[发明专利]用于进行相衬测量的检测装置和X射线断层摄影仪以及进行相衬测量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于进行相衬测量的检测装置和X射线断层摄影仪以及一种进行相衬测量的方法。

背景技术

用电离线尤其是X射线成像时，在射线穿透物质的过程中主要可以观察到两种效应，即穿透物体的射线的吸收效应和相移效应。另外在很多情况下，当射线穿透被检物体时，被穿透物质在厚度和成分方面的较小差异对相移的影响远远超过对吸收的影响。这两种效应的强度原则上均与射线能量以及被透射物质的密度及原子序数有关。

X射线对物质的穿透可用复折射率加以描述。折射率的非零(verschwindende)虚部描述的是材料的吸收强度。折射率的非零实部则会导致穿透材料的X射线波发生相移。进行相衬X射线成像的目的是，除了对被X射线透射的物体的吸收强度(用线性衰减系数或折射率的虚部表示)进行成像外，还对穿透被透射物体的波前的局部相或相局部梯度的图像进行测量。

这里可以像X射线摄影或X射线断层摄影那样，既计算相移的投影图像，又在若干投影图像基础上计算相移的断层成像。

在此过程中无法直接测定X射线波的相，而只能借助于参考波以干涉方式进行测定。相对于参考波或相邻射线的相移可用干涉光栅进行测量，再合并成投影图像和/或断层图像。

EP 1 731 099 A1揭示一种适合用于进行相衬测量的X射线断层摄影仪的结构。这种结构共需三个光栅。又称源光栅的第一光栅G0定位于X射线管的焦斑与物体的位置之间。名为衍射光栅、相光栅或Talbot光栅的第二光栅G1定位于物体与X射线检测器之间。第三光栅G2名为吸收光栅，布置在衍射光栅G1与X射线检测器之间。

源光栅G0用于提供复数个空间部分相干的线源。衍射光栅G1用于将空间相移图外加于入射波前，从而在衍射光栅G1后面产生干涉图。当有平面波到达光栅G1时，在与光栅G1相隔一定距离(Talbot距离)处会产生清晰度或高或低的干涉图。吸收光栅G2则用于对该干涉图进行扫描。其中，光栅G0、G1和G2平行定向。

检测器采用像素结构，以便对通过转换入射射线量子而产生的电信号进行空间分辨检测。众所周知，吸收图像和相衬图像或微分相衬图像的摄制是通过测量检测器每个像素中与光栅G0、G1和G2的相对位置有关的强度来完成的。已知做法是沿垂直于射线方向和垂直于缝隙方向的方向逐步或连续移动(例如)吸收光栅G2。根据光栅位置以电信号的形式记录每个像素的X射线强度。这里涉及的是一种调制信号，该信号在各像素中代表的是穿过物体且通向光栅G2被照亮部分的像素的光路上的吸收强度。强度曲线与折射率实部的投影梯度有关，根据强度曲线的最大值和最小值在像素中的位置可以计算X射线的局部相移。通过对这些沿某一个垂直于射线方向和垂直于缝隙方向的行的梯度进行积分，可以提供波前在穿透被投影到像素上的物体后的局部中相。

上述已知方法的缺点是，已经穿过物体的射线量子在吸收光栅G2中被吸收，无法再用于成像。在此情况下，成像时就需要加大剂量或者说患者受照剂量。另一缺点是，在强度测量期间，离心力引发机械变形(CT应用领域就会出现这种情况)，而机械变形所引起的装置几何结构变化(例如，光栅的相对位置发生变化)会导致调制曲线失真。这会导致相的测定不正确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是设计出一种可以在保持图像质量不变的情况下降低待检物体受照剂量的检测装置、X射线断层摄影仪及相衬测量方法。

本发明用以达成上述目的的解决方案为一种如权利要求1的特征所述的检测装置、一种具有并列权利要求12所述特征的X射线断层摄影仪和一种具有并列权利要求15所述特征的用以进行相衬测量的方法。有利设计方案及改进方案请参阅从属权利要求。

本发明用于进行相衬测量的检测装置包括至少两个前后布置的转换层，其中，至少沿射线方向的第一转换层具有复数个交替布置的灵敏区域和灵敏度较低区域，所述灵敏区域的吸收度较高，以便将入射射线量子转换成信号，所述灵敏度较低区域的吸收度相对较低。

在上述情况下，“射线方向”指的是当所述检测装置正常使用时，X射线到达检测装置时的方向。每个转换层都是所述检测装置的检测器的组成部分。所述检测器包含了将X射线转换为电信号以及读出这些电信号所需要的全部组件。下文中将要讨论的单元视具体情况有可能是前后布置的转换层，也有可能是前后布置的检测器。“灵敏区域”指的是转换层上以产生电信号为目的而与射线量子相互作用的区域。“灵敏度较低区域”不是为了将转换层像素化而采取的措施，即所谓的间隔区域。而是专门设置的区域，射线量子可在这些区域内朝连接在第一转换层后面的第二转换层方向透射，以便实现转换。