Результат интеллектуальной деятельности: ЮСТИРОВКА РАССТОЯНИЯ ОТ РЕШЕТКИ ИСТОЧНИКА ДО ФАЗОВОЙ РЕШЕТКИ ДЛЯ ФАЗОВОЙ НАСТРОЙКИ В НЕСКОЛЬКО ПОРЯДКОВ ПРИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ФАЗОВО-КОНТРАСТНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системе рентгеновской визуализации для дифференциальной фазово-контрастной визуализации, к способу оперирования разъюстировкой в системе рентгеновской визуализации для дифференциальной фазово-контрастной визуализации, к элементу компьютерной программы и к машиночитаемому носителю информации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Дифференциальная фазово-контрастная визуализация (DPCI) является инновационной технологией, способной повысить диагностическую ценность рентгеновской визуализации. Например, одним из применений этой технологии является маммография. В системе DPCI используется установка с тремя решетками между источником рентгеновского излучения и детектором. Для получения изображения создается несколько рентгеновских изображений при различных относительных расположениях двух из решеток. Поскольку шаги решеток составляют всего лишь порядка нескольких микрометров, существуют довольно жесткие требования к точности шагового устройства, осуществляющего относительное передвижение решеток, а также к юстировке системы. Для более крупных объектов, например, при исследовании грудной клетки предоставляется виртуальное шаговое изменение фазы с помощью сканирования объекта относительно системы визуализации, включая виртуальное шаговое изменение фазы параллельно направлению этого сканирования. Например, либо система визуализации передвигается относительно образца/объекта, например, как при применении в маммографии, известном у компании Sectra (Швеция), принадлежащей компании Philips, либо образец/объект передвигается относительно фиксированной системы визуализации, например, при досмотре авиапассажиров или досмотре багажа. Однако требование ко всем этим установкам состоит в том, чтобы поперек всех строк детектора по ширине D, т.е. параллельно направлению Х сканирования, появлялся фазовый сдвиг, равный по меньшей мере одному периоду интерференционных полос интерферометра, т.е. решетки G2 анализатора и фазовой решетки G1. Во время сканирования каждая отдельная часть объекта/образца последовательно проходит различные строки детектора, испытывая при этом различные фазовые состояния интерферометра. Восстановление фазы при этом осуществляется путем оценки сигнала строки детектора, полученного во время сканирования. В качестве требования расстояние между двумя решетками G1 и G2, т.е. фазовой решеткой и решеткой анализатора, должно точно регулироваться. Кроме того, расстояние между решеткой G0 источника и фазовой решеткой G1 во всех случаях также должно точно регулироваться. Однако было продемонстрировано, что настройка и стабилизация такого интерферометра, например, в условиях стационара могут расходовать излишнее время и являться дорогостоящими.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, может существовать необходимость в обеспечении снижения требований к предварительной настройке и регулировке при изготовлении и обслуживании системы дифференциальной фазово-контрастной визуализации.

Цель настоящего изобретения достигается с помощью объекта в независимых пунктах формулы изобретения, а дополнительные варианты осуществления включены в зависимые пункты.

Необходимо отметить, что нижеследующие описанные аспекты изобретения относятся также к системе рентгеновской визуализации для дифференциальной фазово-контрастной визуализации и к способу оперирования разъюстировкой в системе рентгеновской визуализации для дифференциальной фазово-контрастной визуализации, а также к элементу компьютерной программы и машиночитаемому носителю информации.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается система рентгеновской визуализации для дифференциальной фазово-контрастной визуализации, включающая в себя дифференциальную фазово-контрастную установку c источником рентгеновского излучения и детектором рентгеновского излучения, компоновку решеток и компоновку передвижения для относительного передвижения между исследуемым объектом и по меньшей мере одной из решеток компоновки решеток. Компоновка решеток содержит решетку источника, фазовую решетку и решетку анализатора. Решетка источника расположена между источником рентгеновского излучения и фазовой решеткой, а решетка анализатора расположена между фазовой решеткой и детектором. Кроме того, предоставляются блок обработки и компоновка перемещения. Компоновка перемещения предоставляется для перемещения решетки источника. Фазовая решетка, решетка анализатора и детектор предоставляются в виде неподвижно закрепленного блока интерферометра, в котором фазовая решетка и решетка анализатора устанавливаются параллельно друг другу. Решетка источника разъюстирована относительно блока интерферометра таким образом, что в плоскости детектора могут обнаруживаться муаровые интерференционные полосы. Блок обработки выполнен с возможностью обнаружения муаровых интерференционных полос в сигналах, выдаваемых детектором при рентгеновском излучении. Блок обработки дополнительно выполнен с возможностью вычисления сигнала перемещения для перемещения решетки источника для достижения предварительно заданного муарового узора. Компоновка перемещения выполнена с возможностью регулирования размещения решетки источника по меньшей мере в направлении проекции рентгеновского излучения на основе величины сигнала перемещения.

Расстояние между решеткой источника и фазовой решеткой называется расстоянием L, а расстояние между фазовой решеткой и решеткой анализатора называется расстоянием D. Неточная регулировка расстояния D компенсируется регулировкой расстояния L. Следовательно, разъюстировка расстояния D, либо предварительно установленное расстроенное D, может компенсироваться регулировкой L. При этом точность в субмиллиметровой области является достаточной. Блок интерферометра может также называться блоком детектирования. Разъюстировка может также включать в себя отклонение решетки источника и блока интерферометра относительно друг друга.

В соответствии с одним из примеров осуществления, компоновка перемещения выполнена с возможностью наклона решетки источника.

В соответствии с одним из примеров осуществления, компоновка перемещения содержит по меньшей мере один привод для юстировки блока источника рентгеновского излучения и/или блока детектирования рентгеновского излучения.

В соответствии с одним из примеров осуществления, указанный по меньшей мере один привод предоставляется в виде пьезоэлектрического привода и/или в виде микрометрического винта с приводом от электродвигателя. Микрометрический винт с приводом от электродвигателя может также предусматриваться в виде микрометрической головки. Указанный по меньшей мере один привод обеспечивает передвижение в диапазоне от приблизительно 1 микрометра до приблизительно 10 миллиметров. Точность юстировки привода составляет приблизительно плюс-минус 0,1 микрометра в соответствии с одним из примеров.

В соответствии с одним из примеров осуществления, решетка источника разъюстирована таким образом, что фазовые сдвиги величиной по меньшей мере 2 пи охватываются муаровыми полосами по всей ширине детекторной матрицы.

В соответствии с одним из примеров осуществления, предоставляется компоновка передвижения для относительного передвижения между исследуемым объектом и по меньшей мере одной из решеток. Например, компоновка передвижения предоставляется в виде шаговой компоновки для шагового перемещения по меньшей мере одной из решеток блока интерферометра в соответствующей плоскости решетки.

В соответствии с другим вариантом, предоставляется опора для объекта, и предусматривается относительное передвижение между опорой для объекта и дифференциальной фазово-контрастной установкой, причем предусматривается постоянная юстировка решеток относительно друг друга во время сканирования для получения по меньшей мере одного изображения. В соответствии с первым примером, предоставляется неподвижная опора для объекта, а дифференциальная фазово-контрастная установка движется в направлении, поперечном направлению рентгеновского излучения. В соответствии со вторым примером, предоставляется неподвижная дифференциальная фазово-контрастная установка, а опора для объекта движется в направлении, поперечном направлению рентгеновского излучения. Например, в случае компоновки передвижения в виде шаговой компоновки предоставляется шаговая компоновка для шагового перемещения решетки источника или блока интерферометра в соответствующей плоскости решетки. Если одна из решеток блока интерферометра осуществляет шаговое перемещение, оно может предусматриваться с точностью менее чем плюс-минус 0,1 микрометра.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предлагается способ оперирования разъюстировкой в системе рентгеновской визуализации для дифференциальной фазово-контрастной визуализации, включающий в себя следующие этапы:

a) На первом этапе получают по меньшей мере первый рентгеновский скан дифференциальной фазово-контрастной визуализации с помощью системы рентгеновской визуализации для дифференциальной фазово-контрастной визуализации, содержащей дифференциальную фазово-контрастную установку с источником рентгеновского излучения, детектором рентгеновского излучения и компоновкой решеток, содержащей решетку источника, фазовую решетку и решетку анализатора. Решетка источника разъюстирована относительно блока интерферометра таким образом, что в плоскости детектора могут обнаруживаться муаровые полосы.

b) На втором этапе обнаруживаются муаровые узоры в сигналах, выдаваемых детектором при рентгеновском излучении.

c) На третьем этапе вычисляется сигнал перемещения для перемещения решетки источника для достижения предварительно заданного муарового узора.

d) На четвертом этапе на основе сигнала перемещения регулируется размещение решетки источника по меньшей мере в направлении проекции рентгеновского излучения.

e) На пятом этапе получают по меньшей мере еще один рентгеновский скан дифференциальной фазово-контрастной визуализации.

«Муаровые полосы», называемые также «муаровым узором», появляются при наложении двух решеток, имеющих почти одинаковые шаги, либо в параллельной, либо в наклонной конфигурации. Например, одна решетка в установке фазово-контрастной визуализации создается фазовой решеткой G1 в виде интерференционной картины рентгеновского луча, а другая решетка является решеткой G2 анализатора.

В соответствии с одним из примеров осуществления, на этапе а) множество первых рентгеновских сканов дифференциальной фазово-контрастной визуализации получают для различных углов проекции, при этом сканы предоставляют в качестве эталонной картины для регулирования размещения решетки источника отдельно для каждого угла проекции.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, число процедур настройки и регулировки сокращается до минимума, а точность, необходимая для механической регулировки и требования к механической стабильности, смещается из субмикронной области предпочтительно в субмиллиметровую область или даже выше. Это достигается, например, передвижением решетки G0 источника. Таким образом, может быть создан компактный, неподвижно закрепленный блок интерферометра с плоскостями решеток G1 и G2, установленными параллельно друг другу. Например, параллельность линий решетки G1 относительно структур G2 должна составлять около 0,1 миллирадиана или лучше для типичных значений шага решетки, встречающихся в низкоэнергетической или среднеэнергетической рентгеновской интерферометрии. Возникающая разъюстировка может отвечать за появление компонентов муаровых полос, перпендикулярных структуре решеток. Число муаровых полос, параллельных направлению структур решеток, зависит от расстояния между G1 и G2, а также от расстояния между G0 и G1. Точнее, число муаровых полос зависит от отношения расстояния D к расстоянию L. Следовательно, разъюстировка расстояния D, либо предварительно установленное расстроенное D, может компенсироваться регулировкой L. При этом точность в субмиллиметровой области является достаточной. Общая юстировка, которая сохраняется - это настройка расстояния между решеткой G0, т.е. решеткой источника, и интерферометром, состоящим из фазовой решетки и решетки анализатора. Например, это может осуществляться с помощью платформы линейного перемещения, установленной на неподвижно закрепленном гантри, который служит опорой для рентгеновской трубки, интерферометра и блока детектирования. Расстояние L должно настраиваться, например, с помощью платформы перемещения таким образом, чтобы поперек ширины D детектора появлялась по меньшей мере одна муаровая полоса. Число муаровых полос может быть увеличено. Однако верхний предел достигается, например, когда число строк детектора на муаровую полосу падает ниже 4.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут понятны из описываемых ниже вариантов осуществления и объяснены применительно к ним.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Примеры осуществления изобретения описываются ниже применительно к следующим чертежам:

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 изображена система 10 рентгеновской визуализации для дифференциальной фазово-контрастной визуализации, включающая в себя дифференциальную фазово-контрастную установку 12 c источником 14 рентгеновского излучения и детектором 16 рентгеновского излучения. Кроме того, предоставляется узел 18 решеток, содержащий решетку 20 источника, фазовую решетку 22 и 24 решетку анализатора. Решетка источника расположена между источником рентгеновского излучения и фазовой решеткой, а решетка анализатора расположена между фазовой решеткой и детектором. Кроме того, предоставляется компоновка передвижения для относительного передвижения между исследуемым объектом и по меньшей мере одной из решеток (дополнительно не показано). Пунктирной овальной структурой 26 показан объект, показан также рентгеновский луч 28 веерной формы вместе с направлением 30 проекции рентгеновского излучения. Кроме того, предоставляются блок 32 обработки и компоновка 34 перемещения для перемещения решетки источника. Фазовая решетка, решетка анализатора и детектор предоставляются в виде неподвижно закрепленного блока 36 интерферометра, в котором фазовая решетка и решетка анализатора установлены параллельно друг другу.

Решетка источника разъюстирована относительно блока 36 интерферометра таким образом, что в плоскости детектора 16 могут обнаруживаться муаровые интерференционные полосы. Блок 32 обработки выполнен с возможностью обнаружения муаровых узоров в сигналах, выдаваемых детектором 16 при рентгеновском излучении. Блок 32 обработки дополнительно выполнен с возможностью вычисления сигнала перемещения, показанного стрелкой 38, для перемещения решетки 20 источника для достижения предварительно заданного муарового узора. Двойной стрелкой 40 показано перемещение в направлении 30 проекции рентгеновского излучения. Компоновка 34 перемещения выполнена с возможностью регулирования размещения решетки 20 источника по меньшей мере в направлении 30 проекции рентгеновского излучения на основе величины сигнала перемещения.

Например, компоновка 34 перемещения выполнена с возможностью наклона решетки 20 источника.

Как показано на фиг. 2, компоновка 34 перемещения может содержать по меньшей мере один привод 42 для юстировки блока источника рентгеновского излучения и/или блока детектирования рентгеновского излучения, например, решетка 20 источника может передвигаться с помощью ряда пьезоэлектрических приводов или микрометрических винтов с приводом от электродвигателя в качестве приводов 42. Разумеется, как показано на фиг. 2В, можно также предусматривать приводы 42 для передвижения блока интерферометра относительно решетки 20 источника и источника 14 рентгеновского излучения, как показано второй двойной стрелкой 44.

Предоставляется компоновка 46 передвижения для относительного передвижения между исследуемым объектом и по меньшей мере одной из решеток, как показано на фиг. 3А, 3В и 3С. Как показано на фиг. 3А, компоновка передвижения предоставляется в виде шаговой компоновки 48 для шагового перемещения, например, фазовой решетки блока 36 интерферометра в соответствующей плоскости решетки, как показано третьей двойной стрелкой 50. В соответствии с примером, приведенным на фиг. 3А, решетка 20 источника может также передвигаться, т.е. юстироваться, в направлении 30 проекции рентгеновского излучения, как показано вышеупомянутой двойной стрелкой 40.

Как показано на фиг. 3В, компоновка 46 передвижения может также предусматриваться с опорой 52 для объекта и относительным передвижением между опорой для объекта и дифференциальной фазово-контрастной установкой 12, причем предоставляется постоянная юстировка решеток относительно друг друга во время сканирования для получения по меньшей мере одного изображения. На фиг. 3В предоставляется неподвижная опора для объекта; дифференциальная фазово-контрастная установка движется в направлении, поперечном направлению рентгеновского излучения, например, путем поворота, показанного стрелками 54 указания поворота вокруг местоположения источника 14 рентгеновского излучения. Например, такая компоновка 46 передвижения может предусматриваться для маммографии. Необходимо отметить, что дополнительные основные элементы аппаратуры для проведения маммографии, такие как электроды для сжатия груди, дополнительно не показаны.

В соответствии с фиг. 3С, компоновка 46 передвижения предоставляется с неподвижной дифференциальной фазово-контрастной установкой, но с подвижной опорой 52' для объекта, например конвейерной лентой, для движения в направлении, поперечном направлению рентгеновского излучения, как показано стрелкой 56 движения конвейерной ленты, например, для досмотра багажа.

На фиг. 4 изображен пример способа 100 оперирования разъюстировкой в системе рентгеновской визуализации для дифференциальной фазово-контрастной визуализации. На первом этапе 110 получают по меньшей мере первый рентгеновский скан дифференциальной фазово-контрастной визуализации с помощью системы рентгеновской визуализации для дифференциальной фазово-контрастной визуализации, содержащей дифференциальную фазово-контрастную установку с источником рентгеновского излучения, детектором рентгеновского излучения и узлом решеток, содержащим решетку источника, фазовую решетку и решетку анализатора. Решетка источника разъюстирована относительно блока интерферометра таким образом, что в плоскости детектора могут обнаруживаться муаровые интерференционные полосы. На втором этапе 112 обнаруживаются муаровые узоры в сигналах, выдаваемых детектором при рентгеновском излучении. На третьем этапе 114 вычисляется сигнал перемещения для перемещения решетки источника для достижения предварительно заданного муарового узора. На четвертом этапе 116 на основе сигнала перемещения регулируется размещение решетки источника по меньшей мере в направлении проекции рентгеновского излучения. На пятом этапе 118 получают по меньшей мере еще один рентгеновский скан дифференциальной фазово-контрастной визуализации. Первый этап 110 называется также этапом a), второй этап 112 - этапом b), третий этап 114 - этапом c), четвертый этап 116 - этапом d), а пятый этап 118 - этапом e).

В соответствии с одним из примеров (не показан), на этапе а) множество первых рентгеновских сканов дифференциальной фазово-контрастной визуализации получают для различных углов проекции, при этом сканы предоставляются в качестве эталонной картины для регулирования размещения решетки источника рентгеновского излучения отдельно для каждого угла проекции.

На фиг. 5 изображен еще один пример дифференциальной фазово-контрастной установки 12, при этом первая отправная точка соответствует источнику 14 рентгеновского излучения, за которым следует решетка 20 источника. Пространство 58 для приема объекта 60 предоставляется, например, в направлении 62 движения. Объект 60 изображен прямой линией для первого расположения и пунктирным рисунком 64 для второго расположения после передвижения. Далее фазовая решетка 22 и решетка 24 анализатора предоставляются в виде неподвижно закрепленного блока, показанного пунктирной рамкой 66. Далее структурой детектора показан детектор 16. Детектор характеризуется, помимо прочего, шириной детектора, показанной стрелками 68. Кроме того, фазовая решетка 22 и решетка 24 анализатора предоставляют расстояние 70, а фазовая решетка 22 предусматривает относительно решетки 20 источника расстояние 72. Ширина 68 детектора называется также шириной D, расстояние 70 между фазовой решеткой 22 и решеткой 24 анализатора называется также шириной d, а расстояние между решеткой источника и блоком интерферометра называется расстоянием L. Двойной стрелкой 74 показано юстировочное передвижение решетки 20 источника с дельтой 76, составляющей ± дельта L. Ввиду того что обеспечиваются компоновка решеток и направление сканирования, может измеряться поток 78 детектора, показанный криволинейным графиком. Первая стрелка 80 относится к точке максимума на графике, а пунктирная стрелка 82 относится к точке минимума на графике 78.

В идеальной системе, не использующей фазовый контраст, каждая строка детектора должна измерять одну и ту же синограмму при отсутствии шума измерения. В описанной выше системе различные строки детектора получают различные интенсивности ввиду преднамеренной разъюстировки по z между блоками источника и интерферометра. Такая разъюстировка вызывает колебание интенсивности, измеряемой различными строками детектора, от одной строки к следующей с пространственным периодом λ, обратно пропорциональным этой разъюстировке - это явление называется муаровыми полосами. Чтобы обеспечить равномерное получение фазы, число элементов N детектора, расстояние D между двумя детекторами и период λ муара должны подчиняться следующему соотношению:

ND=nλ,

где n - число периодов муара на всю детекторную матрицу. Число точек выборки для фазы при этом задается уравнением λ/D=N/n и должно составлять по меньшей мере 4, следовательно, для N=20 строк детектора n должно составлять не более 5, обычно 2.

Еще в одном примере осуществления настоящего изобретения предлагается компьютерная программа или элемент компьютерной программы, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью осуществления этапов способа в соответствии с одним из вышеописанных вариантов осуществления в соответствующей системе.

Элемент компьютерной программы может при этом храниться в вычислительном блоке, который также может входить в состав варианта осуществления настоящего изобретения. Указанный вычислительный блок может быть выполнен с возможностью выполнения или вынуждения выполнения этапов вышеописанного способа. Кроме того, он может быть выполнен с возможностью управления компонентами вышеописанного устройства. Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью автоматической работы и/или исполнения указаний пользователя. Компьютерная программа может быть загружена в рабочую память процессора для обработки данных. Процессор для обработки данных может при этом быть выполнен с возможностью осуществления способа изобретения.

Указанный пример осуществления изобретения охватывает как компьютерную программу, в которой с самого начала используется изобретение, так и компьютерную программу, которая с помощью обновления превращает существующую программу в программу, в которой используется изобретение.

Далее, элемент компьютерной программы должен быть выполнен с возможностью обеспечения всех необходимых этапов для выполнения процедуры примера осуществления способа, как описано выше.

В соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения, предлагается машиночитаемый носитель информации, такой как постоянное запоминающее устройство на компакт-дисках (CD-ROM), причем машиночитаемый носитель информации содержит хранящийся на нем элемент компьютерной программы, описанный в предыдущем разделе.

Компьютерная программа может храниться на подходящем носителе информации или распространяться на нем, например, на оптическом носителе информации или твердотельном носителе, поставляемом вместе с иными аппаратными средствами или в их составе, но может также распространяться в других видах, например, через Интернет или иные проводные или беспроводные системы дистанционной передачи данных.

Однако компьютерная программа может также передаваться по сети, такой как Всемирная сеть, и может загружаться из такой сети в рабочую память процессора для обработки данных. В соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения, предлагается среда для обеспечения доступности для загрузки элемента компьютерной программы, выполненного с возможностью осуществления способа в соответствии с одним из ранее описанных вариантов осуществления изобретения.

Необходимо отметить, что варианты осуществления изобретения описаны применительно к различным объектам изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны применительно к пунктам формулы изобретения на способ, в то время как другие варианты осуществления описаны применительно к пунктам формулы изобретения на устройство. Однако из приведенного выше и нижеследующего описания специалисту будет понятно, что - если не предусмотрено иное - помимо любой комбинации признаков, принадлежащих одному типу объекта изобретения, в данной заявке считается также раскрытой любая комбинация признаков, относящихся к другим объектам изобретения. Однако все признаки могут быть объединены, давая эффекты совместного действия, которые представляют собой больше, чем просто сумму признаков.

Несмотря на то, что изобретение подробно иллюстрировано и описано на чертежах и в приведенном выше описании, такое иллюстрирование и такое описание должны рассматриваться как пояснительные или приводимые в качестве примера, а не как ограничительные. Изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. По результатам изучения чертежей, описания и зависимых пунктов формулы изобретения специалистами при осуществлении заявляемого изобретения могут быть поняты и реализованы другие модификации описанных вариантов осуществления.

В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множества. Одиночный процессор или иной блок может выполнять функции нескольких элементов, упоминаемых в формуле изобретения. Сам по себе тот факт, что некоторые средства приводятся в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что совокупность этих средств не может использоваться с пользой. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.