[发明专利]用于反向的X射线-相位对比成像的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种借助多射束X射线管和对光子进行计数的X射线探测器来进行反向的X射线-相位对比成像的装置和方法。

背景技术

X射线-相位对比成像是一种新颖的X射线法，其不同于常规的X射线设备仅仅将穿过对象的吸收作为信息源。它综合了在穿过对象的通路中X射线的吸收与相位偏移。信息量是不一样高的，因为一方面吸收提供了吸收性强的骨骼的准确图像，另一方面相位对比还提供了软组织结构的清晰图像。这提供了如下可能性：可以比目前更早的发现病变，诸如肿瘤的形成、血管变窄或软骨组织的病变。

借助复数形式的折射系数来描述X射线穿过物质的通路。折射系数的虚部说明吸收强度，而折射系数的实部说明穿过物质的X射线波的相位偏移。在相位对比成像中确定经过对象的波前的局部相位或相位的局部梯度的相位信息。类似于X射线断层造影，相位偏移断层造影图像也可以基于大量的图像而被重建。

还有更多的可能性来实现X射线-相位对比成像。在公知的解决方案中涉及的是，通过特别的装置和方法，使得X射线在穿过对象时的相位偏移作为强度波动可见。一个很有前途的方法是光栅-相位对比成像，也被称为Talbot-Lau干涉测量法，如其再三在文献中描述的那样，例如欧洲专利申请文件EP1879020A1。Talbot-Lau干涉仪的主要部件是三个X射线光栅，其被布置在X射线管和X射线探测器之间。

这种干涉仪可以在典型吸收图像以外以其它图像的形式展示两个附加的测量参数：相位对比图和暗场图。在此，通过使用干涉仪的光栅装置通过与参考波的干涉来确定X射线波的相位。

文献EP1879020A1公开了一种根据图1具有X射线管1和像素化的X射线探测器2的装置，在这二者之间布置待透射的对象3。源光栅G0，也被称为相干光栅，被布置在X射线管1的焦斑和对象3之间。它被用于仿真具有X射线空间部分相干性的多个线源，这也是干涉仪成像的先决条件。

衍射光栅G1，也被称为相位光栅或Talbot光栅，被布置在对象3和X射线探测器2之间。所述衍射光栅G1向波前的相位施加了Pi的相位偏移。

位于衍射光栅G1和X射线探测器2之间的吸收光栅G2用于测量穿过对象3产生的相位偏移。在对象3之前的波前被称为W0。通过对象3“弯曲”的波前被称为W1。源光栅G0、G1和G2必须相互平行地布置并且相互保持精确的距离。

X射线探测器2用于取决于位置地探测X射线量子。因为一般来说X射线探测器2的像素化不足以辨析Talbot样本的干涉条纹，故通过光栅G0、G1、G2中的一个的移动来扫描强度样本（“相位-步进”）。扫描垂直于X射线束方向且垂直于吸收光栅G2的缝隙方向逐步地或者连续地进行。拍摄或重建三幅不同类型的X射线图像：吸收图像、相位对比图像和暗场图像。

在图2中示意性示出按照文献EP1879020A1的光栅装置的几何关系。在X射线管1和平面的X射线探测器2之间布置光栅G0、G1和G2。源光栅G0面积最小，因为其被定位于X射线管1附近。吸收光栅G2面积最大，因为其直接位于X射线探测器2之前。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是，提供用于X射线-相位对比成像的另外的装置及相关的方法。

本发明的基本思路在于，与公知的X射线-相位对比成像不同，使用扩展的多焦点-X射线源代替单个的X射线源，它们的射束被准直到相对较小的对光子进行计数的X射线探测器上。从而可以颠倒射束路径上需要的光栅的尺寸关系：源光栅和X射线源一样大，衍射光栅更小而吸收光栅仅仅和有效探测器面积一样大。多焦点-X射线管，也被称为多射束X射线管，在专利申请文献DE102010011661A1中示例性地描述。

本发明要求保护一种用于反向的X射线-相位对比成像的装置，具有对光子进行计数的X射线探测器和多射束X射线管，这样准直其焦点，使得可以分别产生狭长的在方向上对准所述装置的光学轴以及对准X射线探测器的X射线束，其中X射线探测器的有效面积至少和狭长的X射线束的横截面面积一样大。此外，所述装置包括在X射线管和X射线探测器之间布置的源光栅，其尺寸大小为可以由多射束X射线管的所有狭长的X射线束透射；在源光栅和X射线探测器之间布置的衍射光栅，其尺寸大小为可以由穿过所述源光栅的所有狭长X射线透射束；以及在衍射光栅和X射线探测器之间布置的吸收光栅，其尺寸大小为可以由穿过所述衍射光栅的所有狭长X射线束透射。