本發(fā)明涉及用于x射線相襯斷層合成成像的x射線探測器布置、用于x射線相襯斷層合成成像的線探測器、用于x射線相襯斷層合成成像的成像系統(tǒng)、用于x射線相襯斷層合成成像的方法、以及用于控制這種布置的計算機程序元件和存儲了這種計算機程序元件的計算機可讀介質。

背景技術：

在x射線圖像采集技術中，待檢查的對象位于x射線源和x射線探測器之間。由x射線源生成扇束或錐形束，其可能在x射線探測器的方向上采用準直元件。待檢查的對象取決于其內(nèi)部結構在空間上衰減x射線束。空間衰減的x輻射隨后到達x射線探測器，其中x輻射的強度分布被確定并隨后轉換為電信號用于進一步處理并顯示x射線圖像。x射線生成設備和x射線探測器兩者都可以安裝在圍繞待檢查對象旋轉的機架上。通過為相應旋轉提供相對于待檢查對象的變化的對準和取向的不同x射線圖像的后續(xù)采集，可以獲得對象內(nèi)部形態(tài)的三維重建。

除了這種x射線透射成像外，相襯成像可以確定透射的x射線的相移和樣本的散射功率。這提供了可以用于對比增強、確定材料組成和減少x輻射劑量的額外信息。wo2013/004574(a1)公開了用于相襯成像的x射線成像系統(tǒng)，其包括x射線源、相位光柵、分析器光柵和x射線探測器元件。待檢查對象可布置在x射線源和x射線探測器元件之間。相位光柵以及分析器光柵可布置在x射線源和x射線探測器元件之間。x射線源、相位光柵、分析器光柵和x射線探測器可操作地耦合用于采集對象的相襯圖像。

carolinaarboleda等人的“tilted-gratingapproachforscanningmodeofx-rayphasecontrastimaging”(opticsexpress，第22卷，第13號，第15447頁)公開了采用傾斜光柵用于掃描相襯成像系統(tǒng)。

wo2013/126296公開了掃描相襯成像系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)要素：

需要提供用于相襯成像的x射線探測器布置，其以簡單的方式組合斷層合成數(shù)據(jù)的采集與相襯數(shù)據(jù)的采集。

通過獨立權利要求的主題解決本發(fā)明的問題，其中，進一步的實施例并入到從屬權利要求中。應該注意的是在后文描述的本發(fā)明的各方面也應用于x射線相襯斷層合成成像的x射線探測器布置，用于x射線相襯斷層合成成像的線探測器，用于x射線相襯斷層合成成像的成像系統(tǒng)，用于x射線相襯斷層合成成像的方法，計算機程序元件以及計算機可讀介質。

根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于x射線相襯斷層合成成像的x射線探測器布置。所述x射線探測器布置包括若干線探測器。每個線探測器被配置為在撞擊這種線探測器的x射線束的至少一部分中探測莫爾圖樣。每個線探測器包括若干探測器線，其中，每個線探測器的寬度等于莫爾圖樣的一個周期或整數(shù)倍的周期。以這種方式，通過在一個(或整數(shù)倍的)莫爾條紋周期的相鄰探測器線上進行等距相位采樣來促進對相襯數(shù)據(jù)的同時采集。

本發(fā)明由此提出一種能夠組合斷層合成數(shù)據(jù)的采集和相襯數(shù)據(jù)的采集的x射線探測器布置。如上所述，x射線相襯成像是使用關于經(jīng)過對象的x射線束的相位變化的信息以便創(chuàng)建其圖像的方法。由樣本引起的x射線束的相移不被直接測量，而是被轉換為強度的變化，其隨后被探測器記錄。x攝像斷層合成是用于在例如乳腺攝影劑量水平執(zhí)行高分辨率有限角度斷層攝影的方法。斷層攝影指的是通過使用任何種類的穿透波通過區(qū)段或分段進行成像。本發(fā)明應用于例如用于x射線斷層合成和狹縫掃描相襯乳腺攝影(尤其是全場數(shù)字乳腺攝影)的x射線探測器布置。

以簡單的方式實現(xiàn)相襯成像和斷層合成的組合，因為這只要求線探測器幾何結構的最小擴展?！皞鹘y(tǒng)”狹縫掃描斷層合成系統(tǒng)的幾何結構到相襯狹縫掃描斷層合成系統(tǒng)的擴展是簡單且最小的，因為x射線探測器和準直器結構保持在合適的位置中。必要的硬件改變相當于將例如21個傳統(tǒng)的線探測器用根據(jù)本發(fā)明的相同數(shù)量的線探測器替換，其中，每個線探測器特征在于若干(例如八個)相鄰的探測器線。此外，將莫爾圖樣周期調節(jié)為線探測器寬度的總側向覆蓋(例如，用于采樣歸因于相襯效應的強度調制的至少一個完整的周期的八個傳感器通道)。

示例性地，每個線探測器包括至少三個探測器線。三個探測器線對確定與樣本的衰減、相移和散射功率相關的三個參數(shù)是最小的。示例性地，每個線探測器包括在四個探測器線和十六個探測器線之間。在條紋周期等于探測器寬度的情況下，多于十六個探測器線不再改善相位確定的準確性。在范例中，每個探測器線被分割為八個分段，其是對依據(jù)在復雜性和準確性之間的折中而言用于分割的非常實際的數(shù)量。每個線探測器可以包括具有陽極和陰極的傳感器。為了將線探測器分割為若干探測器線，其陽極可以被分割為若干陽極條帶。

在范例中，每個探測器線沿著垂直于x射線束的對稱軸的方向被布置。x射線束的對稱軸用作參考系，因為x射線束可以例如是錐形的，并由此沿著其寬度分開，這表示x射線束的子束彼此稍微傾斜(并且不平行)。然而，所有的探測器線被對準在相同平面中，這表示它們是平行的且相對于彼此沒有傾斜。

在另一范例中，每個探測器線在相對于x射線束的對稱軸非垂直的方向上傾斜。該傾斜改善探測器線的x射線停止能力。示例性地，每個探測器線可以相對于x射線束的對稱軸以銳角傾斜。銳角可以在5°和40°之間。另外在該范例中，所有的探測器線仍彼此平行。

在范例中，被配置為在x射線束中創(chuàng)建莫爾圖樣的若干光柵部件被提供為使得當在x射線束的方向上看時在每個線探測器的前方布置有一個光柵部件。光柵部件作為若干子單元的優(yōu)點是較高的靈活性，例如，當在整個探測器上均等地調節(jié)莫爾圖樣周期時。

在另一范例中，被配置為在x射線束中創(chuàng)建莫爾圖樣的一個光柵單元被提供為使得當在x射線束的方向看上時光柵單元被布置在所有線探測器的前方并同時覆蓋所有線探測器。光柵單元作為單個單元的優(yōu)點是系統(tǒng)中較高的簡單性和健壯性。

在范例中，被配置為創(chuàng)建莫爾圖樣的光柵部件或光柵單元包括源光柵、相位光柵和分析器光柵。莫爾圖樣用于取回微分相位。詳細地，莫爾圖樣可以被創(chuàng)建為相位光柵的自身圖像和分析器光柵的圖案的疊加，其中，兩個光柵具有相關的周期性，并彼此傾斜有非常小的角度。該莫爾圖樣可以用作載波條紋，并因此由對象引入的相位梯度可以探測為莫爾圖樣的移位。通過莫爾圖樣的傅里葉分析，可以提取對象的相襯圖像和關于對象的散射功率的信息。

根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種用于x射線相襯斷層合成成像的線探測器。所述線探測器被配置為在撞擊這種線探測器的x射線的一部分處至少探測莫爾圖樣。線探測器的寬度等于莫爾圖樣的一個周期或整數(shù)倍周期。在范例中，通過光柵部件或光柵單元創(chuàng)建x射線束中的莫爾圖樣。光柵部件或每個光柵單元包括源光柵、相位光柵和分析器光柵，其中，源光柵可以是所有相位光柵和分析器光柵共同的。

根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種用于對象的x射線相襯斷層合成成像的成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)包括：如上所述的x射線探測器布置、x射線源布置和機架。所述x射線源布置、光柵布置和x射線探測器布置被安裝到機架上。

在范例中，成像系統(tǒng)還包括被配置為支撐對象的對象支撐件，其中，所述成像系統(tǒng)被配置為將對象支撐件和機架相對地移動。在范例中，所述成像系統(tǒng)被配置為圍繞當在x射線束的方向上看時位于x射線探測器布置下方的旋轉軸來旋轉機架和/或對象支撐件，使得實現(xiàn)在機架和對象支撐件之間的相對移動。通過為相應旋轉提供相對于待檢查對象的變化的對準和方向的不同x射線圖像的后續(xù)采集，可以獲得對象內(nèi)部形態(tài)的三維重建。在范例中，除了上述旋轉外可選地，所述成像系統(tǒng)被配置為在垂直于x射線束的對稱軸的方向上平移機架和/或對象支撐件，再次以便實現(xiàn)在機架和對象支撐件之間的相對移動。

所述系統(tǒng)可以包括安裝到機架的光柵部件或一組光柵單元。x射線探測器布置的線探測器可以被適配為使得其探測器線中的每個被分割為若干(例如，至少4個)分段。探測器線可以被取向到垂直于x射線束的對稱軸的方向上，或者可以在x射線束的對稱軸的非垂直方向上傾斜，以采樣干涉圖案，即，重建相位。在兩種情況下，所有的探測器線被對準在相同平面中，這表示它們是平行的并且相對于彼此沒有傾斜。

根據(jù)本發(fā)明，還提出一種用于x射線相襯斷層合成成像的方法。該方法包括以下步驟：

a)提供經(jīng)過x射線探測器布置的x射線束；以及

b)在x射線束的至少一部分中探測莫爾圖樣。

所述x射線探測器布置包括若干線探測器，其中，每個線探測器被配置為在x射線束的至少一部分中探測莫爾圖樣。每個線探測器包括若干探測器線，并且每個線探測器的寬度等于莫爾圖樣的一個周期或整數(shù)倍的周期。

在范例中，所述方法還包括以下步驟：

c)基于相位探測或迭代重建，利用由每個線探測器的探測器線探測到的數(shù)據(jù)來生成被檢查對象的衰減圖像、相襯圖像和散射圖像。

取決于關于系統(tǒng)在同一方向上的空間分辨率的線探測器的物理寬度，假設衰減、相位梯度和散射在探測線的寬度上恒定或不恒定，可以執(zhí)行上述步驟c)。在第一種情況下，相位取回過程等同于根據(jù)相位步進數(shù)據(jù)的相位取回。在第二種情況下，需要采用迭代技術來獲得樣本的衰減、相移和散射功率的圖像。

根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種計算機程序元件，其中，所述計算機程序元件包括程序代碼單元，其用于在計算機程序運行于控制x射線探測器布置的計算機上時，使得如獨立設備權利要求限定的用于x射線相襯斷層合成成像的x射線探測器布置執(zhí)行用于x射線相襯斷層合成成像的方法的步驟。

應該理解的是，根據(jù)獨立權利要求的用于x射線相襯斷層合成成像的x射線探測器布置，用于x射線相襯斷層合成成像的線探測器，用于x射線相襯斷層合成成像的成像系統(tǒng)，用于x射線相襯斷層合成成像的方法，以及用于控制這種設備的計算機程序元件和存儲了這種計算機程序元件的計算機可讀介質具有相似和/或相同的優(yōu)選實施例，尤其是如從屬權利要求限定的。還可以理解的是，本發(fā)明的優(yōu)選實施例還可以是從屬權利要求與各自的獨立權利要求的任意組合。

根據(jù)后文描述的實施例以及結合實施例闡述的，本發(fā)明的這些和其他方面將變得清晰。

附圖說明

將在下文參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于x射線相襯斷層合成成像的線探測器的示意圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于x射線相襯斷層合成成像的x射線探測器布置的示意圖。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對象的x射線相襯斷層合成成像的成像系統(tǒng)的示意圖。

圖4示出了用于x射線相襯斷層合成成像的示例性方法的步驟的示意性概圖。

具體實施方式

示例性地，在后文描述了基于光柵的微分相襯乳腺攝影。這種微分相襯乳腺攝影的實現(xiàn)方式利用在狹縫掃描乳腺攝影中的數(shù)據(jù)采集的固有冗余。為了同時采集(女性)乳房的二維圖像的衰減信息、相位信息和暗場信息，針對同一幾何射線在局部相位間距和分析器光柵間距之間的例如八個不同的相對橫向移位，有必要測量talbot-lau干涉儀(包括源光柵、相位光柵和分析器光柵，并依靠周期性光柵的一致自我成像)下游的x射線強度。這可以通過稱作相位步進的過程實現(xiàn)，但是不是必須以這種方式。在通過乳腺攝影狹縫掃描的衰減成像的情況下，通過18個不同的探測器像素對每個幾何射線例如采樣18次。該冗余僅用于減少噪聲，但是不會在衰減情況中導致新的信號。在微分相襯狹縫掃描乳腺攝影中，來自18個不同的探測器線的采集并不提供等價于相位步進的信息，優(yōu)點是無需驅動高度對準的微米級的結構。

在基于狹縫掃描的斷層合成系統(tǒng)的實現(xiàn)方式中，在幾何射線基礎上的幾何冗余丟失，因為不再圍繞x射線焦點而是圍繞狹縫掃描探測器單元下方的點執(zhí)行旋轉掃描。旋轉掃描包括在(i)x射線探測器、光柵和x射線源的聚合與(ii)待檢查對象之間的相對旋轉。這樣采集的數(shù)據(jù)可以用于通過有限角度的乳腺攝影的所有復雜性來重建女性乳房的乳腺攝影密度的3d體元數(shù)據(jù)集。

因此清楚的是，相襯乳腺攝影到相襯斷層合成的直接一般化對于狹縫掃描幾何結構而言幾乎是顯然的。根據(jù)本發(fā)明，通過線探測器幾何結構的簡潔的、簡單且最小的擴展來實現(xiàn)相襯成像和斷層合成的組合。

根據(jù)本發(fā)明將狹縫掃描斷層合成系統(tǒng)的幾何結構擴展到相襯狹縫掃描斷層合成成像系統(tǒng)被稱作簡潔的、簡單且最小的，因為x射線探測器及其準直器結構可以保持在合適的位置中。必要的硬件改變相當于將例如18個傳統(tǒng)的線探測器用相同數(shù)量的根據(jù)本發(fā)明的線探測器替代，其中，每個線探測器現(xiàn)在特征在于例如八個相鄰探測器線的次序。相鄰探測器線的間距可以等同于線探測器的傳統(tǒng)寬度或更小。

圖1示意性且示例性示出了根據(jù)本發(fā)明的用于x射線相襯斷層合成成像的x射線探測器布置10的細節(jié)。x射線探測器布置10包括若干線探測器1。在圖1中，僅示出了根據(jù)本發(fā)明的x射線相襯斷層合成成像的一個線探測器1。這種彼此相鄰布置的線探測器1的多樣性給出了根據(jù)本發(fā)明的用于x射線相襯斷層合成成像的x射線探測器布置10(參見圖2)。這些線探測器1中的每個被配置為在撞擊這種線探測器1的x射線束2的至少一部分中探測莫爾圖樣。每個線探測器1包括若干探測器線11，其中，每個線探測器1的寬度w等于莫爾圖樣的一個周期或整數(shù)倍周期。圖1示出了具有八個探測器線11的一個線探測器1。

在圖1中，x射線束2從圖的頂部入射(由陰影帶示出)，穿過包括相位光柵31和分析器光柵32的talbot-lau干涉儀。在經(jīng)過分析器光柵32之后，莫爾圖樣形成在兩個后準直儀葉片33之間的下游強度中，依據(jù)衰減、相移和散射表示由對象(上游，在圖中未示出)的存在誘發(fā)的變化。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，使用具有單個硅條帶陽極的硅傳感器(si-sensor)形式的單個探測器線11。與此相反地，根據(jù)本發(fā)明的且如圖1所示的線探測器1包括八個獨立陽極條帶形式的八個獨立探測器線11，或者換句話說，像素化的硅陽極結構的八個像素來感測莫爾圖樣。

將莫爾圖樣頻率調節(jié)到(在圖示的實現(xiàn)方式中)八個陽極條帶或傳感器通道的總覆蓋來采樣歸因于于相襯效應的強度調制的至少一個完整周期。

在干涉儀之后形成的莫爾圖樣將在此由八個獨立的讀出通道感測到，所述讀出通道允許針對讀出的每個幀通過傅里葉方法進行相位取回。由此使通道強度增大八倍。

在圖1中，探測器線11以相對于x射線束2的對稱軸a的銳角α在非垂直方向上傾斜。探測器線11被傾斜以改善探測器線11的x射線停止能力。換句話說，作為探測器線11的硅晶片的入射余角用于相比傳統(tǒng)系統(tǒng)改善了停止能力。例如，在兩個后準直器葉片33之后的x射線束2具有大約100微米的寬度。由于強烈傾斜入射到探測器線11上，x射線束2變寬為傳感器表面上的毫米尺寸的足跡。該效果呈現(xiàn)了附圖的平面中的探測器線11上的通道強度，其可相當于垂直于附圖的(例如，胸部-壁-乳頭方向)通道強度。所示出的探測器線11的傾斜是可選的。非傾斜的2d探測器也是可能的，例如在使用具有較高原子序數(shù)的傳感器的情況下。

圖2示意性且示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于x射線相襯斷層合成成像的x射線探測器布置10。這里，示出了四個線探測器1的相對布置。任意其他數(shù)量的線探測器1也是可能的，例如21個線探測器1。附圖不是按比例的，但是表示了與在兩個探測器線11之間的距離相比較小維度的每個后準直器33狹縫。

被配置為在x射線束2中創(chuàng)建莫爾圖樣的若干光柵部件(包括公共源光柵以及各自的相位光柵31和分析器光柵32)在圖2中被示出為當在x射線束2的方向上看時獨立地布置在每個線探測器1的前方(源光柵未示出)。雖未示出，但是也可以當在從x射線束2的方向上看時將一個光柵單元(源光柵、相位光柵31和分析器光柵32)布置在所有線探測器1的整體的前方并同時覆蓋所有線探測器1的整體。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對象的x射線相襯斷層合成成像的成像系統(tǒng)24的范例的乳腺攝影系統(tǒng)的透視圖。成像系統(tǒng)24包括x射線源布置12、光柵布置(未示出)以及安裝到機架30或移動結構的x射線探測器布置10。成像系統(tǒng)24還包括對象支撐件36或降低乳房支撐槳以及上乳房支撐槳38，其可以相對于彼此被移位，以便容納作為對象的待檢查乳房。為了采集，乳房保持在合適的位置中，并且機架30在操作期間相對于乳房移動。更具體地，在操作期間機架30在方向26或28上圍繞當在x射線束2的方向上看時位于x射線探測器布置10下方的旋轉軸而旋轉。還可以實現(xiàn)對象的移動，同時機架30保持在合適的位置中。移動可以是旋轉移動或平移移動或兩者的組合。

圖4示出了用于x射線相襯斷層合成成像的示例性方法的步驟的示意性概圖。示例性方法包括以下步驟：

-在第一步驟s1中，提供經(jīng)過x射線探測器布置10的x波束。

-在第二步驟s2中，在x射線束2的至少一部分中探測莫爾圖樣。

x射線探測器布置10包括若干線探測器1，其中，每個線探測器1被配置為在x射線束2的至少一部分中探測莫爾圖樣。每個線探測器1包括若干探測器線11，并且每個線探測器1的寬度w等于莫爾圖樣的一個周期或整數(shù)倍的周期。

在第三步驟s3的操作中(未示出)，示例性方法還包括使用由每個線探測器1的探測器線11探測到的數(shù)據(jù)基于衰減、相位梯度和散射信息來生成圖像。假設在掃描方向上的空間分辨率具有以下次序：單個線探測器的寬度，然后是取回的衰減、相位梯度和散射信息的fbp重建，可以通過相位取回的傅里葉方法來確定圖像；或者，當上述假設無效時，通過經(jīng)由相位探測或迭代重建技術對三個圖像的組合的迭代重建來確定圖像。

在本發(fā)明的另一示例性實施例中，提供了計算機程序或計算機程序元件，其特征在于適應于在適當?shù)南到y(tǒng)上執(zhí)行根據(jù)前述實施例之一的方法的方法步驟。

因此，計算機程序元件可以存儲于計算機單元上，其也可以是本發(fā)明的實施例的一部分。該計算單元可以適應于執(zhí)行或引起執(zhí)行上述方法的步驟。此外，可以適應于操作上述裝置的部件。計算單元可以適于自動操作和/或執(zhí)行用戶的命令。計算機程序可以加載到數(shù)據(jù)處理器的工作存儲器中。數(shù)據(jù)處理器因此可以裝備為執(zhí)行本發(fā)明的方法。

本發(fā)明的該示例性實施例覆蓋從開始使用本發(fā)明的計算機程序和通過更新將現(xiàn)有程序轉變?yōu)槭褂帽景l(fā)明的程序的計算機程序兩者。

此外，計算機程序元件能夠提供所有必要的步驟來完成上述方法的示例性實施例的過程。

根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，提出一種計算機可讀介質(例如，cd-rom)，其中，計算機可讀介質存儲有計算機程序元件，該計算機程序元件通過前述部分描述。

計算機程序可以存儲和/或分布于適當?shù)慕橘|上，例如與其他硬件一起供應或作為其他硬件的一部分的光學存儲介質或固態(tài)介質，但是還可以以其他形式分布，例如經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或者其他有線或無線電信系統(tǒng)。

然而，還可以通過網(wǎng)絡(例如，萬維網(wǎng))呈現(xiàn)計算機程序，并且計算機程序可以從這種網(wǎng)絡下載到數(shù)據(jù)處理器的工作存儲器。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，提供了可用于下載的計算機程序元件的介質，所述計算機程序元件被布置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的先前描述實施例之一的方法。

必須注意的是，參考不同的主題描述了本發(fā)明的實施例。特別地，參考方法類型權利要求描述了一些實施例，而參考設備類型權利要求描述了其他實施例。然而，除非另有說明，否則本領域技術人員將從上述和后續(xù)描述認識到除了屬于一類主題的特征的任何組合外，還可以認為通過該說明書公開了在屬于不同主題的特征之間任意組合。然而，可以組合所有的特征來提供比簡單相加特征多的協(xié)同效果。

雖然在附圖中和上述描述中詳細示出和描述了本發(fā)明，但是這種圖示和描述被認為是說明性或示例性而非限制性的。本發(fā)明不限于公開的實施例。本領域技術人員在實踐所要求發(fā)明時根據(jù)研究附圖、公開物和隨附權利要求可以理解和實踐所公開實施例的其他變型。

在權利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個”不排除復數(shù)。單個處理器或其他單元可以實現(xiàn)在權利要求中記敘的若干項目的功能。事實上，在相互不同的從屬權利要求中記載的特定措施的事實并不表示不能有利地使用這些措施的組合。在權利要求中的任意附圖標記不應該解釋為對范圍的限制。