以以不同的預(yù)給定的間隔推進或者也可以存在自動調(diào)節(jié)裝置,該調(diào)節(jié)裝置自動調(diào)節(jié)光柵的間隔。該裝置被構(gòu)造成,使得光柵G1和G2以高度精確相對定向。通過焦點或吸收光柵到探測器的路段的自動測量,此外可以實施光柵G1與G2的自動重新定位,以便遵循對于干涉測量檢查所需的間隔關(guān)系。

在光柵套件3中又安置兩個光柵G1和G2,其中在此光柵G1可移動地布置。基于X射線光錐10或受限的X射線光錐10.1的擴散度,存在用于移動裝置12的略微更多的空間。

原則上也可以在此在病人6.1之前應(yīng)用用于光柵套件3的自動的定位裝置和/或位置確定裝置和/或基于光的拍攝和/或顯示系統(tǒng),以便以期望的方式手動地、半自動或全自動地實施光柵套件3的定位。

干涉測量檢查本身于是在使用附加的在計算機11中安裝的計算機程序Prg1-Prgn的情況下執(zhí)行。結(jié)果也可以在此產(chǎn)生所選擇的部分區(qū)域的相對比和暗場拍攝,相對比和暗場拍攝可以單獨地或加權(quán)組合地或者與吸收拍攝組合地顯示。

特別是在此所述的補充系統(tǒng)也可以結(jié)合移動探測器應(yīng)用,移動探測器可以以已知方式推進到壁式布凱濾線器立柱中。

雖然本發(fā)明詳細地通過優(yōu)選實施例進一步闡明和描述,但是本發(fā)明不通過公開的例子限制并且本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以由此導(dǎo)出其他變型,而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。

附圖標(biāo)記列表:

1 X射線裝置

2 平面探測器

2.1 探測元件

3 光柵套件

4 壓緊板

5 壓緊板

6 檢查對象

6.1 病人

7 焦點

7.1 X射線管

7.2 拍攝和顯示系統(tǒng)

8 光柵附件

9 特別感興趣的區(qū)域

10 光錐

10.1 受限的光錐

11 計算機/運算系統(tǒng)

12 移動裝置

13 可移動的遮光物

14 傳感器/執(zhí)行器

15 部分區(qū)域

G0 吸收光柵

G1 第一干涉測量光柵

G2 第二干涉測量光柵

Prg1-Prgn: 計算機程序。

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