Формирование дифференциальных фазо-контрастных изображений с увеличенным динамическим диапазоном - RU2596805C2

Чертежи

Показать все 11 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к анализаторной дифракционной решетке для формирования рентгеновских дифференциальных фазоконтрастных изображений, фазовой дифракционной решетке для формирования рентгеновских дифференциальных фазоконтрастных изображений, детекторному устройство для рентгенографической системы, устройству получения рентгеновских изображений и системе формирования рентгеновских изображений для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений, и способу для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений, а также элементу компьютерной программы и машиночитаемому носителю.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Формирование дифференциальных фазоконтрастных изображений, например, используется для усиления контраста образцов с низким поглощением по сравнению с традиционными амплитудно-контрастными изображениями. В WO 2004/071298 A1, предусмотрено устройство для формирования фазоконтрастного рентгеновского изображения, которое содержит, вдоль оптического пути, некогерентный рентгеновский источник, первую дифракционную решетку расщепителя пучка, вторую дифракционную решетку рекомбинатора пучка, дифракционную решетку оптического анализатора и детектор изображений. При формировании дифференциальных фазоконтрастных изображений, дифракционная решетка G1, то есть, так называемая фазовая дифракционная решетка типично является чисто фазовой дифракционной решеткой с шагом G1, который сообщает фазовый сдвиг фазовому фронту когерентного рентгеновского излучения. После дальнейшего распространения волнового фронта до анализаторной дифракционной решетки G2 с шагом порядка G2=½G1, интенсивность пучка модулируется с периодом, равным G2. Использование анализаторной дифракционной решетки, которая имеет модуляцию своего пропускания с этим шагом, сигнал детектора за анализаторной дифракционной решеткой имеет периодичность G2, а фаза сигнала может использоваться для выведения положения максимума интенсивности и, таким образом, градиента фазового фронта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Однако было показано, что, в частности, для больших объектов, описанная выше, основанная на дифракционной решетке установка имеет ограниченный динамический диапазон в отношении градиентов фазы.

Поэтому цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы улучшить информацию, получаемую посредством формирования фазоконтрастных изображений.

Цель настоящего изобретения решается предметом независимых пунктов формулы изобретения, при этом дополнительные варианты осуществления заключены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует отметить, что последующий описанный аспект и варианты осуществления изобретения также применимы к анализаторной дифракционной решетке, фазовой дифракционной решетке, детекторному устройству, устройству получения рентгеновских изображений, системе формирования рентгеновских изображений, способу, элементу программы и машиночитаемому носителю.

Согласно первому аспекту изобретения, предусмотрена анализаторная дифракционная решетка для формирования рентгеновских дифференциальных фазоконтрастных изображений, которая содержит структуру поглощения с первым множеством первых участков с первым ослаблением рентгеновского излучения и вторым множеством вторых участков с вторым ослаблением рентгеновского излучения. Второе ослабление рентгеновского излучения меньше, чем первое ослабление рентгеновского излучения. Первый и второй участки скомпонованы периодически перемежающимся образом. Третье множество третьих участков имеет третье ослабление рентгеновского излучения, которое находится в диапазоне от второго ослабления рентгеновского излучения до первого ослабления рентгеновского излучения. Каждый второй из первого или второго участков замещен одним из третьих участков.

Согласно дополнительному аспекту, первые участки непроницаемы для рентгеновского излучения, вторые участки прозрачны для рентгеновского излучения, а третьи участки имеют ослабление рентгеновского излучения, которое находится между ослаблениями первого и второго участков.

Согласно пятому аспекту, предусмотрена фазовая дифракционная решетка для формирования рентгеновских дифференциальных фазоконтрастных изображений, содержащая структуру преломления с четвертым множеством четвертых участков и пятым множеством пятых участков, при этом четвертые и пятые участки скомпонованы периодически перемежающимся образом. Четвертые участки предусмотрены для изменения фазы и/или амплитуды рентгеновского излучения, а пятые участки предусмотрены для модуляции амплитуды рентгеновского излучения.

Согласно дополнительному аспекту, предусмотрено детекторное устройство рентгенографической системы для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений объекта, содержащее фазовую дифракционную решетку, анализаторную дифракционную решетку и детектор с датчиком, приспособленным регистрировать отклонения интенсивности рентгеновского излучения. В направлении излучения, то есть вдоль оптического пути, анализаторная дифракционная решетка расположена за фазовой дифракционной решеткой, а детектор расположен за анализаторной дифракционной решеткой. Фазовая дифракционная решетка снабжена четвертым множеством четвертых участков и пятым множеством пятых участков, при этом, четвертые участки предусмотрены для изменения фазы и/или амплитуды рентгеновского излучения. Четвертые и пятые участки скомпонованы периодически перемежающимся образом, с шагом p_PG фазовой дифракционной решетки. Кроме того, предусмотрена анализаторная дифракционная решетка согласно выше упомянутым аспектам или вариантам осуществления. Фазовая дифракционная решетка и/или анализаторная дифракционная решетка выполнены ступенчатыми поперечно структуре отклонения на по меньшей мере полном периоде модуляции рентгеновского излучения, проходящего фазовую дифракционную решетку.

Согласно дополнительному аспекту, устройство получения изображений для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений объекта снабжено рентгеновским источником, фазовой дифракционной решеткой, анализаторной дифракционной решеткой и детектором. Рентгеновский источник вырабатывает рентгеновское излучение, а устройство получения изображений приспособлено обеспечивать рентгеновский пучок с достаточной когерентностью, так что интерференция может наблюдаться в местоположении анализаторной дифракционной решетки. Фазовая дифракционная решетка, анализаторная дифракционная решетка и детектор предусмотрены в качестве детекторного устройства согласно вышеупомянутому варианту осуществления.

Согласно дополнительному аспекту, предусмотрена система рентгеновских изображений для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений, содержащая устройство получения рентгеновских изображений для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений объекта согласно вышеупомянутому варианту осуществления, блок обработки и интерфейсный блок. Блок обработки приспособлен для управления рентгеновским источником, а также ступенчатого изменения фазы анализаторной дифракционной решетки и/или фазовой дифракционной решетки. Интерфейсный блок приспособлен выдавать детектированные необработанные данные изображения в блок обработки.

Согласно дополнительному аспекту, предусмотрен способ для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений, содержащий этапы:

a) приложения по меньшей мере частично когерентного рентгеновского излучения к интересующему объекту;

b) приложения рентгеновского излучения, проходящего объект, к фазовой дифракционной решетке, рекомбинирующей расщепленные пучки в плоскости анализатора;

c) приложения рекомбинированных пучков к анализаторной дифракционной решетке, скомпонованной в плоскости анализатора;

d) регистрации необработанных данных изображения датчиком при ступенчатом изменении анализаторной дифракционной решетки;

при этом фазовая дифракционная решетка на этапе b) снабжена четвертым множеством четвертых участков и пятым множеством пятых участков, при этом четвертые участки предусмотрены для изменения фазы и/или амплитуды рентгеновского излучения, и при этом четвертые и пятые участки скомпонованы периодически перемежающимся образом, с шагом p_PG фазовой дифракционной решетки. Кроме того, на этапе b), выдается субгармоника в интерференционной картине в положении анализаторной дифракционной решетки. Анализаторная дифракционная решетка на этапе d) является анализаторной дифракционной решеткой согласно одному из вышеупомянутых аспектов или вариантов осуществления, а этап d) содержит ступенчатое изменение анализаторной дифракционной решетки поперечно на по меньшей мере полном периоде модуляции рентгеновского излучения, проходящего фазовую дифракционную решетку.

В качестве сущности изобретения, предоставляется анализаторная дифракционная решетка, то есть дифракционная решетка G2, в которой каждый второй максимум интенсивности подвергается затуханию относительно предыдущего максимума, то есть первых максимумов интенсивности. Как результат, в случае параллельного распространения рентгеновского излучения, периодичность сигнала больше не равна ½G1, но равна G1. Конечно, в случае веерообразного или вееровидного распространения рентгеновского излучения, периодичности современных дифракционных решеток G2 находятся в соответствии с ½G1, в зависимости от увеличения, обусловленного веерообразным распространением. Периодичности дифракционных решеток G2 по изобретению, таким образом, находятся в соответствии с G1, в зависимости от усиления, обусловленного веерообразным распространением. Посредством изменения пропускания анализаторной дифракционной решетки, так что она имеет периодичность G1, можно детектировать изменение в диаграмме интенсивности. Максимумы детектированного сигнала идентичны, но глубина минимумов отличается, поскольку максимумы ослабляются по-разному. Это значительно увеличивает динамический диапазон измерения градиента фазы.

Эти и другие аспекты изобретения поясняются со ссылкой на варианты осуществления, описанные в дальнейшем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Примерные варианты осуществления изобретения будут описаны в последующем со ссылкой на следующие чертежи.

Фиг. 1 схематично иллюстрирует систему формирования рентгеновских изображений согласно изобретению.

Фиг. 2 иллюстрирует устройство получения рентгеновских изображений в схематичной установке с детекторным устройством согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 3 схематично показывает первый вариант осуществления анализаторной дифракционной решетки согласно изобретению.

Фиг. 4 показывает дополнительный вариант осуществления анализаторной дифракционной решетки согласно изобретению.

Фиг. 5 и 6 показывают дополнительные варианты осуществления анализаторной дифракционной решетки согласно изобретению.

Фиг. 7, 8, 9 и 10 показывают дополнительные варианты осуществления анализаторной дифракционной решетки согласно изобретению.

Фиг. 11 и 12 показывают дополнительные варианты осуществления анализаторной дифракционной решетки согласно изобретению.

Фиг. 13 показывает фазовую дифракционную решетку согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 14 показывает примерный вариант осуществления способа согласно изобретению.

Фиг. 15 показывает дополнительный вариант осуществления способа согласно изобретению.

Фиг. 16-19 показывают дополнительные аспекты вариантов осуществления изобретения.

Фиг. 20 показывает аспекты идеальной ситуации согласно предшествующему уровню техники.

Фиг. 21 показывает профиль интенсивности согласно идеальной ситуации по фиг. 20.

Фиг. 22 показывает аспект согласно дополнительному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 23 показывает измеренную интенсивность согласно варианту осуществления по фиг. 22.

Фиг. 24 показывает дополнительный аспект варианта осуществления согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 1 схематично показывает систему 10 формирования рентгеновских изображений для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений, содержащую устройство 12 получения рентгеновских изображений для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений объекта согласно одному из вариантов осуществления или аспектов, описанных ниже. Система 10 формирования рентгеновских изображений дополнительно содержит блок 14 обработки и интерфейсный блок 16 (не показанные дополнительно). Кроме того, устройство получения рентгеновских изображений для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений объекта содержит рентгеновский источник 18 и детекторное устройство 20, которые описаны ниже со ссылкой на фиг. 2.

Стол 22 предусмотрен для позиционирования субъекта обследования. Рентгеновский источник и детекторное устройство 20 установлено на устройстве C-образной консоли 24, так что стол 22 может размещаться между рентгеновским источником 18 и детекторным устройством 20. Устройство 24 C-образной консоли позволяет адаптировать перемещение устройства 12 получения рентгеновских изображений вокруг пациента к направлению обзора. Стол 22 предусмотрен на основании 26, например, которое установлено на пол помещения для исследований. Основание 26 содержит блок 14 обработки и интерфейсный блок 16. Кроме того, устройство 28 отображения предусмотрено поблизости от стола 22 для выдачи информации пользователю. Кроме того, вспомогательный интерфейсный блок 30 обеспечивает возможность дополнительного управления системой.

Во время процедуры облучения, объект может быть расположен между источником рентгеновского излучения 12 и детекторным устройством 16. Последнее отправляет данные в блок 14 обработки через интерфейсный блок 16, чтобы выдавать детектированные необработанные данные изображения в блок обработки. Блок 14 обработки и интерфейсный блок 16 также могут быть предусмотрены в других местоположениях, в разных местах, таких как разные лабораторные помещения или центры управления.

Дополнительно следует отметить, что показанный пример имеет так называемое устройство получения рентгеновских изображений C-типа. Однако могут быть предусмотрены другие устройства получения рентгеновских изображений, например, системы CT и стационарные системы с неподвижными рентгеновским источником и детекторным устройством.

Фиг. 2 схематично показывает детекторное устройство 20, уже упомянутое в связи с фиг. 1. Детекторное устройство 20 содержит фазовую дифракционную решетку 32, анализаторную дифракционную решетку 34 и детектор 36 с датчиком, приспособленным регистрировать отклонения интенсивности рентгеновского излучения.

Кроме того, детекторное устройство 20 является частью устройства 12 получения рентгеновских изображений, которое уже было упомянуто выше. Устройство получения рентгеновских изображений схематично показано с рентгеновским источником 18, дифракционной решеткой 38 источника и фазовой дифракционной решеткой 32, анализаторной дифракционной решеткой 34, а также детектором 36.

Рентгеновский источник 18 вырабатывает рентгеновский пучок 40 полихроматического спектра рентгеновского излучения. Дифракционная решетка 38 источника приспособлена для придания достаточной когерентности рентгеновскому пучку, проходящему через дифракционную решетку источника, так что интерференция может наблюдаться в местоположении анализаторной дифракционной решетки. Другими словами, рентгеновский пучок 40 проходит дифракционную решетку 38 источника и выдается как адаптированный рентгеновский пучок 42.

Согласно дополнительному варианту осуществления (не показан), дифракционная решетка источника опущена, и рентгеновский источник приспособлен для выдачи достаточно когерентного рентгеновского излучения, так что интерференция может наблюдаться в местоположении анализаторной дифракционной решетки, например, посредством синхротронных или микрофокусных рентгеновских трубок. Последние, например, могут использоваться для массового обследования животных.

Как можно видеть, рентгеновский источник 18 дифракционная решетка 38 источника, фазовая дифракционная решетка 32, анализаторная дифракционная решетка 34 и детектор скомпонованы вдоль оптического пути. Кроме того, фиг. 2 показывает объект, который, для исследования, размещен между дифракционной решеткой 38 источника и фазовой дифракционной решеткой 32.

На детекторе 36 схематично показана детектируемая информация 46 изображения.

Фазовая дифракционная решетка будет дополнительно пояснена ниже со ссылкой на фиг. 13. Анализаторная дифракционная решетка 34 будет пояснена в последующем со ссылкой на фиг. 3-12.

Фиг. 3 и фиг. 4 схематично показывают два варианта осуществления анализаторной дифракционной решетки 34 для формирования рентгеновских дифференциальных фазоконтрастных изображений. Анализаторная дифракционная решетка 34 содержит структуру 48 поглощения с первым множеством 50 первых участков 52 с первым ослаблением рентгеновского излучения. Кроме того, предусмотрено второе множество 54 вторых участков 56 с вторым ослаблением рентгеновского излучения. Второе ослабление рентгеновского излучения меньше, чем первое ослабление рентгеновского излучения.

Первые и вторые участки 52, 56 скомпонованы периодически перемежающимся образом, при этом третье множество 58 третьих участков 60 имеет третье ослабление рентгеновского излучения, которое находится в диапазоне от второго ослабления рентгеновского излучения до первого ослабления рентгеновского излучения, и при этом каждый второй из первого и второго участков 52, 56 замещен одним из третьих участков 60.

Диапазон третьего ослабления рентгеновского излучения может включать в себя первое ослабление рентгеновского излучения и второе ослабление рентгеновского излучения. Например, третье ослабление рентгеновского излучения равно или меньше, чем первое ослабление рентгеновского излучения. В качестве дополнительного примера, третье ослабление рентгеновского излучения равно или больше, чем второе ослабление рентгеновского излучения.

Термин «участок», например, может относиться к разным секциям или полям вдоль поперечного сечения структуры поглощения.

Например, структура поглощения скомпонована с периодическим расширением в поперечном направлении к рентгеновскому излучению 62, схематично указанному только тремя параллельными стрелками.

Кроме того, периодическое повторение структуры 48 поглощения указано ссылочной позицией 64.

Первые участки могут быть непроницаемыми для рентгеновского излучения, а вторые участки могут быть прозрачными для рентгеновского излучения.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, третьи участки могут иметь ослабление рентгеновского излучения меньше, чем ослабление рентгеновского излучения первых участков, и больше, чем ослабление рентгеновского излучения вторых участков.

Вообще, термин «непроницаемый для рентгеновского излучения» может включать в себя ослабление рентгеновского излучения больше чем 70%, предпочтительно больше чем 90%.

Вообще, термин «прозрачный для рентгеновского излучения» может включать в себя ослабление рентгеновского излучения меньше чем 40%, предпочтительно меньше, чем 20%.

Можно видеть, что третьи участки 60 могут быть снабжены шагом p_AG анализаторной дифракционной решетки, который указан ссылочной позицией 66. Можно видеть, что периодическое повторение 64 равно шагу p_AG 66 дифракционной решетки. Первые или вторые участки могут быть снабжены половиной шага p_AG анализаторной дифракционной решетки.

На фиг. 3 вторые участки 56 снабжены ½ p_AG.

На фиг. 4 первые участки снабжены половиной шага p_AG анализаторной дифракционной решетки, что обозначено ссылочной позицией 68.

Как упомянуто выше, термин «шаг» может относиться к периоду повторения схемы участков.

Например, участки первого, второго и третьего множеств 50, 54, 58 снабжены шаблоном, выполненным периодическим с шагом p_AG анализаторной дифракционной решетки.

Как упомянуто выше, первые и вторые участки скомпонованы периодически перемежающимся образом.

Однако на фиг. 3 каждый второй из первых участков 52 замещен одним из третьих участков 60.

Однако на фиг. 4 каждый второй из вторых участков 56 замещен одним из третьих участков 60.

Как дополнительно описано ниже, участки первого, второго и третьего множеств могут быть предусмотрены в качестве перемежающихся выступов и впадин.

Как дополнительно описано ниже, участки первого, второго и третьего множеств также могут быть предусмотрены в качестве перемежающихся планок и промежутков.

Термин «перемежающиеся» включает в себя то, что два смежных или соседних участка имеют разные типы участка, то есть принадлежат к первому, второму или третьему множеству участков.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, два из группы первого, второго и третьего множеств снабжены интервалом 70 в 4 участка, а одно из группы первого, второго и третьего множеств снабжено интервалом 72 в 2 участка, при этом третье множество снабжено шагом 70 в 4 участка.

Термин «интервал в 4 участка» и «интервал в 2 участка» относится к количеству участков в одном интервале. Например, «интервал в 4 участка» относится к четырем участкам, пока не повторяется соответственный тип участка. Термин «интервал в 2 участка», например, относится к двум участкам, пока не повторяется соответственный участок. Взамен, также мог бы использоваться термин «цикл в 4 участка» или «цикл в 2 участка». Следует отметить, что термин «интервал» не относится автоматически к шагу или периоду дифракционной решетки.

Например, вариант осуществления на фиг. 5 показывает первое множество 50 с первыми участками 52, снабженными интервалом 70 в 4 участка, как указано стрелками, соединяющими одинаковые типы участков. Кроме того, третье множество 58 снабжено интервалом 70 в 4 участка, что указано стрелками, соединяющими соответственные третьи участки 60. Кроме того еще, второе множество 54 снабжено интервалом 72 в 2 участка, что указано стрелками, соединяющими соответственные вторые участки 56.

Дополнительный пример показан на фиг. 6, где первое множество 50 с первыми участками снабжено интервалом 72 в 2 участка. Второе множество 54 с вторыми участками 56 снабжено интервалом 70 в 4 участка. Третье множество 58 с третьими участками 60 снабжено интервалом 70 в 4 участка, как на фиг. 5.

Согласно дополнительному аспекту, схема (шаблон) интервалов на участках содержит ритмичность 1/2/1/3, где 1 относится к первому типу участка, 2 - ко второму типу участка и 3 - к третьему типу участка. Например, это дает в результате схему 1/2/1/3/1/2/1/3/1/2/1/3/1/2/1/3...

Согласно дополнительному аспекту, схема интервалов на участках содержит ритмичность 1/2/3/2, которая, например, дает в результате схему 1/2/3/2/1/2/3/2/1/2/3/2/1/2/3/2...

Согласно дополнительному аспекту, первые, вторые и третьи участки имеют равную ширину участков в направлении структуры поглощения.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления (не показан), первые, вторые и третьи участки имеют разную ширину участков в направлении структуры поглощения, при этом участки соответственного множества имеют одну и ту же ширину.

Фиг. 7 и 8 показывают дополнительные примерные варианты осуществления анализаторной дифракционной решетки 34 согласно изобретению.

Вторые участки 56 могут быть предусмотрены в качестве планок 74 гребнеобразной структуры 76, изготовленной из структурного материала 78 с низким значением поглощения рентгеновского излучения. Первые участки 52 снабжены первыми шлицами 80 с первой глубиной 82, какие первые шлицы заполнены материалом 84 наполнения с высоким значением ослабления рентгеновского излучения. Высокое значение ослабления является большим, чем низкое значение ослабления. Кроме того, третьи участки 60 предусмотрены в качестве вторых шлицов 86 с второй глубиной 88, которая является меньшей, чем первая глубина, при этом, вторые шлицы 86 заполнены материалом 84 наполнения, что указано идентичным типом схемы.

На фиг. 7 первые шлицы 80 предусмотрены между двумя планками 74, и вторые шлицы 86 размещены между двумя планками 74.

На фиг. 8, планки 74 предусмотрены между двумя первыми шлицами 80, и вторые шлицы 86 размещены между двумя первыми шлицами.

Как можно видеть на фиг. 8, первые и вторые шлицы 80, 86 могут быть предусмотрены в качестве общей структуры материала в области их соприкасающихся поверхностей.

Фиг. 9 и 10 показывают дополнительные примерные варианты осуществления анализаторной дифракционной решетки 34.

Следует явно отметить, что на всех фигурах и в описании настоящей заявки, структуры дифракционных решеток показаны в их схематичной компоновке, а не в отношении масштаба или протяженности или количества предусмотренных разных участков.

В противоположность вариантам осуществления по фиг. 7 и 8, варианты осуществления, показанные на фиг. 9 и 10, содержат гребнеобразную структуру 90, изготовленную из структурного материала 92 с высоким значением ослабления.

В примерном варианте осуществления по фиг. 9, первые участки 52 предусмотрены в качестве первых планок 94 гребнеобразной структуры 90. Третьи участки 60 предусмотрены в качестве вторых планок 96, при этом первые планки 94 и вторые планки 96 изготовлены из структурного материала 92. Вторые планки 96 снабжены высотой 98, которая меньше, чем высота 100 первых планок 94. Вторые участки 56 предусмотрены в качестве шлицов 102 между планками 94, 96.

Третьи участки 60 могут быть предусмотрены в качестве частично срезанных планок.

На фиг. 10 первые участки 52 предусмотрены в качестве планок 104 гребнеобразной структуры, изготовленной из структурного материала с высоким значением ослабления рентгеновского излучения. Вторые участки 56 предусмотрены в качестве первых шлицов 106 между планками. Третьи участки предусмотрены в качестве вторых шлицов 108 с глубиной 110, которая является меньшей, чем глубина 112 первых шлицов 106.

Вторые участки предусмотрены в качестве пазов между планками. Они также могут быть предусмотрены в качестве промежутков между планками.

Кроме того, третьи участки предусмотрены в качестве частично заполненных промежутков или пазов.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, высокое значение ослабления включает в себя ослабление рентгеновского излучения по меньшей мере 70%, предпочтительно по меньшей мере 90%.

Кроме того, примеры по фиг. 9 и 10 могут быть выполнены так, что шлицы не заполнены материалом или заполнены прозрачным для рентгеновского излучения материалом, или по меньшей мере материалом с низким значением ослабления рентгеновского излучения.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, показанному на фиг. 11, анализаторная дифракционная решетка 34 может быть снабжена гребнеобразной структурой 114, изготовленной из структурного материала 116 с низким значением ослабления рентгеновского излучения, например, как на фиг. 7 и 8. Первые участки 52 предусмотрены в качестве шлицов 118, заполненных материалом 120 наполнения с высоким значением ослабления рентгеновского излучения. Высокое значение ослабления больше, чем низкое значение ослабления, как уже упомянуто выше.

Поскольку третье ослабление рентгеновского излучения третьих участков 60, принадлежащих к третьему множеству 58, находится в диапазоне от второго ослабления рентгеновского излучения до первого ослабления рентгеновского излучения, также можно предусматривать вторые участки 56, подобные третьим участкам 60. В примере, показанном на фиг. 11, показана более широкая планка 122, предусмотренная между заполненными промежутками 118. Более широкая планка содержит третий участок 60, скомпонованный между двумя вторыми участками 56, который указан пунктирными линиями.

Фиг. 12 показывает дополнительную гребнеобразную структуру 124, изготовленную из структурного материала 126 с низким значением ослабления рентгеновского излучения. Вторые участки 56 предусмотрены в качестве планок 128. Более широкий промежуток или шлиц 130 скомпонованы между двумя планками 128. Более широкий шлиц 130 содержит третий участок 60, скомпонованный между двумя первыми участками 52, который указан пунктирными линиями.

Другими словами, пример, показанный на фиг. 11, содержит вторые участки и третьи участки 60 с одинаковым ослаблением рентгеновского излучения. Пример, показанный на фиг. 12, показывает первые участки 52 и третьи участки 60 с одинаковым ослаблением рентгеновского излучения.

Фиг. 13 показывает примерный вариант осуществления фазовой дифракционной решетки 132 для формирования рентгеновских дифференциальных фазоконтрастных изображений. Фазовая дифракционная решетка 132 содержит структуру 134 отклонения с четвертым множеством 136 четвертых участков 138 и пятым множеством 140 пятых участков. Четвертый и пятый участки 136, 142 скомпонованы периодически перемежающимся образом. Четвертые участки 138 предусмотрены для изменения фазы и/или амплитуды рентгеновского излучения 62, а пятые 142 предусмотрены для модуляции амплитуды рентгеновского излучения 62.

Например, фазовая дифракционная решетка может быть предусмотрена в качестве гребнеобразной структуры с выступающими планками и промежутками между планками, при этом, четвертые участки предусмотрены в качестве планок, и при этом, пятые участки предусмотрены в качестве соединительных участков между планками.

Согласно примерному варианту осуществления, фазовая дифракционная решетка 132 предусмотрена в качестве гребнеобразной структуры со структурным материалом, который является более тяжелым, чем кремний, при этом атомное число и/или плотность структурного материала являются большими, чем атомное число и/или плотность кремния.

Например, структурный материал может быть по меньшей мере на 10% тяжелее, чем кремний.

Участки четвертого и пятого множеств 136, 140 снабжены шагом p_PG фазовой дифракционной решетки, обозначенным ссылочной позицией 144.

Согласно аспекту изобретения, шаг p_PG фазовой дифракционной решетки совпадает с шагом p_AG анализаторной дифракционной решетки или находится в соответствии с шагом p_AG анализаторной дифракционной решетки.

Например, в случае параллельного распространения рентгеновского излучения, шаг фазовой дифракционной решетки равен шагу анализаторной дифракционной решетки, то есть p_PG=p_AG.

В качестве дополнительного примера, в случае веерообразного распространения рентгеновского излучения, шаг анализаторной дифракционной решетки находится в соответствии с шагом фазовой дифракционной решетки, зависящим от увеличения относительно расстояния двух дифракционных решеток и угла веерного распространения.

Согласно аспекту изобретения, фазовая дифракционная решетка может иметь меньшее форматное соотношение, чем обычные дифракционные решетки вследствие более тяжелого материала, используемого для структуры дифракционной решетки.

Таким образом, также можно обеспечить фазовую дифракционную решетку большим углом приема, чем обычные дифракционные решетки. Форматное соотношение, и также угол приема зависят от взаимосвязи между энергией рентгеновского излучения и материала, используемого для дифракционной решетки. Угол приема относится к диапазону, в котором рентгеновские пучки могу эффективно выдаваться на фазовую дифракционную решетку, для того чтобы проходить фазовую дифракционную решетку по направлению к анализаторной дифракционной решетке.

В последующем, примерный вариант осуществления способа 50 для формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений будет описан со ссылкой на фиг. 14. Способ 500 содержит следующие этапы: На первом этапе 512 применения, по меньшей мере частично когерентное рентгеновское излучение 514 прикладывается к интересующему объекту. Кроме того, на втором этапе 516 применения, рентгеновское излучение, которое проходит объект, прикладывается к фазовой дифракционной решетке, рекомбинирующей 518 расщепленные пучки в плоскости анализатора. На третьем этапе 520 применения, рекомбинированные пучки прикладываются к анализаторной дифракционной решетке, скомпонованной в плоскости анализатора. На этапе 522 регистрации необработанные данные изображения регистрируются датчиком при ступенчатом изменении 524 анализаторной дифракционной решетки.

Фазовая дифракционная решетка на втором этапе 516 применения снабжена четвертым множеством четвертых участков и пятым множеством пятых участков, при этом четвертые участки предусмотрены для изменения фазы и/или амплитуды рентгеновского излучения, и при этом четвертые и пятые участки скомпонованы периодически перемежающимся образом, с шагом p_PG фазовой дифракционной решетки. Кроме того, на втором этапе 516 применения, субгармоника в интерференционной картине выдается в положении анализаторной дифракционной решетки. Анализаторная дифракционная решетка на этапе 522 регистрации, а также этапе 524 ступенчатого изменения является анализаторной дифракционной решеткой согласно одному из вышеупомянутых вариантов осуществления. Кроме того, этап 524 ступенчатого изменения содержит ступенчатое изменение анализаторной дифракционной решетки поперечно на по меньшей мере полном периоде модуляции рентгеновского излучения, проходящего фазовую дифракционную решетку.

Например, в случае параллельного распространения рентгеновского излучения, фазовая дифракционная решетка и/или анализаторная дифракционная решетка приспособлены для ступенчатого изменения поперечно структуре отклонения на по меньшей мере полном шаге p_PG фазовой дифракционной решетки.

В качестве дополнительного примера, в случае веерообразного распространения рентгеновского излучения, фазовая дифракционная решетка и/или анализаторная дифракционная решетка приспособлены для ступенчатого изменения поперечно структуре отклонения на по меньшей мере увеличенном полном шаге p_PG фазовой дифракционной решетки, причем это увеличение зависит от расстояния и угла веера распространения.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления способа, фазовая дифракционная решетка на втором этапе 516 применения является фазовой дифракционной решеткой согласно одному из вышеупомянутых и описанных вариантов осуществления.

Согласно дополнительному примеру способа, первый этап 512 применения также упоминается как этап a), второе применение 516 как этап b), третий этап 520 применения как этап c), а этап 522 регистрации как этап d).

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления, показанному на фиг. 15, этап a) содержит начальный этап 526 применения, на котором рентгеновское излучение традиционного рентгеновского источника, то есть, где спектр полихроматического рентгеновского излучения прикладывается к дифракционной решетке источника, расщепляющей 528 излучение, при этом вырабатывается по меньшей мере частично когерентное рентгеновское излучение.

В последующем, дополнительные аспекты изобретения будут описаны со ссылкой на фиг. 16-19. На фиг. 16-19, также произведено сравнение между стандартной установкой формирования дифференциальных фазоконтрастных изображений с чисто фазовой дифракционной решеткой и результатами анализаторной дифракционной решетки согласно изобретению. Ситуация чисто фазовой дифракционной решетки показана в левых половинах фиг.16-19, также указанных с помощью a) над соответствующим столбцом. Результат и эффект анализаторной дифракционной решетки согласно изобретению показан в правых половинах фиг.16-19, также указанных с помощью b) над соответствующим столбцом.

Фиг. 16 показывает фазовый сдвиг 210 и пропускание 212 фазовой дифракционной решетки G1 на двух шагах дифракционной решетки. Как можно видеть в стандартной установке в столбце a), пропускание 212 является прямой линией, то есть не обеспечивается никакого эффекта в отношении пропускания. В противоположность этому, настоящее изобретение дает дополнительную модуляцию интенсивности пучка, как видно из ступенчатой линии 212 пропускания на фиг. 16 b). Эта модуляция интенсивности обеспечивается в дополнение к фазовой модуляции 210.

После того, как пучок прошел до положения G2, как указано на фиг. 17, каждый второй максимум интенсивности ослабляется, что можно видеть по профилю интенсивности 214 на G2, показанному на фиг. 17. На фиг. 17 a), то есть, для стандартной установки, максимумы интенсивности одинаковы. По сравнению с этим, настоящее изобретение дает другую кривую для профиля интенсивности, а именно, с более низкими максимумами 214a и более высокими максимумами 214 b.

Другими словами, периодичность сигнала на фиг. 17 a) является половиной G1, как можно легко найти по оси X на фиг. 16, 17 и 18, показывающих пространственную координату 216.

В противоположность результату стандартной установки на фиг. 17 a), результат настоящего изобретения, как показано на фиг. 17 b), показывает периодичность сигнала имеющей значение G1.

В стандартной установке с анализаторной дифракционной решеткой, которая демодулирует интенсивность пучка с периодичностью ½G1, изменение диаграммы интенсивности является невидимым, поскольку детектор осуществляет усреднение по паре максимумов. Однако если пропускание анализаторной дифракционной решетки также изменяется, так что он имеет периодичность G1, то изменение становится видимым, как проиллюстрировано на фиг. 19 b). В своей основе, происходящее в показанном примере состоит в том, что максимумы сигнала детектора одинаковы, поскольку это имеет отношение к положению анализаторной дифракционной решетки, где оба максимума не ослаблены, но глубина минимумов отличается, поскольку, в таком случае, максимумы ослабляются по-разному. В силу этого, динамический диапазон измерения градиента фазы может быть увеличен с коэффициентом 2: динамический диапазон стандартной установки ограничен тем обстоятельством, что если градиент фронта фазы становится таким большим, что профиль интенсивности пучка в положении G2, который показан на фиг. 17, сдвигается на ½G1, то профиль интенсивности невозможно отличить от случая отсутствия сдвига. Возвращаясь к фиг. 17, график на фиг. 17 b) показывает результирующее изменение интенсивности в положении G2, то есть после того, как рентгеновский пучок прошел вдоль оптической оси через одно дробное расстояние Тальбота.

Фиг. 18 показывает пропускание анализаторной дифракционной решетки, указанное дополнительным графиком 218. Как можно видеть, анализаторная дифракционная решетка G2 согласно стандартной установке на фиг. 18 a) имеет периодичность ½G1, тогда как пропускание 218 G2 согласно настоящему изобретению имеет периодичность G1.

Как упомянуто выше, фиг. 19 показывает измеренную интенсивность 220 в качестве функции положения решетки. Следует отметить, что ось X по фиг. 19, указанная ссылочной позицией 222, относится к относительному положению дифракционной решетки G2 относительно профиля интенсивности. Диапазон X на фиг. 19 a) и 19 b) является всего лишь одним шагом дифракционной решетки, а положение X = 0 относится к положению в качестве указанного на фиг. 17 и 18.

Кроме того, пропускание G1, показанной на фиг. 18 b), показано только в качестве примера и также может обеспечиваться согласно одной из описанных выше структур анализаторной дифракционной решетки с иным ослаблением.

Фиг. 20 еще раз показывает стандартную установку с чисто фазовой дифракционной решеткой с шагом G1. Дифракционная решетка показана структурой 224 дифракционной решетки. Кроме того, два положения 226 и 288 ступенчатого изменения для анализаторной дифракционной решетки показаны в двух строках ниже структуры 224 фазовой дифракционной решетки. Структура анализаторной дифракционной решетки схематично показана структурой 230 анализаторной дифракционной решетки.

Результирующая измеренная интенсивность показана на фиг. 21 кривой 232 интенсивности, которая измерена за дифракционной решеткой G2, то есть за анализаторной дифракционной решеткой. Как указано стрелками 234, а также 236, положение 226 относится к начальной точке кривой, тогда как максимум кривой, обозначенный ссылочной позицией 238, относится к положению 228.

Фиг. 22 показывает интенсивность 240 на фазовой дифракционной решетке G1 согласно изобретению. Как можно видеть, интенсивность имеет периодичность, которая вдвое больше, чем таковая у стандартной установки, показанной на фиг. 20. Это указано ссылочной позицией 242, указывающей P2/2.

Ниже кривой 240 интенсивности показаны разные положения ступенчатого изменения для анализаторной дифракционной решетки согласно изобретению, а именно, для первого положения, второго положения 246 и третьего положения 248. В положении 244, анализаторная дифракционная решетка 34 предусмотрена в положении 1 по оси X, показанной на фиг.16-18. Во втором положении 246, положение имеет значение X=2, а третье положение 248 относится к положению X=3.

В первом положении 244 не предусмотрено никакого пропускания. Кроме того, как указано, на первом отрезке 250 обеспечивается ослабление 100%, на втором отрезке 252 обеспечивается ослабление 50%, и на третьем отрезке 254 обеспечивается ослабление 100%, а на четвертом отрезке 256, обеспечивается ослабление 0%.

Как можно видеть из второго положения 246, 100% высокой интенсивности и 50% низкой интенсивности могут проходить через анализаторную решетку согласно изобретению.

Что касается третьего положения 248, 50% высокой интенсивности и 100% низкой интенсивности могут проходить через анализаторную дифракционную решетку.

Это приводит к кривой 248 измеренной интенсивности, измеренной за анализаторной дифракционной решеткой G2, как показано на фиг. 23.

Фиг. 24 показывает дополнительную кривую 260 интенсивности в верхней строке для нулевого градиента, а также кривую 262 интенсивности, показывающую расширение динамического диапазона. Различение двух кривых не может достигаться стандартной анализаторной дифракционной решеткой, но обеспечивается анализаторной дифракционной решеткой согласно настоящему изобретению, как описано выше.

В еще одном примерном варианте осуществления настоящего изобретения (не показан) компьютерная программа или элемент компьютерной программы предусмотрены, то есть приспособлены для выполнения этапов способа согласно одному из предыдущих вариантов осуществления в надлежащей системе.

Элемент компьютерной программы может храниться в компьютерном блоке, который также может быть частью варианта осуществления настоящего изобретения. Этот вычислительный блок может быть приспособлен для выполнения или побуждения выполнения этапов способа, описанного выше. Более того, он может быть приспособлен управлять компонентами описанного выше устройства.

Вычислительный блок может быть приспособлен работать автоматически и/или выполнять команды пользователя. Компьютерная программа может загружаться в рабочую память процессора данных. Процессор данных, таким образом, может быть выполнен с возможностью осуществления способа согласно изобретению.

Этот примерный вариант осуществления изобретения охватывает как компьютерную программу, которая непосредственно сначала использует изобретение, и компьютерную программу, которая посредством обновления, превращает существующую программу в программу, которая использует изобретение.

Кроме того, элемент компьютерной программы может предусматривать все необходимые этапы для выполнения процедуры примерного варианта осуществления способа, который описан выше. Согласно дополнительному примерному варианту осуществления настоящего изобретения (не показан), представлен машиночитаемый носитель, такой как CD-ROM (ПЗУ на компакт-диске), при этом машиночитаемый носитель имеет элемент компьютерной программы, сохраненный на нем, как описано выше.

Компьютерная программа может храниться и/или распространяться на подходящем носителе, таком как оптический запоминающий носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе или как часть других аппаратных средств, но также может распространяться в других формах, например, через сеть Интернет или другие системы проводной или беспроводной связи. Однако компьютерная программа также может передаваться по сети, подобной Всемирной паутине, и может загружаться в рабочую память процессора данных из такой сети. Согласно дополнительному примерному варианту осуществления настоящего изобретения, предусмотрен носитель для обеспечения возможности загрузки элемента компьютерной программы, при этом элемент компьютерной программы выполнен с возможностью осуществления способа согласно одному из описанных ранее вариантов осуществления изобретения.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на разные заявляемые объекты. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения типа способа, тогда как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения типа устройства. Однако специалист в данной области техники сделает вывод из вышеприведенного и последующего описания, что, если не указано иное, в дополнение к любой комбинации признаков, принадлежащих к одному типу заявляемого объекта, любая комбинация между признаками, относящимися к разным объектам, также считается раскрытой в настоящей заявке. Однако все признаки могут комбинироваться, давая синергетические эффекты, которые являются большими, чем простое суммирование признаков.

В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множественности. Одиночный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, изложенных в формуле изобретения. Простое обстоятельство, что определенные критерии перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что комбинация этих критериев не может быть использована с выгодой.

Реферат

Изобретение относится к средствам формирования рентгеновских дифференциальных фазоконтрастных изображений. Для того чтобы улучшить информацию, полученную формированием фазоконтрастных изображений, анализаторная дифракционная решетка (34) для формирования рентгеновских дифференциальных фазоконтрастных изображений снабжена структурой (48) поглощения. Структура поглощения содержит первое множество (50) первых участков (52) с первым ослаблением рентгеновского излучения и второе множество (54) вторых участков (56) с вторым ослаблением рентгеновского излучения. При этом второе ослабление рентгеновского излучения меньше, чем первое ослабление рентгеновского излучения, а первые и вторые участки скомпонованы периодически перемежающимся образом. Третье множество (58) третьих участков (60) имеет третье ослабление рентгеновского излучения, которое находится в диапазоне от второго ослабления рентгеновского излучения до первого ослабления рентгеновского излучения, при этом каждый второй из первого или второго участков замещен одним из третьих участков. Техническим результатом является повышение качества рентгеновских дифференциальных фазоконтрастных изображений. 6 н. и 5 з.п. ф-лы, 24 ил.

Формула