[发明专利]具有即时相位步进的非平行光栅装置、X射线系统及使用

说明书

技术领域

本发明总体涉及X射线图像采集。更具体而言，本发明涉及采用相称（phase-contrast）的图像采集。具体而言，本发明涉及用于相称成像的光栅装置、X射线系统并且涉及光栅装置在X射线系统、传输X射线系统、CT系统和断层摄影合成系统的至少一个中的使用。

背景技术

在X射线图像采集技术中，待检查的对象，例如患者，被置于例如X射线管的X射线生成装置或X射线源与X射线探测器之间。可能采用准直元件由X射线源沿X射线探测器的方向生成扇形束或锥形束。位于X辐射的路径中的待检查对象取决于其内部结构对X射线束进行空间衰减。经空间衰减的X辐射随后到达X射线探测器，X辐射的强度分布被确定并随后被转换为电信号，以用于X射线图像的进一步处理和显示。

X射线生成装置和X射线探测器这两者都可以安装在机架上，以便围绕待检查的对象旋转。通过提供与改变相对于待检查对象的对准和取向的不同X射线图像的随后的采集相对应的旋转，可以获得对象内部形态的三维重建。

然而，即使在对象内部的不同组织之内，特定对象可能仅具有较小的X辐射的衰减或衰减差异，因而导致相当均匀地衰减的X射线图像，该图像具有低的对比度，并因此阻碍区分待检查的对象内部的各个要件（element）。虽然对象体内的不同区域可能具有相似的衰减性质，但它们可能更大程度上影响穿透该对象的X辐射的相位。

因而，可以采用相称成像，以便对通过待成像对象的X辐射的相位信息进行可视化，具体而言，该X辐射至少部分为相干X射线。除了仅考虑X辐射的幅度衰减的X射线传输成像之外，相称成像不仅可以沿投影线确定待成像的对象的吸收性质，而且还可以确定所传输的X射线的相移。所探测到的相移因而可以提供额外的信息，可以采用该信息，以便增强对比度，确定材料成分，这可能导致X辐射剂量的减少。

由于波的相位可能不直接地测量，因而可以采用通过两个或更多个波的干涉来将相移转换成强度调制。

在微分相称成像中，锥形束几何结构的使用可以构成对X射线探测器元件的可用大小的限制，特别是当相位和/或吸收光栅与平行于光轴的沟槽（trench）对准时。在自X射线源起大约1m的距离处，相位灵敏度相对于成像系统的中央区域显著地下降的点距离光轴大约+-3cm。这种限制可能特别地取决于锥形束或扇形束的光栅性质、可见度、距离以及角度。

对于例如医学成像应用、检测成像应用或安全成像应用的一些应用，至少沿二维X射线图像的一个方向的少于6cm的视场可能太小而不能合理可行。此外，对于相称成像，必须采集区域的多幅图像，该多幅图像具有个体相位步进状态，以便对图像信息进行优选重建。

因而，可能期望在减少由于采集图像信息时的相位步进必须的采集步进的同时，增加在采用相称成像时能够获得的图像的视场。

发明内容

因而，提供在提供即时（on the fly）相位步进的同时允许对期望的视场进行扫描的光栅装置。

根据本发明的示范性实施例，提供了一种用于相称成像的光栅装置，该光栅装置包括第一光栅元件和第二光栅元件。第一光栅元件和第二光栅元件中的每个都包括沟槽结构，其中，所述沟槽结构包括至少一个沟槽区域和至少一个屏障区域。所述至少一个沟槽区域和至少一个屏障区域至少局部被布置为平行，并且其中，第一光栅元件和第二光栅元件被布置成使得第一光栅元件的沟槽结构与第二光栅元件的沟槽结构不平行，包括角度α。

根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种X射线系统，该系统包括X射线源和还包括X射线探测器元件的根据本发明的光栅装置。对象能被布置在X射线源和光栅装置之间，并且X射线源与光栅装置可操作地耦合，使得能够获得对象的相称图像。

根据本发明的另一示范性实施例，根据本发明的光栅装置用在X射线系统、CT系统和断层摄影合成系统的至少一个中。

为了获得X射线束的相位信息，可以采用干涉仪。优选地，相干X辐射穿过待成像的对象，随后到达X射线探测器。由于可能不直接测量相位信息，因而可以采用可能导致能由X射线探测器探测的强度调制的两个或更多个波前的相消或相长的交互的含义。

可以通过在待检查的对象与X射线探测器之间提供相移光栅或射束分裂器光栅来获得相对应的干涉。通过射束分裂器光栅的X辐射因而导致射束分裂器光栅后面的干涉图样（pattern），包含关于X射线束之内其极小值和极大值的相对位置的相移的信息，即X射线束的相应的局部强度。所得的强度图样包括具有通常处于大约数微米的距离的极小值和极大值。