Рентгеновская фазово-контрастная и темнопольная визуализация с одиночным кадром
Группа изобретений относится к системе обработки сигналов и может быть использовано для детектирования рентгеновского излучения. Предложено устройство, содержащее компонент и машиночитаемый носитель для реализации способа обработки сигналов для темнопольной, или фазово-контрастной, или трансмиссионной визуализации, включающего следующие этапы: принимают (S510) показания от устройства (XD) детектирования рентгеновского излучения в пределах пути визуализации устройства рентгеновской визуализации, имеющего компонент, содержащий слой, разбитый на различные области (Rj) с по меньшей мере одной границей (IF), причем слой представляет собой сцинтилляционный слой, или полупроводниковый слой (SEM), или фотодиодный слой (DL), при этом области имеют соответствующие периодические структуры с разными фазами и встречаются или соединяются у соответствующих границ, причем по меньшей мере одна из областей является однопиксельной областью; причем поверхность слоя разделена так, что каждое местоположение на указанной поверхности попадает точно в одну из фазовых областей Rj; преобразуют (S520) показания в сигналы темнопольного, или фазово-контрастного, или трансмиссионного изображения, причем указанное преобразование включает в себя регуляризацию. Группа изобретений обеспечивает возможность улучшения устойчивости к шуму при фазово-контрастной и/или темнопольной визуализации. 8 н. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область изобретения, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе обработки сигналов, к способу обработки сигналов, к устройству визуализации, к компьютерному программному продукту и к машиночитаемому носителю.
Уровень техники
Для радиографического сбора данных рентгеновской фазово-контрастной и темнопольной визуализации с помощью решетчатого интерферометра необходима последовательность изображений, получаемых с различными относительными положениями решетки, как было предложено Ф. Пфайфером (F. Pfeiffer) и др. в работе «Темнопольная визуализация с жестким рентгеновским излучением с использованием решетчатого интерферометра (англ. Hard-X-ray dark-field imaging using a grating interferometer)», в «Nature materials», том 7, стр. 134-137, февраль 2008 г. Это требует перемещения по меньшей мере одной из решеток во время получения изображения. Однако это делает получение изображения громоздкой процедурой и значительно увеличивает время получения изображения.
Рентгеновская фазово-контрастная и темнопольная визуализация в условиях томографии также сопряжена с трудностями. В частности, именно вращательное движение при томографическом сборе данных делает сбор данных сложным. Ситуация улучшилась при так называемом «сборе данных в режиме скользящего окна (англ. sliding window acquisition)», когда при каждом угле проекции получают только одно конкретное относительное положение решетки, и при новейшей схеме восстановления, которую можно назвать итеративным восстановлением на основе интенсивности (IBSIR, от англ. intensity based iterative reconstruction), как сообщается М. фон Тойфенбахом (М. von Teuffenbach) и др. в работе «Фазово-контрастная и темнопольная компьютерная томография на основе решеток: способ одиночного кадра (англ. Grating-based phase-contrast and dark-field computed tomography: a single-shot method)», опубликованной для чтения в режиме доступа к интернету в Nature Scientific Reports, 7: 7476, 07 августа 2017 г. О схеме сбора данных в режиме скользящего окна сообщалось И. Занетте (I. Zanette) и др. в работе «Тримодальная рентгеновская томография с низкими дозами (англ. Trimodal low-dose X-ray tomography)», PNAS, том 109, №26, стр. 10199-102004, июнь 2012 г.
Однако даже в этих схемах во время сбора данных все еще требуется некоторое пошаговое изменение фаз, которое происходит за счет помехоустойчивости.
В документе WO 2017/207734 А1 раскрыто устройство рентгеновской визуализации, имеющее множество источников рентгеновского излучения, и детектор, содержащий периодические структуры, имеющие фазу.
Сущность изобретения
Следовательно, в данной области техники может возникнуть необходимость в улучшении устойчивости к шуму при фазово-контрастной и/или темнопольной визуализации.
Задача настоящего изобретения решена благодаря объекту независимых пунктов формулы изобретения, при этом дополнительные варианты осуществления включены в зависимые пункты формулы изобретения.
Следует отметить, что нижеследующий раскрываемый аспект изобретения в равной степени относится к способу обработки изображений, к устройству визуализации, к компьютерному программному продукту и к машиночитаемому носителю.
Согласно первому аспекту изобретения обеспечен компонент для устройства детектирования рентгеновского излучения, содержащий слой, разбитый на множество различных областей, причем области имеют соответствующие периодические структуры с соответствующей фазой, при этом две соседние области имеют периодические структуры с разными фазами.
Более конкретно и согласно одному из вариантов осуществления, любые две соседние области имеют периодические структуры с разными фазами.
Согласно одному из вариантов осуществления, по меньшей мере одна (предпочтительно - любая) заданная область, по меньшей мере частично (предпочтительно - полностью) окружена областями, имеющими разные фазы, при этом каждая из разных фаз отличается от фазы этой заданной области.
По меньшей мере одна из областей охватывает один детекторный пиксель или группу таких пикселей.
Согласно одному из вариантов осуществления компонент является (отчасти) чувствительным к излучению, в частности, рентгеночувствительным. Более конкретно и согласно одному из вариантов осуществления, слой представляет собой сцинтилляционный детекторный слой непрямого преобразования или полупроводниковый детекторный слой прямого преобразования, или какой-либо другой. Вместо этого, в качестве другой альтернативы, слой может быть светочувствительным, например фотодиодным слоем слоя непрямого преобразования.
Согласно одному из вариантов осуществления, периодические структуры расположены по схеме чередования чувствительных к излучению (в частности, к рентгеновскому) и нечувствительных к излучению (в частности, к рентгеновскому) (то есть невосприимчивых) элементов. Элементы могут быть выполнены путем литографии и травления, лазерной нарезки или любым другим подходящим способом выполнения, таким как трехмерная печать. В одном из вариантов осуществления, где слой представляет собой сцинтилляционный слой, элементы могут включать в себя сцинтилляционные элементы и несцинтилляционные элементы.
Области с различными фазами (или фазовые области), как предлагается в настоящем документе, определяют пространственное структурирование чувствительного к излучению компонента, в частности, одного или более из его слоев. Структурирование является таким, что нижележащие детекторные пиксели могут одновременно зафиксировать интенсивности, как видно за счет использования периодических структур различных фаз. Это позволяет эффективно преобразовывать сигналы зафиксированных интенсивностей в изображения фазово-контрастной и/или темнопольной и/или трансмиссионной визуализации.
Области могут быть организованы в суперобласти. Число областей в каждой суперобласти определяет число соседних областей для каждого пикселя изображения. Для каждого пикселя изображения имеется суперобласть, при этом каждая область имеет различную фазу. Суперобласти являются концептуальными и определяют конкретную схему дискретизации. Для реализации этого используется граббер. Граббер может быть реконфигурируемым, так что размер суперобласти можно изменить (в частности, уменьшить) заранее или во время обработки. Размер может оставаться постоянным или может меняться для любой заданной обработки.
Предложенное структурирование в многофазные области, интегрированные в детектор, может дать следующие преимущества для томографической или радиографической визуализации. Для радиографической визуализации предложенный структурированный рентгеновский компонент позволяет ограничить перекрестные помехи пикселей, чтобы значительно улучшить качество шума изображения для рентгеновской фазово-контрастной и темнопольной модальности. Это достигается благодаря тому, что структурированный пиксельный рентгеновский компонент детектора позволяет получать изображения с однократным экспонированием благодаря областям, периодичности которых находится в разных фазах. При томографической визуализации предложенный компонент обеспечивает более надежный сбор данных, в частности, в сочетании с IBSIR (итеративным восстановлением на основе интенсивности, англ. intensity based iterative reconstruction), как, например, раскрыто в статье М. фон Тойфенбаха и др., как упоминалось выше. В частности, угловое фазовое пошаговое изменение сбора данных в режиме скользящего окна может дополняться пространственным фазовым пошаговым изменением между соседними пикселями благодаря предложенному рентгеновскому компоненту.
В соответствии с другим аспектом обеспечено устройство детектирования рентгеновского излучения, содержащее компонент согласно любому из вышеописанных вариантов осуществления.
В соответствии с другим аспектом обеспечено устройство рентгеновской визуализации, содержащее устройство детектирования рентгеновского излучения или компонент согласно любому из вышеописанных вариантов осуществления.
В соответствии с другим аспектом обеспечен способ обработки сигналов для темнопольной и/или фазово-контрастной визуализации и/или трансмиссионной визуализации, включающий следующие этапы:
принимают показания от устройства рентгеновской визуализации, имеющего в пределах пути визуализации множество периодических структур с по меньшей мере одной общей границей; и
преобразуют показания в сигналы темнопольного и/или фазово-контрастного и/или трансмиссионного изображения, причем указанное преобразование включает в себя регуляризацию. Преобразование сформулировано как задача оптимизации с точки зрения стоимостной функции. Регуляризация сформулирована как отдельный функциональный компонент, добавленный к стоимостной функции. Стоимостная регуляризация предназначена для обеспечения свойства сглаживания изменений одной, двух или всех трех переменных визуализации (также называемых в настоящем документе «каналами») для фазового контраста, темного поля и трансмиссии. Соответствующие изменения могут быть смоделированы с точки зрения поканального градиентного выражения.
Согласно одному из вариантов осуществления, граничащие периодические структуры имеют разные фазы.
В соответствии с другим аспектом обеспечен процессор, выполненный с возможностью реализации данного способа.
В соответствии с другим аспектом обеспечено устройство визуализации, включающее в себя или коммуникативно связанное с процессором.
В соответствии с другим аспектом обеспечен компьютерный программный элемент, который, при его выполнении по меньшей мере одним процессором, способен обеспечивать реализацию способа данным процессором.
Согласно другому аспекту обеспечен машиночитаемый носитель с хранящимся на нем программным элементом.
В соответствии с другим аспектом обеспечен компьютерный программный элемент, который, при его выполнении по меньшей мере одним процессором, способен обеспечивать формирование устройством аддитивной технологии (таким как ЗО-принтер) по меньшей мере одной из периодических структур согласно любому из раскрытых выше вариантов осуществления.
Согласно другому аспекту обеспечен машиночитаемый носитель данных (такой как файл CAD (системы автоматизированного проектирования)), содержащий сохраненный на нем программный элемент.
Краткое описание чертежей
Примерные варианты осуществления изобретения теперь будут описаны со ссылкой на следующие чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлена блок-схема устройства рентгеновской визуализации, включающего в себя детектор рентгеновского излучения и интерферометр;
на фиг. 2 представлен вид в разрезе детектора рентгеновского излучения в соответствии с двумя различными вариантами осуществления;
на фиг. 3 представлен вид сверху рентгеночувствительного компонента детектора рентгеновского излучения в соответствии с одним из вариантов осуществления;
на фиг. 4 представлены дополнительные варианты осуществления чувствительного к излучению компонента на виде сверху; и
на фиг. 5 представлена блок-схема последовательности операций способа обработки сигналов для темнопольной и/или фазово-контрастной визуализации и/или трансмиссионной визуализации.
Осуществление изобретения
Рассмотрим фиг. 1, где показано устройство 100 визуализации, содержащее устройство IX рентгеновской визуализации, способное создавать изображения объекта ОВ. Устройство IX рентгеновской визуализации содержит источник XR рентгеновского излучения и рентгеночувствительный детектор XD. Между источником XR рентгеновского излучения и детектором XD рентгеновского излучения имеется область исследования, в которой находится объект ОВ, который (или его часть) подлежит отображению.
Рентгеновский визуализатор XI, рассматриваемый в настоящем документе, в первую очередь предназначен для медицинских применений, таких как цели диагностики или навигации при вмешательствах, но в настоящем документе не исключаются другие, немедицинские применения. Иначе говоря, объект ОВ может быть одушевленным пациентом, таким как человек или животное, или его частью (например, исследуемым анатомическим элементом), или объект ОВ может быть неодушевленным, например, при контроле безопасности багажа или при неразрушающем контроле материала, или каким-либо другим.
Оптическая ось и направление распространения устройства IX визуализации на чертеже обозначены буквой Z. Оптическая ось определяет путь визуализации, по которому происходит визуализация. Упоминаемые ранее и в дальнейшем пространственные классификаторы, такие как «спереди/сзади», «после/перед» или «ниже/выше» и т.д., всегда относятся к указанной оптической оси Z с направлением от источника XR рентгеновского излучения к детектору XD.
Рассматриваемое в настоящем документе устройство рентгеновской визуализации может быть поворотного или объемного типа, такого как сканер компьютерной томографии (КТ), где оптическую ось Z можно изменить для получения сигналов проекционного детектора от множества направлений, чтобы на основании этого с помощью подходящих схем объемного восстановления рассчитывать 3D-изображения внутреннего устройства объекта. Однако объемная визуализация не обязательно рассматривается во всех вариантах осуществления, но в настоящем документе также рассматриваются более простые варианты осуществления устройства плоскостной рентгенографии, где оптическая ось Z остается неподвижной.
Устройство IX рентгеновской визуализации, рассматриваемое в настоящем документе, выполнено с возможностью i) фазово-контрастной и/или ii) темнопольной и/или iii) абсорбционной визуализации (совместно или по отдельности (для любой одной из трех) или для любых двух из трех i)-iii), соответствующую визуализацию мы будем называть основанной на решетке (в частности, интерферометрической) визуализацией, кратко «(T,D,φ)-визуализацией»). С этой целью устройство IX рентгеновской визуализации включает в себя решетчатое устройство, такое как интерферометр IRF, расположенное с объектом ОВ в области исследования. В частности, заявленное устройство IX визуализации включает в себя в качестве интерферометра IRF одну интерферометрическую фазовую решетку, обозначенную в настоящем документе G1. Это отличается от других интерферометрических устройств, предложенных, например, Ф. Пфайфером (F. Pfeiffer) и др., в которых используется дополнительная (поглощающая) решетка G2. В рассматриваемом в настоящем документе устройстве IX рентгеновской визуализации не требуется второй, дискретной поглощающей решетки G2. Хотя ниже и выше упоминается «интерферометрическая визуализация» с помощью интерферометра IF, понятно, что это всего лишь один из вариантов основанной визуализации на основе решеток, и что настоящим документом также предусмотрены другие методы визуализации на основе решеток, такие как визуализация с кодированной апертурой (например, как сообщается в работе А. Оливо (A. Olivo) и др., «Метод кодированной апертуры, обеспечивающий рентгеновскую фазово-контрастную визуализацию с традиционными источниками (англ. A coded-aperture technique allowing X-ray phase contrast imaging with conventional sources)», Appl. Phys. Lett. 91 (2007)), или другие.
В заявленной системе однофазная решетка G1 интерферометра IRF включает в себя периодические структуры в виде канавок или бороздок. В одном из вариантов осуществления они нарезаются или протравливаются мокрым травлением или глубоким реактивным ионным травлением (DRIE, от англ. deep reactive-ion etching) или другими подходящими средствами изготовления в пластине кремния. Периодичность (расстояние между любыми двумя соседними канавками) или «шаг» обозначается g1 и в одном из вариантов осуществления составляет приблизительно 4 мкм, но это зависит от средней энергии пучка ХВ и/или его яркости или других факторов, как более подробно будет объяснено ниже.
При эксплуатации однофазная решетка G1 располагается либо спереди, либо позади объекта ОВ в области исследования. Источник XR рентгеновского излучения действует, генерируя пучок ХВ рентгеновского излучения, который взаимодействует с объектом и интерферометром IRF, то есть с решеткой G1. После взаимодействия излучение в виде электрических сигналов детектируется на детекторе рентгеновского излучения. Электрические сигналы оцифровываются системой DAS сбора данных и направляются на входной интерфейс IN системы SPS обработки сигналов. Система SPS обработки сигналов преобразует эти сигналы в изображения, которые затем выдаются через порт OUT для отображения на мониторе МТ или для сохранения, или для другой обработки. В частности, система обработки сигналов включает в себя функциональную возможность восстановления изображений RECON, которые будет подробнее раскрыты ниже. Функциональная возможность восстановления RECON позволяет преобразовывать принятые сигналы детектора в фазово-контрастную и/или темнопольную и/или трансмиссионную визуализацию. Система SPS обработки сигналов может быть встроена в устройство IX визуализации или может работать удаленно от него на рабочей станции WS, связанной с визуализатором IX. В частности, заявленная система SPS обработки сигналов может работать как программа программного обеспечения на визуализаторе XI или на рабочей станции WS или на сервере в среде, поддерживаемой облаком. Заявленная система SPS может быть реализована в виде аппаратного обеспечения, в частности в виде схемы, например, такой как специализированная интегральная схема, путем подходящего программирования, например такого как FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица). Также предусмотрены аппаратные реализации интегральных схем. Интегральная схема может быть встроена в видео или графическое аппаратное обеспечение рабочей станции или может быть встроена как ступень обработки в DAS, и т.д.
Рассмотрим теперь более подробно возможности заявленного рентгеновского визуализатора по фазово-контрастной или темнопольной визуализации, это частично обеспечивается интерферометром IRF, а в других частях - детектором XD, выполненным новаторским способом. Если рентгеновское излучение, подаваемое источником XS рентгеновского излучения, изначально не является когерентным, на детекторе рентгеновского излучения устанавливается поглощательная решетка G0 для преобразования пучка рентгеновского излучения во множество когерентных пучков рентгеновского излучения, которые затем взаимодействуют с объектом ОВ и с фазовой решеткой G1. Решетка G0 источника на источнике XR имеет периодичность д0. G0 является поглощательной решеткой. Она может быть изготовлена путем вырезания или травления канавок или бороздок в пластине из кремния или другого материала, как раскрывалось выше для фазовой решетки G1. Но в отличие от решетки G1, в решетке G0 ее бороздки заполнены веществом из тяжелых химических элементов, таким как золото, свинец или другие, чтобы сообщить ей частичное поглощающее действие. Заполнение может быть выполнено путем гальванического покрытия или другим способом. Функциональные соотношения между периодами g0 и g1 регулируются в соответствии с определенными конструктивными нормами, такими как λ/γ0g0≥g1, где I - расстояние между G0 и G1, λ - средняя длина волны рентгеновского излучения, а γ0 - отношение ширины G0 линии источника к периоду g0.
Одиночная решетка G1 действует как фазовая решетка. Иначе говоря, она дифрагирует входящее излучение путем фазового сдвига (например, на π) в картину дифракционных полос, которая может быть обнаружена на детекторе XD. Кроме того, на некоторых других расстояниях фазовая модуляция преобразуется в модуляцию интенсивности. Эти расстояния называются дробными расстояниями Тэлбота. Именно на таком дробном расстоянии Тэлбота d находится чувствительный к излучению слой XS детектора XD.
Как предложено в настоящем документе, чувствительный к излучению слой структурирован так, что интенсивности фиксируются посредством пикселей, покрытых периодическими структурами с разными фазами. Таким образом, это влияет на одновременную пространственную дискретизацию положений интерференционных полос в картине интерференционных полос. Иначе говоря, функция специально структурированного чувствительного к излучению слоя XS состоит в том, чтобы преобразовывать дифракционную картину интерференционных полос в модуляцию интенсивности, из которой можно получить фазу падающих рентгеновских лучей и величину рассеяния, и, при необходимости, также можно определить поглощение, учитывая базовое положение интерференционных полос, которое может быть установлено при сканировании воздуха, когда объект отсутствует. В частности, значения интенсивности, зафиксированные на разных фазах, образуют для каждого пикселя изображения фазовую кривую, которая включает в себя требуемые сигналы интерферометрического изображения для любого из трех каналов (T,D,φ)-визуализации. Для извлечения этой информации можно использовать Фурье-анализ или соответствующие способы оптимизации, как будет более объяснено ниже при рассмотрении фиг. 5.
Как кратко упоминалось выше, более ранние подходы в фазово-контрастной визуализации, такие как описаны Пфайфером (Pfeiffer) и др., используют интерферометрическое устройство IRF Тэлбота-Лау со второй решеткой G2 для выполнения дискретизации картины интерференционных полос. В частности, дискретизация картины интерференционных полос ранее выполнялась путем сканирования в поперечном направлении, то есть перпендикулярно оптической оси Z, указанной поглощающей решетки G2, чтобы таким образом получить для каждого пикселя серию измерений интенсивности во множестве рентгеновских экспонирований («кадров»). Эти измерения вместе определяют соответствующую фазовую кривую для каждого пикселя. В контексте визуализации с кодированной апертурой «G2» представляет собой решетку с коэффициентом использования (определяемым как частное рентгеночувствительной и нечувствительной к рентгеновскому излучению площади) изменяющимся от 0,5, что является типичным значением для интерферометрического применения.
При радикальном отходе от этих подходов и как уже упоминалось вначале, в предложенном в настоящем документе устройстве не требуется отдельной, дискретной фазовой решетки G2, а вместо этого теперь в детектор XD рентгеновского излучения встроена функциональная возможность дискретизации интерференционных полос. Отказ от использования решетки G2 позволяет упростить конструкцию, поскольку для сканирования решетки G2 не требуется механическое устройство, как это было ранее. Хотя существовали и более ранние подходы, которые также обходились без сканирования, заявленная схема обеспечивает более надежную обработку шума и лучшее качество изображения.
Также, еще одним преимуществом заявленного визуализатора является возможность получения фазово-контрастного и темнопольного изображений при однократном рентгеновском экспонировании, а не посредством последовательности многократного экспонирования, получаемого во время сканирования с пошаговым изменением фазы, чтобы получить серию измерений, раскрыто как в работе Пфайфера (Pfeiffer) и др.
Кратко подводя итог, рассматриваемый в настоящем документе детектор XD рентгеновского излучения для использования в устройстве IX визуализации, позволяет локально для каждого пикселя изображения получать множество интенсивностей при разных фазах, что делает устаревшим сканирование с фазовым шаговым движением с дополнительной поглотительной решеткой G2. Эта возможность локализованного многофазного сбора данных с одиночным кадром детектора рентгеновского излучения, как рассматривается в настоящем документе, теперь будет объяснена более подробно при рассмотрении фиг. 2.
В частности, на фиг. 2а, b представлены виды в разрезе детектора XD рентгеновского излучения, плоскость разреза на каждом виде параллельна оптической оси Z. На фиг. 2а показан детектор XD типа непрямого преобразования, тогда как на фиг. 2В показан детектор XD согласно другому варианту осуществления, а именно - типа прямого преобразования. Как правило, каждый тип детектора включает в себя чувствительный к излучению компонент XS, который действует как преобразователь для изменения характера падающего рентгеновского излучения. Например, рентгеновское излучение может быть преобразовано в другой тип излучения, или в заряд, или во что-либо иное. Хотя оба типа детекторов рассматриваются в настоящем документе в разных вариантах осуществления, детектор XD типа непрямого преобразования на фиг. 2а, к которому мы обратимся в первую очередь, является предпочтительным.
Внутри корпуса Н детектора находится множество слоев. Лицевая сторона корпуса Н, которая проксимальна к источнику ХВ детектора, включает в себя входное окно IW для приема излучения от ХВ (которое уже взаимодействовало с интерферометром IRF и объектом ОВ) во внутреннюю область корпуса Н. Чувствительные к излучению слои расположены внутри корпуса со сцинтилляционным слоем SL, являющимся проксимальным, и находящимся под ним слоем LD фотодиодов, например из аморфного кремния или из чего-либо подобного. Нижний слой образован схемой RE считывания, например, в виде массива тонкопленочных транзисторов (TFT) или чего-либо иного.
Сцинтилляционный слой SL выполнен из кристаллов (например, иодида цезия (Csl) или из чего-либо другого), которые выращивают для определения пикселизации РХ внутри сцинтилляционного слоя. При воздействии пучка ХВ рентгеновского излучения фотоны видимого света высвобождаются сцинтилляционным слоем SL и распространяются книзу, чтобы быть обнаруженными в соответствующих местах посредством соответствующего фотодиода из фотодиодов LD. Фотодиоды LD преобразуют видимый свет в электрические сигналы, которые затем считываются считывающим электронным устройством RE и передаются на DAS и обрабатываются, как было раскрыто выше при рассмотрении фиг. 1. Вместо фотодиодов может использоваться ПЗС (прибор с зарядовой связью)-слой датчика, и в этом случае в уровне RE может не требоваться массив TFT.
В детекторе XD типа прямого преобразования на фиг. 2b отсутствует сцинтилляционный слой, но рентгеночувствительный компонент XS теперь представляет собой полупроводниковый слой SEM (например, из а-селена или из чего-либо другого), который расположен между электродами, при этом анод расположен сверху, а катоды расположены дистально под полупроводниковым слоем SEM (электроды на чертеже не показаны). Катоды определяют пикселизацию РХ и подключены к считывающему электронному устройству RE. Напряжение подается на полупроводниковый слой XS. Фотоны в пучке ХВ рентгеновского излучения проникают в полупроводниковый слой SEM и вызывают образование облачных зарядов дырок и электродов в полупроводниковом слое SEM. Дырки дрейфуют к катодам, в то время как электроны дрейфуют к анодам, вызывая тем самым электрический сигнал, который регистрируется считывающим электронным устройством RE и обрабатывается, как раскрыто выше на фиг. 1.
Пикселизация при типе прямого преобразования задается схемой расположения электродов (в частности, катодов), в то время как пикселизация в детекторе типа непрямого преобразования на фиг. 2а определяется способом выращивания кристаллов в сцинтилляционном слое SL.
Теперь рассмотрим сначала тип непрямого преобразования на фиг. 2А, в настоящем документе в предпочтительном варианте осуществления предусматривается включение функциональной возможности дискретизации интерференционных полос в чувствительный к излучению компонент XS внутри корпуса Н детектора. В одном из вариантов осуществления функциональная возможность дискретизации интерференционных полос встроена или интегрирована в сам сцинтилляционный слой SL. Как отмечалось выше, функциональная возможность дискретизации интерференционных полос соответствует поглотительной решетке с периодичностью g2, реализованной в виде подходящих геометрических структур, имеющих эту периодичность. Периодичность в сцинтилляционном слое предпочтительно составляет половину фазовой решетки в G1, умноженную на увеличение от G1 до G2 для решетки с фазовым сдвигом на π. Альтернативно, функциональная возможность дискретизации интерференционных полос может быть включена в качестве подходящих периодичностей в требуемый период в фотодиодном слое LD.
Альтернативно, если тип прямого преобразования используется согласно фиг. 2В, то периодичности могут быть впечатаны в полупроводниковый слой XS, где генерируются облака электрических зарядов. Предпочтительно, для уменьшения эффектов разделения заряда используются программные или аппаратные функциональные возможности.
Для более подробного объяснения функциональной возможности дискретизации интерференционных полос чувствительного к излучению компонента XS детектора XD рентгеновского излучения, как предложено в настоящем документе, рассмотрим теперь фиг. 3 и фиг. 4.
Обратимся сначала к фиг. 3а, b, где показаны соответствующие виды сверху (вдоль оптической оси Z) соответствующего чувствительного к излучению компонента SX, предусматриваемого настоящим документом, с вырезанным корпусом и другими слоями. В частности, на фиг. 3а показан разрез чувствительного к излучению компонента SX по фиг. 3b.
Чувствительный к излучению компонент XS, например сцинтилляционный слой, или полупроводниковый слой, или что-либо иное, как отмечалось выше, структурирован так, чтобы иметь периодичность g2. Для периодичности g2 применяются правила расчета Тэлбота в соответствии с g0=g2*I/d Подходящее значение d дробных расстояний Тэлбота теперь проходит от фазовой решетки G1 до указанного структурирования чувствительного к излучению компонента XS внутри детектора XD. В общем, период g2 равен половине периода g1 фазовой решетки G1 интерферометра IRF, умноженной на увеличение от G1 до G2 для решетки с фазовым сдвигом на π. Для решеток с фазовым сдвигом на π/2 период g2 равен g1.
Чувствительный к излучению слой SX разбит (не обязательно весь) на несколько областей Rj, из которых показаны четыре, отмеченные R1-R4 в примерном варианте осуществления по фиг. 3а. Все эти области Rj встречаются или соединяются у соответствующих границ IF. Каждая из областей имеет одинаковую периодичность g2, но с разными фазами относительно друг друга. Так, например, «фазовая область» R1, как это можно соответственно назвать в верхней левой части фиг. 3а, имеет периодичность g2 при определенной базовой фазе, скажем, «0», в то время как остальные три соседние области R2-R4 имеют такую же периодичность, но смещены (геометрически) на π/2, π или 3π/2, соответственно, относительно фазы 0 первой указанной фазовой области R1. Эта фазовая структура 2×2 или супер- или комбинированная-многофазная область может затем повторяться на остальной части поверхности слоя SL. Две из таких (в данном случае 2×2) суперобласти показаны жирными и пунктирными линиями, соответственно, на фиг. 3b.
Предпочтительно предусмотрено что вся поверхность чувствительного к излучению слоя XS разбита (или разделена) так, что каждое местоположение на указанной поверхности попадает точно в одну из фазовых областей Rj, но это не обязательно должно быть так во всех вариантах осуществления, где некоторые участки слоя XS остаются неструктурированными. Предпочтительно, но не обязательно во всех вариантах осуществления, каждая из областей Rj имеет размер, охватывающий точно один и только один пиксель РХ детектора, который задан аппаратными средствами детекторных схем, как пояснялось выше при рассмотрении фиг. 2. Альтернативно, некоторые или все из областей Rj могут покрывать соответствующие группы из двух или более таких собственных аппаратных пикселей РХ.
Наличие разбиения чувствительной к излучению поверхности на области Rj с разной фазой позволяет одновременно считывать за одиночное рентгеновское экспонирование всю необходимую информацию об интенсивности при разных фазах, для чего ранее требовалась операция фазового пошагового изменения, как в работе Пфайфера (Pfeiffer) и др. С этой целью и в некоторых вариантах осуществления настоящей схемы определяют пиксели IPX виртуального изображения, местоположения которых не совпадают с местоположением любого из собственных пикселей РХ. Например, в схеме 2×2 по фиг. 3а, пиксель IPX изображения определяется местоположением общих вершин четырех прямоугольных, в частности, квадратных, областей Rj.
Для этого местоположения пикселя IPX виртуального изображения (T,D,φ)-сигналы могут быть восстановлены путем обработки всех интенсивностей, предоставляемых пикселями под окружающими областями R1-R4, которые из-за их разных конфигураций фаз получили интенсивности с разными фазами, аналогично операции четырехэтапного пошагового изменения в традиционной схеме Пфайфера (Pfeiffer) и др. Поскольку местоположение пикселя IPX виртуального изображения отличается от местоположения окружающих пикселей РХ детектора под окружающими областями Rj, существует небольшая угловая погрешность при использовании окружающих пикселей детектора для считывания значений интенсивности при вычислении значений изображения, но было установлено, что эта погрешность является незначительной. Тем не менее, чтобы сохранить эту погрешность в разумных пределах, предпочтительно не делать суперобласти слишком большими. Предпочтительно, чтобы пиксели детектора в каждом суперпикселе находились в пределах одинарной или удвоенной ширины пикселя РХ детектора в местоположении IPX пикселя изображения.
Структурирование чувствительного к излучению слоя в периодичности g2 областей Rj может быть выполнено путем формирования (посредством любого вида субтрактивной обработки) канавок или бороздок в рентгеночувствительном слое (например, сцинтилляционном слое SL, или полупроводниковом слое SEM, или в каком-либо другом), чтобы локально отключить рентгеночувствительный компонент XS. Таким образом, каждая область Rj имеет одинаковую периодичность, определяемую последовательным чередованием рентгеночувствительных участков С и нечувствительных к рентгеновскому излучению участков Т, но с разными относительными фазами. Альтернативно и наоборот, можно использовать базовый материал, нечувствительный к рентгеновскому излучению, и локально добавлять рентгеночувствительные элементы. В альтернативном варианте, аналогичное структурирование может быть выполнено в фотодиодном слое DL.
Вместо вышеописанной субтрактивной обработки периодические структуры в областях Rj могут быть выполнены по аддитивной технологии, такой как 3D-печать, в слоях, линиях или воксельно. Геометрическое описание периодической структуры и разбиения закодировано в файле, таком как файл CAD или какой-либо другой. Описание преобразуется в команды, которые затем используются для управления работой 3D-принтера или другого устройства аддитивной технологии.
Нечувствительные к рентгеновскому излучению участки Т показаны на фиг. 3а заштрихованными полосками, тогда как рентгеночувствительные участки С, которые являются участками между любыми двумя участками Т, показаны без штриховки. Рентгеночувствительные участки С представляют собой промежутки, которые остаются между любыми двумя соседними нечувствительными к рентгеновскому излучению участками Т. К каждой из областей может применяться одинаковая обработка формы, однако каждый раз фазу периодичности соответственно сдвигают на величину фазового сдвига. Предпочтительно фазовые сдвиги для каждой области Rj равномерно распределены по полной фазе 2π, так что величина фазового сдвига составляет 2π/K, при этом K определяет количество соседних фазовых областей Rj. Например, на фиг. 3а, b фазовая суперобласть представляет собой структуру 2×2, поэтому для каждого пикселя IPX изображения имеется четыре соседних области. Для схемы суперобласти 2×2 с четырьмя различными фазовыми (суб-) областями R1-R4 полный период 2π разделен на четыре равных фазовых сдвига, которые составляют 0, π/2, π, 3π/2, по одному для каждой из соседних фазовых областей в суперобласти. Схему 2×2 соседних областей затем повторяют, как указано, предпочтительно - по всей поверхности чувствительного к излучению слоя SL, чтобы определить разбиение. В альтернативном варианте также может быть предусмотрено неравномерное распределение фаз по областям Rj для некоторых или всех суперобластей.
Из вышесказанного будет понятно, что благодаря концепции и местоположению пикселей IPX изображения восстановленное фазово-контрастное или темнопольное изображение, как правило, будет меньше, чем полное поле обзора детектора из-за отсутствующей граничной части.
На фиг. 4 показаны виды сверху альтернативных схем расположения фазовых областей Rj по поверхности чувствительного к излучению слоя/компонента XS. Например, на фиг. 4а показана схема расположения суперобласти 3×3 в девяти соседних областях R1-R9, при этом относительные фазовые сдвиги составляют доли 2π/9, хотя в настоящем документе также предусмотрены неравномерные величины фазового сдвига. Понятно, что по сравнению со схемой на фиг. 3а пиксель IPX изображения на фиг. 4а теперь соответствует соответствующему аппаратному положению пикселя РХ, например заштрихованной области «4π/9» в центре суперобласти 3×3, ограниченной жирными линиями. Это будет иметь место для любой суперобласти с нечетной краевой длиной (2k+1)*(2k+1), k≥1 (тогда как для суперобластей с четным краем положение IPX изображения обычно не соответствует аппаратному положению пикселя РХ). В случае суперобластей 3×3, состоящих из 9 фазовых областей R1-R9, соответствующий фазово-контрастный или темнопольный сигнал восстанавливают для пикселя IPX изображения на основании показаний интенсивности при разных фазах из пикселей РХ восьми окружающих областей (каждая из которых имеет другую фазу) блока 3×3 и центрального пикселя, где находится пиксель IPX изображения.
Варианты осуществления по фиг. 3а, b и фиг. 4а могут быть расширены с необходимыми изменениями до любой блочной схемы расположения N×N суперобластей, но, принимая во внимание ранее упомянутый предел погрешности, можно ожидать, что N будет меньше 5 для большинства практических применений. Предпочтительно, каждый пиксель IPX изображения, который может совпадать или не совпадать с истинным местоположением аппаратного пикселя РХ, должен быть связан с соседними фазовыми областями, которые имеют по меньшей мере три разные фазы, чтобы однозначно определять соответствующую фазовую кривую и таким образом обеспечивать лучшие результаты восстановления (T,D,φ)-изображений. Предпочтительно, для каждого изображения пиксель IPX окружен разными фазовыми областями с разными фазами. Еще более предпочтительно, суперобласти для каждого пикселя IPX изображения расположены так, что каждая область Rj в суперобласти имеет другую фазу. Это делает обработку изображения устойчивой к шуму. В принципе, чем больше будет областей Rj с разными фазами вокруг данного пикселя IPX изображения, тем точнее будет определение фазовой кривой и, следовательно, будет точнее восстановление (T,D,φ)-изображений. Как отмечалось, предпочтительными являются 3 различных фазы, хотя в некоторых особых случаях также может быть достаточно двух, например, если заранее известно, что темнопольный сигнал равен нулю. Предпочтительно, число различных фазовых областей Rj, соседних с данным пикселем IPX изображения, составляет приблизительно 3-9.
Схема по фиг. 4b, показывает другой вариант осуществления с пятью разными фазовыми областями R1-R5, расположенными в разных сериях, каждая из которых имеет длину в пять областей с разными фазами, расположенными одна за другой, повторяясь в каждой строке, но со смещением на одну или более фаз относительно друг друга в разных строках (структура также может быть транспонирована с чередованием строк и столбцов). Также предусмотрены серии, отличные от 5, при этом число строк также может отличаться от 5. Предпочтительно, число серий равно числу строк. Число серий в каждой строке, длина серий и число строк/столбцов будет зависеть от требований к размеру детектора. Числа на фиг. 4b обозначают пять примерных фаз: 0°, 72°, 144°, 216° и 288°. Они распределены по сериям так, что любые две соседние области имеют относительно большую разность фаз. В конкретной схеме по фиг. 4b разность фаз составляет 144°. В общем случае и в соответствии с одним из вариантов осуществления, для любой заданной последовательности фаз αk, распределение между областями Rj является предпочтительным, так что разность фаз будет максимальной для по меньшей мере двух соседних областей Rj.
Можно видеть, что суперобласти в варианте осуществления по фиг. 4b являются одномерными (линейными), а не двумерными, как на фиг. 3 и фиг. 4а.
В варианте осуществления по фиг. 4b никакие две соседние области не имеют одинаковой фазы. Разбиение на фиг. 3, 4а удовлетворяет более строгому требованию, чтобы не было двух соседних областей Rj,k (j≠k) с одинаковой фазой по границе и по диагонали между вершинами. Распределение фаз между областями Rj на фиг. 4b является примерным, и вместо этого могут использоваться другие распределения.
Схемы по фиг. 4b могут быть пригодны для КТ, в частности, для восстановления с использованием методов скользящего окна согласно работе И. Занетте (I. Zanette) и др. или подобному. Схемы на фиг. 3 и фиг. 4а могут быть более подходящими для радиографической визуализации, когда используются детекторы с полным обзором (FoV, от англ. full-view), что может не относиться к КТ, где детекторы расположены в нескольких линиях детекторов, не обязательно покрывающих в связи с этим весь полный обзор. Схема на фиг. 4b в сериях обеспечивает эффективное изготовление по сравнению с конструкцией по фиг. 3 и фиг. 4а.
В томографических применениях заявленное многофазное структурирование обеспечивает пространственное пошаговое изменение фазы по смежным пикселям, и это может предпочтительно сочетаться с угловым пошаговым изменением фазы в методе скользящего окна. Дальнейшее сочетание с восстановлением IBSIR является еще более предпочтительным, поскольку это позволяет получить устойчивую к шуму картину дискретизации для КТ.
Для простоты изготовления фазовые области Rj предпочтительно представляют собой прямоугольники или квадраты, хотя в настоящем документе не исключаются другие, предпочтительно - правильные, многоугольные формы, такие как треугольник, пятиугольник, шестиугольник. Неправильные многоугольники могут быть востребованы в других вариантах осуществления, хотя стоимость изготовления может быть выше. Для областей Rj также могут быть предусмотрены отличные от многоугольных формы, такие как криволинейные (например, круглые), а также комбинации любых из этих форм. В равной степени формы суперобластей также могут иметь любую подходящую многоугольную или криволинейную форму или их комбинацию.
В дополнение к рассмотренному выше, не все формы области Rj могут быть одинаковыми. Иначе говоря, предусмотрены разбиения в разных формах. То же самое относится к формам суперобластей, которые могут быть не обязательно одинаковыми по всей поверхности XS, но могут отличаться друг от друга. В качестве еще одного дополнения рассмотренного выше, формы или типы форм суперобластей могут отличаться от форм или типов форм их областей Rj. Например, на фиг. 3 и фиг. 4а области представляют собой квадраты, как и суперобласти N×N. Однако это может быть не так во всех вариантах осуществления, таких как на фиг. 4b, где соотношение сторон прямоугольников области Rj отличается от соотношения сторон длинного прямоугольника суперобласти. В других вариантах осуществления суперобласти могут быть прямоугольными или иметь любую другую форму, тогда как области остаются квадратными или имеют любую другую форму, отличную от формы суперобласти.
Чтобы правильно определить различные показания интенсивности для разных фаз для каждого пикселя изображения, имеется сигнальный грабберный компонент (не показан), который связывает с каждым положением пикселя изображения соответствующие аппаратные местоположения пикселей в соответствующей суперобласти (например, в блоке N×N). Это может быть реализовано с помощью справочной таблицы. Иначе говоря, суперобласти являются концептуальными и определяют конкретную картину дискретизации. Граббер используется для реализации картины дискретизации. Граббер может быть реконфигурируемым, чтобы размер суперобласти можно было менять (в частности, уменьшать) заранее или динамически во время обработки сигнала. Размеры суперобластей могут оставаться постоянными или могут меняться для любой заданной обработки.
Рассмотрим теперь блок-схему последовательности операций на фиг. 5, чтобы более подробно объяснить этапы способа, которые лежат в основе работы восстановителя RECON при обработке данных, полученных заявленным детектором XD. Более конкретно, будет объяснено более подробно, как различные интенсивности, зафиксированные при разных фазах, могут комбинироваться для вычисления (T,D,φ)-изображений, то есть, в частности, сигнала фазово-контрастного изображения и/или сигнала темнопольного изображения и/или, при необходимости, сигнала абсорбционного/трансмиссионного изображения. Далее будет понятно, что этапы обработки, раскрываемые ниже в отношении способа, не обязательно связаны с архитектурой, приведенной выше на фиг. 1-5, но следующие этапы способа также могут трактоваться как самостоятельная идея.
На этапе S510 принимают показания детектора от детектора XD устройства рентгеновской визуализации. Эти показания были получены из сигналов визуализации, полученных детектором XD в то время, когда на пути визуализации (то есть вдоль оптической оси Z) присутствовало множество периодических структур при рентгеновском облучении детектора рентгеновского излучения. Далее, рентгеновское излучение, перед его обнаружением детектором XD рентгеновского излучения, прошло через интерферометр IRF и отображаемый объект ОВ. В одном из вариантов осуществления и предпочтительно рассматривается в настоящем документе, периодические структуры образованы многофазными областями, интегрированными в рентгеночувствительный компонент XS детектора XD рентгеновского излучения, как объяснялось выше при рассмотрении фиг. 3 и 4. Таким образом, каждое положение пикселя IPX изображения, обозначенное j, связано с множеством из трех или более измерений i интенсивности, выполняемых при различных фазах в соответствующих фазовых областях Rj вокруг соответствующего положения j пикселя. Эти измерения интенсивности формируют соответствующие фазовые кривые для каждого пикселя и будут обозначаться здесь как mij.
На этапе S520 измерения mij.затем обрабатывают для каждого пикселя j в схеме поиска фазы, которая может быть сформулирована как задача попиксельной оптимизации для каждого пикселя j изображения как
где Tj, Dj, и φj - требуемые значения для трансмиссии, темнопольного сигнала и фазового сдвига, обусловленные объектом, mij - различные измерения, относящиеся к этому пикселю изображения. Величины Aij, Vij, и αij представляют собой интенсивности пустого сканирования, видимости и фазы интерференционных полос. σij - стандартное отклонение измерения mij.
Вышеуказанная оптимизация с точки зрения стоимостной функции Δ по уравнению (1) включает в себя неявную схему сглаживания с использованием члена регуляризации R - функционального компонента - в формуле оптимизации, чтобы выбраковывать изменения. Предложенная регуляризация действует, в частности, в канале темнопольного сигнала и в фазово-контрастном канале и/или в трансмиссионном канале. Регуляризация сглаживания помогает компенсировать собственную субдискретизацию, поскольку на пиксель j изображения приходится только одно измерение i. Таким образом, это, по существу, является недоопределенной задачей, и предлагаемое неявное сглаживание по каналам регуляризации помогает решить эту задачу. Также следует отметить, что метод суперобластей (или суперпикселей) в многофазных структурах Rj, как раскрыто выше, сам по себе является сглаживанием, но методом «грубой силы», что является нежелательным. Добавленное ограничение R сглаживания, обеспечивающее поканальную регуляризацию, помогает это сбалансировать и повышает устойчивость.
Оптимизация (1) состоит в том, чтобы согласовать переменные Т, D, φ канала изображения (трансмиссионную Т, темнопольную D и фазовую φ) с измерениями mij, так, чтобы минимизировать квадратную сумму. Также предусмотрены другие формулировки целевой функции, где другие выражения должны быть минимизированы или максимизированы,. Понятно, что для решения задачи оптимизации при согласовании измерений с тремя переменными Т, D, φ канала изображения можно использовать любую подходящую схему численной оптимизации, такую как сопряженные градиенты, наискорейший спуск, итеративный покоординатный спуск и др. Также понятно, что для правильного учета трех эффектов поглощения, рассеяния и преломления три переменные Т, D, φ изображения предпочтительно должны быть согласованы вместе в схеме оптимизации, чтобы должным образом разделить три сигнала, чтобы избежать перекрестных помех между любыми двумя из них.
В настоящем документе предусмотрен ряд различных вариантов осуществления для члена регуляризации, при этом λ указывает степень регуляризации, которая представляет собой любое положительное число, которое можно регулировать посредством анализа стоимостной функции, например, путем анализа остатка стоимостной функции, наподобие того, что сообщается П.С. Хансеном (Р.С. Hansen) и др. в работе «Использование остаточной информации при выборе параметров для дискретных некорректных задач (Exploiting Residual Information in the Parameter Choice for Discrete III-Posed Problems)», BIT Numerical Mathematics, том 46, выпуск 1, стр. 41-59, март 2006. Другие подходы, основанные на остатке стоимостной функции также предусмотрены в настоящем документе.
Конкретные варианты осуществления функции регуляризации λR(Т,D,φ), рассматриваемой в настоящем документе, включают в себя следующее:
В одном из вариантов осуществления минимизация общего изменения используется независимо для каждого канала изображения:
В выражении (2) и ниже «|| ||» указывает подходящую норму, обеспечивающую измерение сглаживания посредством соответствующего градиента канала. «|| ||» может указывать абсолютные значения (1-норма), при этом в настоящем документе также предусмотрены другие нормы, такие как евклидовы или р-нормы (р>2), или их комбинации, или другие.
В другом варианте осуществления используется минимизация общего отклонения, независимая для каждого канала, но полное отклонение накладывается на интегрированную фазу Ф, а не на дифференциальную фазу φ:
В еще одном варианте осуществления ядерная регуляризации нормы используется в канале изображения с ослаблением и интегрированном фазовом канале, что дополнительно способствует аналогичным градиентам в этих двух изображениях, где wT и wФ являются коэффициентами регуляризации, чтобы взвешивать степень регуляризации в двух каналах изображения:
Другие функции регуляризации λR(T,D,φ), отличные от полной вариации (TV) или ядерной регуляризации нормы, также предусмотрены в альтернативе, например, можно использовать регуляризацию Хьюбера, TV более высокого порядка и/или что-либо аналогичное. Также предусмотрены комбинации этих или других различных членов регуляризации.
Общим для этих членов регуляризации является то, что они решают задачу субдискретизации путем сглаживания, как описано выше.
Еще одним преимуществом предлагаемой схемы фазового поиска является то, что разрешение изображений можно контролировать независимо. В частности, при применении к темнопольной визуализации легких может потребоваться обеспечить трансмиссионное изображение с более высоким пространственным разрешением, чем у темнопольного изображения. Это может быть достигнуто путем наложения более строгого ограничения сглаживания на темнопольное изображение D путем увеличения соответствующей степени регуляризации.
В заключение оптимизации на этапе S520, предпочтительно - со схемой сглаживания, как описано выше, темнопольное изображение и/или фазово-контрастное изображение и/или, если требуется, трансмиссионное изображение на этапе S530 может быть выдано для отображения или для дальнейшей обработки, хранения и т.д.
В другом примерном варианте осуществления настоящего изобретения предложена компьютерная программа или компьютерный программный элемент, отличающийся тем, что он обеспечивает выполнение этапов способа в соответствии с одним из предыдущих вариантов осуществления в соответствующей системе.
Таким образом, компьютерный программный элемент может храниться в компьютерном блоке, который также может быть частью варианта осуществления настоящего изобретения. Этот компьютерный блок может быть выполнен с возможностью реализации или побуждения к реализации этапов способа, раскрытого выше. Кроме того, он может быть выполнен с возможностью приводить в действие компоненты раскрытого выше устройства. Компьютерный блок может быть предназначен для автоматической работы и/или для выполнения команд пользователя. Компьютерная программа может быть загружена в рабочую память процессора данных. Таким образом, процессор данных может быть оснащен для осуществления способа согласно изобретению.
Этот примерный вариант осуществления изобретения охватывает как компьютерную программу, в которой изначально используется изобретение, так и компьютерную программу, которая посредством обновления превращает имеющуюся программу в программу, в которой используется изобретение.
Кроме того, компьютерный программный элемент может быть способен обеспечить все требуемые этапы для выполнения процедуры примерного варианта осуществления способа, как раскрыто выше.
В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления настоящего изобретения обеспечен машиночитаемый носитель, в частности долговременный носитель данных, такой как CD-ROM, причем машиночитаемый носитель содержит сохраненный на нем компьютерный программный элемент, который раскрыт в предыдущем разделе.
Компьютерная программа может храниться и/или распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, поставляемый вместе или как часть другого аппаратного обеспечения, но также может распространяться в других формах, например через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Однако компьютерная программа также может быть представлена в сети, такой как World Wide Web, и может быть загружена в рабочую память процессора данных из этой сети. В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления настоящего изобретения предложен носитель для обеспечения доступности загрузки компьютерного программного элемента, причем этот компьютерный программный элемент обеспечивает выполнение способа в соответствии с одним из раскрытых ранее вариантов осуществления изобретения.
Следует отметить, что варианты осуществления изобретения раскрыты с рассмотрением различных объектов изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления раскрыты с рассмотрением пунктов формулы изобретения, относящихся к типу способа, тогда как другие варианты осуществления раскрыты с рассмотрением пунктов формулы изобретения, относящихся к типу устройства. Однако специалист в данной области техники поймет из вышеприведенного и последующего описания, что, если не указано иное, то в дополнение к любой комбинации признаков, относящихся к одному типу объекта изобретения, также рассматривается любая комбинация признаков, относящихся к различным объектам изобретения, раскрываемым с этим применением. Тем не менее, все признаки могут быть объединены, обеспечивая синергетические эффекты, которые представляют собой нечто большее, чем простое суммирование признаков.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно раскрыто на чертежах и в вышеприведенном описании, это иллюстрирование и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при реализации заявленного изобретения на основе изучения чертежей, раскрытия изобретения и зависимых пунктов формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а употребление формы единственного числа (неопределенный артикль «а» или «an» в оригинале на английском языке) не исключает множества. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, упомянутых в формуле изобретения. Сам факт того, что определенные средства упоминаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих средств не может быть эффективно использована. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.
1. Компонент (XS) для устройства (XD) детектирования рентгеновского излучения, содержащий слой, разбитый на различные области (Rj), причем области имеют соответствующие периодические структуры с соответствующей фазой, отличающийся тем, что
по меньшей мере одна из областей является однопиксельной областью;
две соседние области встречаются или соединяются у соответствующих границ и имеют периодические структуры с разными фазами, причем поверхность слоя разделена так, что каждое местоположение на указанной поверхности попадает точно в одну из фазовых областей Rj, причем слой представляет собой сцинтилляционный слой, или полупроводниковый слой (SEM), или фотодиодный слой (DL).
2. Компонент по п. 1, в котором по меньшей мере одна заданная область (Rj) по меньшей мере частично окружена областями (Rk), имеющими разные фазы, при этом каждая из разных фаз отличается от фазы заданной области.
3. Компонент по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что данный компонент (XS) является чувствительным к излучению, в частности рентгеночувствительным.
4. Компонент по любому из предыдущих пунктов, в котором периодические структуры расположены по схеме чередования нечувствительных к излучению элементов (Т) и чувствительных к излучению элементов (С).
5. Устройство (XD) детектирования рентгеновского излучения, содержащее компонент (XS) по любому из предыдущих пунктов.
6. Устройство (IX) рентгеновской визуализации, содержащее устройство детектирования рентгеновского излучения по п. 5 или компонент по любому из пп. 1-4.
7. Способ обработки сигналов для темнопольной, или фазово-контрастной, или трансмиссионной визуализации, включающий следующие этапы:
принимают (S510) показания от устройства (XD) детектирования рентгеновского излучения в пределах пути визуализации устройства рентгеновской визуализации, имеющего компонент, содержащий слой, разбитый на различные области (Rj) с по меньшей мере одной границей (IF), причем слой представляет собой сцинтилляционный слой, или полупроводниковый слой (SEM), или фотодиодный слой (DL), при этом области имеют соответствующие периодические структуры с разными фазами и встречаются или соединяются у соответствующих границ, причем по меньшей мере одна из областей является однопиксельной областью;
причем поверхность слоя разделена так, что каждое местоположение на указанной поверхности попадает точно в одну из фазовых областей Rj; преобразуют (S520) показания в сигналы темнопольного, или фазово-контрастного, или трансмиссионного изображения, причем указанное преобразование включает в себя регуляризацию.
8. Процессор (PU), выполненный с возможностью реализации способа по п. 7.
9. Устройство (IX) визуализации, включающее в себя или коммуникативно связанное с процессором (PU) по п. 8.
10. Машиночитаемый носитель, на котором хранится компьютерный программный элемент, который, при его выполнении по меньшей мере одним процессором (PU), способен обеспечивать реализацию процессором (PU) способа по п. 7.
11. Машиночитаемый носитель данных (MEM), содержащий сохраненный на нем компьютерный программный элемент, который, при его выполнении по меньшей мере одним процессором, способен обеспечивать формирование устройством аддитивной технологии по меньшей мере одной из периодических структур по любому из пп. 1-4.
