专利名称:相衬成像的制作方法用于医学应用的传统的X射线系统主要基于X射线在物质中的吸收差异,得到由X射线沿着线的累积吸收形成的投影图像。但是,物质不光影响X射线的吸收还影响X射线的折射。这个特性预示高于传统的基于吸收的成像的人类组织类型之间的X射线对比度,并且因此能够代表将来的改进。便于PCI的一种可能的设置是基于光栅的。在透射X射束内光栅的使用面临的问题是,非聚焦的光栅产生较少被光栅自身调制的吸收,特别是在视场(FOV)中心区域外,这导致干涉图样可视性的降低、透射平均强度 的减少,并且因此导致在探测器处的更低的信噪比。因此,要么吸收图像具有较低的信噪t匕,要么必须增加辐射剂量而使人体被潜在地不利暴露。基于同样的原因,典型地非聚焦源光栅限制了能够被PCI系统有效地使用的F0V。该最后的方面是由产生X射线的最小吸收必需的源光栅的厚度以及需要过滤出足够相干的射束的狭缝宽度两者所导致的。所有这些导致减少的平均X射线强度以及所得图像中FOV中心外的位置处干涉图样的降低的可视性。差分相衬CT的一个问题是,在对象的边缘上产生的相位梯度的缠绕(wrapping)。已经提出展开相位梯度的不同方法,大幅度改善了整体图像质量,然而,没有任何一种方法是完美地起作用。另一个途径是通过额外硬件的方式避免相位缠绕。差分相衬CT的又一个缺点是图像的噪声功率谱在低频区具有峰值。这里的问题是相对于高频噪声,低频噪声被视为更恼人的。
本发明的目标在于基于相衬成像(PCI)改进X射线系统。这通过独立权利要求中的每一个的主题来实现。在相应的从属权利要求中描述了发明的进一步的实施例。根据本发明,可以使得医师能够将PCI系统有限的视场(FOV)瞄准到期望位置。可以在具有大FOV的先前的纯吸收扫描的帮助下选择这个位置,该扫描通过将光栅布置移出X射线束外获得。这个先前的扫描可以用与传统基于吸收的扫描相比较低的强度执行,因而减少了对要扫描对象的X射线剂量暴露。通常,根据发明的第一实施例的用于对象的相衬成像的设备包括X射线束的源、用于探测所述X射线束的探测器、光栅布置以及用于控制所述相衬成像的处理单元,其中,所述光栅布置能够移动到所述X射线束之外。替代地,根据本发明的第二实施例的用于对象的相衬成像的设备包括X射线束的源、用于探测所述X射线束的探测器、光栅布置以及用于控制所述相衬成像的处理单元,其中,所述处理单元适于执行局部断层摄影。应当注意,在本发明上下文中的“对象”可以指的是死的或者活的人类或者动物身体或者指的是植物或者植物的一部分。此外,它可以代表人造的部分如机械部分或者部分的组件,其中,这些部分可以是从诸如金属、陶瓷或者塑料材料的一种或多种材料制造出。根据本发明的又一实施例,所述设备能够生成对象的体积图像。那就是,所述设备可以基于,例如,能够围绕所述对象旋转的源-探测器组合,以用于3D-X射线成像。另一方面,所述源以及所述探测器可以位于分开的设备上,从而也允许源以及探测器中的一个的运动。此外,可以固定源以及探测器,其中,所述对象被定位在能够旋转的载体上。根据另一实施例,光栅布置可以包括源光栅G0、衍射光栅Gl以及分析器光栅G2,其中,所述源光栅被定位在所述源以及所述对象之间,并且其中,所述衍射光栅以及所述分析器光栅被定位在所述对象和所述探测器之间。但是,也可以无需源光栅GO而执行PCI成像,即,仅具有衍射光栅Gl和分析器光栅G2。 可以将光栅布置的光栅安装在一个滑块上以便于全部光栅布置移出X射线束之外的运动。但是,也可以将光栅GO、Gl以及G2安装在多于一个的滑块上,使得也可以实现光栅的分别的或者独立的运动。根据又一实施例,光栅布置的宽度小于X射线束的宽度,使得当光栅布置位于X射线束内时,X射线束的一部分通过所述光栅布置。光栅布置能够在垂直于X射线束的主方向的平面中运动,以允许光栅布置在FOV内的定位。另一方面,光栅布置可以在X射线束的主方向上移动以允许PCI图像的缩放。此外,根据本发明的设备包括可变孔径(aperture ),借助于所述可变孔径,能够根据所述光栅布置的宽度和位置调整X射线束的宽度。注意到,光栅布置的宽度可以基本小于X射线束的宽度。借助于可变孔径,也可能减少X射线束的宽度使得所述X射线束仅通过光栅布置或者甚至光栅布置的子部分。这样,只有X射线束内的对象的一小部分可以经受辐射。在X射线束的视场内移动或者改变光栅布置的位置的可能性提供了光栅布置到感兴趣区域的适当的定位,并且另一方面,减少了对象所经受的辐射。根据又一实施例,设备还可以包括用于可视化光栅布置的位置的监视器。额外地,根据本发明的设备可以包括输入设备,借助于所述输入设备能够控制所述光栅布置的位置。换言之,该设备的用户可以在没有光栅布置时所生成的X射线图像中选择感兴趣区域,并且可以将监视器上的边框移动到所述感兴趣区域,其中,所述边框指的是通过所述光栅布置的视场。用于相衬成像的设备的设置可以按如下所描绘可以将光栅G0、G1以及G2安装在能够移动的滑块上,所述滑块的移动由步进电机控制,所述步进电机允许在x、y平面中的运动,即,垂直于X射线束路径的主方向。可以通过软件程序控制所述步进电机,所述软件程序能够以同步的方式在屏幕上可视化光栅布置的当前位置。可以将所述X射线源安装在第二滑块上,该第二滑块可以与第一滑块同步移动,但是当所述第一滑块将所述光栅驱动出所述X射线路径时,不应启动第二滑块。根据发明的另一方面,根据第一实施例的用于对象的相衬成像的方法包括如下步骤在X射线束的源、对象以及探测器之间移动光栅布置,使得光栅布置的源光栅位于源以及对象之间,光栅布置的衍射光栅和分析器光栅位于所述对象和所述探测器之间,并且使得所述X射线束的一部分通过所述光栅布置。此外,根据第二实施例的用于对象的相衬成像的另一个方法包括如下步骤借助于用于探测X射线束的探测器生成信号,其中,对象的一部分与光栅布置一起被定位在X射线束内、X射线束的源以及探测器之间,执行对来自所述探测器的信号的本地处理,并且基于所处理的信号生成图像,其中执行本地处理的步骤可以包括相邻探测器像素的定性评估。这里,定性评估可以包括通过计算探测器阵列的两个相邻像素的信号的差来计算信号的一阶导数。局部断层摄影的目的是可视化所述对象的内部结构的轮廓。换言之,所提出的方法增强了区分结构之间差异的可能性,而不是呈现每个单一探测器像素的定量测量的表示。 根据本发明的第二实施例的方法甚至能够操纵严重截断的投影数据并且因此非常适用于感兴趣区域的断层摄影。根据方法的另一个方面,可以选择在对象和系统之间的相对运动,使得光栅垂直于被投影的源轨道。此外,执行本地处理的步骤可以包括逐像素的相位梯度获取以及相位梯度导数的计算。根据本方法的又一实施例,使用来自探测器(D)的本地处理信号的加权反投影执行图像的生成。根据又一实施例,本方法还可以包括如下步骤在所述X射线束中没有所述光栅布置的情况下生成所述对象的一部分的图像,以及在X射线束内具有光栅布置的情况下生成对象的一部分的图像,其中,所述光栅布置可以在垂直于X射线束的主方向的平面中移动。本方法还可以包括移动光栅中的至少一个以执行相位步进方法的步骤。在执行本发明的方法或者利用根据本发明的设备中,提出了两步方法。首先,产生具有大的FOV的常规的基于吸收的图像。这个图像是通过将可以安装在能够移动的滑块上的三个光栅GO、Gl以及G2驱动到X射线束之外生成的。这一设置因此给出没有以任何方式受光栅的限制而劣化的图像,并且给出受辐射的主体的与常规吸收成像一样没有FOV减小的吸收图像。在第二步中,将光栅布置移回,即,通过,例如,步进电机,将光栅布置插回到该设置中。可以控制光栅布置被插入的位置。因此,可以在先前所产生的吸收图像内,在屏幕上以边框的形式并以同步的方式直接指示这个位置,所述边框覆盖光栅系统影响的相同区域。执行X射线扫描的医师能够在屏幕上选择这个边框的中心的准确位置,并且因此能够将那个边框定位在他最感兴趣的感兴趣区域(R0I),因为吸收图像指示在那里有潜在的异常。在这个位置,光栅布置被同步地插入到X射线路径中以现在产生这个ROI的PCI图像。这允许医师在不进一步增加暴露到人体的X射线剂量的情况下,接收到聚焦在那个ROI的具有较高信噪比的PCI图像。如果明确第一步骤仅是用于允许在第二步骤中的光栅布置的定位,那么医师可以决定减少在第一步骤中的暴露。将FOV指引到ROI带来本发明的主题的第二个优点。从具有更大尺寸的吸收图像,在该应用设计用于的,例如典型人体组织类型,的吸收系数列表的帮助下,可能概略地确定能够预期在所述ROI内的主要组织类型。为了这个目的,在线施加给ROI的自动分割算法可能是有用的。这个信息允许优化用于接下来的PCI扫描的X射线源的能量,以及Gl和G2之间的距离一泰伯(Talbot)距离一它们均与X射线光的波长相关。与波长有关的参数的优化可以明显地增加所得到的PCI图像的质量。可以以针对三个光栅的整个光栅布置做出的类似方式修改泰伯距离。本发明能够用于FOV代表限制因素的任何类型的PCI系统,用于乳房X线照相术、心脏或者脑外科系统、或者在重建执行得足够快而使得结果能够在扫描后直接在屏幕上可视化的情况下的计算机断层摄影。根据本发明的又一方面,提供一种用于相衬成像的计算机程序,当在根据本发明的设备的处理单元上执行所述计算机程序时,所述计算机程序使得设备执行根据本发明的方法。因此,可以基本自动地,或者至少主要自动地执行根据本发明的方法。 这样的计算机程序优选地被加载到数据处理器的工作存储器中。因而数据处理器被配备以执行本发明的方法。此外,本发明涉及计算机可读介质,例如,可以存储计算机程序的CD-ROM。但是,也可通过类似万维网的网络提供计算机程序,并且能够从这样的网络将计算机程序下载到数据处理器的工作存储器中。应该注意,本发明的实施例是参考不同的主题描述的。特别是,一些实施例是参考方法权利要求描述的,而另外的实施例是参考装置权利要求描述的。但是,本领域技术人员将从上述以及下面的描述了解,除非另外指出,否则,不仅属于同一主题类型的特征的任何组合,还有涉及不同的主题的特征之间的任意组合被视为由本申请公开。本发明的上面所定义的方面以及进一步方面、特征以及优点能够从将在下文描述的实施例的示例中得到,并且参考在图中所示出的实施例的范例而解释,但是本发明不限于此。
图I是用于相衬成像的设备的示意性表示;图2图示了具有小的感兴趣区域的视场的范例;图3示出了不同的断层摄影图像;图4是图示了根据本发明的方法的步骤的流程图。附图标记列表0 对象S X射线源D X射线探测器G0 源光栅G1 衍射光栅G2 吸收器光栅AM 致动器器件OA 光轴/主轴
C控制器件P处理器件RAM随机存储器WS工作站MS监视器屏幕Sl1第一滑块Sl2第二滑块
Sl3第三滑块FOV视场ROI感兴趣区域
^OC= I f(y(s) + ?i)di
Jo并且重建是如下定义的局部断层摄影函数
用于相衬成像(PCI)的X射线设备经常借助于光栅来建造。对于大的视场(FOV),由于需要具有聚焦的几何结构,这些光栅的生产成本和复杂性可能会明显增加。替代具有大视场的单纯PCI,本发明建议组合具有大的FOV的传统的吸收X射线成像系统与具有小的FOV的能够插入的廉价PCI系统。本发明支持用户将具有减小的FOV的PCI系统导向他认为最感兴趣的区域以执行PCI扫描,这样排除了针对扫描放射科医师不感兴趣区域的X射线剂量暴露。可以基于局部断层摄影产生PCI扫描。
相衬成像制作方法
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