CN110621232A - 用于狭缝扫描差分相位对比成像的格栅安装装置 - Google Patents

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CN110621232A CN201880032153.0A CN201880032153A CN110621232A CN 110621232 A CN110621232 A CN 110621232A CN 201880032153 A CN201880032153 A CN 201880032153A CN 110621232 A CN110621232 A CN 110621232A
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埃瓦尔德·勒斯尔
马蒂亚斯·***斯
王振天
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Abstract

用于干涉成像的安装结构(MS)和包括该安装结构的干涉成像设备。该安装结构包括至少一个用于接收要搁置在其上的干涉光栅(Gi)的弯曲表面(Sd)，该表面(Sd)具有多个孔眼(SL)，光栅(Gi)在被这样接收时覆盖至少一个所述孔眼。

Description

用于狭缝扫描差分相位对比成像的格栅安装装置
技术领域
本发明涉及一种安装结构、一种干涉组件、一种干涉成像设备以及一种制造干涉组件的方法。
背景技术
乳腺造影(mammography)是基于光栅的差分相位对比成像和暗场成像的有前景的应用领域。然而，该应用领域中的几何约束相对严格。这些几何要求中的两个要求是期望成像设备的干涉仪非常短(约为几厘米)以及整个***长度(源-检测器距离)短。
然而，短的干涉仪需要间距非常微小的光栅，因此需要高纵横比。当将这些光栅选择为平面的时，由于倾斜的入射，在总长度较短的***中观察到了离轴光线的可见度显著降低。如Koehler等人在2015年4月的《医学物理学杂志》第42(4)期的“狭缝扫描差分X射线相位对比乳腺造影：概念验证实验研究”中所报导的那样，最外面的检测器线处的可见度仅为中央检测器线的可见度的一半。
为了解决这个问题，已经设计出了弯曲的干涉仪，以便确保可见度在整个检测器区域保持得高。
然而，已经观察到，在这样的成像***中，尤其是在扫描类型的成像***中，图像质量有时是次优的。
发明内容
因此，可能需要解决上述缺点。
本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，在从属权利要求中包含了独立权利要求的主题的另外的实施方式。应当注意，以下描述的本发明的方面同样适用于干涉组件、干涉成像设备以及制造干涉组件的方法。
提出了一种用于干涉成像的安装结构，其包括至少一个用于接收要搁置在其上的干涉光栅的弯曲表面。该表面具有多个孔眼，并且光栅在被这样接收时覆盖至少一个孔眼。当被组装在成像设备中时，孔眼被设置为能与检测器上的检测器像素对准。
所提出的安装结构允许安全地、准确地且坚固地安装弯曲的光栅，以便将弯曲的光栅朝着它们将要用于的X射线成像***的焦点聚焦。弯曲的支撑表面具有诸如狭缝之类的孔眼，以便促进X辐射不受干扰地穿过安装结构。更具体地，搁置在弯曲的表面上的一个或多个光栅特别地被支撑在光栅的中央区域处，以避免所安装的光栅的下垂、弯曲或其他变形。因此可以保证限定的曲率。特别地，狭缝之间的表面部分为光栅提供了稳定的搁置表面，以更好地抵抗光栅变形。甚至在安装有光栅的成像仪进行扫描操作期间，该光栅仍保持聚焦。
同样地，由于实质上避免了两个光栅之间的相对运动，因此可以保持检测器信号的处理的鲁棒性。具体地，申请人已经观察到光栅变形(例如在扫描***中的运动期间发生的光栅变形)是图像质量有时是次优的一个原因。这些光栅变形干扰了对由干涉光栅引起的干涉图案的精确信号处理。所提出的安装结构允许牢固地安装弯曲的干涉仪，从而增加了信号处理的鲁棒性，并因此破坏了干涉成像中、特别是吸收成像、相位对比成像和暗场成像中成像的质量/保真度。
根据一个实施方式，安装结构具有孔眼，这些孔眼被设置成能与检测器像素成投射配准对准。这意味着在使用发散光束的情况下，由安装支撑件的狭缝或孔眼的边缘引起的干扰保持得较低。
由于光栅覆盖了孔眼，因此总是存在起到保持光栅形状的作用的支撑件的孔眼间部分。此外，孔眼(图案)增加了弯曲的支撑表面的刚度，弯曲的支撑表面又提供了对安装在其上的光栅的对应曲率的更好的限定。孔眼形成支撑表面中的孔眼间部分的互补***。当光栅覆盖孔眼的***并因此覆盖孔眼间部分时，为光栅提供了稳定的支撑。
如在一个实施方式中所设想的那样，使用弯曲的安装板能够容易地安装特别是未被预弯曲成弯曲形状的光栅。当调整安装在上述结构上的两个光栅以便调节干涉图案并且更具体地以便确保在检测器上有足够数量的条纹时，这是特别有利的。
根据一个实施方式，安装结构包括至少一个保持构件，该保持构件被构造为以与弯曲表面的曲率一致的曲率将光栅保持在弯曲表面上。这使光栅能够根据光束的聚焦参数进行弯曲。
根据一个实施方式，安装件包括具有多个孔眼的第二弯曲表面，该第二表面与所述至少一个第一弯曲表面相对地设置，该第二弯曲表面被构造为接收第二干涉光栅。这允许多个光栅被支撑和保持在固定距离处。
根据一个实施方式，具有第一弯曲表面和第二弯曲表面的安装结构被设置为将相应的干涉光栅保持在塔尔博特(Talbot)距离的倍数处。
根据一个实施方式，安装结构实质上为具有至少一个弯曲表面的长方体形状。
根据一个实施方式，安装结构包括在一侧由至少一个弯曲表面界定的中空空间。这具有只有该表面能对光束造成干扰的优点。
还提供了一种用于干涉成像的检测器，其包括辐射敏感检测器像素，所述辐射敏感检测器像素设置成图案，其中，当被组装在成像设备中时，所述图案能与用于干涉光栅的安装结构中存在的孔眼对准。这允许提供适于有利地构造的干涉仪的检测器。
还提供了一种组件，该组件包括根据上述任何一个实施方式的安装结构以及用于干涉成像的检测器，该检测器包括辐射敏感检测器像素，所述辐射敏感检测器像素被设置成图案，其中当被组装在成像设备中时，所述图案能与用于干涉光栅的安装结构中存在的孔眼对准。这具有提供适于有利地构造的干涉仪的检测器的优点。
还提供了一种干涉组件，其包括前述任一项权利要求所述的安装结构，在该安装结构上安装至少一个干涉光栅，其中光栅被弯曲成与安装结构的弯曲表面一致。
根据一个实施方式，干涉组件包括安装板，该安装板的曲率对应于弯曲表面的曲率，光栅被夹在弯曲表面和安装板之间。这样将光栅牢固地保持在适当位置。
还提供了一种干涉成像设备，其包括具有焦点的X射线源以及本文所述的干涉组件，其中弯曲光栅被聚焦到焦点。
根据一个实施方式，干涉成像设备包括X射线检测器，并且干涉组件设置在检测器上或至少与检测器相对。
根据一个实施方式，干涉成像设备具有检测器，该检测器包括被设置成离散的像素组的多个辐射敏感检测器像素，其中，安装结构的多个孔眼与像素组配准。
根据一个实施方式，干涉成像设备是扫描型的。
根据一个实施方式，干涉成像是乳腺造影成像设备。
附图说明
现在将参照以下附图(不一定按比例)描述本发明的示例性实施方式，其中：
图1示出了具有干涉仪的X射线成像设备上的部件；
图2示出了用于至少一个干涉光栅的安装结构；
图3示出了用于至少一个干涉光栅的安装结构的另一个实施方式；以及
图4示出了用于将光栅安装到安装结构上的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，出于干涉X射线成像的目的，提出了用于至少一个干涉光栅的安装结构。
在提供进一步的细节之前，现在首先参照图1，其示意性示出了具有这样的安装结构的、被配备用于干涉成像的X射线设备IA。具体地，图1示出了两个视图，A)是具有其外壳的成像设备1A的立体图，而B)以露出干涉成像设备IA的一些部件的示意性方式示出了剖开的正视图。尽管在下文中将主要参照乳腺造影狭缝扫描***，但是这不是限制性的，因为在此还可以设想其他干涉成像仪，所述其他干涉成像仪不一定是乳腺造影领域中的，也不一定是狭缝扫描型的。
首先参照立体图A)，乳腺造影X射线成像设备包括支架ST，该支架ST可以根据具体情况是落地式的或是吊顶式的或是可移动。图1特别地示出了落地式的支架ST。在该支架上安装有框架G。
框架G包括用于发射X射线辐射光束的X射线源XR以及与该源相对并且跨过成像或检查区域的、用于检测该辐射的X射线检测器D。
X射线辐射在成像期间穿过放置了关注的对象(在这种情况下是人的胸部BR)的检查区域。更详细地并且参照视图B，胸部BR搁置在胸部支撑件BS上，并通过施加压缩板CP而被压缩以在成像期间实现均匀且小的胸部厚度。
在操作中，X射线光束与胸部BR的物质相互作用。相互作用改变了X射线光束，在检测器D的X射线敏感表面处进行配准的正是被如此改变的光束。X辐射表面包括多个检测器像素。
检测器单元是数字检测器，例如全貌为平板的扫描仪，或者这里更有可能的多行检测器，该多行检测器具有离散放置的检测器线，每条检测器线包括各自的检测器像素。检测器像素可操作用于将照射的X辐射转换为电信号，电信号再被转换为投射成像。在一个特定的布局中，检测器线不是连续的(但是在其他实施方式中，不排除这种情况)，而是以线性设置的方式设置成任意两条检测器线之间有间隙，以形成一连串的检测器线。优选存在彼此平行但不必等距地延伸的多个(例如2至30个或更多个)这样的串。优选地，所述串是交错的，使得相邻串中的间隙不配准。两条相邻检测器线之间的距离通常比像素大小或像素间距离大(大许多级或数量级)。虽然后者(像素大小或像素间距离)通常在微米范围内，但前者在毫米甚至厘米范围内。在根据图1B的视图中，检测器线延伸到图面的平面中，因此该视图是沿着检测器线的。
还可以设想形成不同的图案的其他检测器像素布局。特别地，在替代实施方式中还可以设想除线性之外的离散的像素分组。例如，检测器像素可以通过离散的圆形、椭圆形或多边形(例如，三角形、矩形等)分组而设置在整个检测器表面上。
可选地，相对于检查区域中的被成像的对象，在对象BR和X射线源之间设置有前置准直仪PC，并且还可选地在检测器D和对象BR之间设置有后置准直仪POST。
前置准直仪PC通过孔眼掩模将在X射线源处产生的X射线光束分成多个分光束，例如扇形光束。图1A中的扇形光束延伸到图像平面中。然后，各个扇形光束穿过被成像的对象BR，并与干涉结构或组件IFA相互作用(下面将详细说明)。然后，后置准直仪起作用以消除穿过胸部物质期间产生的散射影响，现在编码通过与胸部组织相互作用而经历的吸收、折射和小角度散射类型的信息的扇形光束然后照射到检测器的辐射敏感表面上。
在图1的实施方式中并且如前所述，成像设备是扫描型的。换言之，在成像仪IA起作用获取对象的投射成像时，对象BR与检测器之间存在相对运动。在一个实施方式中，这可以通过将检测器设置在可相对于胸部BR移动的可动扫描臂(未被示出)上来实现。由此，使检测器沿着线性或弓形的扫描路径SP从下方推进经过胸部。
还可以设想在非医学或非乳腺造影领域中的其他实施方式，其中检测器D保持固定，而对象经过检测器被扫描。在其他实施方式中，是X射线光束在源XR或检测器D保持固定时被静电机构偏转以如此实现扫描。还可以设想其他实施方式，其中检测器是固定的，而X射线源描绘出路径，或者检测器和X射线源两者扫描经过对象。
总之，无论在干涉成像仪IA中使用任何设想的扫描实现方式，都可以在影响X射线光束与X射线干涉仪的至少一部分之间的运动时沿着不同的投射方向获取投射成像。在乳腺造影的情况下，投射方向可能相同。然而，在断层合成的情况下，该方向可能会改变。当检测器线具有上述间隙时，扫描操作特别有用。
下面引入坐标系X、Y、Z和相关术语是有益的。Y轴表示扫描方向。垂直于它并延伸到图1的图面中的是X轴，X轴平行于检测器线的方向。最后，Z轴表示主光束的主要传播方向，更具体地表示成像设备IA的光轴的方向。诸如“在……前面”、“下方”、“上方”、“下游/上游”等空间关系术语是沿着光轴在X射线光束的传播方向上采用的。此外，在下文中，诸如“远侧”和“近侧”之类的空间关系术语应理解为是指相对于检测器的相对定位或位置。更具体而言，修饰词“近侧”表示相对于检测器(表面)比远侧定位/位置更近的位置。
现在转到设备的干涉方面，这不仅允许针对被成像的物质的吸收特性的成像，而且还允许针对X射线光束在其穿过被成像的对象BR的物质时经历的折射或小的散射现象的成像。针对折射特性的成像有时被称为相位对比成像，在本文中同样使用该术语，但是这并不排除针对其他相关特性、衰减和小角度散射的成像。类似地，由小角度散射产生的对比通常被称为暗场对比。
干涉结构IFA允许提取这三个特性中的任何一个，例如吸收、折射和小角度散射。干涉结构包括干涉仪，并且该干涉仪的至少一部分被安装在安装装置上(将在下面更详细地讨论)。在图1所示的实施方式中，干涉仪由两个干涉光栅G1和G2形成。干涉结构IFA安装在与检测器D的X射线敏感表面相对的位置(但不是所有实施方式都如此)，即，安装在胸部BR和检测器D之间。特别地，干涉结构IFA安装到检测器D上，以有效覆盖检测器D的X射线敏感表面。
G1是相位光栅，而G2是吸收光栅。每一个光栅都包括在(可能但并非必须的)柔性基板的表面中加工成(例如通过蚀刻、切割或其他技术)的交替的一连串平行光栅线。在一个实施方式中，该基板是柔性的(即，薄的)硅晶片，但是也可以设想其他变型，例如聚酰亚胺膜(例如，KaptonTM)或石墨等。光栅线限定由相应的脊分开的一连串沟槽。脊和沟槽的这种***优选沿着检测器线(沿着垂直于扫描方向Y的X)延伸，但也可以设想诸如沿着扫描方向Y的其他方向。
为了获得必要的视野，通常不仅存在单个光栅Gl或G2，而且还存在沿X方向顺序地设置的相应的一连串这样的光栅，以便将光栅铺设在检测器的X射线敏感表面上。例如，在一个实施方式中，不仅存在单个光栅G1，而且还存在两个、三个或更多个这样的光栅并排设置。存在与一个或多个相位光栅相对地设置的类似的一连串的分析光栅G2。在下文中，将简单地称为“光栅G1”或“光栅G2”，要理解的是这些术语可以指代相应的一连串这样的光栅。通常(除非使用微聚焦管)在X射线源处或靠近X射线源还设置有源光栅G0(也是吸收光栅)，以使发射的X射线光束至少部分地相干。
光栅不必在所有实施方式中都包括两种光栅G1和G2，如果所使用的源XR能够产生固有相干的X射线光束，则源光栅G0也不是必需的。特别地，设想其中干涉仪IF仅包括单个光栅G1，而分析光栅的功能由具有适当间隔开的检测器像素和线的检测器来执行的实施方式。
应当注意，根据图1的干涉结构仅仅是一个实施方式。例如，还设想反向的光栅几何结构，其中相位光栅G1被设置在要被成像的对象之前与源光栅相同的一侧，并且仅光栅G2被设置在被成像的对象下方。
一个或多个光栅Gi(在下文中，Gi在讨论中被称为对三种光栅G1、G2或G0中任一种的统称)将视情况而定。
干涉仪的功能是产生能在检测器处检测到的干涉图案。然后，如在其他地方说明的那样，可以通过适当的信号算法分析该干涉图案，根据该信号算法可以计算出三个量，即衰减图像、相位对比图像和暗场图像，下面将对此更详细地说明。每个光栅由称为间距(pitch)的量限定，间距是指在光栅线中任意两个提及的壁之间的距离。这些壁在光轴方向上延伸以沿Z轴赋予一定的高度。该高度相对于间距的一半(或沟槽的宽度)被称为纵横比。根据所使用的X射线源的波长，必须选择特定的间距，以使光栅执行其干涉成像功能。
设想的干涉仪IF(Lau-Talbot型)的该功能如下。相位光栅将入射的扇形光束衍射成干涉图案，并且由于在不同级的所谓的塔尔博特距离处的塔尔博特效应，或者在相位光栅G1的情况下，在所谓的分级塔尔博特距离(通常也简称为塔尔博特距离)处相位调制被转化为强度调制，这在相位光栅的下游的精确限定的距离处再现。塔尔博特距离是相位光栅的间距和X射线辐射波长的函数。在一个实施方式中，分析光栅G2位于恰好一个这样的塔尔博特距离处(例如，第一级，以实现沿着Z轴构建的紧凑性)。干涉相位对比成像依赖于如下观察：如果将(要被成像的)对象BR引入检查区域，则该干涉图案将受到干扰。换言之，首先在检查区域中不存在对象的情况下记录干涉图案。有时将其称为空气扫描。一旦将对象引入检查区域并使其暴露于X射线光束，相位光栅将产生不同的干涉图案，并且这种不同的干涉图案可以根据空气扫描作为干涉扫描的扰动形式引入。这种干扰是由被成像的对象中的物质引起的折射和小角度散射作用造成的。
由于分析光栅G2的存在，这种干扰可以通过在干涉仪和X射线光束内部引起相对运动而转化为强度调制。在传统方法中，这是通过相位步进来完成的，在相位步进中一个光栅相对于其它光栅移动。例如，参见F.Pfeiffer等人的“使用低亮度X射线源进行相位提取和差分相位对比成像”(《自然物理》第2期，第258-261页(2006年))。然而，本文中未设想Pfeiffer等人所述的这种类型的相位步进。相反，在本发明中，光栅固定地设置成彼此相对，其中两个光栅之间没有相对运动。替代地，是扫描运动被用来引起这种强度图案。可以将正弦信号模型拟合到由两个光栅之间的配合产生的强度图案。这在其他地方已有报道，例如在前面引用的Koehler等人的参考文献中。
干涉结构IFA如上所述还包括安装结构MS，在该安装结构MS上安装有一个或两个光栅Gi。
现在参照图2，其示出了根据一个实施方式的安装结构MS的立体图。在图2中仅示出了在光栅安装件MS下方的检测器表面D的一部分，应理解的是，安装结构MS的覆盖区优选基本上与检测器D的辐射敏感表面共同延伸。
总体而言，安装结构MS的功能是双重的。首先，在G1和G2的情况下，安装结构能够将两个光栅保持在彼此所需的塔尔博特距离处(对于G0和G1需要分开的距离，还有一个功能要求[同样取决于间距和波长])。因此，沿着安装结构MS的Z轴的高度基本上等于所需级(例如第1级)的塔尔博特距离。其次，安装结构MS被构造为允许光栅Gi的弯曲设置，以便将光栅Gi朝着X射线源XR聚焦。这能够增加可见度，因为否则远离光轴Z的光栅会产生阴影效果。更具体而言，光栅的脊逐渐远离光轴倾斜，使得穿过相应脊的假想平面在穿过X射线源的焦点的线(本文称为“焦轴”)上相交。
总体而言，安装结构是包括两个弯曲表面(即，远侧支撑表面Sd和近侧支撑表面Sp)的框架。
在一个实施方式中并且如图1所示，安装装置MS被安装在检测器表面上方。每个支撑表面被构造为接收一个或两个光栅Gi中的相应的一个光栅。例如，在一个实施方式中，远侧表面用于接收一个或多个相位光栅(铺盖片)G1，而相对的近侧表面Sp用于接收一个或多个分析光栅(铺盖片)G2。
在反向几何学中，远侧表面Sd接收源光栅G0，而近侧表面Sp接收相位光栅G1。如上所述，各个光栅的面积通常小于支撑表面Sp、Sd。因此，表面Sd和Sp分别被一连串这样的光栅平铺。例如，在一个实施方式中，远侧表面接收一连串三相光栅铺盖片，对应地，近侧表面接收一连串三个分析光栅铺盖片，但是这些数字纯粹是示例性的并且取决于表面Sp、Sd和光栅Gi的相对尺寸。
光栅支撑表面Sd和Sp在与图2所示的相同的意义或方向上弯曲，以支撑搁置在其上的光栅Gi的聚焦。换言之，支撑表面SD和SP各自是它们的纵轴与穿过焦点FS的焦轴重合的假想的同心柱体的柱面。特别地，每个弯曲表面的轮廓具有单个极值点。为了说明的目的，在图2中(以及在下面将要讨论的图3中)，弯曲半径(即，柱体的半径)被示出比实际设想的曲率数量级小(约150mm)，在一个实施方式中，实际设想的曲率为大约50-70cm，特别是大约为65-66cm，例如660mm。这些半径对应于检测器D和焦点FS之间的距离，并且特别适合于乳腺造影应用。乳腺造影以外的应用可能需要不同的曲率。
安装结构MS通常用长方体作为其外壳或外形，该长方体的一对边缘(例如，一对长边缘)沿着检测器线(即沿着X轴)延伸。弯曲的光栅支撑表面Sd、Sp类似于倒置的屋顶瓦板，因此使安装盒具有“弯曲的长方体”的总体形状。
当将安装结构MS设置在成像仪1A中时，两个弯曲的支撑表面Sp、Sd的各自的极值点处的切向平面基本上垂直于成像仪的光轴。有四个侧面部分S1-S4(基本上平行于光轴定向)在两个弯曲的支撑表面Sp、Sd之间延伸。
光栅安装件MS总体而言是中空的，因此两个表面Sp、Sd和侧面部分S1-S4包围或勾勒出中空空间HS，但是这不一定排除在安装结构MS内部延伸穿过中空空间HS的结构或其他稳定元件。这种(准)中空构造允许一个或多个X射线光束基本上不受干扰地通过安装结构MS。在图1中，侧面部分仅由其位置指示，但是它们本身被剖开以允许由安装“盒”MS包围的中空HS空间的可视化。
四个侧面部分S1-S4是封闭的，或者同样包括一个或多个开口以节省重量和材料。具体地，侧面部分S1-S4中的至少一个(特别是全部)可以具有基本上为实心的构造(即，没有通孔或有几个通孔)。然后，这些侧面部分形成连接两个表面Sd、Sp的4个壁，在这种情况下，安装结构MS更接近于盒。但这不排除其中一个或多个或所有侧面部分包括一个或多个开口的其他实施方式，因此安装结构MS更接近于桁架工作结构或这种类型。这种情况的一个极端实施方式是侧面部分S1-S4“简化”为四个直边构件EM1-EM4，四个直边构件EM1-EM4连接两个相对表面Sd、Sp的相应的拐角并从它们实质上垂直地延伸。在这后一种实施方式中，安装结构更接近于长方体框架。
为了进一步减少对穿过安装结构MS的X射线光束的干扰，弯曲的支撑表面Sd和Sp中的至少一个、但优选两个都具有在其中形成的孔眼SL的相应图案。因此，在表面Sd、Sp中的一个表面没有孔眼图案的那些实施方式中，该表面应该由对X射线半透明的材料形成。如果孔眼更少的表面是用于接收相位光栅G1的近侧表面，则其材料应在G1的间距的空间尺度上是“结构更少的”，以免干扰干涉。在检测器像素按行分组的情况下，孔眼可以具有狭缝的形式。然而，对于孔眼和检测器像素组而言，其他设置也是可能的。
因此，存在一种用于干涉成像的安装结构，其包括至少一个用于接收要搁置在其上的干涉光栅的弯曲表面。该表面具有多个孔眼，并且光栅在被这样接收时覆盖至少一个所述孔眼。当被组装在成像设备中时，孔眼被设置为能与检测器上的检测器像素对准。
所提出的安装结构允许安全地、准确地且坚固地安装弯曲的光栅，以便将弯曲的光栅朝着它们将要用于的X射线成像***的焦点聚焦。弯曲的支撑表面具有诸如狭缝之类的孔眼，以便促进X辐射不受干扰地穿过安装结构。更具体地，搁置在弯曲的表面上的一个或多个光栅特别地被支撑在光栅的中央区域处，以避免所安装的光栅的下垂、弯曲或其他变形。因此可以保证限定的曲率。特别地，狭缝之间的表面部分为光栅提供了稳定的搁置表面，以更好地抵抗光栅变形。甚至在安装有光栅的成像仪进行扫描操作期间，该光栅仍保持聚焦。
同样地，由于实质上避免了两个光栅之间的相对运动，因此可以保持检测器信号的处理的鲁棒性。具体地，申请人已经观察到光栅变形(例如在扫描***中的运动期间发生的光栅变形)是图像质量有时是次优的一个原因。这些光栅变形干扰了对由干涉光栅引起的干涉图案的精确信号处理。所提出的安装结构允许牢固地安装弯曲的干涉仪，从而增加了信号处理的鲁棒性，并因此破坏了干涉成像中、特别是吸收成像、相位对比成像和暗场成像中成像的质量/保真度。
在一个实施方式中，孔眼是线性狭缝的图案。在该实施方式中，狭缝图案与检测器线的布局一致，检测器线同样是断开的并彼此略微偏移。换言之，在每个弯曲表面中切割成或以其他方式形成的狭缝图案包括沿着检测器线方向(沿着图1中的X轴)断开地延伸的一连串的离散狭缝，每个狭缝串相对于相邻的狭缝串交错。如图2所示，这种设置又限定了一连串对角切开的自由部分或带，它们线性地横穿弯曲表面Sd、Sp。这些“孔眼间”部分的带为光栅提供了分布式稳定的支撑，即使在扫描运动期间也避免了弯曲、下垂或其他变形，从而在成像操作期间始终确保基本恒定的明确限定的光栅曲率。这种设置的优点在于，至少对于最终将落在检测器像素上的那些X射线光束，实现了对X射线光束的减少的干扰。
总体而言，光栅Gi(特别是G1和G2)的沟槽和脊平行于狭缝的走向延伸。在图1B)的视图中，沟/脊延伸到沿着X轴的平面或图面中。
然而，应当理解，该狭缝图案仅仅是孔眼布局的示例性实施方式。特别地，在弯曲的支撑表面中形成的孔眼图案总体而言对应于检测器表面中的检测器像素的分组的布局。例如，在检测器线(即检测器像素的线)是连续的(即，没有间隙)的实施方式中，孔眼图案可以相应地形成为一连串平行的、连续的狭缝。
在一个实施方式中，狭缝的尺寸和形状对应于原始光束被前置准直仪PC分成的扇形光束的尺寸(长度和厚度)和形状。
总体而言，一个或多个支撑表面Sp、Sd中的孔眼的***在该表面Sp、Sd中限定了格架或(交叉的)格栅结构，其中孔眼的形状取决于检测器像素分组的形状，例如弯曲的(椭圆形的或圆形的)或矩形的、菱形的等。在表面Sp、Sd中形成的孔眼的布局图案使得孔眼间部分(即，没有孔眼的表面部分)的互补的布局图案与检测器表面的位于像素组之间的部分配准，以避免干扰一个或多个X射线光束。
必须注意形成足够大的孔眼，以免它们本身的干扰影响。实际上，作为图2中的实施方式的变型，孔眼的形状不必(密切地)与分光束的形状一致。孔眼可以形成得显著更大和/或可以具有与前置准直的分光束不同的形状。在一个极端的实施方式中，仅存在由沿X或Y方向延伸以连接相应的表面Sp、Sd的相对的边缘的单个连接构件(例如，支柱或条带)限定的恰好两个孔眼。另外并且根据替代实施方式，第二连接构件可以横穿第一连接构件，由此限定4个(例如矩形)孔眼。换言之，在该实施方式中，表面“简化”为由一个或两个连接构件连接的边界部分。因此，如本文所使用的，检测器像素分组与孔眼图案之间的“处于配准”的关系不一定暗示分组与孔眼的形状和尺寸一致，但是这确实是图1和图2中的优选的实施方式(将在下面进一步讨论)。分组和孔眼图案必须仅对准成使得对于穿过任何给定孔眼的每个(部分)光束，存在位于该光束的路径中的检测器像素分组。应理解的是，检测器像素分组和孔眼图案之间的这种空间配准延伸到前置准直仪PC的孔眼掩模。此外，还应理解的是，两个支撑表面Sp、Sd的相应的孔眼图案也彼此配准。还应理解的是，在一些实施方式中，原始光束被分成的分光束总体而言是发散的。换言之，投射不一定是平行的投射，而是也可能是中心/立体的投射。因此，支撑表面图案、前置准直仪和检测器像素分组的位置之间的配准关系应理解为被构造为遵循这一点，并因此可以更一般地被称为“投射配准”的关系，即，孔眼图案和检测器像素分组在要用于成像设备IA的成像几何结构的适用投射下配准。还应注意的是，将孔眼或缝隙的尺寸设计成略微宽于实际的检测器像素分组以允许机械对准、光束产生和安装支撑件制造方面的公差可能是有益的。
在上文中，已经将检测器D描述为具有设置成不连续的线的像素。然而，如前所述，像素的其他设置也是可能的。此外，根据光栅的特性或遵循机械限制在安装结构MS中限定狭缝图案可能是有利的。例如，狭缝的某些设置可以提供更大的机械稳定性。那么，在这种情况下，将像素的图案设置在检测器D上以与安装结构MS的狭缝图案配准将会是有利的。因此，用于干涉成像的检测器(D)可能包括辐射敏感检测器像素，所述辐射敏感检测器像素被设置成图案，其中，当将被组装在成像设备中时，该图案能与用于干涉光栅的安装结构中存在的孔眼对准。
使安装结构MS适于检测器D的优点是可以使用具有现有像素设置的检测器，即，其可以避免改变检测器。
因为安装结构MS是中空的，因此每个弯曲的支撑表面具有外面部和内面部。在一个实施方式中，设想将相应的光栅安装到两个弯曲的支撑表面Sp和Sd的外面部。在其他实施方式中，两个光栅或两个光栅串G1、G2均安装到弯曲表面Sp和Sd的相应的内面部。例如，还设想了混合设置，其中一个光栅或串安装在外面部，而另一串安装在弯曲表面的内面部。更具体地，在一个实施方式中，将相位光栅G1或一连串相位光栅安装在远侧弯曲表面SD的外面部，而将分析光栅串G2安装在弯曲的第二支撑表面SP的内面部的内表面上。在所有前面讨论的实施方式中，源光栅G0优选(但不必在所有实施方式中)同样弯曲并且安装在位于X射线源与对象BR之间的类似的安装结构MS上。用于源光栅G0的安装结构优选仅具有一个弯曲或平面的支撑表面。在反向几何学中，唯一安装在对象OB与检测器D之间的单独的安装结构MS(优选具有单个弯曲表面)上的是分析光栅G2，而相位光栅G1和源光栅G0一起安装在同一个结构中，其中G0位于远侧表面上，而G1位于近侧表面上。
可以将光栅预弯曲成弯曲形状，然后将其安装到弯曲表面Sp、Sd上。替代地，光栅最初是平面的，然后被推压成弯曲形状并与弯曲表面SD或SP的相应面部接触。具体地，为了将光栅牢固地保持在相应的弯曲表面上，安装盒MS包括沿着相应的弯曲表面SD、SP的边缘广泛地设置的多个保持构件RM。在图2的视图中，仅示出了远侧表面SD上的保持构件。为了说明，仅示出了四个。然而，保持构件的类似设置也可以在相对的近侧表面SP上形成。插图2A提供了根据一个示例性实施方式的保持构件RM的更多细节，该保持构件被构造为实现接触压力的基本均匀的分布。在一个实施方式中，保持构件包括接合启动部分210，例如螺栓(对应的螺母未被示出)或螺钉以及导轨构件220。在一个实施方式中，光栅Gi包括未经处理的边界区域b。换言之，在这些边界区域b中没有光栅线。在光栅Gi的这些边界部分b中设置孔240。这些孔实质上大于螺栓210的钻孔。在导轨结构220中形成直径小于光栅孔240的第二组孔230，并且在下面的表面Sd或Sp中形成第三组孔150以接收相应的光栅。螺栓210首先穿过导轨孔230，然后穿过光栅孔240，再被接收到下面的弯曲表面Sd、Sp的孔250中。由于光栅孔240实质上大于钻孔并且由于覆盖的导轨，因此螺栓的头部和钻孔绝不会直接接触光栅Gi。相反，在将螺栓引入接收孔250中时，螺栓头部促使导轨构件220与光栅Gi接触，使得在螺栓完全***之后，光栅的未经处理的边界部分b被牢固地夹在导轨构件与下面的弯曲表面Sd、Sp之间。在一个实施方式中，每个保持构件RM具有其自己的导轨构件220，或者多个保持构件共享一个连续的共同的导轨构件。然而，图2A中的保持构件仅是根据本文所设想的许多实施方式中的一个实施方式。例如，光栅Gi可以替代地通过多种不同的方式被胶合、焊接或以其他方式固定。作为上述的另外的变型，一个或多个光栅Gi可以不必具有一个或多个未经处理的边界部分b。因此，相反，可以在一个或多个光栅Gi的加工区域中形成光栅通孔240。
尽管图2涉及远侧支撑表面Sd，但是完全相似的保持构件也被用于近侧支撑表面SP的内面部或外面部。通过确保保持构件的接合启动部分210不与易损的光栅Gi接触，可以避免损坏并且可以使接触压力沿着光栅Gi的边界部分b均匀地分布。
优选保持构件RM不设置于在成像期间靠近胸部BR的支撑表面Sd、Sp的边缘上，而是设置在其余三个边缘中的两个或更多个边缘上。换言之，保持构件RM设置在相应的支撑表面Sp、Sd的平行于下面的检测器并垂直于X射线成像仪的扫描方向延伸的边缘上。也可以在沿扫描方向延伸的远边缘处(在图2的立体图中)设置一个或多个保持构件。优选地，保持构件等距地间隔开(例如，每隔10mm)以接合光栅Gi铺盖片。在一个实施方式中，对于每个光栅铺盖片，每个边缘使用两个或更多个保持构件。
现在参照图3的A)、B)，其示出了包括相应的安装板MPd、MPp的安装结构MS的另外的实施方式，一个安装板用于安装在远侧支撑表面Sd上(如A所示)和/或一个安装板用于安装在近侧表面Sp上(如B所示)。不一定存在两个这样的安装板MPp、MPd，因为存在设想的其中两个支撑表面Sd、Sp中只有一个支撑表面具有这样的板MPd或MPp的实施方式。
安装板MPp、MPd不是平面的，而是同样是弯曲的，其曲率对应于可安装该安装板的支撑表面Sd、Sp的曲率。当被安装时，相应的光栅Gi被有效地夹在安装板MPd、MPp与下面的支撑表面Sd、Sp之间。优选地，安装板被预成形以匹配弯曲的支撑表面Sp、Sd的形状。
具有这样的预弯曲的安装板MPd、MPd在光栅Gi本身未被预弯曲成形而在松弛状态下最初是平面的实施方式中特别有利。假设光栅Gi具有足够的柔性，以能够无损地变形为与表面Sp、Sd的曲率一致的期望的弯曲形状。然后，通过将弯曲的安装板MPd、MPd朝着支撑表面Sp、Sd施压到光栅上，迫使初始平面的光栅Gi呈现匹配的弯曲形状。相应的光栅Gi被安装板MPd、MPp推动成与其支撑表面Sp、Sd接触。在施加力的作用下使安装板MPd、MPp朝向支撑表面Sp、Sd移动时克服光栅抵抗变形的偏移，以将光栅变形为期望的弯曲形状。
在一个实施方式中，如上面关于图1说明的那样，安装板MPd、MPp在通过类似的保持装置RM这样被施力之后被保持在该位置。为此，安装板的边界部分因此可以包括用于接收机构RM的螺栓穿过的对应的孔。一个或优选两个安装板都包括相应的孔眼图案(例如，图2所示的狭缝图案)以匹配相应的支撑表面Sp、Sd的孔眼图案。再者，安装板中的各个狭缝呈投射配准(在上述相同的意义上)，以使多个子光束基本上不受干扰地通过。由于安装板及其覆盖的支撑表面Sp、Sd的紧密性，总体而言可以预期两个孔眼图案在平行投射下配准，其中孔眼位于彼此下方。再者，形状和尺寸的对应关系不是必须的，但是如图2的实施方式所示是优选的。例如，为了当前的目的，安装板MPp、MPd中的孔眼比形成在下面的支撑表面Sp、Sd中的孔眼SL大可能就足够了。安装板MPp、MPd不必设想成用于如上所述的永久的安装，而是可以作为纯粹的安装工具用于迫使光栅成形并置于弯曲的支撑表面Sp、Sd上。因此，在安装之后，固定的仅仅是光栅Gi，而之后移除安装板MPd、MPp。下面将结合图4进一步描述其示例性实施方式。同样地，对于安装结构MS，当与检测器相对地安装时，必须确保两个表面Sd、Sp上的狭缝以及安装板上的狭缝或孔眼(如果有)都与检测器像素组的布局配准。
作为图2和图3的变型，不是将相位光栅G1和分析光栅G2彼此相对地安装到安装结构MS上(即，G1安装到远侧，G2安装到近侧)，而是可以通过将源光栅安装到这样的第二安装结构上，使用反向几何学。在这种反向几何学中，是源光栅G0与相位光栅G1一起被安装到相同的安装结构MS上，而分析光栅G2被安装到单独的这种安装结构上。特别地，源光栅G0被安装在远侧表面Sd上，而相位光栅G1被安装在相同的安装结构的近侧表面Sp处。
作为图3B)所示的G2的替代方式，近侧安装板MPp不必具有特征孔眼(狭缝)。相反，也可以使用足够坚硬但在很大程度上对X射线半透明的材料。原则上，这种“孔眼更少的”选择也可用于G1的其他安装板MPd，但必须注意，用于迫使G1成为其设计形状的材料不会不利地影响干涉效果，即，该材料应在G1的间距的空间尺度上是“结构更少的”。
应用于支撑表面Sp、Sd或一个或多个安装板MPp、MPd上的孔眼图案可以通过激光切割或其他切割或蚀刻技术来形成。
用于安装结构MS的合适材料是殷钢(也称为FeNi36或64FeNi或其衍生物)或其他合金或任何其他合适的刚性材料，例如铝。
在一个实施方式中，通过切割、铣削、3D打印等或通过其他形式的材料处理，将整个安装结构MS整体地形成为单个块或盒。
在其他实施方式中，安装结构MS一体地形成或由不同的特殊部分组装。例如，侧壁(如果有的话)S1-S4被单独接合或固定到两个弯曲的支撑表面Sp、Sd上，同样形成独立的部件。在一个实施方式中，安装结构盒MS由两部分形成，这两部分在图2的两个支撑表面Sd、Sp之间的大致中间平行地延伸的平面中结合。换言之，在该实施方式中，安装结构由两个长方体半部组装而成，两个长方体半部各自包括相应的弯曲支撑表面，并且各自具有侧壁S1-S4的相应部分或从其垂直突出的至少四个侧边缘EM1-EM4。然后，这两个长方体半部在它们各自的侧面部分或S1-S4或边缘EM1-EM4处通过螺纹连接、胶合、螺栓连接或其他方式结合在一起，以形成图1、图2所示的长方体形状。
也可以将安装结构MS制成多层结构，即具有限定多于两个弯曲表面的结构。这在干涉仪的该部分中需要多于两个光栅的情况下将是有用的。用于安装结构的中空结构将适合于此。
尽管在以上实施方式中，已经将安装结构称为“盒”或长方体形状(例如，图1、图2所示的立方体或非长方体)，但是本文在替代实施方式中不排除其他几何形状。例如，在替代实施方式中，安装结构MS具有柱状形状。更一般地，原则上还设想任何其他3D形状，并且安装结构MS的外形最终将取决于成像仪1A中的空间要求和/或用于附接安装结构的检测器表面的形状。
为了确保将安装结构安全地安装到检测器上或成像设备的任何其他相关部分上，可以在下部弯曲的支撑表面Sp与检测器外壳的大体平面的表面之间***合适的适配器件。这些适配器件可包括弯曲部分，该弯曲部分匹配并被构造为接收弯曲的支撑表面Sp，而适配器件的与弯曲部分相对的边缘对应于成像仪IA的设备(例如检测器外壳)的附着该相对的边缘的部分。特别地，该相对的边缘可以是笔直的，以确保安全地立在检测器的平面上。
现在参照图4，图4示出了制造干涉组件的方法的流程图。具体地，该方法是一种用于将光栅安装到具有一个或两个用于分别接受这样的光栅的弯曲支撑表面的安装结构MS上的方法(图2或图3是示例性实施方式)。
两个光栅结构G1和G2必须相对于彼此安装，以确保干涉图案具有延伸跨过检测器线的足够数量的周期。如上简要所述，这是为了确保在提取干涉量即吸收、相位对比和小角度散射影响时应用于检测器信号的信号处理的鲁棒性。为了确保以这种方式获得足够数量的干涉条纹，由于光栅的制造中的一些瑕疵，光栅可以不必彼此平行。
更具体地，当被安装在块MS上时，各个光栅中的沟槽可以不必彼此平行。而是，可能需要轻微的扭曲或其他错位，以确保上述足够数量的干涉条纹。
现在转到该方法，更详细地，在步骤S410中，将两个光栅中的第一光栅(例如G1或G2)施加到安装结构的一个弯曲表面上。该第一光栅被牢固地固定在表面Sp或Sd上，使得以该光栅与支撑表面和安装板MP(如果有的话)的曲率一致的方式将该光栅牢固地保持在该表面上。
在步骤S420中，现在将第二光栅施加到安装结构的相对的支撑表面Sp或Sd上，但仅仅是临时施加于其上。优选但非必须地，该第二光栅是G1。更特别地，第二光栅被推动成与其支撑表面接触，尽管第二光栅尚未弯曲但在此阶段被允许保持平坦，从而仅在与弯曲的支撑表面的接触线上接触支撑表面，并且现在仅在所述接触线处接触。特别地，该阶段的光栅仍可相对于相对的支撑表面处的固定安装的光栅移动。更特别地，如此临时安装的第二光栅可围绕垂直通过两个支撑表面Sp和Sd的垂直轴线Z倾斜和/或可围绕与该接触线重合的轴线倾斜。
现在，在步骤S430中，将固定有两个光栅的安装结构暴露于X射线辐射。现在，这将产生干涉图案，该干涉图案在测试检测器处或优选在要用于要安装该安装结构的成像仪IA的检测器处检测。优选地，在监测设备上将干涉图案可视化为测试图像。
现在，在步骤S440中，有意地使该仍可移动的第二光栅经受探索性运动，例如倾斜、旋转和/或可能的移位。
与此同时，在步骤S450中，根据在监测设备上优选实时的可视化，观察到由于运动而现在改变的干涉图案。如果在步骤S455中认为干涉图案是令人满意的，即，如果在检测器上产生足够的干涉条纹，则停止运动，然后将仍可移动的光栅弯曲以呈现其最终形状或位置，并在步骤S460中将其固定地保持到其支撑表面。
应理解的是，该方法在至少一个光栅不预弯曲成一定形状而仅在安装到结构上时被迫成弯曲形状的情况下特别有用。
如果将光栅预弯曲成形，仍然可以应用上述方法，但是，在步骤S430中施加的测试运动受到一定程度的限制。
应理解的是，对于上述安装方法，具有弯曲的安装板MPp、MPd的图3的实施方式是特别有利的。安装板MPd、MPd提供了一种用于将适当分布的压力施加到光栅上，从而迫使它们变成弯曲的形状并确保光栅牢固地抵靠在它们各自的弯曲表面Sp和Sd上的有用的手段。
具体地，对于步骤S460，可以使用测微装置，该测微装置允许使临时附接的第二光栅围绕不同的轴线精确地倾斜以探测所得的干涉图案。具体地，光栅以其平整的平面状态被保持在框架中，并且通过使用不同的测微螺钉，可使该框架围绕一个或多个不同的轴线倾斜。一旦干涉图案是可接受的，则使在其一个端部上承载有安装板MPp、MPd的柱塞向前穿过框架，到达光栅上，然后将光栅弯曲成抵靠支撑表面的弯曲形状。一旦光栅在其表面上的各处与弯曲的支撑表面Sp、Sd牢固地接触，就使保持构件RM接合以将光栅Gi在合适的形状和位置固定到安装结构MS上。然后，柱塞释放安装板。然后，柱塞退出，从而完成安装操作。替代地，一旦光栅已经被固定，就移除安装板，因此安装板仅用作安装工具。
应理解的是，安装第二光栅的其他方式也是可能的，因此如上所述的安装板的使用不是必需的。
应理解的是，以上步骤S455以及S430中的探索性运动提供了一种在视觉指导下利用交互式反馈的迭代方法。这可以手动实现，但是也可以在适当地连接至用于实现探索性运动的机器人平台的计算单元上实现。可以通过图像处理算法来评估干涉图案，而探索性运动可以基于例如由随机数生成器(RNG)提供的数据来计算。本文还设想了其他自动化形式。
必须注意，参考不同的主题描述了本发明的实施方式。具体地，参考方法类型的权利要求描述了一些实施方式，而参考装置类型的权利要求描述了其他实施方式。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中得出，除非另行说明，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题有关的特征之间的任何组合也被认为随本申请被公开。然而，可以组合所有特征，以提供不仅仅是特征的简单总和的协同效果。
尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施方式。通过对附图、公开内容和从属权利要求的研究，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施方式的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且单数词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中叙述的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地利用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于干涉成像的安装结构(MS)，其包括至少一个用于接收要搁置在其上的干涉光栅(Gi)的弯曲表面(Sd)，该表面(Sd)具有形成格栅的多个孔眼(SL)，所述光栅(Gi)在被这样接收时覆盖至少一个所述孔眼，其中，当被组装在成像设备中时，所述孔眼被设置成能与检测器上的检测器像素对准。
2.根据权利要求1所述的安装结构，其中，所述孔眼被设置为能与所述检测器像素成投射配准地对准。
3.根据权利要求1或2所述的安装结构，其包括至少一个保持构件(RM)，所述保持构件被构造为以与所述弯曲表面的曲率一致的曲率将所述光栅(Gi)保持在所述弯曲表面(Sd)上。
4.根据前述任一项权利要求所述的安装结构，其中，所述安装结构包括具有多个孔眼的第二弯曲表面(Sp)，所述第二表面(Sp)与至少一个第一弯曲表面(Sd)相对地设置，所述第二弯曲表面(Sp)被构造为接收第二干涉光栅(Gj)。
5.根据权利要求4所述的安装结构，其中，所述第一弯曲表面和所述第二弯曲表面被设置为将各自的干涉光栅保持在塔尔博特距离的倍数处。
6.根据前述任一项权利要求所述的安装结构，其实质上呈具有至少一个弯曲表面的长方体的形状。
7.根据前述任一项权利要求所述的安装结构，其包括在一侧由至少一个弯曲表面(Sp，Sd)界定的中空空间(HS)。
8.一种组件，其包括根据前述权利要求1至7中任一项所述的安装结构(MS)以及用于干涉成像的检测器(D)，所述检测器(D)包括辐射敏感检测器像素，所述辐射敏感检测器像素被设置成图案，其中当被组装在成像设备中时，所述图案能与所述安装结构中存在的所述孔眼对准。
9.一种干涉组件(IFA)，其包括前述任一项权利要求所述的安装结构，在所述安装结构上安装至少一个干涉光栅(Gi)，其中所述光栅被弯曲成与所述安装结构的所述弯曲表面(Sp，Sd)一致。
10.根据权利要求9所述的干涉组件(IFA)，其包括曲率与所述弯曲表面(Sd)的曲率对应的安装板(Mp，Md)，所述光栅被夹在所述弯曲表面和所述安装板(MP)之间。
11.一种干涉成像设备(IA)，其包括：
具有焦点的X射线源(XS)；以及
根据权利要求9或10所述的干涉组件(IFA)，其中，弯曲的光栅(Gi)聚焦到所述焦点。
12.根据权利要求11所述的干涉成像设备，其包括X射线检测器(D)，其中，所述干涉组件(IFA)设置在所述检测器(D)上或至少与所述检测器(D)相对。
13.根据权利要求12所述的干涉成像设备，其中，所述检测器(D)包括设置成离散的像素组(DL)的多个辐射敏感检测器像素，其中，所述安装结构的所述多个孔眼(SL)与所述像素组(SL)配准。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的干涉成像设备，所述成像设备是扫描型的。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的干涉成像设备，所述成像设备是乳腺造影成像设备。
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