CN102626320A - 放射线成像中使用的栅格和栅格制备方法,以及放射线成像系统 - Google Patents
放射线成像中使用的栅格和栅格制备方法,以及放射线成像系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于在放射线成像中使用的栅格和栅格制备方法，以及使用栅格的放射线成像系统。将X射线透射基板刻蚀以形成多个槽、多个X射线透过部和多个支持部。形成在X射线透过部之间的槽在Y方向上延伸并且排列在垂直于所述Y方向的X方向上。在该槽中，支持部从X射线透过部的侧面在X方向上突出并且交替地排列在Y方向上。当通过电镀用X射线吸收材料填充槽时，支持部支持X射线透过部。支持部避免了X射线透过部由于电镀液的波动以及X射线吸收材料的不均匀生长而落下。
Description
技术领域
本发明涉及用于在放射线成像中使用的栅格和栅格制备方法，以及使用栅格的放射线成像系统。
背景技术
当入射在物体上时，放射线(例如，X射线)由于与物体相互作用而改变其强度和相位。相比X射线的强度，X射线的相位与物体更强烈地相互作用。X射线相位成像利用了该性质。使用X射线相位成像技术，基于由受检体引起的X射线的相位变化(角度变化)，捕获低X射线吸收的受检体的高反差图像(在下文中称为相衬图像)。对X射线相位成像的研究已经活跃地进行。
作为放射线成像系统的实例，设计了利用由两个透射型衍射光栅(栅格)引起的塔尔博特(Talbot)效应进行X射线相位成像的X射线成像系统(例如，参见日本专利公开公布号2006-259264和“使用错位干涉仪的微分X射线相衬成像(Differential X-ray phase contrast imaging using ashearing interferometer)”，C.David等，应用物理通讯(Applied PhysicsLetters)，第81卷，第17期，2002年十月，第3287页)。在该X射线成像系统中，当从X射线源看时，第一栅格放置在受检体之后。第二栅格放置在下游距离第一栅格塔尔博特长度处。在第二栅格后面，放置X射线图像检测器(平板检测器，缩写为FPD)。FPD检测X射线以生成图像。第一和第二栅格的每一个是具有在一个方向上延伸并且在垂直于延伸方向的方向上交替地排列的X射线吸收部和X射线透过部的条纹状一维栅格。塔尔博特长度是穿过第一栅格的X射线由于塔尔博特效应形成自成像(条纹图像)的距离。
在X射线成像系统中，通过第一栅格的自成像在第二栅格上的叠加(强度调制)生成条纹图像。使用条纹扫描法检测条纹图像。由通过受检体引起的条纹图像上的变化获得受检体的相位信息。在条纹扫描法中，每当将第二栅格在基本上平行于第一栅格的平面并且基本上垂直于第一栅格的栅格方向的方向上以作为栅格节距的一个等分的扫描节距平移，捕获图像。通过由X射线图像检测器获得的每个像素值上的变化测定由物体反射的X射线的角度分布(相移的微分图像)。基于角度分布，获得物体的相衬图像。条纹扫描法也用于使用激光的成像装置中(例如，参见“用于莫阿偏折图的自动处理的改进的相移方法(Improved phase-shifting methodfor automatic processing of moirédeflectograms)”，Hector Canabal，等，应用光学(Applied Optics)，第37卷，第26号，1998年九月，第6227页)。
第一和第二栅格的每一个具有其中X射线吸收部以预定节距在排列方向上排列的条纹结构。X射线吸收部在垂直于X射线辐照方向的延伸方向上延伸。排列方向垂直于X射线辐照方向和延伸方向。基于X射线焦点与第一栅格之间的距离和第一栅格与第二栅格之间的距离确定每个X射线吸收部的宽度和X射线吸收部的排列节距。宽度和排列节距为大约数个至数十μm。因为第二栅格的X射线吸收部需要高X射线吸收性，每个X射线吸收部需要具有高纵横比的结构。例如，在X射线传播方向上X射线吸收部的厚度需要为大约数十至数百μm。
在日本专利公开公布号2006-259264中，如图16A中所示，为制备上述栅格，使用光刻在设置在基板100上的光敏树脂层101上形成多个槽102。从而，形成其中多个板状部103在基板100上垂直地站立的栅格图案。板状部103由光敏树脂制成。通过电镀将槽102用Au填充以形成X射线吸收部。
“高纵横比SU8亚微米结构体的软X射线光刻(Soft X-ray lithographyof high aspect ratio SU8submicron structures)”，E.Reznikova等，微晶技术(Microsyst.Technol.)，14(2008)1683-1688公开了将用于连接相邻的栅格线的桁条随机地提供在栅格间隙的延伸方向上，以稳定化其中的栅格线和栅格间隙交替地并周期性地排列的栅格结构体。栅格线对应于X射线吸收部。栅格间隙对应于X射线透过部。另一方面，美国专利申请公布号2010/0278297公开了设定在栅格间隙的延伸方向上的桁条之间的间隔以满足预定的几何条件。这防止了由“高纵横比SU8亚微米结构体的软X射线光刻(Soff X-ray lithography of high aspect ratio SU8submicronstructures)”的栅格间隙中表现的毛细管力引起的栅格线的弯曲。
在日本专利公开公布号2006-259264中公开的栅格制备方法中，通过在光敏树脂层101上曝光和显影形成由槽102和板状部103组成的栅格图案。因为光敏树脂是柔软的并且栅格图案是微小的并具有高纵横比，可能出现归因于相邻的板状部103的粘连而产生的栅格图案的变形。粘连由显影过程中溶液的波动(摆动)和/或干燥过程中水的表面张力引起。如图16B中所示，板状部103倒在或落在相邻的板状部103上，这使得难以保持栅格的宽度和高度。此外，Au比树脂更硬，所以板状部103的变形可能依靠镀Au的生长而出现。这劣化了栅格性能。
在日本专利公开公布2006-259264中公开的栅格制备方法中，使用同步辐射用于光敏树脂层的曝光。然而，在日本，只有很少的能够提供同步辐射曝光的设备。同步辐射曝光需要长时间，它由于差的生产量而不适合用于生产。为解决该问题，可以使用比光敏树脂层更硬的硅基板代替光敏树脂层。然而，它仍然难以防止粘连，因为栅格图案是微小的并且具有高纵横比。
在美国专利申请公布号2010/0278297和“高纵横比SU8亚微米结构体的软X射线光刻(Soft X-ray lithography of high aspect ratio SU8submicron structures)”中公开的发明中，桁条连接栅格线(对应于X射线吸收部)，它加强栅格线的结构。然而，所公开的桁条对于在使用例如日本专利公开公布号2006-259264中公开的方法形成栅格线中防止光敏树脂层的粘连是无效的。
发明内容
本发明的目的是提供具有高纵横比的X射线吸收部的栅格，以及用于以高精度制备栅格的方法，以及使用栅格的放射线成像系统。
为实现以上和其他目标，用于在放射线成像中使用的栅格包括多个放射线吸收部、多个放射线透过部、多个放射线透过部和多个支持部。放射线吸收部在延伸方向上延伸。放射线透过部在延伸方向上延伸。放射线吸收部和放射线透过部交替地排列在垂直于延伸方向的排列方向上。支持部从放射线透过部的至少一侧在排列方向上突出。
优选的是支持部不接触相邻的放射线透过部。
优选的是支持部在延伸方向上交替地设置在放射线透过部的两侧上。
优选的是支持部从放射线透过部的相同位置的两侧在相反的方向上突出。
优选的是支持部从相邻的放射线透过部在排列方向上彼此面对地突出。
优选的是支持部包括其中放射线透过部阶梯状弯曲的弯曲部。
优选的是支持部在延伸方向上的排列节距大于或等于放射线吸收部在排列方向上的宽度的5倍。
优选的是支持部在延伸方向上的排列节距小于或等于检测穿过放射线透过部的放射线用的放射线图像检测器的像素尺寸。
优选的是栅格还包括从放射线吸收部的至少一侧突出的吸收部用支持部。
放射线成像系统包括：第一栅格、强度调制器、放射线图像检测器和处理部。第一栅格具有多个放射线吸收部和多个放射线透过部。放射线吸收部和放射线透过部在延伸方向上延伸并且交替地排列在垂直于延伸方向的排列方向上。第一栅格使由放射线源发射的放射线通过以形成第一周期性图案图像。第一栅格具有多个在排列方向上从放射线透过部的至少一侧突出的支持部。强度调制器在与第一周期性图案相位不同的至少一个相对位置对第一周期性图案图像提供强度调制。放射线图像检测器检测由强度调制器在该相对位置生成的第二周期性图案图像。处理部基于由放射线图像检测器检测到的第二周期性图案图像的至少一幅生成相位信息的图像。
优选的是强度调制器由第二栅格和扫描部组成。第二栅格具有多个放射线透过部、多个放射线吸收部和多个支持部。放射线透过部和放射线吸收部在延伸方向上延伸并且交替地排列在垂直于延伸方向的排列方向上。放射线透过部使第一周期性图案通过。放射线吸收部吸收第一周期性图案。支持部在排列方向上从放射线透过部的至少一侧突出。扫描部将第一和第二栅格之一移动至第一和第二栅格的栅格结构的周期性方向上的节距处的位置。该位置对应于所述相对位置。
优选的是放射线成像系统还包括由多个放射线吸收部、多个放射线透过部和多个支持部构成的第三栅格。放射线吸收部和放射线透过部在延伸方向上延伸并且交替地排列在垂直于延伸方向的排列方向上。支持部在排列方向上从放射线透过部的至少一侧突出。第三栅格放置在放射线源与第一栅格之间。第三栅格部分地遮挡来自放射线源的放射线以形成多个线光源。
栅格制备方法包括第一形成步骤和第二形成步骤。在第一形成步骤中，将多个槽、多个放射线透过部和多个支持部形成在放射线透射基板上。槽在延伸方向上延伸并且在垂直于延伸方向的排列方向上排列。槽形成在放射线透过部之间。支持部在排列方向上从放射线透过部的至少一侧突出。在第二形成步骤中，通过用放射线吸收材料填充槽形成多个放射线吸收部。
优选的是支持部不接触相邻的放射线透过部。
根据本发明的用于在放射线成像中使用的栅格，支持部支持放射线透过部以加强栅格。这避免了或减少了X射线吸收部之间和X射线透过部之间由栅格的变形引起的节距等上的变化。因此，使用本发明的栅格的放射线成像系统允许以高图像品质进行相衬成像。
根据本发明的栅格制备方法，支持部支持每个放射线透过部。这防止了当将放射线吸收材料填充在放射线透过部之间的槽中以形成放射线吸收部时放射线透过部倒下或落下。因为支持部不接触相邻的X射线透过部，当通过电镀用X射线吸收材料填充槽时支持部不阻挡槽中电镀液的流动。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下关于优选实施方案的详细描述本发明的上述的以及其他目的和益处将是更明显的，其中遍及数个视图，相同的附图标记表示相同的或相对应的部分，并且其中：
图1是显示了本发明的X射线成像系统的构造的示意图；
图2A是显示了第二栅格的构造的平面图；
图2B是沿图2A中所示的线A-A切割的截面图；
图3A至3D是显示了用于制备第二栅格的步骤的截面图；
图4是显示了其上形成了X射线透过部和支持部的X射线透射基板的透视图；
图5是显示了在X射线透过部的高度方向上具有不同的突出量的支持部的截面图；
图6是从X射线透过部的中间在高度方向上突出的支持部的截面图；
图7是其中支持部斜线排列的第二栅格的平面图；
图8是其中相邻X射线透过部的支持部之间的间隔是随机的第二栅格的平面图；
图9是其中支持部从X射线透过部的相同位置的两侧在相反的方向上突出的第二栅格的平面图；
图10是其中相邻X射线透过部的支持部彼此面对地突出的第二栅格的平面图；
图11是从其上将X射线透过部移除的第二栅格的截面图；
图12是设置有吸收部用支持部和透过部用支持部的第二栅格的平面图；
图13是其中在对应于透过部用支持部的位置并与其在相同的方向上设置具有与透过部用支持部相同形状的每个吸收部用支持部的第二栅格的平面图；
图14是第二栅格的平面图，所述第二栅格具有不同形状的透过部用支持部，并且对应形状的吸收部用支持部设置在对应于相应的透过部用支持部的位置上；
图15是具有弯曲的X射线吸收部和弯曲的X射线透过部的第二栅格的平面图；以及
图16A和16B是显示了落在相邻部分上的板状部的透视图。
具体实施方式
在图1中，放射线成像系统，例如，X射线成像系统10配备有：在作为X射线辐照方向的Z方向上设置的X射线源11、源栅格12、第一栅格13、第二栅格14和X射线图像检测器15。X射线源11具有，例如，旋转阳极型X射线管和用于限制X射线场的准直管。X射线源11将锥面光束状X射线施加至受检体H。X射线图像检测器15为，例如，使用半导体电路的平板检测器(FPD)。X射线图像检测器15放置在第二栅格14后面。X射线图像检测器15连接至相衬图像生成器16，相衬图像生成器16由通过X射线图像检测器15检测到的图像数据生成相衬图像。
源栅格12、第一栅格13和第二栅格14的每一个是用于吸收X射线的吸收栅格。源栅格12、第一栅格13和第二栅格14设置在Z方向上以面对X射线源11。在源栅格12与第一栅格13之间存在足够的空间以放置受检体H。第一栅格13与第二栅格14之间的距离小于或等于最小塔尔博特长度。该实施方案的X射线成像系统10不利用塔尔博特效应。作为代替，X射线成像系统10使用第一栅格13投射X射线至第二栅格14。
第二栅格14和扫描机构18构成本发明的强度调制器。在相衬成像中，扫描机构18将第二栅格14在栅格节距方向(X方向)上以扫描节距平移，所述扫描节距是第二栅格14的栅格节距的等分(例如，五等分)之一。
作为本发明的栅格的一个实例描述第二栅格14a的结构。在图2A和2B中，第二栅格14具有起栅格作用的栅格层20，在栅格层20的X射线源11侧设置的基板21，以及设置在栅格层20与基板21之间的种子层22。
栅格层20设置有多个X射线吸收部24和多个X射线透过部25。X射线吸收部24和X射线透过部25在垂直于Z方向的平面中在延伸方向(Y方向)上延伸。X射线吸收部24和X射线透过部25交替地排列在垂直于Y和Z方向的排列方向(X方向)上以形成条纹状栅格。X射线透过部25由X射线吸收性低于X射线吸收部24的X射线吸收性的材料制成。X射线吸收部24吸收或遮挡由X射线源11发射的X射线，同时X射线透过部25允许X射线从其中通过。从而，形成条纹状图像。
基板21由具有与X射线透过部25类似的低X射线吸收性的材料制成，并且是刚性的以支持栅格层20。种子层22由具有导电性的材料制成。种子层当通过电镀制备X射线吸收部24时用作电极。种子层22比栅格层20和基板21薄，所以它不影响第二栅格14的X射线透过性。
基于例如，源栅格12与第一栅格13之间的距离，第一栅格13与第二栅格14之间的距离，以及第一栅格13的X射线吸收部的排列节距确定X射线吸收部24的宽度W2和节距P2。宽度W2为大约2μm至20μm。节距P2为大约4μm至40μm。随X射线吸收部24在Z方向上的厚度T2增加，X射线吸收部24的X射线吸收性增加。然而，考虑到由X射线源11施加的锥面光束状X射线的渐晕，厚度T2为例如大约100μm至200μm。作为实例，在该实施方案中，宽度W2为2.5μm，节距P2为5μm，并且厚度T2为100μm。X射线吸收部24的纵横比为“40”。
在每个X射线透过部25的侧面，与X射线透过部25作为整体地设置两个以上桁状支持部27。每个支持部27从X射线透过部25突出，突出量在离基板21的高度方向(Z方向)上是均匀的。支持部27加强第二栅格14并且防止其变形。在第二栅格14的制备过程中，支持部27加强X射线透过部25以防止X射线透过部25倒下或落下。
支持部27沿X射线透过部25的延伸方向交替地设置在X射线透过部25的两侧上。为防止支持部27从第二栅格14的边缘向外侧突出，每个位于第二栅格14边缘的X射线透过部25仅在X射线透过部25的内侧具有支持部27。每个X射线透过部25的支持部27在Y方向上设置在对应于相邻X射线透过部25的相应的支持部27的位置。X射线透过部25的支持部27在X方向上排成直线。注意每个支持部27在X方向上不接触相邻的X射线透过部25。这防止了支持部27在其中将Au填充在X射线透过部25之间的槽28中的电镀过程中阻挡槽28中电镀液的流动。
支持部27在Y方向上的宽度Ws，例如，与X射线吸收部24在X方向上的宽度W2相同。单个X射线透过部25的支持部27之间在Y方向上的排列节距Ps大于或等于5倍的宽度W2。这避免了栅格性能因过多的支持部27而下降。优选的是支持部27的排列节距Ps小于或等于X射线图像检测器15在Y方向上的像素尺寸的长度。当排列节距Ps超过单个像素的长度时，一些像素面对支持部27而另外的不面对。这引起像素之间在栅格的X射线透射率上的不同。根据用途，X射线图像检测器15在像素尺寸上不同。对于普通放射线照相术，在X和Y方向上的像素尺寸为150μm-300μm乘150μm-300μm见方。对于乳房X射线照相术，像素尺寸为大约50μm-70μm乘50μm-70μm见方。因此，优选的是根据X射线图像检测器15设定支持部27的排列节距Ps。
接下来，描述用于制备第二栅格14的方法。如图3A中所示，在第一步中，将X射线透射基板30和在一侧设置有种子层22的基板21经由种子层22接合在一起。X射线透射基板30构成栅格层20的X射线透过部25。
需要的是X射线透射基板30的材料具有低X射线吸收性、具有刚性和可加工性。例如，硅(Si)是优选的。备选地或另外地，可以使用GaAs、Ge、石英等。X射线透射基板30的厚度对应于X射线吸收部24在Z方向上的厚度T2。X射线透射基板30的厚度为，例如，20μm至150μm。
基板21由具有低X射线吸收性并且与X射线透射基板30比较在热膨胀系数上差别小的材料制成。例如，硼硅玻璃、钠钙玻璃、石英、氧化铝、GaAs或Ge是优选的。与X射线透射基板30所用的相同的硅是更优选的。对于硼硅玻璃，例如，可以使用Pyrex(注册商标)玻璃或Tempax(注册商标)玻璃。如上所述，基板21由与X射线透射基板30比较在热膨胀系数上差别小的材料制成。这防止了在基板21与X射线透射基板30的接合过程中，以及在使用过程中，由热应力导致的变形。
优选的是种子层22由金属膜构成，所述金属膜由例如Au、Ni、Al、Ti、Cr、Cu、Ag、Ta、W、Pb、Pd、Pt或它们的合金制成。可以将种子层22提供于X射线透射基板30。可以将种子层22提供于X射线透射基板30和基板21的每一个。种子层22具有数μm量级的厚度，所以即使种子层22由高X射线吸收性的材料，例如，Au制成，种子层22也不影响X射线透过性。
包括种子层22的基板21的总厚度比X射线透射基板30的厚度更厚。基板21的总厚度为，例如，大约100μm至700μm。基板21在接合之前可以具有大于所需的厚度。在接合之后，可以将基板抛光以降低厚度至所需的厚度。
如图3B中所示，使用普通光刻技术在X射线透射基板30上形成刻蚀掩模32。刻蚀掩模32包含在Y方向上线性延伸并且在X方向上以预定节距周期性排列的条纹图案，以及用于在X方向上从条纹图案突出的支持部27的图案。
如图3C和4中所示，通过刻蚀掩模32对X射线透射基板30进行干刻蚀。从而，在X射线透射基板30上形成槽28、之间形成有槽28的板状X射线透过部25，以及多个支持部27。槽28需要例如大约100μm至200μm的深度与大约数μm的宽度之间的高纵横比。为形成槽28，可以使用深度干刻蚀工艺，例如，Bosch工艺，或低温(cryo)工艺。可以使用光刻胶代替硅基板。在这种情况下，使用同步辐射曝光形成槽。
如图3D中所示，对X射线透射基板30进行电镀。在该电镀步骤中，在电流端子(未显示)连接至种子层22的状态下将X射线透射基板30浸没在电镀液中。在该电流端子相对于X射线透射基板30相反的位置设置另一个电极(阳极，未显示)。当将电流施加至该电流端子与阳极之间时，电镀液中的金属离子沉积在经历过图案化处理的X射线透射基板30上。从而，槽28填充有X射线吸收材料如金以形成X射线吸收部24。在电镀步骤之后，使用例如CMP器件将刻蚀掩模32移除。
在电镀过程中，X射线透过部25由电镀液的波动(摆动)和金属的不均匀生长受压。因为X射线透过部25由支持部27支持并加强，避免了归因于X射线透过部25的倒下或落下而粘连。因为每个槽28未被支持部27分割，在槽28中保持了电镀液的流动性。这减少了由电镀液的截留或阻塞引起的金属的不均匀生长的出现，并防止了由其导致的粘连。支持部27支持每个X射线透过部25，从而加强了第二栅格14。
类似于美国专利申请公布号2010/0278297和“高纵横比SU8亚微米结构体的软X射线光刻(Soft X-ray lithography of high aspect ratio SU8submicron structures)”E.Reznikova等，微晶技术(Microsyst.Technol.)，14(2008)1683-1688中描述的填充物桁条，相邻的X射线透过部25可以通过支持部27连接。然而，这分割槽28并且阻挡电镀液的流动。因此，优选的是用支持部27支持每个透过部25以使得相邻的X射线透过部25不通过支持部27彼此连接。
类似于第二栅格14，源栅格12和第一栅格13的每一个由栅格层和基板组成(未显示)。类似于第二栅格14的栅格层20，源栅格12和第一栅格13的每一个的栅格层设置有多个X射线吸收部和X射线透过部，它们在Y方向上延伸并且交替地排列在X方向上。X射线透过部的每一个整体地设置有支持部。除了X射线吸收部和X射线透过部的每一个在Y方向上的宽度，X射线吸收部的节距，X射线透过部的节距，以及X射线吸收部和X射线透过部的每一个在Z方向上的厚度以外，源栅格12和第一栅格13与第二栅格14类似。因此，将源栅格12和第一栅格13的说明省略。用于制备源栅格12和第一栅格13的方法也与用于第二栅格14的方法类似，所以其说明也被省略。
接下来，描述X射线成像系统10的操作。由X射线源11发射的X射线被源栅格12的X射线吸收部部分地遮挡以使得有效焦点尺寸在X方向上减小。从而，在X方向上形成多个线光源(延伸光源)。当来自线光源的X射线通过受检体H时出现相位差。之后，X射线通过第一栅格13以形成条纹图像(第一周期性图案图像)。该条纹图像携带受检体H的传输相位信息。该传输相位信息由受检体H的折射率和传输光程长度决定。由相应的线光源形成的条纹图像投射至第二栅格14并且在第二栅格14的位置处彼此重合。这改善了相衬图像的图像品质而不降低X射线强度。
第二栅格14调制条纹图像的强度以形成第二周期性图案图像。使用例如相位扫描方法检测第二周期性图案图像。在条纹扫描方法中，X射线源11发射X射线至受检体H，并且每次将第二栅格14通过扫描机构18在X方向上相对于第一栅格13以作为栅格节距的等分(例如，五等分)之一的扫描节距平移时，使用X射线图像检测器15捕获图像。之后，通过计算X射线图像检测器15中的每个像素的像素数据的相移值(受检体H存在与不存在时相位上的区别)，获得微分相位图像(对应于由受检体H折射的X射线的角度分布)。使用相衬图像生成器16将微分相位图像在X方向上积分。从而，获得相衬图像。
如上所述，在该实施方案的源栅格12、第一栅格13和第二栅格14的每一个中，每个X射线透过部25设置有支持部27。作为结果，避免了X射线透过部25之间的粘连并且从而制备了具有高精度的栅格。从而，该实施方案的使用源栅格12、第一栅格13和第二栅格14的成像系统10提高了相衬图像的图像品质。支持部27加强了栅格，这减少了栅格的变形等。
在以上实施方案中，形成桁状支持部27以从X射线透过部25的侧面突出。从X射线透过部25侧面突出的支持部27的突出量从X射线透过部25的顶部至底部是均匀的。备选地，如图5中所示的第二栅格40，可以形成支持部41。每个支持部41从X射线透过部25侧面的突出量从X射线透过部25的顶部至底部逐渐增加。当从侧面看时，支持部41具有三角形形状。备选地，如图6中所示的栅格45，可以形成支持部46。每个支持部46从X射线透过部25侧面的突出量从X射线透过部25的中部至底部逐渐地增加。当从侧面看时，支持部46具有三角形形状。与桁状支持部27类似，支持部41和46同样防止了X射线透过部25之间的粘连。当与支持部27比较时，支持部41和46降低了它们对于栅格的X射线吸收量的影响。
在以上实施方案中，X射线透过部25的支持部27在X方向上排成一条直线。备选地，类似图7中所示的第二栅格50，支持部27可以在相对于X方向倾斜的方向上排成直线。
备选地，类似图8中所示的第二栅格55，可以安置X射线透过部25以使得相邻X射线透过部25的支持部27之间的间距在Y方向上是随机的，同时将提供给单个X射线透过部25的支持部27的排列节距Ps保持恒定。备选地，每个X射线透过部25的支持部27的排列节距Ps可以随机地设置，条件是支持部27的排列节距Ps大于或等于5倍的支持部27的宽度Ws并且小于或等于X射线图像检测器15的像素尺寸。考虑到减少栅格性能上的下降，优选随机地安置支持部27。因而，避免了降低X射线遮挡性的支持部27的不均匀分布。
如图8中所示，支持部27的排列节距Ps可以分布在以值“a”为中心、具有宽度“b”的范围(a±b/2)内。例如，当中心值“a”为30μm并且宽度b为10μm时，排列节距Ps在25μm至35μm的范围内。排列节距Ps可以是素数。在这种情况下，例如，可以相继地或随机地使用大于或等于25μm并小于或等于X射线图像检测器15在X和Y方向上的像素尺寸(例如，150平方微米)的素数。备选地，例如，可以将素数“0、1、3、5、7、11、13、17、19”的每一个加上桥节距(bridge pitch)U的起始值25μm(基准值)。其和“25、26、28、30、32...”可以相继地或随机地使用。
如图9中所示的第二栅格60，可以形成支持部27以从X射线透过部25的相同位置的两侧以相反的方向突出。可以在X-Y平面中以交错的方式安置支持部27。从而，支持部27更坚固地支持X射线透过部25。类似图10中所示的第二栅格65，可以形成支持部66以使得相邻X射线透过部25的支持部66彼此面对。可以以交错的方式安置支持部66。优选的是支持部66的突出量小于图9中支持部27的突出量以使得彼此之间不出现接触。
在以上实施方案中，第二栅格具有由X射线吸收材料制成的X射线吸收部24和由X射线透射基板30制成的X射线透过部25。备选地，如图11中所示的第二栅格70，在通过用X射线吸收材料填充槽28形成X射线吸收部24之后，可以通过刻蚀等将X射线透过部25移除，如图3D中所示。从而，每个X射线透过部为X射线吸收部24之间的间隙，这提高了X射线透射率。
通过将X射线透过部25从第二栅格70移除，只有X射线吸收部24竖立在基板21上。这使得X射线吸收部24容易落下。为解决该问题，例如，如图12中所示的第二栅格75，可以将吸收部用支持部76提供给X射线吸收部24，并且将透过部用支持部77提供给X射线透过部25。如图13中所示的第二栅格80，可以将具有与透过部用支持部81相同形状的吸收部用支持部82设置在对应于相邻X射线透过部25的透过部用支持部81的位置，与透过部用支持部81相同的方向上。如图14中所示的第二栅格85，X射线透过部25可以设置有在形状上不同的透过部用支持部86a、86b和86c。在X射线吸收部24上，可以将吸收部用支持部87a、87b和87c设置在分别与相邻的X射线透过部25的透过部用支持部86a、86b和86c的位置相对应的位置上。可以将吸收部用支持部87a、87b和87c设置在分别与透过部用支持部86a、86b和86c相同的方向上。吸收部用支持部87a、87b和87c的形状分别对应于透过部用支持部86a、86b和86c的形状。如图15中所示的第二栅格90，可以设置X射线吸收部91的弯曲部93和X射线透过部92的弯曲部94作为支持部。弯曲部93和弯曲部94在X方向上弯曲(例如，阶梯状)。
在以上实施方案中，将受检物H放置在X射线源与第一栅格之间。当将受检物H放置在第一与第二栅格之间时，也可以生成相衬图像。将第二栅格使用扫描机构扫描。备选地，可以扫描第一栅格。在以上实施方案中，描述了设置有源栅格的X射线成像系统。本发明也适合于不带有源栅格的X射线成像系统。以上实施方案可以在彼此之间不冲突的范围内相互组合。
在以上实施方案中，设置第一栅格以线性地投射穿过其X射线透过部的X射线。备选地，第一栅格可以衍射X射线以引起通常所说的塔尔博特效应(参见WO 2004/058070，例如)。在这种情况下，需要将第一与第二栅格之间的距离设定至塔尔博特长度。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，在通过第二栅格调制条纹图像的强度之后，使用条纹扫描方法检测条纹图像以生成相衬图像。备选地，存在用于通过单次图像捕获产生相衬图像的X射线成像系统。例如，在美国专利申请公布号2011/0158493(对应于WO 2010/050483)中公开的X射线成像系统中，X射线图像检测器检测由第一和第二栅格生成的莫阿条纹。对莫阿条纹的强度分布进行傅里叶变换以获得空间频谱。将对应于载波频率的谱从该空间频谱分离出，并且进行傅里叶逆变换。从而，获得微分相位图像。可以使用本发明的栅格作为该X射线成像系统的第一和第二栅格中的至少一个。
通过单次图像捕获生成相衬图像的X射线成像系统可以使用直接转换型X射线图像检测器作为强度调制器代替第二栅格。直接转换型X射线图像检测器设置有用于将X射线转换为电荷的转换层以及用于收集由转换层生成的电荷的电荷收集电极。在该X射线成像系统中，例如，每个像素中的电荷收集电极由排列为具有相互不同的相位的线性电极群组成。每个线性电极群由以与使用第一栅格形成的条纹图像的周期性图案基本上一致的周期排列的，并且彼此电连通的线性电极组成。单独地控制每个线性电极群以收集电荷。从而，通过单次图像捕获获得两个以上条纹图像。基于所获得的条纹图像生成相衬图像(参见对应于日本专利公开公布号2009-133823的美国专利号7,746,981中所公开的构造)。可以使用本发明的栅格作为该X射线成像系统的第一栅格。
存在能够通过单次图像捕获生成相衬图像的另一种类型的X射线成像系统。在这种X射线成像系统中，安置第一和第二栅格以使得X射线吸收部的延伸方向与X射线透过部的延伸方向相对于彼此以预定的角度倾斜。由倾斜引起的在延伸方向上的莫阿周期被分割为片段并且捕获图像。从而获得用第一和第二栅格在不同的相对位置生成的条纹图像。可以由这些条纹图像生成相衬图像。可以使用本发明的栅格作为该X射线成像系统的第一和第二栅格中的至少一个。
存在另一种类型的X射线成像系统，所述X射线成像系统使用光学读出型X射线图像检测器作为强度调制器以消除第二栅格的使用。在该系统中，第一电极层、光电导层、电荷累积层和第二电极层按以上顺序层合。第一电极层透射由第一栅格形成的周期性图案图像。光电导层检测通过第一电极层透射的周期性图案图像以生成电荷。电荷累积层积累电荷。第二电极层设置有透射读出光的多个线性电极。线性电极对应于相应的像素。通过使用读出光进行扫描以逐个像素为基础读出图像信号。将电荷累积层形成为节距小于线性电极的排列节距的栅格状形状。从而，电荷累积层起第二栅格的作用。可以将本发明的栅格用作该X射线成像系统的第一栅格。
以上实施方案可应用于用于在例如医学诊断、工业用途和无损检查中使用的放射线成像系统。本发明也可以应用于在X射线成像过程中用于移除散射的放射线的抗散射栅格。在本发明中，也可以使用除X射线之外的放射线，例如，γ射线。
在本发明中多种变化和修改是可能的，并且可以将其理解为在本发明之内。
Claims (14)
1.一种用于在放射线成像中使用的栅格，所述栅格包括：
多个放射线吸收部，所述多个放射线吸收部在延伸方向上延伸；
多个放射线透过部，所述放射线透过部在所述延伸方向上延伸，所述放射线吸收部和所述放射线透过部交替地排列在垂直于所述延伸方向的排列方向上；以及
多个支持部，所述支持部在所述排列方向上从所述放射线透过部的至少一侧突出。
2.权利要求1所述的栅格，其中所述支持部不接触相邻的放射线透过部。
3.权利要求2所述的栅格，其中所述支持部在所述延伸方向上交替地设置在所述放射线透过部的两侧上。
4.权利要求2所述的栅格，其中所述支持部在所述放射线透过部的相同位置处从两侧在相反的方向上突出。
5.权利要求2所述的栅格，其中所述支持部从相邻的放射线透过部在所述排列方向上彼此面对地突出。
6.权利要求1所述的栅格，其中所述支持部包括弯曲部，在所述弯曲部中所述放射线透过部阶梯状弯曲。
7.权利要求1所述的栅格，其中所述支持部在所述延伸方向上的排列节距大于或等于所述放射线吸收部在所述排列方向上的宽度的5倍。
8.权利要求7所述的栅格，其中所述支持部在所述延伸方向上的所述排列节距小于或等于检测穿过所述放射线透过部的放射线用的放射线图像检测器的像素尺寸。
9.权利要求1所述的栅格，所述栅格还包括从所述放射线吸收部的至少一侧突出的吸收部用支持部。
10.一种放射线成像系统，所述放射线成像系统包括：
第一栅格，所述第一栅格具有多个放射线吸收部和多个放射线透过部，所述放射线吸收部和放射线透过部在延伸方向上延伸并且交替地排列在垂直于所述延伸方向的排列方向上，所述第一栅格使从放射线源发出的放射线通过以形成第一周期性图案图像，所述第一栅格具有在所述排列方向上从所述放射线透过部的至少一侧突出的多个支持部；以及
强度调制器，所述强度调制器用于在与所述第一周期性图案相位不同的相对位置中的至少一个上对所述第一周期性图案图像提供强度调制；
放射线图像检测器，所述放射线图像检测器用于检测在所述相对位置由所述强度调制器生成的第二周期性图案图像；以及
处理部，所述处理部用于基于由所述放射线图像检测器检测到的所述第二周期性图案图像中的至少一幅生成相位信息的图像。
11.权利要求10所述的放射线成像系统，其中所述强度调制器由第二栅格和扫描部组成，并且所述第二栅格具有多个放射线透过部、多个放射线吸收部和多个支持部，并且所述放射线透过部和所述放射线吸收部在延伸方向上延伸并且交替地排列在垂直于所述延伸方向的排列方向上，并且所述放射线透过部使所述第一周期性图案通过，并且所述放射线吸收部吸收所述第一周期性图案，并且所述支持部在所述排列方向上从所述放射线透过部的至少一侧突出，并且所述扫描部将所述第一和第二栅格中的一个移动至所述第一和第二栅格的栅格结构的周期性方向上的节距处的位置，并且所述位置对应于所述相对位置。
12.权利要求10所述的放射线成像系统，所述放射线成像系统还包括第三栅格，所述第三栅格由多个放射线吸收部、多个放射线透过部和多个支持部组成，所述放射线吸收部和放射线透过部在延伸方向上延伸并且交替地排列在垂直于所述延伸方向的排列方向上，所述支持部在所述排列方向上从所述放射线透过部的至少一侧突出，所述第三栅格放置在所述放射线源与所述第一栅格之间，所述第三栅格部分地遮挡来自所述放射线源的放射线以形成多个线光源。
13.一种栅格制备方法，所述栅格制备方法包括以下步骤：
在放射线透射基板上形成多个槽、多个放射线透过部和多个支持部，所述槽在延伸方向上延伸并且排列在垂直于所述延伸方向的排列方向上，所述槽形成于所述放射线透过部之间，所述支持部在所述排列方向上从所述放射线透过部的至少一侧突出；以及
通过用放射线吸收材料填充所述槽形成多个放射线吸收部。
14.权利要求13所述的栅格制备方法，其中所述支持部不接触相邻的放射线透过部。
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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: 20120808 |