CN103327896A - X射线成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X射线成像设备，包括：X射线源；光栅，该光栅分割从X射线源照射的发散X射线；以及检测器，该检测器检测由光栅分割并且通过样本的X射线。所述光栅包括使发散X射线通过的多个透明物体和遮挡发散X射线的多个不透明物体。多条延长线彼此相交的聚焦位置和X射线源被布置在不同的位置。所述延长线是通过将中心线延长而形成的，所述中心线连接多个不透明物体中的每一个不透明物体的面向X射线源的X射线源侧的中心与多个不透明物体中的每一个不透明物体的面向检测器的检测器侧的中心。
Description
技术领域
本发明涉及X射线成像设备。
背景技术
X射线相位成像是用于检测由样本引起的X射线的相位改变并且基于检测结果来获得样本的图像的方法。
作为一种X射线相位成像的方法，PTL1提出了一种方法，该方法用于利用X射线通过X射线的相位改变而被折射这一事实，通过检测由样本引起的X射线的折射量来获得与X射线的相位改变相关的信息。
将简要描述X射线相位成像方法的原理。在此方法中，首先，X射线在空间上被光栅分割，所述光栅包括遮挡X射线的不透明物体（遮挡部分）和透射X射线的透明物体（透射部分）。被分割的X射线变为离散X射线束，该离散X射线束入射到样本上，并且透射通过样本的离散X射线束由X射线检测器检测。从而，在X射线检测器上形成的离散X射线束的位置被样本偏移多少是已知的，并且可以从该位置的偏移量（以下称为“位置偏移量”）来获得X射线的折射量。此后，除非以其它方式描述，否则在本说明书中的离散X射线束的位置偏移量是指离散X射线束在检测器上的位置偏移的量。
当通过上述方法执行X射线相位成像时，一般地，要使用的离散X射线束的宽度越小，X射线相位检测的灵敏度就越高。
将简要地描述其原因。要注入到检测器的离散X射线束的宽度越小，由检测器的每个像素检测到的X射线的强度就越小。另一方面，由某个样本产生的X射线的折射量并不取决于离散X射线束的宽度，从而离散X射线束的位置偏移量不取决于离散X射线束的宽度。从而，离散X射线束的宽度越小，相对于由检测器的每个像素检测到的X射线强度，由离散X射线束的位置偏移所产生的并且由每个像素检测到的X射线强度改变（即，由样本的有无而产生的并且由每个像素检测到的X射线强度改变）就越大。一般来说，由检测器检测到的X射线强度越大，噪声的幅值就越大，从而，相对于X射线强度，由离散X射线束的位置偏移量所产生的并且由每个像素检测到的X射线强度改变越大，X射线强度改变被埋没在噪声中的概率就越小。结果，X射线成像设备的相位检测灵敏度提高。
为了减小离散X射线束的宽度，光栅的透明物体的宽度被减小。然而，一般来说，难以制造透明物体的宽度小的光栅。PTL1描述了一种包括两个掩模的X射线成像设备，在该X射线成像设备中，可以通过调整两个掩模的相对位置来调整掩模的开口尺寸。当使用该X射线成像设备时，能够通过使用常规使用的光栅来获得具有更小宽度的离散X射线束。
引文列表
专利文献
PTL1PCT日文译文的专利公布No.2010-502977
发明内容
技术问题
然而，如果通过使用光栅来调整通过多个光栅的离散X射线束的宽度，则需要用于调整所有光栅与检测器之间的位置关系的机构，从而设备的配置变得复杂。此外，一般来说，当使用多个光栅时，X射线通过的透明物体的厚度增大。即使当光栅的透明物体由具有高X射线透射率的材料（诸如硅和铝）制成时，也存在这样的问题：即，由于透明物体的厚度增大，通过光栅的X射线的强度衰减。
因此，本发明提供一种使用光栅并且可以形成离散X射线束的X射线成像设备，所述光栅包括具有某种宽度的透明物体，所述离散X射线束具有与通过使用包括宽度比所述光栅的所述透明物体的所述某种宽度小的透明物体的光栅而形成的离散X射线束的宽度基本上相同的宽度。结果，能够获得与通过使用包括具有更小宽度的透明物体的光栅而获得的相位检测灵敏度基本上相同的相位检测灵敏度。
问题的解决方案
作为本发明的一个方面的X射线成像设备包括：X射线源；光栅，所述光栅分割从X射线源照射的发散X射线；以及检测器，所述检测器检测由光栅分割并且通过样本的X射线。所述光栅包括锥束X射线通过的多个透明物体和遮挡X射线的多个不透明物体。多条延长线彼此相交的聚焦位置和X射线源位于彼此不同的位置处。所述延长线是通过将中心线在向着X射线源的方向上延长而形成的，所述中心线连接多个不透明物体的面向X射线源的每侧的中心与多个不透明物体的面向检测器的每侧的中心。
从以下描述的实施例，本发明的其它方面将清晰。
发明的有益效果
根据本发明，能够提供使用光栅并且可以形成离散X射线束的X射线成像设备，所述光栅包括具有某种宽度的透明物体，所述离散X射线束具有与通过使用包括宽度比所述光栅的所述透明物体的所述某种宽度小的透明物体的光栅而形成的离散X射线束的宽度基本上相同的宽度。结果，能够获得与通过使用包括具有更小宽度的透明物体的光栅而获得的相位检测灵敏度基本上相同的相位检测灵敏度。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的X射线成像设备的示意图。
图2是根据本发明的第一实施例的X射线源和光栅的示意图。
图3A和3b是根据本发明的实施例和示例的光栅的移动和旋转方向的示意图。
图4是根据本发明的第二实施例的X射线成像设备的示意图。
图5是根据本发明的第二实施例的X射线源和光栅的示意图。
图6是根据本发明的第三实施例的X射线成像设备的示意图。
图7是根据本发明的第三实施例的X射线源和光栅的示意图。
图8是根据本发明的第四实施例的X射线成像设备的示意图。
图9是根据本发明的第四实施例的X射线成像设备的示意图。
图10是根据本发明的示例4的X射线成像设备的示意图。
图11是根据本发明的示例4的X射线成像设备的示意图。
图12是根据本发明的示例5的光栅和离散X射线束的示意图。
图13是由根据本发明的示例5的光栅形成的离散X射线束的强度分布。
具体实施方式
下面，将参照附图描述本发明的实施例。在图中，相同的部件由相同的附图标记表示，并且将省略冗余描述。
在本说明书中描述的实施例可以通过在X射线成像设备中将从X射线源照射到光栅的不透明物体的X射线的入射角设置为大于0度的角度来形成宽度小于光栅的透明物体的宽度的X射线束。在本说明书中，不透明物体的中心线与进入不透明物体的X射线之间的角度被称为X射线相对于不透明物体的入射角，并且由θ表示。不透明物体的中心线指的是连接不透明物体的面向X射线源的中心与不透明物体的面向检测器的中心的线。透明物体的宽度指的是透明物体在光栅的面向X射线源的表面上的宽度，并且该宽度由Ga表示。
在本说明书中，计算和模型在以下描述的两点上被简化，以便说明实施例。
（1）从X射线源照射的X射线的照射方向上的光亮度（luminance）是恒定的。
（2）不考虑当X射线通过光栅时的菲涅耳衍射。
第一实施例
图1示出根据第一实施例的X射线成像设备的示意图。
图1所示的X射线成像设备包括X射线源101、分割从X射线源101照射的锥束X射线102并且形成离散X射线束105a的光栅103a、检测离散X射线束105a的检测器106、以及基于检测器106的检测结果而执行计算的计算装置107。X射线成像设备还包括光栅103a的移动/旋转单元108。样本104可以如图1所示那样被放置在光栅103a和检测器106之间，或者可以被放置在X射线源101和光栅103a之间。
如上所述，在本实施例的X射线成像设备中使用产生锥束X射线102的X射线源。这里，X射线源可以产生不同于锥束X射线的发散X射线。例如，在本实施例中可以使用产生扇束X射线的X射线源。在本说明书中，连接X射线源101与检测器106的最短的轴被称作光轴111。
光栅103a具有透射X射线的透明物体114a和遮挡X射线的不透明物体115a，从而光栅103a在空间上分割锥束X射线102并且形成离散X射线束105a。图2是图1中从X射线源101到光栅103a的部分的放大图，并且示出锥束X射线102被光栅103a分割并且形成离散X射线束105a的状态。
在本实施例中使用的光栅103a具有与用于消除当在医学X射线成像机器中对体模（phantom）进行成像时产生的散射X射线的聚焦滤线栅（布凯滤线栅）的结构相同的结构。在此结构中，交替地布置由具有高X射线透射率的轻元素制成的透明物体114a和由具有低X射线透射率的重元素制成的不透明物体115a。作为形成透明物体114a的材料，例如使用铝、纸、或合成树脂。作为形成不透明物体115a的材料，例如使用铂、金、铅、钽、或钨。如果可以保持不透明物体之间的间隔，则透明物体可以是孔洞。
光栅103a的透明物体114a和不透明物体115a被布置为使得聚焦位置116a以与在聚焦滤线栅中相同的方式存在。然而，在本说明书中，至少两条延长线113a交叉的位置的集合被定义为聚焦位置116a，所述至少两条延长线113a是通过将连接不透明物体的面向X射线源的中心与不透明物体的面向检测器的中心的中心线在向着X射线源的方向上延长而获得的。
在本说明书中，从光栅103a的面向X射线源的表面到聚焦位置116a绘制的垂直线被称为光栅的中心轴112a，并且，中心轴112a的从光栅103a的面向X射线源的表面到聚焦位置116a的线段的长度被称为焦距。
光栅的透明物体的宽度被表示为Ga，光栅的不透明物体的宽度被表示为Gb，并且，光栅的厚度被表示为t。特别地，在本实施例中，光栅103a的透明物体的宽度被表示为Ga1，光栅103a的不透明物体的宽度被表示为Gb1，并且，光栅103a的厚度被表示为t1。在本实施例中使用的光栅103a中，优选地，Ga1是10μm到180μm，Gb1是20μm到180μm，Ga1+Gb1是50μm到200μm，并且，t1是100μm到1mm。然而，透明物体和不透明物体的宽度指示的是透明物体和不透明物体在光栅的面向X射线源的表面上的宽度。该宽度是在垂直于光栅的中心轴的方向上的宽度。光栅的厚度指示的是光栅在光轴的方向上的厚度。
如果光栅103a被布置为使得X射线源（X射线焦点）101被布置的位置对应于聚焦位置116a，则光轴111的位置对应于中心轴112a的位置。此时，锥束X射线102基本上与不透明物体115a平行地入射，使得紧接在通过光栅103a之后的离散X射线束105a的宽度与透明物体的宽度Ga1基本上相同。
在本实施例中，如图2所示，光栅103a相对于光轴111垂直地移动，并且被放置。然后，光栅的聚焦位置116a也相对于光轴111垂直地移动。结果，锥束X射线102相对于不透明物体115a的中心线以角度θ1入射到光栅上。于是，锥束X射线102的一部分被不透明物体115a的侧表面遮挡，使得紧接在通过光栅103a之后的离散X射线束105a的宽度（由光栅在面向检测器的表面上形成的X射线束的宽度）变得小于透明物体的宽度Ga1。不透明物体的侧表面指示的是不透明物体的与透明物体接触的表面。
如图3A所示，一维光栅103a的透明物体和不透明物体的布置方向被定义为x轴，并且，与透明物体和不透明物体的布置方向垂直并且与光轴111垂直的方向被定义为Y轴。此时，如果光栅103a在x轴方向上移动，则能够将离散X射线束105a的宽度减小一个小的移动量。
此时，锥束X射线对于位于图2所示的x轴上的位置x处的不透明物体的入射角θ1取决于光栅的平行移动量dx以及从X射线源101到光栅103a的距离L1。入射角θ1可以由公式1表示。这里，从X射线源到光栅的距离指的是从X射线源的中心到光栅的面向X射线源的表面的距离。
(公式1)θ1(x)=arctan(x/L1)-arctan((x-dx)/L1)
从锥束X射线102对于不透明物体的入射角θ获得的光栅的实际开口率（aperture ratio）D可以由公式2表示。
(公式2)D=(Ga-t×tanθ)/(Ga+Gb)
实际开口率D受到进入光栅的X射线与不透明物体115a的中心线之间的角度的影响。
通过光栅形成的离散X射线束在检测器上形成的离散X射线束的宽度被表示为Gd，由X射线源产生的锥束X射线的有效焦点尺寸被表示为f，并且从光栅到检测器的距离被表示为L2。于是，离散X射线束在检测器上的宽度Gd由公式3表示。
(公式3)Gd=(Ga-t×tanθ)×(L1+L2)/L1+f×L2/L1
如上所述，在根据本实施例的X射线成像设备中，在检测器106上形成的离散X射线束105a的宽度（Gd1）越小，相位检测灵敏度就越高。从公式1和3可知，可以通过将光栅103a移动dx来减小在检测器106上形成的离散X射线束105a的宽度Gd1。
如果通过光栅形成的离散X射线束的宽度Gd不均匀，则会影响样本的成像，从而每个不透明物体的θ的变化应该是小的。在根据本实施例的X射线成像设备中，越靠近光栅的中心，每个不透明物体的θ1就越大，而越靠近端部，θ1就越小。然而，当每个不透明物体的θ1的值在所希望的值±10%的范围内时，几乎不影响成像。这里，光栅的中心指示的是图3A中xy平面上x坐标为dx/2的位置。然而，即使当每个不透明物体的θ1的变化大于或等于±10%时，如果每个离散X射线束的宽度Gd事先已知，则能够在计算装置计算样本的相位时校正离散X射线束的宽度的变化。
取决于要被使用的光栅的透明物体114a的宽度Ga1、光栅的不透明物体115a的宽度Gb1、光栅的厚度t1、离散X射线束的所希望的宽度Gd1等等，光栅的移动量可以被任意地确定。θ1越大，离散X射线束的宽度就可以越小。然而，如果θ1太大，则实际开口率变小，并且X射线的损失增大。考虑到X射线的损失，优选地，实际开口率为5%或更大。因此，在本实施例中，考虑到光栅的透明物体和不透明物体的宽度、光栅的厚度、以及离散X射线束的所希望的宽度，优选地，θ1小于20度，并且更优选地，θ1小于15度。为了将离散X射线束的宽度降低到与通过使用具有更小宽度的透明物体的光栅而获得的离散X射线束的宽度基本上相同的宽度，要求θ1大于0度。进一步地，优选地，θ1大于或等于1度。取决于彼此相邻的透明物体之间的距离和离散X射线束的所希望的宽度，实际开口率可以被任意地确定。尽管常规上难以制造具有50%或更小的开口率的光栅，但是能够通过使用本实施例来制造具有小于50%的实际开口率的光栅。然而，即使当光栅的实际开口率希望设为50%或更大时，本发明也是有效的。
本实施例的X射线成像设备具有能够由光栅103a的移动单元108来移动光栅103a的结构。由此，根据离散X射线束的所希望的宽度Gd1，移动量dx可以被改变。如果X射线源和光栅如上所述被布置，则不必提供移动单元108。
尽管在本实施例中光栅103a被移动，但是可以通过移动X射线源101来调整锥束X射线102对于不透明物体的入射角θ1。尽管本实施例的光栅103a是一维光栅，其中透明物体114a和不透明物体115a被一维布置，但是也可以使用二维光栅。当使用二维光栅时，如图3B所示，如果光栅203在xy平面上在与x轴和y轴两者均形成45°角的方向上移动，则离散X射线束的宽度可以被减小一个小的移动量。
通过样本104的离散X射线束由检测器106检测。在本实施例中，检测器106是二维检测器，其中，可以摄取X射线的图像的图像拾取装置被二维布置。例如，可以使用可将X射线转换成数字信号的FPD（平板检测器）或CCD（电荷耦合器件）。
检测器106的检测结果被发送到计算装置107，并且可以获得与样本的相位相关的图像。可以通过与X射线成像设备分开地准备计算装置107并且将计算装置107连接到检测器来执行用于获得与样本的相位相关的图像的计算。如果有必要，X射线成像设备可以包括用于显示通过计算装置107的计算而获得的图像的显示设备（在图中未示出）。
第二实施例
图4示出根据第二实施例的X射线成像设备的配置示例。除了光栅103a的布置之外，第二实施例的X射线成像设备具有与第一实施例的X射线成像设备的配置相同的配置。
图5是图4中从X射线源101到光栅103a的部分的放大图，并且示出锥束X射线102被光栅103a分割并且形成离散X射线束105b的状态。光栅103a与第一实施例的X射线成像设备中使用的光栅103a相同，并且具有聚焦位置116a。
将描述第二实施例的X射线成像设备的光栅103a的布置。首先，光栅103a被布置为使得光栅的聚焦位置116a对应于X射线源101的布置位置。然后，光栅103a被旋转。尽管图5中所示的光栅103a围绕光轴上的一个点旋转，但是光栅103a的旋转中心不必须在光轴上。在光轴111与光栅103a的中心轴112b之间形成角度α1。此时，光栅的聚焦位置116a对应于通过将布置X射线源的位置围绕光轴上的点（光栅的旋转中心）旋转而获得的位置。当光栅以这种方式被布置时，锥束X射线102相对于每个不透明物体115a的中心线以角度θ2进入光栅，并且，紧接在通过光栅103a之后的离散X射线束105b的宽度变得小于透明物体的宽度Ga1。如图3A所示，当一维光栅103a围绕旋转轴αy旋转时，能够将离散X射线束105b的宽度减小一个小的旋转角。此时，锥束X射线102相对于每个不透明物体115a的中心线的入射角θ2取决于光栅103a的旋转角α，并且入射角θ2可以由公式4表示。
(公式4)θ2=α
与θ1不同，在每个不透明物体处的θ2并不改变（当忽略制造误差时）。可以以与第一实施例中相同的方式由公式2表示从公式4的入射角获得的光栅103a的实际开口率。
公式3表明，通过光栅103a形成的离散X射线束105b在检测器106上形成的离散X射线束的宽度（Gd2）取决于放大倍率（(L1+L2)/L1）。当光栅如本实施例中描述的那样旋转时，在从X射线源到每个透明物体114a的距离L1以及从每个透明物体114a到检测器106的距离L2方面发生变化，从而对于每个离散X射线束放大倍率改变。于是，在由各离散X射线束在检测器106上形成的宽度方面发生变化。当θ2小时，可以忽略所述变化。然而，当θ2大时，需要事先知道各离散X射线束105b的宽度。如果事先知道各离散X射线束105b的宽度，则当计算装置计算样本的相位时能够校正离散X射线束的宽度的变化。为了使离散X射线束105b在检测器106上的宽度恒定，可以将检测器106在与光栅103a相同的方向上旋转相同的角度。
尽管本实施例的光栅103a是一维光栅，但是可以使用二维光栅。当使用二维光栅203时，如图3B所示，如果光栅203围绕旋转轴αxy旋转，则能够将离散X射线束105b的宽度减小一个小的旋转角。旋转轴αxy在xy平面上，并且与x轴和y轴两者均形成45°角。
通过组合第一实施例和第二实施例，光栅103a可以同时被移动和被旋转，以便调整离散X射线束105b的宽度。作为另一种方法，光栅103a围绕光轴上的点旋转，并且然后光栅103a在光轴方向上移动，以便缩短或加长从X射线源到光栅103a的距离L1，从而L1可以不同于焦距。然而，结果，在不透明物体处的θ2方面发生变化，从而，当L1大大不同于焦距时（例如，当焦距在L1的±1%范围之外时），即使当θ2小时，也需要知道各离散X射线束的宽度并且通过校正该宽度来计算样本的相位。
如果X射线源和光栅以与第一实施例中相同的方式如上所述被布置，则不必提供移动单元108。
第三实施例
图6示出根据第三实施例的X射线成像设备的配置示例。
除了光栅103c以及光栅103c的布置之外，第三实施例的X射线成像设备具有与第一实施例的X射线成像设备的配置相同的配置。
图7是图6中从X射线源101到光栅103c的部分的放大图，并且示出锥束X射线102被光栅103c分割并且形成离散X射线束105c的状态。如图7所示，在本实施例中使用的光栅103c包括不透明物体115c和透明物体114c，从而当光栅的聚焦位置116c和X射线源位于特定位置处时，锥束X射线102对于不透明物体115c的所有入射角都是相同的角度θ3。在图7所示的X射线成像设备中，当聚焦位置位于从X射线源所位于的位置在垂直于光轴的方向上移动预定距离的位置时，锥束X射线102对于不透明物体115c的入射角是θ3。由此，紧接在通过光栅103c之后的离散X射线束105c的宽度小于透明物体的宽度Ga3。锥束X射线102对于不透明物体115c的入射角是恒定的，从而紧接在通过光栅103c之后的离散X射线束105c的宽度可以是恒定的。在本实施例中，不透明物体的中心线的每两条延长线113c彼此相交，并且，作为延长线113c的交点的集合的聚焦位置116c在与图3A所示的x轴和y轴垂直的光轴方向上具有特定宽度dz的线性形状。尽管dz取决于光栅的尺寸和焦距，但是一般来说，dz为2cm或更小，这包括光栅103c的制造误差。
获得样本引起的折射量的方法与第一实施例中的方法相同。尽管在本实施例中使用一维光栅103a，但是也可以在本实施例中使用二维光栅。
如果X射线源和光栅以与第一实施例中相同的方式如上所述被布置，则不必提供移动单元108。
在本实施例的X射线成像设备中，锥束X射线102对于不透明物体115c的所有入射角均为相同的角度θ3（当忽略制造误差时），并且在离散X射线束的放大率方面没有变化，从而能够消除在离散X射线束的宽度方面的变化。
第四实施例
图8示出根据第四实施例的X射线成像设备的配置示例。
在第四实施例中，将描述使用产生平行X射线的X射线源的X射线成像设备。
除了X射线源和光栅之外，X射线成像设备的配置与第一实施例的配置相同。
图8所示的X射线成像设备包括X射线源201、分割从X射线源201照射的平行X射线202并且形成离散X射线束105d的光栅103d、检测离散X射线束的检测器106、以及基于检测器106的检测结果而执行计算的计算装置107。X射线成像设备还包括光栅103d的移动/旋转单元108。
在空间上分割平行X射线202的光栅103d具有与用于消除当在医学X射线成像机器中对样本进行成像时产生的散射X射线的平行滤线栅的结构相同的结构。如图8所示，在此结构中，光栅103d的不透明物体115d的中心线彼此平行，并且，与聚焦滤线栅不同，不存在聚焦位置。
图8所示的光栅103d具有这样的结构，在该结构中，透明物体114a和不透明物体115a被垂直地设置在光栅103d的表面上。由此，当平行X射线202进入光栅103d时，平行X射线202与不透明物体115d的中心线平行地进入，并且，紧接在通过光栅103d之后的离散X射线束105d的宽度与光栅103d的透明物体的宽度Ga4基本上相同。相对于上述状态，光栅103d围绕某个点旋转。尽管图8所示的光栅103d围绕光轴211上的点旋转，但是光栅103d的旋转中心不必须在光轴上。在平行X射线202与不透明物体的中心线之间形成角度θ4。θ4取决于光栅103d的旋转角α2，并且可以由公式4表示。可以以与在第一实施例中相同的方式由公式2表示光栅103d的实际开口率。
代替围绕光轴旋转光栅，如图9所示，可以使用光栅103e，在光栅103e中，设置不透明物体115e以使得不透明物体115e的中心线与光栅103e的表面形成特定角度（90度－θ5）。当使用光栅103e时，平行X射线202对于不透明物体115e的入射角是θ5，使得紧接在通过光栅103e之后的离散X射线束105e的宽度变得小于透明物体114e的宽度Ga5。在此光栅中，不透明物体115e彼此平行。尽管基于一维光栅描述了本实施例，但是可以使用二维光栅。
如果X射线源和光栅以与第一实施例中相同的方式如上所述被布置，则不必提供移动单元108。
将描述实施例的更具体的示例。
示例1
在示例1中，将描述第一实施例和第二实施例的更具体的示例。
在本示例中，钼、银、或钨靶的旋转对阴极（rotating anticathode）X射线发生器被用作X射线源。从X射线源产生锥束X射线，并且该锥束X射线被照射到光栅。
光栅具有宽度为70μm且厚度为500μm的铝作为透明物体，以及宽度为30μm且厚度为500μm的铅作为不透明物体。聚焦位置位于离开光栅80cm的位置处。此光栅的开口率为70%。本说明书中的开口率指示的是透明物体的面积与光栅的面积的比率。开口率由Ga/(Ga+Gb)×100表示，并且不受X射线对于光栅的不透明物体的入射角的影响。
当光栅被布置为使得聚焦位置对应于X射线源的布置位置时，实际开口率与70%的开口率相同。当通过移动光栅将聚焦位置在与光轴垂直的方向上移动2.8cm时，实际开口率减小到52%，当将聚焦位置移动5.6cm时，实际开口率减小到35%，并且当将聚焦位置移动8.4cm时，实际开口率减小到17%。因此，通过光栅形成的离散X射线束的宽度减小。
类似地，相对于光栅被布置为使得X射线源的布置位置对应于聚焦位置的状态，如果光栅被布置为使得聚焦位置位于当X射线源围绕光栅的表面与光轴的交点旋转4度时X射线源所位于的位置处，则实际开口率变为35%。此时，光栅的中心轴与光轴之间的角度为4度。
被光栅分割的离散X射线束被照射到紧接光栅后方布置的样本。此外，通过在光栅后方80cm位置处布置二维平板检测器来检测通过样本的离散X射线束的折射量。检测器被布置为使得各离散X射线束照射检测器上的多个像素，并且从检测器的像素的强度分布获得离散X射线束的折射量。
在本示例中，离散X射线束被照射到样本，使得离散X射线束被照射到样本的仅一部分，并且存在其上没有照射离散X射线束的样本的部分。其上没有照射离散X射线束的部分的信息没有被获得，从而不能通过一次成像（one shot imaging）来获得整个样本的信息。然而，可以通过移动离散X射线束或样本并且由X射线扫描样本来增加样本的信息量。当由上述成像方法扫描光栅时，希望以通过将在光栅上扫描的距离乘以放大率((L1+L2)/L1)获得的距离来扫描检测器。
示例2
在示例2中，将更加具体地描述第三实施例。
除了光栅以外，本示例的X射线成像设备的配置与示例1的配置相同。
光栅具有宽度为70μm且厚度为500μm的铝作为透明物体，以及宽度为30μm且厚度为500μm的铅作为不透明物体。以与示例1中相同的方式，光栅位于离开X射线源80cm处。
当光栅被布置为使得X射线成像设备的光轴通过光栅的中心时，不透明物体被布置为使得所有不透明物体的中心线与进入光栅的锥束X射线形成4.2度的角。在本示例的X射线成像设备中，如上所述，光轴通过光栅的中心。结果，不透明物体的中心线与锥束X射线形成4.2度的角，使得实际开口率为33%。获得样本的折射量的方法与示例1中的方法相同。
示例3
在示例3中，将更具体地描述用于通过使用第一实施例同时测量在二维方向上的X射线位置改变的方法。
将参照图10描述X射线成像设备。在图10中，附图标记101表示产生锥束X射线的X射线源，附图标记103f和103g表示一维光栅，附图标记104表示样本，并且附图标记106表示平板检测器。附图标记108和208分别表示光栅103f和103g的移动/旋转单元。
本示例的X射线源与示例1的X射线源相同。从X射线源到两个光栅之间的中心位置的距离是80cm。
本示例的光栅103f和103g两者均具有由宽度为70μm且厚度为500μm的铝制成的透明物体，以及由宽度为30μm且厚度为500μm的铅制成的不透明物体。各光栅的聚焦位置位于离开各光栅的表面80cm处。光栅103f和103g被布置为彼此接近，使得光栅103f的不透明物体和透明物体的布置方向垂直于光栅103g的不透明物体和透明物体的布置方向，并且这两个光栅的两个聚焦位置尽可能地彼此接近。实际上，这两个光栅的聚焦位置相对于彼此偏移500μm，该500μm是光栅的厚度。然而，这种偏移作为可容许误差可以被忽略。从X射线源101产生的锥束X射线可以仅通过光栅103f的透明物体和光栅103g的透明物体在空间上彼此重叠的部分，使得由光栅103f和103g形成的离散X射线束具有二维点阵列的形状。
尽管当X射线源101位于光栅103f和103g的聚焦位置处时实际开口率为49%，但是当光栅103f在x1轴方向上移动2.8cm并且光栅103g在y2轴方向上移动2.8cm时，实际开口率变为27%。当光栅移动5.6cm时，实际开口率变为12%。类似地，相对于X射线源101位于光栅103f和103g的聚焦位置的状态，如果光栅103f围绕旋转轴αy旋转4度并且光栅103g围绕旋转轴βx旋转4度，则实际开口率变为12%。
尽管在图10所示的X射线成像设备中，锥束X射线通过使用两个光栅被分割成二维X射线，但是锥束X射线可以通过使用一个光栅而被分割成二维X射线，在所述一个光栅中，在二维方向上布置不透明物体和透明物体。图11所示的X射线成像设备通过使用一个二维光栅203b将锥束X射线分割成二维X射线。二维光栅203b具有这样的结构，在该结构中，在光栅103f的不透明物体和透明物体的布置方向与光栅103g的不透明物体和透明物体的布置方向垂直的状态下，图10中的光栅103f和103g彼此附接。当二维光栅203b在xy平面上在与x轴和y轴两者均形成45度角的方向上（对应于图3B的移动方向的方向）移动4cm时，实际开口率可以减小到27%。当二维光栅203b在该方向上移动8cm时，实际开口率可以减小到12%。此外，可以通过旋转二维光栅203b的旋转轴αxy来改变实际开口率。
为了调整光栅103f、103g以及203b的实际开口率，光栅103f、103g以及203b可以同时被移动和被旋转。代替光栅103f、103g以及203b，可以移动/旋转X射线源101。
获得样本104的折射量的方法与示例1中的方法相同。
示例4
在示例4中，将描述第四实施例的具体示例。
在本示例中使用的X射线是平行X射线。
在本示例中，光栅具有由宽度为70μm且厚度为500μm的铝制成的透明物体，以及由宽度为30μm且厚度为500μm的铅制成的不透明物体。不透明物体被设置为使得光栅的表面和不透明物体的中心线形成86度的角，从而不透明物体的中心线与平行X射线之间的角度为4度，并且实际开口率为35%。此外，相对于上述状态，光栅可以被旋转以便调整光栅的实际开口率。本示例中获得样本的折射量的方法与示例1中的方法相同。
示例5
在示例5中，将具体描述考虑了由光栅的透明物体和不透明物体之间的折射率差产生的X射线的折射以及在光栅的透明物体中产生的衍射的X射线束的强度分布。在本示例中，将描述当使用第一实施例的X射线成像设备时离散X射线束的强度分布的计算结果。
公式3没有考虑由光栅的透明物体和不透明物体之间的折射率差产生的X射线的折射以及在光栅的透明物体中产生的衍射。实际上，如图12所示，进入光栅103h的锥束X射线102在透明物体114h和不透明物体115h之间的界面处被折射（折射角
）。从而，光栅103h由于折射而具有集光效果。图13示出考虑了由光栅113h的透明物体114h和不透明物体115h之间的折射率差产生的X射线的折射、在透明物体中产生的衍射、以及由于X射线源101的焦点尺寸引起的模糊的离散X射线束的强度分布的计算结果。对具有宽度为透明物体的宽度Ga8和不透明物体的宽度Gb8之和的X射线执行计算。
在本示例中，对使用具有宽度为75μm且厚度为400μm的铝作为透明物体和宽度为25μm且厚度为400μm的铅作为不透明物体的光栅103h、以及焦点尺寸为50μm并且产生锥束X射线的X射线源的X射线成像设备执行计算。在本示例的X射线成像设备中，X射线源被布置在当聚焦位置围绕光栅的表面与光轴的交点旋转8度时光栅的聚焦位置所位于的位置处，L1为1m，且L2为80cm。图13用实线示出一离散X射线束的强度分布。
作为比较示例，对使用具有宽度为34μm且厚度为400μm的铝作为透明物体和宽度为66μm且厚度为400μm的铅作为不透明物体的光栅、以及焦点尺寸为50μm并且产生锥束X射线的X射线源的X射线成像设备类似地执行计算。在比较示例的X射线成像设备中，X射线源被布置在光栅的聚焦位置处，L1为1m，且L2为80cm。计算结果由图13中的虚线示出。图13示出了实线和虚线基本上彼此对应，从而可知，可以通过使用本发明实际上形成宽度小于透明物体的宽度的离散X射线束。
尽管已经描述了本发明的实施例，但是本发明不限于这些实施例，并且在本发明的范围内可以进行各种改变和变更。
尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但应该理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以便包含所有这样的变更以及等同的结构和功能。
本申请要求2010年12月17日提交的日本专利申请No.2010-282233的权益，通过引用而将其全文包含在本文中。
工业可应用性
本发明可以被用于样本的成像设备中，该成像设备使用当X射线通过样本时产生的相位变化。
附图标记列表
101 产生锥束X射线的X射线源
102 锥束X射线
103(a～h) 光栅
104 样本
105(a～h) 离散X射线束
106 检测器
107 计算装置
108 用于移动/旋转光栅的单元
111 光轴
112 光栅的中心线
113 不透明物体的中心线的延长线
114(a～h) 透明物体
115(a～h) 不透明物体
116(a～c) 光栅的聚焦位置
Claims (9)
1.一种X射线成像设备，包括：
X射线源；
光栅，被配置为分割从X射线源照射的发散X射线；以及
检测器，被配置为检测由光栅分割并且通过样本的X射线，
其中，所述光栅包括使发散X射线通过的多个透明物体和遮挡发散X射线的多个不透明物体，以及
多条延长线彼此相交的聚焦位置和X射线源被布置在不同的位置，所述延长线中的每一条延长线是通过将中心线延长而形成的，所述中心线连接多个不透明物体中的每一个不透明物体的面向X射线源的X射线源侧的中心与多个不透明物体中的每一个不透明物体的面向检测器的检测器侧的中心。
2.根据权利要求1所述的X射线成像设备，其中，所述光栅被布置为使得通过在垂直于光轴的方向上移动X射线源所位于的位置而获得的位置对应于所述光栅的聚焦位置。
3.根据权利要求1所述的X射线成像设备，其中，所述光栅被布置为使得通过围绕光轴上的一个点旋转X射线源所位于的位置而获得的位置对应于所述光栅的聚焦位置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的X射线成像设备，其中，
当所述多个不透明物体中的每一个不透明物体的中心线与进入所述多个不透明物体中的每一个不透明物体的X射线之间的角度为θ时，
θ大于0度并且小于20度。
5.根据权利要求4所述的X射线成像设备，其中，θ大于1度并且小于15度。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的X射线成像设备，其中
进入光栅的X射线被所述多个不透明物体中的每一个不透明物体的侧表面遮挡，以使得
由光栅分割的所有X射线在光栅的面向检测器的表面上的宽度小于透明物体在光栅的面向X射线源的表面上的宽度。
7.一种X射线成像设备，包括：
X射线源；
光栅，被配置为分割从X射线源照射的平行X射线；以及
检测器，被配置为检测由光栅分割并且通过样本的X射线的强度，
其中，所述光栅包括使平行X射线通过的多个透明物体和被配置为遮挡平行X射线的多个不透明物体，以及
中心线与进入不透明物体的X射线之间的角度大于0度且小于20度，所述中心线连接多个不透明物体中的每一个不透明物体的面向X射线源和面向检测器的各侧的中心。
8.根据权利要求7所述的X射线成像设备，其中，中心线与进入不透明物体的X射线之间的角度大于1度并且小于15度。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的X射线成像设备，其中
当光栅的开口率被定义为以下描述的公式时，开口率大于或者等于5%并且小于50%：
D=(Ga-t×tanθ)/(Ga+Gb)
这里，D是所述开口率，Ga是透明物体在光栅的面向X射线源的表面上的宽度，t是光栅的厚度，Gb是不透明物体在光栅的面向X射线源的表面上的宽度，θ是不透明物体的中心线与进入不透明物体的X射线之间的角度。
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