Двухэнергетическая дифференциальная фазово-контрастная визуализация

Двухэнергетическая дифференциальная фазово-контрастная визуализация

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 одном