CN106170248A - 用于干涉测量的x射线成像的补充***和投影的x射线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X射线装置和用于在X射线装置上病人（6）的干涉测量的X射线成像的补充***，所述X射线装置用于产生投影的吸收拍摄，所述X射线装置具有由构成焦点的X射线管（7.1）和具有多个生成像素的探测元件（2.1）的数字平面探测器（2）构成的发射器‑探测器***和具有程序存储器的运算***（11），所述补充***具有：移动光栅套件（3），该光栅套件：第一干涉测量X射线光栅（G1），与第一X射线光栅间隔地沿发射方向布置的第二干涉测量X射线光栅（G2），以及移动装置（12），用于在第二X射线光栅（G2）的平面中在至少一个探测元件（2.1）之上逐步移动第二X射线光栅（G2）。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在X射线装置上病人的干涉测量的X射线成像的补充***，该X射线装置用于产生投影的吸收拍摄，该X射线装置具有由构成焦点的X射线管和具有多个生成像素的探测元件的数字平面探测器构成的发射器-探测器***和具有程序存储器的运算***。此外，本发明也涉及一种用于利用发射器-探测器***产生投影的吸收拍摄的X射线装置，该X射线装置具有前述补充***。
背景技术
干涉测量的X射线成像基于引入一个、两个或多个光栅到X射线成像***中。典型地，光栅根据其在光路中的顺序被命名为G0、G1和G2。吸收光栅G0靠近X射线源并且在较大的X射线焦点的情况下也确保遵循对于成像必要的相干条件。如果X射线焦点非常小，亦即在<100μm的范围中，那么不需要吸收光栅并且可以将其去掉。大多情况下吸收光栅被构造为一维的由多个并行布置的光栅薄层（也称为光栅连接片）构成的光栅，使得相干条件仅仅沿一个方向被满足。光栅然而也可以棋盘状构造并且因此在两个方向上满足所需的相干条件。
光栅薄层的间隔典型地被设计成，使得满足劳厄效应，从而在图平面中发生各个光栅空隙的构造上的叠加。
借助于第一相光栅G1使用泰伯效应，该泰伯效应在与光栅G1的确定间隔的情况下产生光栅的自成像。通过在光路中装入要测量的对象而干扰光栅G1的自成像。由所述干扰可以获得图像信息吸收、差动相移以及暗场。
如果利用医药数字平面探测器，那么一般该探测器的分辨率不足以读取干涉图案。因此，另一光栅G2的引入变得必要。该光栅关于其光栅周期匹配于光栅G1的未经干扰的自成像。通过移动光栅、典型地光栅G2并且读取没有对象的图像和具有对象的图像可以获得图像信息。原则上为了产生干涉测量的X射线显示已知具有相应安装的光栅装置的X射线装置。例如对此参照专利申请DE 10 2006 015 355 A1或印刷文献Pfeiffer“Phaseretrieval and differential phase-contrast imaging with low-brillance X-raysources”2006年自然物理258-261页。
在那里示出的X射线装置的问题在于，X射线装置的结构是非常成本密集的，因为在那里所需大小的X射线光学光栅的制造是非常昂贵的并且当前仅仅可以生产50毫米x50毫米大小的光栅。多个这样的光栅的模块式组装同样隐藏着大问题。
发明内容
因此本发明的任务在于寻找如下解决方案，利用该解决方案可以至少在利用在那里应用的数字平面探测器的较小的部分区域的情况下利用简单的已经存在的投影X射线装置以用于产生干涉测量的X射线成像。
该任务通过独立权利要求的特征解决。本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。
发明者已经得知，可以给存在的投影X射线装置配备具有由至少两个干涉测量的X射线光栅组成的补充***的数字平面探测器并且因此执行干涉测量的X射线成像。为此例如可以补充***X射线照相***、胸X射线***或者具有相应的移动光栅套件的C形臂***。根据本发明在此也相应地通过程序补充来支持X射线装置的运行程序，使得X射线装置的计算机附加地用于控制补充装置并且也承担在干涉测量中图像数据的分析。借助于可以通过这样的补充***执行的干涉测量，于是可以除了正常的吸收图像之外也产生差分相图以及暗场图。为了分析可以合并至少两个或所有三个图像或者将其平行并排地显示。根据在此应用的投影X射线装置，该干涉测量的X射线图显示同样是投影显示。
因此，发明者提出一种用于在X射线装置上病人的干涉测量的X射线成像的补充***，该X射线装置用于产生投影的吸收拍摄，该X射线装置具有由构成焦点的X射线管和具有多个生成像素的探测元件的数字平面探测器构成的发射器-探测器***和具有程序存储器的运算***，该补充***具有：
- 移动光栅套件，具有：
--第一干涉测量X射线光栅；
--第二干涉测量X射线光栅，其与第一X射线光栅间隔地沿发射方向布置；以及
--移动装置，用于在第二X射线光栅的平面中在至少一个探测元件之上逐步移动第二X射线光栅；
- 以及计算机程序，用于存储和执行在运算***中，该运算***控制补充装置并且创建至少一个干涉测量的X射线显示。
原则上可以的是，如果在X射线装置中应用的焦点足够小得满足所需的相干条件，那么利用上述补充***实现投影的干涉测量成像。然而如果应用的X射线管具有太大的焦点，那么存在如下可能，即在X射线管上安装具有吸收光栅的光栅附件，以便在光栅层状结构的情况下沿至少一个方向满足相干条件。替代地也可以选择棋盘式结构，使得满足沿两个方向的相干条件。该措施也允许应用X射线管，该X射线管带来足够高的剂量率，以便为了干涉测量成像不需要太长的测量时间。
在吸收光栅的应用中可以有利的是，吸收光栅在光栅附件中可移动地布置。于是例如该光栅为了干涉测量检查可以被移动或倾斜到光路中，而在常规吸收拍摄中从光路中除去。
补充***此外可以被设计成，使得具有两个干涉测量的光栅的光栅套件被构造用于直接放置到平面探测器上。在大多数情况下，平面探测器在投影的吸收成像的情况下相对靠近病人地放置。然而因为光栅套件基于在两个干涉测量光栅之间所需的间隔具有不可忽略的结构高度，所以在应用补充***的情况下必须维持在平面探测器与病人之间的相应间隔，以便可以在其间放置光栅套件。由于被用于检查的光路的扩散度，相应地也产生利用光栅套件检查的区域的增大，该增大例如在***X射线照相检查的情况下典型地位于1.3倍至2倍的增大系数的范围中。
在大多数情况下，根据本发明的补充***被设计成，使得光栅套件在平面探测器上覆盖平面探测器的仅仅一个部分区域。相应所需的是，确定光栅套件的位置。为此可以根据本发明设有位置识别***，该位置识别***示例性地安装在光栅套件和/或平面探测器上并且应存在位置显示***，使得直接在病人上或者在其图像显示上显示由补充***覆盖的区域。在此形成在套在平面探测器上的光栅套件与在病人上的干涉测量扫描的区域的位置显示之间的耦合。替代或附加于在病人上的显示，也可以在显示屏上根据光栅套件在平面探测器上的定位在病人摄影图像拍摄中或之前产生的吸收X射线拍摄中显示由光栅套件所覆盖的区域。由此操作人员可以容易地进行干涉测量光栅的所期望的定位。
相应地，位置识别***可以具有位置传感器，所述位置传感器集成在平面探测器中并且探测光栅套件中的位置生成器。此外，用于产生光标的装置可以安装在X射线管的区域中，X射线管将光栅套件的位置投影到检查对象上。
在另一变型中，计算机程序也可以模仿如下方法，利用该方法在检查对象的之前拍摄的投影X射线吸收图像中标记特别感兴趣的区域，并且该区域通过用于产生光标的装置显示在平面探测器上，使得光栅套件为了产生该区域的至少一个干涉测量的X射线图显示可以被定位，其中该至少一个干涉测量的X射线图显示可以是相图和/或差分相图和/或暗场图和/或吸收图，该图由干涉测量的测量数据获得。在此指出，在干涉测量X射线图显示概念下的前述图像的组合、必要时加权组合也属于本发明的范围。在此不仅可以自动实现加权而且可以通过至少一个加权系数的手动调节影响加权。
除了上述补充装置之外，发明者也提出一种X射线装置，该X射线装置被构造用于投影的吸收成像，并且具有拥有构成焦点的X射线管和拥有多个生成像素的探测元件的数字平面探测器的发射器-探测器***和拥有程序存储器的运算***，其中X射线装置具有根据本发明的补充***，以用于附加地产生至少一个上述干涉测量的X射线图显示。
特别是提出，将补充***与***X射线照相***、C形臂***或具有壁式三脚架的胸X射线装置组合。
在此特别是有利的是，该X射线装置在其平面探测器上具有用于光栅套件的自动定位装置，该自动定位装置被实施成，使得该自动定位装置根据之前的输入在之前拍摄的吸收拍摄上定位光栅套件。在此，在补充的计算机软件中存在相应例程，所述例程执行光栅套件的自动定位。
附图说明
在下文中根据优选实施例借助于附图进一步描述本发明，其中仅仅显示对于本发明的理解必要的特征。应用以下附图标记：1：X射线装置；2：平面探测器；2.1探测元件；3：光栅套件；4：压紧板；5：压紧板；6：检查对象；6.1病人；7：焦点；7.1：X射线管；7.2：拍摄和显示***；8：光栅附件；9：特别感兴趣的区域；10：光锥；10.1受限的光锥；11：计算机/运算***；12：移动装置；13：可移动的遮光物；14：传感器/执行器；15：部分区域；G1：吸收光栅；G1：第一干涉测量光栅；G2：第二干涉测量光栅；Prg1-Prgn：计算机程序。
具体地：
图1示出具有用于干涉测量的X射线成像的补充***的***X射线照相***的示意图；
图2示出具有用于干涉测量的X射线成像的补充***的C形臂***的示意图；
图3示出具有用于干涉测量的X射线成像的补充***的胸X射线装置的示意图。
具体实施方式
在图1中，在第一实施变型中示意地示出***X射线照相***1，其中借助于焦点7在未进一步示出的X射线管处产生光锥10，该光锥朝向电子平面探测器2。平面探测器2具有多个探测元件2.1，所述探测元件布置在一个平面中，使得每个探测元件2.1为了图像再现产生X射线成像的像素。在焦点7之后的光路中在X射线管上布置具有吸收光栅G0的光栅附件8，该吸收光栅G0借助于多个平行布置的光栅连接片或光栅薄层产生多个非常窄的X射线源并且因此满足用于干涉测量检查的相干条件。检查对象、即女性病人的***6位于两个压紧板4与5之间，如在***X射线照相的X射线拍摄中通常的那样。基于之前的X射线吸收成像发现特别感兴趣的区域9，该区域利用在此示出的干涉测量检查应更准确地被考虑。相应地在***与平面探测器2之间的移动光栅套件3引入到光路中。***由此要检查的区域相应于平面探测器2上的部分区域15，光栅套件3被投影到该部分区域上。相应受限的光锥10.1点划线示出。第一干涉测量光栅G1和与之间隔的第二干涉测量光栅G2沿发射方向依次平面平行布置地位于光栅套件3中。在本实施例中，第二光栅G2与一个或多个执行器形式的移动装置12连接，利用该移动装置可以在每次测量之前逐步移动光栅，以便由位于其后的探测元件的吸收值以本身已知的方式提取X射线辐射的相信息。
原则上提出，两个光栅G1和G2相互以预给定的固定间隔布置，该间隔匹配于用于检查的X射线能量。在本发明的范围中自然也存在移动光栅套件的变型，该移动光栅套件附加地设置调节装置用于在光栅G1与G2之间可调节的间隔，以便可以对不同X射线能量的匹配。
因为现在可以生产良好质量的仅仅直至50毫米×50毫米大小的光栅并且多个模块化的单个光栅组合为一个大光栅仅仅非常昂贵地在良好质量的情况下是可实现的，所以在平面探测器上的由光栅套件所覆盖的部分面积优选也在该数量级上运动。因为此外为了干涉测量必须应用相对高的剂量率，所以该实施例附加地还描述一种可选的遮光***，该遮光***具有多个可单独移动的遮光物13，所述遮光物优选自动地基于光栅套件3的所进行的定位或者已经基于在显示屏上定义的特别感兴趣9的区域被调节。
由***X射线照相原则上已知所谓的放大桌，***放置在该放大桌上并且从上借助于压缩板压缩。在应用该放大桌的的情况下可以通过放大桌代替上探测器盖板，以便将图像信号由于附加吸收器的弱化保持尽可能小。根据本发明可以应用具有这样的放大桌的光栅套件3并且将其插在探测器与放大桌的压缩板之间。替代地，光栅套件也可以集成到这样的可变化放置的放大桌中，其中优选地于是也可以安装用于光栅套件3的自动定位装置。
在本实施例中，光栅套件3经由电缆连接与计算机11连接，使得该计算机借助于在其中存储和执行的程序Prg1-Prgn除了控制***X射线照相***之外也可以控制补充装置。原则上自然也在本发明的范围中存在的是，补充装置的这样的连接无线地、例如经由安全的蓝牙或WLAN连接发生。自然为此必须在补充***中、特别是在光栅套件3中并且在计算机11中存在通常的发送器和接收器。
通过在此描述的具有用于干涉测量检查的附加的补充装置的***X射线照相***，通过成本有利的方式开启通过附加的干涉测量的图像信息改善的差动诊断，所述图像信息例如以用于选择的病人部分区域的相对比拍摄或暗场拍摄的形式。提出的补充***在此可以简单地与已经存在的***X射线照相***一起应用。
在补充***的另一应用中，也可以将该补充***结合本身已知的C形臂***1来使用，如示例性地在图2中所示那样。C形臂***1具有可动的布置在C形臂上的发射器-探测器***，该发射器-探测器***由X射线管7.1和对置的数字平面探测器2组成。在X射线管7.1上布置有光栅附件8，在需要时可前置的吸收光栅G0位于该光栅附件中。此外，在X射线管上也还安装有基于光的拍摄和显示***7.2，借助于该拍摄和显示***可以在计算机11的显示屏上显示位于病榻上的病人6.1并且借助于该拍摄和显示***可以在病人6.1上产生光标。根据本发明此外将光栅套件3放置到平面探测器2上，两个干涉测量光栅G1和G2位于在该光栅套件中。此外，在探测器2上安装有用于光栅套件3的两个传感器和/或执行器14，使得一方面可以探测光栅套件3的位置和/或可以将该位置通过计算机11的控制来驱控。根据光栅套件3的必要时手动或半手动的定位，于是可以借助于拍摄和显示***7.2在病人6.1上显示光栅套件3的投影的位置。替代地，也可以通过病人6.1在计算机11上的图像或X射线显示的相应标记由操作人员或自动确定光栅套件3的所期望的位置，使得该***由此进行光栅套件3的正确定位。根据光栅套件3的定位也可以将从X射线管出发的光束借助于可控的遮光物限于探测器2的要干涉测量检查的部分区域。
要补充说明的是，可以有利的是，将光栅套件3不固定在相对不稳定的C形臂上而是直接在C形臂的悬挂装置上或者直接在检查空间的顶部或底部上固定。基于相比于C形臂的小的重量，可以调节稳定得多的定位并且在时间上更好地获得该定位。具有光栅G1和G2的光栅附件3可以因此平行于C形臂运动，但是与该C形臂在振动技术上去耦。这因此是有利的，因为振动或相对运动的影响强烈地依赖于在哪些对象之间出现相对运动。在光栅G1与G2之间需要最大稳定性，因为在此几微米的相对运动已经负面地影响图像质量。反之，在管与探测器之间的一至两个数量级的相对运动可以更高，而不强烈地影响图像质量。
根据本发明的补充***的另一应用可能参照图3来描述，该图3示意地示出胸X射线装置1。这样的胸X射线装置在专业圈子中也被称为壁式布凯滤线器立柱（Bucky-Wall-Stand）。该胸X射线装置具有在可移动的杆上固定的X射线管7.1，光锥10从该X射线管——通常沿水平定向——定向到对置的平面探测器2上。平面探测器2在此经由在此未进一步示出的机械装置与X射线管7.1耦合，使得平面探测器2总是随着X射线管7.1的垂直运动一起运动，而X射线管7.1的自由水平运动是可以的。在这样的运动中仅仅光锥10的扩展借助于可调节的遮光物改变，以便在探测器之外不输出不必要的射束剂量。
根据本发明，光栅套件3位于探测器2之前，该光栅套件对于平面探测器2的部分区域15能实现干涉测量检查。在此，两个光栅G1和G2可以以需要的间隔固定安装，两个光栅可以以不同的预给定的间隔推进或者也可以存在自动调节装置，该调节装置自动调节光栅的间隔。该装置被构造成，使得光栅G1和G2以高度精确相对定向。通过焦点或吸收光栅到探测器的路段的自动测量，此外可以实施光栅G1与G2的自动重新定位，以便遵循对于干涉测量检查所需的间隔关系。
在光栅套件3中又安置两个光栅G1和G2，其中在此光栅G1可移动地布置。基于X射线光锥10或受限的X射线光锥10.1的扩散度，存在用于移动装置12的略微更多的空间。
原则上也可以在此在病人6.1之前应用用于光栅套件3的自动的定位装置和/或位置确定装置和/或基于光的拍摄和/或显示***，以便以期望的方式手动地、半自动或全自动地实施光栅套件3的定位。
干涉测量检查本身于是在使用附加的在计算机11中安装的计算机程序Prg1-Prgn的情况下执行。结果也可以在此产生所选择的部分区域的相对比和暗场拍摄，相对比和暗场拍摄可以单独地或加权组合地或者与吸收拍摄组合地显示。
特别是在此所述的补充***也可以结合移动探测器应用，移动探测器可以以已知方式推进到壁式布凯滤线器立柱中。
虽然本发明详细地通过优选实施例进一步阐明和描述，但是本发明不通过公开的例子限制并且本领域内技术人员可以由此导出其他变型，而不会脱离本发明的保护范围。
附图标记列表：
1 X射线装置
2 平面探测器
2.1 探测元件
3 光栅套件
4 压紧板
5 压紧板
6 检查对象
6.1 病人
7 焦点
7.1 X射线管
7.2 拍摄和显示***
8 光栅附件
9 特别感兴趣的区域
10 光锥
10.1 受限的光锥
11 计算机/运算***
12 移动装置
13 可移动的遮光物
14 传感器/执行器
15 部分区域
G0 吸收光栅
G1 第一干涉测量光栅
G2 第二干涉测量光栅
Prg1-Prgn： 计算机程序。
Claims (11)
1.用于在X射线装置上病人（6）的干涉测量的X射线成像的补充***，所述X射线装置用于产生投影的吸收拍摄，所述X射线装置具有由构成焦点的X射线管（7.1）和具有多个生成像素的探测元件（2.1）的数字平面探测器（2）构成的发射器-探测器***和具有程序存储器的运算***（11），所述补充***具有：
1.1移动光栅套件（3），其具有：
1.1.1第一干涉测量X射线光栅（G1）；
1.1.2第二干涉测量X射线光栅（G2），其与第一X射线光栅间隔地沿发射方向布置；以及
1.1.3移动装置（12），用于在第二X射线光栅（G2）的平面中在至少一个探测元件（2.1）之上逐步移动第二X射线光栅（G2）；以及
1.2计算机程序（Prg1-Prgn），用于存储和执行在运算***（11）中，所述运算***（11）控制补充装置并且创建至少一个干涉测量的X射线显示。
2.根据前述权利要求1所述的补充***，其特征在于，在X射线管（7.1）上安装有具有吸收光栅（G0）的光栅附件（8）。
3.根据前述权利要求2所述的补充***，其特征在于，吸收光栅（G0）在光栅附件（8）中可移动地布置。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的补充***，其特征在于，光栅套件（3）被构造用于直接放置到平面探测器（2）上。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的补充***，其特征在于，位置识别***安装在光栅套件（3）和/或平面探测器（2）上，并且设有位置显示***，使得直接在病人（6）上或在病人的图形显示上显示由补充***所覆盖的区域。
6.根据前述权利要求5所述的补充***，其特征在于，位置识别***具有位置传感器（14），所述位置传感器集成在平面探测器（2）中并且探测光栅套件（3）中的位置发生器。
7.根据前述权利要求5或6所述的补充***，其特征在于，用于产生光标（7.2）的装置安装在X射线管（7.1）的区域中，所述X射线管将光栅套件（3）的位置投影到检查对象上。
8.根据前述权利要求5至7中任一项所述的补充***，其特征在于，计算机程序（Prg1-Prgn）模仿如下方法，利用所述方法在病人（6.1）的之前拍摄的投影X射线吸收图中标记特别感兴趣（9）的区域，并且所述区域通过用于产生光标的装置显示在平面探测器（2）上，使得光栅套件（3）为了产生至少一个干涉测量的X射线图显示能够被定位，所述X射线图显示由所述区域（9）的列表“相图、差分相图、暗场图、吸收图”组成。
9.一种X射线装置（1），被构造用于投影的吸收成像，所述X射线装置具有拥有构成焦点的X射线管（7.1）和拥有多个生成像素的探测元件（2.1）的数字平面探测器（2）的发射器-探测器***和拥有程序存储器的运算***（11），其特征在于，所述X射线装置（1）具有根据上述权利要求中任一项所述的补充***，以用于附加地产生至少一个干涉测量的X射线图显示，所述X射线图显示由列表“相图、差分相图、暗场图、吸收图”组成。
10.根据前述权利要求9所述的X射线装置（1），其特征在于，所述X射线装置（1）是由以下类型的列表组成的装置：***X射线照相***、C形臂***、具有壁式三脚架的胸X射线装置。
11.根据前述权利要求9至10之一所述的X射线装置（1），其特征在于，在平面探测器（2）上安装用于光栅套件（3）的自动定位装置（14），所述自动定位装置根据之前的输入在之前拍摄的吸收拍摄上定位光栅套件（3）。
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