CN105228524A

CN105228524A - 相位对比x射线成像设备

Info

Publication number: CN105228524A
Application number: CN201480029379.7A
Authority: CN
Inventors: O·普罗伊彻
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2016-01-06
Also published as: EP2999409B1; WO2014187885A9; US9763634B2; EP2999409A1; WO2014187885A1; US20160066873A1

Abstract

本发明涉及相位对比X射线成像设备(2)，特别用于医疗领域，包括用于生成X辐射场的X辐射源(6)，以及具有一维或二维像素布置(10)的X射线探测器(8)，其中，相位对比差分放大器(14)被定位在X辐射源(6)和X射线探测器(10)之间，借助于相位对比差分放大器(14)在X辐射场中的空间相位差在操作期间被放大。

Description

相位对比X射线成像设备

技术领域

本发明涉及相位对比(phase-contrast)X射线成像设备，即涉及用于相位对比成像的X射线设备，特别用于医学领域中的相位对比成像，其包括用于生成X辐射场的X辐射源，以及具有一维或二维像素布置的X射线探测器。

背景技术

一般的电磁辐射(特别是X辐射)与介质的相互作用通常通过复折射率的规定来描述。在这种情况下，折射率的实部和虚部各自取决于复折射率被分配到的介质的材料成分。然而，虚部指示介质中的电磁辐射的吸收，折射率的实部描述材料相关的相位速度，并且因此描述电磁辐射的折射。

目前使用的大多数X射线成像设备专门用于使吸收对比可视化，并且因此检测要被检查的对象中的材料相关的辐射吸收，发射通过对象的X辐射的强度以空间分辨的方式被记录。

目前仍然较不普遍的是将由对象引起的折射和相关联的材料相关的相移用于使相位对比可视化以用于成像的目的。然而，对应的方法和设备已经正在经历发展。

在这种情况下，如例如在T.Weitkamp等人的“X-rayphaseimagingwithagratinginterferometer”中描述的Talbot-Lau干涉仪(2005年8月8日/第13卷，第16号/OPTICSEXPRESS)通常用于借助测量仪器来记录相移。

在常规Talbot-Lau干涉仪中，X辐射源、相干光栅G₀、相位光栅(或衍射光栅)G₁、分析光栅(或吸收光栅)G₂和根据多个像素构建的X射线探测器沿光轴被布置。在该布置中，相干光栅G₀用于确保X辐射源的充分的空间相干性。因此，相干光栅G₀能够在大致点状(punctiform)的X辐射源的情况下被省略。借助于通常具有均匀条带(strip)状结构的相位光栅G₁来生成干涉图样(interferencepattern)，干涉图样的强度分布凭借X射线探测器来检测。

在这种情况下，所述干涉图样的周期通常显著小于X射线探测器的像素的大小，因此凭借X射线探测器对干涉图样的直接记录是不可能的。然而，为了能够测量干涉图样，分析光栅(或吸收光栅)G₂通常连接在X射线探测器的上游(upstream)，借助于所述分析光栅(或吸收光栅)能够通过凭借对X辐射的空间周期性掩蔽(masking)来采样。为了达到这一点，分析光栅G₂在以与光轴垂直的平面和干涉图样的结构中被移位。除了分析光栅G₂之外，相干光栅G₀或相位光栅G₁还能够被移位。

对于相位对比成像，要被检查的对象被定位在一侧上的X辐射源(以及可能存在的相干光栅)和在另一侧上的相位光栅G₁之间。除此之外，对象还能够被定位在相位光栅G₁和分析光栅G₂之间。在两种情况下，所述对象使所述X辐射经历根据位置变化的相移或所述X辐射的波前的方向上的变化，所述变化以可测量的方式改变由相位光栅G₁生成的干涉图样，即X辐射的强度分布。经改变的干涉图样之后以以上描述的方式凭借X射线探测器来检测，并且最终位置相关相移通过根据测得的干涉图样的强度分布的反算(back-calculation)来推出，图像信息立即直接从相位或从相移获得。备选地，图像信息还能够根据密度(即，综合相位)或角度扩展(暗场(darkfield))来确定。另外，相位对比图像有时利用同时采集的吸收对比图像来计算以便减少图像噪声。

在这种情况下，相位对比X射线成像的期望优点包括以下事实：在所谓的软组织(特别是组织、水和身体脂肪)中的结构通常在相位对比模式中比在吸收对比模式中与彼此更尖锐地被勾画(delineate)。在这种情况下，对应的相位对比X射线成像设备的分辨率能力基本上通过使用的Talbot-Lau干涉仪的特性并且特别通过其几何尺寸来确定。在这种情况下，能够例如通过求助于更高的Talbot阶数并且因此将相位光栅和分析光栅之间的距离增加例如3倍来增大分辨率能力或敏感度。然而，整个结构的尺寸将因此被增大并且另外电磁辐射的光谱的可用带宽将被限制。备选地或附加地，分辨率能力还能够通过使用具有更精细的结构的光栅来增大，尽管在这种情况下存在更精细的结构的产生与更大的技术复杂度相关联的问题。

发明内容

从这个出发点前进，本发明下面的目的是改进相位对比X射线成像。

该目的根据本发明借助于具有权利要求1的特征的相位对比X射线成像设备来实现。本发明的有利实施例变型和发展(其中一些就其本身而论是具有创造性的)被阐述在从属权利要求和下面的描述中。

在这种情况下，一种对应的相位对比X射线成像设备被设计特别用于医学领域中，并且包括用于生成X辐射场的X射线源、以及具有一维或二维像素布置的X射线探测器。在该配置中，相位对比差分放大器被定位在所述X辐射源和所述X射线探测器之间，并且借助于所述相位对比差分放大器，所述X辐射场中的空间相位差在操作期间被放大。

因此，特别是由检查对象引发的局部相移选择性地被放大，使得因此倾向于更容易能够凭借测量仪器记录的较多的明显的变化出现在干涉图样中。以这种方式，结构之后被实现，其中，与常规Talbot-Lau干涉仪相比较在使用的光栅的光栅周期已经出于该目的而被缩短的情况下、并且在总体安装长度已经被增大的情况下，敏感度被增大。敏感度因此有效地从仅仅几何比例被解耦(decouple)。

窄带X辐射源这里方便地被采用作为X辐射源，即例如具有允许X辐射在非常窄的频带中通过的下游连接的滤波器的X射线管，或者同步加速器辐射源，特别是激光驱动的，诸如例如紧凑CXS。在这种情况下，原则上可能使用不同能量的硬X辐射，并且因此与特定目的匹配的X辐射能量方便地被应用(例如，用于乳腺摄影的X射线管的阳极电压25kVp或用于计算机断层摄影的100kVp)。

基本上，该结构以及特别是所述相位对比差分放大器或至少其背后的原理还能够被应用到具有与可见光或电磁辐射(IR、UV)邻近的波长的应用，并且被用于例如Shack-Hartmann传感器。

另外，所述相位对比差分放大器优选地以使得未受影响的X辐射经历由于所述相位对比差分放大器的均匀相移的方式而被实现，所述未受影响的X辐射特别是还没有经历由于要被检查的对象的波前的方向上的变化的X辐射。由所述相位对比差分放大器引起的所述相移因此例如与所述相位对比差分放大器处的所述未受影响的X辐射的进入位置初始地无关。

另外，干涉仪测量方法要求的干涉图样还优选地凭借所述相位对比差分放大器来生成，并且因此在这种情况下所述相位对比差分放大器代替常规Talbot-Lau干涉仪的相位光栅G₁。由所述相位对比差分放大器实现的均匀相移之后如在常规Talbot-Lau干涉仪的相位光栅G₁的情况下进行。关于后者，包括脊(ridge)和介入(intervening)空间的矩形二元轮廓通常被使用以便生成条带状干涉图样，X辐射的相位在脊处(“PI光栅”)被移动π(或者λ/2)。

在这种情况下，还有利的是，如果所述相位对比差分放大器包括两个衍射光栅，所述两个衍射光栅当在辐射入射方向上被查看时被布置为一个在另一个的后面，所述相位对比差分放大器优选地具有两个相同的衍射光栅，并且特别是根据精确地两个衍射光栅来构建的。因此，根据有利实施例，由两个相同的衍射光栅来代替常规Talbot-Lau干涉仪的相位光栅G₁，一方面借助于所述两个相同的衍射光栅来生成干涉图样，并且另外借助于所述两个相同的衍射光栅来放大由检查对象引起的局部相位差。通过两个光衍射元件(即两个衍射光栅G_A和G_B)来代替在Talbot-Lau干涉仪中生成干涉图样、对干涉图样进行折射或衍射的元件(换言之为相位光栅G₁)的构思是基于下文中阐述的考虑的。

在常规Talbot-Lau干涉仪的情况下，基于强度的微小变化来检测在电磁辐射的波前的方向上的变化，即实际上是相位梯度。在这种情况下，借助于相位光栅G₁来生成条带状干涉图样，其中相位光栅的每个脊通常使入射X辐射的相位移位半个波长(备选地执行四分之一波长的移位)。因此，构成窄条带的干涉图样能够在相位光栅G₁的后面的所谓的“Talbot”距离的特定(奇数)倍数处被检测到，分析光栅G₁之后被定为在该位置处。

在简化的考虑中，强度图样在这种情况下以由相位光栅G₁生成的阴影的方式来表现。给定分析光栅G₂相对于条带状强度图样的对应对齐，最大强度I_最大值或最小强度I_最小值分别将穿过分析光栅G₂，相位Φ＝0或Φ±1π转而根据凭借X射线探测器使用测量仪器测得的强度来推出。

在这种情况下，通常附加地使用的相干光栅或吸收光栅G₀简单地用于补偿X辐射源(大部分情况下为X射线管)的延伸的效应。所述光栅被直接放置在X射线管上并且确保其狭缝中的每个狭缝作为辐射源将相同的条带图样投射到分析光栅G₂上(没有G₀，许多条带图样将重叠并且在G₂处引起均匀强度)。在对其的非常良好的近似生成平面波(同步加速器)的X辐射源被使用时、或者对其的良好近似能够被认为是点状源(微焦点)的X辐射源的情况下，吸收光栅G₀能够省略。

因为相位对比成像设备特别被提供用于医学领域中，所以另外特别重要的是由分析光栅G2对X辐射的吸收如何影响要求的X辐射剂量。

在该布置中，在要被检查的对象的后面(即特别在患者的后面)的透射系数(transmission)T通过强度比率T＝I/I₀来确定，其中，I₀是没有G₁和G₂的情况下的平均强度。在这种情况下，(由标准差表示的)噪声与(如在蒙特卡洛仿真中的)(ΔtI₀)^-2成比例，即以便将噪声分两半，要求四倍的剂量ΔtI₀。

在差分相位对比的情况下(以及还有在暗场采集的情况下)，噪声在条带相位上的成比例相关性得到：

在这种情况下，V是(条带)可见性，其中：

V＝(I_最大值-I_最小值)/(I_最大值-I_最小值)

在这种情况下，变量I_最大值和I_最小值表示根据可移位的G0的x位置的最大强度和最小强度，其中，可见性V和透射系数T能够在每种情况下在限制0-100％内变化。

为了保持噪声在特定值，ΔtI₀V2T必须因此保持不变。在患者的后面的光学器件的效率η能够被定义为：

本发明的目的是优化即以实现针对给定(与σ_Φ‘或σ_Φ截然不同)的剂量最小化，其中，Φ表示实际波前的相位，并且Φ‘表示其空间变化在这种情况下，Φ‘由下式给出：

其中，p₂是G₂的光栅周期，其与光栅的脊宽度s₂的二倍相对应，并且其中，d₁₂是光栅G₁和光栅G₂之间的距离。

在敏感度S定义为S＝d₁₂/p₂的情况下，下式适用于给定设计波长λ＝λ_D：

因此，敏感度越高，噪声越低。

根据：

其遵循如上，对于预定义噪声σΦ‘，剂量Δt·I₀与η_Φ成比例，其中：

η＝η_Φ`＝S²V²

其中，η＝η_Φ`是在患者的后面的测量的效率。

在现有技术实施方式中，η通常太小，特别在高光子能量的情况下(例如：100kVp管电压以及对应地例如光子的65keV设计能量或19pm设计波长)，因此通常在过去针对相位对比图像得到比在吸收成像的情况下更高的对患者的辐射暴露。在这种情况下，低可见性V被指示，如在专题文献中分析的原因。

然而，由于非常多的测量值变成是相对小的，结构的敏感度的增大还将补偿大多数测量值的低可见性。然而，如果测量值需要被采集，其因此从测量范围被排除，则原则上存在在具有较低敏感度和显著较小的辐射剂量(即高噪声)的随后测量的范围内识别这些点并校正对应的测量值(甚至以较高噪声为代价)的可能性。

如前文解释的，在这种情况下，结构的敏感性与光栅周期p2成比例或者与光栅距离d₁₂的均方根成比例。然而，特别地，这里不期望任意地增大两个光栅G₁和G₂之间的距离d₁₂。将更有利的是在不显著减少光栅周期的情况下实现更高的敏感度，因为这减少特别在高光子能量的可见性。(在较低的光子能量，例如30keV，另一方面能够简单地求助于较高的Talbot阶数。因此，使距离d₁₂增大例如因数3并且再次获得具有较高敏感度的可见干涉图样)。这因此引发了关于存在用于进一步增大敏感度的哪些其他可能性的问题。

如果现在考虑常规Talbot-Lau干涉仪，则这最终用于确定入射光或X辐射的角度，换言之确定波前的方向。例如，如果相位光栅G₁现在通过小角度绕通过G₁的中心点延伸并且平行于G₁的脊的y轴被旋转，则原则上在干涉图样的位置方面没有变化，因为旋转实际上对可见周期没有影响，并且Talbot-Lau干涉仪的光栅沿着其被布置的z轴上偏差没有相关性，因为沿着z轴的长度大于沿着一方面垂直于y轴并且另一方面垂直于z轴的x轴的光栅周期的倍数。

如果在该情形中X辐射源现在与G₀和G₁一起被旋转，使得G₁再次假设原始位置，在干涉图样相对于G₂的对齐中存在变化，其没有同时被移动，并且此外精确地与入射辐射的旋转(即X辐射源与G₀一起绕G₁的中心点的旋转)相对应。这意味着干涉图样和G₂之间的对齐精确地入射在反映G₁中的辐射的方向，精确地如同干涉图样仅仅是G₁的阴影投射并且一切仅仅以几何方式发生。

在这这情况下，矩形二元轮廓通常用于相位光栅G₁，在所述相位光栅中，准轮廓(profilequasi)条带状脊和条带状自由空间交替地一个挨一个被布置，电磁辐射的相位在脊处被移位π或λ/2。在这种情况下，一般假设凭借平面波的照度并且因此下文适用于相位光栅G₁和分析光栅G₂之间的距离d_12||：

d_12||＝p₁ ²/(8λ)

在具有球面传播(X射线管)的非相干源的情况下，另一方面，距离根据透镜方程来变化：

1/f＝1/g+1/b

其中，焦距f＝d_12||，物距g＝d₀₁，并且像距b＝d₁₂(由于路径长度差与沿着光轴的距离间接地成比例，并且由于透镜方程反映所述间接比例性)。

备选地，较高奇数的Talbot距离，诸如三倍、五倍或七倍的Talbot距离例如还能够用于对分析光栅G₂进行定位(然而，这缩短光栅周期，在安装长度d₁₂被保留的范围内，出于此原因其通常在较高的光子能量被丢弃)。

然而，在下文中，考虑相位光栅G₁，其使相位移位π/2或λ/4(“PI半距(half-pitch)光栅”)并且拥有上述PI光栅的周期的一半。由于在这种情况下d_12||＝p₁ ²/(2λ)适用，“PI光栅”能够直接被交换用于结构中的“PI半距光栅”(或半个周期)，而不必须调节沿着光轴的距离或光栅周期(p₀或p₂)。

尽管这还适用于更高的奇数Talbot距离，但是当具有太宽频谱的电磁辐射被使用时，“PI半距光栅”具有取决于波长的不令人满意的特性，也即干涉条带图样中的一些被移位半个周期，由此减少可见性。这是在下面的考虑中为何没有使用更高的Talbot距离的另一原因。

现在显而易见的是，当后者使具有设计波长λ_D的电磁辐***确地移位四分之一波长(或90°)时，在“PI半距光栅”G₁的情况下给出最大可见性。另一方面，如果较小的移位进行(例如，仅仅移位f^*λ/4，其中，f^*是来自范围[-100％,+100％])，则干涉图样的可见性以正弦方式减少，也就是说可见性下降到原始可见性的大约sin(f^*π/2)。特别地，在f^*的小值处，对比因此基本上与f^*呈线性，还能够为负对比，也就是说条带图样中的较高强度和较低强度的面积改变位置(利用“PI半距光栅”，通过两个对应的条带中心的直接射束和通过相邻条带中心的直接射束之间的路径长度差总计达设计波长的四分之一。这意味着相位偏差的四分之一波长(即，π/2)是足够的以便在一种情况下补偿路径长度差，并且在其他情况下实现消光(extinction)。该情形是对称的：例如，如果代替在先前具有偶数编号的条带的情况下在奇数编号的条带的情况下，PI半距的相位偏差现在被并入，则差异现在在G₂处彼此补偿，其中，它们先前已经使彼此消失，并且反之亦然)。

从这些考虑前进，现在寻求一种新方法，根据所述新方法由入射电磁辐射的相位Φ的斜率表示的入射电磁辐射的角度或波前的方向正如其被转化成幅度f^*λ/4的周期性矩形相位偏差，使得f^*～Φ‘，其中，针对f^*或Φ‘的干涉图样的可见性则与f^*或Φ‘成比例。在这种情况下，可见性的测量结果允许相位的斜率被确定，并且因此确定波前的方向。

如果入射电磁辐射之后在某一小角度范围上被散射，则针对单个角度的对比值互相彼此平均。也就是说，暗场信号不再必须是可见的，尽管积极地来看其也不干扰经由可见性的相位的测量结果。然而，如果散射角度范围增大，其将当然在某个时间点减少可见性。

如果敏感度是高的，其中f^*随着Φ‘强烈变化，则干涉图样的条带的位置将实际上在小的Φ‘处不改变，并且对比的测量结果是足够的(I₂–I₁)/(I₂+I₁)(例如，两个强度测量结果I₁和I₂，其中，在两个测量结果之间G₂被移位半个周期s₂＝p₂)。

在所述相位对比差分放大器被用于计算机断层摄影***中的情况下，在这一点上能够应用来自申请US2012/0041679A1的方法。其中描述了在计算机断层摄影***的机架的半转之后，光的偏转具有反向符号，以及还有在上述测量方法的情况下对比具有反向符号，使得较亮和较暗的面积彼此互换。这将致使任何光栅的位移是不必要的。

现在借助于两个衍射光栅G_A和G_B来实现相位到对应相位偏差中的斜率的期望转变，衍射光栅G_A和G_B之后代替常规Talbot-Lau干涉仪的相位光栅G₁。在这种情况下，两个衍射光栅G_A和G_B以类似的风格(vein)优选地被实现并且以透镜光栅G_L的方式被实施，如在WO2013/160153A1中描述的。严格地讲，衍射光栅G_A和G_B表示透镜光栅G_L的简单极限情况。在在下文中没有给出不同的描述的范围内，所述现有申请的全部内容和公开内容也是本发明的部分。

在这种情况下，根据本发明的衍射光栅G_A和/或G_B具有与透镜光栅G_L的精确类似的横向表面，所述横向表面由垂直于其的x轴和y轴跨越并且所述横向表面基本上(即，精确地或至少大致地)在与辐射入射方向呈直角地被对齐。在这种情况下所提供的辐射入射方向定义衍射光栅的z轴，其在所提供的衍射光栅的安装位置中特别平行于X射线成像设备的光轴被对齐。在这种情况下，横向表面能够被定义在由基本上在任何z位置(即，沿着z轴的位置)处的衍射光栅占据的空间体积内。在下文中仅通过举例的方式假设，横向表面由经由辐射被入射到衍射光栅中的衍射光栅的“前”端面而被形成。

上文中介绍的轴跨越笛卡尔坐标系。在这种情况下，由x轴、y轴和z轴的取向定义的空间方向在下文中分别被命名为(正)x方向、y方向和z方向。在每种情况下相反的空间方向分别被命名为(负)x方向、y方向和z方向。x轴、y轴和z轴上的位置分别被命名为x位置、y位置和z位置。

根据使干涉图样的相邻异质结构衍射成不同焦点(即焦点或焦线)的透镜光栅G_L的期望属性，透镜光栅G_L的横向表面被细分成在每种情况下在y方向上被拉长的衍射条带，其在x方式上以平行的行一个挨着一个被布置。在这种情况下相邻衍射条带彼此的不同在于它们总是根据在每种情况下被布置在所述衍射条带附近的光栅材料的衍射属性而被对齐到不同的焦点。换言之，沿着z轴被布置在衍射条带以上和/或以下的透镜光栅G_L的材料以使得其使至少特定设计波长的辐射衍射到特定焦点中的方式被实现，然而，沿着z轴被布置在衍射条带以上和/或以下的透镜光栅G_L的材料使辐射衍射到不同的焦点中。在这种情况下，横向表面和形成在其上的衍射条带是数学抽象结构。

凭借由光学上相对薄的基底材料(即，具有针对X射线的折射率的相对低的实部的固体材料)制成的多个衍射脊来生成透镜光栅G_L的辐射-衍射效应，所述衍射脊与在光学上相对密集的间隙一起交替地被布置。由于跟李的间隙，衍射脊必然至少大致平行地延伸在横向表面内。在该布置中，衍射脊优选由金、镍或硅而形成。间隙在光学上由(空气或液体填充的)空隙或通过由光学上相对密集的材料(即，具有针对X射线的折射率的相对大的实部的固体材料)制成(例如，由光刻胶制成)的中间脊形成。在这种情况下，应当考虑针对X射线在所有材料中的折射率的实部小于1，使得针对X射线-不像针对可见光-固体材料与真空或空气相比较总是表示光学上较薄的介质。

在这种情况下，在每种情况下由横向表面内的衍射脊占据的表面积通常不与衍射条纹一致，所述衍射条纹仅仅由衍射光栅的辐射衍射属性来限定。

根据没有在WO2013/160153A1中描述的备选的实施例，透镜光栅G_L的衍射脊例如以使得它们至少对角地(也就是说在斜角，即在对y轴的大于0°并小于90°的角)延伸在横向表面内的截面中的方式被实现。在这种情况下，横向表面中的衍射脊的至少分段对角路线(diagonalcourse)的特征在于针对至少一个衍射脊将所述衍射脊划界在x方向上的侧面延伸在横向表面内跨至少两个衍射条带。由于为了间隙，衍射脊必须至少大致平行地延伸，该属性必然扩展到所有衍射脊(除了在横向表面的边缘处的任何衍射脊，其侧面由于边缘位置仅仅能够在一个衍射条带之上延伸)。优选地，所有衍射脊的侧面，除了可能的边缘效应外，有规则地跨多个衍射条带，特别是跨所有衍射条带。

在不同的但是内容完全等价的公式方面中，横向表面中的衍射脊的“对角路线”的特征在于，至少一个衍射脊跨至少四个衍射条带延伸。归因于衍射条带的大致平行的路线-除了可能的边缘效应外-该属性也必然适用于所有衍射脊。

借助于上述属性，透镜光栅G_L的备选实施例的衍射脊的“对角布局”定性地不同于WO2013/160153A1中公开的透镜光栅G_L的衍射脊的“条带状布局”。在那里，衍射脊在衍射条带的纵向方向上，即在y方向上延伸。在这种情况下，在每种情况下每个衍射脊的侧面总是保持在被分配给单个衍射条带的空间内，由于此条带状衍射脊能够仅仅跨两个或最多三个衍射条带延伸。

如已经在WO2013/160153A1中描述的，根据本发明的透镜光栅G_L能够代替传统Talbot-Lau干涉仪的分析光栅G₁使用。在这种情况下，透镜光栅G_L被布置在其距X射线探测器的焦距处，使得X辐射通过透镜光栅G_L直接被聚焦到X射线探测器的单个像素或像素列上。除此之外，如同样已经在WO2013/160153A1中描述的，透镜光栅G_L能够被布置在相位光栅和分析光栅之间。在这种情况下，X辐射通过衍射光栅被聚焦到分析光栅的狭缝和脊上。

由于使在每种情况下干涉图样的(例如，强度最大值或强度最小值)对应于彼此的多个相邻结构衍射到共同焦点的透镜光栅G_L的属性，透镜光栅G_L用作凭借其干涉图样被***的正透镜的周期性布置。这使得能够利用提供在光栅脊中的更好吸收的对应更粗的分析光栅，由此改进可见性。这转而使得能够减少图像噪声和X射线剂量，特别在高能量(短波)X辐射的情况下。如果在备选实施例中省略分析光栅，则由此缺少引起的吸收，由于此类似地实现图像噪声和X射线剂量的减少，特别在低能量(长波)X辐射的情况下。

由于透镜光栅G_L一般能够被制造为比分析光栅更小的安装高度，所以透镜光栅G_L的条带宽度能够被选择为与分析光栅的典型条带宽度相比更小。因此，与在标准Talbot-Lau干涉仪的相位光栅和分析光栅之间相比，更大的距离(即，对应于Talbot距离的更高倍数)能够被设置在相位光栅和透镜光栅G_L之间。这得到较高的(角度)敏感度，由此胜过有些较低可见性的缺点。这实现关于图像噪声的进一步改进和/或X射线剂量的进一步减少。

如已经在WO2013/160153A1中描述的，优选在光刻生产过程中特别使用所谓的LIGA方法(LIGA＝深层光刻(Lithographie)-电铸(Galvanik)-注塑(Abformung)＝光刻、电镀和成型)或凭借反应离子蚀刻生产透镜光栅G_L。

在这种情况下，透镜光栅G_L的产生的限制因素是由生产方法约束的纵横比率，其通过衍射脊的侧壁之间的可制造最小距离在z方向上的给定光栅高度处被确定，即-根据实际生产方法-通过衍射脊的最小厚度和/或间隙的最小厚度来确定。

如公认的，在给定光栅高度处并且在衍射条带的给定衍射属性的情况下，衍射脊的侧壁之间的特别大的最小距离-在衍射脊内并且在相邻衍射脊之间两者-能够由于衍射脊的对角布局被维持。这转而使得能够制造具有在z方向上特别大的光栅高度或特别小宽度的衍射条带的透镜光栅G_L。这样的透镜光栅G_L使得能够实现具有特别短的安装长度和特别高的敏感度的相位对比X射线成像设备。

在优选实施例中，衍射脊在每种情况下以在y方向上倾斜的斜角棱镜(slantedprisms)的方式来形成，其的底部区域和顶部区域在每种情况下位于平行于横向表面的透镜光栅G_L的端面中。在所述实施例中，特别凭借光刻过程(特别是LIGA)来产生透镜光栅G_L，如已经在WO2013/160153A1本身中描述的，其中，凭借对X辐射的暴露来对光刻胶层进行离轴照明。在这种情况下，棱镜的底部区域和相对设置的顶部区域每个具有一般复杂的多边形。在透镜光栅G_L的侧边缘处，除了单纯棱镜形状外的衍射脊能够被切掉以便形成在z方向上对齐的边缘面。凭借衍射脊作为朝向横向表面倾斜的斜角棱镜的实施方式，在没有其他光学属性(特别是吸收和可见性)的大量降低的情况下实现相对强的衍射。

衍射脊特别以使得在y方向上以y周期长度重复其本身的材料结构得到每个衍射条带的方式被布置。衍射脊因此样式为使得在每个衍射条带中它们总是呈现出平行移位的、一致且均匀间隔开的表面截面。在这种情况下，衍射脊以使得每个衍射脊的与底部区域相对的顶部区域相对于基底区域被偏移整数的周期长度(特别被精确偏移一个周期长度)的方式在y方向上被倾斜。透镜光栅G_L在z方向上的两个相对设置的端面具有相同的布局，即由衍射脊和间隙形成的相同的材料结构。

优选地，衍射脊的侧面在每种情况下包括具有在x方向上的相对强的衍射效应的主动子区域和在x方向上的小或消失的衍射效应的被动子区域的交替布置。在这种情况下，主动子区域能够被认为是(子)棱镜的衍射表面，其连同其非衍射背面被组合成形成相应的衍射脊的多棱镜。

在这种情况下，主动子区域和被动子区域优选地各自凭借平面(非曲面)表面截面形成。在这种情况下，每个子区域的衍射效应由相关联的梯度来确定。在本上下文中被称为梯度的是斜率g＝Δz/Δx，所述子区域在具有沿xz平面(即，由x轴和z轴跨越的平面)的截面中具有所述斜率。梯度g越大，即，相应的子区域朝向横向表面倾斜得越陡，在x方向上衍射的入射X射线光越强。

在这种情况下，每个主动子区域或被动子区域在x方向上在横向表面内优选地跨整数的衍射条带延伸。因此，在每种情况下，侧面的主动子区域和被动子区域之间的过渡优选地与在两个衍射条带之间的过渡相一致。在这种情况下，主动子区域和被动子区域优选地相对于彼此被布置在衍射脊的两个侧面处。在其中每个衍射脊的第一侧面具有主动子区域的衍射条带中，相同衍射脊的其他侧面相应地具有被动子区域，并且反之亦然。在这种情况下，对该规则的例外通过没有在x方向(中性的衍射条带)上的衍射效应的衍射条带来形成，其中衍射脊的两个侧面各自具有被动子区域。

被动子区域能够精确地与平行于x轴(g＝0)的横向表面对齐。然而，优选地，被动子区域还具有小的梯度(偏移斜率)。所述偏移斜率的大小特别以以下方式被设计：由此引起的跨一个衍射条带的-在y方向上测得的-被动子区域的斜率Δy粗略地对应于20％和50％之间，优选地粗略地对应于在x方向上测得的条带宽度s_L的25％(0.2≤Δy/s_L≤0.5)。

由于被动子区域的偏移斜率，在给定光栅高度等并且在光栅条带的给定衍射属性的情况下，能够进一步有利地增大衍射脊的侧壁之间的(在衍射脊内并且在相邻衍射脊之间)最小距离。

另外，被动子区域的偏移斜率引起在主动子区域和被动子区域之间形成的角度的扁平化，这在透镜光栅G_L的技术可生产性方面是有利的。

由于偏移斜率在每种情况下等同地涉及列的上材料边缘(rim)和下材料边缘，所以其不改变由此编码的相移。偏移斜率使矩形(“梯度0”)变成平行四边形。平行四边形具有与光穿过的相位上的矩形精确相同的效应。偏移斜率有利地被选择为在材料的上边缘和下方的下边缘之间等同。不同的列还可以接收针对具有x分量(仅仅在y方向上的垂直跃变不受影响)的边缘的不同附加梯度。在(x方向上的)左边部分和右边部分的列还能够在断点被***到其间的情况下具有不同的偏移斜率。

在透镜光栅G_L的有利实施例变型中，每个衍射脊在正y方向上并且在负y方向上对角地延伸在横向表面内的交替截面中。衍射脊因此具有断点。衍射脊优选地具有沿着x轴以有规则的间隔交替地相对布置的断点，使得相应的衍射脊以曲折的方式在x轴的方向上延伸在横向表面内。由光刻胶制成的其样式首先通过暴露于X辐射被设计并且随后发展的中间脊，由于针对衍射脊的单个断点或多个断点布局在制造透镜光栅G_L期间使用LIGA方法被机械地稳定。在每种情况下，断点优选地被提供在中性的或弱衍射条带的附近。在横向表面内的每个衍射脊的路线因此在每种情况下在具有小的或消失的衍射效应的衍射条带处改变方向。

有利地，均匀预定义数量的衍射条带总是在每种情况下与共同焦点对齐。与共同焦点对齐的衍射条带在这种情况下概括地被称为焦点组(focusinggroup)。在这种情况下，焦点组优选地各自包括奇数的衍射条带，例如3个、5个、7个或9个衍射条带。这样的焦点组包括具有消失的衍射效应的中性衍射条带，在其周围焦点组的另外的衍射条带被对称布置，其衍射效应随距中性衍射条带的距离的增大而在x方向上增大。相邻焦点组的衍射条带在这种情况下彼此交错。

另外，上述实施例特征中的一个或多个特征被提供在透镜光栅G_L的优选实施例变型中，以便进一步增大衍射脊内和相邻衍射脊之间的最小距离和/或以便优化透镜光栅G_L的光学属性：

F1–“梯度压缩”：当在衍射条带的给定光栅高度h和给定条带宽度s_L凭借跨整个条带宽度s_L和光栅高度h(g＝h/s_L)在xz平面内线性地延伸的主动子区域不能够实现足够强的衍射的情况下，该实施例特征特别适用于最强子棱镜(即，在每种情况下具有最大梯度的衍射脊的主动子区域)。通过没有跨完整条带宽度s_L而是仅仅跨所述条带宽度s_L的一部分1/c(其中，c>1)进行的主动子区域来实现梯度压缩，同时主动子区域优选地跨整个光栅高度h在z方向上延伸。在这种情况下，梯度g增大到g＝c·h/s_L。在最大可见性处，梯度压缩至少当强度在衍射条带的剩余边缘中相对低时几乎不变。例如，如果由衍射光栅G_L中的相位光栅G₁形成的干涉图样的高强度条纹精确地落入到一个条纹上，则主强度在条纹的中心(＝狭缝中心)流动并且边缘保持相对暗。凭借通过梯度压缩增大的梯度，能够保持患者和X射线探测器之间的距离相对小，其还改进敏感度。较小的距离导致每个衍射条带被映射到较窄区域上，因此改进针对低压缩(例如，在c²<2)的可见性。另一方面，在较大压缩(例如，c²>2)处，可见性的减少由于大多数强衍射子棱镜中的边缘损失而占优势。在有利的大小设计中，c被选择在4/3≤c≤3/2的范围内，诸如例如c＝2^1/2。优选地关于相关联的衍射条带对称地执行梯度压缩。(在x方向上)在其宽度上减少的主动子区域因此以相关联的衍射条带为中心。

变型：在申请US2012/0041679A1中描述的方法目的在于将基于相位对比成像的计算机断层摄影***中的所有光栅对齐，使得在没有患者在射束中的情况下，由相位光栅G₁生成的干涉图样的亮条带精确地被对齐到分析光栅的条带边界上。在(在没有患者的情况下)计算机断层摄影***的完全转动期间，条带之后被患者移位一次到例如右边，并且(在180°机架旋转之后)在相反方向上(在这种情况下，例如被移位到左边)移位一次。这能够在没有任何光栅位移的情况下被采样并且被转换成图像。将该构思转移到根据本发明的相位对比X射线成像设备，有利地对称地执行梯度压缩。在这种情况下，提前指定透镜光栅G_L的哪个狭缝边界要接收高强度是有利的。压缩梯度从条带的中心被移位到所述狭缝边界。不对称压缩因此具有连续地在衍射条带的初始未照明侧上的宽度sL(1-1/c)的梯度无关部分，以及直到照明狭缝边界的边缘的梯度。

-F2–梯度变型：利用在WO2013/160153A1中描述的透镜光栅G_L，子棱镜或子区域总是以使得所有子棱镜或子区域将设计波长λ_D或设计光子能量尽可能精确地聚焦到共同焦点上的方式被对齐，分析光栅G₂(狭缝或脊)或探测器像素的相关联的元件的中心被放置到共同焦点中。然而，这比必要地更严重地限制了布局：

由于色散，最强子棱镜将光强度分布在宽范围上(通常在超过一个像素宽度或S₂狭缝宽度上)。它们的梯度因此在没有相关联的衍射条带中的进一步可见性损失的情况下不可获得。然而，子棱镜变得越弱(子棱镜沿着x轴靠相关的焦点越近)，单个波长被映射到彼此越近，因此照明的区域整体越窄。这提供了在没有显著降低可见性的情况下轻微增大或减少所述棱镜的梯度的自由度。最弱的子棱镜一般(沿着x轴)被定位在相邻焦点组的最强子棱镜和次强子棱镜之间。在这种情况下，在衍射脊内并且在衍射脊之间的最小距离能够通过压缩在z方向上的相关联的子区域对所述最弱子棱镜的轻微加强来增大。通常，现在等同地强的邻近子棱镜的梯度还能够被减少，因此减少透镜光栅G_L的吸收。

-F3–底部高度的变型：底部高度(即，跨在布局中的完整条带宽度呈现的材料的矩形或平行四边形状部分)能够被改变以便改进材料纵横比。在这种情况下，纵横比通过经由跨完整条带宽度在布局中添加材料来增大底部高度而被减少。除此之外，自由空间纵横比能够通过减少底部高度来改进，这还能够以给定和超额完成的纵横比被利用，以便减少材料分数并且因此减少吸收。这种改变主要影响(具有小的梯度的)弱子棱镜和中等强度的子棱镜。

利用弱子棱镜，明智的是使用针对纵横比的材料节省优化的梯度增大(参见F2)代替增大底部高度，只要不显著减少可见性。

-F4–中心列：在WO2013/160153中描述的透镜光栅G_L中，每个焦点组的中心(并且任选的中性的)衍射条带总是被完全地填充有材料。这使在中心衍射条带中的相对强的吸收成为必需，其中，实际上根本不需要出于光学原因(由于根本不需要在中心衍射条带中实现梯度)。

在这里可以想象为了在中心列出完全地使结构镜像(即在中心列的中间与y轴轴向对称的结构)并且出于该目的为了并入跨中心衍射条带(或多或少)的完整宽度的矩形材料空隙。这些空隙从衍射的视角是中性的，但是减少吸收。它们的大小应当被设计使得它们不下降到最小材料宽度以下。优选地，它们对应于沿着z轴光通过整数倍的完整波长(类似于F6或F7，对于接近设计波长的谱的波长)的相移。

-F5“梯度变窄”：该测量非常类似于在点F1下面描述的梯度压缩，但是不适用于最强子棱镜，而是主要适用于最弱子棱镜。如果其梯度被修剪以适合在具有条带宽度sL的衍射条带的条带中心的方向上在外和/或内材料边缘处的条带形布局，则因此能够增大最小距离。

如果外边缘被修剪以适合(这是其中在y方向上几乎不存在或不存在材料的边缘)，则由两个相邻列形成的曲折状材料条带总体变得更窄。因此能够增大自由空间最小距离。如果内边缘被修剪以适合(这是其中在y方向上存在大量材料的边缘)，在曲折状材料条带的相邻衍射条带之间的列边界最终在较弱子棱镜的方向上被移位。材料最小距离能够以这种方式来增大。在这种情况下，应当影响条带宽度的最大10-15％(以便对最大可见性几乎没有影响)。

-F6–色散校正：最强子棱镜的几何梯度的增大凭借点F1下面解释的梯度压缩来实现。然而，已经表明衍射条带的光的偏转不增大到相同的程度。该效应能够在最强子棱镜的情况下被用于色散校正。由于折射率δ∝λ²∝1/E²并且偏转角度γ≈δ×g，随后有γ是∝λ²∝1/E²。假设存在给定的强梯度，所述强梯度在正x轴的方向上(并且因此在负x方向上使光偏转)增大材料高度(并且因此由于通过材料的较高相位速度而增大相位)。假设x距离Δx现在被选择用于匹配梯度g使得其支持ΔΦ＝2π(δ/λ)gΔx＝2π，即，沿着Δx相位由于梯度精确地改变ΔΦ＝2π，或者，视情况而定，波前在传播方向上(对于优选地位于接近标注大小的光谱的中心的设计波长+λ_D)被位移Δz＝+λ_D。在这种情况下，如果在增大材料高度的正x方向上，材料高度现在突然被减少Δh＝g·Δx，使得得到ΔΦ＝-2π或Δz＝-λ_D的相位跃变(phasejump)，这对设计波长λ_D没有任何影响(由于仅仅相位模2π是相关的)。然而，对于通过因子f改变的波长λ＝f·λ_D，δ(λ)/λ∝f·λ_D适用，使得由于ΔΦ＝2π(δ/λ)Δh，2π·(1-f)的相位偏差局部地保持在跃变点处。如果容许±π/4的偏差，则3/4≤f≤5/4因此必须适用。光谱因此具有因子5/3＝167％的带宽(其很好地适用于因子3^1/2＝173％的透镜光栅G_L的先前带宽)。如果与梯度相反的相位跃变在每个Δx被生成(由于此材料高度描述没有任何中心斜率的锯齿形曲线)，然而，由于梯度的相位偏差2π被由于相位跃变而被补偿，因此使相位平均(除了2π·(1-f)的局部偏差)能够通过直线ΔΦ＝2π·x/Δx来近似，并且此外与f或λ无关。对于X辐射，其因此表现为如在δ∝λ¹∝1/E¹的出错的连续斜率。得到与f呈线性的偏转角度：γ∝λ¹∝1/E¹∝f。因此以这种方式通过幅度的阶数(order)来减少颜色错误。如果相位跃变在比Δx更短的间隔被***，则可能存在过补偿，其可以在有限的程度上是有利的。对相位跃变的使用是明智的仅仅以便在(δ/λ)g·s_L大于或至少不显著小于1时校正颜色错误。

数值示例：对于E＝62keV光子，完整相位跃变对应于h＝25μm(透射系数85％)的金高度或43μm(透射系数95％)的镍高度。另一方面，在E＝29keV，其为高度为20μm(透射系数82％)的镍高度或75μm(透射系数98％)的硅高度。在E＝19keV光子，相位的跃变对应于50μm(透射系数95％)的硅高度。

关于该策略的问题在于足够的材料必须保持在跃变点处以实现布局的最小宽度。出于这个原因，负的相位跃变一方面节省材料，尽管另一方面材料也必须被添加使得在跃变点处仍然存在足够的材料。最终这可以意味着必须添加材料。

-F7–附加的相位跃变：与在点F6下面讨论的色散校正相比，在这种情况下增大色散(并且在小梯度处随后大致独立于梯度的变化)。有利地，凭借一个或多个附加的2π跃变(在每种情况下跃变一个波长)来增大最弱子棱镜的色散。这首先使布局中的材料分数增大，并且因此材料最小距离能够-根据期望-也增大。然而，该测度允许在点F3下面讨论的底部高度被减少并且因此自由空间最小距离被减少。最终，在最弱子棱镜的条带的材料/自由空间边界因此在粗略近似中接近相对设置的最强子棱镜的材料/自由空间边界。通过在条带内的λ相位跃变的x位置的选择，能够影响(在相对设置的最强子棱镜的方向上的)自由空间距离是否比(在具有相邻棱镜列的曲折状材料条带内的)材料距离更强烈地或较不强烈地受到影响。在较大的光栅高度，还可以将多个完整的相位跃变相对均匀地分布在列宽度上(例如，在子棱镜宽度的位置12.5％、50％、87.5％处的三个相位跃变或在sL的x位置25％、50％、75％处)是有意义的。这类似地适用于在点F6下面讨论的色散校正。

根据WO2013/160153A1，在点F1到F6下面讨论的其中包含的衍射脊和主动子区域(子棱镜)的实施例特征能够有利地被用于衍射脊的对角布局并且被用于条带状布局两者，以便进一步增大在衍射脊内并且在相邻衍射脊之间的最小距离和/或优化透镜光栅G_L的光学属性。在点F1到F6下面讨论的特征中每个特征本身(与横向表面中的衍射脊的大规模路线无关)因此还被认为是独立的发明。

如前文中描述的，在透镜光栅G_L中，均匀预定义数量的衍射条带在每种情况下被对齐到共同焦点上，被对齐到共同焦点上的衍射条带概况地被称为焦点组。这样的焦点组包括具有消失的衍射效应的中性衍射条带，在其周围焦点组的另外的衍射条带被对称布置，其衍射效应随着距中性衍射条带的距离增大而在x方向上增大。另一方面，在衍射光栅G_A和/或G_B的情况下，连续的衍射条带交替地衍射到左边和右边，即在正x轴或负x轴的方向上，并且在x轴的方向上一个挨着一个的衍射条带的衍射效应仅仅在两个相邻的衍射条带之间交替的改变。因此，在衍射光栅G_A和/或G_B的情况下，多个衍射条带未被对齐到共同焦点上并且因此不针对不同的衍射条带实现不同的衍射能力。能够有效地说，衍射光栅G_A和G_B表示透镜光栅G_L的极限情况，其中，每个焦点组由单个衍射条带给出。

如已经详细呈现的，所述相位对比差分放大器用于增大所述相位对比X射线成像设备的敏感度。与之对比，先前描述的透镜光栅G_L被使用以便增大可见性，如在WO2013/160153A1中描述的。根据所述相位对比X射线成像设备的有利实施例变型，两个原理彼此组合并且因此在这种情况下所述相位对比X射线成像设备具有相位对比差分放大器并且另外以先前描述的透镜光栅G_L的方式实现的附加的衍射光栅被布置在所述相位对比差分放大器和所述X射线探测器之间。

附图说明

下面参考示意性附图来更详细地解释本发明的示例性实施例，在附图中：

图1以示意图示出了相位对比X射线成像设备，

图2以示意图示出了常规Talbot-Lau干涉仪，

图3以示意图示出了相位对比X射线成像设备的备选实施例，

图4以示意图示出了相位对比X射线成像设备的第二备选实施例，

图5以详细视图示出了相位对比差分放大器，

图6以示意图示出了相位对比差分放大器的备选实施例，

图7以示意图示出了相位对比差分放大器的第二备选实施例，

图8以示意图示出了相位对比差分放大器的第三备选实施例，

图9以示意图示出了相位对比差分放大器的第四备选实施例，

图10以示意图示出了用于产生相位对比差分放大器的布局，

图11以示意图示出了用于产生相位对比差分放大器的备选布局，以及

图12以示意图示出了用于产生相位对比差分放大器的第二备选布局。

在所有附图中相互对应的部分在每种情况下利用相同的附图标记来标记。

附图标记列表

2相位对比X射线成像设备

4Talbot-Lau干涉仪

6X射线管

8X射线探测器

10探测器像素

12患者床

14相位对比差分放大器

16同步加速器辐射源

18未受影响的波前

20受影响的波前

22衍射脊

24间隙

26衍射条带

G₀相干光栅

G₁相位光栅

G₂分析光栅

G_A衍射光栅

G_B衍射光栅

G_L透镜光栅

P_X光栅G_x的光栅周期

p_y沿y轴的衍射光栅的周期长度

D_XY在光栅G_x和光栅G_y之间的距离

a…h射束路径

i部分射线

j部分射线

xx轴

yy轴

zz轴

具体实施方式

下面通过举例的方式描述的并且在图1中描画的相位对比X射线成像设备2确切地类似包括如图2中示意性地示出的常规Talbot-Lau干涉仪4、X射线管6、相干光栅G₀、分析光栅G₂以及具有沿z轴被布置的探测器像素10的规则布置的X射线探测器8。附加地被布置在用作X辐射源的X射线管6和X射线探测器8之间的是患者床12，所述患者床用作凭借相位对比X射线成像设备2并且因此凭借相位对比成像要被检查的患者的支撑物。

如从图1中显而易见的，在相位对比X射线成像设备2中通过一起实现相位对比差分放大器14的两个衍射光栅G_A和G_B来代替常规Talbot-Lau干涉仪4的相位光栅G₁。

图1中描画的相位对比X射线成像设备2的布局能够出于不同的应用目的的情况而被改变，并且两个备选布局被指示在图3和图4中。在两种情况下，同步加速器辐射源16代替X射线管6用作X辐射源，其中，在根据图4的实施例变型的情况下，对其的非常良好的近似生成具有平面波前的X辐射的同步加速器辐射源16被提供，使得利用该布局能够免除相干光栅G₀。另外，在该布局中通过透镜光栅G_L来代替分析光栅G₂，如从WO2013/160153A1已知的。

另一方面，如果使用了具有周期p₀的相干光栅G₀，则在这种情况下基本上仅仅每2N个狭缝可以是打开的，其中，N是在沿着G_B的z轴的z位置处的宽度的条带的数量，使得进入到在G_A的z位置处的宽度s_A的条带中的电磁辐射被移位直到其在G_B处出射。与常规Talbot-Lau干涉仪相比，周期p₀在这种情况下被缩短相同的因子2N。对此的原因在于对比或强度与常规Talbot-Lau干涉仪相比更快地增大和减少该因子(如果G₀在入射射束的方向上被移位或被旋转)。如果多个相邻的狭缝是打开的，则这使其本身越来越明显作为关于G_B和G₂之间的Talbot效应的敏感度的干涉。该问题已经被描述在WO2013/160153A1中的多少不同的上下文中。

根据未更详细描述的另一实施例变型，来自图1和图2的两个布局在常见成像设备(即，例如计算机断层摄影***)中被实现，并且在这种情况下轮流被利用。因此，之后使用具有相位对比差分放大器14的布局来实现测量，以便以低可见性但是以高敏感度来记录小的相位变化(在较大相位变化的情况下，相位缠绕会出现，并且测量错误可能未被注意到)，并且在时间上并行地或稍微偏移的关于附加的测量被利用在没有相位对比差分放大器14的布局的情况下来执行，以便以减少的敏感度但是较高的可见性来正确地测量较大的相位变化(在较小相位变化的情况下，该测量方法由于较低敏感度而遭受较高的噪声，并且因此较不适合)。

为了这个目的，两个布局在计算机断层摄影***中被安装为例如相对于彼此偏移90°(在这种情况下用于每个测量的整个X射线剂量能够通过两个测量方法自由地被分布)。备选地，两个布局还能够与彼此一起合并，其中，例如计算机断层摄影***的探测器区域在平行于患者的脊柱的方向上被细分成用于一个测量的带和用于其他测量的带(如果患者台的台前馈率相应被减少并且每个前馈增量允许较多转数)。该变型当在没有相位步进的情况下执行测量时是适合的。

在相位对比X射线成像设备2中采用的相位对比差分放大器14由具有相似类型的两个衍射光栅G_A和G_B构建并且用于放大由检查对象(即由患者)引起的局部相位差，并且因此用于增大相位对比X射线成像设备2的分辨率能力。在这种情况下能够参考图5中示出的示意图来图示潜在功能原理。

在这种情况下，相位对比差分放大器14的一种类型的基本单元被显示，在其上存在从左边入射的在一个实例中的未受影响的波前18并且在另一示例中的由患者影响的波前20，波前20的方向能够凭借非零相位梯度来描述。如果现在考虑通过所述相位对比差分放大器14到h的不同的射束路径，显而易见，在未受影响的波前18的情况下，通过两个衍射光栅G_A和G_B的衍射材料行进的两个路径的总和独立于射束入射在衍射光栅G_A上的x位置，结果是在这种情况下进行均匀相移。

在这种情况下，通过在一方面在G_A处并且另一方面在G_B处的衍射材料的两个部分路径的总和总是应被考虑。另一方面，通过单个衍射光栅(即G_A或G_B)的衍射材料行进的路径毫无疑问根据x位置来改变。然而，通过两个衍射光栅G_A和G_B的组合来再次使这些差异均等，即如果通过射束路径的衍射材料行进的路径结果是在衍射光栅G_A处更小，则通过在衍射光栅G_B处的衍射材料行进的路径对应更大，并且反之亦然，如通过比较射束路径a或h以及d或e示出的。

另一方面，如果波前在特定角度入射在衍射光栅G_A上，如在受影响的波前20的情况下，则通过衍射材料行进的路径根据x位置改变。因此，在射束路径c的情况下，在通过衍射光栅G_A和通过光栅G_B的期间的整个材料高度被减少，并且在射束路径g被增大的情况下，由于此在相位对比差分放大器14的输入端处给出的相位梯度在通过相位对比差分放大器14期间被放大。因此，实际上存在由于通过衍射材料的不同路径长度的相移。

基于该效应，相位对比差分放大器14现在能够被实现，其由两个衍射光栅G_A和G_B来构建，所述两个衍射光栅具有由衍射材料形成的规则结构，凭借所述衍射材料准衍射棱镜被实现，所述准衍射棱镜当波前在特定角度入射在衍射光栅G_A和G_B上时(换言之当射束不垂直于表面进入时)在x轴的方向上并且在与x轴相反的方向上交替地衍射。

对应的规则结构被指示在图6到图9中的示意图中。在这种情况下，这些图描绘被压缩到不同集约度的在x轴的方向上的轮廓，即x轴实际上应相对于图形强烈地被拉伸。在这种情况下，不同的棱镜强度(即倾斜的边缘的不同梯度)被示出在图形中，衍射光栅的棱镜强度的大小优选地总是被设计使得条带状干涉图样被所述相位对比差分放大器14移位整数N的条带或整数倍N的条带宽度。

在这种情况下，位移还通过沿着N个条带的梯度来引起相移，使得在衍射光栅G_B处存在的相邻部分设备i、j呈现与在所述相位对比差分放大器14的输入处的所述部分射束的相移相比较的相移的2N倍。这是其中由于干涉图样的位移给出相位跃变的另外的效应。

然而，该附加的效应通过具有大致相同的强度的另外的效应来补偿，这能够借助于图5中的图示来理解。将射束路径b和c以及f和g相比较，显而易见，取决于射束路径，电磁辐射必须协商沿着与z轴垂直的x轴的不同的行进路径，其类似地影响电磁辐射的相位。凭借对应的计算，能够表明所有三个效应粗略地具有相同的强度，使得似乎两个效应彼此抵消。

针对衍射光栅G_A或G_B要求的结构能够例如凭借离轴照明的光刻法来实施，并且适合于该目的的布局被描绘在图10到图12中的示意图中。本文中在每种情况下示出的是衍射光栅G_A或G_B在对z轴的直角的端面或光栅平面，其在x轴的方向上并且在与其垂直的y轴的方向上延伸。

在这种情况下，布局示出衍射脊22的不同实施例，凭借其入射电磁辐射经历相移，衍射脊22通过间隙24与彼此分离，通过所述间隙电磁辐射能够基本上在没有相移的情况下通过。随后借助于衍射脊22来实现衍射光栅G_A或G_B，其中，在连续的衍射条带26中(即分别在x轴的方向上和在与x轴相反的方向上)，衍射光栅G_A或G_BX辐射轮流(即交替地)被衍射到左侧和右侧。

本发明不限于上文中描述的示例性实施例。相反，本领域技术人员能够在不脱离本发明的主题的情况下根据其导出本发明的其他变型。特别地，另外还能够在不脱离本发明的主题的情况下以其他方式将结合示例性实施例描述的所有单个特征彼此组合。

Claims

1.一种特别用于医学领域的相位对比X射线成像设备(2)，包括用于生成X辐射场的X辐射源(6)、以及具有一维或二维像素布置(10)的X射线探测器(8)，其特征在于，借助于相位对比差分放大器(14)在所述X辐射场中的空间相位差在操作期间被放大，所述相位对比差分放大器(14)被定位在所述X辐射源(6)和所述X射线探测器(10)之间。

2.根据权利要求1所述的相位对比X射线成像设备(2)，

其特征在于，所述相位对比差分放大器(14)以使得未受影响的X辐射(18)经历由于所述相位对比差分放大器(14)的均匀相移的方式而被实现，所述均匀相移与所述相位对比差分放大器(14)处的所述未受影响的X辐射(18)的进入位置无关。

3.根据权利要求1或2所述的相位对比X射线成像设备(2)，

其特征在于，所述相位对比差分放大器(14)包括两个衍射光栅(G_A、G_B)，所述两个衍射光栅当在辐射入射方向(z)上被查看时被布置为一个在另一个的后面。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的相位对比X射线成像设备(3)，

其特征在于，所述相位对比差分放大器(14)具有两个相同的衍射光栅(G_A、G_B)。

5.根据权利要求3或4所述的相位对比X射线成像设备(4)，

其特征在于，每个衍射光栅(G_A、G_B)

-具有横向表面，所述横向表面要基本上与所述辐射入射方向(z)呈直角对齐，并且所述横向表面由x轴(x)和与所述x轴垂直的y轴(y)跨越，并且

-包括由光学上相对薄的基底材料制成的多个衍射脊(22)，所述多个衍射脊与在光学上更密集的间隙(24)交替地被布置，其中，所述衍射脊(22)以使得所述衍射脊将所述横向表面细分成在每种情况下在y方向上延伸的细长衍射条带(26)的方式被实施，并且所述细长衍射条带在所述x方向上的平行的行中一个挨着一个被布置，其中，所述衍射条带(26)在x方向上的平行的行中一个挨着一个被布置，并且其中相邻衍射条带(26)彼此的不同在于所述相邻衍射条带总是按照在每种情况下被布置在所述衍射条带(26)附近的光栅材料的衍射属性而被对齐到不同的焦点或在不同方向上衍射。

6.根据权利要求5所述的相位对比X射线成像设备(2)，

其特征在于，所述衍射脊(22)以使得所述衍射脊至少对角地延伸在所述横向表面内的截面中的方式被实现，其中，将所述衍射脊(22)划界在x方向上的至少一个衍射脊(22)的侧面在每种情况下跨多个衍射条带(26)延伸。

7.根据权利要求5或6所述的相位对比X射线成像设备(4)，

其特征在于，所述衍射脊(22)在每种情况下以在所述y方向(y)上倾斜的斜角棱镜的方式来实施，所述斜角棱镜的底部表面和顶部表面位于平行于所述横向表面的所述衍射光栅(G_A、G_B)的所述端面中。

8.根据权利要求7所述的相位对比X射线成像设备(2)，

其特征在于，所述衍射脊(22)以使得在每个衍射条带(26)中得到在所述y方向(y)上以y周期长度(p_y)重复其本身的材料结构的方式被布置，并且其中所述衍射脊(22)以以下方式在y方向(y)上被倾斜：使得每个衍射脊(22)的与底部区域相对的顶部区域相对于所述基底区域被偏移整数的周期长度，特别被精确偏移一个周期长度。

9.根据权利要求5至8中的任一项所述的相位对比X射线成像设备(3)，

其特征在于，每个衍射脊(22)在每种情况下凭借两个侧面毗邻在所述衍射脊(22)之间布置的间隙(24)，其中所述侧面包括主动子区域，所述主动子区域具有与具有所述x方向(x)上的小的或消失的衍射效应的被动子区域交替的所述x方向(x)上的相对强的衍射效应。

10.根据权利要求9所述的相位对比X射线成像设备(2)，

其特征在于，每个主动子区域或被动子区域在x方向上跨整数的衍射条带(26)延伸。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的相位对比X射线成像设备(3)，

其特征在于，用于容纳检查对象的对象支撑物(12)被布置在所述X辐射源(6)和所述相位对比差分放大器(14)之间。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的相位对比X射线成像设备(3)，

其特征在于，分析光栅(G₂)被布置在所述相位对比差分放大器(14)和所述X射线探测器(8)之间。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的相位对比X射线成像设备(3)，

其特征在于，相干光栅(G₀)被布置在所述X辐射源(6)和所述相位对比差分放大器(14)之间。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的相位对比X射线成像设备(3)，

其特征在于，附加的衍射光栅(G_L)被布置在所述相位对比差分放大器(14)和所述X射线探测器(8)之间。