JP2013513414A - 移動可能ｘ線検出器要素を有する位相コントラスト画像化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、概してＸ線画像取得技術に関する。Ｘ線画像取得に位相コントラスト画像化を利用すると、取得される画像の画質と情報コンテンツが大幅に向上する。しかし、位相コントラスト情報は、専用のＸ線画像化装置の視野としては小さすぎる小さい検出器領域でしか取得できない。したがって、大きな視野の取得ができる位相コントラスト画像化装置を提供する。本発明によると、位相コントラスト画像化装置（１）が提供され、該装置は、Ｘ線源（２）と、ある検出器サイズを有するＸ線検出器（１２）要素と、ビームスプリッタ格子（８）と、アナライザ格子（１０）とを有する。対象（６）はＸ線源（２）とＸ線検出器（１２）との間に対象を配置可能である。ビームスプリッタ格子（８）とアナライザ格子（１０）はＸ線源（２）とＸ線検出器（１２）との間に配置可能である。Ｘ線源（２）、ビームスプリッタ格子（８）、アナライザ格子（１０）、及びＸ線検出器（１２）は、対象（６）の位相コントラスト画像を取得するように動作可能に結合されている。装置（１）は、検出器サイズより大きい視野の位相コントラスト画像を取得するように構成されている。Ｘ線検出器要素（１２）は移動可能であり、Ｘ線検出器（１２）の移動により、視野の位相コントラスト画像を取得できる。

Description

本発明は、概してＸ線画像取得に関する。本発明は、より具体的には、位相コントラストを利用した画像取得に関する。本発明は、具体的に、移動可能Ｘ線検出器要素を有する位相コントラスト画像化装置と、Ｘ線システムと、位相コントラスト画像情報取得方法と、Ｘ線システム、ＣＴシステム、及びトモシンセシスシステムのうち１つにおける位相コントラスト画像化装置の使用とに関する。

Ｘ線画像取得技術において、患者などの検査対象は、Ｘ線管などのＸ線発生デバイスすなわちＸ線源と、Ｘ線検出器との間に配置される。Ｘ線源により、また場合によってはコリメーション要素を利用して、Ｘ線検出器に向かうファンビーム又はコーンビームを発生する。Ｘ線放射経路中にある検査対象が、その内部構造に応じて、Ｘ線ビームを空間的に減衰する。空間的に減衰されたＸ線放射は実質的にＸ線検出器に到達する。Ｘ線放射の強度分布が決定され、さらに処理してＸ線画像を表示するために電気信号に変換される。

Ｘ線発生デバイスとＸ線検出器は両方ともガントリにマウントされ、検査対象の周りを回転するようになっている。適宜回転させ、検査対象に対してアライメントとオリエンテーションを変えて異なるＸ線画像を取得することにより、オブジェクトの内部形態が得られる。

しかし、ある対象はその内部の組織が違ってもＸ線の減衰は小さく、又はその差が小さいので、Ｘ線画像は一様に減衰しコントラストが低いものとなり、検査対象内部の個々の要素を区別することが困難となる。対象内の領域が異なっても減衰特性は同様であるが、対象を透過するＸ線の位相は大きく影響を受けることがある。

このように、検査対象を通るＸ線、特にコヒーレントＸ線、の位相情報を可視化する位相コントラスト画像化が利用できる。Ｘ線透過画像化がＸ線の振幅減衰のみを考慮することに加え、位相コントラスト画像化は、投影線に沿った検査対象の吸収特性を決定するだけでなく、透過Ｘ線の位相シフトも決定できる。検出される位相シフトにより、コントラストの向上や組成の決定に利用できる追加的情報が得られ、場合によってはＸ線被曝量を減らすこともできる。

波の位相は直接測定できないので、２つ以上の波を干渉させて位相シフトを強度変調に変換してもよい。

差分位相コントラスト画像化では、コーンビームジオメトリを利用するので、特に位相及び／又は吸収格子がアライメントされ、トレンチが光軸と平行になっているとき、使用可能なＸ線検出器要素のサイズは制限される。Ｘ線源から約１ｍの距離では、画像化システムの中心領域に対して位相感度が大きく低下する点は、光軸から約±３ｃｍ離れている。

医療用画像化アプリケーション、検査画像化アプリケーション、又はセキュリティ画像化アプリケーションなどのアプリケーションの場合、２次元Ｘ線画像の少なくとも一方向において視野が６ｃｍ未満では小さすぎる。

このように、位相コントラスト画像化を利用する場合、視野を大きくすることが望まれる。

したがって、独立請求項に記載した、視野を向上させた位相コントラスト画像化装置と、位相コントラスト画像化装置を有するＸ線システムと、位相コントラスト画像情報取得方法と、Ｘ線システム、ＣＴシステム、及びトモシンセシスシステムの１つにおける位相コントラスト画像化装置の使用とを提供する。

本発明の一実施形態によると、位相コントラスト画像化装置が提供され、該装置は、Ｘ線源と、ある検出器サイズを有するＸ線検出器要素と、第１の格子要素と、第２の格子要素とを有する。対象はＸ線源とＸ線検出器との間に対象を配置可能であり、第１の格子要素と第２の格子要素もＸ線源とＸ線検出器要素との間に配置可能である。第１の格子要素と、第２の格子要素と、Ｘ線検出器とは、対象の位相コントラスト画像を取得できるように、動作可能に結合されている。位相コントラスト画像は、検出器サイズより大きい視野を有する位相コントラスト画像情報を含む。Ｘ線検出器要素は移動可能であり、Ｘ線検出器の移動により、その視野を有する位相コントラスト画像を取得できる。

本発明のさらに別の実施形態によると、Ｘ線システムが提供され、該システムは本発明による位相コントラスト画像化装置を有する。

本発明のさらに別の実施形態によると、位相コントラスト画像情報取得方法が提供され、該方法は、第１の位相ステッピング状態で第１の位相コントラスト画像情報を取得するステップと、Ｘ線検出器要素を、検査対象とＸ線源とのうち少なくとも一方に対して移動、傾斜、及び／又は回転し、第１の格子要素と第２の格子要素とを互いに移動するステップとを有する。第２の位相ステッピング状態を有する第２の位相コントラスト画像情報を取得する。

本発明のさらに別の実施形態によると、本発明による位相コントラスト画像化装置は、Ｘ線システム、ＣＴシステム、及びトモシンセシスシステムのうち少なくとも１つにおいて使用される。

Ｘ線ビームの位相情報を取得するため、干渉計を用いることができる。好ましくは、コヒーレントなＸ線放射が検査対象を通り、Ｘ線検出器に到達する。位相情報は直接測定できないので、２つ以上の波面が強め合う又は弱め合う相互作用があり、Ｘ線検出器により検出可能な強度変調が起こると予想する。

適当な相互作用が、検査態様とＸ線検出器との間に位相シフト格子又はビームスプリッタ格子を設けることにより得られる。ビームスプリッタ格子を通るＸ線放射により、ビームスプリッタ格子の後で、Ｘ線ビームの極小と極大、すなわちＸ線ビームの局所的強度の相対的な位置で、位相シフトに関する情報を含む干渉パターンが発生する。得られる強度パターンは、一般的には数マイクロメートルのオーダーの距離を有する極小値と極大値を含む。

しかし、Ｘ線検出器は５０乃至１５０μｍオーダーの解像度しかなく、生じた干渉パターンの微細構造を解像することができない。したがって、位相アナライザ格子又はアブソーバ格子を用いる。該格子は、干渉パターンの周期性と同様の周期性を有する透過・吸収ストリップ要素、又はトレンチ領域及びブロッキング領域の周期パターンを有する。

ビームスプリッタ格子のみに照射することにより、アナライザ格子のところで干渉パターンを精製することができ、アナライザ格子は無くてもよい。このように、アナライザ格子は、利用するＸ線検出器要素の空間的解像度が干渉パターン又はビームスプリッタ格子の縞模様を直接検出するほど高くない時に必要になる。このため、アナライザが用いられることがある。一位相ステッピング位置において、アナライザは縞模様の極大光度を検出器に通し、横方向の移動の後、極大光度は金トレンチに吸収される。

アナライザ格子の同様の周期性により、アナライザ格子の後のＸ線検出器の表面上にモアレパターンが生じる。適切なモアレパターンは非常に大きな周期性を有し、解像度が５０乃至１５０μｍオーダーのＸ線検出器により検出できる。位相コントラスト画像を取得するため、特に差分位相シフトを取得するため、アナライザ格子を横方向に、すなわちアナライザ格子及びビームスプリッタ格子のグリッド又はストリップに垂直な方向にシフトしなければならない。これらの格子は、１μｍオーダーの格子ピッチｐの割合で格子ストリップに対して実質的に平行に配置されている。例えば、一格子ギャップすなわちトレンチ領域からその後の格子ギャップまでの位置は、例えば、４倍または８倍のオーダーで変化する。格子ピッチｐの割合での横方向シフトを位相ステッピングと呼ぶ。１つの位相ステッピングにおいて、格子を通過するＸ線ビームは、位相ステッピング状態を有する。

位相シフトは、アナライザ格子の、例えば各位相ステッピング状態の各位置において測定する位相ステッピングにおいて、両グリッドの後のＸ線検出器で見られる強度変調から取り出される。Ｘ線の格子への入射角により、格子のトレンチの横方向のエクステンションに対する軸外位置が大きくなると、可視性は低下する。Ｘ線検出器によるＸ線位相の十分な可視性とそれにより検出可能性を確保するため、システム長すなわちＸ線源とＸ線検出器要素との間の距離が約１ｍであり、エネルギーが約２０−３０ｋＶｐである場合、視野は約６ｃｍに制限される。視野を大きくする１つの解決策は、Ｘ線検出器を動かして、視野の複数の部分領域を取得することである。Ｘ線検出器の各位置に対し、位相ステッピング、すなわち、異なる位相ステッピング状態を有する例えば４又は８の画像取得が必要なので、Ｘ線検出器の適切な動き、移動、傾斜、又は回転を適切な位相ステッピングと組み合わせるとプロセスが長くなる。

少なくとも一方向又はエクステンションにおいて視野が６ｃｍより小さい必要があるので、プレーナ検出器の使用は、差動位相コントラスト・マンモグラフィなどの位相コントラスト画像化に限定される。視野の制約を解消する解決策は、例えば、複数の検出器要素を有し、場合によっては検出器平面に対して互いに角度を有するマルチタイル検出器の利用、及び／又は、タイルや検出器を視野にわたりスキャンし、大きな視野を構成する複数の画像を取得することである。

従来の吸収コントラスト投影画像化では、入来Ｘ線の方向に沿った対象の複数の構造が画像にスーパーインポーズされる。これにより、個々の構造の決定が複雑になり、そのためにＸ線画像の可読性が低下することが多い。対象の内部構造に関する深さ情報を改善するために複数の角度ビューにわたり総放射線被曝量を分散することにより、画質の向上が得られる。かかる手法はトモシンセシス（tomosynthesis）と呼ばれる。かかるシステムは、ガントリに配置され検査対象の周りを回転するＸ線源とＸ線検出器を必要とする。

位相コントラスト画像化でも、単一の投影は複数の構造がスーパーインポーズされており、トモシンセシス動作モードの利益を享受する。したがって、トモシンセシス機能を有する位相コントラストシステムの利用により、解剖学的構造の重ね合わせによる可読性の低下を解決できる。

位相コントラスト画像化において、特に差分位相コントラスト画像化において、十分大きな強度変調の縞模様が見えなければならないので、Ｘ線源と格子との間の相対的運動の自由度に制限がかかる。一般的に、格子トレンチに沿ったＸ線源の相対的な動きのみが許される。よって、格子のシリコングリッドのトレンチと平行な方向でトモシンセシス運動を提供することにより、トモシンセシスと位相コントラスト画像化との間の互換性が実現できる。よって、格子トレンチに垂直な平面内で測定した、Ｘ線放射の格子に対する入射角が、トモシンセシススキャン中にあるレベルより大きくならないことは利益がある。

Ｘ線検出器を動かして、もってＸ線検出器で視野をスキャンすることにより視野を拡張するには、視野内のＸ線検出器の各位置に対する位相ステッピングの実行が必要である。例えば、ある位置において、それぞれ異なる位相ステッピング状態を有する４又は８画像取得ステップの位相ステッピングが必要である。その後、Ｘ線検出器を配置して、視野の第２の部分領域の位相コントラスト画像情報を取得するために、４又は８画像取得ステップを有する位相ステッピングを利用して、視野内の前の配置に実質的に隣接する視野の部分領域（sub-region）を取得する。

しかし、Ｘ線検出器はＸ線検出器自体のエクステンション又は幅の大きさで移動される必要はなく、同時に位相ステッピングをしながら、Ｘ線取得するＸ線検出器のエクステンション又はそのアクティブエリアの１／４又は１／８などの一部だけ移動して、場合によって前の部分領域と３／４又は７／８重なった視野の少しだけ異なる部分領域だけでなく、位相コントラストを利用するＸ線画像情報の生成に必要な異なる位相ステッピング状態を有するＸ線画像情報を取得することができる。

かかる移動は、Ｘ線検出器、ビームスプリッタ格子、又はアナライザ格子、さらには場合によってはさらに別の線源格子のどれかの追加的並進要素により実施してもよい。個々の要素の互いに対する関係を変えないＸ線検出器、ビームスプリッタ格子、及びアナライザ格子の単純な移動により、位相コントラスト画像化のための画像情報の取得ができなくなることがある。

本発明による装置の生産などに関する実際的な観点から、格子のトレンチは、好ましくは、Ｘ線検出器の平面に垂直である。

従来、ビームスプリッタ格子とアナライザ格子はシリコンウェハーから生産されている。アナライザ格子については、さらに別の電気メッキプロセスが必要であり、これはトレンチを金などの吸収率の高い材料で満たすためである。生産プロセスは、例えば、パッシベーションレイヤの塗布に始まり、それに続いてエッチングプロセスである。パッシベーションレイヤでカバーされた領域はエッチングの影響は受けず、一般的に要求されるトレンチパターンとなる。しかし、ウェイバー（waver）面に垂直な方向とは異なる方向にトレンチをエッチングするのは困難である。コーンビームX線位相コントラストシステムの場合、エッチング方向はウェイバー上の位置に強く依存し、トレンチはX線源位置と一致するように設計された所定位置にフォーカスされる。

かかる構成は、約６ｃｍの範囲で光軸から離れたとき、構造の可視性の低下に特に聴いていると取れる。特に、X線源とX線検出器の間の約１ｍの距離により、約２０−３０ｋｅＶの場合、検出器サイズが約６ｃｍに制限される。

検出器サイズのかかる制限を解消するため、Ｘ線源又はＸ線発生デバイスの焦点スポットに対して互いに角度を有する個別の検出器要素を有するタイル状の検出器を用いてもよい。検出器要素のかかる構成は、少なくとも格子のトレンチに垂直な２次元断面で考えたとき、個別の検出器要素の表面法線をＸ線源及びその焦点スポットの方向に向けていると取れる。

したがって、各検出器要素は、Ｘ線源に向かい、アライメントされた個別の光軸を有すると取れる。検出器サイズの制限が約６ｃｍであることは、各個別検出器要素に個別に適用できる。しかし、少なくとも２つ又は複数の検出器要素により構成されたＸ線検出器を利用すると、タイル又は検出器要素の間の検出器エリアにギャップができる。ギャップ内では、画像取得は行われない。マンモグラフィアプリケーションなどのＸ線画像取得の分野では、数１０ないし１００μｍの構造を検出しなければならず、Ｘ線検出器要素間のギャップにおける検出不能による画像情報の損失は許容できない。

位相コントラスト画像化はすでにＸ線源から検出器画素への各幾何学的波線が格子の相対的位置で、すなわち個別の位相ステッピング状態で複数回、例えば４回、８回、又は９回測定されることを必要とするので、位相ステッピングはＸ線検出器の移動、傾斜、又は回転などの動きと組み合わされる。

かかる動きを用いることにより、各幾何学的波線はタイル状の検出器アレイのギャップと１回だけ交わり、位相の読み出しと位相コントラストｇ阿蔵の生成にとって各幾何学的波線の測定回数は十分多くなる。例えば、位相読み出しに必要な検出器の異なる照度の間で、検出器は全体として焦点スポットを回転軸として動き、個別の検出器要素の表面法線がＸ線源の焦点スポットに向かってフォーカスするように、特に焦点スポット又はＸ線源に向けて傾く。

検出器の回転又は動きを合わせることにより、各幾何学的波線がタイル間のギャップと、取得全体において１回だけ交わることが実現でき、そのため、検出器要素間のギャップを有する検出器エリア全体について位相読み出しが可能である。例えば、回転又は動きにより幾何学的波線ごとにＮ＝８の個別位相ステッピング状態を必要とする位相
ステッピングを用いる場合、検出器が

だけ各ステップで動く場合、幾何学的波線のすべてを８回測定する。
ここで、Ｄは検出器の幅であり、Ｇはギャップの幅である。これには全部で９回の画像取得がいる。また、移動Δｘをギャップより大きくする必要がある。通常ＤはギャップＧより大きいので、すなわち、Ｄ＞＞Ｇなので、これは容易に満たされる。例えば、

とすることにより少し重なることに気づくだろう。

診断品質の医療用画像の取得には、通常、関心対象の周りの視野をギャップなしにカバーする必要がある。このカバレッジは、大きな面積の画素化検出ユニットそれゆえＸ線検出器を利用して自動的に実現でき、そのため検出器により又は少なくとも検出器画素によりカバーされた立体角内になるすべての近接する幾何学的波線について、画像化情報が入手できる。これは、互いにアライメントされた複数の検出器要素の場合であり、特にギャップや離間距離を有する場合である。そのため、幾何学的波線は関心対象に取り付けた基準フレーム中の固定ラインであると考えてもよい。このように、幾何学的波線は、一例又は画像取得ステップでは、Ｘ線検出器要素画素、画素行又は画素列と交わる固定視線である。好適な画像情報を取得するため、例えば、位相コントラスト画像化のため、同じ幾何学的波線、特にＸ線源と検査対象の内部構造とに対して、が取得される必要がある。かかる幾何学的波線は、特に、Ｘ線検出器要素画素のサイズに関する大きさのエクステンションを有し、さらにＸ線源とその焦点スポットとの間の距離をさらに考慮している。

位相コントラスト画像化の実施は、コヒーレントＸ線源を利用する時に有益である。しかし、コヒーレントＸ線源はシンクロトロンなどがないと提供できないので、Ｘ線のビーム経路中のＸ線源と対象との間に、さらに格子すなわち線源格子を用いて、複数の個別コヒーレントＸ線源とする。

さらに、位相コントラスト画像化は、１つの位相格子と１つの吸収格子ではなく、２つの吸収格子を用いて行われる。そのため、本願の位相ステッピングも必要となる。

また、Ｘ線検出器要素が動いても、検出されるＸ線放射のみが対象を通るようにするため、Ｘ線放射を動的にコリメートする必要がある。

さらに、各格子タイルはＸ線コーンビームの伝搬方向にフォーカスされる。以下、特に位相コントラスト画像化装置を参照して、本発明のさらに別の実施形態を説明する。しかし、これらの説明は、Ｘ線システムと、位相コントラスト画像取得方法と、Ｘ線システム、ＣＴシステム、及びトモシンセシスシステムの少なくとも１つにおける位相コントラスト画像化装置の使用とにも当てはまる。

対象は第１の格子要素と第２の格子要素との間に配置してもよく、特に、ビームスプリッタ格子とアナライザ格子との間に配置してもよい。

１つ又は複数の発明特定事項を任意に変更しても、それらを請求項の間で特に記載したエンティティの間で交換することもでき、本出願の範囲と開示の中にあることに留意すべきである。

本発明のさらに別の実施形態によると、前記Ｘ線検出器要素の移動は、前記Ｘ線源と、前記Ｘ線源の焦点スポットとの少なくとも一方の周りの回転を含んでいてもよい。

Ｘ線検出器要素の回転運動により、格子要素のトレンチ構造に対する、特にトレンチ構造の側壁に対する、Ｘ線源及び／又はＸ線源の焦点スポットの角度が、位相コントラスト画像情報の取得中、実質的に一定になる。好ましくは、格子要素の側壁に対する角度は実施的にゼロであり、Ｘ線放射のコーンビーム又はファンビームは、格子要素の側壁に、少なくとも格子要素の中央に対して、平行に入射する。

本発明のさらに別の実施形態によると、ビームスプリッタ格子とアナライザ格子は、位相ステッピングを提供するため、互いに移動可能であり、及び／又は、ビームスプリッタ格子とアナライザ格子は、互いに、及びＸ線検出器要素に対して平行に配置されてもよい。

個別の位相コントラスト画像情報を取得する位相ステッピング、例えば位相ステッピングにおける強度変調などを利用することにより、検査対象の内部構造の表示を再構成できる。スプリッタ格子とアナライザ格子の移動は、格子の１周期内に複数の移動を構成するようにすることが好ましい。格子周期の例えば１／４又は１／８である移動を用いると特に有益である。

本発明のさらに別の実施形態によると、Ｘ線源はビームスプリッタ格子、アナライザ格子、及び／又はＸ線検出器要素に対して移動可能であってもよい。さらに、Ｘ線源、ビームスプリッタ格子、アナライザ格子、及びＸ線検出器要素は、検査対象の周りを回転可能であってもよい。

かかる移動は、検査対象とその内部形態に対する異なるアライメントでＸ線放射を生成するためのＸ線源と焦点スポットの配置と取れる。このように、Ｘ線源を対象に対して異なって配置することにより、トモシンセシス画像取得ができる。

本発明のさらに別の実施形態によると、前記第１の格子要素と前記第２の格子要素のうち少なくとも一方はトレンチ構造を有し、前記トレンチ構造は、前記トレンチ構造と前記トレンチとに平行な第１のエクステンションを有し、前記Ｘ線源の移動は前記第１のエクステンションに平行である。

そのため、Ｘ線源と格子要素の側壁との間の角度は、位相コントラスト画像情報の取得中、少なくとも１つの位相コントラスト画像については、実質的に変化しない。

本発明のさらに別の実施形態によると、前記Ｘ線検出器要素が、前記視野の第１の部分領域を取得する第１の位置から、前記視野の第２の部分領域を取得する第２の位置に移動可能であり、ビームスプリッタ格子とアナライザ格子は、前記第１の位置において第１の位相ステッピング状態を、及び前記第２の位置において第２の位相ステッピング状態を提供するため、互いに移動可能である。

言い換えると、検出器要素とビームスプリッタ格子と、及びアナライザ格子とを再配置する時、ビームスプリッタ格子とアナライザ格子は、位相コントラスト画像情報を再構成するため、第１の位置で第１の画像情報を取得し、第２の位置で第２の画像情報を取得する時に、位相ステッピングを異ならせそれにより異なった位相ステッピング状態とするため、例えばビームスプリッタ格子とアナライザ格子の一方の格子周期の一割合だけ、互いにさらに再配置される。

本発明のさらに別の実施形態によると、本装置は、さらに、少なくとも２つのＸ線検出器要素と、少なくとも２つのビームスプリッタ格子と、少なくとも２つのアナライザ格子とを有する。少なくとも２つのＸ線検出器要素は、隣接して配置され、ある離間距離だけ離間しており、場合によって少なくとも２つの検出器要素の検出器要素画素の間にギャップを構成し、そのため、画像情報を取得できない領域又はエリアを構成する。各Ｘ線検出器要素は、Ｘ線源の方向の表面法線ベクトルを有し、その離間距離内では画像情報は取得できない。

少なくとも２つ又は複数のＸ線検出器要素を用いることにより、また場合により互いにある角度を有する複数のビームスプリッタ格子とアナライザ格子を用いることにより、少なくとも２つの検出器要素を有するＸ線検出器の視野は拡大され、例えば６ｃｍより大きくなる。少なくとも２つのビームスプリッタ格子と少なくとも２つのアナライザ格子は、個別の要素であってもよいし、隣接して配置され、それにより互いに接続されていてもよい。複数のビームスプリッタ格子とアナライザ格子の１つが結合要素を構成し、少なくとも２つのＸ線検出器要素に平行な方向を個別に有し、他の複数のビームスプリッタ格子とアナライザ格子が、位相ステッピングを可能とするために互いに離間し、他の格子から離間した個別の要素であってもよい。

特に、各Ｘ線検出器要素の中心にある表面法線ベクトルは、焦点スポットに向いていて、少なくとも２次元平面では格子トレンチに配向であってもよい。

最も好ましいのは、円柱形又は球形の検出器要素、ビームスプリッタ格子、及び／又はアナライザ格子が設けられ、Ｘ線源が焦点位置に配置され、そのためＸ線検出器要素、ビームスプリッタ格子、及び／又はアナライザ格子の表面と等距離にある。

本発明のさらに別の実施形態によると、少なくとも２つの検出器要素のサイズは、取得する画像の視野を有する。

そのため、例えば幅が６ｃｍ以下の少なくとも隣接して配置された２つの検出器要素を有するＸ線検出器を設けることにより、１つの検出器要素より大きい視野が得られる。そのため、個別の検出器要素の大きさに対して通常は許容できるより大きい視野を有する画像を取得できる。

本発明のさらに別の実施形態によると、Ｘ線源は検査対象に対して移動可能であり、Ｘ線源の方向の、少なくとも２つのＸ線検出器要素の表面法線ベクトルの方向は、Ｘ線源の移動中に維持される。

Ｘ線源を移動するとき、Ｘ線源の方向の、Ｘ線検出器要素のアライメントを維持することにより、例えば６ｃｍより大きく、例えば１２、１８、２０、２４、又は３０ｃｍである、１つの検出器要素より大きい視野を有するトモシンセシス位相コントラスト画像が得られる。Ｘ線源の方向の表面法線ベクトルの方向は、少なくとも、格子トレンチに垂直な２次元平面内で、そのため表面法線ベクトルに平行な平面内で、維持される。

本発明のさらに別の実施形態によると、前記少なくとも２つのＸ線検出器要素は、第１の位相コントラスト画像を取得する第１の位置及び／又は方向から、第２の位相コントラスト画像を取得する第２の位置及び／又は方向に移動可能であり、前記少なくとも２つの第１の格子要素はそれぞれ、及び前記少なくとも２つの第２の格子要素はそれぞれ、前記第１の位相コントラスト画像を取得する時に第１の位相ステッピング状態を提供し、前記第２の位相コントラスト画像を取得する時に第２の位相ステッピング状態を提供するために、互いに移動可能である。

再び、第１の位相コントラスト画像と第２の位相コントラスト画像を取得する時、２つの格子の一方の周期の一割合である移動をすることにより、異なる位相ステッピング状態を提供できる。

第１の格子要素の各々は、位相コントラスト画像情報を取得するため、第２の格子要素と関連している。

本発明のさらに別の実施形態によると、前記少なくとも２つのＸ線検出器要素は、前記離間距離で取得できない画像情報の損失を最小化するように、２つの異なる位相コントラスト画像の取得の間に移動、傾斜、及び／又は回転され、特に、前記少なくとも２つのＸ線検出器要素は、各幾何学的波線が検出器要素間の回避できないギャップに来るように、位相コントラスト画像の取得の間に移動、傾斜、及び／又は回転される。

したがって、２つの検出器要素は、連続した複数の位相コントラスト画像取得において、個別の位相ステッピング状態を用いて、各幾何学的波線が、少なくとも２つの検出器要素間の離間した距離にあるギャップと、４又は８回の個別画像取得ステップに１回だけ交わるように、動かされる。言い換えると、各幾何学的波線に対して異なる位相ステッピング状態を有する８回の測定が必要であるとき、９回の異なる測定を行う必要があることがある。このように、それぞれの幾何学的波線に対して異なる位相ステッピング状態を用いてｎ回の異なる測定をする時、各幾何学的波線に対して、位相コントラスト画像を決定するため、少なくともｎ−１個の異なる測定値が得られる。

本発明のさらに別の実施形態によると、本装置はさらに線源格子を有してもよい。

Ｘ線ビームの経路中にＸ線源と対象との間に線源格子を設けることにより、場合によってはコヒーレントでないＸ線源や少なくとも部分的にコヒーレントでないＸ線源を位相コントラスト画像化に用いることができる。

本発明のさらに別の実施形態によると、ステップｂ）とｃ）を所定回数、特に８回繰り返して取得サイクルを構成し、各幾何学的波線は、前記取得サイクル中に、前記タイル間のギャップと最大１回だけ交わる。

かかる取得サイクルを用いることにより、取得画像の信号対雑音比を実質的に一様にできる。

本発明の上記その他の態様を、以下に説明する実施形態を参照して明らかにし、詳しく説明する。

添付図面を参照して、本発明の実施形態を以下に説明する。

図面は概略図である。別の図面においても、同様または同一の要素には同じ参照数字を付した。

図面はスケールにしたがっては描かれていないが、定性的特性は示している。

本発明による位相コントラスト画像化装置の一実施形態を示す図である。 本発明による位相コントラスト画像化装置の一実施形態を示す図である。 本発明による位相コントラスト画像化装置の一実施形態を示す図である。 本発明による干渉パターンの一実施形態例を示す図である。 本発明により取得した位相コントラスト画像を示す図である。 本発明により取得した位相コントラスト画像を示す図である。 本発明による検出器要素の画素の軸外位置に対する干渉縞模様の可視性を示す図である。 本発明によるトモシンセシスの実施形態を示す図である。 本発明によるトモシンセシスの実施形態を示す図である。 本発明による複数の検出器要素を有するＸ線検出器の一実施形態を３次元表示した図である。 本発明による複数の検出器要素を有するＸ線検出器の一実施形態を２次元表示した図である。 本発明によるタイル型Ｘ線検出器における焦点スポットの移動を示す図である。 本発明によるタイル型Ｘ線検出器における焦点スポットの移動を示す図である。 本発明によるタイル型Ｘ線検出器における焦点スポットの移動を示す図である。 本発明によるタイル型Ｘ線検出器における焦点スポットの移動を示す図である。 本発明による位相コントラスト画像情報の取得方法の一実施形態例を示す図である。

図１ａ乃至図１ｃを参照するに、本発明による位相コントラスト画像化装置の一実施形態を示している。

図１ａは位相コントラスト画像化装置の一実施形態を３次元で示す図である。大きめのＸ線源２が線源格子４に隣接して配置されている。Ｘ線源２は、放射される放射線の波長に対するＸ線源２のサイズのため、コヒーレントではないと考えられるので、線源格子Ｇ０ ４を利用して、図１ｂに２つの矢印で示したように、複数のコヒーレントなＸ線源を提供する。

Ｘ線５は、Ｘ線源２から光軸７の方向に放射され、場合によってはファンビーム又はコーンビームを構成する。図１ａにはＸ線ビームの形状は示していない。

Ｘ線５は、対象６に到達し、対象６を透過し、その後、ビームスプリッタ格子Ｇ１ ８に到達する。ビームスプリッタ格子８のトレンチ又はギャップにより、ビームスプリッタ格子の固体エリアすなわちブロッキング領域に対して、通過する電磁放射の位相が変わる。したがって、φだけ、具体的にはπだけ位相シフトが起こる。

アナライザ格子Ｇ２ １０が、ビームスプリッタ格子Ｇ１ ８とＸ線検出器１２との間に配置されている。線源格子とビームスプリッタ格子８との間の距離をｌ（アルファベットのエル）とし、ビームスプリッタ格子８とアナライザ格子１０との間の距離をｄとする。ビームスプリッタ格子８ Ｇ１からＸ線検出器の方向に発する複数の波は、アナライザ格子１０ Ｇ２に到達し、Ｘ線検出器１２の表面上に強度変調パターン（図２を参照）を生成する。

ビームスプリッタ格子８をアナライザ格子１０に対してシフトし、格子を互いに移動することにより、特に格子間隔ｐ１又はｐ２の一部だけ移動することにより、位相ステッピングにより生じる複数の強度変調が画像検出器１２により得られる。個々の位相ステッピング状態はいそうステッピングごとに、すなわちＧ２に対するＧ１のアライメントごとに異なる。したがって、複数のモアレパターンにより、検査対象のＸ線画像ができる。距離ｌ（アルファベットのエル）は５０ー１５０ｃｍのオーダーであり、距離ｄは２−２０ｃｍのオーダーであり、これらは干渉計の設計で選択されたタルボオーダー（Talbot order）に依存する。

ここで、図１ｃを参照するに、格子Ｇ０乃至Ｇ２の断面を示した。格子Ｇ０とＧ２には金（Ａｕ）が満たされている。格子Ｇ１とＧ２は、シリコンベースの材料をエッチングして格子のトレンチを作ることにより実現できる。線源格子の格子間隔ｐ０は２００μｍのオーダーであり、さらに小さくてもよく、Ｇ１の格子間隔ｐ１は例えば４μｍであり、Ｇ２の格子間隔ｐ２は例えば２μｍである。

ここで、図２を参照するに、本発明による干渉パターンの一実施形態例を示している。

図２は、ビームスプリッタ格子Ｇ１ １とアナライザ格子Ｇ２ １０との間にできた干渉パターンを示し、特性距離ｄ１、ｄ２、及びｄ３（タルボ効果、Talbot effect）のグリッドの自己画像化効果を示している。最小値と最大値の相対的位置は、特にビームスプリッタ格子Ｇ１に入射する波面の位相シフトに依存する。ｄ１は、数ｃｍのオーダーである。単色平面波が、φの位相シフト、特にπの位相シフトを生じるビームスプリッタ格子に入射したとき、強度は２つの主回折オーダーに分離し、０次オーダーはキャンセルされる。干渉効果により、Ｇ１の下流の離散的な複数の距離において、Ｇ１に入射した波面の自己画像化効果が得られる。この効果はタルボ効果（Talbot effect）と呼ばれている。例えば、距離ｐ１＾２／８λにおいて、Ｇ１により生じる入射波面の位相変調が、周波数が２倍の強度変調に変換される。アナライザ格子は、これらの変調をサンプリングし、位相ステッピングにより対象によりＸ線波面に生じた位相グラジエントの測定を可能にする。

ここで図３ａと図３ｂを参照するに、本発明により取得した位相コントラスト画像を示した。

図３ａにおいて、４つの位相ステップと、そのため４つの位相ステッピング状態ａ−ｄとを利用する位相ステッピングにより、バブルを含む対象の４つの画像を取得した。距離Ｘ１−Ｘ４は、強度変調を生じる、グリッドＧ２に対するグリッドＧ１の変位に関する。Ｘ１−Ｘ４の動き全体は格子Ｇ２の一間隔（＜２μｍ）内にある。アブソーバグリッドすなわちアナライザグリッドＧ２ １０は、格子面に平行な方向ｘにシフトされる。２つの位置「１」と「２」における波面位相の差は、例えば、図３ａの４つのサンプリング位置Ｘ１−Ｘ４の、測定した強度変調の位相シフトφ１−φ２から求められる。

ここで図４を参照するに、本発明による検出器要素の画素の軸外（off axis）位置に対する干渉縞模様（interference fringes）の可視性（visibility）を示す。

図４から、検出器画素の軸外位置の関数として縞模様の視認性が悪化することが分かる。画像生成と処理のために十分な位相コントラストを得るには、０．５以上の縞模様の視認性があればよいと思われる。図４には３つの関数を示しており、これらは格子に例えば３５μｍの深いトレンチを設ける、格子Ｇ２の格子構造の高さＨ２（図１ｃ参照）に依存し、Ｈ２が例えば１５μｍの浅い格子では軸外視認性が低下する。図４から分かるように、両面コリメーションは６ｃｍ未満でなければならず、Δｘは＜３ｃｍでなければならず、それにより差動位相コントラスト・マンモグラフィなどの位相コントラスト画像化におけるプレーナ検出器の使用可能サイズが約６ｃｍに制限される。

ここで図５ａと図５ｂを参照するに、本発明によるトモシンセシス（momosynthesis）の実施形態を示した。

図５ａと図５ｂは、位相コントラスト・トモシンセシスの実施例を示す。図５ａでは、Ｘ線源２又は焦点スポット１４は、対象６に対して並進移動１６をして、Ｘ線放射のコーンビーム５を用いて、対象６の異なるＸ線透過像を取得する。

動き１６は、図５ａ、図５ｂには図示していないが、位相コントラスト画像化をするのに用いる格子のトレンチに対して実質的に平行である。

Ｘ線検出器１２は、例えば６ｃｍの、格子のトレンチに垂直なエクステンションを有するので、十分大きな対象６のＸ線画像を得るには、視野ＦＯＶにわたるＸ線検出器のスキャン運動が必要である。例えば、マンモグラフィのアプリケーションでは、２０×３０又は３０×４０ｃｍの視野が必要である。

図５ａでは、Ｘ線源２又は焦点スポット１４はＸ線検出器１２とは独立に動かされ、図５ａで矢印で示した視野スキャン運動のみを行う。

さらに別の実施形態を図５ｂに示した。Ｘ線源２／焦点スポット１４及びＸ線検出器１２は両方とも、例えば軸１８の周りに回転するガントリにマウントされ、ガントリがＸ線源２とＸ線検出器１２を対象６の周りに回転させる。かかる動きは、コンピュータトモグラフィシステムにおける通常の動きと対比できる。

図５ｂでは、Ｘ線管とＸ線検出器は対象６の周りを同時に回転する。再び、位相コントラスト情報を取得するため、視野スキャンの動きに対するＸ線検出器の個々の位置、すなわち位相ステッピング、における、Ｘ線検出器１２の視野スキャンの別の動きを用いる。したがって、Ｘ線検出器１２は、個々の位相ステッピング状態を提供するため、例えばそのエクステンションの６ｃｍだけ移動して、位相ステッピング画像情報取得で４、８、又は９位相ステップを用いてもよく、又は、上記の６ｃｍの一部のみ、例えば６ｃｍのエクステンションの１／４、１／８、又は１／９だけ移動して、同時に位相ステッピングしてもよい。

位相ステッピングを連続的に行うため、例えば検出器／Ｇ１／Ｇ２構成に追加した並進要素により、例えば格子Ｇ１はスライディングアームの残りの要素より少し速い視野スキャンの動きを行ってもよい。言い換えると、Ｘ線検出器１２の各移動において、例えば格子Ｇ１は、並進又は回転運動により同じ距離又は角度移動し、それにプラスして、別の新しい位相ステッピング状態を提供するために、さらにΔ値移動する。

ここで図６ａ、図６ｂを参照するに、本発明による複数の検出器要素を有するＸ線検出器の一実施形態を３次元表示した。

図６ａにおいて、５つの検出器要素１２ａ−ｅを有するタイル状のＸ線検出器を示した。Ｘ線源２はＸ線のコーンビーム５を放射しており、図６ａの場合、このコーンビーム５は実質的に所望の視野をなすものとする。

ギャップ２０は、個々の検出器要素１２ａ−ｅの間に配置され、場合によって大きさは１ｍｍないし１００μｍのオーダーである。典型的な解像度は、５０乃至２５０μｍであり、Ｘ線検出器要素の画素サイズもそうである。

コリメーション要素は、図６ａには示していないが、ファンビーム５を動的にコリメーションして、Ｘ線検出器１２のエリア又は現在位置に実質的に対応する。

ここで図６ｂを参照するに、２次元画像すなわち線Ａ−Ａ′に沿った断面を示し、検出器要素１２ｂ−ｄのみを示した。ギャップ２０は、検出器要素１２ｂと１２ｃの間、及び検出器要素１２ｃと１２ｄの間に配置される。表面法線ベクトル２２ａ、ｂ、ｃは、焦点スポット２の方向に、場合によっては焦点スポット２を通って、個々のＸ線検出器要素１２ｂ、ｃ、ｄの各面上に配置される。個々の検出器要素１２ｂ、ｃ、ｄは、互いに角αとβの角度をなし、具体的に示した。格子Ｇ１、Ｇ２、及び場合によってＧ０は、図６ａと図６ｂには示していない。図６ａと図６ｂから分かるように、検出器要素１２ａ−ｅ間のギャップ２０は、ギャップ内で画像情報が取得されないように構成されている。

ここで図７ａ−ｄを参照するに、本発明によるタイル型Ｘ線検出器における焦点スポットの移動を示す。

図７ａ−７ｄでは、焦点スポット１４／Ｘ線源２は、図５ａによりトモシンセシス取得のために、直線上を移動する。図５ｂを参照して説明した回転も可能である。

Ｘ線検出器１２は、個々の検出器要素１２ａ、ｂ、ｃを有するが、タイル状になり、個々のＸ線検出器要素１２ａ、ｂ、ｃの表面法線ベクトル（２２ａ、ｂ、ｃ）は、Ｘ線源２に向かってフォーカスされ、Ｘ線源２は並進運動又は直線運動をする。位相読み出しに必要なＸ線検出器１２の異なるイルミネーションの間で、検出器は、動かされ、移動され、及び／又は焦点スポット１４に対して傾けられ、特に焦点スポット１４が回転軸又は傾き軸となる。適切な回転と傾きにより、各幾何学的波線が、タイル間のギャップと、取得全体で１回だけ交わるようになる。したがって、位相読み出しは、ここでは検出器１２ａ、ｂ、ｃを有する検出器エリア全体について可能であり、このように取得した画像で位相を読み出すと、ギャップは見えない。

格子Ｇ１、Ｇ２、及び場合によってＧ０は、図７ａ−ｄには示していないが、前述のように、個々の画像取得７ａ、ｂ、ｃ、ｄの間に、追加的位相ステッピングのために必要である。図５ｂを参照して説明した回転トモシンセシスも可能である。

ここで図８を参照するに、本発明による位相コントラスト画像情報の取得方法の一実施形態例を示す。

図８には、位相コントラスト画像情報の取得方法３０を示した。該方法は、第１の位相ステッピング状態で第１の位相コントラスト情報を取得するステップ３２と、対象及びＸ線源の少なくとも一方に対してＸ線要素を移動、傾け、及び／又は回転し、ビームスプリッタ格子とアナライザ格子を互いに移動させるステップ３４と、第２の位相ステッピング状態で第２の位相コントラスト画像情報を取得するステップ３６とを有する。ステップ３４ａ、ｂと３６は、完全な取得サイクルに到達するために、全部で例えば９回の取得ステップについて、位相ステッピング状態を変えてｘ回、例えば８回、繰り返され、各幾何学的波線は取得中にタイル間のギャップと最大１回だけ交わる。

Ｘ線検出器要素の移動と、アナライザ格子に対するビームスプリッタ格子の移動は、前後して、又は同時に行ってもよい。

「有する（comprising）」という用語は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（"a" or "an"）」という冠詞は複数ある場合を排除するものではないことに留意すべきである。また、異なる実施形態に関して説明した要素を組み合わせてもよい。

請求項中の参照数字は、その請求項の範囲を限定するものと解釈してはならないことにも留意すべきである。

１ 位相コントラスト画像化装置
２ Ｘ線源
４ 線源格子Ｇ０
５ Ｘ線放射
６ 対象
７ 光軸
８ ビームスプリッタ格子／位相格子Ｇ１
１０ アナライザ格子／アブソーバ格子Ｇ２
１２（ａ−ｅ） Ｘ線検出器（要素）
１４ 焦点スポット
１６ 直線上の動き
１８ 回転
２０ ギャップ
２２ａ、ｂ、ｃ 表面法線ベクトル
３０ 位相コントラスト画像情報取得方法
３２ 第１の位相コントラスト画像情報取得ステップ
３４ａ Ｘ線検出器要素を移動、傾斜、及び／又は回転するステップ
３４ｂ ビームスプリッタ格子とアナライザ格子とを互いに移動するステップ
３６ 第２の位相コントラスト画像情報取得ステップ

Claims (15)

1. 位相コントラスト画像化装置であって、
   Ｘ線源と；
   ある検出器サイズを有するＸ線検出器要素と；
   第１の格子要素と；
   第２の格子要素と；を有し、
   前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器要素との間に対象を配置可能であり；
   前記第１の格子要素と前記第２の格子要素は前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器要素との間に配置可能であり；
   前記Ｘ線源と前記第１の格子要素と前記第２の格子要素と前記Ｘ線検出器要素とは、前記対象の位相コントラスト画像を取得するように動作可能に結合され；
   前記装置は前記検出器サイズより大きい視野の位相コントラスト画像を取得するように構成され；
   前記Ｘ線検出器要素は移動可能であり；
   前記Ｘ線検出器要素の移動により、前記視野の位相コントラスト画像を取得できる、装置。
2. 前記Ｘ線検出器要素の移動は、前記Ｘ線源と、前記Ｘ線源の焦点スポットとの少なくとも一方の周りの回転を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の格子要素と前記第２の格子要素とは、ビームスプリッタ格子とアナライザ格子１０とのうちの一方であり；
   前記第１の格子要素と前記第２の格子要素は、位相ステッピングを提供するために、互いに移動可能であり；及び／又は
   前記第１の格子要素と前記第２の格子要素は、互いに対して、及び前記Ｘ線検出器要素に対して平行に配置されている、
   請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記Ｘ線源は前記第１の格子要素、前記第２の格子要素、及び／又は前記Ｘ線検出器要素に対して移動可能である、請求項１乃至３いずれか一項に記載の装置。
5. 前記Ｘ線源、前記第１の格子要素、前記第２の格子要素、及び前記Ｘ線検出器要素は、前記対象の周りを回転可能である、請求項１乃至４いずれか一項に記載の装置。
6. 前記第１の格子要素と前記第２の格子要素のうち少なくとも一方はトレンチ構造を有し；
   前記トレンチ構造は、前記トレンチ構造と前記トレンチとに平行な第１のエクステンションを有し；
   前記Ｘ線源の移動は前記第１のエクステンションに平行である、
   請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記Ｘ線検出器要素は、前記視野の一部分領域を取得するように構成され；
   前記Ｘ線検出器要素が、前記視野の第１の部分領域を取得する第１の位置から、前記視野の第２の部分領域を取得する第２の位置に移動可能である時、前記第１の格子要素と前記第２の格子要素は、前記第１の位置において第１の位相ステッピング状態を、及び前記第２の位置において第２の位相ステッピング状態を提供するため、互いに移動される、
   請求項１乃至６いずれか一項に記載の装置。
8. 少なくとも２つのＸ線検出器要素と；
   少なくとも２つの第１の格子要素と；
   少なくとも２つの第２の格子要素と；
   を有し、
   少なくとも２つのＸ線検出器要素は隣接して配置され；
   前記少なくとも２つのＸ線検出器要素はある離間距離だけ離間され；
   前記少なくとも２つのＸ線検出器要素はそれぞれ前記Ｘ線源の方向の表面法線ベクトルを有し；
   前記離間距離では画像情報を取得しない、
   請求項１乃至７いずれか一項に記載の装置。
9. 前記Ｘ線源は前記対象に対して移動可能であり；
   前記Ｘ線源の方向の前記少なくとも２つのＸ線検出器要素の表面法線ベクトルの方向は、前記Ｘ線源が移動しても維持される、
   請求項８に記載の装置。
10. 前記少なくとも２つのＸ線検出器要素は、第１の位相コントラスト画像を取得する第１の位置及び／又は方向から、第２の位相コントラスト画像を取得する第２の位置及び／又は方向に移動可能であり、
    前記少なくとも２つの第１の格子要素はそれぞれ、及び前記少なくとも２つの第２の格子要素はそれぞれ、前記第１の位相コントラスト画像を取得する時に第１の位相ステッピング状態を提供し、前記第２の位相コントラスト画像を取得する時に第２の位相ステッピング状態を提供するために、互いに移動可能である、
    請求項８又は９に記載の装置。
11. 前記少なくとも２つのＸ線検出器要素は、前記離間距離で取得できない画像情報を最小化するように、２つの異なる位相コントラスト画像の取得の間に移動、傾斜、及び／又は回転され、
    特に、前記少なくとも２つのＸ線検出器要素は、各幾何学的波線が前記離間距離で最大１回交わるように、２つの異なる位相コントラスト画像の取得の間に移動、傾斜、及び／又は回転され、請求項８乃至１０いずれか一項に記載の装置。
12. 請求項１乃至１１いずれか一項に記載の位相コントラスト画像化装置を有するＸ線システム。
13. 位相コントラスト画像情報取得方法であって、
    ａ）第１の位相ステッピング状態で第１の位相コントラスト画像情報を取得するステップと；
    ｂ）Ｘ線検出器要素を、対象とＸ線源とのうち少なくとも一方に対して移動、傾斜、及び／又は回転し、第１の格子要素と第２の格子要素とを互いに移動するステップと；
    ｃ）第２の位相ステッピング状態で第２の位相コントラスト画像情報を取得するステップとを有する、方法。
14. ステップｂ）とｃ）を所定回数、特に８回繰り返して取得サイクルを構成し；
    各幾何学的波線は、前記取得サイクル中に、前記タイル間のギャップと最大１回だけ交わる、請求項１３に記載の方法。
15. Ｘ線システム、ＣＴシステム、及びトモシンセシスの１つにおける、請求項１乃至１１いずれか一項に記載の位相コントラスト画像化装置の使用。

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