CN103648388A - 相位对比度成像设备 - Google Patents

Abstract

一种X射线成像***包括X射线源；X射线探测器，其包括被布置在所述X射线探测器的第一方向上的多个探测器带，每个探测器带还包括被布置在所述X射线探测器的第二方向上的多个探测器像素；相位光栅；多个分析器光栅，其包括光栅狭缝；相位光栅，并且多个分析器光栅包括光栅狭缝，其中，所述X射线源和所述X射线探测器适于在所述第一方向上执行关于对象的扫描运动，以扫描所述对象，其中，分析器光栅被布置在X射线源与X射线探测器之间，其中，所述多个分析器光栅（162）中的每个被布置为与具有被布置在所述第二方向上的所述光栅狭缝的相应探测器带相关联，并且其中，所述探测器带的所述分析器光栅的所述光栅狭缝在所述第二方向上相对彼此被移位。

Description

相位对比度成像设备

技术领域

本发明总体上涉及一种在***摄影、断层合成、放射摄影领域中的改进的X射线成像设备，其中，实现了相位对比度成像能力。

背景技术

在现有技术中，已经提出在X射线成像中使用相位对比度，以增加例如***摄影应用中的信噪比（SNR）。医学X射线成像常受到由严格剂量约束引起的小对比度差异和高噪声的限制。对低对比度肿瘤构成主要探测目标的***摄影来说尤其如此，并且由于探测困难，大量肿瘤被遗漏或误诊。由于在很多情况下在软组织中的相移基本大于吸收，因此在医学应用中使用相位对比度成像是具有前景的，以便增加SNR。

国际专利申请WO2008/006470A1描述了X射线干涉仪的使用，其中，能够从被扫描对象中采集X射线图像。在本文中，机构包括用于评估基于像素105p的强度的模块，以便通过将每个像素105p表征为例如主导的相位对比度或吸收对比度来识别对象108的特征。在有关检查移动传送带上的行李的一个应用中，包括线状探测器105阵列和多个子光栅的机构被布置在对象108与线状探测器105之间，其中，每个子光栅在其垂直于光栅线的位置上偏移。以这种方式，在扫描期间，被检查的行李沿着垂直于光栅线的方向移动，其中，要求一个扫描运动，以采集相位对比度和吸收对比度数据。

以上描述的技术存在很多缺点。首先，解决方案要求制造在物理上长的子光栅G1_n和G2_n，其在成本和时间方面消耗资源。

另一缺陷是如果提出的机构在***摄影应用中直接实现，则提出的机构有可能引起因扫描方向对相位对比度探测方向导致的相位探测中的误差。当分析固定的对象108（诸如乳腺）时，需要在扫描方向上关于对象108移动机构，以创建对象的X射线图像，而不是在WO2008/006470A1中的其他方式。申请人在文献X中能够看到具有吸收对比度功能的扫描X射线***摄影成像***的范例。在WO2008/006470A1中，扫描方向被设置为垂直于子光栅的光栅线，并且因此垂直于被探测的干涉条纹163。由于扫描方向是变化的方向，众所周知，任何***（包括扫描***）通常在扫描方向上引入更多干扰。由于扫描臂103的重力分量将关于分束器122在探测器105/分析器光栅162上引起扭矩，因此，另一干扰源是在移动的扫描臂103上的重力本身。因此，由于重力在分析器光栅162和分束器122之间的小偏移还将在相位探测中引起误差。总之，为了减少这些干扰如在现有技术中的机构需要对扫描精度有非常高的要求，其将使这些产品的制造更昂贵并且耗时。

现有技术的又一缺陷是使用相位对比度（尤其在***摄影应用中寻找）的全部潜在能力没有得到利用。使用相位对比度成像的主要优点之一是减少了在高空间频率的噪声，即，改善的探测小特征的能力。在扫描***中，因为最常实现持续读出，因此，在扫描方向上，空间分辨率通常较低。

发明内容

本发明的目的是缓解现有技术缺点中的一些并且提供用于X射线成像改进的装置。根据一个实施例，X射线成像***包括X射线源，X射线探测器，其包括被布置在X射线探测器的第一方向上的多个探测器带，每个探测器带还包括被布置在X射线探测器的第二方向上的多个探测器像素；相位光栅；多个分析器光栅，其包括光栅狭缝；相位光栅，以及包括光栅狭缝的多个分析器光栅，其中，X射线源和X射线探测器适于在第一方向上执行关于对象的扫描运动，以便扫描对象，其中，分析器光栅被布置在X射线源与X射线探测器之间，其中，多个分析器光栅（162）中的每个被布置为与具有被布置在第二方向上的光栅狭缝的相应探测器带相关联，并且其中，探测器带的分析器光栅的光栅狭缝在第二方向上相对彼此被移位。

根据另一实施例，X射线成像***（101）包括X射线源（104）、被布置在X射线探测器（105）的第一方向上的X射线探测器（105）（1包括多个探测器带（105）a），每个探测器带（105）a还包括被布置在X射线探测器（105）第二方向上的多个探测器（105）像素（105p）；相位光栅（161）；以及包括光栅狭缝的多个分析器光栅（162）；其中，（1）X射线源（104）和X射线探测器（105）适于在第一方向上执行关于对象（108）的扫描运动，以便扫描对象；其中，分析器光栅（162）被布置在X射线源（104）与X射线探测器（105）之间，其中，多个分析器光栅（162）被布置为与具有被布置在第二方向上的光栅狭缝的相应探测器带（105a）相关联，并且其中，探测器带（105a）的分析器光栅（162）的光栅狭缝在第二方向上相对彼此被移位。

根据另一实施例，当扫描对象（108）时，沿多个探测器带（105a）的所述分析器光栅（162）的光栅狭缝的所述移位对由相位光栅生成并且由所述对象（108）中的相位梯度移位的整个条纹周期（163d）的干涉条纹（163）进行采样。

根据另一实施例，在第一方向具有分析器光栅的两个连续探测器带的分析器光栅的光栅狭缝以***方式在第二方向相对彼此被移位，其中，***方式包括定义的移位距离。

根据另一实施例，移位距离（d）是条纹周期p_f的一部分，使得其中，N是探测器带的数量，使得覆盖整个条纹周期163d。

根据另一实施例，移位距离（d）在

之间，优选

根据另一实施例，两个连续探测器带的分析器光栅的光栅狭缝以任意方式在第二方向相对彼此被移位，其中，任意方式包括随机移位。

根据另一实施例，当汇总时，随机移位的分析器光栅（162）的光栅狭缝均匀分布在整个条纹周期上。

根据另一实施例，在第一方向上具有分析器光栅的两个连续探测器带是两个相邻的探测器带。

根据另一实施例，在第一方向上具有分析器光栅（162）的两个连续探测器带（105a）在第一方向上在探测器带（105a）中随机地或任意地被移位。

根据另一实施例，***适于被校准，使得由此建立分析器光栅的精确位置。

根据另一实施例，分析器光栅被布置在所有探测器带上。

根据另一实施例，***还包括前准直器和后准直器，其中，前准直器被布置在分析器光栅和相位光栅之间，并且后准直器被布置在分析器光栅与X射线探测器之间。

根据另一实施例，所述***还包括被布置在X射线源与相位光栅之间的源光栅。

根据另一实施例，探测器（105）适于对撞击在探测器带（105a）上的光子进行计数并且生成对应于撞击光子的能量的信号，并且其中，控制单元（121）适于接收所述信号并且关于在每个能量处的效率向相位对比度图像效应分配权重，和/或其中，控制单元121适于关于在每个能量处的效率向相位对比度图像效应分配权重。

根据另一实施例，控制单元（121）适于向相位对比度图像效应分配第一能量间隔内的光子的更高权重，其中，相位对比度是更优化的，和/或其中，控制单元适于向吸收对比度效应分配第二能量间隔内的光子的更高权重，其中，吸收对比度是更优化的。

根据另一实施例，第一能量间隔和第二能量间隔由光子能量的第一较低阈值和光子能量的第二较高阈值进行定义，其中，每个探测器带的每个探测器像素被连接到比较器和计数器，其包括至少两个阈值，以将信号与所述阈值进行比较，并且对第一能量间隔和第二能量间隔内的所述光子进行计数。

根据另一实施例，探测器适于对撞击在探测器带上的每个光子进行计数并且生成对应于每个撞击光子的能量的信号，并且其中，能量间隔内的光子包括较低能量阈值、较高能量阈值，其中，间隔包括用于被读出的相位对比度的最优能量，以增强相位对比度图像效应。

根据另一实施例，能量分布取决于X射线源的设置电压或取决于乳腺的厚度，其中，控制单元适于（例如从基于对象的厚度来优化电压的自动曝光控制中）接收包括有关设置电压的信息的信号和/或接收包括有关乳腺厚度的信息的信号，并且基于这个信息调整较低能量阈值和较高能量阈值。

根据另一实施例，第一能量间隔包含比第二能量间隔更高的光子能量。

根据另一实施例，至少一个分析器光栅被布置在整个探测器上的第一交叉方向上。

根据另一实施例，所述***还包括至少一个可移动的压缩板，其中，压缩板适于将对象（诸如乳腺）移动到进一步远离分析器光栅的位置，以增加相位对比度图像效应。

根据另一实施例，至少一个压缩板适于在分析器光栅与前准直器或相位光栅之间的范围内移动对象。

根据另一实施例，所述***还包括控制单元，其适于移动压缩板至使相位对比度与吸收对比度的比率得到优化的位置。

根据另一实施例，至少一个压缩板适于被布置在对象下方。

根据另一实施例，提供扫描臂，其中，X射线源被布置在扫描臂的第一位置上，并且X射线探测器被布置在扫描臂的第二位置上。

根据另一实施例，相位光栅被布置在扫描臂上，以便在第一方向上在扫描运动期间关于对象跟随扫描臂。

根据另一实施例，相位光栅被布置为固定的，其中，在扫描运动期间，扫描臂在第一方向上关于对象和相位光栅移动。

根据另一实施例，分析器光栅被布置在多个探测器带的每个上。

根据另一实施例，分析器光栅通过如同卡扣连接被连接到多个探测器带中的每个。

根据另一实施例，分析器光栅（162）被布置为朝向X射线源（104），其中，分析器光栅（162）的倾斜方向基本等于多个探测器带（105a）相对于X射线源（104）的（一个或多个）倾斜角。

根据另一实施例，每个分析器光栅162包括若干较小的单元，其适于在制造分析器光栅162期间彼此连接。

附图说明

现在，以范例的方式，参照附图来描述本发明，在附图中：

图1示出了X射线成像***的概图

图2a示出了对应于相位对比度平面在x-z平面上建立的X射线成像***的示意图

图2b示出了对应于吸收对比度平面在y-z平面上如图2a中所见的建立的X射线成像***的示意图

图3a示出了一部分探测器和相邻探测器带的分析器光栅的***移位。

图3b示出了一部分探测器和不相邻探测器带的分析器光栅的***移位。

图3c示出了一部分探测器和相邻探测器带的分析器光栅162的随机移位。

图3d示出了一部分探测器和以交叉方式被布置在垂直方向上的分析器光栅的***移位。

图4a示出了探测器和用于能量加权的机构。

图4b示出了X射线源的光子的能量分布。

图5示出了位于两个备选位置上的压缩板。

具体实施方式

在下文中将给出本发明的详细描述。

图1基于在一个方向上扫描像场的光子计数探测器105，图示了根据一个实施例的X射线成像***101。根据这个实施例的***基于由申请人开发的用于X射线成像的现有扫描***，从而，所述***具有与例如从文献US7496,176中已知的相同的外部特征。由此，所述***包括被布置在外壳中的X射线源104、患者支撑物和前准直器106a的外壳以及压缩板107a、107b。准直器被布置在准直器支撑物上，并且患者支撑物包括探测器105，所述探测器105包括多个探测器带105a。X射线源104和探测器105基本上被布置在扫描臂103的相应端部，因此被布置为随位于中心的X射线源104径向地被移位。通过横穿像场扫描探测器105并且应用吸收对比度原理来采集图像。每当探测器105扫描了预定义的距离，收集的光子计数的数量被读出并且重置计数器。然而任何其他类型的X射线***可以实现本文中描述的相位对比度成像能力，优选具有扫描运动的***，通过利用X射线射束来辐照对象以覆盖并且生成对象的图像。

公开了本发明的一个实施例的图2a示出了能够实现相位对比度成像的X射线成像***101横截面的示意图，如图中所见，在如坐标系定义的x-z平面上建立所述横截面的示意图。根据这个实施例的***包括塔尔博特干涉仪机构，以及由此基于所谓的塔尔博特干涉测量法，也被称为光栅干涉测量法、基于光栅的相位对比度成像，或通过在光束122路径中放置多个光栅而生成的微分相位对比度成像，其中，通过强度差推测相移。如图1中所见，X射线源104位于中心，沿径向路径的扫描方向被定义在y-z平面上，在图2b中由箭头指示。在图2a中，X射线源104被布置在***的最上位置，其辐射被布置在图中最低位置的探测器105。X射线源104放射X射线辐射射束122。在一个实施例中，源光栅160被布置为在朝向探测器105的X射线辐射场的方向上从X射线源104稍微被移位。源光栅160线在y方向上延伸。源光栅160的目的是生成小型X射线源104的阵列，其与单个小型X射线源104相比基本上提高了光子经济性，没有降低相干性。在X射线辐射场的方向上进一步下移，布置相位光栅161（有时指示分束122器）被布置为具有以下目的：引入被称为塔尔博特自身图像的效应，其是在与光栅相距周期距离处出现并且与光栅带（也被称为光栅线）平行的干涉条纹163。前准直器106a可以被布置为基本相邻于相位光栅161，如在该实施例中所见，以通过仅照射利用探测器能够看到的对象的部分来进一步加强剂量效率。为了便于理解相位对比度效应的操作，根据该实施例，范例性三角形对象108被布置在相位光栅161与探测器105之间，然而所述对象108也可以被布置在X射线源104和相位光栅161之间，并且实现类似的效应。在***摄影应用中，对象108对应于例如乳腺。分析器光栅162被布置在如在朝向相位光栅161的方向上所见的略高于探测器105。分析器光栅线162a在对应于扫描方向y的第一方向上延伸，而分析器光栅162的多个光栅狭缝（即开口162b）在垂直于扫描方向的第二方向x上延伸，而分析器光栅162在第一方向上比在第二方向上延伸更长的距离。如在图2a中能够看到的，分析器光栅162的间距162d被称为光栅的两个相邻闭合162c中心之间的距离，或换言之，其被称为在光栅中一个开口和一个闭合162c的宽度的总长度。第二后准直器106b可以被布置在分析器光栅162与探测器105之间，以进一步减少光子散射，并且从而改善剂量效率。由此，如图中所见的，相位光栅161被由源光栅160覆盖的X射线源104照射并且引起干涉条纹163。在对象中，条纹163通过相位梯度（即，相移的衍生物）被移位，并且条纹周期163d保持不变。被布置为与探测器105相关联的分析器光栅162的细间距162d能够用于导出条纹移位并且由此导出相移。

对于由点源引起的球面射束122，所谓的塔尔博特距离是：

$d_n=\frac{D_{n}L}{L-D_n},$ 其中， $D_n=\frac{{{\mathrm{np}}_1}^2}{2{\mathrm{\η}}^2\mathrm{\λ}},n=\mathrm{1,3,5},...$

其中，L是源到光栅的距离，n是塔尔博特顺序，p₁是相位光栅161的间距162d，λ是X射线波长，并且η是取决于相位光栅161类型的参数。

根据一个实施例，假设π相移相位光栅161，其隐含η=2。对于π/2-移相位光栅161，η=1。

干涉条纹163的周期是

$p_f=\frac{P_{f}L}{L-D_n},$ 其中， $p_f=\frac{p_1}{\mathrm{\η}}$

同样，P_f=p_f(L→∞)是针对平面入射波的条纹周期163d。如果利用具有S宽度和间距162d的开口162b的源光栅160覆盖源

$p_0=p_f\frac{L}{D_n}$

从不同源狭缝生成的塔尔博特图像重合并且生成更高的通量，其与在相位对比度成像中抑制曝光时间相关。

当在射束122中引入相移对象108时，其被折射角度α=Φ′λ/2π，其中Φ′是对象的微分相移。对于小α，折射引起在与对象距离Λd_n处的条纹移位

${\mathrm{\Δp}}_f\≈{\mathrm{\Λd}}_n\×\mathrm{\α}={\mathrm{\Λd}}_n\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\Φ}}^{\′}$

其中，Λ的范围从针对对象108被放置在与探测器105相接触的0到针对对象108处于相位光栅161或相位光栅161上游的1。条纹163作为x的函数是周期性的，即，根据实施例在机构中的x方向上。由此，对象108中的相位梯度导致条纹163的相移，其能够被测量，以通过在分析器光栅162后方感测的强度变化来获得Φ′。相移Φ可以通过对Φ′的积分来获得。理论上不必在探测器105前放置分析器光栅162，以便探测器105感测条纹移位；然而它减少了探测器105的分辨率要求。实际上，具有足够分辨率以探测Δp_f的探测器105制造起来困难且昂贵。包括分析器光栅162在过去使用的一个方法是分析器光栅162在x方向上进行步进式运动，直到由分析器光栅162的开口162b覆盖整个条纹周期163d，优选在至少M=3的测量或步骤。这些方法通常称为相位步进方法。

图2b示出了在y-z平面上如在图2a中所见的X射线成像***101机构的示意图的横截面。根据申请人发展的众所周知的原理，从这个方向，表明所述机构包括多狭缝几何结构，其中，探测器105包括与前准直器106a和后准直器106b的多个狭缝中的每个对齐的多个硅带探测器105。根据一个实施例，21个带探测器105优选在探测器105中使用。分析器光栅162已经被布置在多个探测器带105a中的每个的上方并且与之相关联。如前所述，在y-z平面上，基本在Y方向上，发生扫描运动，如在图中还由箭头示出的。由此该方向适于测量对象的吸收对比度，这将在下文中进一步描述。根据一个实施例，分析器光栅朝向X射线源，以使由分析器光栅的高深宽比导致的损耗最小化，即，以便增加剂量效率并且减少散射，将分析器光栅的开口制作为更加与X射线射束的方向对齐。根据一个实施例，这个方向可以要求分析器光栅倾斜，使得他们基本具有其垂直于入射X射线射束（类似于每个探测器带105a的表面的方向）的开口。

根据一个实施例，每个分析器光栅162包括若干较小的单元，其适于在制造分析器光栅162期间彼此连接。

图3a示出了一部分探测器105，其包括四个探测器带105a，基本在朝探测器105的入射X射线束122的方向上观察该附图，根据图2a和图2b的坐标系基本在负z方向观察该附图。四个分析器光栅162被布置为与这些探测器带105a相关联，即，其被布置为在第二方向x上沿探测器带105a的方式，以利用分析器光栅162的开口162b和闭合162c交替地覆盖和不覆盖探测器带105a。而且，如图中所见的，每个探测器带105a由在x方向上并行布置的多个探测器105像素105p建立。为了便于图示所述机构，像素基本被制作成矩形。然而，它们可以具有任何其他类型的形状。在一个实施例中，分析器光栅162被直接布置在探测器带105a上，例如，通过分析器光栅和探测器带之间的卡扣连接，但是在另一实施例中，在探测器带105a与分析器光栅162之间存在微小距离。在又一实施例中，分析器光栅162被直接布置在后准直器106b上，其继而被直接布置在探测器105上。根据图3a的实施例，分析器光栅162以***方式被布置为在x方向（垂直于扫描方向）上相对彼此稍有移位，其中，所述移位基本等于具有分析器光栅162的两个连续探测器带105a的移位。定义移位距离d，即，沿多个探测器带105a的分析器光栅162的光栅狭缝的移位，使得在扫描运动期间在y方向上扫描对象108时，具有分析器光栅162的多个探测器带105a对由相位光栅生成并且由所述对象108中的相位梯度移位的整个条纹周期163d的干涉条纹163进行采样。以这种方式，由于随y-z平面上的扫描运动扫描x方向上的条纹周期163d，因此根据例如步进扫描方法，在x方向上不要求额外的扫描。

移位d是条纹周期163dp_f的一部分，这部分基本在1与具有分析器光栅162的探测器带105a的数量之间变化，即，使得其中，N是具有分析器光栅162的探测器带105a的数量。根据一个优选实施例，所述移位d在

之间，优选为

在图3a中，由扫描方向y上的直线表示条纹163。直线的最暗部分163a表示条纹函数的条纹最大数163a，并且中间的白色部分163b表示函数的条纹最小数163b。由此，围绕条纹最大数163a的部分表示条纹163的增加/减少强度163c的区域。因此，条纹周期163d由此被定义为例如两个条纹最大数163a之间的距离。图3a的条纹163对于每个探测器带105是相等的，由此其示意性地示出了在不同的时间点扫描对象108中的相同点的每个探测器带105a。事实上，即不可能在扫描期间对应于四个探测器带105a的对象108的区域上所述对象108将是相位均匀的。而是，条纹图案将在每个探测器带105之间变化。根据一个实施例，分析器光栅162的周期与干涉条纹163p_f的周期一样，即，其中，光栅开口162b的宽度对应于条纹163的宽度，即，半个条纹周期163d，包括条纹最大数163a和围绕条纹最大数163a的部分。每个探测器带105a的像素105p适于感测条纹函数的强度并且将相应的信号传递到控制单元121。在附图中，如在探测器带105a1中的像素105p A中，这样的信号可以对应于感测的条纹最大数163a，如例如在探测器带105a2中的像素105p A和B中，对应强度最大数和最小数之间的任何地方的感应强度，或如例如在探测器带105a1的像素105p B中对应强度最小数，如对应于通过控制单元121感测的数据的正方形中示出的。在对象中的相同点处，从来自多个探测器带的经探测的信号推断每个像素中的干涉条纹163的位置。之后通过与参考扫描进行比较，能够计算每个像素中的干涉条纹163的移位。例如在探测器带105a1和探测器带105a2中看到能够如何图示该过程的范例，其中，从相同的探测器带105a中的像素105p中探测涉及强度最大数和强度最小数的两个信号。给定沿每个探测器像素105p的恒定条纹周期163d，唯一解释能够是在两个像素之间的相移中存在差异。根据

能够计算对象中的微分相移Φ′，与参考扫描相比，其中，没有对象或均匀的对象已经被扫描，在针对函数的整个条纹周期上从条纹函数的移位中推断条纹移位Δp_f，其中，对象已经被扫描，即，对象位于X射线束中。之后，通过对Φ′进行积分可以获得对象中的实际相移Φ，其中，对于每个像素105a可以计算相位对比度信号。

根据另一实施例，强度最大数和强度最小数被简单地布置在对应于对象的图像中，其中，相移发生，使成像***的操作员借助该信息来解读并且识别感兴趣区域。在扫描方向上探测吸收对比度，即，通过在要求覆盖整个条纹周期163d的探测器带105a的数量上取平均值，其中，在这些探测器带105a的像素105p上的强度的平均值生成图像一个位置的吸收对比度。

图3b示出了类似于图3a的一部分探测器105，和具有关联的分析器光栅162的两个连续探测器带105a的分析器光栅162的***移位，其中，至少一个探测器带105a被布置在两个连续探测器带105a之间，其上没有布置分析器光栅162。因此，分析器光栅162不需要被布置在探测器105中的每个探测器带105a上，即，在相邻的探测器带105a上，并且由此移位d能够在其上布置分析器光栅162的两个连续探测器带105a之间进行测量。而且，具有分析器光栅162的连续探测器带105a的顺序可以是随机的。然而，具有分析器光栅162的探测器带105a的总数必须足以覆盖干涉条纹163的整个条纹周期163d。根据一个实施例，其中，移位被设置为

将要求至少三个探测器带105a。

图3c示出了类似于图3a的一部分探测器105，但是其中，具有分析器光栅162s的两个连续探测器带105a（在这种情况下相邻探测器带105a）之间的移位d以任意方式在第二方向上相对彼此被移位，其中，任意方式包括随机移位。对移位随机性的仅有限制是当汇总具有分析器光栅162的全部带时，它们对当扫描对象108时由相位光栅生成并且由所述对象108中的相位梯度移位的整个条纹周期163d的干涉条纹163进行采样。就是说，随机移位需要均匀地分布并且范围在整个条纹周期上。为了相位光栅161对具有分析器光栅162随机移位的探测器105的函数成像，***需要相应地校准，使得由生成用于显示图像所必须的数据的处理装置（未示出）已知分析器光栅的精确定位。例如，这样的校准可以通过在X射线射束中放置具有已知相移的测试对象来实现。根据一个实施例，分析器光栅的放置的任何类型（***的或随机的）可以优选地根据该方法或其他方法来校准。以与图3b类似的方式，分析器光栅162的随机移位也可以以随机或任意顺序发生具有分析器光栅162的连续探测器带105a上。

图3d示出了一部分探测器105，其中，仅示出了两个探测器带。如图中所见，分析器光栅162以交叉方式被布置在探测器带105a2的整个长度上，诸如，光栅线被布置在x方向上，以在该方向上覆盖整个像场。具有交叉布置的分析器光栅162的两个探测器带105a2之间的光栅线在扫描方向上在多个探测器带105a上移位距离d₂（未示出），使得由交叉分析器光栅162ds的开口162b覆盖y方向上的整个条纹周期163d。优选地，移位d₂是条纹周期163dP_f2的一部分，在y方向上类似于先前描述的移位d，其中，该部分基本在1与具有交叉的分析器光栅162d的探测器带105a2的数量之间变化，即使得

其中N是具有分析器光栅162的探测器带105a的数量。根据一个优选实施例，移位d在

的范围，优选为

为了针对在y方向上具有分析器光栅的探测器带在该方向上生成干涉条纹163，相应的第二相位光栅161需要被布置为在y方向上具有光栅线。因此，相位光栅的方向需要关于分析器光栅的方向而变化。根据一个实施例，这样的第二相位光栅161可以以交叉方式连同第一相位光栅一起被布置接近于如先前描述的相位光栅161，其中，生成干涉条纹的交叉图案（未示出）。由此，通过借助该机构，在一个单个扫描中，现在随着吸收对比读度探测，有可能在两个维度上进行相位对比度探测，以在被扫描对象中进一步增强探测风险区域和异常的能力。

在图4a中，图示了根据本发明的一个实施例的探测器105布置，以增强相位对比度信息。如先前已经描述的，所谓的塔尔博特距离能够被描述为：

$d_n=\frac{D_{n}L}{L-D_n},$ 其中， $D_n=\frac{{{\mathrm{np}}_1}^2}{2{\mathrm{\η}}^2\mathrm{\λ}},n=\mathrm{1,3,5},...$

光子能量与X射线波长（λ）成反比例。由此λ和d_n之间的关系暗示针对相位光栅161与分析器光栅162之间的给定距离存在最优能量E₀。在根据本发明的一个备选实施例的固定***中，其中，相位光栅161与分析器光栅162之间的相对距离是不可调节的，由于条纹函数的可见性随能量变化，因此相位对比度探测的效率随撞击在探测器105上的光子的能量谱而变化。例如，在扫描或乳腺厚度中的梯度之前，能量谱随由操作员对X射线源104的加速电压的设置而变化。而且，当在***中实现时，变化也可以由所谓的自动曝光控制（AEC）导致，其中，基于乳腺厚度优化X射线通量，通过适应性地改变X射线源104的加速电压来在扫描开始期间由探测器105进行感测。当采集高质量的吸收图像时AEC是重要的，并且因此函数必须平行于相位对比度探测功能。根据图4a探测器105组件提出具有能量加权能力的探测器105，以克服该限制。根据简化的布置，探测器105中的每个探测器带105a的像素105p被连接至放大块164a、比较器块164b、和计数块164c。当X射线源104利用X射线射束122来辐照对象108和探测器105。包含具有某个能量谱的光子的X射线射束122通过对象过滤，并且光子的相移可以进一步发生。由此，当入射在探测器105时，光子携带相关信息。基于探测器像素中的光子的能量来创建信号。通过放大器首先放大来读出像素105p信号。放大之后通过带通滤波器或整形器可以改变信号，其中，通过抑制高频来改善信噪比。被放大之后，信号的振幅与在比较块中的阈值水平进行比较，于是如果信号在阈值以上，比较器输出1，并且如果信号在阈值以下，比较器输出0。之后每当输入从0变到1，光子脉冲计数器增加它的数量。借助比较器，有可能对具有一定能量间隔内的能量的每个光子进行计数。

在图4b中，示出了根据X射线成像设备的一个实施例的探测器上的入射光子的能量谱。E₀指示最优能量，E₁指示低阈值、E₂指示高阈值。优选地，或者通过读出或者通过仅仅使用能量间隔E₁到E₂内的光子，有关相位对比度具有在能量间隔E1到E2内的能量的光子被分配针对相位对比度成像效应的更高权重。能量间隔的设置可以是可调节的，以符合非固定***，其中，距离d_n是可调节的。然而，能量间隔的宽度也可以取决于X射线源的设置，其中，更高加速度导致光子的更大通量或强度，将能量间隔调整得更窄或更接近最优能量E₀。因此，随着通量增加，具有接近于E₀的能量的更多光子将撞击探测器，使得图像的质量可以提高。然而，如果光子通量低，将必须包括更宽能量间隔内的光子，以提高图像质量。

根据另一实施例，可以将光子脉冲计数器的内容读出至控制单元121以最优地对光子进行加权，用于图像处理和显示。优选地，有关相位对比度具有能量间隔内的能量的光子被分配针对相位对比度图像效应更高的权重，其中，额外有关吸收对比度具有能量间隔内的能量的光子被分配针对吸收对比度图像效应更高的权重。在控制单元中，加权基于预设置标准，对于相位对比度，如果光子在间隔内，所述光子可以被分配1，如果在间隔以外，则被分配0，并且对于吸收对比度，根据一个实施例，对吸收对比额外重要的具有能量间隔内的能量的光子被分配高于0的值。能量间隔的设置可以是可调节的，以符合非固定***，其中，距离d_n是可调节的。这要求比较器和适于对两个能量间隔内的光子进行计数的计数器的机构，第一能量间隔由第一较低阈值和第二较高阈值来定义，并且第二间隔由第一较低阈值和第二较高阈值来定义。尤其对于相位对比度光子的情况，分配更高权重可以包括通过系数1进行加权。

根据另一实施例，根据增加相位对比度和吸收对比度效应，三个能量级用于对光子进行计数和加权，基本将能量谱分成三个能量间隔，其中，上限和下限分别由无限高的能量和0进行定义。优选地，具有在较低能量间隔内的能量的光子被过滤，并且用于相位对比度。具有在中间能量间隔内的能量的光子被计数和/或正加权，即，分配针对吸收对比度的更高的权重，并且在较高能量间隔内的光子被计数并且分配针对相位对比度的更高的权重。相位对比度光子的加权可以包括利用系数1加权。

图5示出了扫描臂103，基本在扫描臂103的每个端部具有分别被布置在两个位置107a1和107a2的X射线源104和探测器105。如从先前的附图（例如图2a）中所知，相位光栅161和前准直器106a被布置在X射线源104与探测器105之间。而且，压缩板107a、107b被布置在X射线源104与探测器105之间，以在垂直方向上移动和/或压缩对象108，诸如乳腺。在对于目前的成像布置中，压缩板107a、107b用于向下朝向第二压缩板107a、107b（也被称为对象108工作台）按压乳腺。然而，为了增加X射线图像中的相位对比度的效应，乳腺需要被放置在远离探测器105。如前所述，对于小α，折射引起与对象距离Λd_n的条纹移位

${\mathrm{\Δp}}_f\≈{\mathrm{\Λd}}_n\×\mathrm{\α}={\mathrm{\Λd}}_n\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\Φ}}^{\′}$

其中，Λ范围从针对对象108被放置为与探测器105接触的0到针对对象108在相位光栅161处或相位光栅161上游的1。由此，与探测器105距离越远，由探测器105能够探测到的条纹移位越大。根据被扫描对象108到分析器光栅162的垂直距离，吸收效应和相位对比度效应之间存在权衡。由于散射效应，与探测器105的增大的距离将减少吸收对比度效应，其中，损失了已经穿过对象108的有价值的辐射。因此，基于并且先于将要执行优选类型的扫描，应当调整压缩板107a、107b的高度。能够实现这种情况，使得基于由X射线成像***101的操作员的设置自动调整高度。

在***摄影领域中，存在一种对三维（3D）信息的增大的需求，所述三维（3D）信息能够通过解剖结构来减少干扰并且提供3D定位。在已知的断层合成解决方案中，能够容易地实现本申请公开的提出的实施例，其中，当X射线源104从不同角度辐照对象108中的每个点时，生成投影角，以达到创建投影图像的目的。

本发明不应限于从干涉条纹的探测到的信号中提取相位对比度信号。可以利用的其他信息的一个范例是关于对象散射能力的信息，诸如在所谓的暗场成像。在暗场成像中，探测到的周期函数的可见度被定义为

其中，I_最大值和I_最小值分别是强度最大数和最小数，可以与参考扫描的可见度进行比较，并且用于获得暗场图像。

Claims (31)

1.一种X射线成像***（101）包括：

X射线源（104）；

X射线探测器（105），其包括被布置在所述X射线探测器（105）的第一方向上的多个探测器带（105a），每个探测器带（105a）还包括被布置在所述X射线探测器（105）的第二方向上的多个探测器（105）像素（105p）；

相位光栅（161）；以及

多个分析器光栅（162），其包括光栅狭缝；

其特征在于

所述（1）X射线源（104）和所述X射线探测器（105）适于在所述第一方向上执行关于对象（108）的扫描运动，以扫描所述对象；

其中，所述分析器光栅（162）被布置在所述X射线源（104）与所述X射线探测器（105）之间，其中，所述多个分析器光栅（162）中的每个被布置为与具有被布置在所述第二方向上的所述光栅狭缝的相应探测器带（105a）相关联；

并且其中，所述探测器带（105a）的所述分析器光栅（162）的所述光栅狭缝在所述第二方向上相对彼此被移位。

2.根据权利要求1所述的X射线成像***（101），其特征在于，当扫描所述对象（108）时，沿多个探测器带（105a）的所述分析器光栅（162）的光栅狭缝的所述移位对由相位光栅生成并且由所述对象（108）中的相位梯度移位的整个条纹周期（163d）的干涉条纹（163）进行采样。

3.根据权利要求1或2所述的X射线成像***（101），其特征在于，在第一方向上具有分析器光栅（162）的两个连续探测器带（105a）的分析器光栅（162）的所述光栅狭缝以***方式在所述第二方向上相对彼此被移位，其中，所述***方式包括被定义的移位距离（d）。

4.根据权利要求3所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述移位距离（d）是条纹周期p_f的一部分，使得

其中，N是探测器带的数量，使得覆盖所述整个条纹周期（163d）。

5.根据权利要求3或4所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述移位距离（d）在

之间，优选为

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，两个连续探测器带（105a）的分析器光栅（162）的所述光栅狭缝以任意方式在所述第二方向上相对彼此被移位，其中，所述任意方式包括随机移位。

7.根据权利要求6所述的X射线成像***（101），其特征在于，当汇总时，随机移位的分析器光栅（162）的所述光栅狭缝被均匀地分布在整个条纹周期上。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，在第一方向上具有分析器光栅（162）的两个连续探测器带（105a）是两个相邻探测器带（105a）。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，在第一方向上具有分析器光栅（162）的两个连续探测器带（105a）在第一方向上在所述探测器带（105a）之间随机地或任意地被移位。

10.根据权利要求6或9所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述***适于被校准，使得建立所述分析器光栅的精确位置。

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，分析器光栅（162）被布置在全部探测器带（105a）上。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述***还包括前准直器（106a）和后准直器（106b），其中，所述前准直器（106a）被布置在所述分析器光栅（162）与所述相位光栅（161）之间，并且所述后准直器（106b）被布置在所述分析器光栅（162）与所述X射线探测器（105）之间。

13.根据权利要求1-12中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述***还包括源光栅（160），其被布置在所述X射线源（104）与所述相位光栅（161）之间。

14.根据权利要求1-13中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述探测器（105）适于对撞击在所述探测器带（105a）上的光子进行计数，并且生成对应于撞击光子的能量的信号，并且其中，控制单元（121）适于接收所述信号，并且关于每个能量处的效率向所述相位对比度图像效应分配权重，和/或其中，所述控制单元（121）适于关于每个能量处的效率向所述相位对比度图像效应分配权重。

15.根据权利要求14所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述控制单元（121）适于向所述相位对比度图像效应分配在第一能量间隔内的光子的较高权重，其中，相位对比度更加优化，和/或其中，所述控制单元适于向所述吸收对比效应分配在第二能量间隔内的光子的更高权重，其中，吸收对比度更加优化。

16.根据权利要求15所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述第一能量间隔和所述第二能量间隔中的每个由所述光子能量的第一较低阈值和所述光子能量的第二较高阈值来定义，其中，每个探测器带（105a）中的每个探测器像素（105p）被连接到比较器和计数器，所述比较器和计数器包括至少两个阈值，其用于比较所述信号和所述阈值，并且对所述第一能量间隔和第二能量间隔内的所述光子进行计数。

17.根据权利要求1-13中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述探测器（105）适于对撞击在所述探测器带（105a）上的每个光子进行计数，并且生成对应于每个撞击光子的所述能量的信号，并且其中，能量间隔内的光子包括较低能量阈值（E₁）、较高能量阈值（E₂），其中，所述间隔包括被读出的用于相位对比度的最优能量（E₀），以增强所述相位对比度图像效应。

18.根据权利要求17所述的X射线成像***（101），其特征在于，能量分布取决于所述X射线源（104）的设置电压或取决于所述对象（108）的厚度，其中，所述控制单元（121）适于，例如从基于所述对象（108）所述厚度来优化所述电压的自动曝光控制（AEC），接收包括有关所述设置电压的信息的信号和/或接收包括有关乳腺厚度的信息的信号，并且基于该信息调整所述较低能量阈值（E₁）和所述较高能量阈值（E₂）。

19.根据权利要求15所述的X射线成像***（101），其特征在于，第一能量间隔包含比所述第二能量间隔更高的光子能量。

20.根据权利要求1-19中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，至少一个分析器光栅（162）被布置在所述整个探测器（105）上的第一交叉方向上。

21.根据权利要求1-20中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述***还包括至少一个能够移动的压缩板（107a、107b），其中，所述压缩板适于将对象（108），诸如乳腺，移动到远离所述分析器光栅（162）的位置，以增加所述相位对比度图像效应。

22.根据权利要求21所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述压缩板（107a、107b）适于在所述分析器光栅（162）与所述前准直器（106a）或所述相位光栅（161）之间的范围内移动所述对象（108）。

23.根据权利要求21或22所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述***还包括控制单元（121），其适于将所述压缩板（107a、107b）移动至使所述相位对比度和吸收对比度的比率的位置上。

24.根据权利要求20-22中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述压缩板（107a、107b）适于被布置在所述对象（108）下方。

25.根据权利要求1-23中的任一项所述的X射线成像***（101），其由扫描臂（103）来表征，其中，所述X射线源（104）被布置在所述扫描臂的第一位置上，并且所述X射线探测器（105）被布置在所述扫描臂的第二位置上。

26.根据权利要求25所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述相位光栅（161）被布置在所述扫描臂（103）上，以便在所述第一方向上关于所述对象（108）的所述扫描运动期间跟随所述扫描臂（103）。

27.根据权利要求25所述的X射线成像***（101），其特征在于，在所述扫描运动期间，当所述扫描臂（103）在所述第一方向上关于所述对象（108）和所述相位光栅（161）移动时，所述相位光栅（161）被布置为固定的。

28.根据权利要求1-27中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述分析器光栅（162）被布置在多个探测器带（105a）中的每个上。

29.根据权利要求1-28中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述分析器光栅（162）通过类似卡扣连接被连接到所述多个探测器带（105a）中的每个。

30.根据权利要求1-29中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，所述分析器光栅（162）被布置为朝向所述X射线源（104），其中，所述分析器光栅（162）的倾斜方向基本上等于所述多个探测器带（105a）相对于所述X射线源（104）的倾斜角。

31.根据此前权利要求中的任一项所述的X射线成像***（101），其特征在于，每个分析器光栅（162）包括若干个较小的单元，其适于在制造所述分析器光栅（162）期间彼此连接。

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