應用相位對比成像的醫學儀器和x 射線拍攝系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于具有相位對比成像的應用的醫學儀器（1），其中所述醫學儀器（1）包括至少一個具有對X射線輻射（12）的強烈的小角度散射的部件（23；24；25）。本發明還涉及一種利用相位對比成像來拍攝檢查對象（6）和醫學儀器（1）的相應的X射線拍攝系統（100）。
【專利說明】應用相位對比成像的醫學儀器和X射線拍攝系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于具有相位對比成像的應用的醫學儀器。此外，本發明還涉及 一種具有相位對比成像的相應的X射線拍攝系統。
【背景技術】
[0002] 微分的相位對比成像或短的相位對比成像代表了 一種成像方法，其尤其在塔 爾博特_勞-干涉儀（Talbot-Lau-Interferometer)裝置中在一段時間內得到了重 視。由此例如在 F.Pfeiffer 等人的出版物〃Hard X-ray dark-field imaging using a grating interferometer"，Nature Materials7, 134 至 137 頁中描述了，借助由常規 的X射線管、三個光柵和X射線探測器組成的干涉儀結構可以由相同的數據組重建吸 收對比度、微分相位對比度以及暗場對比度。類似地也由Jos印h J.Zambelli等人的 ''Radiation dose efficiency comparison between differential phase contrast CT and conventional absorption CT", Med. Phys. 37 (2010),2473 至 2479 頁，或 Bech 等 人的〃Soft-tissue phase-contrast tomography with an χ-ray tube source"，Phys. Med. Biol. 54(2009)，2747 至 2753 頁，或 Bech 等人的"Quantitative x-ray dark-field computed tomography"，Physics in Medicine an Biology, 55:5529 - 5539, 2010 得出。
[0003] 諸如X射線量子的粒子的波動性允許借助如下復數折射率來描述諸如折射和反 射的現象
[0004] η=1 - δ +i β。
[0005] 在此，虛部β描述了吸收，其是目前臨床X射線成像(例如計算機斷層造影、血管 造影、放射性照相、透視或乳腺X射線照相）的基礎，并且實部S描述了在微分的相位對比 成像中觀察的相位偏移。
[0006] 由DE102010018715A1公開了一種X射線拍攝系統，其中為了高質量地X射線成像 而采用X射線拍攝系統來對檢查對象進行相位對比成像，該X射線拍攝系統具有至少一個 帶有多個用于發射相干X射線輻射的場發射X射線源的X射線輻射器、在檢查對象和X射 線圖像探測器之間布置的衍射光柵G 1和另一個布置在衍射光柵G1和X射線圖像探測器之 間的光柵G2。
[0007] 在目前針對臨床的相位對比成像的熱門布置中，采用常規的X射線管、目前可 用的X射線圖像探測器（如其例如由M. Spahn在〃Flat detectors and their clinical applications"，European Radiology, Volumel5 (2005)，1934 至 1947 頁中描述的那樣）和 三個光柵Gp G1和G2，如其隨后根據圖1詳細解釋的那樣，其示出了用于微分相位對比成像 的塔爾博特-勞-干涉儀的示意性結構，具有膨脹的管焦點、三個光柵GpG 1和G2以及像素 化的X射線圖像探測器。
[0008] 從不相干的X射線輻射器3的管焦點11發出的X射線12穿透吸收光柵13 (Gtl) 以便產生相干的輻射，該吸收光柵13引起X射線輻射源的局部相干，并且穿透檢查對象6， 例如人或動物的患者。穿過檢查對象6,由于相位偏移而這樣偏轉X射線12的波前,這一點 正如在沒有相位偏移的情況下、即沒有對象的情況下的波前的法線15,而在具有相位偏移 的情況下的波前的法線16所表示的那樣。然后，相位偏移的波前穿過具有與X射線譜的典 型能量相匹配的光柵常數的衍射或相位光柵17 (G1)以便產生干涉線或干涉圖18,并且又 穿過吸收的檢偏器光柵19 (G2)以便讀取產生的干涉圖18。對于具有和不具有對象的情況 產生不同的干涉圖18。檢偏器光柵19的光柵常數與相位光柵17的光柵常數以及與布置的 其余幾何結構匹配。檢偏器光柵19例如按照第一或第η個塔爾博特距離（階）布置。檢偏 器光柵19在此將干涉圖18轉換為可以由探測器或X射線圖像探測器4測量的強度圖。用 于臨床應用的典型的光柵常數為幾 μ m，如其例如由援引的引文得出。
[0009] 如果X射線源足夠相干，即輻射源的管焦點11足夠小并且產生的輻射功率卻足夠 大，則棄用第一光柵Gtl、即吸收光柵13。
[0010] 按照現有技術，現在對于X射線圖像探測器4的每個像素如下地確定微分的相位 偏移，使得由于由箭頭表示的所謂的"相位步進（Phase-St印ping)"20,檢偏器光柵19 (G2) 在多個步驟（k = 1，…K，其中例如K = 4至8)中垂直于X射線12的福射方向并且側向于 光柵結構的布置偏移了光柵常數的相應小部分，并且在X射線圖像探測器4的像素中測量 針對該配置在拍攝期間產生的信號S k，并且由此采樣形成的干涉圖18。對于每個像素由此 通過合適的擬合法（Fitverfahren)、即與所測量的信號S k有關的匹配或平衡方法，來確定 對調制進行描述的函數(例如正弦函數）的參數。該參數通常是幅值A、相位Φ和平均強度 Io
[0011] 根據對于每個像素一次具有并且一次不具有檢查對象（即患者）的擬合參數 (Fitparameter)通過比較特定的推導出的參數然后可以產生三個不同的圖像：
[0012] (i)吸收圖像，
[0013] (i i )微分的相位對比圖像（DPC)和
[0014] (iii)暗場圖像（dark-field image)。
[0015] 換言之，在暗場圖像中，局部的、即像素內的X射線輻射的相干的破壞被成像。低 于原本的系統分辨率的散射中心根據目前的知識極大地為該效果作出貢獻。在基于光柵的 相位對比成像中同時獲得吸收對比圖像、相位對比圖像和暗場圖像。
[0016] 可見性，即由最大和最小信號得出的標準化的差(或更精確地：標準化到平均信號 上的幅值）在此是對于塔爾博特-勞-干涉儀的質量表征的度量。其定義為所采樣的調制 的對比度
【權利要求】
1. 一種用于具有相位對比成像的應用的醫學儀器（1 )，其特征在于，所述醫學儀器（1) 包括至少一個具有對X射線輻射（12)的強烈的小角度散射的部件（23 ;24 ;25)。
2. 根據權利要求1所述的醫學儀器（1 )，其特征在于，所述醫學儀器（1)能夠插入檢查 對象（6)或者能夠放置在檢查對象（6)中。
3. 根據權利要求1或2所述的醫學儀器（1 )，其特征在于，所述醫學儀器（1)包括導絲、 支架或導管。
4. 根據上述權利要求中任一項所述的醫學儀器（1)，其特征在于，所述醫學儀器的至 少一個部件（23 ;24 ;25)具有微結構。
5. 根據權利要求4所述的醫學儀器（1 )，其特征在于，所述醫學儀器（1)的至少一個部 件（23 ;24 ;25)具有帶有能夠預先給定的結構參數（14)的微結構。
6. 根據權利要求5所述的醫學儀器（1 )，其特征在于，所述醫學儀器（1)的至少一個部 件（23 ;24 ;25)的能夠預先給定的結構參數（14)在O.Oliim和lOOiim之間。
7. 根據權利要求5或6所述的醫學儀器（1 )，其特征在于，所述醫學儀器（1)的至少一 個部件（23 ;24 ; 25)的微結構通過纖維狀（27)或多孔（26)的材料構成。
8. 根據權利要求7所述的醫學儀器（1 )，其特征在于，所述醫學儀器（1)的至少一個部 件（23 ;24 ;25)的多孔（26)材料具有封閉的多孔性并且孔的至少一個部分包括預先給定的 材料。
9. 根據權利要求7或8所述的醫學儀器（1 )，其特征在于，所述醫學儀器（1)的至少一 個部件（23 ;24 ;25)的纖維狀材料（27)包括碳纖維增強塑料。
10. -種利用相位對比成像來拍攝檢查對象（6)和醫學儀器（1)的X射線拍攝系統 (100)，所述X射線拍攝系統包括借助直接測量干涉圖（18)來對檢查對象（6)進行X射線成 像的X射線設備（101 )，該X射線設備具有至少一個用于產生準相干X射線輻射的X射線輻 射器（3)、帶有探測器層和布置在矩陣中的探測器像素的X射線圖像探測器（4)、布置在所 述檢查對象（6)和所述X射線圖像探測器（4)之間并且產生干涉圖（18)的衍射光柵或相位 光柵（17)，其特征在于，所述醫學儀器（1)包括至少一個具有對X射線輻射（12)的強烈的 小角度散射的部件（23 ;24 ;25)。
11. 根據權利要求10所述的利用相位對比成像來拍攝檢查對象（6)和醫學儀器（1)的 X射線拍攝系統（100)，其特征在于，根據權利要求2至9中任一項實施所述醫學儀器（1 )。
【文檔編號】A61B6/00GK104337528SQ201310384254
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年7月23日
【發明者】P.伯恩哈特, M.霍海塞爾, T.默特爾邁耶, R.南基, M.雷迪克 申請人:西門子公司