DE102021205147A1 - Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit, die die Erhaltung von Phasenkontrastinformationen in einem großen Sichtfeld und in mehreren Richtungen erleichtert. Ein Bewegungsmechanismus 4 bewegt ein Aufnahmeobjekt 10 relativ zu einem Gitterabschnitt 2 in einer Richtung, die die auf den Gitterabschnitt 2 abgestrahlten Röntgenstrahlen kreuzt. Der Gitterabschnitt 2 ist mit N (wobei 2 ≤ N) Bereichen versehen, die in einer Richtung entlang der Bewegungsrichtung durch den Bewegungsmechanismus 4 angeordnet sind. Die periodische Richtung der Gitterstruktur in mehreren Gittern 21 bis 23, die zum i-ten (wobei 1 ≤ i ≤ N-1) Bereich der N Bereiche gehören, und die periodische Richtung der Gitterstruktur in den mehreren Gittern 21 bis 23, die zum i+1-ten Bereich der N Bereichen gehören, stellen unterschiedliche Richtungen dar. Die mehreren Gitter 21 bis 23 sind derart ausgebildet, dass jede der in den allen N Bereichen erzeugten Moire-Interferenzstreifen von einem Detektor 3 auf ihre periodische Intensitätsschwankung gemessen werden kann und eine Intensitätsschwankung von mindestens einer oder mehreren Perioden in der Bewegungsrichtung durch den Bewegungsmechanismus aufweist.

Description

• [Technisches Gebiet]
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik zur Beobachtung der inneren Struktur einer Probe mit hoher Empfindlichkeit unter Nutzung der Eigenschaften von Röntgenstrahlen als Welle, die die Probe (Aufnahmeobjekt) durchdringen.
• [Hintergrundtechnik]
• Röntgenstrahlen finden als Sonde zum Durchleuchten des Inneren eines Objekts in der medizinischen Diagnose per Bild, der zerstörungsfreien Prüfung, der Sicherheitsprüfung usw. breite Nutzung. Der Kontrast in Röntgendurchleuchtungsbildern ist vom Unterschied des Abschwächungsfaktors der Röntgenstrahlen abhängig und Objekte, die Röntgenstrahlen stark absorbieren, werden als Röntgenschatten abgebildet. Je größer die Menge an Elementen mit großen Atomnummern enthalten ist, desto stärker wird die Röntgenabsorptionsfähigkeit. Es kann umgekehrt auch darauf hingewiesen werden, dass Materialien, die aus Elementen mit kleinen Atomnummern bestehen, schwer zu kontrastieren sind, was ebenfalls ein prinzipieller Nachteil der herkömmlichen Röntgendurchleuchtungsbilder ist. Daher kann keine ausreichende Empfindlichkeit für Weichteile des lebenden Körpers oder organische Materialien erreicht werden.
• Wenn demgegenüber die Eigenschaften von Röntgenstrahlen als Wellen benutzt werden, kann eine höhere Empfindlichkeit von bis zu etwa drei Größenordnungen im Vergleich zu allgemeinen herkömmlichen Röntgendurchleuchtungsbildern erreicht werden. Im Folgenden wird dies als Phasenkontrast-Röntgenbildaufnahmeverfahren bezeichnet. Wenn diese Technik auf die Beobachtung von Materialien angewendet wird, die aus leichten Elementen bestehen (Weichteile des lebenden Körpers, organische Materialien usw.), die Röntgenstrahlen nicht viel absorbieren, sind Prüfungen ermöglicht, die mit herkömmlichen Methoden schwierig sind, so dass ihre Implementierung erwünscht wird. D. h., das Phasenkontrast-Röntgenbildaufnahmeverfahren wird z. B. dazu eingesetzt, den Kontrast einer schwach absorbierenden Probe im Vergleich zum herkömmlichen Absorptions-Kontrastbild zu erhöhen.
• Das folgende US-Patent Nr. 7889838 beschreibt eine Röntgeninterferometereinrichtung, die neben einem Bilddetektor eine mehrfarbige Röntgenquelle, ein Röntgeninterferometer, ein Quellengitter (sogenanntes G0-Gitter), ein Phasengitter (sogenanntes G1-Gitter) und ein Analysegitter (sogenanntes G2-Gitter) aufweist. Ein Aufnahmeobjekt wird zwischen dem Quellengitter und dem Phasengitter angeordnet. Diese Gitter sind derart ausgebildet, dass diese zwischen mehreren Vorhängen (periodisch angeordneten Gitterelemente) bestehend aus einem absorbierenden Material, z. B. aus Gold, mehrere Röntgendurchdringungsschlitze aufweisen. Durch diese Technik kann der Phasenkontrast auch unter Verwendung mehrfarbiger Röntgenstrahlen aufgenommen werden. Diese Röntgeninterferometereinrichtung stellt jedoch lediglich in einer einzigen bestimmten Richtung Phasenkontrastinformationen bereit.
• Demgegenüber beschreibt das folgende US-Patent Nr. 9597050 eine Röntgeninterferometereinrichtung mit mehreren Gitterabschnitten mit unterschiedlichen periodischen Richtungen. Bei dieser Technik werden in den mehreren Gitterabschnitten mehrere Bereiche vorgesehen, die jeweils um 1/n-Periode (n ≥ 2) versetzt sind. Dann erfolgt eine Röntgenbildaufnahme, während sich das Aufnahmeobjekt durch jeden Bereich der mehreren Gitterabschnitte bewegt, wodurch Phasenkontrastinformationen in mehreren Richtungen erhalten werden.
• Diese Technik erfordert jedoch mindestens acht Zeilendetektoren und jeder Zeilendetektor muss in einem bestimmten Zusammenhang mit den jeweiligen Gitterabschnitten und Bereichen angeordnet sein. Daher erhöht diese Technik nicht nur die Anzahl der Bestandteile, sondern erfordert auch eine präzise Positionierung zwischen den mehreren Bestandteilen. Daher besteht das Problem, dass die praktischen Herstellungskosten und die Betriebskosten steigen.
• Außerdem beschreibt die folgende REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 78, 043710 2007 eine Technik zur Bildaufnahme, die den vorgenannten 1/n-Periodenversatz des Phasengitters nicht erfordert. Bei dieser Technik handelt es sich um eine Methode, die unter Verwendung der Voraussetzung, dass die Moire-Interferenzstreifen, die bei der Durchdringung durch ein Röntgeninterferometer erzeugt werden, idealerweise in gleichen Abständen angeordnet sind, ein Streifenabtastverfahren realisiert, indem das Aufnahmeobjekt relativ zu den Interferenzstreifen bewegt wird.
• Das folgende US-Patent Nr. 10481110 beschreibt eine Methode, die das Streifenabtastverfahren durch Bewegung des Aufnahmeobjekts relativ zu den Interferenzstreifen realisieren kann, auch wenn nicht ideale Moire-Interferenzstreifen verwendet werden.
• Das folgende US-Patent Nr. 10533957 beschreibt eine Technik, die die Streifenabtastung durch Videoaufnahme während der Bewegung eines Gitters realisiert.
• Diese REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 78, 043710 2007, US-Patent Nr. 10481110 und US-Patent Nr. 10533957 legen jedoch Lösungen für die Komplexität der Bestandteile und die präzise Positionierung vor, wobei lediglich Phasenkontrastinformationen in einer einzigen Richtung erhalten werden können.
• Der folgende Appl. Phys. Lett. 112, 111902 (2018) beschreibt eine Methode zum Erhalten von Informationen in mehreren Richtungen unter Verwendung einer Röntgeninterferometereinrichtung, die mit einem Gitter mit einer einzigen periodischen Richtung versehen ist. Diese Einrichtung weist zusätzlich zu einem Mechanismus zum Bewegen des Aufnahmeobjekts einen Mechanismus zum Drehen des Aufnahmeobjekts in Bezug auf das Gitter auf und erhält Informationen in mehreren Richtungen, indem die Bewegung und die Aufnahme des Aufnahmeobjekts gleichzeitig vorgenommen werden.
• Nach dieser Methode ist es möglich, die Komplexität der Bestandteile und eine präzise Positionierung zu vermeiden. Da sich bei dieser Methode jedoch der von Röntgenstrahlen durchdrungene Bereich je nach dem Drehwinkel des Aufnahmeobjekts ändert, ist es nicht möglich, Informationen für einen bestimmten Bereich in mehreren Richtungen im strengen Sinne zu überlagern.
• Da bei dieser Methode außerdem das Aufnahmeobjekt gedreht werden muss, wird das tatsächliche Sichtfeld auf einen Kreis eingeschränkt, dessen Durchmesser der Länge in der Richtung der kurzen Achse eines Rechtecks entspricht, auch wenn das ursprüngliche Sichtfeld der Bildaufnahmevorrichtung rechteckig ist.
• Weiterhin beschreibt der Scientific Reports volume 7, Article number: 3195 (2017) eine Methode zum Erhalten dreidimensionaler Informationen in mehreren Richtungen durch eine Röntgeninterferometereinrichtung, die mit einem Gitter in einer einzigen Richtung versehen ist. Bei dieser Einrichtung handelt es sich um ein Röntgen-CT (Computertomograph)-System mit einem Mechanismus zum Drehen der Richtung des Aufnahmeobjekts in Bezug auf das Gitter, wobei die herkömmliche Streifenabtastmethode und CT durch Drehung des Aufnahmeobjekts in mehreren Richtungen vorgenommen werden. Bei dieser Technik besteht jedoch das Problem, dass die Größe des Aufnahmeobjekts beschränkt ist, da das Sichtfeld durch das Gitter, den Drehmechanismus usw. eingeschränkt wird.
• [Übersicht der Erfindung]
• [Zu lösende Aufgabe der Erfindung]
• Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der vorgenannten Umstände. Der Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Technik bereitzustellen, die die Erhaltung von Phasenkontrastinformationen in einem großen Sichtfeld und in mehreren Richtungen erleichtert.
• [Mittel zum Lösen des Problems]
• Die vorliegende Erfindung kann als in den folgenden Punkten angegebene Erfindung ausgedrückt werden.
• (Punkt 1)
  • Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung eines Aufnahmeobjekts unter Verwendung eines Intensitätsverteilungsbildes von Röntgenstrahlen,
  • versehene mit: einer Strahlungsquelle, einem Gitterabschnitt, einem Detektor und einem Bewegungsmechanismus,
  • wobei die Strahlungsquelle zum Abstrahlen von Röntgenstrahlen auf den Gitterabschnitt ausgebildet ist,
  • der Gitterabschnitt mit mehreren Gittern versehen ist, die ein Talbot-Interferometer ausbilden,
  • der Detektor zur Erfassung der den Gitterabschnitt passierenden Röntgenstrahlen als das Intensitätsverteilungsbild ausgebildet ist,
  • der Bewegungsmechanismus zur Bewegung des Aufnahmeobjekts relativ zu dem Gitterabschnitt in einer Richtung ausgebildet ist, die die auf den Gitterabschnitt abgestrahlten Röntgenstrahlen kreuzt,
  • der Gitterabschnitt mit N (wobei 2 ≤ N) Bereichen, die in einer Richtung entlang der Bewegungsrichtung durch den Bewegungsmechanismus angeordnet sind, versehen ist,
  • die periodische Richtung der Gitterstruktur in den mehreren Gittern, die zum i-ten (wobei 1 ≤ i ≤ N-1) Bereich der N Bereiche gehören, und die periodische Richtung der Gitterstruktur in den mehreren Gittern, die zum i+1-ten Bereich der N Bereichen gehören, unterschiedliche Richtungen darstellen, sowie
  • die mehreren Gitter derart ausgebildet sind, dass jede der in den allen N Bereichen erzeugten Moire-Interferenzstreifen vom Detektor auf ihre periodische Intensitätsschwankung gemessen werden kann und eine Intensitätsschwankung von mindestens einer oder mehreren Perioden in der Bewegungsrichtung durch den Bewegungsmechanismus aufweist.
• (Punkt 2)
  • Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach dem Punkt 1,
  • wobei die mehreren Gitter mit einem G1-Gitter und einem G2-Gitter versehen sind, die ein Talbot-Interferometer ausbilden,
  • die periodische Richtung in den N Bereichen in dem G2-Gitter in Bezug auf ein Selbstbild, das durch das G1-Gitter des Gitterabschnitts erzeugt wird und N periodische Richtungen aufweist, gleichmäßig um einen Winkel θ (wobei θ ≠ 0) gedreht angeordnet ist, wodurch die Moire-Interferenzstreifen erzeugt werden.
• (Punkt 3)
  • Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach dem Punkt 2,
  • wobei der Winkel θ den folgenden Umfang in den allen N Bereichen erfüllt: $$\frac{d}{l_i\text{cos }{\psi }_i}<\left|\theta \right|<\frac{d}{3p\text{ cos }{\psi }_i}$$
    
  wobei

  d:

  Gitterperiode des G2-Gitters;

  li:

  Breite des Bilderfassungsbereichs auf dem Detektor in der Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts im i-ten Bereich der N Bereiche;

  ψi :

  Winkel der periodischen Richtung im durch das G1-Gitter erzeugten Selbstbild im i-ten Bereich der N Bereiche (wobei die Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 0° beträgt);

  p:

  Pixelgröße des Detektors.

• (Punkt 4)
  • Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach dem Punkt 3, wobei die Breite l_i des Bilderfassungsbereichs in den allen N Bereichen den folgenden Umfang erfüllt: $$l_i=L\frac{\frac{1}{\text{cos }{\psi }_i}}{{\displaystyle {\sum }_{i=1}^N\frac{1}{\text{cos }{\psi }_i}}}$$
    
  wobei

  L:

  Gesamtbreite des Bilderfassungsbereichs auf dem Detektor in Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts für alle N Bereiche.

• (Punkt 5)
  • Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach einem der Punkte 1 bis 4,
  • wobei bei jeder der mehreren Gitter die Gitterstrukturen mit unterschiedlichen periodischen Richtungen auf einem einzigen Substrat gebildet sind.
• (Punkt 6)
  • Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach einem der Punkte 1 bis 5,
  • wobei die mehreren Gitter mit einem GO-Gitter, das ein Talbot-Lau-Interferometer ausbildet, weiter versehen sind.
• (Punkt 7)
  • Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach einem der Punkte 1 bis 6, weiter versehen mit einer Verarbeitung,
  • wobei die Verarbeitung mit einem Abschnitt zur Röntgenbilderzeugung und einem Abschnitt zur Verarbeitung von Artefakten versehen ist,
  • der Abschnitt zur Röntgenbilderzeugung zur Erzeugung eines Röntgenbildes unter Verwendung von mehreren durch den Detektor erhaltenen Intensitätsverteilungsbildern ausgebildet ist, und
  • der Abschnitt zur Verarbeitung von Artefakten zur Beseitigung von Artefakten in dem Röntgenbild unter Verwendung eines ROI (Region of Interest)-Bildes in einem Bereich des Röntgenbildes, in dem sich das Aufnahmeobjekt nicht befindet, ausgebildet ist.
• [Effekte der Erfindung]
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Technik bereitzustellen, die die Erhaltung von Phasenkontrastinformationen in mehreren Richtungen auch bei einem großen Sichtfeld erleichtert.
• Figurenliste
• Es zeigt:
• 1 eine Erläuterungsansicht für die schematische Ausbildung einer Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 2 eine schematische Erläuterungsansicht für den Hauptteil in einem Zustand, in dem 1 von einer Schnittfläche entlang einer Fläche aus, die die Transportrichtung eines Aufnahmeobjekts und die Abstrahlungsrichtung von Röntgenstrahlen einschließt, gesehen ist;
• 3 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung der schematischen Struktur eines Gitters, das einen Gitterabschnitt ausbildet, der für die Vorrichtung von 1 verwendet wird;
• 4A eine Erläuterungsansicht zur Erläuterung des Drehzustandes des Gitters;
• 4B eine Erläuterungsansicht zur Erläuterung eines von einem G1-Gitter erzeugten Selbstbildes;
• 5 eine Erläuterungsansicht zur Erläuterung eines Beispiels von mit dem Gitterabschnitt erzeugten Moire-Streifen, die vom Detektor erfasst werden;
• 6 eine Erläuterungsansicht, bei der vergrößerte Ansichten des Gitters und der Moire-Streifen von 2 als Referenz hinzugefügt sind;
• 7 eine Blockdarstellung zur Erläuterung der Übersicht einer Verarbeitung;
• 8 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels eines Verfahrens zur Röntgenbilderzeugung unter Verwendung der Vorrichtung von 1;
• 9 eine Erläuterungsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Beseitigung von Artefakten gemäß einem Ausführungsbeispiel 1, wobei 9 (a) ein Beispiel für ein Röntgenbild vor der Korrektur und 9 (b) ein Beispiel für ein Röntgenbild nach der Korrektur zeigt;
• 10 eine Erläuterungsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Beseitigung von Artefakten gemäß einem Ausführungsbeispiel 2, wobei 10 (a) ein Beispiel für ein Röntgenbild vor der Korrektur und 10 (b) ein Beispiel für ein Röntgenbild nach der Korrektur zeigt;
• 11 eine Erläuterungsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Beseitigung von Artefakten gemäß einem Ausführungsbeispiel 3, wobei 11 (a) ein Beispiel für ein Röntgenbild vor der Korrektur und 11 (b) ein Beispiel für ein Röntgenbild nach der Korrektur zeigt.
• [Ausführungsform der Erfindung]
• Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Ausbildung einer Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung (nachstehend ggf. als „Erzeugungsvorrichtung“ oder „Vorrichtung“ abgekürzt bezeichnet) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Diese Vorrichtung ist eine Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung eines Aufnahmeobjekts unter Verwendung eines Intensitätsverteilungsbildes von Röntgenstrahlen.
• Wie in 1 dargestellt, ist die Erzeugungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform mit einer Strahlungsquelle 1, einem Gitterabschnitt 2, einem Detektor 3 und einem Bewegungsmechanismus 4 versehen. Diese Vorrichtung ist mit einer Verarbeitung 5, einer Steuerung 6 und einem Antrieb 7 als zusätzliche Elemente weiter versehen.
• (Strahlungsquelle)
• Die Strahlungsquelle 1 ist zur Abstrahlung von Röntgenstrahlen mit durchdringenden Eigenschaften in Bezug auf ein Aufnahmeobjekt 10 von einem Fenster 11 (siehe 2) auf den Gitterabschnitt 2 ausgebildet. Da die Ausbildung der Strahlungsquelle 1 grundsätzlich dem der konventionellen Strahlungsquelle entsprechen kann, wird auf eine nähere Beschreibung verzichtet.
• (Gitterabschnitt)
• Der Gitterabschnitt 2 ist mit mehreren Gittern versehen, die ein Talbot-Interferometer ausbilden. Konkret ist der Gitterabschnitt 2 mit einem G0-Gitter (sogenanntes Quellengitter) 21, einem G1-Gitter (sogenanntes Phasengitter) 22 und einem G2-Gitter (sogenanntes Analysegitter) 23 versehen. D. h., der Gitterabschnitt 2 der vorliegenden Ausführungsform ist zusätzlich zum G1-Gitter und G2-Gitter, die ein Talbot-Interferometer ausbilden, mit dem G0-Gitter weiter versehen, das ein Talbot-Lau-Interferometer ausbildet.
• Der Gitterabschnitt 2 ist mit N Bereichen (N ist eine natürliche Zahl von zwei oder mehr) versehen, die in einer Richtung entlang der Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 10 durch den Bewegungsmechanismus 4 angeordnet sind. Konkret ist der Gitterabschnitt 2 der vorliegenden Ausführungsform mit einem ersten Bereich 201, einem zweiten Bereich 202 und einem dritten Bereich 203 versehen (siehe 2). Als Anzahl der Bereiche sollten mehrere Bereiche vorhanden sein und die Anzahl kann vier oder mehr sein.
• Die periodischen Richtungen der benachbarten Gitterstrukturen in den mehreren Gittern 21 bis 23, die zu jedem der Bereiche 201 bis 203 gehören, sind voneinander unterschiedlich. Hierdurch stellen in der vorliegenden Ausführungsform die periodische Richtung der Gitterstruktur in den mehreren Gittern, die zum i-ten (wobei 1 ≤ i ≤ N-1) Bereich der N Bereiche gehören, und die periodische Richtung der Gitterstruktur in den mehreren Gittern, die zum i+1-ten Bereich der N Bereichen gehören, unterschiedliche Richtungen dar. 3 zeigt ein Beispiel für das G0-Gitter 21. In diesem Gitter sind entsprechend den drei Bereichen 201 bis 203 Gitterelemente 211, 221 und 231 ausbildend Gitterstrukturen unterschiedlicher periodischer Richtungen vorgesehen. Auch in anderen Gittern haben die Gitterstrukturen in den gleichen Bereichen 201 bis 203 gleiche periodische Richtungen und in den anderen Bereichen unterschiedliche periodische Richtungen.
• Mindestens eines der mehreren Gitter 21 bis 23 (z. B. G2-Gitter 23) ist „an einer Position, an der dieses zur Ausbildung des Talbot-Interferometers angeordnet werden soll, in Bezug auf das durch das G1-Gitter 22 erzeugte Selbstbild um einen Winkel θ gedreht angeordnet“, um „die Moire-Interferenzstreifen, die eine Intensitätsschwankung von mindestens einer oder mehreren Perioden in der Bewegungsrichtung durch den Bewegungsmechanismus 4 aufweisen und dessen Intensitätsschwankung am Detektor 3 messbar ist“, zu erzeugen (siehe 4A). Hierbei gilt θ ≠ 0.
• Detaillierter ist der Winkel θ (rad) in der vorliegenden Ausführungsform auf dem folgenden Umfang festgelegt:
  [Formel 1] $$\frac{d}{l_i\text{cos }{\psi }_i}<\left|\theta \right|<\frac{d}{3p\text{ cos }{\psi }_i}$$

  
• Hierbei gilt:

d:

Gitterperiode des G2-Gitters;

li:

Breite des Bilderfassungsbereichs auf dem Detektor in der Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts im i-ten Bereich der N Bereiche;

ψi:

Winkel der periodischen Richtung im durch das G1-Gitter erzeugten Selbstbild im i-ten Bereich der N Bereiche (wobei die Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 0° beträgt);

p:

Pixelgröße des Detektors.

• Das linke Glied der Formel (1) bedeutet eine Bedingung, in der die Intensitätsschwankungsperiode, die durch die drehenden Moire-Interferenzstreifen in der Bewegungsrichtung durch den Bewegungsmechanismus 4 erzeugt wird, für gleich oder mehr als eine Periode in der Erfassungsfläche des Detektors 3 beobachtet werden kann, und das rechte Glied bedeutet eine Bedingung, in der diese Intensitätsschwankungsperiode eine Breite von gleich oder mehr als drei Pixeln des Detektors 3 aufweist.
• Hierbei lautet der von ψ_i angenommene Umfang:
  [Formel 2] $$\left|{\psi }_i\right|<\text{arcos}\left(\frac{d}{\theta l_i}\right)$$

  
• Es ist hierbei wünschenswert, die Gitter 21 bis 23 auf einem einzigen Substrat 24 zu erzeugen, wobei gilt: $$\text{MAX }\left({\mathrm{\delta }}_{{\mathrm{\psi }}_{\text{i}}}\right)-\text{MIN }\left({\mathrm{\delta }}_{{\mathrm{\psi }}_{\text{i}}}\right)<2\text{dcos}{\mathrm{\psi }}_{\text{i}}$$

  

  unter der Annahme, dass die Abweichung des Orientierungswinkels jedes Gittergebiets vom Auslegungswert δψ_i ist.
• Wenn z. B. d = 5 µm, 1 = 10 mm, ψ = 45° und p = 100 µm, liegt der Drehwinkel θ (rad) eines der Gitter 21 bis 23 im Umfang von $$\mathrm{0,0007}\text{ rad < }\left|\mathrm{\theta }\right|<\mathrm{0,024}\text{ rad}\text{.}$$

  
• Li kann außerdem auch derart vorgegeben werden, dass es die folgenden Bedingungen für ψ_i erfüllt:
  [Formel 3] $$l_i=L\frac{\frac{1}{\text{cos }{\psi }_i}}{{\displaystyle {\sum }_{i=1}^N\frac{1}{\text{cos }{\psi }_i}}}$$

  

  wobei gilt:
• L: Gesamtbreite des Bilderfassungsbereichs auf dem Detektor in Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts für alle N Bereiche. Formel (3) ist die Bedingung, in der in allen N Bereichen in der Erfassungsfläche des Detektors 3 unabhängig von ψ_i die gleiche Anzahl von durch die drehenden Moire-Interferenzstreifen erzeugten Intensitätsschwankungsperioden in der Bewegungsrichtung durch den Bewegungsmechanismus 4 erzeugt wird. Hiermit wird die Einstellung des Gitters vereinfacht, da das linke Glied der Formel (1) in allen N Bereichen unabhängig von ψ_i einen konstanten Wert annimmt.
• Die Weise zur Annahme von ψ_i im Selbstbild durch das G1-Gitter 22 ist hier in 4B dargestellt. In 4B ist der Winkel der periodischen Richtung im Bereich 201 am rechten Ende der Zeichnung auf ψ_i festgelegt.
• Der Gitterabschnitt 2 der vorliegenden Ausführungsform erfüllt die Bedingungen für die mechanische Struktur und die geometrische Anordnung, die notwendig sind, um ein Talbot-Interferometer (einschließlich des Falles, dass es sich um ein Talbot-Lau-Interferometer handelt) auszubilden. In der vorliegenden Ausführungsform müssen die Bedingungen für die Ausbildung des Talbot-Interferometers jedoch lediglich in ausreichendem Maße erfüllt sein, um die notwendige Prüfung zu ermöglichen, und die Bedingungen müssen nicht in einem mathematisch strengen Sinne erfüllt sein.
• Das G0-Gitter 21 ist ein Gitter zur Ausbildung eines Talbot-Lau-Interferometers, das eine Art von Talbot-Interferometer ist, wobei ein Absorptionsgitter verwendet wird. Das G0-Gitter realisiert ein Mikroquellen-Array, das ein Bestandteil des Talbot-Lau-Interferometers ist. Das G1-Gitter ist normalerweise ein Phasengitter, kann jedoch auch ein Absorptionsgitter sein. Als G2-Gitter 23 wird ein Absorptionsgitter verwendet.
• Die G0- bis G2-Gitter 21 bis 23 sind jeweils mit mehreren Gitterelementen 211, 221, 231, die mit einer bereits vorgegebenen Periode angeordnet sind, die zur Ausbildung des Talbot-Interferometers bestimmt wird, und einem Substrat 24 versehen, das diese Gitterelemente trägt (siehe 3). Daher weisen die Gitter 21 bis 23 in der vorliegenden Ausführungsform jeweils eine auf einem einzigen Substrat 24 gebildete Gitterstruktur mit unterschiedlichen periodischen Richtungen auf. Die bereits vorgegebene Periode der Gitterelemente werden geometrisch berechnet, um den Talbot-Lau-Interferometer auszubilden, und die bereits vorgegebene Periode in den Gitterelementen 211, 221, 231 im gleichen Gitter (d. h. auf dem gleichen Substrat 24 stehend angeordnet) ist als gleich betrachtet.
• In der vorliegenden Ausführungsform ist das zum ersten Bereich 201 gehörende Gitterelement in einer ersten Richtung, das zum zweiten Bereich 202 gehörende Gitterelement in einer zweiten Richtung und das zum dritten Bereich 203 gehörende Gitterelement in einer dritten Richtung, also in jeweils unterschiedlichen Richtungen angeordnet. Hierbei ist die erste Richtung eine Richtung von -45° zur Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 10 durch den Bewegungsmechanismus 4, die zweite Richtung ist eine Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 10 durch den Bewegungsmechanismus 4 und die dritte Richtung ist eine Richtung von +45° zur Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 10 durch den Bewegungsmechanismus 4. Diese Winkel stellen Winkel vor der Drehung dar, wenn eines der Gitter um einen Winkel θ gedreht wird. Die erste bis dritte Richtung müssen außerdem nicht unbedingt ein zueinander orthogonales Verhältnis enthalten.
• Ein Beispiel von Moire-Streifen 20, die durch Röntgenstrahlen verursacht werden, die die jeweiligen Bereiche durchdringen, ist in 5 dargestellt. Diese Moire-Streifen 20 werden vom Detektor 3 der Röntgenstrahlen beobachtet (dieser Zustand ist in 6 schematisch dargestellt). Hierbei ist es wünschenswert, dass die Raumfrequenz der Interferenzstreifen „gleich oder weniger als 1/(Pixelgröße des Detektors 3 × 3) Zyklus/mm in der Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 10 durch den Bewegungsmechanismus 4 beträgt“ und „in einem Umfang liegt, in dem die Intensitätsänderung von einer oder mehreren Perioden in jedem Teilbereich beobachtet werden können.“ Um von der strengen Interferenzbedingung abzuweichen, ist im vorliegenden Beispiel das G2-Gitter 23 in Bezug auf das Selbstbild durch die Röntgenprojektion leicht gekippt, wie in der vorgenannten Formel (1).
• Es ist wünschenswert, die Periode der Intensitätsänderung der Moire-Streifen 20 im Umfang von 2 bis 1/10p zu halten, da die Auflösung der Streifen je nach dem Detektor schwierig ist, wenn |θ| in Formel (1) zu groß wird. Hierdurch werden in jedem Bereich angemessene Moire-Streifen erzeugt (siehe 5). 5 zeigt auch ein Beispiel für die Pixelgröße p des Detektors 3 als Referenz.
• Die Fläche der Bereiche 201 bis 203 in den G0- bis G2-Gittern 21 bis 23 (die Fläche der Bereiche, in denen die Gitterelemente 211, 221 und 231 angeordnet werden) kann in Abhängigkeit von den Positionen der jeweiligen Gitter 21 bis 23 und der Position der Strahlungsquelle 1 bestimmt werden. Die Position und die Fläche jedes der Bereiche 201 bis 203 können jedoch geändert werden, solange die notwendigen Interferenzbedingungen erfüllt sind. Die Flächen der jeweiligen Bereiche 201 bis 203 auf einem einzigen Substrat 24 können sich außerdem voneinander unterscheiden. Indem z. B. die Bereichslängen in Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjektes jeweils ausgewählt werden, damit diese proportional zu l_i ist, das die Formel (3) erfüllt, wird die Periodenzahl der Intensitätsänderung in jedem Bereich gleich, und die Einstellung der Gitter wird vereinfacht.
• Die G0- bis G2-Gitter 21 bis 23 der vorliegenden Ausführungsform sind in einem konzentrischen Kreis mit der Strahlungsquelle 1 als Mitte angeordnet, damit der Abstand zwischen den jeweiligen Gitterelementen 211 bis 231 und der Strahlungsquelle 1 konstant ist (siehe 1) .
• Außerdem sind mehrere G0- bis G2-Gitter 21 bis 23 senkrecht zur Translationsrichtung des Aufnahmeobjekts 10 angeordnet, wodurch das Sichtfeld auf gleich oder mehr als ein Gitter erweitert wird.
• (Detektor)
• Der Detektor 3 ist derart ausgebildet, dass dieser die Röntgenstrahlen, die den Gitterabschnitt 2 passierten, für jedes Pixel als Intensitätsverteilungsbild erfasst. Konkret wird als Detektor 3 der vorliegenden Ausführungsform eine Röntgenkamera verwendet, die Röntgenstrahlen für jedes Pixel auf einer Erfassungsfläche erfassen kann, die sich senkrecht zu einer Fläche erstreckt, die durch die Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 10 und die Abstrahlungsrichtung von Röntgenstrahlen entsteht.
• Der Detektor 3 ist derart ausgebildet, dass dieser Röntgenstrahlen erfasst, die jeden der ersten bis dritten Bereiche 201 bis 203 im Gitterabschnitt 2 passierten. Auf der Erfassungsfläche des Detektors 3 befindet sich außerdem ein rechteckiger Bereich, der aus P × Q Pixeln besteht, und die Ausrichtung des Detektors 3 ist derart festgelegt, dass die Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 10 durch den Bewegungsmechanismus 4 parallel zur P- oder Q-Richtung ist.
• (Bewegungsmechanismus)
• Der Bewegungsmechanismus 4 ist derart ausgebildet, dass dieser das Aufnahmeobjekt 10 relativ zum Gitterabschnitt 2 in einer Richtung bewegt, die die auf den Gitterabschnitt 2 abgestrahlten Röntgenstrahlen kreuzt. Obwohl der Bewegungsmechanismus 4 in der vorliegenden Ausführungsform das Aufnahmeobjekt 10 relativ zu dem Gitterabschnitt 2 bewegt wird, ist es auch möglich, den Gitterabschnitt 2 relativ zu dem Aufnahmeobjekt 10 zu bewegen. Die Bewegungsrichtung ist außerdem nicht auf die Translation beschränkt, sondern kann auch eine Drehung sein. Es ist z. B. auch möglich, die Geräte wie den Gitterabschnitt 2, die Strahlungsquelle 1 und den Detektor 3 um das Aufnahmeobjekt 10 zu drehen.
• (Verarbeitung)
• Die Verarbeitung 5 ist mit einem Abschnitt zur Röntgenbilderzeugung 51 und einem Abschnitt zur Verarbeitung von Artefakten 52 versehen (siehe 7).
• Der Abschnitt zur Röntgenbilderzeugung 51 ist derart ausgebildet, dass dieser ein Röntgenbild unter Verwendung von mehreren Intensitätsverteilungsbildern erzeugt, die vom Detektor 3 erhalten wurden. Der Abschnitt zur Verarbeitung von Artefakten 52 ist zur Beseitigung von Artefakten in dem erzeugten Röntgenbild unter Verwendung eines ROI-Bildes in einem Bereich des Röntgenbildes, in dem sich das Aufnahmeobjekt 10 nicht befindet, ausgebildet. Die detaillierte Funktionsweise der Verarbeitung 5 wird als Verfahren zur Röntgenbilderzeugung der vorliegenden Ausführungsform später beschrieben.
• (Steuerung)
• Die Steuerung 6 sendet auf der Basis von Anweisungen der Verarbeitung 5 einen Befehl an den Bewegungsmechanismus 4, um das Aufnahmeobjekt 10 zu einem erforderlichen Zeitpunkt zu bewegen. Die Steuerung 6 kann derart ausgebildet sein, dass diese eine Rückmeldung vom Bewegungsmechanismus 4 erhält, um die Position des Aufnahmeobjekts 10 zu begreifen. Die Steuerung 6 der vorliegenden Ausführungsform steuert auch den Betrieb des Antriebs 7 (später beschrieben).
• (Antrieb)
• Der Antrieb 7 ist in dieser Ausführungsform derart ausgebildet, dass dieser das G2-Gitter 23 in einer Richtung senkrecht zu der Ebene bewegt, die durch die Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 10 und die Abstrahlungsrichtung von Röntgenstrahlen entsteht. Der Antrieb 7 kann einen geeigneten Mechanismus zur Translation des G2-Gitters 23 verwenden, wie z. B. eine Kugelumlaufspindel, einen Linearmotor, ein piezoelektrisches Element, einen elektrostatischen Aktuator usw., ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Antrieb 7 kann auch derart ausgebildet sein, dass dieser das G0-Gitter 21 oder das G1-Gitter 22 anstelle des G2-Gitters 23 bewegt. Der Antrieb 7 der vorliegenden Ausführungsform ist derart ausgebildet, dass dieser das Gitter in einer vorbestimmten Richtung (z. B. Richtung der Hinbewegung oder Richtung der Herbewegung) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt durch einen Befehl der Steuerung 6 bewegt.
• (Verfahren zur Röntgenbilderzeugung in der vorliegenden Ausführungsform)
• Als nächstes wird ein Verfahren zur Röntgenbilderzeugung mit der Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform unter weiterer Bezugnahme auf 8 erläutert.
• (Schritt SA-1 in Fig. 8)
• In diesem Schritt wird ein Referenzbild (ein Moire-Bild in Abwesenheit eines Aufnahmeobjekts) mit der vorgenannten Methode aus US-Patent Nr. 10533957 erzeugt.
• Zunächst werden in Abwesenheit des Aufnahmeobjekts Röntgenstrahlen von der Strahlungsquelle 1 auf den Gitterabschnitt 2 abgestrahlt. Hierdurch können Interferenzstreifen (Moire-Streifen) erzeugt werden, die dem ersten bis dritten Bereich 201 bis 203 im Gitterabschnitt 2 jeweils entsprechen (siehe 5).
• In diesem Zustand bewegt der Antrieb 7 eines der Gitter (das G2-Gitter in der vorliegenden Ausführungsform) mit konstanter Geschwindigkeit und kontinuierlich. Hierdurch können die Interferenzstreifen kontinuierlich geändert werden.
• Parallel zu diesem Vorgang wird diese kontinuierliche Änderung der Interferenzstreifen vom Detektor 3 fortlaufend (d. h. als Video) aufgenommen.
• Hierbei wird der Betrag der Bewegung des Gitters durch den Antrieb 7 für die Interferenzstreifen in jedem der ersten bis dritten Bereiche 201 bis 203 auf mindestens eine Periode oder mehr festgelegt.
• Allgemeinen ist der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Gitters durch den Antrieb 7 und der Gitterrichtung (d. h. der periodischen Richtung des Gitters) des ersten bis dritten Bereichs 201 bis 203 für jeden Bereich unterschiedlich. Dann ist auch der Betrag der Änderung der Interferenzstreifen in jedem Bereich aufgrund der Bewegung des Antriebs 7 jeweils unterschiedlich. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform wie vorgenannt die Methode vorgenommen.
• Nach Beendigung der Aufnahme unter Änderung der Interferenzstreifen kehrt der Antrieb 7 in den Ausgangszustand zurück. D. h., das bewegte Gitter kehrt in seine Ausgangsposition zurück.
• Als nächstes erzeugt die Verarbeitung 5 aus einer Reihe von Bildern der Interferenzstreifen, die sich kontinuierlich für eine oder mehrere Perioden änderten, M Bilder Ak (siehe US-Patent Nr. 10533957 ), eine Sammlung von diskreten Pixelwerten (Änderungen) für jede 1/M-Periode, in jedem der ersten bis dritten Bereiche 201 bis 203.
• Aus diesen diskreten M Bildern der Interferenzstreifen wird in jedem der ersten bis dritten Bereiche 201 bis 203 eine durchschnittliche Intensitätsverteilung A₀ zur Pixelwertnormierung erstellt.
• Weiterhin wird in den auf dem Detektor 3 erzeugten Interferenzstreifen die Verteilung des Gesamtwertes der Pixelzahl Gk(q) (entsprechend Nk (y) im US-Patent Nr. 10481110 ) in dem Bereich, der dem k-ten Bereich in den „Bereichen entspricht, die durch Unterteilung einer Periode der Änderung der Interferenzstreifen entlang der Richtung parallel zur Transportrichtung durch den Bewegungsmechanismus 4 in M gleiche Teile erzeugt werden“, zu dem ersten Bereich 201, dem zweiten Bereich 202 und dem dritten Bereich 203 jeweils erstellt.
• Da die andere Methode als vorgenannt der Methode im vorgenannten US-Patent Nr. 10533957 entspricht, wird auf eine weitere detaillierte Erläuterung verzichtet.
• (Schritt SA-2 in Fig. 8)
• Als nächstes wird eine substantielle Streifenabtastung vorgenommen, während das Aufnahmeobjekt durch den Bewegungsmechanismus 4 bewegt wird. Diese Methode entspricht der vorgenannten Methode im US-Patent Nr. 10481110 . Es kann davon ausgegangen werden, dass die vorgenannte Methode im Schritt SA-1 unter Verwendung der Methode in US-Patent Nr. 10533957 diese Erzeugung einer Phasenkarte (sogenanntes Referenzbild) in Abwesenheit einer Probe in US-Patent Nr. 10481110 erfolgt.
• In diesem Schritt SA-2 passiert das Aufnahmeobjekt 10, das durch den Bewegungsmechanismus 4 bewegt wird, den ersten Bereich 201, den zweiten Bereich 202 und den dritten Bereich 203, während er sich bei der Röntgenbestrahlung durch die Quelle 1 unter Translation relativ zum Gitterabschnitt 2 bewegt (siehe 6). Während dieser Zeit misst der Detektor 3 kontinuierlich die Intensität der den Gitterabschnitt 2 durchdringenden Röntgenstrahlen.
• Wenn dann die Translationsgeschwindigkeit als v und die Intensität eines t-ten Rahmens an der Pixelposition (p, q) auf dem Detektor 3 als I(p, q, t) definiert wird, ist die relative Position des Aufnahmeobjekts auf dem Detektor 3 (p = x + vt, q = y), so dass die Intensität des t-ten Rahmens zur relativen Bewegungsgeschwindigkeit des Aufnahmeobjekts 10 einschließlich des Vergrößerungsgrades als I(p - vt, q, t) beschrieben werden kann.
• Dann kann aus A₀ (p, q) und Gk(q), die im Schritt SA-1 ermittelt wurden, die Intensität des periodischen Bereichs, der dem k/M-ten Phasenbetrag der Interferenzstreifen an der Pixelposition (p, q) auf dem Detektor 3 entspricht, als $$\text{JK}\left(\text{p}\text{, q}\right)={\displaystyle \sum \left[\text{I}\left(\text{p}-\text{vt}\text{, q}\text{, t}\right)/{\text{A}}_0\left(\text{p}\text{, q}\right)/\text{Gk}\left(\text{q}\right)\right]}$$

  

  ausgedrückt werden.
• (Schritt SA-3 in Fig. 8)
• Daher können durch die Verarbeitung 5 der vorliegenden Ausführungsform
  Absorptionsbild Abs(p, q) = ΣJk (p, q)
  differentielles Phasenbild φ(p, q) = arg [ΣJk (p, q) exp (i2πk/n)
  Sichtbarkeitsbild Vis(p, q) = 2|∑Jk(p, q)exp
  (i2πk/n) | /Abs (p, q)
  im ersten Bereich 201, im zweiten Bereich 202 und im dritten Bereich 203 jeweils ermittelt werden.
• Da die andere Methode als vorgenannt der Methode im vorgenannten US-Patent Nr. 10481110 entspricht, wird auf eine weitere detaillierte Erläuterung verzichtet.
• (Schritt SA-4 in Fig. 8)
• Als nächstes wird in der vorliegenden Ausführungsform das hier erhaltene Sichtbarkeitsbild jedes Bereichs einer Verarbeitung zur Beseitigung von streifenartigen Artefakten unterzogen. Diese Verarbeitung wird vorgenommen, indem „der Bereich, in dem das Aufnahmeobjekt in der Nähe der Aufnahme-Startposition und der Aufnahme-Endposition nicht vorhanden ist“, als ROI festgelegt wird und die Pixelwerte in dieser ROI benutzt werden.
• Hier wird, in einem Zustand, in dem das Aufnahmeobjekt 10 nicht vorhanden ist, die im ersten Bereich 201 erhaltene Sichtbarkeitsbildintensität als Vis10, die im zweiten Bereich 202 erhaltene Sichtbarkeitsintensität als Vis20 und die im dritten Bereich 203 erhaltene Sichtbarkeitsintensität als Vis30 definiert. Weiterhin werden die jeweiligen vorgenannten Sichtbarkeitsintensitäten in einem Zustand, in dem das Aufnahmeobjekt vorhanden ist, als Vis1, Vis2 und Vis3 definiert. Dann können die Streuintensitäten in jedem Bereich jeweils als $$\text{S1}=-\text{ln}\left(\text{Vis1/Vis10}\right),$$

  

  $$\text{S2}=-\text{ln}\left(\text{Vis2/Vis20}\right),$$

  

  $$\text{S3}=-\text{ln}\left(\text{Vis3/Vis30}\right)$$

  

  ausgedrückt werden. Indem der Bereich, in dem das Aufnahmeobjekt 10 nicht vorhanden ist, als ROI bestimmt wird, kann eine Beseitigung von Artefakten unter Verwendung der vorgenannten Rechnungen möglich. Die Konkrete Methode zur Einnahme von ROI und die Methode der Berechnung werden in den folgenden Ausführungsbeispielen 1 bis 3 erläutert.
• (Erhaltung von Orientierungsgradinformationen)
• Basierend auf den obigen Überlegungen können die Verteilung des Streuanteils in alle Richtungen S_all = (S2 + S3) / 2
  die Verteilung des anisotr0open Anteils S_aniso = √((S1-S_all) ² + (S2-S_all) ²)
  Orientierungsgrad Orientation = S_aniso/S_all
  die Verteilung der Richtung der Hauptorientierung θ_main = 0,5 * atan2 (2 (S1 - S_all) , 2 (S2 - S_all))
  jeweils ermittelt werden. Diese Berechnung kann durch die Verarbeitung 5 vorgenommen werden.
• In der vorliegenden Ausführungsform können Phasenkontrastinformationen in mehreren Richtungen wie vorgenannt erhalten werden. Hier bestand bei der herkömmlichen Technik das Problem, dass, da die Probe gedreht werden muss, das Sichtfeld enger und außerdem die Ausbildung der Vorrichtung komplizierter ist. Im Gegensatz dazu können bei der Technik der vorliegenden Ausführungsform Phasenkontrastinformationen in mehreren Richtungen erhalten werden, ohne die Probe zu drehen, was Vorteile schaffen, dass nicht nur die Ausbildung der Vorrichtung vereinfacht wird, sondern auch ein breites Sichtfeld erhalten werden kann.
• Da außerdem in der vorliegenden Ausführungsform eines der Gitter um einen Winkel θ gedreht wird, besteht der Vorteil, dass in jedem Bereich zuverlässig Moire-Streifen erzeugt werden können, die zur Erzeugung eines Röntgenbildes geeignet sind.
• Da weiterhin in der vorliegenden Ausführungsform die Gitterelemente 211, 221 und 231 auf dem Substrat 24 stehend angeordnet sind, kann die Installationsarbeit der Gitter 21 bis 23 an der Vorrichtung im Vergleich zu dem Fall, in dem die Gitterelemente 211, 221 und 231 separat ausgebildet und angeordnet werden, erleichtert werden.
• Wenn außerdem die Gitterelemente 211, 221 und 231 separat ausgebildet und in die Vorrichtung eingebaut werden, entsteht ein Spalt zwischen den Gitterelementen, und das Gitter wird im Fächerwinkel breit. Im Gegensatz dazu kann in der vorliegenden Ausführungsform, da die Gitterelemente 211, 221 und 231 auf dem Substrat 24 stehend angeordnet sind, der Spalt zwischen den Gitterelementen 211, 221 und 231 minimiert werden (vorzugsweise auf 0), und es kann eine Vergrößerung des Fächerwinkels verhindert werden. Hierdurch ist es möglich, unnötige Abstrahlung von Röntgenstrahlen zu unterdrücken.
• Es ist möglich, den Prozess Verarbeitung zur Beseitigung von Artefakten in der vorliegenden Ausführungsform wegzulassen.
• (Ausführungsbeispiel 1)
• Die Methode der Verarbeitung zur Beseitigung von Artefakten gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Ausführungsform wird nun unter weiterer Bezugnahme auf 9 weiter erläutert. In dieser Erläuterung des Ausführungsbeispiels 1 wird die Erläuterung von Elementen, die denen in der vorgenannten Methode einer Ausführungsform grundsätzlich entsprechen, durch Verwendung des gleichen Bezugszeichens weggelassen.
• Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zunächst der Pixelwert im erhaltenen Bild als I(x, y) definiert. Dann werden die folgenden Methoden verwendet.
1. (1) Ein rechteckiger Bereich 100 (siehe die fette Linie in 9a), in dem das Aufnahmeobjekt nicht vorhanden ist, wird vorgegeben und die X-Koordinatenenden des Bereichs werden als X_roi1 und X_roi2 definiert ( 9(a)) .
2. (2) Mittels $${\text{I}}_{\text{bg}}\left(\text{y}\right)=\left(1/\left({\text{X}}_{\text{roi}}2-{\text{X}}_{\text{roi}}1+1\right)\right){\displaystyle \sum \text{I}\left(\text{x}\text{, y}\right)}$$
   
   wird der durchschnittliche Wert der Pixelwerte zwischen X_roi1 und X_roi2 für jede Y-Koordinate angenommen.
3. (3) Absorptionsbild/Streuungsbild wird durch $${\text{I}}_{\text{off}}\left(\text{x}\text{, y}\right)=\text{I}\left(\text{x}\text{, y}\right)/{\text{I}}_{\text{bg}}\left(\text{y}\right),$$
   
   und das refraktive Bild wird durch $${\text{I}}_{\text{off}}\left(\text{x}\text{, y}\right)=\text{I}\left(\text{x}\text{, y}\right)-{\text{I}}_{\text{bg}}\left(\text{y}\right)$$
   
   (y) jeweils korrigiert. Dies ermöglicht die Beseitigung von Artefakten (siehe 9 (b)).
• (Ausführungsbeispiel 2)
• Als nächstes wird die Methode der Verarbeitung zur Beseitigung von Artefakten gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 unter weiterer Bezugnahme auf 10 erläutert. In dieser Erläuterung des Ausführungsbeispiels 2 wird die Erläuterung von Elementen, die denen in der vorgenannten Methode des Ausführungsbeispiels 1 grundsätzlich entsprechen, durch Verwendung des gleichen Bezugszeichens weggelassen.
• In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die folgende Methode verwendet. Ein Pixelwert in einem erhaltenen Bild ist als I(x, y) definiert.
1. (1) Rechteckige Bereiche 101/102 (siehe die fette Linie in 10 (a)), in denen das Aufnahmeobjekt 10 nicht vorhanden ist, werden an zwei Stellen, in der Nähe des Startpunkts und Endpunkts des Scannens, festgelegt. Hier werden die X-Koordinatenenden der rechteckigen Bereiche in der Nähe des Scan-Startpunkts als X_roi11 und X_roi12 sowie in der Nähe des Scan-Endpunkts als X_roi21 und X_roi22 definiert.
2. (2) Dann wird jeweils der Durchschnitt der beiden Bereiche 101/102 angenommen. Konkret werden $${\text{I}}_{\text{bg}}1\left(\text{y}\right)=\left(1/\left({\text{X}}_{\text{roi}}12-{\text{X}}_{\text{roi}}11+1\right)\right){\displaystyle \sum \text{I}\left(\text{x}\text{, y}\right)}$$
   
   $${\text{I}}_{\text{bg}}2\left(\text{y}\right)=\left(1/\left({\text{X}}_{\text{roi}}22-{\text{X}}_{\text{roi}}21+1\right)\right){\displaystyle \sum \text{I}\left(\text{x}\text{, y}\right)}$$
   
   für jedes y ermittelt.
3. (3) Es wird angenommen, dass sich der Pixelwert in X-Richtung zwischen den beiden Bereichen 101/102 linear ändert. $${\text{I}}_{\text{bg}}\left(\text{x}\text{, y}\right)={\text{I}}_{\text{bg}}1\left(\text{y}\right)+\text{x*}\left({\text{I}}_{\text{bg}}2\left(\text{y}\right)-{\text{I}}_{\text{bg1}}\left(\text{y}\right)\right)/\left({\text{X}}_{\text{roi}}21-{\text{X}}_{\text{roi}}11+1\right)$$
   
   gilt.
4. (4) Im Absorptionsbild/Streuungsbild können durch $${\text{I}}_{\text{off}}\left(\text{x}\text{, y}\right)=\text{I}\left(\text{x}\text{, y}\right){\text{/I}}_{\text{bg}}\left(\text{x}\text{, y}\right),$$
   
   und im refraktiven Bild können durch $${\text{I}}_{\text{off}}\left(\text{x}\text{, y}\right)=\text{I}\left(\text{x}\text{, y}\right)-{\text{I}}_{\text{bg}}\left(\text{x}\text{, y}\right)$$
   
   die jeweiligen Bilder korrigiert werden. Dies ermöglicht die Beseitigung von Artefakten (siehe 10 (b)).
• (Ausführungsbeispiel 3)
• Als nächstes wird die Methode der Verarbeitung zur Beseitigung von Artefakten gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 unter weiterer Bezugnahme auf 11 erläutert. In dieser Erläuterung des Ausführungsbeispiels 3 wird die Erläuterung von Elementen, die denen in der vorgenannten Methode des Ausführungsbeispiels 1 grundsätzlich entsprechen, durch Verwendung des gleichen Bezugszeichens weggelassen.
• In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die folgenden Methoden verwendet.
1. (1) Die Aufnahme wird in der Abwesenheit des Aufnahmeobjekts vorgenommen. Dann wird ein linearer Bereich (ROI) 103 (fette Linie in 11 (a)) festgelegt und dessen beide Enden in X-Richtung werden jeweils als X_roi1, X_roi2 definiert.
2. (2) Die Pixelwerte I(x, y) im Bereich von X_roi1 bis X_roi2 werden für jedes y durch die quadratische Funktion Ax² + Bx + C angepasst. D. h., I_bg (x, y) = A (y) x² + B (y) x + C(y) gilt und die Koeffizienten A(y), B(y) und C(y) für jedes y werden bestimmt.
3. (3) Im Absorptionsbild/Streuungsbild können durch $${\text{I}}_{\text{off}}\left(\text{x}\text{, y}\right)=\text{I}\left(\text{x}\text{, y}\right){\text{/I}}_{\text{bg}}\left(\text{x}\text{, y}\right),$$
   
   und im refraktiven Bild können durch $${\text{I}}_{\text{off}}\left(\text{x}\text{, y}\right)=\text{I}\left(\text{x}\text{, y}\right)-{\text{I}}_{\text{bg}}\left(\text{x}\text{, y}\right)$$
   
   die jeweiligen Bilder korrigiert werden. Dies ermöglicht die Beseitigung von Artefakten (siehe 11 (b)).
• Die Angaben der vorgenannten Ausführungsformen und der einzelnen Ausführungsbeispiele sind lediglich ein Beispiel und stellen keine für die vorliegende Erfindung wesentliche Ausbildung dar. Die Ausbildung der einzelnen Abschnitte ist nicht auf die oben genannte Ausbildung beschränkt, solange der Zweck der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann.
• Bspw. ist auch eine Ausbildung möglich, bei der eine Mikrofokus-Röntgenquelle verwendet wird und das G0-Gitter weggelassen wird (d. h. eine Talbot-Interferometer-Ausbildung). In diesem Fall sollte die periodische Richtung der Gitterelemente in den G1- und G2-Gittern in jedem Bereich unterschiedlich gemacht werden.
• In der vorgenannten Ausführungsform ist außerdem jedes Gitter in einem konzentrischen Kreis mit der Strahlungsquelle 1 in der Mitte gebildet, es kann jedoch auch in einer flachen Plattenform gebildet werden.
• Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform jedes Gitter derart ausgebildet, dass dieses drei periodische Richtungen aufweist und Anisotropie in drei Richtungen erfassen kann, es kann jedoch auch derart ausgebildet sein, dass es zwei periodische Richtungen aufweist und Anisotropie in zwei Richtungen erfasst.
• Bezugszeichenliste

1

Strahlungsquelle

11

Fenster

2

Gitterabschnitt

201

erster Bereich

202

zweiter Bereich

203

dritter Bereich

21

G0-Gitter

211

Gitterelement (Gitterstruktur)

22

G1-Gitter

221

Gitterelement (Gitterstruktur)

23

G2-Gitter

231

Gitterelement (Gitterstruktur)

24

Substrat

3

Detektor

4

Bewegungsmechanismus

5

Verarbeitung

51

Abschnitt zur Röntgenbilderzeugung

52

Abschnitt zur Verarbeitung von Artefakten

6

Steuerung

7

Antrieb

10

Aufnahmeobjekt

20

Moire-Streifen

100/ 101/ 102/ 103

Bereiche im Bild (ROI)

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 7889838 [0004]
• US 9597050 [0005]
• US 10481110 [0008, 0010, 0060, 0062, 0067]
• US 10533957 [0009, 0010, 0051, 0058, 0061, 0062]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• Appl. Phys. Lett. 112, 111902 (2018) [0011]
• Scientific Reports volume 7, Article number: 3195 (2017) [0014]

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung eines Aufnahmeobjekts unter Verwendung eines Intensitätsverteilungsbildes von Röntgenstrahlen, versehene mit: einer Strahlungsquelle, einem Gitterabschnitt, einem Detektor und einem Bewegungsmechanismus, wobei die Strahlungsquelle zum Abstrahlen von Röntgenstrahlen auf den Gitterabschnitt ausgebildet ist, der Gitterabschnitt mit mehreren Gittern versehen ist, die ein Talbot-Interferometer ausbilden, der Detektor zur Erfassung der den Gitterabschnitt passierenden Röntgenstrahlen als das Intensitätsverteilungsbild ausgebildet ist, der Bewegungsmechanismus zur Bewegung des Aufnahmeobjekts relativ zu dem Gitterabschnitt in einer Richtung ausgebildet ist, die die auf den Gitterabschnitt abgestrahlten Röntgenstrahlen kreuzt, der Gitterabschnitt mit N (wobei 2 ≤ N) Bereichen, die in einer Richtung entlang der Bewegungsrichtung durch den Bewegungsmechanismus angeordnet sind, versehen ist, die periodische Richtung der Gitterstruktur in den mehreren Gittern, die zum i-ten (wobei 1 ≤ i ≤ N-1) Bereich der N Bereiche gehören, und die periodische Richtung der Gitterstruktur in den mehreren Gittern, die zum i+1-ten Bereich der N Bereichen gehören, unterschiedliche Richtungen darstellen, sowie die mehreren Gitter derart ausgebildet sind, dass jede der in den allen N Bereichen erzeugten Moire-Interferenzstreifen vom Detektor auf ihre periodische Intensitätsschwankung gemessen werden kann und eine Intensitätsschwankung von mindestens einer oder mehreren Perioden in der Bewegungsrichtung durch den Bewegungsmechanismus aufweist.
2. Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Gitter mit einem G1-Gitter und einem G2-Gitter versehen sind, die ein Talbot-Interferometer ausbilden, die periodische Richtung in den N Bereichen in dem G2-Gitter in Bezug auf ein Selbstbild, das durch das G1-Gitter des Gitterabschnitts erzeugt wird und N periodische Richtungen aufweist, gleichmäßig um einen Winkel θ (wobei θ ≠ 0) gedreht angeordnet ist, wodurch die Moire-Interferenzstreifen erzeugt werden.
3. Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach Anspruch 2, wobei der Winkel θ den folgenden Umfang in den allen N Bereichen erfüllt: $$\frac{d}{l_i\text{cos }{\psi }_i}<\left|\theta \right|<\frac{d}{3p\text{ cos }{\psi }_i}$$

   

   wobei d: Gitterperiode des G2-Gitters; l_i: Breite des Bilderfassungsbereichs auf dem Detektor in der Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts im i-ten Bereich der N Bereiche; ψ_i: Winkel der periodischen Richtung im durch das G1-Gitter erzeugten Selbstbild im i-ten Bereich der N Bereiche (wobei die Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts 0° beträgt); p: Pixelgröße des Detektors.
4. Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach Anspruch 3, wobei die Breite l_i des Bilderfassungsbereichs in den allen N Bereichen den folgenden Umfang erfüllt: $$l_i=L\frac{\frac{1}{\text{cos }{\psi }_i}}{{\displaystyle {\sum }_{i=1}^N\frac{1}{\text{cos }{\psi }_i}}}$$

   

   wobei L: Gesamtbreite des Bilderfassungsbereichs auf dem Detektor in Bewegungsrichtung des Aufnahmeobjekts für alle N Bereiche.
5. Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei jeder der mehreren Gitter die Gitterstrukturen mit unterschiedlichen periodischen Richtungen auf einem einzigen Substrat gebildet sind.
6. Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mehreren Gitter mit einem GO-Gitter, das ein Talbot-Lau-Interferometer ausbildet, weiter versehen sind.
7. Vorrichtung zur Röntgenbilderzeugung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter versehen mit einer Verarbeitung, wobei die Verarbeitung mit einem Abschnitt zur Röntgenbilderzeugung und einem Abschnitt zur Verarbeitung von Artefakten versehen ist, der Abschnitt zur Röntgenbilderzeugung zur Erzeugung eines Röntgenbildes unter Verwendung von mehreren durch den Detektor erhaltenen Intensitätsverteilungsbildern ausgebildet ist, und der Abschnitt zur Verarbeitung von Artefakten zur Beseitigung von Artefakten in dem Röntgenbild unter Verwendung eines ROI-Bildes in einem Bereich des Röntgenbildes, in dem sich das Aufnahmeobjekt nicht befindet, ausgebildet ist.

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