成像系统和成像方法技术方案

本发明专利技术涉及一种成像系统，其带有用于发出辐射的辐射源、具有规则的探测器元件阵列的辐射探测器和具有规则重复的图案的荫罩。所述荫罩和所述辐射探测器这样布置，以便在所述探测器位置处通过所述辐射产生所述荫罩的图案的投影。所述图案的无失真投影的空间重复长度不同于所述探测器元件阵列的空间重复长度的二倍。本发明专利技术还涉及一种成像方法，其中应用根据前述权利要求之一所述的成像系统，以借助辐射探测器来测量由待检查对象造成的、所述荫罩的图案在辐射探测器的位置处的投影的位移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种成像系统，其具有用于发出辐射的辐射源、辐射探测器和荫罩。此外，本专利技术还涉及使用这样的系统来成像的方法。本专利技术特别地涉及一种具有X射线源的成像系统和一种成像方法，在该方法中使用了X射线辐射。在用于X射线成像的已知系统中通常测量由于待检查对象，如人体部位的材料而造成的X射线辐射强度的衰减。X射线辐射在待检查对象中的吸收和散射在此造成了撞击到探测器上的辐射的衰减，所述衰减取决于质量、核电荷数和所透射的材料体积。在应用像素探测器的情况下，获得的则是在对象的各个位置上有所变化的质量衰减的图像。在此方面，在简单的X光透视的情况下获得了来自投影方向的二维图像，而与此相对地在计算机断层扫描术的情况下，由大量不同的、以不同投影方向得到的透视测量结果重组为衰减系数的三维数据组。对X射线强吸收的组织，如骨头和钙沉淀物能够通过已知的吸收成像方法很好地呈现。更大的挑战是实现对软组织的高对比度，以便能够较好地绘制出各种弱吸收的组织类型之间的与诊断相关的差异。为了改进X射线成像中的软组织对比度，在过去几年里研发出了用X光进行相衬成像的方法。在相衬X光透视法中，所绘制的不是吸收系数，而是X射线辐射在对象中的空间可变的折射率。为此，除了吸收以外还测量了辐射波在透射过对象之后的相位改变。根据现有技术，Talbot-Lau干涉仪为此得以应用，其中多个很细的光栅被部分地布置在待检查对象之前并且部分地布置在待检查对象之后，并且在多个相继实施的测量过程中以规定的方式彼此相向地移动。弱吸收的组织结构之所以以该方法实现了良好的对比度，是因为对于X射线辐射的折射率比诸如碳、氧和氮的轻原子的浓度的吸收系数远远更强地被确定。然而，该已知方法在设备方面非常耗费，尤其是依赖于精细的X射线光栅的制造和定位，这些精细的X射线光栅需要2μm范围的光栅常数。本专利技术要解决的技术问题因此在于，提供一种成像系统，该成像系统适合于呈现对象中的折射率曲线并且避免了所提及的缺点。另一技术问题在于，提供一种用这种系统成像的方法。上述技术问题通过权利要求1中所述的成像系统和权利要求13中所述的成像方法解决。根据本专利技术的成像系统包括用于发出辐射的辐射源、具有规则的探测器元件阵列的辐射探测器和具有规则重复的图案的荫罩。荫罩和辐射探测器这样布置，以便通过在探测器位置处的辐射产生荫罩图案的投影。该图案的投影的空间重复长度不同于所述探测器元件阵列的空间重复长度的二倍。相应的空间重复长度在此应理解为关于任何给定的空间方向的重复长度。确切地说，当所述重复长度至少相对于选定的空间方向以给定的方式有所差异即可。所描述的成像系统尤其适合于绘制在辐射源与辐射探测器之间针对辐射有效的折射率的空间分布。确切地说，采用该系统能够立体地绘制出对象和材料，方式是沿着从辐射源发出的射线束的不同角度份额(Winkelanteile)测量折射率的差异。荫罩适宜地定位在辐射源与辐射探测器之间。在各种情况下均这样定位荫罩，使得通过荫罩在探测器位置处产生图案的投影。在针对辐射源与探测器之间区域的辐射的折射率均匀的情况下，该投影又作为规则图案在辐射探测器位置处形成。根据辐射曲线的类型和可能的聚焦，投影可以相对于荫罩尺寸而放大、缩小或者甚至相同大小。当应用具有尽可能小的焦点(Brennfleck)作为辐射起点的X射线源作为辐射源时，其有利地是放大的投影，因为X射线辐射不能轻易地通过光学元件聚焦。如果这样的无失真投影的空间重复长度与探测器元件阵列的空间重复长度正好相同，则借助该辐射探测器测得了基本上均匀的强度曲线。由各探测器元件测得的强度的偏差则基本上仅源自于可能存在的、探测器元件相对于辐射源的不同距离和/或可能存在于射线束的不同区域中的吸收性材料。然而，该荫罩在这样与空间重复长度相匹配的情况下不会导致在单个探测器元件上的不同强度。在无失真投影的空间重复长度与探测器阵列的重复长度的两倍或其它整数倍恰好匹配的情况下，对于每对或每组探测器元件而言均产生了基本上一致的强度曲线。随后，在该对或该组探测器元件内部绘制出荫罩图案。例如，具有交替的、分别带有强吸收和弱吸收的相同宽度的条带的荫罩造成了相邻探测器元件的交替的弱测量信号和强测量信号。然而，对于根据本专利技术的成像系统，无失真投影的重复长度正好不匹配探测器阵列的重复长度的两倍。无失真投影的重复长度适宜地也不匹配探测器阵列的重复长度的一倍。适宜地，无失真投影的重复长度仅仅略微不同于探测器阵列的重复长度的整数倍，例如向上或向下相差不大于20％。该微小不匹配或者说失调导致了由各个探测器元件测得的强度的曲线中的差频效应。由于莫尔效应而产生了与荫罩投影的精细图案相叠加的图案，该叠加图案的空间重复长度明显大于荫罩投影和探测器阵列的重复长度。投影和探测器阵列的重复长度越接近，确切地说所述不匹配越小，则该叠加莫尔图案的重复长度就也大。在根据本专利技术的成像系统中利用了以下效应：相叠加的莫尔图案对于在两个基础的周期性结构的相互作用中的小干扰反应敏感。尤其是，荫罩投影图案中的微小失真造成了叠置的莫尔图案在空间上显著更大的失真。然而荫罩投影图案中的微小失恰好是由定位在光路中的对象或材料的空间变化的折射率造成的。所建议的成像系统就利用了以下效应，即，通过在射线束区域中的折射率变化使得该辐射的原本均匀的角度分布扭曲或失真成不规则的角度分布。这又造成了荫罩图案投影的失真和从而在相叠加的莫尔图案中的放大的失真。通过所述失真的放大简化了对极小的角度变化的测量。通过准确选择所述两个基础规则结构的不匹配来确定放大的程度。于是可以针对每种成像状况适宜地选择参数，其中根据所需的敏感性和所需的以及设备方面可能的空间分辨率调整所述放大。在根据本专利技术的成像方法中应用根据本专利技术的成像系统，以便借助辐射探测器来测量由待检查对象造成的、该荫罩图案在辐射探测器的位置处的投影的位移。根据本专利技术的方法的优点与根据本专利技术的成像系统的上述优点类似地得出。根据本专利技术的成像系统的有利设计方案和扩展方案由权利要求1的从属权利要求得出。相应地，该成像系统可额外地具有以下特征：该图案的无失真投影的空间重复长度有利地可以相对于探测器元件阵列的空间重复长度的两倍偏差至少0.5％和最高20％。通过该范围内的不匹配，所产生的叠置的莫尔图案相对于两种精细图案放大大约200倍至大约5倍。这有利地在测量被透射体积中的小的折射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像系统(1)，其带有‑用于发出辐射(5)的辐射源(3)，‑辐射探测器(13)，其具有规则的探测器元件(13i)阵列，‑荫罩(15)，其具有规则重复的图案，其中，所述荫罩(15)和所述辐射探测器(13)这样布置，以便在所述探测器(13)位置处通过所述辐射(5)产生所述荫罩(15)的图案的投影(25,25')，并且其中，所述图案的无失真投影(25)的空间重复长度(26)不同于所述探测器元件(13i)阵列的空间重复长度(14)的二倍。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.28 DE 102013221818.41.一种成像系统(1)，其带有
-用于发出辐射(5)的辐射源(3)，
-辐射探测器(13)，其具有规则的探测器元件(13i)阵列，
-荫罩(15)，其具有规则重复的图案，
其中，所述荫罩(15)和所述辐射探测器(13)这样布置，以便在所述探测
器(13)位置处通过所述辐射(5)产生所述荫罩(15)的图案的投影(25,25')，
并且其中，所述图案的无失真投影(25)的空间重复长度(26)不同于所述
探测器元件(13i)阵列的空间重复长度(14)的二倍。
2.根据权利要求1所述的成像系统(1)，其中，所述图案的无失真投影
(25)的空间重复长度(26)相对于所述探测器元件(13i)阵列的空间重复长度(14)
的二倍偏差至少0.5％和最高20％。
3.根据权利要求1或2所述的成像系统(1)，其中，所述图案的投影(25)
的空间重复长度(26)和所述探测器元件(13i)阵列的空间重复长度(14)的两倍
成整数比例，该整数分别处于1至100之间。
4.根据前述权利要求之一所述的成像系统(1)，其中，所述辐射源(1)为
X射线源，所述辐射探测器(13)为X射线探测器。
5.根据前述权利要求之一所述的成像系统(1)，其中，用于定位待检查
对象(12)的成像区域(11)布置在所述荫罩(15)与所述辐射探测器(13)之间。
6.根据前述权利要求之一所述的成像系统(1)，其中，所述荫罩(15)具有
二维规则图案，所述辐射探测器(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：O海德，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE