Двухэнергетическая дифференциальная фазово-контрастная визуализация

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам рентгеновской визуализации.. Аппарат рентгеновской визуализации содержит рентгеновский источник (XR), детектор (D) рентгеновского излучения, интерферометр (IF), расположенный между рентгеновским источником (XR) и детектором (D), причем интерферометр содержит по меньшей мере одну интерферометрическую дифракционную решетку (G1), структура которой является наклоняемой вокруг первой оси, перпендикулярной оптической оси упомянутого аппарата визуализации, причем по меньшей мере одна дифракционная решетка (G1) посредством этого способна ориентироваться под различными углами наклона относительно упомянутой первой оси, по меньшей мере одну дополнительную дифракционную решетку источника (G0), расположенную между интерферометрической дифракционной решеткой (G1) и рентгеновским источником, причем структура (G0) дифракционной решетки источника выполнена с возможностью преобразовывать испускаемое рентгеновское излучение в рентгеновское излучение с повышенной когерентностью, адаптерный механизм (SGC) дифракционной решетки для адаптации эффективного шага дифракционной решетки по отношению к дифракционной решетке (G0) источника и/или по отношению к интерферометру (IF), причем адаптерный механизм (SGC) дифракционной решетки работает по отношению к дифракционной решетке (G0) источника, чтобы i) заменять структуру (G0, G01) дифракционной решетки источника на новую структуру дифракционной решетки источника, имеющую шаг, отличный от шага дифракционной решетки (G0) источника, или ii) по меньшей мере объединять упомянутую структуру (G0, G01) дифракционной решетки источника с другой структурой (G02) дифракционной решетки источника, имеющей шаг, отличный от шага дифракционной решетки (G0) источника, так чтобы компенсировать вызванное любым из упомянутых углов наклона изменение эффективной длины пути через пространство между дифракционной решеткой (G0, G01) источника и интерферометром (IF). Способ работы аппарата включает в себя прием (S10) описания расчетной энергии для аппарата рентгеновской визуализации, и в ответ на конкретную расчетную энергию, наклон (S20) упомянутой дифракционной решетки вокруг первой оси. Машиночитаемый носитель использован для управления аппаратом рентгеновской визуализации. Использование изобретений позволяет расширить арсенал средств для рентгеновской визуализации. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к аппарату рентгеновской визуализации, способу работы аппарата рентгеновской визуализации, компьютерному программному элементу и машиночитаемому носителю.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Дифракционная интерферометрическая дифференциальная фазово-контрастная и темнопольная визуализация представляет собой перспективную технологию, которая увеличивает диагностическое значение, в частности, в области визуализации грудной клетки, поскольку канал темнопольного сигнала является высоко чувствительным к изменениям микроструктуры легочной ткани.

Однако адаптация оборудования для дифракционной интерферометрической визуализации к различным задачам визуализации иногда является удивительно трудоемкой. Например, адаптация может включать сложную и времязатратную настройку интерферометра, используемого при визуализации.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Может существовать потребность в альтернативных аппаратах рентгеновской визуализации.

Задача настоящего изобретения достигается посредством объекта изобретения по независимым пунктам формулы изобретения, где дополнительные варианты осуществления включены в зависимые пункты формулы изобретения. Следует отметить, что следующий описанный аспект изобретения в равной мере применим к способу работы аппарата рентгеновской визуализации, компьютерному программному элементу и машиночитаемому носителю.

Согласно первому аспекту изобретения предоставлен аппарат рентгеновской визуализации, содержащий:

рентгеновский источник, выполненный с возможностью испускать рентгеновское излучение;

детектор рентгеновского излучения, выполненный с возможностью обнаруживать упомянутое рентгеновское излучение;

интерферометр, расположенный между упомянутым рентгеновским источником и упомянутым детектором, причем упомянутый интерферометр содержит структуру по меньшей мере одной (первой) интерферометрической дифракционной решетки;

причем структура упомянутой по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки является наклоняемой вокруг оси, перпендикулярной оптической оси упомянутого аппарата визуализации, причем упомянутая по меньшей мере одна дифракционная решетка посредством этого способна ориентироваться под различными углами наклона относительно упомянутой оси.

Наклон структуры интерферометрической дифракционной решетки позволяет настраивать аппарат визуализации, в частности его интерферометр, для различных расчетных энергий, поскольку наклон ведет к наклонному освещению структуры дифракционных решеток и, таким образом, к изменению эффективного расстояния Тальбота через интерферометр.

В соответствии с одним из вариантов осуществления аппарат визуализации содержит по меньшей мере одну дополнительную дифракционную решетку, обозначаемую здесь как дифракционная решетка источника, которая расположена между упомянутой интерферометрической дифракционной решеткой и упомянутым рентгеновским источником, причем упомянутая структура дифракционной решетки источника выполнена с возможностью преобразовывать упомянутое испускаемое рентгеновское излучение в рентгеновское излучение с повышенной когерентностью и упомянутая структура дифракционной решетки источника аналогичным образом выполнена наклоняемой вокруг второй оси, параллельной первой оси, так чтобы сохранять или переустанавливать взаимное пространственное расположение (в частности, параллельность) упомянутой дифракционной решетки источника и упомянутой по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки. В частности, две дифракционные решетки остаются практически параллельными или их параллельность следует восстанавливать после вращения, если дифракционные решетки являются вращаемыми независимо. При наклоне, нормаль плоскости дифракционной решетки(решеток) интерферометра и/или дифракционной решетки источника не параллельна оптической оси. Еще более конкретно, дифракционные решетки являются вращаемыми вокруг соответствующих осей, которые идут параллельно ходу направления штриховок дифракционных решеток (бороздки и гребни).

В соответствии с одним из вариантов осуществления указанный угол наклона представляет собой любое из приблизительно +/- 30°, +/-45° и +/- 60°. «+» и «-» обозначают ориентацию (по часовой стрелке/против часовой стрелки) наклона или вращения и 0° обозначает конфигурацию перпендикулярного освещения, другими словами, конфигурацию, где нормаль плоскости дифракционных решеток параллельна оптической оси. Как указано выше, наклон дифракционной решетки источника и/или упомянутой по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки меняет расчетную энергию указанного интерферометра. Другими словами, различные углы наклона позволяют настраивать систему визуализации в диапазоне различных расчетных энергий. В частности, в конфигурации, где дифракционные решетки не наклоняют (нормальное облучение), система выполнена для определенной основной расчетной энергии E0, а угол наклона позволяет масштабировать эту основную расчетную энергию с помощью коэффициента масштабирования. Например, +/- 60° делает возможным двукратное масштабирование.

В соответствии с одним из вариантов осуществления система визуализации содержит адаптерный механизм дифракционной решетки для адаптации эффективного шага дифракционной решетки по отношению к дифракционной решетке (G0) источника и/или по отношению к упомянутому по меньшей мере одному интерферометру. Другими словами, адаптер может работать на или в связи с дифракционной решеткой источника или по отношению к одной или двум дифракционным решеткам (G1, G2) интерферометра. Механизм позволяет задавать новый или эффективный шаг. Этого можно достигать посредством замены одной из дифракционных решеток на другую или посредством объединения дифракционных решеток вместе, чтобы создавать эффективный шаг из существующих шагов. Новый или эффективный шаг выполнен с возможностью соответствовать геометрии наклонной дифракционной решетки и это гарантирует, что наблюдаются определенные конструктивные нормы дифракционной решетки для интерферометров Тальбота или Лоу-Тальбота. В частности, эти нормы накладывают определенные функциональные зависимости между шагами дифракционных решеток и длиной расстояний или «путей» между дифракционной решеткой источника и интерферометром и длиной пути через интерферометр.

Более конкретно и в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления адаптерный механизм дифракционной решетки представляет собой адаптерный механизм дифракционной решетки источника. Он выполнен с возможностью i) заменять структуру дифракционной решетки источника на новую структуру дифракционной решетки источника, имеющую шаг, отличный от шага дифракционной решетки источника, или ii) по меньшей мере объединять упомянутую структуру дифракционной решетки источника с другой структурой дифракционной решетки источника, имеющей шаг, отличный от шага дифракционной решетки источника, так чтобы компенсировать вызванное любым из упомянутых углов наклона изменение эффективной длины пути через пространство между упомянутой дифракционной решеткой источника и упомянутым интерферометром. Другими словами, адаптерный механизм дифракционной решетки работает только на дифракционной решетке источника, но не на интерферометрических дифракционных решетках G1, G2. Это допускает простую реализацию.

В соответствии с одним из вариантов осуществления работу по объединению, осуществляемую посредством адаптерного механизма дифракционной решетки источника, выполняют посредством наложения двух дифракционных решеток источника или посредством скольжения двух дифракционных решеток источника относительно друг друга, когда две дифракционные решетки источника по меньшей мере частично наложены друг на друга, так чтобы сформировать структуру двухъярусной дифракционной решетки, которая имеет эффективный шаг, который компенсирует вызванное любым из упомянутых углов наклона упомянутое изменение эффективной длины пути.

В соответствии с одним из вариантов осуществления система рентгеновской визуализации содержит стол поступательного перемещения, предназначенный для поступательного перемещения относительно оптической оси по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки и/или дифракционной решетки источника.

В соответствии с одним из вариантов осуществления интерферометр дополнительно содержит дополнительную структуру (G2) дифракционной решетки, причем дополнительная структура (G2) дифракционной решетки аналогичным образом выполнена наклоняемой вокруг третьей оси, параллельной упомянутой первой оси, так чтобы сохранять или переустанавливать взаимное пространственное расположение упомянутой по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки (G1) и/или дифракционной решетки (G0) источника.

В соответствии с одним из вариантов осуществления интерферометрическая дифракционная решетка и упомянутая дополнительная структура дифракционной решетки расположены с взаимно противоположных сторон от области исследования аппарата рентгеновской визуализации.

Альтернативно и в соответствии с одним из вариантов осуществления дополнительная структура интерферометрической дифракционной решетки и интерферометрическая дифракционная решетка расположены с одной и той же стороны от области исследования аппарата рентгеновской визуализации.

Термин «дополнительная структура дифракционной решетки» представляет собой отдельную, дискретную или обособленную интерферометрическую дифракционную решетку в дополнение к первой интерферометрической дифракционной решетке. Дополнительная интерферометрическая структура может быть частью интерферометра, так что интерферометр содержит две дифракционные решетки. Но дополнительная интерферометрическая структура также может быть частью другого оборудования визуализации в системе, такого как детектор. В некоторых вариантах осуществления она сама является детектором, который образует дополнительную интерферометрическую структуру.

Предложенная система делает возможным удобный путь для адаптации системы к различным расчетным энергиям. В частности, этого можно достичь без изменения расстояния между дифракционной решеткой источника и интерферометром. Также нет необходимости менять аспектные соотношения интерферометрических дифракционных решеток, поскольку обнаружено, что вращение вокруг оси, параллельной направлению штриховки дифракционной решетки, автоматически дает соответствующее масштабирование высоты дифракционной решетки благодаря наклонному освещению.

В соответствии с одним из вариантов осуществления система дополнительно содержит фильтр рентгеновского излучения, выполненный с возможностью расширять спектральное окно около расчетной энергии для заданного угла наклона, чтобы содействовать сбору спектральной информации. Спектральное (энергетическое) окно определяет диапазон расчетных энергий для любого заданного наклона дифракционной решетки(решеток). Конфигурация и расположение фильтра позволяет достигать расширения этого спектрального окна за счет использования того факта, что для непараллельной геометрии пучков имеет место зависимость расчетной энергии от угла веерного пучка. Другими словами, расчетных энергии, отличных от той, которая соответствует выбранному наклону, можно достичь, поскольку соответствующие изменения эффективных расстояний Тальбота через интерферометр меняются вместе с углом веерного пучка.

Более конкретно и в соответствии с одним из вариантов осуществления фильтр рентгеновского излучения имеет множество фильтрующих элементов, предназначенных для различных энергий K-края. Фильтрующие элементы расположены вдоль оптической оси в восходящем или нисходящем порядке в последовательности в соответствии с соответствующими им энергиям K-края. Соответствующая толщина и/или материал соответствующих фильтрующих элементов выполнены так, что соответствующие функции пропускания различных фильтрующих элементов являются конфигурируемыми «сбалансированным» образом с тем, чтобы достигать более хорошего разделения спектральной информации.

Аппарат рентгеновской визуализации в соответствии с настоящим изобретением делает возможным эффективное применение в клинической среде, такой как больница. Более конкретно, настоящее изобретение хорошо подходит для применения в таких модальностях визуализации, как маммография, диагностическая радиология и интервенционная радиология для медицинского обследования пациентов. Кроме того, настоящее изобретение предусматривает эффективное применение в промышленной среде. Более конкретно, настоящее изобретение хорошо подходит для применения при разрушающем тестировании (например, анализ в отношении состава, структуры и/или свойств как биологических, так и небиологических образцов), а также сканирование при досмотре (например, сканирование багажа в аэропортах).

По другому аспекту предоставлен способ работы аппарата рентгеновской визуализации, который имеет интерферометр, расположенный между рентгеновским источником и детектором, причем упомянутый интерферометр содержит структуру по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки, причем способ включает в себя:

прием описания расчетной энергии для аппарата рентгеновской визуализации; и

в ответ на конкретную расчетную энергию наклон упомянутой дифракционной решетки относительно оптической оси аппарата рентгеновской визуализации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Далее описаны примерные варианты осуществления изобретения со ссылкой на следующие рисунки, на которых:

на фиг. 1 представлены изображения различных состояний аппарата рентгеновской визуализации;

на фиг. 2 представлены различные варианты осуществления адаптационного механизма дифракционной решетки источника;

на фиг. 3 представлен дополнительный вариант осуществления механизма смены дифракционной решетки источника;

на фиг. 4 представлены поглощающие дифракционные решетки, имеющие различные шаги;

на фиг. 5 представлено наложение дифракционных решеток, имеющих различные шаги;

на фиг. 6 представлены изображения различных состояний аппарата рентгеновской визуализации в соответствии с дополнительным вариантом осуществления;

на фиг. 7 представлен фильтр рентгеновского излучения в аппарате рентгеновской визуализации;

на фиг. 8 представлены сбалансированные кривые пропускания различных фильтрующих элементов; и

на фиг. 9 представлен пример спектральной информации, собираемой при использовании фильтра рентгеновского излучения со сбалансированными фильтрующими элементами.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 приведены два различных вертикальных вида сбоку аппарата рентгеновской визуализации в двух различных состояниях, показанных в части A и части B, соответственно. Аппарат рентгеновской визуализации содержит рентгеновский источник XR, чувствительный к излучению детектор D, расположенный вдоль области ER исследования напротив упомянутого источника XR. Область ER исследования выполнена с возможностью принимать по меньшей мере часть объекта OB, подлежащего визуализации. Предпочтительно, рентгеновский источник может работать при различных напряжениях, чтобы создавать рентгеновское излучение с различными энергиями. Аппарат рентгеновской визуализации дополнительно содержит интерферометр IF, расположенный между рентгеновским источником и детектором. В дальнейшем будет удобно ввести систему координат из осей X, Y и Z, чтобы лучше объяснять работу аппарата рентгеновской визуализации, как предложено здесь. Оси X, Y определяют плоскость изображения или плоскость поля обзора детектора D. Например, можно брать оси X, Y, идущие, соответственно, вдоль двух прилежащих краев детектора D. Перпендикулярно плоскости изображения X, Y расположена ось Z. Эта ось в целом соответствует направлению распространения рентгеновского пучка, который выходит из фокусного пятна FS рентгеновского источника XR. Также ось Z параллельна оптической оси аппарата рентгеновской визуализации. Оптическая ось идет от фокусного пятна FS источника XR к центру плоскости изображения детектора D. В одном из вариантов осуществления также имеет место предварительный коллиматор PC, как показано на фиг. 1, расположенный между объектом OB и рентгеновским источником XR. В соответствии с одним из вариантов осуществления взамен предварительного коллиматора PC или в дополнение к нему имеет место постколлиматор (не показан) между объектом OB и детектором D.

Далее, более подробно, со ссылкой на фиг. 1, в частности, на часть A с фиг. 1, визуализатор IM обладает способностью к многоканальной визуализации, которую по меньшей мере частично обеспечивает интерферометр IF, встроенный в аппарат рентгеновской визуализации. «Многоканальная визуализация», как используют здесь, обозначает, в частности, способность к визуализации i) пространственного распределения преломляющей (фазово-контрастная визуализация) активности, обусловленной объектом OB, и/или ii) пространственного распределения активности рассеяния под малыми углами (темнопольная визуализация), которая обусловлена визуализируемым объектом. Вдобавок к этому также может быть возможен более традиционный способ визуализации пространственного распределения поглощения в объекте OB. Способность к множественной визуализации этого типа иногда обозначают как DPCI (дифференциальная фазово-контрастная визуализация), но это не исключает визуализации других сигналов изображения, темного поля и/или поглощения.

В одном из вариантов осуществления интерферометр IF содержит две структуры G1 и G2 дифракционной решетки, хотя интерферометры с одной дифракционной решеткой (которые имеют только одну дифракционную решетку G1) не исключены в настоящем документе и описаны далее. Дифракционная решетка G1 представляет собой или поглощательную дифракционную решетку или дифракционную решетку с фазовым сдвигом, тогда как G2 представляет собой поглощательную дифракционную решетку. Поглощательные решетки получают посредством фотолитографической обработки подходящих подложек, таких как кремниевая пластина (прямоугольная или даже квадратная, но другие геометрические формы также могут быть востребованы в другом контексте). Паттерн периодической штриховки формируют на этих подложках в виде последовательности параллельных бороздок, где любые две соседние бороздки разделены штрихами или гребнями. На фиг. 1 штриховка (которая представляет собой бороздки и гребни) идет вдоль направления Y, то есть идет в плоскость рисунка на фиг. 1. Бороздки можно заполнять подходящим заполняющим материалом, таким как золото или другой, чтобы обуславливать требуемые свойства фазового сдвига. Паттерны штриховки предпочтительно являются одномерными, но также могут быть двухмерными, например, чтобы создавать шахматный паттерн, в котором имеют место два набора бороздок: один набор идет в направлении Y, другой идет поперек первого в направлении X. В одномерном примере штриховка идет только в одном направлении по поверхности подложки.

Предпочтительно детектор D рентгеновского излучения представляет собой двухмерный детектор рентгеновского излучения с полным обзором, плоский или криволинейный. Множество пикселей детектора расположены рядами и столбцами в виде матрицы для того, чтобы формировать пиксельную двухмерную поверхность, чувствительную к рентгеновскому излучению, которая способна регистрировать рентгеновское излучение, испускаемое рентгеновским источником. Альтернативно детектор D рентгеновского излучения также может быть устроен в виде множества дискретно разнесенных индивидуальных линий элементов детектора. Такой детектор рентгеновского излучения иногда обозначают как компоновку «линейного детектора». Детектор D или относится к типу интегрирующих по энергии или, альтернативно, относится к типу разрешающих по энергии (например, детектор со счетом фотонов).

Детектор D рентгеновского излучения и рентгеновский источник разнесены для того, чтобы формировать область ER исследования. Область исследования имеет подходящие размеры для того, чтобы принимать объект OB, подлежащий визуализации. Объект OB может быть неживым или живым. Например, объект может представлять собой место багажа или другой образец, подлежащий визуализации, например, при неразрушающем тестировании материала и т. д. Однако предпочтительно предусмотрен медицинский контекст, в котором (живой) «объект» является пациентом человеком или животным или представляет собой по меньшей мере его анатомическую часть, поскольку не всегда верно, что визуализации подлежит целый объект, а только определенная анатомическая область, представляющая интерес.

В одном из вариантов осуществления структуры G1 и G2 интерферометрических дифракционных решеток расположены между рентгеновским источником XR и детектором D рентгеновского излучения так, чтобы область ER исследования была ограничена между рентгеновским источником и интерферометром IF. Более конкретно, рентгеновский источник XR имеет фокусное пятно FS, из которого возникает пучок рентгеновского излучения. Это представляет собой пространство между фокусным пятном FS и поверхностью детектора рентгеновского, чувствительной к излучению, где две структуры G1 и G2 дифракционной решетки расположены с областью исследования, которую затем формируют с помощью пространства между фокусным пятном и дифракционной решеткой D1. В дальнейшем будет удобно отослать к дифракционной решетке G1 в качестве фазовой дифракционной решетки и к дифракционной решетке G2 в качестве дифракционной решетки анализатора. Функционально дифракционная решетка G1 представляет собой или поглощающую дифракционную решетку или предпочтительно дифракционную решетку с фазовым сдвигом, тогда как G2 представляет собой поглощающую дифракционную решетку. Однако другие функциональные комбинации не исключены в настоящем документе.

В некоторых вариантах осуществления в дополнение к интерферометрическим дифракционным решеткам G1, G2 интерферометра IF имеет место дополнительная дифракционная решетка G0, которую здесь упоминают как дифракционную решетку источника. Дифракционная решетка G0 источника расположена вблизи на расстоянии f0 от фокусного пятна FS рентгеновского источника. Например, дифракционная решетка G0 источника может быть расположена на выходном окне корпуса блока XR рентгеновской трубки. Если имеет место дифракционная решетка источника, область исследования находится между дифракционной решеткой G0 источника и интерферометром IF, в частности между G0 и G1. Функция дифракционной решетки G0 источника состоит в том, чтобы делать испускаемое излучение по меньшей мере частично когерентным. Другими словами, можно обходиться без дифракционной решетки G0 источника, если используют рентгеновский источник, который способен продуцировать нативное когерентное излучение.

Во время операции визуализации по меньшей мере частично когерентное излучение появляется после дифракционной решетки G0 источника (если имеет место), затем проходит через область ER исследования и взаимодействует с объектом OB в ней. Затем объект модулирует информацию об ослаблении, преломлении и рассеянии под малыми углами в излучении, которое затем можно извлекать посредством работы дифракционных решеток G1 и G2 интерферометра IF. Более конкретно, дифракционные решетки G1, G2 создают интерференционный паттерн, который можно обнаруживать на детекторе D рентгеновского излучения в виде полос муарового паттерна. Еще более конкретно, если нет объекта в области исследования, все же имеет место интерференционный паттерн, поддающийся обнаружению на детекторе D рентгеновского излучения, который называют эталонным паттерном, который обычно регистрируют во время процедуры калибровочной визуализации. Муаровый паттерн появляется, в частности, за счет настройки или «рассогласования» взаимного пространственного расположения двух дифракционных решеток G1 и G2, включая небольшое искривление, например, так что две дифракционные решетки не являются абсолютно параллельными. Теперь, если объект находится в области исследования и взаимодействует с излучением, как указано, муаровый паттерн, который теперь скорее следует называть паттерном объекта, можно рассматривать как искаженную версию эталонного паттерна. Тогда это отклонение от эталонного паттерна можно использовать для того, чтобы вычислять требуемое одно или два или все три изображения (ослабление, фазовый контраст, темное поле). Для хороших результатов визуализации рассогласование дифракционных решеток G1, G2 является таким, что период муарового паттерна должен распространяться на несколько его циклов (два или три) в поле обзора детектора. Муаровый паттерн можно подвергать преобразованию Фурье, например, для того, чтобы извлекать по меньшей мере одно (в частности, все) из трех изображений. Другие типы обработки сигнала, такие как способы фазового сдвига, также предусмотрены в настоящем документе.

Интерферометр IF, как описано выше, представляет собой то, что обыкновенно обозначают как интерферометр Тальбота-Лоу. В значительной мере точность способности к визуализации интерферометрического рентгеновского аппарата зависит от различительной способности, с которой муаровый паттерн или интерференционный паттерн обнаруживают на детекторе D. Указанную различительную способность можно определять количественно с помощью интерферометрического понятия «видимости». Видимость представляет собой экспериментально подтверждаемое количество, которое определяют, например, как соотношение (I_max-I_min)/(I_max+I_min). Говоря иначе, видимость можно понимать как «глубину модуляции» интерференционного паттерна, то есть, соотношение амплитуды полосы и усредненной осцилляции полос. Видимость интерференционного паттерна в свою очередь представляет собой функцию «расчетной энергии», при которой рентгеновское излучение (как получают с помощью рентгеновского источника) освещает интерферометр и дифракционную решетку G0 источника (если имеет место). Расчетная энергия представляет собой энергию, при которой интерференционный паттерн имеет максимальную видимость. Каждую интерферометрическую установку в целом настраивают для определенной расчетной энергии или по меньшей мере для определенной ширины полосы расчетной энергии вокруг значения расчетной энергии. Примеры подходящих расчетных энергий представляют собой, например, 25 кэВ или 50 кэВ, но эти значения являются только примерными. Работа рентгеновской трубки на энергиях, отличных от расчетной энергии, или по меньшей мере на энергиях за пределами ширины полосы ведет к муаровым паттернам более низкой видимости и, таким образом, к общему ухудшению качества изображения. Также это неэффективно в отношении расхода энергии и дозы, расходуемой при работе, например, при энергии выше расчетной энергии.

Выбранная расчетная энергия для аппарата рентгеновской визуализации обычно представляет собой функцию свойства объекта, который хотят визуализировать. Более высокие расчетные энергии предназначены для более толстых или более плотных объектов. Для рентгенографии грудной клетки, например, обычно необходима более высокая расчетная энергия, чем для более тонких анатомических частей, таких как руки или ноги, по причине более длинного пути в ткани. Это обусловлено тем, что для достижения хорошего формирования изображений, следует обеспечивать, чтобы достаточная часть рентгеновского пучка фактически проходила через объект и поддавалась обнаружению по всему детектору.

Кроме того, выбор определенной расчетной энергии налагает ограничения на установку интерферометрической и дифракционной решетки источника. Интерферометрическая установка содержит один или более (в частности все) из следующих расчетных параметров: расстояние d0 внутри дифракционных решеток или расстояние Тальбота, представляет собой расстояние пути вдоль оптической оси системы визуализации между дифракционной решеткой G1 и дифракционной решеткой G2. Также расстояние l0 между дифракционной решеткой G0 источника (если имеет место) и интерферометром IF представляет собой расстояние вдоль оптической оси от G0 и дифракционной решетки анализатора G1. Это расстояние l0 обозначают в настоящем документе как «расстояние до дифракционной решетки источника».

Установка интерферометрической или дифракционной решетки источника дополнительно имеет структурные свойства самих дифракционных решеток. Упомянутые структурные свойства включают шаги p0, p1 и p2 трех дифракционных решеток, соответственно, и аспектного соотношения дифракционной решетки G0 источника и G1 и/или G2. «Шаг» представляет собой пространственный период штриховки дифракционной решетки. Аспектное соотношение описывает соотношение между высотой соответствующих бороздок, сформированных в подложке дифракционной решетки, и расстояние между двумя соседними бороздками. Например, не известно об аспектном соотношении порядка 30-50, что обозначает, что соответствующая высота бороздок в 30-50 раз превышает расстояние между двумя соседними бороздками. Например, при аспектном соотношении порядка 30-40 для высоты бороздки 30-40 мкм расстояние между бороздками составляет примерно 1 мкм. Такие микроструктуры сложно получать, и в прошлом их приходилось адаптировать к различным требованиям к расчетным энергиям. Например, поскольку дифракционная решетка G0 источника выполняет функцию поглощающей дифракционной решетки, это налагает определенные требования на высоту бороздки, требуемую для того, чтобы осуществлять эту функцию должным образом. Увеличение энергии, с которой работает источник энергии, для достижения требуемой энергии в целом обозначает для заданной фиксированной высоты дифракционной решетки, что характеристика поглощения дифракционной решетки источника снижается. Тогда это будет вести к некогерентному излучению, выходящему из дифракционной решетки G0 источника, что в свою очередь будет нарушать функцию интерферометра. Схожие требования необходимы для дифракционной решетки анализатора G2 (также выполненной в целом в виде поглощающей дифракционной решетки), которая работает по существу для масштабирования интерференционного паттерна, как получают с помощью G1 источника для того, чтобы делать интерференционный паттерн обнаруживаемым на детекторе для заданного разрешения. Также дифракционную решетку G1 адаптируют для получения интерференционного паттерна ниже на требуемом расстоянии Тальбота (где располагают поглощающую дифракционную решетку G2) с точно определенным фазовым сдвигом (обычно π или π/2). Снова, чтобы гарантировать, что интерференционный паттерн точно воспроизводят на требуемом расстоянии Тальбота с требуемым фазовым сдвигом, подходящее аспектное соотношение необходимо для конкретной расчетной энергии, которая необходима для данной задачи визуализации.

В одном из вариантов осуществления предложенный аппарат рентгеновской визуализации способен работать при различных расчетных энергиях, при этом сохраняя размеры (в направлении Z) аппарата рентгеновской визуализации без необходимого изменения аспектных соотношений дифракционных решеток G1 и G2 интерферометра. Более конкретно, расстояние между фокусным пятном и детектором может оставаться одним и тем же для любой из выбранных расчетных энергий. В частности, в одном из вариантов осуществления операцию рентгеновской визуализации можно осуществлять при удвоении определенной заданной расчетной энергии E0. Такой адаптации к различным расчетным энергиям достигают посредством наклонного или косого наслоения интерферометрических дифракционных решеток (проиллюстрировано в виде B на фиг. 1) по сравнению с нормально падающим освещением, как показано в виде A на фиг. 1. Более конкретно, в настоящем документе предложено размещать интерферометр IF, будучи наклоненным относительно оптической оси системы. То есть, нормаль плоскости дифракционной решетки(решеток) G1 интерферометра может быть отрегулирована так, чтобы она более не была параллельной оптической оси. Еще более конкретно, дифракционная решетка G1 является вращаемой вокруг оси y, то есть вокруг оси, которая идет параллельно ходу бороздок дифракционной решетки. Угол поворота можно измерять по часовой стрелке +θ или против часовой стрелки -θ. Угол поворота θ соответствует углу наклона между нормалью плоскости дифракционной решетки и оптической осью. В двухмерных дифракционных решетках можно вращать вокруг оси Y или оси X. Способность работать на различных расчетных энергиях дает способность к визуализации при двойных энергиях, что позволяет получать изображения для анализа материала. Более конкретно, можно получать темнопольные или фазово-контрастные изображения или изображения поглощения для материалов различных типов. Также сигнал поглощения можно раскладывать на составляющие из комптоновского рассеяния и фотоэлектрического поглощения, и т. д.

Схема расположения, где интерферометр IF поворачивают на примерный угол поворота θ=60°, представлена в части B на фиг. 1. Если интерферометр содержит две дифракционные решетки G1, G2, как показано на фиг. 1, обе являются вращаемыми вокруг соответствующих осей вращения на соответствующий угол с тем, чтобы оставаться параллельными все время, или по меньшей мере для того, чтобы поддерживать предварительно отрегулированное рассогласование, чтобы достигать эталонного муарового паттерна. Две дифракционные решетки G1 и G2 можно вращать одновременно или независимо. Соответствующие оси вращения G1 и G2 параллельны друг другу и оси Y. Если аппарат также содержит дифракционную решетку G0 источника, которая также является вращаемой вокруг другой оси вращения, параллельной соответствующим осям вращения G1 и G2, так чтобы оставаться параллельной дифракционным решеткам G1, G2 интерферометра в интерферометре IF. Соответствующие вращения интерферометра IF и дифракционной решетки G источника можно осуществлять посредством соответствующих исполнительных механизмов (также обозначаемых здесь как вращательные столы) RS1 и RS2, соответственно.

Более конкретно, вращательный стол RS2 для дифракционной решетки G0 источника можно реализовать с использованием пьезоэлектрического исполнительного механизма или шагового двигателя или тому подобного. Еще более конкретно и в соответствии с одним из вариантов осуществления подложку G0 вставляют в рамку (не показано). Рамку дифракционной решетки размещают с возможностью вращения с помощью по меньшей мере одной, предпочтительно двух поворотных точек PP в монтажном ящике 202. Одна или несколько поворотных точек определяют ось вращения, которая идет через центр дифракционной решетки G0 параллельно направлению штриховки дифракционной решетки. В одном из вариантов осуществления формируют набор из двух штырей на противоположных сторонах рамки. Штыри вставляют в соответствующий вырез в монтажном ящике 202, чтобы таким образом осуществлять поворотный монтаж рамки и, таким образом, дифракционной решетки G0. В виде на фиг. 1B ось вращения идет перпендикулярно в плоскость рисунка. Более конкретно, ось вращения через соответствующие дифракционные решетки перпендикулярна нормали плоскости, которая определена посредством соответствующих дифракционных решеток и которая проходит через центр тяжести дифракционной решетки G0. Монтажный ящик 202 и рамку следует выполнять из материала достаточной жесткости, такого как алюминий или упрочненная сталь и т. д. Затем, например, пьезоэлектрический исполнительный механизм можно применять к рамке для того, чтобы осуществлять вращение рамки относительно оптической оси и, таким образом, дифракционной решетки G0, расположенной в ней. В варианте осуществления, где дифракционная решетка представляет собой двухмерную дифракционную решетку, вращение является переключаемым или вокруг оси Y, параллельной одному набору бороздок, или вокруг оси X, параллельной другому набору бороздок. Эту возможность вращения вокруг двух перпендикулярных осей можно реализовать, например, посредством установки двух рамок вложенным образом в двух карданных подвесах, каждый из который имеет пару штырей, причем пары расположены перпендикулярно друг к другу на соответствующей одной из двух рамок. Каждую из рамок в карданных подвесах можно блокировать для того, чтобы гарантировать, что дифракционную решетку вращают только вокруг оси X или Y, как требуется для данной задачи визуализации. Выбор вращения вокруг X или Y можно осуществлять вручную или автоматически через ограничительный механизм, которым управляют с помощью подходящего исполнительного механизма, например, электромагнитный, или иным образом.

Схожая конструкция для осуществления наклона по отношению к оптической оси также предусмотрена для вращательного стола RS для интерферометра IF. То есть, в одном из вариантов осуществления две дифракционные решетки G1 и G2 располагают вместе в двойной раме или «ящике» 206 для того, чтобы сформировать интерферометр, с дифракционной решеткой G1 поверх дифракционной решетки G2, если смотреть вдоль оси Z в отрицательном направлении к детектору D. Затем ящик 206 интерферометра располагают с возможностью вращения вокруг оси вращения в одной или предпочтительно двух поворотных точках в установочных салазках 208. Снова, как и в случае дифракционной решетки G0, ось вращения интерферометра IF простирается перпендикулярно в плоскость рисунка с фиг. 1. Ось вращения проходит через центр дифракционной решетки G1 или G2 или расположена посредине между двумя дифракционными решетками и проходит через противоположные стороны ящика интерферометра. Можно использовать схожий монтаж штырь-в-вырезе, как описано выше для RS1, чтобы обеспечивать возможность вращения дифракционных решеток G1, G2. Чтобы гарантировать достаточное поле обзора, даже когда интерферометр вращают, две дифракционные решетки G1, G2 могут скользить друг относительно друга, как показано на фиг. 1. В одном из вариантов осуществления дифракционные решетки скользят друг от друга в ответ на запрос на определенный угол поворота θ≠0° (и, таким образом, определенную расчетную энергию), чтобы покрывать большее FOV и, для θ=0°, скользят назад в направлении друг друга, причем G1 выставлена над G2.

В предпочтительном варианте осуществления один или оба вращательных стола RS1, RS2 основаны на пьезоэлектрических исполнительных механизмах, но другие возможности, такие как шаговые двигатели или другие, также предусмотрены в настоящем документе. В некоторых вариантах осуществления дифракционную решетку G0 источника и интерферометр IF можно вращать независимо друг от друга. В одном из вариантов осуществления даже дифракционные решетки G1, G2 можно вращать независимо. Альтернативно, соответствующие исполнительные механизмы RS1 и RS2 механически сопряжены посредством подходящего приводного механизма, так чтобы достигать одновременного вращения дифракционной решетки G0 источника и интерферометра IF. Также, в одном из вариантов осуществления, дифракционные решетки G1, G2 механически сопряжены, чтобы их можно было вместе вращать параллельно, так чтобы лучше сохранять их взаимное выставление.

Если аппарат для визуализации относится к сканирующему типу, возникает относительное движение во время получения изображения между объектом OB, подлежащим визуализации, и рентгеновским источником XR и/или детектором D. Сканирующую систему можно реализовать в соответствии с различными вариантами осуществления. Сканирующее движение может быть линейным или изогнутым, например, маятниковое движение вокруг поворотной точки, которая может быть расположена или может не быть расположена в фокусном пятне FS рентгеновского источника XR. В одном из вариантов осуществления имеет место рука со сканирующей головкой, которая используется для сканирования объекта OB. Это имеет место, например, в некоторых маммографических системах визуализации. Рука со сканирующей головкой может быть использована для того, чтобы перемещать как детектор D, так и интерферометр IF, относительно объекта во время сканирования. В некоторых (но не обязательно всех) из этих вариантов осуществления площадь детектора D практически совпадает с рабочей областью интерферометра (т. е., с площадью дифракционной решетки(решеток)). Альтернативно, рука со сканирующей головкой содержит только интерферометр и только им осуществляют сканирование относительно стационарного детектора, который предпочтительно, но не обязательно, представляет собой двухмерный детектор на все поле, который предпочтительно, но не обязательно, имеет большую площадь, чем рабочая область интерферометра. В любом одном из этих вариантов осуществления сканирующей системы по меньшей мере интерферометрические дифракционные решетки и дифракционные решетки источника могут быть расположены с возможностью вращения вокруг соответствующих им осей, перпендикулярных оптической оси на или внутри руки со сканирующей головкой, как описано выше. В других вариантах осуществления сканирующая система представляет собой щелевую сканирующую систему, где предварительный коллиматор PC (или постколлиматор) выполнен с возможностью следовать за сканирующим движением и выполнен в виде щелевого коллиматора, чтобы делить пучок на один или более относительно узких щелевых пучков, чтобы каждый из нх освещал соответствующую часть детектора. Если детектор выполнен в виде ряда из одного или более линейных детекторов, каждую линию детектора за раз освещают соответствующим одним из щелевых пучков.

Теперь вернемся к обоснованию наличия дифракционных решеток, расположенных с возможностью вращения: полагая, что указанные выше расчетные параметры заданы для определенной «основной» расчетной энергии E0 для нормального излучения при θ=0° (см. фиг. 1A), геометрические принципы, реализованные заявителем, показали, что соответствующее вращение для достижения наклонного освещения дифракционных решеток G0, G1 и G2 ведет к масштабированию всех расчетных параметров для расчетной энергии E0. Масштабирование опосредовано коэффициентом 1/cos(θ), где θ представляет собой угол поворота. Это ведет к соответствующему масштабированию основной расчетной энергии E0 с помощью того же коэффициента 1/cos(θ). Например, для вращения дифракционных решеток на θ=60°, предусмотренного здесь в предпочтительном варианте осуществления, расчетную энергию E0 (при θ=0°) удваивают до 2*E0.

Установку интерферометрической и дифракционной решетки источника задают определенными «расчетными правилами», которые следует соблюдать. Одно такое расчетное правило представляет собой требование, что:

d₀/l₀=p₂/p₀ (1)

Это полагают справедливым для E0 при θ=0°. К счастью, поскольку d₀, l₀ масштабируются вместе с помощью указанного выше общего масштабного коэффициента 1/cos(θ), уравнение (1) неизменно или инвариантно при вращении. Эта инвариантность позволяет соблюдать, в частности, требование Тальбота, лежащее в основе работы интерферометра IF. Другими словами, обозначая d_eff, l_eff масштабированное эффективное расстояние Тальбота (которое представляет собой длину пути через интерферометр внутри дифракционных решеток) и масштабированное эффективное расстояние до дифракционной решетки источника, соответственно, справедливо следующее:

d₀/l₀=d_eff/l_eff=p₂/p₀ (2)

Однако масштабирование расстояния до источника l₀ также неблагоприятно в другом смысле, поскольку это будет означать изменение размеров рентгеновского аппарата в направлении Z, что нежелательно, например, в силу пространственных ограничений или из-за необходимости сложного механизма для достижения масштабирования расстояния до дифракционной решетки источника l₀. Чтобы избегать этого требования к масштабированию расстояния до источника l₀, заявитель обнаружил, что расчетное правило в соответствии с ур. (2) все же можно выполнять посредством подходящей адаптации шага p₀, скажем, в p_0ʹ. Эту адаптацию шага можно использовать для того, чтобы компенсировать иным образом требуемое масштабирование расстояния до источника l₀. Следовательно, в настоящем документе предложено включить в аппарат интерферометрической рентгеновской визуализации механизм адаптации шага SGC (не показан на фиг. 1, но см. фиг. 2, 3) в комбинации с вращательным столом RS2. Механизм адаптации шага SGC выполнен с возможностью адаптировать шаг p₀ у G0, чтобы компенсировать измененную длину пути внутри дифракционных решеток и тем самым сохранять расстояние до дифракционной решетки источника в соответствии с расчетной энергией E0 для нормального освещения при эталонном наклоне θ=0°. Другими словами, используя адаптированный шаг p_0ʹ источника, можно сохранять равенство в ур. (2) для того же l₀:

d_eff/l₀=p₂/p_0ʹ (3)

В качестве иллюстрации, предположим, взамен d₀ используют эффективное расстояние dʹ=d₀/cos60°=2*d₀, для θ=60°. Тогда из (3) получают deff/l₀=2*d₀/l₀=2*p₂/p₀=p₂/(1/2*p₀). Вводя адаптированный шаг pʹ₀ для «псевдо» дифракционной решетки Gʹ₀ (pʹ₀=1/2*p₀), уравнение (3) выполняют в соответствии с d_eff/l₀=p₂/ pʹ₀. Таким образом, увеличение расстояния Тальбота на коэффициент 2 компенсируют с помощью дифракционной решетки Gʹ₀, которая имеет половину ее основного шага, при этом сохраняя расстояние до дифракционной решетки источника l₀. Другими словами, посредством вращения дифракционных решеток на θ=60°, предусмотренного в настоящем документе в благоприятном варианте осуществления, расчетную энергию E0 для θ=0° удваивают, при этом сохраняя расстояние до дифракционной решетки источника l₀ в соответствии с установкой θ=0°. Взамен сохранения расстояния до дифракционной решетки источника постоянным, когда вращают дифракционные решетки, шаг дифракционной решетки источника p₀ уменьшают вдвое. Конечно, тот же расчет будет верен для любого θ, но теперь масштабирование находится в соответствии с коэффициентом 1/cos(θ). Например, вращение на θ=45° позволяет увеличивать основную расчетную энергию E0 грубо на 40%, тогда как вращение на θ=30° дает увеличение приблизительно на 15%. Следует отметить, что предварительно указанные аспектные соотношения также масштабируют соответственно, что дает огромное упрощение, поскольку более нет необходимости использовать специализированную дифракционную решетку с конкретными аспектными соотношениями для различных расчетных энергий. В силу наклонного освещения, осуществляемого посредством вращений, это также представляет собой путь через дифракционные решетки, который масштабируют на правильное количество. Тогда это ведет к правильным эффективным аспектные соотношения.

Далее, со ссылкой на фиг. 2, представлены варианты осуществления адаптерного механизма SGC дифракционной решетки источника, представленного выше. В вариантах осуществления с фиг. 2 адаптерный механизм дифракционной решетки источника заменяет, в зависимости от требуемой расчетной энергии, одну дифракционную решетку источника на другую, которая имеет другой шаг, который соответствует требуемой расчетной энергии. Другими словами, заменяют набор из множества дифракционной решетки источника, каждая из который имеет специализированный шаг, который подходит к соответствующей одной из расчетных энергий в предварительно определяемом наборе расчетных энергий в соответствии с ур. (3), выше. На фиг. 2 представлены два различных варианта осуществления того, как может быть реализован такой механизм смены SGC. На фиг. 2A и 2B представлены два различных вида одного из вариантов осуществления с фиг. 2C, 2D, показывающих два различных вида для другого варианта осуществления. Вид A, C являются вертикальными сбоку вдоль Y, тогда как виды B, D представляют собой виды сверху вдоль Z.

В целом, вариант осуществления в соответствии с видами 2A, 2B представляет собой «револьверную» структуру для замены дифракционных решеток источника, тогда как на фиг. 2C и 2D представлена структура линейного устройства смены. Каждая из различных дифракционных решеток имеет специализированный шаг, адаптированный для различных расчетных энергий, и обозначена на виде A как G01-G04. То есть, устройство смены SGC способно менять четыре различные дифракционные решетки, но это только в качестве иллюстрации, и какое-либо другое множество (отличное от четырех), например, две или три или пять и т. д., также предусмотрено в настоящем документе. Возможность индивидуального вращения каждой из дифракционных решеток может быть реализована, как предварительно объяснено для вращательного стола RS2 устройства смены, по существу реализующего множество таких вращательных столов, по одному для каждой дифракционной решетки в наборе дифракционных решеток. Другими словами, каждую дифракционную решетку G01-G04 источника вставляют в соответствующую ей рамку (не показано), каждая из который расположена с возможностью вращения в своих установочных салазках 202, подобно тому, как объяснено выше для фиг. 1. Салазки 202 взаимосвязаны с помощью соединительных элементов 204 для того, чтобы сформировать практически кольцевую или цилиндрическую структуру, которая выполнена с возможностью вращения как одно целое для вращения вокруг центральной точки, например, около фокусного пятна FS. Предпочтительно, револьверную структуру SCG можно вращать по часовой стрелке и против часовой стрелки, чтобы увеличивать отзывчивость операции смены. Вращение револьверной структуры SGC позволяет помещать требуемую из дифракционных решеток G01-G04 источника под фокусное пятно FS для экспозиции под рентгеновским пучком. Когда требуемая дифракционная решетка источника повернута под фокусное пятно (если смотреть вдоль отрицательного направления Z) и на оптическую ось, она сама представляет собой соответствующую дифракционную решетку, которая повернута на θ для того, чтобы отрегулировать новую расчетную энергию, масштабированную на 1/cos(θ). Тогда система готова для экспозиции. В виде на фиг. A в настоящее время представлена дифракционная решетка G01 источника, находящаяся под фокусным пятном FS и повернутая на θ, которая готова для экспозиции. Исполнительный механизм AC осуществляет вращение на θ соответствующей рамки (с дифракционной решеткой в ней) и вокруг оси вращения через центр соответствующей дифракционной решетки, как описано выше для вращательного стола RS2. Имеет место или один исполнительный механизм AC или каждая дифракционная решетка G01-G04 имеет свой собственный исполнительный механизм, чтобы осуществлять вращение дифракционных решеток G01-G02, когда их помещают под фокусное пятно.

На фиг. 2C, 2D представлен другой вариант осуществления механизма смены, где операцию замены осуществляют не посредством вращения, как на фиг. 2A, 2B, а посредством линейного поступательного перемещения. Рамки с размещенными в них структурами дифракционных решеток G01-G03 расположены с возможностью вращения в линейной последовательности в установочных салазках 202. Один или более исполнительных механизмов AC осуществляют соответствующее вращение дифракционных решеток, как описано выше, для вращательного стола RS2. Всю структуру SGC можно продвигать вперед или назад за фокусное пятно FS, так чтобы помещать требуемую дифракционную решетку под фокусное пятно FS.

Любую одну из двух структур устройства смены, как показано на фиг. 2, можно располагать, например, внутри корпуса рентгеновского блока или за пределами корпуса. Следует понимать, что реализации в соответствии с фиг. 2 представляют собой примерные варианты осуществления и другие подходящие механические реализации или варианты приведенного выше также предусмотрены в настоящем документе.

В одном из вариантов осуществления структура устройства смены SGC содержит конкретно две дифракционные решетки G01, G02 источника, одна из который адаптирована по шагу к одной расчетной энергии E0, другая к удвоенной расчетной энергии 2*E0. Затем вращение дифракционной решетки источника, адаптированной к 2*E0, на θ=60°. Вращение возвращают в исходное положение на θ=0°, когда устройство смены SGC осуществляет смену обратно на дифракционную решетку, шаг которой адаптирован к («основной») расчетной энергии E0. Однако другие такие «двойные» комбинации также предусмотрены. Например, вращение на θ=45° допускает увеличение основной расчетной энергии E0 ориентировочно на 40%, тогда как вращение на θ=30° дает увеличение ориентировочно на 15%.

Теперь, обращаясь к фиг. 3, представлен другой вариант осуществления адаптерного механизма SGC дифракционной решетки источника. В этом варианте осуществления нет операции смены, но первую дифракционную решетку источника объединяют со второй дифракционной решеткой источника, чтобы достигать адаптации шага. Более конкретно и в одном из вариантов осуществления две дифракционные решетки G01 и G02, которые имеют соответствующие шаги p0ʹ и p0ʹ/2, располагают одну поверх другой с по меньшей мере частичным наложением. Наложение дифракционных решеток является таким, что штриховки двух дифракционных решеток параллельны, другими словами штрихи и бороздки двух дифракционных решеток идут параллельно. Если смотреть вдоль оптической оси, то формируют двухъярусную структуру дифракционной решетки, где две дифракционные решетки объединяют с перекрытием. Когда соответствующие штрихи двух дифракционных решеток выставляют с совпадением друг с другом, шаг структуры двухъярусной дифракционной решетки в перекрытии составляет p0ʹ. Но если латеральное смещение по направлениям штриховки Δx=1/2*p0ʹ одной из дифракционных решеток осуществляют в направлении, перпендикулярном штриховкам, так чтобы привести соответствующие дифракционные решетки в противоположное совпадение (то есть, штрихи одной дифракционной решетки блокируют бороздки другой дифракционной решетки, если смотреть вдоль оптической оси), шаг структуры двухъярусной дифракционной решетки в перекрытии теперь составляет p0ʹ/2. Следовательно, шаг структуры двухъярусной дифракционной решетки можно избирательно увеличивать или уменьшать вдвое посредством латерального перемещения одной из двух дифракционных решеток на Δx или -Δx для того, чтобы превращать из энергии первого порядка E0 в энергию второго порядка 2*E0. Другими словами, в этом варианте осуществления из двух дифракционных решеток объединяют новую структуру дифракционной решетки (перекрывающуюся область или два яруса), и эта новая структура дифракционной решетки имеет эффективный шаг p0ʹ/2 p0ʹ в зависимости от того, находятся ли два набора штрихов в совмещении или обратном совмещении.

Далее, со ссылкой на фиг. 3, представлен неограничивающий вариант осуществления латерального смещения для адаптации шага. Структура 302 каркаса или рамки, сформированная из материала достаточной жесткости (алюминий или упрочненная сталь и т. д.), представлена на фиг. 3, где на A, B приведены различные виды вдоль различных направлений. Вид A показывает вертикальный вид сбоку для адаптационного механизма SGC дифракционной решетки источника вдоль направления Y (то есть, вдоль ориентации штриховки дифракционной решетки), а вид B представляет собой вертикальный вид сбору при 90° вдоль направления X поперек направлений штриховок. Два набора дорожек 306, верхний и нижний (относительно направления Z), формируют в боковых стенках структуры 302 рамки. Две дифракционные решетки G01 и G02 могут скользить друг относительно друга по указанным дорожкам 302. Таким образом, можно облегчать латеральное смещение двух дифракционных решеток. Достаточно, чтобы только одна из дифракционных решеток могла скользить относительно другой (стационарной), несмотря на то, что вариант осуществления, в котором обе дифракционные решетки могут скользить, не исключен в настоящем документе. Латеральное смещение осуществляют посредством исполнительного механизма AC. Понятно, что адаптерная структура SGC дифракционной решетки источника встроена во вращательный стол RS2 с фиг. 1. Другими словами, весь адаптационный механизм SGC дифракционной решетки источника является вращаемым относительно оптической оси на θ=60°, в зависимости от того, при какой из расчетных энергий (в этом случае двух), E0 или 2*E0, необходимо работать. Как и ранее, это вращение осуществляют посредством исполнительного механизма стола RS2 (не показан на фиг. 3). Альтернативно, всего один исполнительный механизм может быть выполнен с возможностью осуществлять как латеральное смещение, так и вращение с помощью подходящего приводного механизма. В соответствии с ур. (3), одну (или обе) из дифракционных решеток G0, G02 источника смещают на Δx, чтобы достигать половины шага p0ʹ/2, если требуется масштабирование расчетной энергии на 100%. Если осуществляют обратное смещение на -Δx и двухъярусную дифракционную решетку вращают назад к θ=0°, система возвращается в конфигурацию с основной энергией E0. Относительное смещение Δx или -Δx дифракционных решеток G01, G02 с целью адаптации шага может происходить параллельно, пока два яруса поворачивают на +/-θ, или вращение и смещение осуществляют последовательно. Вращение на +/-θ происходит вокруг оси вращения вдоль штриховки дифракционной решетки и идет в направлении Y, то есть в плоскость рисунка в соответствии с вертикальным видом сбоку на фиг. 3A). Ось вращения проходит через центр или промежуточное пространство между наложенными дифракционными решетками G01 и G02.

На фиг. 4 и 5 представлены схематические иллюстрации принципа, лежащего в основе работы адаптера дифракционной решетки источника в соответствии с фиг. 3. На фиг. 4 сравнивают дифракционную решетку с шагом p₀ в верхней части и дифракционную решетку pʹ₀ (pʹ₀=1/2*p₀) в нижней части. Справа внизу блокируют каждую вторую бороздку дифракционной решетки Gʹ₀, и получаемая дифракционная решетка представляет собой дифракционную решетку Gʹ₀ «второго порядка», то есть, дифракционную решетку, шаг которой теперь адаптирован для того, чтобы удваивать расчетную энергию. При сравнении этой дифракционной решетки Gʹ₀ второго порядка с той, что справа вверху, которая представляет собой дифракционную решетку G₀ (первого порядка), установлено, что по меньшей мере в отношении шагов обе дифракционные решетки идентичны. Как следствие, равенство в уравнении (3) расчетного правила можно сохранять (dʹ/lo=p2/pʹ₀) с той же l₀ и практически той же дифракционной решеткой G₀ (безопасно для разблокированных бороздок). Это взаимное блокирование логично, поскольку все бороздки дифракционной решетки G₀ действуют в качестве отдельных когерентных рентгеновских источников, которые создают свои собственные распределения интенсивности (ковры Тальбота) в пространстве между дифракционными решетками G1 и G2, которые имеют все свои минимумы и максимумы в одних и тех же положениях. Тогда блокирование некоторых из этих независимых рентгеновских источников будет только снижать общий рентгеновский поток на дифракционной решетке G2. Тогда регулярный блокирующий паттерн бороздок, как внизу справа на фиг. 4, будет вызывать гомогенное снижение рентгеновского потока на половину по сравнению с отсутствием блокирования.

На фиг. 5 представлена практическая реализация (в соответствии с фиг. 3) идеи с фиг. 4. То есть, блокирования бороздок, отмеченного в отношении фиг. 4, достигают посредством выставления штрихов между дифракционными решетками при обратном совмещении. То есть, высокоэнергетическую дифракционную решетку первого порядка с шагом pʹ0 превращают в дифракционную решетку второго порядка посредством наложения двух дифракционных решеток, объединенных с небольшим линейным смещением друг относительно друга. Этот принцип схож с тем, что описан в публикации патентной заявки WO2012/063169A1 заявителя. Как показано на фиг. 5, накладывают две дифракционные решетки: одна (G01) имеет шаг p0ʹ, другая (G02) имеет двойной шаг 2*p0ʹ, но снабжена поглощающими штрихами, которые имеют те же ширины, что и штрихи первой дифракционной решетки G01. Дифракционные решетки выставляют так, что их штриховки параллельны. На фиг. 5 ось Y идет сверху вниз и на дифракционные решетки смотрят в направлении Z. Согласно фиг. 5, левая сторона, если дифракционные решетки накладывают при совмещении их соответствующих штрихов, область перекрытия, образуемая наложенными дифракционными решетками, воспроизводит дифракционную решетку с шагом p0ʹ. Но выполнение небольшого смещения наложенной дифракционной решетки друг относительно друга ведет к дифракционной решетке с двойным шагом 2*p(0=p0, имеющей ту же ширину бороздок, что и дифракционная решетка p0ʹ, и теперь штрихи выставлены с обратным совмещением в области перекрытия. Таким образом, новую дифракционную решетку G0 источника формируют в качестве результата этой операции объединения дифракционных решеток. Другими словами, располагая две дифракционные решетки с по меньшей мере частичным наложением и обеспечивая то, что сформированная область перекрытия находится в пределах оптической оси, шаг в области перекрытия можно менять посредством относительного поступательного перемещения двух дифракционных решеток в направлении X поперек штриховок.

Следует принимать во внимание, что решение в соответствии с фиг. 3 требует меньшей рабочей область, чем решения, предложенные на фиг. 2, в частности, на фиг. 2C, 2D, поскольку на фиг. 3 две дифракционные решетки остаются практически наложенными во все моменты времени и под фокусным пятном FS, причем только небольшое латеральное смещение Δx необходимо для преобразования расчетной энергии между двумя порядками энергии E0 и 2*E0. В отличие от этого, в механизме смены в соответствии с фиг. 2C, 2D, только одна из дифракционных решеток находится под фокусным пятном FS в любой момент времени, таким образом, требования к рабочей области по меньшей мере в два раза больше, чем к рабочей области на фиг. 3.

В качестве альтернативы для варианта осуществления с фиг. 3 также предусмотрено решение без латерального смещения поперек направлений штриховки, несмотря на то, что это происходит за счет увеличенных требований к рабочей области. В этом варианте осуществления имеет место только движение вдоль направления штриховок дифракционной решетки, чтобы осуществлять наложение и создавать область перекрытия. Две дифракционные решетки перемещают с тем, чтобы создавать двухъярусную структуру. В этом варианте осуществления дифракционные решетки уже выставлены с двумя наборами штрихов в обратном совмещении, как в правой части на фиг. 5. Если дифракционные решетки еще не наложены, (слева внизу на фиг. 5), это является просто дифракционной решеткой с увеличенным шагом (G02), которая проходит через оптическую ось. Если необходимо преобразование в другую (двойная расчетная энергия), то другую дифракционную решетку (которая еще не пересекает оптическую ось) перемещают вдоль направлений штриховок для того, чтобы сформировать область перекрытия структуры двухъярусной дифракционной решетки, которая имеет меньший шаг, и чтобы пересекать оптическую ось. Ситуация, когда две дифракционные решетки частично перекрываются, показана справа на фиг. 5, причем штрихи дифракционной решетки G01 показаны заштрихованными, а штрихи G2 черным, чтобы лучше иллюстрировать, что они находятся в обратном совмещении друг с другом.

Несмотря на то, что варианты осуществления с фиг. 3-5 объяснены для θ=60°, то есть для увеличения или уменьшения расчетной энергии вдвое, понятно, что это также можно применять к другим масштабным коэффициентам 1/cos(θ).

В соответствии с одним из вариантов осуществления и как отмечено ранее работа интерферометра, как предложено, основана на паттерне муаровых полос, который имеет подходящим образом настроенный период по всему эффективному локальному полю обзора интерферометра. Настройку периода муара паттерна полос можно осуществлять в настоящем документе посредством использования дополнительного стола поступательного перемещения в комбинации с упомянутыми выше вращательными столами. Настройку паттерна муаровых полос выполняют посредством взаимного рассогласования блока G₁/G₂, объединенного со столом поступательного перемещения, который незначительно регулирует d₀ или, предпочтительно, l₀. В одном из вариантов осуществления аппарат рентгеновской визуализации содержит стол TS поступательного перемещения по X, Z. Этот вариант осуществления с дополнительным столом поступательного перемещения можно скомбинировать с каким-либо из описанных выше вариантов осуществления на фиг. 1-2. Комбинация с вариантом осуществления с фиг. 3 также возможна, однако в этом случае следует уделять внимание настойке как шага в области перекрытия, так и паттерна полос. Стол поступательного перемещения обеспечивает посредством подходящим образом выполненного исполнительного механизма поступательное перемещение вдоль оси Z и вдоль оси X через направление штриховок дифракционной решетки. Исполнительный механизм для стола TS поступательного перемещения представляет собой либо дополнение к исполнительному механизму стола RS, либо отдельный исполнительный механизм может быть выполнен с возможностью осуществления как поступательных перемещений по X, Z, так и вращений посредством подходящего приводного механизма. В одном из вариантов осуществления стол TS поступательного перемещения сопрягают с поворотным интерферометром G₁/G₂. Альтернативно и предпочтительно, стол поступательного перемещения по X, Z объединяют с поворотным блоком G₀, как показано на фиг. 1. На первом этапе настройки полосы систему устанавливают на θ=0° и, используя компонент перемещения по оси Z стола TS поступательного перемещения, настраивают подходящее направление муаровых полос. На втором этапе после вращения дифракционной решетки G0 или G1/G2 на θ компонент поступательного перемещения по оси X стола TS используют для настройки направления полос при расчетной энергии второго порядка в системе. Это обусловлено тем фактом, что в случае повернутого состояния (например, θ=60°), какое-либо изменение Δx вдоль оси Х дифракционной решетки G₀ будет вызывать эффективное изменение Δl_eff расстояния l₀ согласно Δl_eff=Δl/cosθ. Здесь отмечено, что настройка по X не влияет на состояние Δ=0° по причине поступательной инвариантности системы дифракционных решеток в отношении направления Х через бороздки (бороздки дифракционных решеток идут параллельно оси Y). Но для того, чтобы гарантировать, что подходящий динамический диапазон Δl_eff может быть достигнут для того, чтобы сохранять расстояние Тальбота в зависимости от соотношения расстояния до дифракционной решетки источника в ур. (3), может быть необходимым увеличивать динамический диапазон для смещения Δx. Когда ось вращения идет через центр дифракционной решетки, как на фиг. 1, диапазон смещения Δx ограничен незначительно меньше чем 1/2 длины края дифракционной решетки G₀ вдоль оси Х. Следовательно, на фиг. 6 представлена вариация для варианта осуществления с фиг. 1, где теперь ось вращения G₀ смещена из центра, предпочтительно близко к одному из краев дифракционной решетки G₀. Таким образом, посредством aсимметричного вращения, доступный динамический диапазон Δl_eff почти удваивают по сравнению с симметричным вариантом осуществления с фиг. 1, где вращение G0 происходит вокруг центральной оси через дифракционную решетку G0. Схожее эксцентрическое вращение для дифракционных решеток G1 или G2 можно осуществлять, если стол TS поступательного перемещения сопряжен взамен интерферометра IF.

Далее описано множество вариантов или изменений в приведенных выше вариантах осуществления.

Например, здесь следует отметить, что представленная выше функциональность переключения расчетной энергии посредством вращения дифракционных решеток не ограничена сканирующими DPCI системами, и ее также можно применять к статичным DPCI системам. В последних системах фазовый сдвиг осуществляют посредством относительного движения дифракционных решеток G1 и G2 перпендикулярно направлению бороздки (здесь обозначено как направление Y) или посредством предпочтительного движения блока G₀ относительно блока интерферометра G₁/G₂. В этом случае статичной системы с фазовым сдвигом, описанный выше стол TS поступательного перемещения по X, Z дополнительно содержит компонент поступательного перемещения стола по X для поступательного перемещения вдоль оси X поперек направления штриховок. Затем компонент поступательного перемещения по Y можно использовать для фазового сдвига, тогда как другие используют для настройки полос или адаптации шага (фиг. 3), как описано выше.

Несмотря на то, что в приведенном выше варианте осуществления вращение дифракционных решеток осуществляют автоматически посредством подходящих исполнительных механизмов, ручные варианты осуществления не исключены в настоящем документе. Например, посредством подходящего приводного механизма на вращение и или поступательное перемещение дифракционных решеток можно влиять через работу подходящего ручного исполнительного механизма, например, дискового переключателя и т. д.

В одном из вариантов осуществления аппарат рентгеновской визуализации содержит пользовательское устройство ввода (например, GUI или иное) для того, чтобы выбирать требуемую расчетную энергию аппарата рентгеновской визуализации. Требуемую энергию можно выражать в единицах текущего времени расчетной энергии c масштабным коэффициентом 1/cosθ. Тогда конкретную расчетную энергию принимают на этапе S10 в управляющем модуле CC. В ответ на такой выбор, подходящий сигнал отправляют на этапе S20 посредством управляющего модуля CC в исполнительные механизмы дифракционных решеток, чтобы осуществлять соответствующее вращение θ и/или поступательное перемещение интерферометра и дифракционных решеток источника (если имеет место). Управляющий модуль CC может быть выполнен в виде модуля программного обеспечения в вычислительном блоке общего назначения, таком как рабочая станция. Осуществляемое таким образом вращение соответствует требуемой расчетной энергии, выбранной пользователем. В ручном варианте осуществления выбор требуемой расчетной энергии будет указывать пользователю на угол ( под которым дифракционные решетки следует наклонить. Затем пользователь может использовать ручной исполнительный механизм, такой как дисковый переключатель, чтобы осуществлять соответствующее вращение. Для увеличения точности, можно использовать визуальные направляющие инструменты, чтобы помогать пользователю, когда он вручную задает требуемое значение угла поворота θ. Например, датчики на дифракционных решетках могут получать текущий угол поворота и его визуальное отображение можно воспроизводить на блоке отображения напротив визуального отображения целевого вращения.

В качестве дополнительной вариации для какого-либо из приведенных выше вариантов осуществления и возвращаясь к ур. (1-3), также может быть возможным настраивать шаг p2 дифракционной решетки анализатора вместо шага p0 дифракционной решетки источника, чтобы обеспечивать равенство расчетных уравнений. Однако, настройка шага p0 дифракционной решетки источника, как описано выше, является предпочтительной, поскольку заявителем обнаружено, что это легче реализовать. Если используют адаптационный механизм шага для G2, подобный тому, который объяснен выше для G0, шаг G1 будет требовать соответствующей настройки. Эти альтернативы также предусмотрены в настоящем документе. В частности, вместо этого какой-либо из описанных выше адаптерных механизмов в соответствии с фиг. 2, 3 можно применять для G2 и/или G1. Решения с поступательным перемещением могут быть особенно подходящими в этом отношении.

Несмотря на то, что в приведенных выше вариантах осуществления в интерферометре IF использовали отдельную или дискретную специализированную поглощающую структуру дифракционной решетки G2, это не обязательно может быть так во всех вариантах осуществления. Например, функциональность дифракционной решетки анализатора G2 также можно встраивать в сам детектор D рентгеновского излучения. Кроме того, функцию дифракционной решетки полностью может перенимать детектор рентгеновского излучения посредством точной организации геометрии пикселей, в частности, промежуточного пространства между пикселями, чтобы воспроизводить функциональность G2. Компоновку этого «гибридного» или «не содержащего дифракционной решетки G2» интерферометра с одной дифракционной решеткой G1 можно использовать в любом одном из вариантов осуществления. В частности, тогда в этом варианте осуществления это детектор D, который наклоняют на θ относительно оптической оси согласованно с наклонами на тот же угол G0 и G1. В этом варианте осуществления интерферометра IF с одной дифракционной решеткой, детектор D рентгеновского излучения предпочтительно имеет достаточно малый шаг и, таким образом, достаточно большое пространственное разрешение для обнаружения, т. е. в достаточной мере разрешающее интерференционный паттерн, генерируемый посредством дифракционной решетки G1 с целью дифференциальной фазово-контрастной визуализации и/или темнопольной визуализации. С этой целью детектор рентгеновского излучения может представлять собой детектор рентгеновского излучения высокого разрешения с пространственным разрешением в микрометровом диапазоне или субмикрометровом диапазоне, таком как 50 мкм или больше.

В качестве еще одной дополнительной вариации можно использовать геометрию интерферометра IF, обратную по отношению к тому, что показано на фиг. 1-6. В этом интерферометре с обратной геометрией, область исследования заключена между интерферометром IF, то есть область ER исследования между дифракционной решеткой G1 и G2 или область исследования находится между G1 и детектором для варианта осуществления интерферометра с одной дифракционной решеткой. Это отличается от варианта осуществления, представленного на фиг. 1, 6, где область исследования находится между дифракционной решеткой источника и дифракционной решеткой G1 интерферометра IF. Тогда, в случае с обратной геометрией можно располагать дифракционную решетку G0 источника и дифракционную решетку G1 с возможностью вращения и вместе в структуре рамки, как описано выше для вращательного стола RS1.

Несмотря на то, что все приведенные выше варианты осуществления работают хорошо при достаточной аппроксимации для большинства практических задач, следует отметить, что расчетная энергия при выбранном наклоне θ₀ будет справедлива, строго говоря, только для той части рентгеновского пучка, которая распространяется вдоль оптической оси OA, как показано на фиг. 7. Для лучей, распространяющихся под различными углами относительно оптической оси, как в случае геометрии веерного пучка вместо геометрии параллельного пучка, их оптимизируют для различных расчетных энергий. Более конкретно, для конкретных рентгеновских пучков, которые не распространяются не вдоль оптической оси, а под углом веерного пучка ϕ относительно оптической оси (-Δϕ < ϕ < Δϕ), эффективный угол наклона θ_eff представляет собой θ_eff=θ₀+ϕ. Тогда для эффективной расчетной энергии E_eff(ϕ) имеет место следующая зависимость от угла веерного пучка:

E_eff(ϕ)=E₀/cos(θ_eff)=E₀/cos(θ₀+ϕ)=E_eff(ϕ=0)*cos(θ₀)/cos(θ₀+ϕ) (4)

где E₀ представляет собой основную расчетную энергию при ϕ=0° и θ₀ обозначает заданный угол наклона или заданный наклон, которые в настоящее время имеют дифракционные решетки. Эту зависимость угла веерного пучка от расчетной энергии (4) можно использовать для уточнения предложенной двойной или мультиэнергетической схемы визуализации посредством расширения спектрального окна расчетной энергии около средней расчетной энергии для выбранного наклона. Например, в некоторых DCPI системах для наклона дифракционной решетки θ₀=60° расширение приблизительно +/-7,5% достижимо для расчетной энергии, связанной с θ₀.

Например, по сравнению с заданной спектральной шириной или «полной шириной на половине максимума» (FWHM) системы дифракционных решеток приблизительно 12 кэВ и выбором расчетной энергии на оптической оси 33 кэВ можно достичь дополнительной вариации приблизительно 5 кэВ в расчетной энергии посредством использования приведенной выше зависимости угла веерного пучка от расчетной энергии. Для этого численного примера эффективную общую ширину энергетического окна приблизительно 17 кэВ можно реализовать в диапазоне от приблизительно 25 до 41 кэВ. Обнаружено, что расширенное таким образом энергетическое окно превосходно совпадает с энергетической зависимостью темнопольного сигнала на большом наборе структурных параметров.

Спектральную информацию можно собирать и используя детектор D с разрешением по энергии, такой как детектор со счетом фотонов, с подходящим числом интервалов (два или больше, предпочтительно три), заданный для различных расчетных энергий в расширенном диапазоне.

Однако взамен также можно использовать стандартный интегрирующий энергию детектор в комбинации со сбалансированным фильтром FL рентгеновского излучения, как показано на фиг. 7. Фильтр FL содержит серию фильтрующих элементов FE_i, каждый из который сконфигурирован посредством выбора материала и/или толщины для различных энергий K-края. В силу приведенного выше факта, что расчетная энергия варьирует непрерывно вместе с углом веерного пучка, фильтрующие элементы FE_i располагают линейно вдоль оптической оси в возрастающем или убывающем порядке соответствующих им энергий K-края. То, упорядочены ли фильтрующие элементы FE_i вдоль оси Х в убывающем или возрастающем порядке, зависит от направления вращения системы дифракционной решетки. В варианте осуществления с фиг. 7 энергии K-края E_Kn, связанные с соответствующими фильтрующими элементами FEi, возрастают вдоль оси Х при вращении интерферометра IF по часовой стрелке.

В одном из вариантов осуществления имеет место нечетное число фильтрующих элементов, например, три или пять (как в варианте осуществления с фиг. 7), причем элемент в центре расположен на оптической оси и имеет энергию K-края, которая приблизительно равна масштабированной расчетной энергии, связанной с заданным наклоном θ₀. Также можно использовать четное число фильтрующих элементов (два или больше), где энергии K-края двух центральных элементов захватывают расчетную энергию, соответствующую наклону θ₀.

По причине экономии дозы облучения, фильтр FL можно располагать в любом месте между рентгеновским источником XR и объектом OB. В одном из вариантов осуществления фильтр FL устанавливают выше (относительно направления распространения рентгеновского пучка) или ниже предварительного коллиматора PC. Альтернативно, фильтр FL устанавливают над или под дифракционной решеткой G0 источника. Альтернативно, фильтр FL можно располагать на интерферометре IF, или поверх него или внутри интерферометра IF (т. е., между дифракционными решетками G1 и G2). Альтернативно, фильтр FL устанавливают между интерферометром IF и детектором.

Как отмечено, чтобы достигать лучшего спектрального разделения, материалы и/или толщины фильтрующих элементов FEi выполняют так, чтобы функции пропускания соответствующих фильтрующих элементов были «сбалансированы». Другими словами, фильтрующие элементы выбирают так, что соответствующие низкоэнергетические ветви слева от K-краев практически совпадают, как показано на диаграмме на фиг. 8, в примере для трех кривых пропускания T для фильтра FL, три фильтрующие элемента которого сформированы из трех различных материалов, а именно Ag (Z=47; K-край=25,5 кэВ), In (Z=49; K-край=27,9 кэВ) и Sb (Z=51; K-край=30,5 кэВ), имеющих соответствующие толщины. Вертикальная ось представляет собой долю (в %) пропускаемого излучения, а горизонтальная ось представляет собой энергию излучения в кэВ. Альтернативно, соответствующие высокоэнергетические ветви (справа от K-краев) практически совпадают.

Формируя соответствующие разностные изображения из фильтрованных сигналов, резкое спектральное разделение можно реализовать для двойной или мультиэнергетической визуализации, которая почти не имеет вклада потока за пределами энергетических окон, которые определяют с помощью энергий K-края у K-краевых фильтрующих элементов. Это спектральное разделение в качестве примера представлено на фиг. 9, где два соответствующих разностных сигнала, Sb-In и In-Ag, представлены на основании функций пропускания с фиг. 8. На фиг. 9 вертикальная ось представляет поток фотонов, а горизонтальная ось представляет энергию фотонов в кэВ.

Подходящие другие комбинации материалов и толщины для маммографического применения включают: Sn (Z=50, K-край=29,2 кэВ), и Te (Z=52; K-край=31,8 кэВ). Толщины фильтров приблизительно от 40 до 50 мкм подходят в этом контексте. Для применений, отличных от медицинских, также можно использовать Cd (Z=48). В другой области энергии фотонов приблизительно от 50 до 60 кэВ подходящие элементы включают Gd (Z=64; K-край=50,2 кэВ), Tb (Z=65; K-край= 52,0 кэВ), Dy (Z=66; K-край=53,8 кэВ), Ho (Z=76; K-край=55,6 кэВ), Er (Z=68; K-край=57,5 кэВ) и Yb (Z=70; K-край=61,3 кэВ).

Используя в качестве примера фильтр с тремя элементам, сформированными из Ag (золото), Sb (сурьма) и In (индий), уравнение для уравновешивания фильтра FL представляет собой:

μ_Ag(E₀=25 кэВ)*d_{Ag(=40 мкм)}=μ_In(E₀)*d_In=μ_Sb(E₀)*d_Sb (5)

где E₀ представляет собой эталонную энергию рентгеновских фотонов, например, 25 кэВ, и μ_Ag(E₀), μ_In(E₀) и μ_Sb(E₀) представляют собой коэффициенты ослабления подходящих фильтров при энергии E₀ и d_Ag, d_In и d_Sb, которые представляют собой толщины сбалансированных фильтров. Должно быть ясно, что ур. (6) применимо к любому числу фильтрующих элементов при любой комбинации материалов. Уравнения балансировки системы (6) требуют, чтобы соответствующие соотношения коэффициентов ослабления материалов были постоянны и равны обратным соотношениям соответствующих толщин. В этом примере для толщины Ag элемента 40 мкм сбалансированные толщины In и Sb фильтров составляют 53 мкм и 51 мкм, соответственно. В целом, имеет место небольшое несовпадение в области высоких энергий выше порогов K-края. Как отмечено ранее, альтернативно, можно пытаться сопоставлять толщины набора сбалансированных фильтров иначе, пытаясь заставить высокоэнергетические части кривых пропускания совпадать.

Из-за того факта, что расчетная энергия варьирует вместе с углом веерного пучка, система IM предпочтительно относится к сканирующему типу, поскольку на какую-либо часть объекта OB, подлежащего визуализации, следует воздействовать всей эффективной спектральной шириной DPCI установки. Другими словами, благодаря сканирующему движению систем IM сканирующего типа, каждую часть объекта можно визуализировать с использованием соответствующих лучей, фильтруемых с помощью каждого из соответствующих фильтрующих элементов FE_i. Фильтр FL перемещают согласованно со сканирующим движением. Это можно реализовать, например, посредством сопряжения фильтра FL с предварительным коллиматором или с блоком дифракционной решетки G0.

Расширение спектрального окна, достигаемое посредством фильтра FL рентгеновских лучей, в частности, можно использовать для обнаружения хронического обструктивного заболевания легких (COPD) в легких или темнопольной визуализации грудной клетки. Посредством увеличения доступного энергетического окна в DPCI описанным образом можно предоставлять более точную информацию о локальных микроструктурных свойствах визуализируемой легочной ткани.

В альтернативном более простом варианте осуществления рентгеновский фильтр FN содержит только один (из твердого материала) фильтрующий элемент, который располагают внутри визуализатора IM так, чтобы этот один фильтрующий элемент FE₁ влиял только на часть рентгеновского пучка. В частности, в одном из вариантов осуществления один фильтрующий элемент FE₁ располагают так, чтобы он только простирался вплоть до оптической оси OA, таким образом, только на половину пересекая пучок в данном сечении. Один фильтрующий элемент, таким образом, влияет только на половину рентгеновского пучка, тогда как другая часть проходит практически не фильтрованной через «воздух». Таким образом, фильтр содержит одну твердую часть фильтрующего элемента FE₁ и «воздушную часть» с другой стороны от оптической оси OA.

Наконец, все, что объяснено в приведенных выше вариантах осуществления, в равной мере применимо к системе визуализации, где оптическую ось является перемещаемой, в частности, поворотно или поступательно, относительно области визуализации. Примерами являются CT сканеры или аппараты для визуализации томографической реконструкции, как используют в маммографических сканерах.

В другом примерном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрена компьютерная программа или компьютерный программный элемент, которые отличаются тем, что выполнены с возможностью исполнять этапы способа в способе согласно одному из предшествующих вариантов осуществления в подходящей системе.

Следовательно, компьютерный программный элемент может быть сохранен в вычислительном блоке, который также может представлять собой часть варианта осуществления настоящего изобретения. Этот вычислительный блок может быть выполнен с возможностью осуществлять или управлять осуществлением этапов способа, описанного выше. Кроме того, он может быть выполнен с возможностью приведения в действие компонентов описанного выше аппарата. Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью автоматической работы и/или для исполнения приказов пользователя. Компьютерную программу можно загружать в рабочую память процессора данных. Процессор данных, таким образом, можно оборудовать для того, чтобы осуществлять способ по изобретению.

Этот примерный вариант осуществления изобретения охватывает как компьютерную программу, в которой с самого начала используют изобретение, так и компьютерную программу, которая посредством обновления превращает существующую программу в программу, в которой используют изобретение.

Кроме того, компьютерный программный элемент может быть способен обеспечивать все необходимые этапы для того, чтобы выполнять процедуру примерного варианта осуществления способа, как описано выше.

Согласно дополнительному примерному варианту осуществления настоящего изобретения, представлен машиночитаемый носитель, такой как CD-ROM, где машиночитаемый носитель имеет компьютерный программный, сохраненный на нем, этот компьютерный программный элемент описан в предшествующем разделе.

Компьютерную программу можно хранить и/или распространять на подходящем носителе (в частности, но не обязательно, на невременном носителе), таком как оптический запоминающий носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе с другим аппаратным обеспечением или в качестве его части, а также можно распространять в других формах, например, через интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

Однако, компьютерную программу также можно предоставлять по сети, такой как World Wide Web, и можно загружать в рабочую память процессора данных из такой сети. Согласно дополнительному примерному варианту осуществления настоящего изобретения предусмотрен носитель для того, чтобы делать компьютерный программный элемент доступным для загрузки, этот компьютерный программный элемент выполнен с возможностью осуществлять способ в соответствии с одним из ранее описанных вариантов осуществления изобретения.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения по типу способа, тогда как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения по типу устройства. Однако специалисту в данной области будет ясно из приведенного выше и нижеследующего описания, что до тех пор, пока не указанное иное, в дополнение к какой-либо комбинации признаков, относящихся к объекту изобретения одного типа, также какую-либо комбинацию между признаками, относящимися к различным объектам изобретения, считают раскрытой с помощью этой заявки. Однако можно скомбинировать все признаки, обеспечивающие синергические эффекты, которые представляют собой больше чем простое суммирование признаков.

Хотя изобретение проиллюстрировано и описано подробно на рисунках и в приведенном выше описании, такие иллюстрации и описание следует толковать как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации к раскрытым вариантам осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области при практическом осуществлении заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и зависимых пунктов формулы изобретения.

В формуле изобретения слово «содержит» не исключает другие элементы или этапы, а формы единственного числа не исключают множественного. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что определенные меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинацию этих мер нельзя использовать с пользой. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать в качестве ограничения объема.

1. Аппарат рентгеновской визуализации, содержащий:

рентгеновский источник (XR), выполненный с возможностью испускать рентгеновское излучение;

детектор (D) рентгеновского излучения, выполненный с возможностью обнаруживать упомянутое рентгеновское излучение;

интерферометр (IF), расположенный между упомянутым рентгеновским источником (XR) и упомянутым детектором (D), причем упомянутый интерферометр содержит по меньшей мере одну интерферометрическую дифракционную решетку (G1);

причем структура упомянутой по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки является наклоняемой вокруг первой оси, перпендикулярной оптической оси упомянутого аппарата визуализации, причем упомянутая по меньшей мере одна дифракционная решетка (G1) посредством этого способна ориентироваться под различными углами наклона относительно упомянутой первой оси;

по меньшей мере одну дополнительную дифракционную решетку (G0), обозначаемую здесь как дифракционная решетка источника, расположенную между упомянутой интерферометрической дифракционной решеткой (G1) и упомянутым рентгеновским источником, причем упомянутая структура (G0) дифракционной решетки источника выполнена с возможностью преобразовывать упомянутое испускаемое рентгеновское излучение в рентгеновское излучение с повышенной когерентностью;

адаптерный механизм (SGC) дифракционной решетки для адаптации эффективного шага дифракционной решетки по отношению к дифракционной решетке (G0) источника и/или по отношению к интерферометру (IF),

причем адаптерный механизм (SGC) дифракционной решетки работает по отношению к дифракционной решетке (G0) источника, чтобы i) заменять структуру (G0, G01) дифракционной решетки источника на новую структуру дифракционной решетки источника, имеющую шаг, отличный от шага дифракционной решетки (G0) источника, или ii) по меньшей мере объединять упомянутую структуру (G0, G01) дифракционной решетки источника с другой структурой (G02) дифракционной решетки источника, имеющей шаг, отличный от шага дифракционной решетки (G0) источника, так чтобы компенсировать вызванное любым из упомянутых углов наклона изменение эффективной длины пути через пространство между упомянутой дифракционной решеткой (G0, G01) источника и упомянутым интерферометром (IF).

2. Аппарат рентгеновской визуализации по п. 1, причем структура упомянутой по меньшей мере одной дифракционной решетки (G0) источника аналогичным образом является наклоняемой вокруг второй оси, параллельной первой оси, так чтобы сохранять или переустанавливать взаимное пространственное расположение упомянутой дифракционной решетки (G0) источника и упомянутой по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки (G1).

3. Аппарат рентгеновской визуализации по любому из предшествующих пунктов, причем упомянутое объединение посредством адаптерного механизма (SGC) дифракционной решетки источника достигается посредством наложения двух дифракционных решеток (G01, G02) источника или посредством скольжения двух дифракционных решеток (G01, G02) источника относительно друг друга, когда две дифракционные решетки (G01, G02) источника по меньшей мере частично наложены друг на друга, так чтобы сформировать структуру двухъярусной дифракционной решетки, имеющей эффективный шаг, который компенсирует упомянутое изменение эффективной длины пути, вызванное любым из упомянутых углов наклона.

4. Аппарат рентгеновской визуализации по любому из предшествующих пунктов, причем упомянутый наклон дифракционной решетки источника и/или упомянутой по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки (G1) меняет расчетную энергию упомянутого интерферометра.

5. Аппарат рентгеновской визуализации по любому из предшествующих пунктов, содержащий стол (TS) поступательного перемещения, предназначенный для поступательного перемещения относительно оптической оси упомянутой по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки (G1) и/или дифракционной решетки (G0) источника.

6. Аппарат рентгеновской визуализации по любому из предшествующих пунктов, причем интерферометр дополнительно содержит дополнительную структуру (G2) дифракционной решетки, причем дополнительная структура (G2) дифракционной решетки аналогичным образом выполнена наклоняемой вокруг третьей оси, параллельной упомянутой первой оси, так чтобы сохранять или переустанавливать взаимное пространственное расположение упомянутой по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки (G1) и/или дифракционной решетки (G0) источника.

7. Аппарат рентгеновской визуализации по п. 6, причем интерферометрическая дифракционная решетка (G1) и упомянутая дополнительная структура (G2) дифракционной решетки расположены с взаимно противоположных сторон от области (ER) исследования аппарата рентгеновской визуализации.

8. Аппарат рентгеновской визуализации по п. 6, причем интерферометрическая дифракционная решетка (G1) и упомянутая дополнительная структура (G2) дифракционной решетки расположены с одной и той же стороны от области исследования аппарата рентгеновской визуализации.

9. Аппарат рентгеновской визуализации по любому из предыдущих пунктов, содержащий фильтр FL рентгеновского излучения, выполненный с возможностью расширять спектральное окно около расчетной энергии для заданного угла наклона, чтобы содействовать сбору спектральной информации.

10. Аппарат рентгеновской визуализации по п. 9, причем фильтр рентгеновского излучения содержит множество фильтрующих элементов (FE_i), предназначенных для различных энергий K-края, причем фильтрующие элементы (FE_i) расположены вдоль оптической оси в восходящем или нисходящем порядке в последовательности в соответствии с соответствующими им энергиями K-края.

11. Способ работы аппарата рентгеновской визуализации, имеющего интерферометр (IF), расположенный между рентгеновским источником (XR) и детектором (D) и содержащий по меньшей мере одну интерферометрическую дифракционную решетку (G1), причем структура упомянутой по меньшей мере одной интерферометрической дифракционной решетки является наклоняемой вокруг первой оси, перпендикулярной оптической оси упомянутого аппарата визуализации, причем упомянутая по меньшей мере одна дифракционная решетка (G1) посредством этого способна ориентироваться под различными углами наклона относительно упомянутой первой оси; и по меньшей мере одну дополнительную дифракционную решетку (G0), обозначаемую здесь как дифракционная решетка источника, которая расположена между упомянутой интерферометрической дифракционной решеткой (G1) и упомянутым рентгеновским источником, причем структура упомянутой дифракционной решетки (G0) источника выполнена с возможностью преобразовывать упомянутое испускаемое рентгеновское излучение в рентгеновское излучение с повышенной когерентностью; и адаптерный механизм (SGC) дифракционной решетки для адаптации эффективного шага дифракционной решетки по отношению к дифракционной решетке (G0) источника и/или по отношению к интерферометру (IF), причем способ включает в себя:

прием (S10) описания расчетной энергии для аппарата рентгеновской визуализации; и

в ответ на конкретную расчетную энергию, наклон (S20) упомянутой дифракционной решетки вокруг первой оси,

причем адаптерный механизм (SGC) дифракционной решетки работает по отношению к дифракционной решетке (G0) источника для того, чтобы i) заменять структуру (G0, G01) дифракционной решетки источника на новую структуру дифракционной решетки источника, имеющую шаг, отличный от шага дифракционной решетки (G0) источника, или ii) по меньшей мере объединять упомянутую структуру (G0, G01) дифракционной решетки источника с другой структурой (G02) дифракционной решетки источника, имеющей шаг, отличный от шага дифракционной решетки (G0) источника, чтобы компенсировать вызванное любым из упомянутых углов наклона изменение эффективной длины пути через пространство между упомянутой дифракционной решеткой (G0, G01) источника и упомянутым интерферометром (IF).

12. Машиночитаемый носитель для управления аппаратом рентгеновской визуализации по любому из пп. 1-10, содержащий сохраненный на нем программный элемент, который, будучи исполняемым блоком обработки (CC), выполнен с возможностью осуществлять этапы способа по п. 11.