[发明专利]用于在医学透射射线照相中操纵X射线的同轴X射线聚焦光学器件

说明书

提供了一种装置，该装置包括与被配置用于在医学透射射线照相中操纵x射线的同轴x射线聚焦光学器件(15)结合布置的x射线检测器(20)，其中，该同轴x射线光学器件(15)包括透镜阵列，其中，这些透镜覆盖部分或整个视场，并且其中，该x射线检测器(20)是光子计数检测器。此外，该x射线检测器(20)是能量分辨检测器，并且该透镜阵列的色差和/或源的有限相干性通过该能量分辨检测器的能量分辨率来补偿，以及/或者，该x射线检测器(20)是深度分辨检测器，并且该透镜阵列的色差和/或该源(10)的有限相干性通过该检测器(20)中的深度分辨率或体积分辨率来补偿。

技术领域

所提出的技术总体上涉及医学x射线成像，并且具体地涉及光子计数x射线成像以及用于支持和/或实现这种成像的装置、方法和系统。本发明进一步涉及用于医学诊断的相衬(phase-contrast)和暗场成像方法。

背景技术

临床x射线成像很大程度上基于衰减对比度。透过对象的X射线将根据比尔定律I＝I₀exp(-∫μ(z)dz)衰减，其中μ是线性衰减系数且取决于材料的元素分解。体内不同材料之间的相对衰减差异提供了x射线图像中的对比度。体内致密组织与软组织之间的界面提供了极好的对比度，但基于衰减的成像在其区分具有较小相对衰减差异的组织(比如血管与软组织之间)的能力方面存在固有的限制。一个挑战是低对比度成像任务会因对象中的散射而变得复杂。进一步，x射线的衰减基本上是电子密度和原子序数的函数；而无法检测到关于比如分子水平上的其他特性。基于衰减的对比度的这些固有局限性降低了最先进的x射线成像系统检测或表征许多重要病理状况(比如癌症和中风)的能力。

除衰减以外的用于表征对象的材料特性的X射线成像技术正在涌现，比如x射线相衬和暗场成像。这些方法几十年来一直可用于研究目的，但对源相干性的严格要求限制了临床应用。已经证明了对源相干性要求不那么严格的新技术(1)，但临床实施仍面临诸多挑战。(2)

X射线散射

X射线在体内被衰减，要么被吸收、要么被散射。衰减成像的基础是检测到的光子以直线路径穿过对象，而来自对象其他部分的散射x射线违反了这一假设(除非散射角非常小)。散射线-初级射线比(SPR)用于量化检测到的散射光子与初级光子之间的比率。对比度噪声比(CNR)因散射而降低到

医学x射线成像系统通常使用防散射栅来降低SPR并提高CNR。吸收薄片防止入射散射光子在窄的角跨度之外到达检测器。防散射栅的缺点在于一部分初级光子被遮挡，并且几何效率下降，这引入了高效散射抑制与剂量效率之间的折衷。另外，通过增加薄片高度来减小接收角对制造工艺提出了更高的要求，并且需要与源仔细对齐。

相衬成像

相衬已被证明可以增加在传统的基于衰减的成像中表现出非常低对比度的不同软组织的形态学划分。(2)相衬成像基于相干散射，这会引起非随机相变。(3，4)对于小散射角，相干散射优于非相干散射。(5)

X射线在穿过材料界面传播时会发生折射并发生相移。复折射率用于表征不同材料的衰减和相变特性，并被定义为

n＝1-δ+iβ。 (1)

折射率的实部与相移有关。对于诊断范围内的硬x射线，单位δ的减少量非常小，典型地在10^-5到10^-7的数量级。β与材料的线性衰减有关：μ＝4πβ/λ(6)。

沿正z轴方向传播穿过对象的平面波可以视为三个指数项的乘积：E＝E₀exp(ikz)×exp(-ikδz)×exp(-μz/2)，其中第一项描述通过真空的传播，第二项解释相变，并且第三项解释衰减(6)。穿过对象的总相移为(3)：Φ(x，y)＝-2π/λ×∫δ(x，y，z)dz。基于衰减的成像测量出强度：|E|²＝|E₀|²×exp(-uz)，因此丢失了相位信息(“相位问题”)。