[发明专利]用于X射线相位对比成像的探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于生成对象的相位对比X射线图像的X射线设备和方法。

背景技术

当传统的X射线成像测量由对象引起的X射线吸收时，相位对比成像旨在探测当X射线穿过对象而其经受的相移。根据已经在文献(T.Weitkamp等人，″X-ray phase imaging with a grating interferometer″，Optics Express13(16)，2005)中描述的设计，当对象受(相干)X射线辐照时，相位光栅放置在对象后面以生成强度最大值和最小值的干涉图样。由对象在X射线波中引入的任意相移引起干涉图样中一些特性位移。因而测量这些位移允许重建感兴趣对象的相移。

所描述方法的问题在于，现有X射线探测器的可行像素尺寸(远远)大于干涉图样的最大值和最小值之间的距离。因而这些图样不能被直接空间分辨。为了解决这一问题，已经提出了使用紧靠探测器像素之前的吸收光栅，因而使用探测器像素只观看干涉图样的小分区。相对于像素移动吸收光栅允许恢复干涉图样的结构(即，从无对象的默认图样的偏离)。然而光学元件的必要移动是很重要的机械任务，尤其在其必须以高准确度且很快完成的情况下，正如在相位对比成像应用于医学环境的情况下所要求的。

基于这一背景，本发明的目的在于提供用于生成对象的X射线相位对比图像的装置，其尤其适于在医学成像，例如在计算机断层摄影(CT)中应用。

发明内容

这一目的通过如权利要求1所述的X射线设备、如权利要求9所述的方法、如权利要求10所述的计算机程序产品、如权利要求11所述的记录载体、以及如权利要求12所述的传输过程实现。优选实施例在从属权利要求中公开。

根据本发明的X射线设备用于生成于对象的相位对比图像，即该图像中的图像点的值与由在透射X射线中对象引起的相移相关，同时图像点的位置与对象空间相关(例如，经由投影或者剖面绘图)。X射线设备包括以下部件：

-用于生成X射线的X射线源。为了允许干涉图样的生成，所生成的X射线应具有足够大的空间和时间相干性。

-衍射光学元件，其在以下将缩写为“DOE”。该DOE暴露于X射线源，即它如此设置以使得它在X射线源被激活的情况下被后者的发射撞击。

-谱分辨X射线探测器，其用于探测由DOE生成的干涉图样。

所描述的X射线设备具有的优点在于随着以谱分辨地方式检查由DOE生成的干涉图样，从这一图样中提取最大量的信息。这使得以快速方式获得相位对比图像成为可能，这在由于各种原因使得可用于进行曝光的时间受限制的医学成像中是尤其有利的。

此外，所描述的X射线设备允许(或者甚至要求)在医学成像中是标准源的多色X射线源的应用。具体而言，可以使用具有相对于光子能量大于10％，优选是大约20-40％的发射带宽的X射线源(意味着X射线光子的能量分布的一半最大值的全宽是在最大值处能量的大约20-40％)。

衍射光学元件DOE可是当用X射线辐照时能够生成期望干涉图样的任意设备。优选的，DOE包括相位光栅，即其狭缝具有可忽略吸收但大量相移的光栅，因而将X射线光子的损失最小化。

原则上，X射线探测器可具有一个单独的允许在相对应的敏感区域中进行测量的敏感元件。然而，该探测器优选包括具有多个X射线敏感元件(像素)的阵列，具体是一维或者二维阵列。然后可以在多个位置处同时进行测量，例如允许在一个步骤中采样空间分辨的二维投影图像。

在本发明的另一实施例中，X射线探测器包括调制器，其用于以与DOE的周期具有固定关系(例如，具有DOE的周期基本两倍的周期)的周期来调制其空间敏感度。这种调制器的应用在与普通X射线敏感元件(例如，包括具有相关联光电探测器的闪烁体的像素，或者包括直接转换材料的像素)的结合中是尤其有用的，因为后者具有的尺寸典型地远远大于干涉图样的间距。在这种情况下，调制器可以用于将X射线探测器的空间分辨率提高至干涉图样周期所给定的界限。该调制器例如可由如US2007/0183580A1中所描述的吸收光栅或者闪烁体结构来实现。

X射线设备优选还包括评估单元，其用于确定由安置在X射线源和DOE之间的X射线路径上的对象引起的相移。评估单元可任选地由专用电子硬件、具有相关联软件的数字化数据处理硬件或者两者的混合来实现。评估单元利用这个事实：在由对象引起的相移和因而得到的可以在DOE之后观察到的干涉图样改变之间具有定义明确的关系；将这一关系颠倒允许计算对象的期望相位对比图像。