CN1860997B - X射线摄影装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是以小的观察视野而且简单的装置结构、得到把由被摄影物体生成的相位位移的正确的空间微分以及相位位移作为反差的图像。通过从由晶体的同时反射形成的被摄影物体的反射图像运算，得到由被摄影物体生成的相位位移的空间微分以及相位位移，使用它形成被摄影物体的相位反差图像。

Description

X射线摄影装置

技术领域

本发明涉及X射线摄影装置，涉及非破坏性观察、检查物体内部的装置。

背景技术

X射线摄影装置，是利用X射线对于物体的高的穿透能力非破坏地对于被摄影物体内部进行2维以及3维观察的装置，把被摄影物体内部的密度这样基本的物理量作为反差成像。检测密度的方法，大体可以分为从X射线通过被摄影物体时由于被吸收而产生的强度的变化求取的方法，和从通过时产生的相位的位移求取的方法两种，前者称为吸收反差型X射线摄影法(absorption contrast X-ray imaging)，后者称为相位反差型X射线摄影法(phase contrast X-ray imaging)。

使用前一检测法的摄影装置(吸收反差型X射线摄影装置)主要以X射线源、被摄影物体保持机构以及检测器构成，对于由保持机构定位的被摄影物体照射从X射线源射出的X射线，使用检测器检测透过来的X射线的强度成像。由于测定的原理以及装置的结构比较简单，在使用投影进行2维观察的场合称为伦琴射线，在使用CT(Computed Tomography)进行3维观察的场合称为X射线CT，用这样的名称，以医疗诊断为主广泛应用于许多领域。但是，因为氢、碳、氧等轻元素对于X射线几乎是透明的，不产生强度变化，所以对于活体软组织或有机材料等主要由轻元素(light element)构成的被摄影物体灵敏度低，需要使用含重元素的造影剂(contrast agents)、或者延长曝光时间等。

使用后一检测法的摄影装置(相位反差型X射线摄影装置)，在上述装置之外，需要检测相位位移的单元，但是与吸收反差型X射线摄影装置相比，灵敏度极高，可以在无造影剂(without contrast agents)、低曝光(withoutharmful levels of X-ray exposure)的情形下观察活体软组织。这是因为给以相位位移的散乱截面积(Phase-shift cross-section)与给以强度变化的散乱截面积(absorption cross-section相比，在轻元素中约大1000倍。作为相位位移的检测单元，有在Phys.Today 53(2000)23中记载的(1)使用X射线干涉计(X-ray interferometer)的特开平4-348262号公报或者特开平10-248833号公报中记载的方法，(2)使用检偏振镜晶体检测X射线的折射角(diffractedangle)的国际公开第95/05725号说明书或特开平9-187455中记载的方法，(3)使用菲涅耳衍射的方法。表1表示比较各方法的检测物理量、灵敏度、动态范围、空间分辨率、其他特征的结果。

                          表1

(1)使用X射线干涉计的方法

(2)使用检偏振镜晶体的方法

(3)使用菲涅耳衍射的方法

检测原理	使用X射线干涉计干涉物质波和参照波，从出现的干涉条纹检测	使用晶体的布拉格衍射检测由物体折射的X射线的角度	根据由菲涅耳衍射生成的菲涅耳条纹检测
				检测物理量	cos p(p为密度)	p/ x	2 p
相对灵敏度	◎	○	△
				动态范围	△	○	○
空间分辨率	10微米	数微米	数微米
				其他	需要非重叠处理	灵敏度仅在1维方向	需要第三代的放射光等

从该表可知，使用检偏振镜晶体的方法对于各项目最为均衡。另外，具有装置结构也比使用X射线干涉计的方法简单、而且与使用菲涅耳衍射的方法相比不需要特殊的光源的特征。

下面说明关于本发明的使用检偏振镜晶体的方法。

在X射线透过产生相位位移φ的被摄影物体时，在相位位移φ在空间不均匀的情形下，由于折射，X射线的传播方向被折射θ。这里，θ作为φ的空间微分(dφ/dx)的函数，由式(1)给出。

【公式1】

$\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{d\φ}}{\mathrm{dx}}...\left(1\right)$

因此，如果检测出θ，则可以求得相位位移的空间微分，进而，通过空间积分θ也可以求相位位移自身。

在国际公开第95/05725号说明书中记载的方法，使用由称为检偏振镜晶体的平板组成的单晶体的布拉格衍射检测θ即相位位移的空间微分。所谓布拉格衍射(Bragg diffraction)，是在把入射X射线的波长作为λ、衍射光栅面的间隔作为d(lattice spacing ofdiffraction plane)时，仅在对于检偏振镜晶体的X射线的入射角θ_b在数秒的角度范围内满足成为式(2)的衍射条件时通过检偏振镜晶体反射入射X射线的现象。

【公式2】

λ＝2d sinθ_b  ……(2)

因此，如果把X射线的传播方向的偏离θ＝0时使θ_b满足式(2)那样设定，则被反射的X射线的强度I依赖θ，在θ＝0时最大，随着θ的增大而减少，θ在数秒内X射线的强度基本上成为0。利用这点，从X射线的反射强度I的空间分布(反射图像)可以求把θ即相位位移的空间微分作为反差的图像。

X射线的反射强度I因为在θ_b±θ中几乎为相同的值，所以仅测定I，即使知道θ的大小，也不知道方向。因此，不进行θ的积分计算不能求相位位移自身。因此，在特开平9-187455中记载的方法，使检偏振镜晶体旋转，从对每一角度取得的反射强度I检测θ的大小和方向，通过积分求相位位移。于是，与样本的旋转组合、通过Computed Tomography，求把相位位移作为反差的被摄影物体的截面图像(sectional images)。

【专利文献1】特开平4-348262号公报

【专利文献2】特开平10-248833号公报

【专利文献3】国际公开第95/05725号说明书

【专利文献4】特开平9-187455公报

【非专利文献1】Phys.Today 53(2000)23

发明内容

如图1所示，在照射被摄影物体101的X射线100通过被摄影物体101的折射而入射到检偏振镜晶体102时，考虑2维折射的情况。在没有被摄影物体101时，入射X射线100如虚线所示，在检偏振镜晶体102的表面上朝向用虚线表示的x、y、z轴的原点在x-z面上对z轴以入射角θ_b照射，如反射X射线103那样反射。设置被摄影物体101后，入射X射线100由于被摄影物体101的折射弯曲，成为104那样。不弯曲的入射X射线100和轨迹104形成的角θ的x轴成分，亦即在与入射X射线100和反射X射线103形成的面平行的面(x-z面)内的入射角的偏离θ_x，成为式(2)中的入射角θ_b的偏离Δθ_b自身。因此，因为原样不变适用式(2)的布拉格的衍射条件(condition Bragg diffraction)，所以对于θ_x反射X射线的强度I敏感地变化。

另一方面，不弯曲的入射X射线100和轨迹104形成的角θ的y轴成分，亦即在与入射X射线和反射X射线形成的面垂直的面(y-z面)内的入射角的偏离d_ρ，与θ_b的偏离Δθ_b存在式(3)表示的关系，

【公式3】

Δθ_b＝tanθ_b(1-cosdρ)……(3)

因为Δθ_b对于dρ非常不灵敏，所以反射X射线的强度几乎不变化。

综上所述，若表示对于Δθ_x和dρ产生反射的区域则成为图2那样。在该图中，区域越窄对于角度的偏离反射强度越敏感地变化，亦即表示角度分辨率高。因此，可知，存在对于dρ角度分辨率几乎没有，仅用反射强度I的测定不能求得对于y轴方向的相位位移的空间微分的问题。

作为一例，对于图3(a)表示的环和网眼形状的被摄影物体，图3(b)表示通过数值模拟求得的反射强度I的空间分布图像(反射图像)。从该结果可知，因为对于dρ反射光的强度几乎不变化，所以在y轴方向图像的反差消失。

另外，在特开平9-187455号公报中，对于dρ没有角度分辨率这点在求取相位位移的θ_x的积分计算的过程中成了问题。在积分计算中需要已知出发点的初始相位值，但是因为在y轴方向没有角度分辨率，因此必须在被求解的被摄影物体外部的背景区域内把初始值设定为0。若不能设定背景时则得不到正确的图像。图3(c)表示把使用特开平9-187455号公报中记载的方法、通过计算求得的相位位移进行反差变化的图像(相位反差图像)。对于环状被摄影物体因为能够从背景开始进行积分计算，所以基本上能够再生(a)表示的原型的图像，但是因为在网眼状的被摄影物体中无背景、不能设定初始值，不知道y轴方向的相位位移，不能再生图像。由上可知，在该方法中存在必需能够观察被摄影物体全体的大的观察视野这样的问题。

本发明的目的是提供不需要观察被摄影物体全体而能够检测由被摄影物体生成的相位位移的空间微分以及相位位移的单元。

在本发明中，通过作为由检偏振镜晶体引起的X射线的反射使用同时反射来解决上述问题。所谓同时反射是，入射晶体的X射线同时满足多个晶体晶格面的衍射条件、通过各晶格面的反射把射线束分割为多个的现象。和通常的X射线衍射相同，存在布拉格情形(Bragg-case)和劳尔情形(Laue-case)，进而大体分为入射X射线和各反射X射线形成的面完全平行的coplanar型和非平行的nonplanar型。在本发明中，使用布拉格情形和劳尔情形的nonplanar型同时反射。

以下，如图4所示，使用由(n11)面和(n-1-1)面形成的布拉格情形的nonplanar型同时反射进行说明。此外，把平行于晶体表面的晶格面作为(m00)面，令[011]面与x-z面平行。

此处，所谓(n-1-1)面意味着(n11)。下面在说明书中所有都相同。

在把(m00)面和(n11)面形成的角作为θ_a、(m00)面和x-y面形成的角作为θ_b时，衍射光栅矢量的单位矢量n成为式(4)。

【公式4】

n＝(-cosθ_a sinθ_b，-sinθ_a，cosθ_a cosθ_b)  ……(4)

在波数矢量ko的X射线如图4所示入射到检偏振镜晶体102时，ko的单位矢量a，把来自x-z面的偏离作为dρ，由式(5)给出。

因此，从式(4)以及式(5)，对于ko的(n11)面的入射角θ_i’成为式(6)。

【公式5】

a＝(cosdρ，-sindρ，0)  ……(5)

【公式6】

θ_i＝sin^-1(-cosθ_a sinθ_b cosdρ+sinθ_a sindρ)……(6)

另外，对(n-1-1)面的入射角θ_i’，成为式(7)。

【公式7】

θ_i′＝sin^-1(-cosθ_a sinθ_b cosdρ-sinθ_a sindρ)……(7)

由上可知，在dρ＝0时，成为θ_i＝θ_i’，如果入射X射线的波长λ满足式(8)的衍射条件，则由入射X射线在(n11)以及(n-1-1)面同时反射，被分割为波数矢量k_h的X射线和k_h’的X射线。

【公式8】

λ＝2d sinθ_i  ……(8)

式中，d是(n11)面以及(n-1-1)面的晶格面的间隔。

在图5中，和图2相同，表示对于入射角的偏离θ_x以及dρ，通过上述(n11)面以及(n-1-1)面生成反射的区域。由晶格面引起的各个衍射和通常的布拉格衍射相同，为X射线对于晶格面倾斜入射，和图2比较不过仅使反射区域倾斜。此外，该倾斜θ_s由式(9)给出。

【公式9】

θ_s＝tan^-1(conθ_b/tanθ_a)  ……(9)

在图5中，在把由(n11)面反射的区域作为A、由(n-1-1)面反射的区域作为B，考虑到由式(10)给出来的两者重合的区域C，即产生同时反射的区域的情形下，可知C被限定在θ_x以及dρ几乎成为0的中心部的极狭窄的区域中。

【公式10】

C＝A∩B  ……(10)

在把该区域C作为反射区域的反射中，对于θ_x以及dρ的任何一个反射强度也都敏感地变化。因此，通过从(n11)面以及(n-1-1)面的同时反射的反射强度计算“假想反射区域成为C的反射强度I_i”来求I_i的空间分布(反射图像)，可以得到把对于θ_x以及dρ的任何一个都具有灵敏度的相位位移的空间微分作为反差的图像。

“假想反射区域成为C的反射强度I_i”的具体计算如下进行。在由被摄影物体的折射产生的X射线的偏离θ是图5上的点P的场合，因为点P被包含在(n11)面的反射区域A内，所以入射X射线在(n11)面被反射。另一方面，因为未被包含在(n-1-1)面的反射区域B内，所以在(n-1-1)面不被反射。进而，在反射区域是C的假想的反射中，如从图5看到的，因为点P不包含在C内，所以不反射。因此，可知，作为反射区域是C的假想反射的强度，在该条件下采用由(n-1-1)面引起的反射强度即可。相反，在包含在区域B中而不包含在区域A中的点P’处，因为与上述相反，所以作为I_i可以采用由(n11)面引起的反射强度。由上可知，“反射区域成为C的假想反射强度I_i”，也可以用式(11)计算。

【公式11】

Ii＝min(I₁，I₂)  ……(11)

式中，I₁是由(n11)面引起的反射强度，I₂是由(n-1-1)面引起的反射强度，min(a，b)是比较a和b后返回小的一方的值的函数。

在图6(a)到(c)中，表示对于图3(a)所示的被摄影物体通过数值模拟求得的由(n11)面以及(n-1-1)面引起的反射图像、和从这两个图像使用式(11)计算的“反射区域成为C的假想反射强度”的图像。从该计算结果可知，在由(n11)面以及(n-1-1)面引起的反射图像中，在θ_s以及-θ_s的方向上反差消失掉。这点是由于对于该方向的X射线的折射，反射光的强度不变化的缘故。另一方面，可知在由“反射区域成为C的假想反射强度”形成的图像中没有这样的消失，对于全部方向带有清楚的反差。

在以上的方法中，因为反射的X射线的强度I在θ_b±θ中成为几乎相同的值，所以即使知道θ的大小，也不知道方向。因此，不进行积分计算不能求相位位移自身。因此，下面表示让检偏振镜晶体102旋转、从在每一角度取得的反射强度检测θ的大小和方向的方法。

在围绕图4所示y轴旋转检偏振镜晶体102的情形下，图5中的点P看上去如箭头那样在图中运动。因此，由(n11)面以及(n-1-1)面引起的反射强度对于检偏振镜晶体102的旋转成为图7那样的曲线。此时，如果取各反射强度成为最大的检偏振镜晶体的角度为θ₁以及θ₂的话，则θ_x从几何学的计算由θ₁和θ₂的中心、即式(12)给出。

【公式12】

$\mathrm{\θx}=\frac{{\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2}{2}...\left(12\right)$

另一方面，dρ由式(13)给出。

【公式13】

$\mathrm{d\ρ}=\frac{{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2}{2}\·\tan \left(\mathrm{\θs}\right)...\left(13\right)$

式中θ_s是由式(9)给出的角度。根据上述，因为由被摄影物体引起的X射线束的偏离θ的大小，由式(14)给出，所以偏离的方向φ可以由式(15)求得。

【公式14】

$\left|\mathrm{\θ}\right|=\sqrt{{{\mathrm{\θ}}_x}^2+d{\mathrm{\ρ}}^2}=\sqrt{{({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2)}^2/4+{({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)}^2\mathrm{ta}{n}^2{\mathrm{\θ}}_s/4}...\left(14\right)$

【15】

$\mathrm{\φ}=\mathrm{ta}{n}^{-1}(\mathrm{d\ρ}/{\mathrm{\θ}}_x)=\mathrm{ta}{n}^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2}{{\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2}\tan {\mathrm{\θ}}_s\right)...\left(15\right)$

进而，相位位移自身，如图8所示，可以通过(1)把图像上的任意点(例如左上方)作为原点适当决定初始相位值，(2)从该点积分1行(Line)求y轴方向的相位位移量，(3)从由上述(2)已知的相位位移量的行(Line)积分各θ_x来求得。

在图9中表示，作为图3以及图6的数值模拟的对应，设想使用上述使检偏振镜晶体102旋转的方法进行测定，并通过计算求把相位位移作为反差的图像的结果。从该结果可知，可以更好地复原最初在图3(a)中设想的被摄影物体的形状。

使用X射线的高穿透能力的以非破坏方式得到的被摄影物体的截面图像，可以通过(1)对于X射线束旋转被摄影物体，在各角度中通过上述所示方法求相位反差图像，(2)在所有的测定结束后，从取得的相位位移图像通过使用现有的X射线CT算法的计算进行再生。

从上述可知，通过使用作为由检偏振镜晶体102引起的X射线的反射的同时反射，可以不观察被摄影物体全体，就能检测把由被摄影物体产生的相位位移的空间的微分、以及相位位移作为反差的图像。进而，也可以通过代替检偏振镜晶体102的旋转使被摄影物体旋转，也可以得到把相位位移作为反差的被摄影物体的截面图像。

根据本发明，能够用小的观察视野而且简单的装置结构，得到把由被摄影物体生成的相位位移的正确的空间的微分以及相位位移作为反差的图像。

附图说明

图1是表示由被摄影物体产生的X射线的2维折射的图；

图2是表示对θ_x和dρ反射生成的区域的图；

图3是表示通过数值模拟得到的反射图像以及相位反差图像的图；

图4是表示由晶体产生的同时反射的图；

图5是表示对在同时反射中的θ_x和dρ反射生成的区域的图；

图6是表示通过数值模拟得到的同时反射中的反射图像的图；

图7是表示伴随θ_x的旋转反射强度变化的图；

图8是表示在相位位移的累加计算中累加的步骤的图；

图9是表示通过数值模拟得到的本发明中的相位反差图像的图；

图10是表示本发明中的实施例的图；

图11是表示对于被摄影物体的各厚度最佳的X射线的能量的图；

图12是表示对于各X射线的能量最佳的同时反射的图；

图13是表示本发明中的测定步骤的图；

图14是表示检偏振镜晶体和晶体板的结构的图；

图15是表示劳尔情形的检偏振镜晶体和晶体板的结构的图；

图16是表示本发明中的相位反差图像的测定步骤的图；

图17是表示本发明中的相位反差截面图像的测定步骤的图；

图18是表示可适用于诊断装置的本发明的实施例的图；

图19是表示检偏振镜晶体以及晶体板的详细结构的图；

图20是表示反馈机构的结构的图。

具体实施方式

下面使用附图说明本发明的实施例。在下面所示的图中，对具有相同功能的部分给予相同的符号，省略重复的说明。

(第一实施例)

图10是表示根据本发明的X射线摄影装置的结构的一例的图。如该图所示，本装置主要由X射线源1、被摄影物体保持架2、被摄影物体保持架-保持定位机构3、检偏振镜晶体4、检偏振镜晶体角度调整机构5、图像检测器6以及7、处理部8构成。

由X射线源1射出的X射线束9，照射由被摄影物体保持架-保持定位机构3定位的、在被摄影物体保持架2内设置的被摄影物体10。穿过被摄影物体折射的X射线束11入射到检偏振镜晶体4，只反射满足布拉格的衍射条件的成分，成为反射X射线束12以及13。分别用图像检测器6以及7检测反射X射线束12以及13的强度，在处理器8中把每一像素的强度作为图像数据保存。然后，从保存的图像数据根据式(11)计算“反射区域成为C的假想反射强度I_i”，用显示部14显示把I_i作为反差的图像，即把相位位移的空间微分作为反差的图像。

作为X射线源1可以使用通常的管球型或旋转型的X射线源，也可以使用放射光的X射线源。但是在前者的场合，因为放射出来的X射线束是发散光，所以通过在X射线源和被摄影物体之间设置开口宽度可变的狭缝15，可以减低被摄影物体受散乱的X射线照射、或者图像检测器6、7的背景噪声。

作为检偏振镜晶体4，可以使用从单晶体切下的、用机械刻蚀等无畸变研磨表面的晶体板等。晶体的大小根据由狭缝15透过的X射线束尺寸、X射线束的波长、使用的衍射光栅面决定。检偏振镜晶体4上的X射线束11的横向宽度W，在取X射线束11的宽度为W_b、波长为λ、同时反射中使用的衍射光栅面为(n11)面和(n-1-1)面时，由式(16)给出。

【16】

$W=\frac{2d\cos {\mathrm{\θ}}_a}{\mathrm{\λ}}{W}_b...\left(16\right)$

因此，检偏振镜晶体4的横向宽度可以大于等于W。式中d是(n11)面的晶格面间隔，θ_a是(n11)面和晶体表面形成的角。另一方面，检偏振镜晶体4上的X射线束11的纵向宽度H，因为和X射线束11的纵向宽度H_b基本上相同，所以，检偏振镜晶体4的纵向宽度可以大于等于H_b。

在同时反射中可以使用的衍射光栅面，几乎无数。因此，衍射光栅面的选择按照下述的步骤进行：

(1)测定作为对象的被摄影物体10的大小(厚度)；

(2)计算对于上述被摄影物体的厚度最佳的X射线的能量(波长)；

(3)对于上述能量，选择θ_s接近45度、θ_i要大(大于等于10度)、尽可能低维的晶格面；

被摄影物体10越厚，为提高穿透率就越需要高能量的X射线，但是如式(1)所示，因为由被摄影物体引起的折射角θ与λ成比例，即与能量成反比例，所以，能量越高折射角θ就越小，而相位位移的检测灵敏度就降低。

因此，在上述(2)的步骤中，关于代表的被摄影物体，对于被摄影物体的厚度事先准备好S/N成为最大的计算能量的图表，使用该图表决定能量。作为一例，图11表示活体软组织用(biologica1 soft tissues)的图表。在(3)的步骤中，可以从对于图12所示的各X射线的能量的最佳的晶格面一览表中，选择与在(2)中求得的能量对应的晶格面。另外，在作为X射线源1使用通常的管球型或旋转型的设备的情形下，为使用特性X射线，可以根据在(2)中求得的X射线的能量变换靶子的元素。

因为晶体对机械压力极为敏感，所以把保持检偏振镜晶体4的晶体保持架16做成L字形，从两面紧紧地支持晶体。因为X射线源1与晶体4相比较重，移动其位置进行微调困难，所以对于检偏振镜晶体4的X射线11的入射角通过移动检偏振镜晶体进行调整。在检偏振镜晶体的角度调整机构5中可以使用用于dρ控制的通常的回转载物台17和θ旋转载物台18。但是需要旋转载物台18的旋转定位精度做得比产生反射的角度宽度足够窄。因为产生反射的角度宽度通常为数秒，所以使用具有1/100秒精度的切向杆的旋转载物台等是合适的。

作为图像检测器6和7，可以使用X射线传感捡拾管(X-ray sensing pickuptube)或者组合荧光体+透镜系统+CCD照相机的设备等。

图13的流程图表示测定步骤。如上所述，在设定X射线束的能量和同时反射的衍射光栅面后，从预先准备保存着的多个检偏振镜晶体4中，选择已选定的衍射光栅面可使用的检偏振镜晶体4，固定在检偏振镜晶体保持架16上。接着，使用检偏振镜晶体角度调整机构5的θ旋转载物台18使其转动，调整到反射X射线的角度即满足衍射条件的角度θ_b。此时，如果事先对检偏振镜晶体4的表面进行镜面研磨的话，则如图10所示，在使用自动准直仪19等把角度置于到数分的范围后，转移到使用X射线的调整，所以可以大幅度节约调整时间。另外，在该调整时，如果代替图像检测器6和7使用PIN二极管(PIN diode detector)或者闪烁计数器(scintillation counter)等响应速度快的X射线检测，则因为可以进行高速旋转扫描，所以可以缩短调整时间。接着一边监视反射X射线束12以及13的强度，一边交互进行dρ轴的旋转和θ轴的旋转，调整到反射X射线束12以及13同时出现的角度。在上述调整后，使用图像检测器6和7取得不设置被摄影物体而成为背景的反射图像。

接着在被摄影物体保持架2内设置被摄影物体10，在使用被摄影物体保持架-保持定位机构3进行定位后，进行测定。在使用一系列的X射线进行测定后，在处理部8中进行使用背景的图像数据除设置被摄影物体10后取得的图像数据的处理，根据式(11)计算“反射区域成为C的假想反射强度I_i”，得到把I_i作为反差的图像，即把相位位移的空间的微分作为反差的图像，用显示部14显示。

一般，同时反射是入射角和出射角不同的非对称反射、在反射图像中被摄影物体表现为失真的形状。另外，如图10所示，在nonplanar型的同时反射中反射束12以及13对检偏振镜晶体4斜着射出，所以对于定位图像检测器6以及7的机构要求复杂的动作。这一问题，如图14(a)所示，可以通过在检偏振镜晶体的下游设置面对检偏振镜晶体4的面平行的晶体板20来解决。入射晶体板20的X射线束，不用说是检偏振镜晶体的反射束12以及13，所以在晶体板20中，如果是用相对检偏振镜晶体4的晶格面的晶格面、即(n11)面反射的射线束，则自动满足(n-1-1)面的衍射条件，如果是用(n-1-1)面反射的射线束，则自动满足(n11)面的衍射条件。因此，如图14(a)所示，作为和透过被摄影物体的X射线束11平行的X射线束20以及21再次被反射。此时，因为与检偏振镜晶体4成为相反的非对称反射，所以也就自动能修正被摄影物体10的图像的失真。检偏振镜晶体4和晶体板20原理上也可以是独立的结构，不过如图14(a)所示，在由一体的晶体块形成的情形下，可以使定位以及角度调整、或其调整机构的结构也像检偏振镜晶体单体时那样简单。

在图14(b)中，表示出检偏振镜晶体4和晶体板20相互不平行而以角度α倾斜的情况。在该情形下，因为X射线束21以及22在由晶体板20反射的同时被放大，所以能够用高空间分辨率来观察被摄影物体10。图像的放大率b由式(17)给出。

【17】

$b=\frac{\sin ({\mathrm{\θ}}_i+\mathrm{\α})}{\sin ({\mathrm{\θ}}_i-\mathrm{\α})}...\left(17\right)$

式中，α是检偏振镜晶体和晶体板的表面形成的角度。此外，因为图像仅在θ_s方向被放大失真，所以在需要无失真的被摄影物体图像的场合，需要在处理部中用计算修正失真。

为扩宽观察视野即W_b，需要把检偏振镜晶体4或晶体板20的尺寸做大。例如，在Si(220)面和Si(202)面的同时反射中X射线的能量为15keV时，为得到5cm角的观察视野，检偏振镜晶体4的尺寸变得横向大于等于21cm、纵向大于等于5cm，非常大。因此，为缩小晶体的尺寸，代替布拉格情形，也可以使用图15(a)所示那样的劳尔情形的同时反射。在这种情形下，晶体板201、202的尺寸可以取和观察视野几乎同样的尺寸。晶体板201、202的厚度t，为避免X射线的吸收希望做得尽可能薄，但是若过薄的话也会失去机械刚性，会产生晶体的失真，所以，1mm左右是适当的。但是，在该厚度下在小于等于15keV的低能量中吸收过大。在该场合，例如如图15(b)所示，可以采取用外框203支撑晶体板201的结构，只要将实际透过X射线的晶体板1.3的厚度做成小于等于1mm即可。关于晶体板13也同样。

图16的流程图表示获得被摄影物体的相位反差图像的步骤。这里，可以通过下述测定步骤获得，即，以检偏振镜晶体4的各角度进行反射图像的测定，并存储到处理部8中，在全部测定结束后，在处理部8对每一像素求反射强度成为最大的θ₁及θ₂，从θ₁及θ₂按照式(12)以及式(13)求θ_x以及dρ，计算θ_x的积分。进而，在X射线源1是管球等的情形下，因为X射线束9是平行性差的发散束，所以在背景的相位位移中产生倾斜，故有时不能得到被摄影物体正确的图像。在这种情形下，在设置被摄影物体10之前，和上述同样通过图16的步骤预先测定成为背景的相位位移图像，从设置被摄影物体10后取得的被摄影物体和背景的相位位移相加的图像中减去，由此，就可以得到被摄影物体10的纯粹的相位反差图像。

被摄影物体10的截面图像，可以通过执行图17的流程图所示的步骤，即下述步骤获得，对X射线束9旋转被摄影物体10，在各旋转角度中按照图16的步骤获得相位位移图像，在全部测定结束后由处理部8使用一般的X射线CT的算法计算截面图像。被摄影物体10的旋转轴，只要在垂直于X射线束的面内可以选择任何方向。另外，也可以固定被摄影物体10，围绕被摄影物体10一体旋转X射线源1、检偏振镜晶体4、检测器6以及7。

(第二实施例)

作为本发明的摄影方法的特征的、发挥了对于轻元素灵敏度特别高、适于观察主要由轻元素构成的活体软组织这一特点的的诊断装置的一例，将构成了乳腺X射线照片装置(乳腺癌诊断装置)的第二实施例表示在图18上。图18(a)是概念地表示从上面观察的图、图18(b)是概念地表示从侧面观察的图。在诊断装置中，要求尽可能抑制由X射线照射造成的辐射的单元、能一次获得被摄影物体宽的观察视野、即使进行多次测定也能获得相同图像的高稳定性(再现性)。因此，在第二实施例中，除第一实施例的基本结构外，设置了把受检者从X射线源1分离的X射线防护壁23和为用X射线仅照射被摄影物体的X射线防护盖24，防止对于受检者的被摄影物体的X射线照射区域以外的X射线照射。在X射线防护壁23以及X射线防护盖24上，仅在X射线的通路部分上设置小的开孔。新设置整形、放大X射线的放大用非对称晶体板25，用于以小于等于1/100秒的精度定位检偏振镜晶体4的角度反馈机构26。另外，为避免由于在检偏振镜晶体4中的非对称同时反射产生的不需要的图像的放大，以及为容易定位图像检测器6和7，采用一体构成图14(a)所示的检偏振镜晶体4和晶体板20的结构，它由晶体保持架16保持。但是，为缩小晶体的尺寸，也可以使用图15所示的劳尔情形。晶体保持架16由反馈机构26控制，同时由θ旋转用载物台18控制，它们的结构的具体例子后述。61是放大用非对称晶体板25的支持部，具有反射角度的控制装置(未图示)。

X射线防护壁23，设置在X射线源1与放大用非对称晶体板25之间，用于遮挡从X射线源1发射的X射线中不需要的X射线，用含铅等的厚壁制造，能够遮挡100％的X射线强度。X射线防护盖24，因为覆盖放大用非对称晶体板25、检偏振镜晶体4和晶体板20等本装置的主要构成部分全体，所以防止由各晶体产生的散乱的X射线照射被摄影物体、或图像检测器6以及7。因为散乱X射线的强度不那么强，所以使用含铅的丙烯醛基板、或粘贴薄铅层的铁板等。在X射线束内设置被摄影物体10的部分如图18(a)所示具有凹形部，被摄影物体10的照射射束的部分以外，不照射X射线。

通过使受检者27和放大用非对称晶体板25以及检偏振镜晶体4间的距离离开大于等于30cm，来抑制由受检者27的发热产生的在放大用非对称晶体板25和检偏振镜晶体4的晶格面间隔的失真等。另外通过把放大用非对称晶体板25和检偏振镜晶体4设置在同一除振台28上来抑制受检者27更替时产生的地板震动等的影响。该除振台28在接近受检者27的地方也做成凹形，成为受检者不接触除振台的结构。

图19是具体说明关于检偏振镜晶体4和晶体板20的保持和控制的结构的一例的图。检偏振镜晶体4和晶体板20也可以如图14所示那样用一体的晶体块构成，但是在这种情形下大小即观察视野到了限制。为加大观察视野，将检偏振镜晶体4和晶体板20作成分离的结构，使距离变大，将检偏振镜晶体4和晶体板20的反射面的角度控制为和一体形成相同的程度即可。

图19采用了基于这种想法的构成。即把检偏振镜晶体4保持在晶体保持架16上后保持在工作台70上、把晶体板20保持在晶体保持架16’上后保持在第二倾斜载物台30的上侧工作台40上，通过分离检偏振镜晶体4和晶体板20，做成为这样的结构，即用第二θ载物台29以及第二倾斜载物台30进行成为新需要的晶体间的角度的调整。

为确保10cm×10cm的观察视野，所以在X射线的能为35keV时各晶体的长度要成为50cm或以上。因此，在第二θ载物台29中，使用即使尺寸变大也能确保高的机械刚性的固体滑动机构(Sleeve bearing)。即如图所示，上侧工作台31通过特殊加工合成树脂的固体滑动部件被装载在下侧工作台32上，同时左端部用枢轴35结合，在右端部设置通过由压电元件34实现的伸缩机构。因为通过压电元件34实现的伸缩机构的一端固定在上侧工作台31上、另一端固定在下侧工作台32上，所以，通过变化控制电压源33的输出电压、使压电元件34伸缩，可以使上侧工作台31以枢轴35为中心在第二θ载物台29的右侧如所示箭头那样旋转驱动。因为上侧工作台31和下侧工作台32通过滑动部件接触的面积比使用滚珠轴承的通常的载物台大，所以可以得到高的机械刚性(mechanical rigidity)。通过工作台31对下侧工作台32旋转，因为在上侧工作台31上保持的第二倾斜载物台30开始旋转，所以在第二倾斜载物台30上保持的晶体板20就和晶体保持架16’一起旋转，可以使检偏振镜晶体4和晶体板20的反射面的角度围绕图4所示的y轴旋转。

另外，第二倾斜载物台30采用这样的结构，即上侧工作台40和下侧工作台39在一端用滚柱轴承38结合，在另一端的端面上设置通过压电元件37实现的伸缩机构。因为通过压电元件37实现的伸缩机构的一端被固定在上侧工作台40上、另一端固定在下侧工作台39上，所以，通过变化控制电压源36的输出电压、使压电元件37伸缩，可以使上侧工作台40以滚柱轴承38为中心在第二倾斜载物台30的右侧如所示箭头那样旋转驱动。通过该旋转，在上侧工作台40上保持的晶体板20和晶体保持架16’一起旋转，可以使检偏振镜晶体4和晶体板20的反射面的角度围绕图4所示的x轴旋转。

因为工作台39和工作台40为线(滚柱轴承38)接触，所以比之第二θ载物台29的固体滑动机构机械刚性降低，但是，依然可以得到比通常的载物台高的刚性。

另外，装载检偏振镜晶体4、晶体板20、第二θ阶梯台29、以及第二倾斜阶梯台30的倾斜载物台17，采取和第二θ倾斜载物台30相同的结构。上下工作台的一端用滚柱轴承43结合，在另一端的端面上设置通过压电元件42实现的伸缩机构。是通过变化控制电压源41的输出电压、使压电元件42伸缩，以滚柱轴承43为旋转中心旋转驱动的结构。装载倾斜载物台17的θ载物台18采用和第二θ载物台29相同的结构。上下工作台的一端用枢轴46结合，在另一端的端面上设置通过压电元件45实现的伸缩机构。是通过变化控制电压源44的输出电压、使压电元件45伸缩，以枢轴46为中心旋转驱动的载物台。

为实现测定的高再现性，需要把各载物台的旋转漂移抑制到1/100秒或以下。因此，设置图20所示那样的角度反馈机构。此外，在图20中，仅表示出第二θ载物台29的角度反馈机构。通过给其他的轴也装配同样的反馈机构，可以抑制旋转漂移。这一反馈机构，通过使用激光的光学方法测定各晶体的角度，求取与预先设定的角度的偏离ΔA，根据ΔA用控制电压源33调整在压电元件34上施加的电压，使ΔA为0。角度的检测，通过下述步骤实现，即把从激光器47射出的激光束由半透半反镜48分割成两根激光束，用在工作台上安装的三面直角棱镜49以及50分别反射被分割的激光束，使用半透半反镜48结合、干涉反射的激光束，用检测器51监视其干涉强度，通过用处理部52处理、计算来自激光器的信号来获得。此外，也可以不用三面直角棱镜而用晶体表面自身反射激光。

在乳腺癌诊断中，被摄影物体(乳房)的厚度因人而大不相同。因此，预先测定各个被摄影物体的厚度，如第一实施例说明那样使用图11那样的图表决定X射线最佳的能量，进而根据图12事先决定使用的同时反射的晶格面。此时，在晶体表面成为Si(422)的晶体中，即使是Si(220)和Si(202)、Si(440)和Si(404)、Si(660)和Si(606)中的任何一个，不必更换检偏振镜晶体仅进行角度调整就立刻可以使用，十分方便。

使用X射线的测定，如第一实施例所说明的那样，如是把相位位移的空间微分作为反差的图像则遵照图13的流程图进行，如是把相位位移作为反差的图像则遵照图16所示流程图进行。但是因为后一方法比前一方法辐射量大，所以也可以用前一方法进行筛选检查，使用后一方法进行再检查以及细查。

符号说明

1 X射线源，2被摄影物体保持架，3被摄影物体保持架—保持定位机构，4检偏振镜晶体，5检偏振镜晶体角度调整机构，6图像检测器，7图像检测器，8处理部，9 X射线束，10被摄影物体，11X射线束，12反射X射线束，13反射X射线束，14显示部，15狭缝，16晶体保持架，17回转载物台，18θ旋转载物台，19光准直仪，20晶体板，21反射X射线束，22反射X射线束，23X射线防护壁，24X射线防护盖，25放大用非对称晶体板，26角度反馈机构26，27受检者，28除振台，29第二θ载物台，30第二倾斜载物台，31工作台，32工作台，33控制电压源，34压电元件，35枢轴，36控制电压源，37压电元件，38滚柱轴承，39工作台，40工作台，41控制电压源，42压电元件，43滚柱轴承，44控制电压源，45压电元件，46枢轴，47激光器，48半透半反镜，49三面直角棱镜，50三面直角棱镜，51检测器，52处理部，201晶体板，202晶体板，203外框。

Claims (15)

1.一种X射线摄影装置，由下述部分组成：

用X射线束照射被摄影物体的单元；

通过X射线的同时反射，把透过上述被摄影物体的透过的X射线束分割为互相不平行的多束反射X射线束的检偏振镜晶体；

检测上述多束反射X射线束的多个X射线检测器；和

通过从由上述多个X射线检测器输出的多个信号进行运算获得把由上述被摄影物体生成的上述透过X射线束的相位位移的空间微分作为反差的图像的处理部。

2.根据权利要求1所述的X射线摄影装置，其特征在于，

具有分别把所述多个反射X射线束反射为和透过X射线束大致平行的X射线束的后置晶体。

3.根据权利要求2所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述检偏振镜晶体和所述后置晶体是从单晶体块一体形成的、对置的面互相平行的两块晶体板。

4.根据权利要求2所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述检偏振镜晶体和所述后置晶体是从单晶体块一体形成的、对置的面互相不平行的两块晶体板。

5.根据权利要求3所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述检偏振镜晶体和所述后置晶体的X射线束入射的面和由同时反射产生的反射X射线束射出的面不同。

6.根据权利要求1所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述X射线束的能量和同时反射的衍射光栅面的组合，是7～15keV和Si(202)和Si(220)，15～30keV和Si(404)、Si(440)，大于等于30keV和Si(606)、Si(660)中任何一个。

7.一种X射线摄影装置，其特征在于，

由下述部分组成：

X射线源；

整形、放大从X射线源射出的射线束的单元；

在被整形、放大的射线束的光路上设置被摄影物体的单元；

防止对上述被摄影物体的射线束照射区域以外的X射线照射的单元；

把透过上述被摄影物体的透过X射线束通过X射线的同时反射分割为互相不平行的第一X射线束以及第二X射线束的检偏振镜晶体；

分别把上述第一X射线束以及第二X射线束反射为和透过X射线束大致平行的第三X射线束以及第四X射线束的后置晶体；

检测上述第三X射线束以及第四X射线束的X射线检测器；和

通过从由上述X射线检测器输出的信号进行运算获得把由上述被摄影物体生成的上述透过X射线束的相位位移的空间微分作为反差的图像的处理部。

8.根据权利要求7所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述检偏振镜晶体以及后置晶体的X射线束入射的面和由同时反射产生的反射X射线束射出的面不同。

9.根据权利要求7所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述检偏振镜晶体以及所述后置晶体，具有对于透过X射线束成为一体进行旋转的旋转功能，并通过从在各旋转角度中用X射线检测器检测到的第三X射线束以及第四X射线束的强度进行运算获得把由被摄影物体生成的上述透过X射线束的相位位移的空间的微分、以及相位位移作为反差的图像。

10.根据权利要求9所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述旋转功能具有抑制旋转角度的漂移的反馈机构，角度定位的再现性小于等于1/100秒。

11.根据权利要求9所述的X射线摄影装置，其特征在于，

在获得所述被摄影物体的运算中，使用第三X射线束以及第四X射线束的强度成为最大的晶体的各角度位置的信息。

12.根据权利要求9所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述的X射线摄影装置具有对于透过X射线束旋转被摄影物体的功能，从把在所述被摄影物体的各旋转角度中取得的密度作为反差的图像中、获得把由被摄影物体生成的相位位移作为反差的截面图像。

13.根据权利要求10所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述的X射线摄影装置具有对于透过X射线束旋转被摄影物体的功能，从把在所述被摄影物体的各旋转角度中取得的密度作为反差的图像中、获得把由被摄影物体生成的相位位移作为反差的截面图像。

14.根据权利要求11所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述的X射线摄影装置具有对于透过X射线束旋转被摄影物体的功能，从把在所述被摄影物体的各旋转角度中取得的密度作为反差的图像中、获得把由被摄影物体生成的相位位移作为反差的截面图像。

15.根据权利要求7所述的X射线摄影装置，其特征在于，

所述X射线束的能量和同时反射的衍射光栅面的组合，是7～15keV和Si(202)、Si(220)，15～30keV和Si(404)、Si(440)，大于等于30keV和Si(606)、Si(660)中任何一个。

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