对相衬X射线成像和/或暗场X射线成像中的X射线入射条纹图样的X射线探测制造技术

在常规的相衬X射线成像系统中，源光栅G0生成照射对象的部分相干线源的阵列以及在该阵列之后的相位光栅G1。该相位光栅的周期性在更远离X射线源的某些情况下自成像，并且在由常规的X射线探测器探测到解调的条纹强度之前由能机械移动的第三吸收分析器光栅G2进行采样。本申请提出使用结构化闪烁体并结合电子信号读出方法直接解调条纹强度，该结构化闪烁体具有与光学探测器层的子像素对齐的多个平板。因此，能够从相衬X射线成像系统中省略能机械移动的第三吸收分析器光栅G2。

X-ray detection of X-ray incident fringe patterns in phase-contrast X-ray imaging and/or dark-field X-ray imaging

In conventional phase contrast X-ray imaging system, the source grating G0 generates a partially coherent line source array of the irradiated object and a phase grating G1 after the array. The periodicity of the phase grating is self-imaging even farther away from the X-ray source in some cases, and is sampled by the third absorption analyzer grating G2 which can move mechanically before the intensity of the demodulated fringes is detected by the conventional X-ray detector. In this application, a structured scintillator is proposed to demodulate the fringe intensity directly by combining the structured scintillator with an electronic signal readout method. The structured scintillator has multiple flat plates aligned with the sub-pixels of the optical detector layer. Therefore, the third absorption analyzer grating G2, which can move mechanically, can be omitted from the phase-contrast X-ray imaging system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对相衬X射线成像和/或暗场X射线成像中的X射线入射条纹图样的X射线探测
本专利技术涉及X射线探测。具体地，讨论了用于对相衬X射线成像和/或暗场X射线成像中的入射X射线条纹图样进行采样的X射线探测器，以及相关联的方法、干涉仪、X射线成像系统、计算机程序单元以及计算机可读介质。
技术介绍
鉴于最近发现相衬成像在复杂的X射线光学领域适用而无需改变常规的源或探测器硬件，在过去十年中相衬成像在医学成像中获得了相当大的关注。相衬成像应用Talbot-Lau干涉测量法，并且通常以三个衍射或吸收X射线光学元件为特征。能够探查以微米或数十微米的尺度形成的干涉条纹，并且能够探查感兴趣对象的相位和小角度散射效应。这使得能够从X射线图像中提取新的和医学上有用的信息。美国专利公开物US2014/0177795A1讨论了Talbot-Lau干涉仪在X射线成像系统中的应用。然而，这种方法能够得到进一步改进。
技术实现思路
因此，需要改进适用于相衬和X射线成像的X射线探测器。通过独立权利要求的主题解决了本专利技术的目的，其中，在从属权利要求中包含了进一步的实施例。根据第一方面，提供了一种用于对相衬X射线成像和/或暗场X射线成像中的入射X射线条纹图样进行采样的X射线探测器。所述X射线探测器包括：结构化闪烁体层，其包括多个平板，所述多个平板被布置为对所述入射条纹图样进行采样并将所述入射条纹图样转换成多个光学平板信号；光学探测器层，其与所述结构化闪烁体层光学通信，所述光学探测器层包括多个子像素，其中，每个子像素与所述结构化闪烁体层的相应平板对齐，以探测从所述结构化闪烁体层的所述相应平板发射的相应光学平板信号；以及信号组合装置，其被布置为以电子方式从所述多个子像素读出表示所述条纹图样的信号。所述子像素还包括多个光学探测单元，所述多个光学探测单元被配置为基于相关光学平板信号的存在来提供多个探测信号。所述信号组合装置被配置为使得能够通过生成至少第一输出信号和第二输出信号作为所述光学探测器层的所述光学探测单元的所述探测信号的组合来在第一探测方向和第二探测方向上采集相衬X射线图像和/或暗场X射线图像，而无需调整所述X射线探测器的位置。所述至少第一输出信号和第二输出信号均与因在所述结构化闪烁体层的相应平板上接收到所述入射X射线条纹图样而引起的空间信号幅度成比例，并且所述X射线探测器的像素信号包括以由所述平板的宽度定义的条纹采样分辨率从至少两个相邻子像素采集的至少第一输出信号和第二输出信号。该X射线探测器的效果是：能够从X射线干涉仪设置中省略通常被表示为G2并被放置在常规的X射线探测器前面的分析器光栅，从而允许直接探测条纹相位和条纹可见性信息。直接条纹测量方法意味着分辨率提高，这会引起X射线探测器的子像素的显著缩小。探测器噪声的限制是物理限制，其不会随着子像素的尺寸减小而减小。因此，子像素的缩小与探测器噪声的增加成比例地增加，本方法能够改进这个问题。X射线探测器分辨率的提高也意味着X射线探测器信息输出的相应增加。本文详述的读出概念能够改进对输出信号的处理。任选地，所述光学探测单元包括一个或多个硅光电倍增管，所述一个或多个硅光电倍增管被配置为探测从所述结构化闪烁体层的所述相应平板发射的所述相应光学平板信号。硅光电倍增管(SiPM)单元具有快速瞬态时间，其通常低于1ns，并且淬灭时间为几十纳秒的量级。正因如此，有利地，在相衬X射线探测器中使用硅光电倍增管意味着不需要分辨入射光子的能量，而仅需要以精细间距间隔分辨信号幅度。因此，少量硅光电倍增管单元(在极限情况下，单个硅光电倍增管单元)在功能上足以实现相衬成像。任选地，所述信号组合装置能被配置成第一模式，在所述第一模式中，从相邻子像素的第一集合采集所述第一输出信号和所述第二输出信号，并且所述信号组合装置能被配置成第二模式，在所述第二模式中，从相邻子像素的第二集合采集所述第一输出信号和所述第二输出信号，其中，相邻子像素的所述第一集合和所述第二集合相对于彼此以一定角度对齐，由此使得能够在不同方向上进行子像素累积而无需调整所述X射线探测器的所述位置。任选地，子像素的第一集合与第二集合以90°的校对对齐(换句话说，子像素的第一集合与第二集合的子像素形成矩形网格)。任选地，子像素的第一集合与第二集合彼此以0°至90°之间的内角对齐。任选地，子像素的第一集合与第二集合彼此以0°至80°之间的内角对齐。任选地，子像素的第一集合与第二集合彼此以0°至60°之间的内角对齐。任选地，子像素的第一集合与第二集合以0°至30°之间的内角对齐。因此，可以在许多不同方向上对条纹图样进行采样。以这种方式，可以为直接条纹探测器提供选择性布置子像素分箱的能力，使得在采集之前定义用于分辨精细结构的优选方向。这允许例如在第一方向和第二方向上(例如在垂直的两个方向上)采集相衬图像或暗场图像，而不需要移动患者和/或探测器硬件。正因如此，可以生成更准确的X射线图像，因为通过移动患者或探测器阵列不会丢失分辨率和患者-探测器对齐。任选地，一个子像素中的所述多个光学探测单元并联电连接，以在操作中生成与由来自所述结构化闪烁体层的平板的光发射而触发的光学探测单元的数量成比例的信号。每个平板可以具有大量的下层光学探测元件。本实施例的效果是能够减少来自需要处理的子像素的大量信息。任选地，所述结构化闪烁体层还包括第一闪烁体元件和第二闪烁体元件，所述第一闪烁体元件和所述第二闪烁体元件中的每个闪烁体元件均由不同的闪烁体材料形成，所述不同的闪烁体材料具有彼此不同的衰减时间常数。所述信号组合装置还包括与所述第一闪烁体元件和所述第二闪烁体元件的衰减时间常数匹配的第一事件验证滤波器和第二事件验证滤波器，以鉴别第一光学探测器信号和第二光学探测器信号是否由光学串扰产生。当来自第一闪烁体平板的信号引起相邻闪烁体平板下面的光学探测器元件激活时，所采集的X射线条纹图样在时间或空间上可能模糊不清(模糊)。使用被布置在交替平板中的不同闪烁体材料(其中，不同闪烁体材料具有不同衰减时间常数)使得源自第一闪烁体平板的信号具有与源自紧邻的闪烁体平板的第二闪烁体信号显著不同的时间尺度覆盖范围。因此，通过监测接收到的信号的衰减时间常数，可以鉴别来自相邻闪烁体平板的信号。这使得能够更好地分离串扰引起的信号与条纹信号。任选地，所述信号组合装置还包括与每个子像素相关联的互补事件验证滤波器，所述互补事件验证滤波器被配置为提供与从相邻子像素到所述相邻子像素的光发射相关的信号。该实施例的效果是信噪比提高，因为确定源自相邻平板的信号被发送到两个邻居，这两个邻居可以使用重合逻辑来验证该信号并将该信号添加到它们各自的信号中。任选地，所述信号组合装置被提供为模拟电路。备选地，第一输出信号和第二输出信号被数字化，并且信号组合装置被提供为具有数字信号处理功能。备选地，信号组合装置是模拟电路与数字信号处理功能的组合。任选地，所述X射线探测器还包括：结构化的滤色器层，其被设置在所述结构化闪烁体层与所述光学探测器层之间。所述第一闪烁体元件被配置为发射具有第一波长的可见光，并且所述第二闪烁体元件被配置为发射具有第二波长的可见光，并且所述结构化滤色器层被配置为在所述光学探测器层中的探测之前对具有相应波长的第一可见光和第二可见光进行滤波，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对相衬X射线成像和/或暗场X射线成像中的入射X射线条纹图样进行采样的X射线探测器(24)，包括：结构化闪烁体层(26)，其包括多个平板(261、……、26N)，所述多个平板被布置为对所述入射条纹图样进行采样并将所述入射条纹图样转换成多个光学平板信号；光学探测器层(30)，其与所述结构化闪烁体层光学通信，所述光学探测器层包括多个子像素(301、……、30N)，其中，每个子像素与所述结构化闪烁体层的相应平板对齐，以探测从所述结构化闪烁体层的所述相应平板发射的相应光学平板信号；以及信号组合装置(32)，其被布置为以电子方式从所述多个子像素读出表示所述条纹图样的信号；其中，所述子像素还包括多个光学探测单元(34)，所述多个光学探测单元被配置为基于相关光学平板信号的存在来提供多个探测信号；并且其中，所述信号组合装置(32)被配置为使得能够通过生成至少第一输出信号和第二输出信号作为所述光学探测器层(30)的所述光学探测单元的所述探测信号的组合来在第一探测方向和第二探测方向上采集相衬X射线图像和/或暗场X射线图像，而无需调整所述X射线探测器(24)的位置，其中，所述至少第一输出信号和第二输出信号均与因在所述结构化闪烁体层的相应平板上接收到所述入射X射线条纹图样而引起的空间信号幅度成比例，并且其中，所述X射线探测器的像素信号包括以由所述平板的宽度定义的条纹采样分辨率从至少两个相邻子像素采集的至少第一输出信号(31A)和第二输出信号(31B)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.08.23 EP 17187475.31.一种用于对相衬X射线成像和/或暗场X射线成像中的入射X射线条纹图样进行采样的X射线探测器(24)，包括：结构化闪烁体层(26)，其包括多个平板(261、……、26N)，所述多个平板被布置为对所述入射条纹图样进行采样并将所述入射条纹图样转换成多个光学平板信号；光学探测器层(30)，其与所述结构化闪烁体层光学通信，所述光学探测器层包括多个子像素(301、……、30N)，其中，每个子像素与所述结构化闪烁体层的相应平板对齐，以探测从所述结构化闪烁体层的所述相应平板发射的相应光学平板信号；以及信号组合装置(32)，其被布置为以电子方式从所述多个子像素读出表示所述条纹图样的信号；其中，所述子像素还包括多个光学探测单元(34)，所述多个光学探测单元被配置为基于相关光学平板信号的存在来提供多个探测信号；并且其中，所述信号组合装置(32)被配置为使得能够通过生成至少第一输出信号和第二输出信号作为所述光学探测器层(30)的所述光学探测单元的所述探测信号的组合来在第一探测方向和第二探测方向上采集相衬X射线图像和/或暗场X射线图像，而无需调整所述X射线探测器(24)的位置，其中，所述至少第一输出信号和第二输出信号均与因在所述结构化闪烁体层的相应平板上接收到所述入射X射线条纹图样而引起的空间信号幅度成比例，并且其中，所述X射线探测器的像素信号包括以由所述平板的宽度定义的条纹采样分辨率从至少两个相邻子像素采集的至少第一输出信号(31A)和第二输出信号(31B)。2.根据权利要求1的X射线探测器(24)，其中，所述光学探测单元包括一个或多个硅光电倍增管，所述一个或多个硅光电倍增管被配置为探测从所述结构化闪烁体层的所述相应平板发射的所述相应光学平板信号。3.根据权利要求1或2所述的X射线探测器(24)，其中，所述信号组合装置(32)能被配置成第一模式，在所述第一模式中，从相邻子像素的第一集合采集所述第一输出信号和所述第二输出信号，并且所述信号组合装置能被配置成第二模式，在所述第二模式中，从相邻子像素的第二集合采集所述第一输出信号和所述第二输出信号，其中，相邻子像素的所述第一集合和所述第二集合相对于彼此以一定角度对齐，由此使得能够在不同方向上进行子像素累积而无需调整所述X射线探测器的所述位置。4.根据权利要求1或2所述的X射线探测器(24)，其中，一个子像素中的所述多个光学探测单元(341)并联电连接，以在操作中生成与由来自所述结构化闪烁体层的平板的光发射而触发的光学探测单元的数量成比例的信号。5.根据权利要求1的X射线探测器(24)，其中，所述结构化闪烁体层(26)还包括第一闪烁体元件和第二闪烁体元件，所述第一闪烁体元件和所述第二闪烁体元件中的每个闪烁体元件均由不同的闪烁体材料形成，所述不同的闪烁体材料具有彼此不同的衰减时间常数，并且其中，所述信号组合装置还包括与所述第一闪烁体元件和所述第二闪烁体元件的所述不同的衰减时间常数匹配的第一事件验证滤波器和第二事件验证滤波器，以鉴别第一光学探测器信号和第二光学探测器信号是否由光学串扰产生。6.根据权利要求5所述的X射线探测器(24)，其中，所述信号组合装置(32)还包括与每个子像素相关联的互补事件验证滤波器，所述互补事件验证滤波器被配置为提供与从相邻子像素到所述相邻子像素的光发射相关的信号。7.根据前述权利要求中的任一项所述的X射线探测器(24)，还包括：结构化的滤色器层(72)，其被设置在所述结构化闪烁体层与所述光学探测器层之间；其中，所述第一闪烁体元件被配置为发射具有第一波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·斯特德曼布克，E·勒斯尔，W·吕腾，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL