CN102590913A - 用于射线摄影的栅格、射线图像检测器、射线成像系统以及用于制备栅格的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用于射线摄影的栅格、射线图像检测器、射线成像系统以及用于制备栅格的方法。多线图案中的周期性电极形成于非线性单晶基板的第一表面上。将非线性单晶基板放在真空室中，并且用加热器加热。之后，将高电压施加至非线性单晶基板。从而，非线性单晶基板的自发极化方向在面向周期性电极的部分中反转，所述部分称作反转部分。在将非线性单晶基板结合至支持基板之后，仅将非线性单晶基板的未反转部分通过湿蚀刻移除，并且将带有高纵横比的沟留在保留下的反转部分之间。将该沟用X射线吸收材料如金填充。填充有金的沟组成栅格的X射线吸收部分，同时反转部分构成X射线透过部分。
Description
技术领域
本发明涉及用于射线摄影的栅格、栅格的制备方法、射线图像检测器和使用该栅格的射线成像系统。
背景技术
当射线，例如，X射线入射到物体上时，由于X射线与物体之间的相互作用，X射线的强度和相位发生变化。此时，X射线的相位变化大于强度变化。利用X射线的这些性质，开发并且积极地研究了X射线相位成像，以使得能够基于由样品引起的X射线的相位变化(角度变化)，获得具有低X射线吸收性的样品的高反差图像(在下文中称作相衬图像)。
已经提出了用于使用塔尔博特(Talbot)效应进行X射线相位成像的X射线成像系统，它被制造成具有两个透射衍射光栅或栅格(例如，参看日本专利公开号2006-259264和应用物理通讯(Applied Physics Letters)第81卷，第17期，第3287页，作者C.David等，2002年10月)。在该X射线成像系统中，当从X射线源一侧看时，将第一栅格设置于样品后面，并且将第二栅格设置于与第一栅格相距塔尔博特距离的下游处。在第二栅格后面，设置X射线图像检测器(平板检测器：FPD)以检测X射线并且制造图像。作为条纹图案的一维栅格的第一和第二栅格的每一个具有X射线吸收部分和X射线透过部分，它们在第一方向延伸并且交替地排列在与第一方向垂直的第二方向上。塔尔博特距离是指透过第一栅格的X射线通过塔尔博特效应形成第一栅格的自成像(条纹图像)之处的距离。
在以上X射线成像系统中，由第二栅格在第一栅格的自成像上的叠加(强度调制)产生的条纹图像，通过条纹扫描方法检测，以便从归因于样品的条纹图像上的变化获得样品的相位信息。在条纹扫描方法中，只要第二栅格相对于第一栅格在第二方向以栅格间距的整分数的扫描间距平移 移动，X射线图像检测器捕捉图像。从图像的每一个像素值的变化，获得由样品折射的X射线的角度分布，换言之，获得相位位移的微分图像。基于该角度分布，获得样品的相衬图像。也可以将条纹扫描方法应用至使用激光的成像系统(例如，参见应用光学(Applied Optics)第37卷，第26期，第6227页，作者Hector Canabal等，1998年9月)。
第一和第二栅格具有微细结构以使得X射线吸收部分的宽度和排列间距为数微米。同样，第一和第二栅格的X射线吸收部分需要高X射线吸收率。尤其是，第二栅格需要比第一栅格的X射线吸收率更高的X射线吸收率，以便可靠地施加强度调制给条纹图像。由于这些原因，第一和第二栅格的X射线吸收部分由具有高原子量的金(Au)制成。此外，第二栅格的X射线吸收部分在X射线传播方向上需要相对大的厚度，即，所谓的高纵横比(X射线吸收部分的厚度除以其宽度得到的值)。
日本专利公开号2006-259264公开了第二栅格的制备方法，其中通过X射线平版印刷术(例如，LIGA方法)在设置在基板上的感光树脂层中形成沟，并且将X射线吸收材料如Au通过电镀等充填沟中。也已知其中在硅等的基板中通过干法蚀刻形成沟，并且将X射线吸收材料如Au充填沟中的方法。
按照惯例，提出了一种用于制备微细周期结构体的方法，其中通过电晕充电对非线性单晶进行极化反转(例如，参考日本专利公开号2002-334977和应用物理通讯(Applied Physics Letters)第69卷，第18期，第2629页，1996，A.Harada等著)。通过电晕充电沿带有非常高正交性的非线性单晶的晶轴进行极化反转，并且因此其促进高纵横比周期性结构体的产生。
在X射线平版印刷术中，必须将感光树脂层暴露至带有高方向性的同步射线。然而，很少的设备可以进行同步射线曝光，并且曝光花费长时间并且带来低产量。同样，使用干法蚀刻的方法需要高成本并带来低产量。
如与使用同步射线和干法蚀刻的LIGA方法比较，如上所述的极化反转在低成本下带来高产量。因此，可以预见通过极化反转形成栅格将是非常有益的。然而，日本专利公开号2002-334977和应用物理通讯(Applied Physics Letters)第69卷，第18期，第2629页都没有公开用于制备栅格的 具体方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过非线性单晶的极化反转制备的栅格(grid)。
为达到本发明的以上和其他目的，根据本发明的用于射线摄影的栅格包含由非线性单晶制成的多个射线透过(transparent)部分，以及与射线透过部分交替排列的多个射线吸收部分。所述射线透过部分可以掺杂有荧光体，并且在施加射线时发射光。射线透过部分和射线吸收部分可以是倾斜的，以使得从栅格后入射的射线会在射线的焦点上。优选的是射线吸收部分和射线透过部分在第一方向上延伸，并且在正交于第一方向的第二方向上交替地排列。
根据本发明的射线图像检测器包含栅格和光检测器。该栅格包含多个射线透过部分和多个射线吸收部分。射线透过部分由掺杂有荧光体的非线性单晶制成以在施加射线时发射光。光检测器检测从栅格射出的光。射线图像检测器还可以包含用于使栅格在射线吸收部分和射线透过部分的排列方向上以预定间距移动的扫描装置。
根据本发明的射线成像系统包含：用于发射射线的射线源、第一栅格、强度调制装置、射线图像检测器和计算装置。第一栅格使来自射线源的射线通过以形成第一周期性图案图像。该第一栅格包含交替排列的第一射线透过部分和第一射线吸收部分。第一射线透过部分由非线性单晶制成。强度调制装置在至少一个与第一周期性图案图像异相的相对位置对第一周期性图案图像施加强度调制，以形成第二周期性图案图像。射线图像检测器检测第二周期性图案图像。计算装置基于由射线图像检测器检测的第二周期性图案图像将射线的相位信息成像。
强度调制装置可以包含第二栅格和扫描装置。第二栅格具有交替排列的第二射线透过部分和第二射线吸收部分。第二射线透过部分由非线性单晶制成。扫描装置将第一和第二栅格中的一个在栅格结构的周期性方向上以预定间距移动以将第一和第二栅格设定在相对位置上。
射线成像系统还可以包含设置在射线源与第一栅格之间的第三栅格。 第三栅格部分地遮挡由射线源发出的射线以形成许多线光源。第三栅格包含交替排列的第三射线透过部分和第三射线吸收部分。第三射线透过部分由非线性单晶制成。
射线图像检测器可以包含第二栅格和光检测器。第二栅格具有第二射线透过部分和第二射线吸收部分。第二射线透过部分由掺杂有荧光体的非线性单晶制成并在施加射线时发射光。光检测器检测由第二栅格发射的光。强度调制装置是用于使第二栅格在第二吸收部分和第二透过部分的排列方向上以预定间距移动的扫描装置。
用于制造用于射线摄影的栅格的方法包括以下步骤：将多个第一电极形成在经过极化(polling)处理后的非线性单晶基板的第一表面上；将电压从与第一表面相反的第二表面侧施加至非线性单晶基板，以将非线性单晶基板的面向第一电极的部分的极化方向反转；蚀刻非线性单晶基板，并通过利用在未反转部分与反转部分之间的蚀刻速率的差别，移除其中没有发生极性反转的未反转部分，同时保留已发生极性反转的反转部分；以及将射线吸收材料充填至移除未反转部分之后留下的空间中。该方法可以还包括用荧光体掺杂反转部分的步骤。此外，该方法可以还包括以不同于第一电极周期性的周期性在非线性单晶基板的第二表面上形成第二电极的步骤。在这种情况下，将电压施加至第二电极。
根据本发明的用于射线摄影的栅格，射线透过部分由两种以上元素组成的非线性单晶制成。与射线透过部分由单一元素如硅组成的非线性单晶制成的情况比较，这有效地防止了金从射线吸收部分扩散至射线透过部分中。这是因为由单一元素组成的单晶由于其低键合强度易于发生反应并且倾向于容许扩散，而由两种以上元素组成的非线性单晶在不同类型的元素之间具有比单一类型的元素之间的键合强度更高的键合强度。因此，使用由两种以上类型的元素组成的非线性单晶有利于防止金的扩散。同样，因为射线吸收部分和射线透过部分是倾斜的以便会聚至射线的焦点，射线锥面光束的渐晕减少。
根据本发明的栅格，射线透过部分掺杂有荧光体，并且在施加射线时发射光。因此，栅格起射线图像检测器的闪烁器的作用。因为单晶具有比多晶的填充密度更高的填充密度，发光效率变高，并且散射光变少。这有 利于射线图像检测器图像品质的提高。此外，本发明的射线图像检测器设置有用于移动栅格的扫描装置，并且因此可以拍摄相衬图像。上面描述的栅格的使用使得能够获得高品质的相衬图像。
根据本发明的栅格制备方法，对经过极化处理之后的非线性单晶基板施加极化反转用于在沟的形成中使用。因此，可以在高产量和低成本下形成带有高纵横比的射线吸收部分。仅通过用荧光体掺杂，可以容易地对栅格赋予闪烁器的功能。此外，如果电极的位置不在第一与第二表面之间排成直线，在倾斜的方向出现极化反转。因此，可以容易地形成会聚至射线的焦点的射线吸收部分和射线透过部分。
附图说明
为了本发明及其益处的更完整的理解，现在参考以下与附图结合进行的说明，其中：
图1是X射线成像系统的示意图；
图2A是第二栅格的正视图；
图2B是沿图2A的线II-II所取的第二栅格的截面图；
图3是X射线图像检测器的示意性截面图；
图4是X射线图像检测器的光检测器的局部截面图；
图5是X射线图像检测器的框图；
图6是具有周期性电极的非线性单晶基板的截面图；
图7是其中对非线性单晶基板进行极化反转的真空室的示意图；
图8是在极化反转之后的非线性单晶基板的说明性视图；
图9是显示了其中将非线性单晶基板结合至支持基板的状态的截面图；
图10是显示了其中将非线性单晶基板的未反转部分通过蚀刻移除的状态的截面图；
图11是显示了其中将X射线吸收材料充填由未反转部分的移除形成的沟中的状态的截面图；
图12是显示了其中反转部分用荧光体掺杂的状态的截面图；
图13是显示了其中反转部分在施加X射线时发射光的状态的截面图；
图14是根据第二实施方案的X射线图像检测器的示意截面图；
图15是使用根据第二实施方案的X射线图像检测器的X射线成像系统的示意图；
图16是显示根据第三实施方案的极化反转状态的说明性视图；并且
图17是根据第三实施方案的栅格的截面。
具体实施方式
第一实施方案
如图1中所示，X射线成像系统10由以下各项构成：X射线源11、源栅格12、第一栅格13、第二栅格14以及X射线图像检测器15，它们设置在作为X射线传播方向的Z方向上。X射线源11具有，例如，旋转阳极型X射线管，以及用于限制X射线的辐射场并且将X射线锥面光束施加至样品H的准直仪。X射线图像检测器15是由例如半导体电路组成的平板检测器(FPD)，并且设置在第二栅格14后面。将相衬图像生成器16连接至X射线图像检测器15，以由通过X射线图像检测器15检测的图像数据产生相衬图像。
作为X射线吸收栅格的源栅格12、第一栅格13和第二栅格14与X射线源11在Z方向上相对。样品H设置在源栅格12和第一栅格13之间。将第一和第二栅格13与14之间的距离设定为最小塔尔博特距离以下。换言之，根据该实施方案的X射线成像系统10通过X射线的投射拍摄相衬图像，而不使用塔尔博特效应。
第二栅格14和扫描机构18组成本发明的强度调制装置。当拍摄相衬图像时，扫描机构18将第二栅格14在栅格方向(X方向)以第二栅格14的栅格间距的整分数(例如，1/5)的扫描间距平移。
将以第二栅格14为例描述栅格的结构。如图2A和2B中所示，第二栅格14由以下各项构成：起栅格作用的栅格层20、在X射线源11侧设置在栅格层20上的支持基板21以及设置在栅格层20与支持基板21之间的晶种层22。
栅格层20设置有多个X射线吸收部分24和X射线透过部分25，它们沿垂直于Z方向的平面上的Y方向延伸。X射线吸收部分24和X射 线透过部分25交替地排列在同时垂直于Z和Y方向的X方向上，并且组成条纹图案栅格。X射线吸收部分24吸收(阻挡)从X射线源11发射的X射线，同时X射线透过部分25透射从中穿过的X射线。从而，形成条纹图案图像。
X射线吸收部分24由带有高X射线吸收率的材料，如金、铂、银或铅制成。X射线透过部分25由具有比X射线吸收部分24的X射线吸收率低的X射线吸收率的材料制成。例如，X射线透过部分25由非线性单晶如LiNbO3制成。虽然在X射线吸收部分24中所使用的金通过加热扩散至X射线透过部分25中，当与多晶比较时，金难以分散至单晶中。因此，与使用多晶的情况比较，在X射线透过部分25中使用单晶产生更高的栅格性能。
支持基板21由与X射线透过部分25一样具有低X射线吸收率，并且足够坚硬以支持栅格层20的材料制成。晶种层22由导电材料制成，并且当通过电镀形成X射线吸收部分24时用作电极。晶种层22比栅格层20和支持基板21薄的多，并且几乎不影响栅格的X射线透过性。
X射线吸收部分24的宽度W2和间距P2取决于源栅格12与第一栅格13之间的距离，第一和第二栅格13与14之间的距离，第一栅格13的X射线吸收部分的间距等。例如，宽度W2为大约2至20μm，并且间距P2在4至40μm的量级。X射线吸收部分24在Z方向上的厚度T2越厚，X射线吸收率变得越高。然而，考虑到从X射线源11发出的X射线锥面光束的渐晕，X射线吸收部分24的厚度T2在例如100至200μm的量级。在这个实施方案中，X射线吸收部分24具有例如2.5μm的宽度W2，5μm的间距P2，100μm的厚度T2，以及40的纵横比。
如图3中所示，X射线图像检测器15配备有基本上箱形的外壳26。外壳26由X射线透过材料制成。外壳26在其矩形顶面上具有入射表面26a，向所述矩形顶面施加经过样品H的X射线。外壳26从入射表面26a侧沿经过样品H的X射线的传播方向按下述顺序含有：闪烁器27、光检测器28、基台29、主电路板30等。闪烁器27由，例如，CsI:Tl(掺杂有铊的碘化铯)、CsI:Na(用钠活化的碘化铯)、GOS(Gd2O2S:Tb)等制成。闪烁器27吸收经过了样品H并且通过外壳26施加的X射线并发射光。
光检测器28检测从闪烁器27的光输出侧投射的光。如图4中所示，光检测器28由TFT有源矩阵基板(在下文中称作TFT基板)构成，其中在平坦矩形绝缘基板35中将多个光电转换器31和像素34形成为矩阵。每个光电转换器31由光电二极管(PD)等组成。每个像素34包含薄膜晶体管(TFT)32和电容器33。
如图5中所示，光检测器28设置有多个栅极线37和数据线36。栅极线37在特定方向(行方向)上延伸并且用于打开和关闭每个单独的TFT32。数据线36在正交于特定方向的方向(列方向)上延伸，并且用于读出当TFT 32打开时通过TFT 32积累在电容器33中的电荷。光检测器28中的每个栅极线37连接至栅极线驱动器38。每个数据线36连接至信号处理部39。将栅极线驱动器38和信号处理部39安排在主电路板30中，并且经由柔性板连接至光检测器28。
当经过样品H的X射线施加至X射线图像检测器15上时，闪烁器27以按照入射到表面26a的相应位置上的X射线的量从一个区域至另一个区域变化的量发射光。之后，在每个像素34中，光电转换器31以由从闪烁器27的相应区域发射的光的量所决定的量产生电荷，并且电容器33积累电荷。
在如上所述每个像素34在其电容器33中积累电荷之后，通过从栅极线驱动器38经由栅极线37提供的信号基于逐行方式将像素34的TFT 32相继地打开。从而，积累在连接至所打开的TFT 32的电容器33中的电荷流入数据线36中，并且作为模拟电信号输入至信号处理部39中。从而，将积累在每个像素34的电容器33中的电荷基于逐行方式相继读出。
信号处理部39包含一个放大器和用于每个数据线36的一个样品保持电路。沿每个数据线36传输的电信号由放大器放大，并且由样品保持电路保持。每个样品保持电路的输出连接至串联的多路复用器和A/D变换器。由单独的样品保持电路保持的电信号输入至串联的多路复用器中，并且由A/D转换器转化为数字图像数据。
信号处理部39连接至图像存储器47。将从信号处理部39的A/D转换器输出的图像数据相继地存储在图像存储器47中。图像存储器47具有两帧以上图像数据的容量。无论何时捕获射线摄影图像，将所获得的图像 数据相继地写入至图像存储器47。相衬图像生成器16从图像存储器47读出图像数据，并且产生相衬图像。
接下来，将描述第二栅格14的制备方法。在第一步中，如图6中所示，带有在Y方向上延伸并且以预定间隔排列在X方向上的多线图案的周期性电极41在非线性单晶基板40的第一表面40a上由Ta(钽)形成。非线性单晶基板40由MgO-LN即掺杂有5摩尔％MgO的LiNbO3制成。该非线性单晶基板40在其Z表面上经过极化处理以及光学抛光处理以便有效地获得非线性光学常数。因此，非线性单晶基板40的第一表面40a成为+Z表面，而相反的第二表面40b成为-Z表面。
除了如上所述的LiNbO3以外，非线性单晶基板40可以由两种以上类型的元素组成的单晶制成，如，LiTaO3、KTiOPO4、β-BaB2O4、LiB2O3、BiGeO、BiSiO、BiTiO、CdWO、PbWO、GaAs、SiC、CdTe、CdSe、ZnO、TiBaO、TiPbO等。
为形成周期性电极41，例如，将Ta膜形成在非线性单晶基板40的整个第一表面40a上。之后，将具有与周期性电极41的线形图案相同的线形图案的抗蚀剂掩模通过传统的光刻技术形成在Ta膜上，并且将Ta膜经由抗蚀剂掩模蚀刻。周期性电极41在它们的末端彼此连接并且短路。例如，非线性单晶基板40具有0.4mm的厚度Tc，并且周期性电极41具有0.1μm的厚度Tc1和5μm的间距Pc。
在下一步中，如图7中所示，将非线性单晶基板40放在真空室43中以使得第一表面40a面朝下并且加热器44支撑周期性电极41。将电晕放电线45指向第二表面40b地设置在非线性单晶基板40上。电晕放电线45连接至高压源46。
将真空室43通过未显示的真空泵减压至例如1×10-4Pa。将非线性单晶基板40通过加热器44加热至例如100℃。之后，由高压源46经由电晕放电线45施加-6kV的电压至非线性单晶基板40两秒。
通过以上步骤，如图8中所示，非线性单晶基板40的面向周期性电极41的部分的自发极化方向反转。从而，反转部分40c以5μm的间距Pc形成。反转部分40c的极化方向与未反转部分40d的极化方向相反。换言之，在未反转部分40d中第一表面40a确定为+Z表面，而反转部分 40c中第一表面40a确定为-Z表面。因为沿非线性单晶的晶轴进行极化反转，可以形成带有高纵横比的非常高垂直性的周期性结构。注意到，参看日本专利公开号2002-334977和应用物理通讯(Applied Physics Letters)第69卷，第18期，第2629页，A.Harada等著，1996用于使用电晕充电的极化反转的详细步骤。
如图9中所示，在将周期性电极41移除之后，将非线性单晶基板40的第一表面40a结合至支持基板21。之后，将非线性单晶基板40减薄至100μm的量级，例如，通过用于CMP等的抛光设备。从而，仅有非线性单晶基板40的第二表面40b暴露在外侧。在第二表面40b中，排列有反转部分40c的+Z表面和未反转部分40d的-Z表面。例如，在非线性单晶基板40与支持基板21之间的结合中使用Au-Au键，其方式是将金沉积在非线性单晶基板40和支持基板21两者之上并且将它们放在一起。在这种情况下，用于结合的金变成晶种层22。支持基板21由带有低X射线吸收率的材料制成。支持基板21优选由例如玻璃、石英、氧化铝、GaAs、Ge等制成，并且更优选由硅制成。
在下一步中，对非线性单晶基板40进行湿蚀刻。非线性单晶基板40的+Z表面为耐蚀刻表面，换言之，在+Z表面中的蚀刻速度比-Z表面中的蚀刻速度低得多。因此，仅将非线性单晶基板40的未反转部分40d移除，而留下了反转部分40c。作为结果，如图10中所示，在反转部分40c之间形成带有高纵横比的多个沟40e。非线性单晶基板40的湿蚀刻使用例如氢氟酸与硝酸的1∶2的比例的混合溶液。
如图11中所示，在下一步中，将形成在非线性单晶基板40的反转部分40c之间的沟40e通过电镀用X射线吸收材料48如金填充。在电镀中，将电流端子连接至晶种层22。将非线性单晶基板40与支持基板21的结合体浸入电镀液中，并且在与它们相反的位置设置另一个电极(正电极)。当电流在晶种层22与正电极之间流过时，电镀液中含有的金属离子沉积在图案化的基板上，以便用X射线吸收材料48填充沟40e。因此，完成了如图2A和2B中所示的具有由金制成的X射线吸收部分24和由反转部分40c制成的X射线透过部分25的第二栅格14。
正如第二栅格14那样，源栅格12和第一栅格13由栅格层和支持基 板组成。源栅格12和第一栅格13的栅格层包含在Y方向上延伸并且在X方向上交替排列的X射线吸收部分和X射线透过部分。如同第二栅格14的栅格层20一样，X射线透过部分由反转部分组成。如刚才所述，除了X射线吸收部分与X射线透过部分在Y方向上的宽度和间距，在Z方向上的厚度等以外，源栅格12和第一栅格13具有与第二栅格14的结构基本上相同的结构，所以将省略对于它们的结构的详细描述。同样，因为源栅格12和第一栅格13以与第二栅格14基本上相同的方式制备，将省略关于它们的制备方法的详细描述。
接下来，将描述X射线成像系统10的操作。因为通过源栅格12的X射线吸收部分将从X射线源11发射出的X射线一部分地遮挡，X方向上的有效焦点尺寸减小，并且在X方向上形成许多线光源(分散光源)。当来自由源栅格12形成的每个线光源的X射线经过样品H时，X射线的相位改变。随后，当X射线经过第一栅格13时，形成包含样品H的透射相位信息的条纹图像(第一周期性图案图像)，所述透射相位信息由样品H的折射率和透射光程长度确定。将每个线光源的条纹图像投射至第二栅格14，并且将其在第二栅格14的位置上组合(叠加)。从而，可以改进相衬图像的品质而不需要降低X射线的强度。
第二栅格14调制条纹图像的强度。通过例如条纹扫描法检测在强度调制之后的条纹图像(第二周期性图案图像)。在条纹扫描法中，扫描机构18间歇地使第二栅格14相对于第一栅格13以作为栅格间距的等分数(例如，五分之一)的扫描间距沿栅格表面关于X射线焦点移动。在间歇移动之间无论何时停止第二栅格14，X射线源11施加X射线至样品H，并且X射线图像检测器15检测第二周期性图案图像。相衬图像生成器16由X射线图像检测器15的每个像素的像素数据的相位位移量(样品H存在和样品H不存在的情况之间相位上的位移)计算微分相位图像(相当于由样品H折射的X射线的角分布)。在那之后，相衬图像生成器16将微分相位图像沿条纹扫描方向积分以获得样品H的相衬图像。
如上所述，根据该实施方案的源栅格12、第一栅格13和第二栅格14，X射线透过部分由两种以上类型元素组成的非线性单晶制成。因此，与X射线透过部分由单一元素如硅组成的单晶制成的情况比较，在X射线吸 收部分中所使用的金更少地扩散至X射线透过部分中。这是因为由单一元素组成的单晶由于低键合强度而易于反应，并且倾向于允许扩散，而由两种以上元素组成的非线性单晶在不同类型的元素之间键合强度高于单一类型的元素之间的键合强度。因此，使用由两种以上类型的元素组成的非线性单晶有助于防止金的扩散。
同样，通过非线性单晶的极化反转和湿蚀刻形成将要成为X射线吸收部分24的沟40e。因此，与使用LIGA方法或硅的干法蚀刻比较，可以在高产量和低成本下形成带有高纵横比的沟。
第二实施方案
在第二实施方案中，将掺杂有荧光体的非线性单晶基板集成在X射线图像检测器中，并且用作第二栅格和闪烁器。如图12中所示，在将X射线吸收材料48充填至非线性单晶基板40的沟40e中之前或之后，可以将反转部分40c用荧光体掺杂。在另一种情况下，可以制备掺杂有荧光体的非线性单晶基板，并且之后可以将X射线吸收材料48充填至沟40e中。在那之后，将晶种层22移除以取出非线性单晶基板40。如图13中所示，该非线性单晶基板40在施加X射线时发射光。之后，如图14中所示，非线性单晶基板40被包含在X射线图像检测器60中，所以非线性单晶基板40起第二栅格和闪烁器的作用。在使用由两种以上类型的元素组成的晶体，如GdOS:Pr、Ce、LuSiO:Ce、YSiO:Ce、YAlO:Ce、LuAlO:Pr、BiGeO、BiSiO或BiTiO的情况下，不带有荧光体的掺杂，在施加X射线时反转部分可以发射光。
具有非线性单晶基板40的X射线图像检测器60的使用消除了对于设置第二栅格14的需要，并且允许了如图15中所示的不带有第二栅格14的X射线成像系统65的组成，这带来尺寸和成本上的减小。因为单晶具有高填充密度，发光效率高并且散射光小。这有助于X射线图像检测器60的图像品质上的提高。应注意，优选将在X射线吸收部分和X射线透过部分的周期性方向上移动非线性单晶基板40的扫描机构61组装至X射线图像检测器60中，以便使得能够使用条纹扫描法获得相衬图像。
第三实施方案
在以上实施方案中，笔直地沿着非线性单晶基板40的厚度方向进行了极化反转。然而，如图16中所示，可以将带有与第一表面40a的周期性电极41的周期性不同的周期性的第二周期性电极70形成在非线性单晶基板40的第二表面40b中。在那之后，从高压源46将电压施加至第二周期性电极70，如此在周期性电极41与第二周期性电极70之间出现极化反转。根据该实施方案，如在图17的栅格75中所示，X射线吸收部分24和X射线透过部分25在栅格表面中可以是倾斜的，以使得由栅格75后面发射的并穿过X射线透过部分25的X射线会聚至作为X射线源11的X射线产生点的X射线焦点11a。因此，可以减少由X射线源11发出的X射线锥面光束的渐晕。
以条纹图案一维栅格为例描述了以上实施方案，所述条纹图案一维栅格具有在第一方向上延伸并且在第二方向上交替排列的X射线吸收部分和X射线透过部分。然而，本发明适用于具有在两个方向排列的X射线吸收部分和X射线透过部分的二维栅格。此外，在该实施方案中样品设置在源栅格与第一栅格之间。然而，即使将样品设置在第一与第二栅格之间，可以以类似的方式产生相衬图像。该X射线成像系统设置有源栅格，但是本发明可应用于不使用源栅格的X射线成像系统。只要不出现矛盾，可以将以上实施方案彼此组合。
在以上实施方案中，第一和第二栅格线性地投射穿过它们的X射线透过部分的X射线。然而，本发明不限于该结构，并且第一和第二栅格通过X射线的衍射可产生所谓的塔尔博特效应(参考国际公开号WO2004/058070)。在这种情况下，将第一和第二栅格之间的距离设定为塔尔博特距离。第一栅格可以是具有相对低纵横比的相位栅格，而不是吸收栅格。
在以上实施方案中，相衬图像由多个条纹图像产生，所述多个条纹图像经通过第二栅格的强度调制，并且通过条纹扫描法检测。然而，存在通过单次图像捕获操作产生相衬图像的已知X射线成像系统。例如，根据国际公开号WO 2010/050483中公开的X射线成像系统，X射线图像检测器检测由第一和第二栅格产生的莫尔条纹，对所检测到的莫尔条纹的强度 分布进行傅里叶变换以获得空间频谱。从该空间频谱分离对应于载波频率的谱，并且对该谱进行傅里叶逆变换以获得微分相位图像。可以将本发明的栅格用作这种类型的X射线成像系统的第一和第二栅格中的至少一个。
另一种用于通过单次图像捕获操作产生相衬图像的X射线成像系统配备有直接转换型X射线图像检测器作为强度调制装置，而不是第二栅格。直接转换型的X射线图像检测器由用于将X射线转换为电荷的转换层和用于收集由转换层所转换的电荷的电荷收集电极组成。在这种X射线成像系统中，例如，每一个像素的电荷收集电极由彼此异相排列的多个线性电极群组成。每个线性电极群包含电连接的线性电极，所述线性电极以与由第一栅格形成的条纹图像的周期性图案近似相同的周期排列。通过分别控制线性电极群以收集电荷，通过单次图像捕获操作获得多个条纹图像，并且从多个条纹图像产生相衬图像(参考美国专利号7,746,981，对应于日本专利公开号2009-133823)。可以将本发明的栅格用作该类型的X射线成像系统的第一栅格。
在再另一个用于通过单次图像捕获操作产生相衬图像的X射线成像系统中，设置第一和第二栅格以使得X射线吸收部分和X射线透过部分的延伸方向在第一和第二栅格之间以预定的角度相对地倾斜。将由于倾斜出现在延伸方向上的莫尔条纹周期性区域分开，并且捕获每个所分开的区域的图像以在第一与第二栅格之间不同的相对位置获得多个条纹图像。相衬图像从多个条纹图像产生。本发明的栅格可以用作这种类型的X射线成像系统的第一和第二栅格中的至少一个。
光读取型X射线图像检测器的使用消除了对于在X射线成像系统中设置第二栅格的需要。在该系统中，用作强度调制装置的光读取型X射线图像检测器包含按以下顺序层压的：第一电极层、光导电层、电荷积累层、第二电极层。第一电极层透射由第一栅格形成的周期性图案图像。当施加通过第一电极层透射的周期性图案图像时光导电层产生电荷。电荷积累层积累由光导电层产生的电荷。在第二电极层中，排列很多用于透射扫描光的线性电极。通过用扫描光扫描，将对应于每个线性电极的每个像素的图像信号读出。因为电荷积累层采取具有比线性电极的排列间距窄的间距的栅格形式，电荷积累层起第二栅格的作用。本发明的栅格可以用作该 类型的X射线成像系统的第一栅格。
以上描述的实施方案不仅可用于医疗诊断用射线成像系统，而且也可用于其他类型的用于工业用途、无损探伤等的射线成像系统。本发明也可用于射线摄影中用于移除散射光的栅格。此外，在本发明中，可以使用γ射线作为射线代替X射线。
虽然已经参照附图通过优选实施方案的方式充分地描述了本发明，但是对于本领域技术人员，多种变化和更改将是显而易见的。因此，除非这些变化和更改脱离了本发明的范围，否则应将它们理解为包括在其中。
Claims (13)
1.一种用于射线摄影的栅格，所述栅格包括：
由非线性单晶制成的多个射线透过部分；和
与所述射线透过部分交替排列的多个射线吸收部分。
2.根据权利要求1所述的栅格，其中所述射线透过部分掺杂有荧光体并且在施加射线时发射光。
3.根据权利要求1所述的栅格，其中所述射线透过部分和所述射线吸收部分是倾斜的，使得从所述栅格后面入射的射线会聚到所述射线的焦点上。
4.根据权利要求1所述的栅格，其中所述射线吸收部分和所述射线透过部分在第一方向上延伸，并且在与所述第一方向正交的第二方向上交替排列。
5.一种射线图像检测器，所述射线图像检测器包括：
栅格，所述栅格包括多个射线透过部分和多个射线吸收部分，所述射线透过部分由掺杂有荧光体的非线性单晶制成以在施加射线时发射光；和
光检测器，所述光检测器用于检测从所述栅格发射的所述光。
6.根据权利要求5所述的射线图像检测器，所述射线图像检测器还包括：
扫描装置，所述扫描装置用于使所述栅格在所述射线吸收部分和所述射线透过部分的排列方向上以预定间距移动。
7.一种射线成像系统，所述射线成像系统包括：
射线源，所述射线源用于发射射线；
第一栅格，所述第一栅格用于使来自所述射线源的所述射线通过以形成第一周期性图案图像，所述第一栅格包括交替排列的第一射线透过部分和第一射线吸收部分，所述第一射线透过部分由非线性单晶制成；
强度调制装置，所述强度调制装置用于在与所述第一周期性图案图像异相的至少一个相对位置，对所述第一周期性图案图像施加强度调制以形成第二周期性图案图像；
射线图像检测器，所述射线图像检测器用于检测所述第二周期性图案图像；以及
计算装置，所述计算装置用于基于由所述射线图像检测器检测的所述第二周期性图案图像将所述射线的相位信息成像。
8.根据权利要求7所述的射线成像系统，其中所述强度调制装置包括：
第二栅格，所述第二栅格具有交替排列的第二射线透过部分和第二射线吸收部分，所述第二射线透过部分由非线性单晶制成；以及
扫描装置，所述扫描装置用于使所述第一栅格和第二栅格中的一个在栅格结构的周期性方向上以预定间距移动，以将所述第一栅格和第二栅格设定在所述相对位置。
9.根据权利要求7所述的射线成像系统，所述射线成像系统还包括：
第三栅格，所述第三栅格被设置在所述射线源与所述第一栅格之间，用于部分地阻挡从所述射线源发射的所述射线以形成许多线光源，所述第三栅格包括交替排列的第三射线透过部分和第三射线吸收部分，所述第三射线透过部分由非线性单晶制成。
10.根据权利要求7所述的射线成像系统，其中所述射线图像检测器包括：
(A)第二栅格，所述第二栅格具有第二射线透过部分和第二射线吸收部分，所述第二射线透过部分由掺杂有荧光体的非线性单晶制成并且在施加所述射线时发射光；
(B)光检测器，所述光检测器用于检测从所述第二栅格发射的所述光；并且
所述强度调制装置是扫描装置，所述扫描装置用于使所述第二栅格在所述第二吸收部分和所述第二透过部分的排列方向上以预定间距移动。
11.一种用于制备用于射线摄影的栅格的方法，所述方法包括以下步骤：
将多个第一电极形成在经过极化处理后的非线性单晶基板的第一表面上；
将电压从与所述第一表面相反的第二表面侧施加至所述非线性单晶基板上，以使所述非线性单晶基板的面向所述第一电极的部分的极化方向反转；
蚀刻所述非线性单晶基板，并且通过利用所述未反转部分与所述反转部分之间的蚀刻速率的差别，移除其中未发生极性反转的未反转部分，同时保留其中已发生所述极性反转的反转部分；以及
将射线吸收材料充填至移除所述未反转部分之后留下的空间中。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
用荧光体掺杂所述反转部分。
13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
将第二电极以与所述第一电极的周期性不同的周期性形成在所述非线性单晶基板的所述第二表面上，所述电压被施加至所述第二电极上。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120718 |