JP2016523157A - スリット走査位相コントラストイメージングにおける補正 - Google Patents

スリット走査位相コントラストイメージングにおける補正 Download PDF

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Abstract

本発明は、X線位相コントラストイメージングにおける補正に関する。個々のゲイン係数に起因する擾乱を除去するために、フィルタ材(12)を有する第1の複数のフィルタセグメント(11)及び第2の複数の開放セグメント(13)を有するスリット走査X線位相コントラストイメージング装置のための較正フィルタ回折格子(10)が提供される。フィルタセグメント及び開放セグメントは、フィルタパターン(15)として交互に配置される。フィルタ材は、マイクロメートル領域の構造パラメータを有する構造要素(14)を持つ材料から作られる。フィルタ回折格子は、位相コントラストイメージング装置のスリット走査システムの干渉計ユニットのアナライザ回折格子(60)とX線源回折格子(54)との間に移動可能に配置される。スリット走査システムは、複数のバー(57)及びスリット(59)を有するプレコリメータ(55)を備える。フィルタパターンは、プレコリメータパターン(61)と位置合わせされる。

Description

本発明は、スリット走査X線位相コントラストイメージングに関し、特に、スリット走査X線位相コントラストイメージング装置のための較正フィルタ回折格子、スリット走査X線位相コントラストイメージング装置、X線イメージングシステム、及びスリット走査X線位相コントラストイメージングにおける較正のための方法、並びにコンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体に関する。
スリット走査に基づく位相コントラストイメージングに関して、例えば、微分位相コントラストイメージング(DPCI)に関して、必要な前処理ステップは、イメージング応用におけるフラットフィールド補正である。DPCIは、X線イメージングシステムの診断的価値を向上させるポテンシャルを有する先端技術である。DPCIシステムは、X線源と検出器との間で使用される3つの回折格子を備え得る。検出器に近い回折格子のうちの2つの異なる相対位置での幾つかのX線画像の取得が必要とされる。これらの回折格子は、数マイクロメートルのオーダーのピッチしか有さないので、回折格子の相対運動を実行するステッピング装置の精度への厳しい要求がある。例えば、特許文献1は、微分位相コントラストイメージングのための方法を記載している。さらに、特許文献2は、X線位相コントラストイメージングのためのシステム並びにこのようなシステムの感度補正のためのファントム(phantom)を開示している。加えて、特許文献3は、X線位相コントラスト画像を生成するためのスリット走査システムを開示している。さらに、大きい物体に対して、物体が単一の移送ステッピングの連続によって撮像されなければならない場合、大きい視界が必要である。代替的には、システムは、小さい視界で使用され得るが、さらに、イメージングシステムに対する物体のスキャンが提供され得る。イメージングシステムが物体に対して動かされるか或いは、物体が固定されたイメージングシステムに対して動かされる。必要条件は、干渉計の少なくとも1つの干渉縞周期の位相シフトが生じることである。しかし、達成される縞プロファイルは、理想的なパターンのように見えない場合がある。内部の電気的なゲインに起因して、並びに個々のピクセル表面積、個々の検出量子効率及びシステムの個々のX線透過率に起因して、検出された縞分布が系統的にみ出されていることを表すことが示されている。
US 2012/0099702 A1 US 2011/243305 A1 WO 2013/004574 A1
したがって、スリット走査システムにおいて個々のゲイン因子に起因する擾乱(disturbance)を除去する必要があり得る。
本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、更なる実施形態は従属請求項に組み込まれる。本発明の以下に記載された態様はまた、スリット走査X線位相コントラストイメージング装置のための較正フィルタ回折格子、スリット走査X線位相コントラストイメージング装置、X線イメージングシステム、及びスリット走査X線位相コントラストイメージングにおける較正のための方法、並びにコンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体に適用されることが留意されるべきである。
本発明によれば、スリット走査X線位相コントラストイメージング装置のための較正フィルタ回折格子が提供される。較正フィルタ回折格子は、フィルタ材を有する第1の複数のフィルタセグメント、及び第2の複数の開放セグメントを有する。フィルタセグメント及び開放セグメントは、フィルタパターンとして交互に配置される。フィルタ材は、マイクロメートル領域の構造パラメータを有する構造要素を持つ材料から作られる。フィルタ回折格子は、位相コントラストイメージング装置のスリット走査システムの干渉計ユニットのアナライザ回折格子(analyzer grating)とX線源回折格子との間に移動可能に配置されるように構成される。フィルタパターンは、スリット走査システムのスリットパターンと位置合わせされる(aligned)ように構成される。
これは、ピクセル出力の基準をフラットフィールド基準画像とすることによってモアレ縞分布のゲイン誘起擾乱(gain induced disturbance)を除去することを可能にする。微分位相コントラストイメージングセットアップにおけるフラットフィールド基準画像は、干渉計セットアップをデチューン(detune)する必要なしにモアレ縞の除去を提供する。特に、本発明による較正フィルタ回折格子は、干渉計セットアップのデチューン及び特に大幅な部品の除去を回避する。較正フィルタ回折格子は、X線束が位相回折格子(回折格子G1)及びアナライザ回折格子(回折格子G2)の形態の干渉計回折格子を通過する前に一次回折格子(回折格子G0)によって提供されるX線放射のコヒーレント部分の除去を提供する。コヒーレント部分は、X線が干渉計に入る前に、又は、−G1とG2との間のフィルタの配置の場合−、X線が干渉計のアナライザ回折格子に入る前に、フィルタによって、インコヒーレントX線に変換される。効果として、構造要素を持つフィルタ材は、マイクロメートル領域の構造パラメータを有し、ランダムな小角散乱が提供される。したがって、フィルタ材料は、暗視野特性を有し、この暗視野特性は、材料を通過するX線のデコヒーレンスを引き起こす。フィルタのバーが、スリット走査イメージングのために、X線ビームを幾つかのX線ストリップに分割する、装置、例えば、プレコリメータのバーと、或いは、較正のためにX線ビームを分割する装置の開放部と位置合わせされるように移動可能であるので、粗い回折格子としての較正回折格子の配置は、フィルタがイメージングシステムの中に、すなわち、X線ビームの経路の中に配置されたままであることができるという利点を提供する。
用語「スリット走査」は、複数のそれぞれ配置されたストリップ様検出器部分として構成される検出器に向かって放射される複数のストリップ様ビーム部分を用いるX線イメージングを示す。このようなスリット走査システムの例は、Philips(登録商標)のMicroDose(登録商標)マンモグラフィシステムである。
用語「構造パラメータ」は、与えられた範囲における構造特性の変化に関する。
用語「マイクロメートル」は、単位の端数、又は後に続く、すなわち、小数点の後の数字配置を伴う値を避けるために単位マイクロメートルを使用して最も良く記載されるサイズに関連する。例えば、「マイクロメートル」は、1mm(ミリメートル)より小さい、例えば1000μm(マイクロメートル)より小さい、例えば、0.1mmより小さい、すなわち、100μmより小さいサイズに関連する。
例えば、X線放射のコヒーレント部分がアナライザ回折格子(G2)によって復調されていない限り、X線のコヒーレンスは、位相回折格子(G1)の後ろに配置されたデコヒーレンスフィルタによって依然として除去されることができる。
利点として、位相回折格子(G1)とアナライザ回折格子(G2)との間の干渉計のフィルタの配置を避ける、線源回折格子(G0)と位相回折格子(G1)との間の配置もまた、スペース及び効率面を考慮する。
例えば、開放セグメントは空気で満たされる。他の例では、X線透過性且つX線非散乱フィルタ材が、開放セグメントのために提供される。
例によれば、構造要素は、10μmの最大範囲で提供される。
例によれば、フィルタ材は、気体の泡及び/又は液体の泡を含む流体の泡として提供される。
例によれば、フィルタ材は、繊維ベースの材料として提供される。
これらの例では、フィルタ材は、小さい原子番号要素から作られる。用語「小さい原子番号要素」は、おおよそCmax≒20の最大値を持つ材料に関連する。
気体の泡は、空気の泡又はガスの泡として提供され得る。繊維ベースの材料は、木材、紙、ティシュー繊維(tissue−fabrics)及び鉱物綿、又はランダム配向のファイバ又は高配向ファイバを備える他のものから作られ得る。
例では、フィルタ材は、おおよそ5から100mmの範囲の厚さを備える。
他の例では、フィルタ材の構造パラメータは、回折格子G1の格子周期(grating period)に近い。
例によれば、フィルタは、位相コントラストイメージングのための線源回折格子を持つX線源によって提供されるコヒーレントX線放射のための小角散乱を提供するデコヒーレンスフィルタである。
用語「小角度散乱」は、約1マイクロラジアンの角度範囲の散乱を示す。
例では、X線放射は、減衰され、また最小に屈折される。
本発明によれば、スリット走査X線位相コントラストイメージング装置も提供され、X線源、線源回折格子、プレコリメータ、位相回折格子及びアナライザ回折格子を持つ干渉計ユニット、互いにずらされた複数の検出器セグメントを持つX線検出器、及び較正装置(64)を有する。線源回折格子は、少なくとも部分的にコヒーレントX線放射を提供する。プレコリメータは、放射無しセクションによって互いからずらされた複数のX線ビームセクションとともにX線ビーム幅を提供するために、複数のバー及びスリットを有する。較正装置は、先行例の1つによる較正フィルタ回折格子である。さらに、較正フィルタ回折格子は、線源回折格子とアナライザ回折格子との間に配置される。較正フィルタ回折格子は:
I) その位置においてフィルタセグメントが複数のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分に配置される、第1の較正位置;と
II) その位置において、フィルタセグメントが、検出器セグメントによって検出される複数のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分の外に配置される、第2の走査位置;との間で移動可能である。
利点として、特に、個々のゲイン因子に起因するモアレ縞の擾乱を特定し且つ除去することに関して、較正されることができるX線位相コントラストイメージング装置が提供される。イメージング装置は、有利に、コンパクトな方法で提供されることができる。較正フィルタ回折格子は、フィルタ回折格子構造のピッチの半分の量しか動かされる必要がないので、フィルタ回折格子は、検査室の他の機器に対して増大した互換性を備えた容易にされる設計につながる統合された方法で提供されることができる。
第1の、較正位置では、フィルタセグメントは、ビームセクションを形成する放射が、それらの完全な幅に亘ってフィルタ材を通過するように、複数のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分に配置される。第2の走査位置では、フィルタセグメントは、ビームセクションを形成する放射が開放セグメントを通って検出器に向かって通過するように、複数のX線ビームを形成するX線ビーム部分の外に配置される。走査位置はまた、通常動作モードとも称される。
例によれば、較正フィルタ回折格子は、
i) 線源回折格子とプレコリメータとの間;又は
ii) プレコリメータと位相回折格子との間;又は
iii) 位相回折格子とアナライザ回折格子との間;
に配置される。
例において、i)による配置では、検出器へのフィルタの距離は、ii)又はiii)による配置より大きい。増加する距離は、フィルタ効果を減少させ得るが、例では、これは、フィルタ厚さの増加によって補償される。例では、5mm厚のフィルタ材が、位相回折格子の前又は位相回折格子とアナライザ回折格子との間に配置され、フィルタは、コヒーレンスの十分な破壊又は低減を提供する。
例では、干渉を除去することに加えて、フィルタはまた、全てのピクセルに対してビームを均質に減衰させる。そうでなければ、フィルタのランダム減衰プロファイルが、ビームのフィルタでのゲイン較正の間のゲイン変化として解釈され得る。したがって、フィルタは、均質な減衰のために巨視的に均質に作られるが、デコヒーレンスを提供するためにマイクロメートルスケールで不均質に作られる。
他の例では、プレコリメータの前に配置されるとき、同じ(又は同様の)フィルタ材は、10mmの厚さを備える。
例えば、フィルタは、プレコリメータのフレーム又はハウジングの中に一体化されて提供される。
例によれば、位相回折格子は、第1の周期を備え、フィルタ材の構造要素の構造は、おおよそ第1の周期の範囲で提供される。
用語「おおよそ」は、位相回折格子の第1の周期の与えられた値の約30から300%の範囲を示す。
例によれば、較正フィルタ回折格子は、位相回折格子からおおよそ5から10mmの較正距離を伴って配置される。
例では、較正フィルタ回折格子は、X線源回折格子G0と位相回折格子G1との間の半分の距離に配置される。「フィルタ」強度は、その結果、おおよそ半分の量に減少され得るが、これは2倍のフィルタ厚さによって補償されることができ、固有吸収も高められる。
例によれば、第1の較正位置と第2の走査位置との間で較正フィルタ回折格子を動かすための変位装置が提供される。
変位装置は、移動装置とも称される。
例では、変位装置は、モータ駆動並進ステージ、電磁駆動ステージ、及び圧電並進ステージのグループの少なくとも1つとして提供される。
本発明によれば、X線イメージングシステムも提供され、X線画像取得装置、処理装置、及び物体支持装置を有する。X線画像取得装置は、上述の例の1つによるスリット走査X線位相コントラストイメージング装置として提供される。物体支持装置は、検査されることになる物体を支持するように構成される。さらに、X線画像取得装置は、物体がX線放射の外側に配置される間、較正目的のために、基準信号としてX線画像信号を検出するように構成される。処理ユニットは、基準信号に基づいて較正係数を決定するように構成され、較正係数は、ゲイン誘起信号構造を表す。処理ユニットはさらに、較正されたX線イメージング手順のための較正係数を提供するように構成される。
利点として、所定の方法で且つまた要求に応じて較正されることができるイメージングシステムが提供される。これは、改良された画像データのために高められた画像品質をもたらし、したがって、医者又は他の臨床スタッフによって実行される分析及び診断手順を支援する。
例によれば、較正装置のフィルタセグメントは、較正目的のためにX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分の中及び物体及び位相基準取得ステップのためにX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分の外側に配置されるように構成される。
例えば、i)による配置の場合、較正装置のフィルタセグメントは、較正目的のためのX線ビームセクションを形成するようにプレコリメータを通過するX線ビーム部分の中、且つ物体及び位相基準取得ステップのためのそれらのX線ビーム部分の外側に配置される。
例えば、ii)及びiii)による配置の場合、較正装置のフィルタセグメントは、較正目的のためのX線ビームセクションの中、且つ物体及び位相基準取得ステップのためのX線ビームセクションの外側に配置される。
例では、システムは、3つの走査:
i)物体なし且つフィルタなしの走査;
ii)フィルタのみを伴う走査;及び
iii)物体のみを伴う走査;
を提供するように構成される。
本発明によれば、スリット走査X線位相コントラストイメージングにおける較正のための方法も提供される。方法は以下のステップを含む:
a) 線源回折格子とアナライザ回折格子との間の場所でX線画像取得装置のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分に較正フィルタの第1の複数のフィルタセグメントを配置するステップ;フィルタセグメントは、マイクロメートル領域の構造パラメータを有する構造要素を持つ材料から作られるフィルタ材を有する;
b) X線放射を提供するステップ;
c) 較正目的のために基準信号としてX線画像信号を検出するステップ;
d) 基準信号に基づいて較正係数を決定するステップであって、較正係数はゲイン誘起信号構造を表す、ステップ;及び
e) 較正されたX線イメージング手順のために較正係数を提供するステップ。
例えば、ステップe)では、較正係数は、次の画像取得ステップにおいてゲイン誘起擾乱を除去するために使用される。
例では、ステップa)からd)は、物体が新しい画像取得手順のために配置される前に、繰り返される。
本発明によれば、コヒーレントX線放射から生じるモアレ縞パターンは、コヒーレンスをしたがってX線の干渉能力をキャンセルするX線経路に特別なフィルタ回折格子を一時的に挿入することによって一時的に抑制される。フィルタ回折格子の提供は、フィルタが、放射ビームから除去されることを必要としないが、フィルタ回折格子のバーがプレコリメータのスリット配置と位置合わせされるように、すなわち、フィルタ回折格子バーが較正走査のための及びスリット走査のためのプレコリメータのスリットと位置合わせされ、フィルタ回折格子バーがプレコリメータのバーと位置合わせされるように、単に横方向に動かされることを必要とするという効果を提供する。例では、内部の微細構造を持つ軽量材料が提供され、微細構造の寸法は干渉計回折格子のピッチと近くなり得る。したがって、フラットフィールド基準画像が取得されることができ、これはその後、較正目的で使用されることができる。検出器部分に当たるX線ビームの部分へのデコヒーレンスフラットフィールド回折格子の移動すなわち挿入は、手又はモータ駆動によって手動で行われ得る、及び並進ステージによってコンピュータ制御され得る。特別なフィルタ回折格子は、線源回折格子と干渉計ユニットのG2回折格子との間に配置されることができる。利用可能なスペース及び効率に関連してその好適な位置は、干渉計ユニットのすぐ前、或いはまたプレコリメータのすぐ前である。
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかであり、以下に説明される実施形態を参照して説明される。
本発明の例示的な実施形態が、以下の図面を参照して以下に記載されるであろう。
較正フィルタ回折格子の例の斜視図を示す。 較正フィルタ回折格子のさらなる例の上面図を示す。 例におけるスリット走査X線位相コントラストイメージング装置の概略的なセットアップを示す。 スリット走査X線位相コントラストイメージング装置の概略的なセットアップの例を図3Aにイメージング位置で及び図3Bに較正位置で示す。 スリット走査X線位相コントラストイメージング装置のセットアップのさらなる例を図4Aにイメージング位置で及び図4Bに較正位置で示す。 スリット走査X線位相コントラストイメージング装置のセットアップの他の例を図5Aにイメージング位置で及び図5Bに較正位置で示す。 スリット走査X線位相コントラストイメージング装置のさらなる例を示す。 図7A)にフラットフィールド補正なしの走査の検出器信号分布、図7B)にデコヒーレンスフラットフィルタの存在下での走査の検出器信号分布、及び図7C)に検出器信号対フラットフィールド基準信号の比を示す。 X線イメージングシステムの例の概略的なセットアップを示す。 X線位相コントラストイメージングにおける較正のための方法の基礎的なステップの例を示す。
図1Aは、X線位相コントラストイメージング装置のための較正フィルタ回折格子10を示す。較正フィルタ回折格子10は、フィルタ材12を有する第1の複数のフィルタセグメント11を有する。フィルタ材12は、マイクロメートル領域での構造パラメータを有する、縮尺通りでなく図1Aに概略的にのみ示されている、構造要素14を持つ材料から作られる。さらに、第2の複数の開放セグメント13が設けられる。フィルタセグメント11及び開放セグメント13は、フィルタパターン15として交互に配置される。較正フィルタ回折格子10は、位相コントラストイメージング装置のスリット走査システムの干渉計ユニットの分析回折格子(analyzing grating)とX線源回折格子との間に移動可能に配置されるように構成され、この位相コントラストイメージング装置はまた、図2乃至6に関連してより詳細に説明される。フィルタパターン15は、スリット走査システム(以下も参照)のスリットパターンと位置合わせされるように構成される。
フィルタ材12、すなわちフィルタセグメント11は、図1Aにおいてフィルタ材の格子状配置として示されている。図1Bに上面図で示される、他の例では、フィルタセグメントは、フレーム部分18を備える格子として提供される。
フィルタ材12はまた、グリッド状支持構造(さらに示されていない)に、例えば、ハウジング部分又はフレーム部分に、配置され得る。構造要素14は、10μmの最大範囲で提供される。
マイクロメートル領域の構造パラメータを持つ材料として、a)工業用発泡体、例えば、Styrofoam(登録商標)及びRohacell(登録商標)又はポリウレタンベースの発泡体のような、空気及びガスの泡ベースの材料;b)オイル/水エマルジョン又は液体ベースの研磨材のような、液体−「泡」−又は粉末−ベースの材料、のような、強いデコヒーレント特性を持つ材料が提供される。さらなる例では、c)繊維のランダム配向から高配向まで備えることができる、食品、紙、ティシュー/繊維及び鉱物綿等;及び/又はd)ある消しゴム材料又はコルクのような、特殊な種類のゴム材料;のような、粉末又は粉塵ベースの材料が、独立の材料として提供される又は剛性マトリックスに埋め込まれる。
小さい原子番号要素のみを含むフィルタ材を選択するとき、X線減衰は、例えば、X線マンモグラフィイメージングにおいてさえ、非常に低い。均一且つフラットなフィルタがX線経路の中に挿入されることができるという制約が提供される。例えば、硬いフラットフィルタ、又は提供された容器内のエマルジョン若しくは液体が提供される。X線ビームの中へのデコヒーレントフィルタの一時的な挿入は、手若しくはモータ駆動によって提供され得る、又は並進ステージによってコンピュータ制御され得る。
例では、フィルタ材12は、繊維ベースの材料として提供され、フィルタ材12は、小さい原子番号要素から作られる。例えば、フィルタ材12は、おおよそCmax≒20の最大値を持つ材料から作られる。
さらなる例では、フィルタ材12は、Styrofoam(登録商標)、Rohacell(登録商標)、Zotek(登録商標)、Kynar(登録商標)又は他のもの(さらに示されない)のような、工業用発泡体として提供される。
さらなる例では、木材若しくは紙、又はティシュー若しくは繊維のような軽量材料が、内部微細構造(さらに示されない)を備える。
例によれば、フィルタ材12は、おおよそ5から100mmの範囲の厚さ24を備える。
さらなる例によれば、図1Aにも示されるように、較正フィルタ回折格子10は、デコヒーレンスフィルタ26であり、位相コントラストイメージングのために線源回折格子を備えるX線源によって提供されるコヒーレントX線放射のための小角散乱を提供する。
較正フィルタ回折格子10のさらなる例では(図示されない)、フィルタ材12は、流体の泡として提供される。流体の泡は、フィルタ材12を囲む、格子構造にされたハウジング、例えば、包囲側壁、によって提供される。流体の泡は、気体の泡及び/又は液体の泡をとして提供される。
図2は、スリット走査X線位相コントラストイメージング装置50を示し、X線源52、線源回折格子54(回折格子G0とも称される)、プレコリメータ55、位相回折格子58(回折格子G1)及びアナライザ回折格子60(回折格子G2)を有する干渉計ユニット56を有する。プレコリメータ55は、放射無しセクションによって互いからずらされた複数のX線ビームセクションとともにX線ビーム幅を提供するための、複数のバー57及びスリット59を有する。バー57及びスリットはしたがってプレコリメータパターン61を提供する。さらに、互いにずらされた複数の検出器セグメント63を持つX線検出器62が設けられる。またさらに、較正装置64が、上述の例の1つによる較正フィルタ回折格子10として設けられる。較正フィルタ回折格子10は、線源回折格子54とアナライザ回折格子60との間、例えば、線源回折格子54と干渉計ユニット56との間に配置される。較正フィルタ回折格子10は、フィルタセグメントが複数のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分に配置される、第1の較正位置と;フィルタセグメントが、検出器セグメントによって検出される複数のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分の外に配置される、第2の走査位置と;の間で移動可能である。これは、図3乃至5に関連してさらに説明される。較正フィルタ回折格子10の横方向動作が第1の矢印66で示される。代替的には、較正フィルタ回折格子10は、干渉計に位相回折格子58(回折格子G1)とアナライザ回折格子60(回折格子G2)との間に、又はプレコリメータ55の前に、すなわち、線源回折格子54とプレコリメータ55との間に配置される。
X線源52は、インコヒーレントX線放射68を発生する。X線放射は、線源回折格子54を通過し、したがって、少なくとも部分的なコヒーレントX線放射70になる。コヒーレントX線放射70は次に、複数のX線ビームセクションを提供するためにプレコリメータ55を通過し、次に、物体74を受けるために設けられた領域72に沿って位相回折格子58及びアナライザ回折格子60に向かって進み、最終的に検出器に当たる。
物体74は、コヒーレントX線放射70によって検出器62に投影される構造76を備えることができ、この構造は同様の構造78で示される。しかし、検出された構造78は、検出器信号を評価した後に提供されることが留意されなければならない。
較正目的のために、物体74は、第2の矢印80で示されるように、領域72から取り除かれ、較正走査の後領域72に配置される。
位相回折格子58は第1の周期82を備え、構造要素14の構造は、おおよそ第1の周期の範囲で提供される。構造は、第1の周期82の値の約30から300パーセントの範囲で提供される。
図3乃至5では、スリット走査X線位相コントラストイメージング装置50のセットアップの異なる例が概略的に示されている。図3乃至5では、矢印30は、線源回折格子54(図示せず)を通過したX線放射によって提供されるコヒーレントX線放射を示す。放射は、プレコリメータ55のスリット59を通過する。バー57は、X線放射の少なくとも実質的な減衰の阻止を提供する。結果として、放射無しセクション34によって互いからずらされた複数のX線ビームセクション32の形態の放射が提供される。放射はさらに、位相回折格子58及びアナライザ回折格子60を通過し、最終的にX線検出器62の検出器セグメント63に達する。さらに、較正フィルタ回折格子10が設けられる。
較正フィルタ回折格子10は、フィルタセグメントが複数のX線ビームセクション32を形成するX線ビーム部分に配置される、第1の、較正位置PCALと、フィルタセグメントが、検出器セグメント63によって検出される複数のX線ビームセクション32を形成するX線ビーム部分の外に配置される、第2の、走査位置(PIM)との間で移動可能である。2つの位置の間の動作は両矢印65で示されている。
図3A、4A及び5Aでは、較正フィルタ回折格子10は、第2の、走査位置PIMに動かされている。
図3B、4B及び5Bでは、較正フィルタ回折格子10は、第1の、較正位置PCALに動かされている。
図3乃至5の例は、放射方向に沿った較正フィルタ回折格子10の配置という点で異なっている。
図3A及び3Bでは、較正フィルタ回折格子10は、プレコリメータ55と位相回折格子58との間に配置されている。
図4A及び4Bでは、較正フィルタ回折格子10は、位相回折格子58とアナライザ回折格子60との間に配置されている。
図5A及び5Bでは、較正フィルタ回折格子10は、線源回折格子54(図示せず)とプレコリメータ55との間に配置されている。
図3乃至5の例はさらなる態様も示す:較正フィルタ回折格子10は、異なる厚さのバー、すなわち、異なる幅のフィルタセグメント、及びスリットの幅、すなわち、異なる幅の開放セグメント、を備え得る。1つの例では、フィルタセグメントは、図3A及び3Bに示されるように、X線ビームセクションの幅と同じ、又は少しだけ大きい幅を備える。第2の例では、フィルタセグメントは、図4A及び4Bに示されるように、結果として生じる開放セグメントが、X線ビームセクションと同じ、又はX線ビームセクションより僅かに大きい幅を有するように、提供される。第3の例では、フィルタセグメント及び開放セグメントは、図5A及び5Bに示されるように、同様の又は同じ幅を備える。全ての3つの場合において、フィルタセグメントは、較正フィルタ回折格子10のフィルタリング配置においてフィルタセグメントを通過するそれぞれのX線ビームセクションのフィルタリングを提供するほど十分な幅がある。さらに、全ての3つの場合において、開放セグメントは、それぞれのX線ビームセクションが、較正フィルタ回折格子10のイメージング配置のフィルタ材を通過する必要なしに開放セグメントを通過することができる、すなわち、フィルタセグメントによって影響されない、ことを確実にする十分な幅がある。
図6は、スリット走査X線位相コントラストイメージング装置50のさらなる例を示し、同様の参照番号が同様の特徴に使用されている。X線放射68は、X線源52のX線焦点によって発生する。X線放射は次に線源回折格子54及びプレコリメータ55を通過し、さらに、点線84によって示される、物体又はサンプルを受け入れるための領域72を通過する。X線放射ビーム幅は、2つの扇形の境界線86及び中心軸線88で示される。さらに、較正目的で、較正フィルタ回折格子10のフィルタ材12を備えるフィルタセグメント11は、X線放射が、位相回折格子58及びアナライザ回折格子60に達する前に、較正フィルタ回折格子10のフィルタセグメント11を通過しなければならないように、(物体がX線ビームの中に配置されていない間に)複数のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分に設けられる。点線フレーム90は、干渉計ユニット56を示す。最終的に、検出器62に達する。
さらに、距離92が、G0とも称される、線源回折格子54と、G1とも称される、位相回折格子58との間に示される。この距離92はまた、距離Lとも称される。さらなる距離94が、位相回折格子58とアナライザ回折格子60との間に示され、この更なる距離は距離Dとも称される。またさらに、線96が、検出器62の幅Wを示す。
またさらに、線源回折格子54の動き±ΔLが矢印98で示される。
デコヒーレントフィルタ10がX線経路に挿入されている図示されたセットアップでの走査微分位相コントラストイメージングの場合、検出器は、検出器62の右側にグラフで示された信号を検出する。グラフ100は、検出器束(detector flux)のゲイン誘起擾乱を示す。見られるように、モアレ縞パターンは見えない、すなわち、モアレ縞パターンは取り除かれ、個々のピクセルゲインに比例する信号変動のみが検出器62に現れている。X線源からのX線放射がプレコリメータ55をセグメントにおいてのみ、すなわちX線放射の部分又は断片で、通過するので、現実のグラフ100は、曲線セグメントと欠落セグメントを持つ不連続なグラフであることが留意されなければならない。したがって、これらの部分又はセグメントにおいてのみ、デコヒーレンスフィルタによってフィルタされるとともに検出されるであろう放射が発生する。不連続なグラフ100は、図解の理由のためだけに図6に連続して示されている。しかし、不連続なグラフは、図7にも関連してより詳細に説明される。
較正ステップの後、較正フィルタ回折格子10は、フィルタセグメント11が検出器セグメントによって検出される複数のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分の外に配置されるように動かされ、物体84は、イメージング目的で、X線源、X線源回折格子それぞれと、干渉計ユニット56との間に、配置されることができる。例えば、サンプルは、矢印102で示されるように、横方向に又は回転で動かされることができる。
例では、特別なデコヒーレンスフィルタ、すなわち、フィルタ回折格子の適用が、物体を走査した後に実行される。さらなる例では、特別なデコヒーレンスフィルタの適用は、位相微分走査の後にも実行される。言い換えると、較正走査が後で実行される。
さらなる例では、較正フィルタ回折格子10は、位相回折格子58からおおよそ5から10mmの較正距離Dcalで配置される。この例は、図6に支援されているが、オプションとして提供されている。較正距離Dcalは、参照番号104で示されている。
さらに詳細に示されていないさらなる例では、較正フィルタ回折格子10は、線源回折格子G0と位相回折格子G1との間のおおよそ半分の距離に配置される。さらなる例では、較正フィルタ回折格子10はさらにまた、減少したフィルタ強度を少なくとも部分的に補償する増加したフィルタ厚さを備える。
グラフ100で示されるように、検出された信号は次に、ゲイン誘起信号構造を表す較正係数を決定するために使用されることができる。この較正係数は次に、さらなるX線イメージング手順のための較正のために提供されることができる。
図7A)は、フラットフィールド補正なしの走査方向における検出器信号分布の第1のグラフ106を示す。第1の曲線108が示され、垂直軸110は検出された信号を示し、水平線112は検出器ピクセル番号を示す。X線は、プレコリメータをセグメントにおいてのみ、すなわち、X線放射の部分又は断片において通過し、検出器の全幅に亘って連続的に通過しないので、第1のグラフは106、曲線セグメント107及び欠落セグメント109を含む不連続な曲線として示されている。曲線セグメント107を欠落セグメント109から分離する対の点線111は、説明目的のためだけに示されている。図7B)は、較正フィルタ回折格子10の存在下での、すなわち、デコヒーレントフラットフィールドフィルタの存在下での、スキャン方向におけるフラットフィールド基準信号分布のさらなるグラフ114を示す。垂直線110は、検出信号を示し、水平線112は、検出ピクセル番号を示す。見ることが出来るように、グラフ116はグラフ108と異なる。さらなるグラフ114もまた、曲線セグメント及び欠落セグメント(及び点線)を持つ不連続なグラフとして示されている。
図7C)は、検出器信号対フラットフィールド基準信号の比としてのさらなる第3のグラフ118を示し、垂直線120は検出信号対フラットフィールド基準信号による検出器信号の比を示し、水平線122は検出器ピクセル番号を示す。同様に、さらなる第3のグラフ118は、曲線セグメント及び欠落セグメント(及び点線)を持つ不連続なグラフとして示されている。
図7B)から見ることができるように、モアレ縞は除去されているが、検出器信号のゲイン誘起構造は残存している。以下では、すなわち、図7C)では、このフラットフィールド信号が、フラットフィールド前処理ステップにおいて基準信号として、この基準によって全ての後続の検出器信号をピクセルの方向に分割することによって、使用される。結果は、図7C)の下方部分に表示されている。モアレ縞は、ピクセルゲイン誘起擾乱なしで現れる。光子統計に起因する光子誘起ノイズはここでは無視されていることが留意されなければならない。
図8は、X線イメージングシステム200を示し、X線画像取得装置202、処理装置204、及び物体支持装置206を有する。X線画像取得装置202は、上述の例の1つによる、スリット走査X線位相コントラストイメージング装置50として提供される。物体支持装置206は、検査されることになる物体を支持するように構成される。物体は、楕円構造208で概略的に示されている。X線画像取得装置は、較正目的のために基準信号としてX線画像信号を検出するように構成され、物体208はX線放射の外側に配置され、このX線放射は点線210で示されている。処理ユニットは、基準信号に基づいて較正係数を決定するように構成され、較正係数は、ゲイン誘起信号構造を表す。処理ユニットはさらに、X線画像取得装置202に入る、矢印212及び点線214で示されるような、較正されたX線イメージング手順のための較正係数を提供するように構成される。スリット走査X線位相コントラストイメージング装置50は、検出器62とともに干渉計ユニット56を概略的に示している、第1のフレーム216で示されていることが留意されなければならない。第2のフレーム218は、X線源52及び線源回折格子54を概略的に示す。
点線フレーム220は、較正係数を決定するために較正信号を検出するようにX線放射の中に一時的に配置されることができる、較正装置64、すなわち、較正フィルタ回折格子10を示す。
図8は、X線放射の中に配置された物体208を示し、したがって、較正信号を記録する段階でないことが留意されなければならない。較正目的で、物体208は、除去される、すなわち、X線放射の外に動かされ、較正フィルタ回折格子、すなわち、較正装置64が、その後、X線放射の中に動かされる又は配置される。
図9は、X線位相コントラストイメージングにおける較正のための方法300を示す。方法300は、以下のステップを有する:
− 配置ステップ302では、較正フィルタが、線源回折格子と位相回折格子との間の場所におけるX線画像取得配置のX線ビームの中に配置される。較正フィルタは、上述の例の1つによる較正フィルタ回折格子である。
− 第1の提供ステップ304では、X線放射が提供される。
− 検出ステップ306では、基準信号としてのX線画像信号が較正目的で検出される。
− 決定ステップ308では、較正係数が、基準信号に基づいて決定され、較正係数は、ゲイン誘起信号構造を示す。
− 第2の提供ステップ310では、較正係数が次に較正されたX線イメージング手順のために提供される。
配置ステップ302はステップa)、第1の提供ステップ304はステップb)、検出ステップ306はステップc)、決定ステップ308はステップd)、第2の提供ステップ310はステップe)とも称される。
例では、ステップe)において、較正係数は、次の画像取得ステップにおいてゲイン誘起擾乱を除去するために使用される。
さらなる例によれば、ステップa)乃至d)は、物体が新しい画像取得手順のために配置される前に繰り返される。このさらなる例はまた、オプションとして、図9に組み合わせて示され、繰り返しは、ループ状の矢印312で示されている。
本発明の他の例示的な実施形態では、適切なシステム上で前述の実施形態のうちの1つによる方法の方法ステップを実行するように適合されることを特徴とするコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。
コンピュータプログラム要素は、したがって、これもまた本発明の一実施形態の一部であり得るコンピュータユニットに格納され得る。このコンピュータユニットは、上述の方法のステップを実行するように、又は同ステップの実行を引き起こすように適合され得る。さらに、コンピュータプログラム要素は、上述の装置の構成要素を作動させるように適合され得る。コンピュータユニットは、自動的に作動するように、及び/又はユーザの命令を実行するように適合されることができる。コンピュータプログラムは、データプロセッサの作業メモリにロードされ得る。データプロセッサはしたがって本発明の方法を実行するように装備され得る。
本発明のこの例示的な実施形態は、最初から本発明を使用するコンピュータプログラム及び、アップデートによって既存プログラムを、本発明を使用するプログラムへと変化させるコンピュータプログラムの双方に及ぶ。
さらに、コンピュータプログラム要素は、上述の方法の例示的な実施形態の手順を遂行するのに必要な全てのステップを提供することができてもよい。
本発明の更なる例示的な実施形態によれば、例えばCD−ROMなどのコンピュータ可読媒体が提示され、コンピュータ可読媒体は、先行する節に記載されたコンピュータプログラム要素をそれに格納している。
コンピュータプログラムは、その他のハードウェアとともに供給されるか、あるいはその一部として供給される、例えば光記憶媒体若しくは半導体媒体などの適切な媒体に格納される及び/又は配給されてもよいし、例えばインターネット又はその他の有線若しくは無線の通信システムを介してなど、その他の形態で配給されてもよい。
しかし、コンピュータプログラムはまた、ワールドワイドウェブのようなネットワーク上に提示されてもよく、そのようなネットワークからデータプロセッサの作業メモリへとダウンロードされることができる。本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、本発明の上述の実施形態の1つに係る方法を実行するように構成されたコンピュータプログラム要素をダウンロードに利用可能にする媒体が提供される。
本発明の実施形態は、異なる主題を参照して記載されていることが留意されなければならない。特に、いくつかの実施形態は、方法形式の請求項を参照して記載されている一方、他の実施形態は、装置形式の請求項を参照して記載されている。しかし、当業者は、他に注記されない限り、1つのタイプの主題に属する任意の特徴の組み合わせに加えて、異なる主題に関する特徴間の任意の組み合わせが、本願に開示されているとみなされることを、上述の記載及び以下の記載から推測するだろう。
しかし、全ての特徴は、これら特徴の単純な合計を超える相乗効果を提供するように組み合わされることができる。
本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示かつ説明されたが、当該例示及び説明は、例示的であって限定的に解釈されるべきではない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形態様も、図面、開示内容及び従属請求項を検討することにより、請求項に係る発明を実施する当業者には理解されかつ実施可能である。
請求項において、用語「有する」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、不定冠詞“a”又は“an”は、複数形を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される幾つかのアイテムの機能を実現し得る。ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されることは、これらの手段の組み合わせが有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における如何なる参照符号も範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

  1. スリット走査X線位相コントラストイメージング装置のための較正フィルタ回折格子であって:
    − フィルタ材を有する第1の複数のフィルタセグメント;及び
    − 第2の複数の開放セグメント;を有し、
    前記フィルタセグメント及び前記開放セグメントは、フィルタパターンとして交互に配置され;
    前記フィルタ材は、マイクロメートル領域の構造パラメータを有する構造要素を持つ材料から作られ;
    前記フィルタ回折格子は、位相コントラストイメージング装置のスリット走査システムの干渉計ユニットのアナライザ回折格子とX線源回折格子との間に移動可能に配置されるように構成され;
    前記フィルタパターンは、前記スリット走査システムのスリットパターンと位置合わせされるように構成される、
    較正フィルタ回折格子。
  2. 前記構造要素は、10μmの最大範囲で提供される、
    請求項1に記載の較正フィルタ回折格子。
  3. 前記フィルタ材は、
    − 気体の泡及び/又は液体の泡を含む流体の泡;及び
    − 繊維ベースの材料;
    のグループの少なくとも1つとして提供され、
    前記フィルタ材は、小さい原子番号要素から作られる、
    請求項1又は2に記載の較正フィルタ回折格子。
  4. 前記フィルタは、位相コントラストイメージングのための線源回折格子を持つX線源によって提供されるコヒーレントX線放射のための小角散乱を提供するデコヒーレンスフィルタである、
    請求項1乃至3のいずれか1項に記載の較正フィルタ回折格子。
  5. − X線源;
    − 線源回折格子;
    − プレコリメータ;
    − 位相回折格子及びアナライザ回折格子を有する干渉計ユニット;
    − 互いにずらされた複数の検出器セグメントを持つX線検出器;及び
    − 較正装置;を有し、
    前記線源回折格子は、少なくとも部分的にコヒーレントX線放射を提供し;
    前記プレコリメータは、放射無しセクションによって互いからずらされた複数のX線ビームセクションとともにX線ビーム幅を提供するために、複数のバー及びスリットを有し;
    前記較正装置は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の較正フィルタ回折格子であり;
    前記較正フィルタ回折格子は、前記線源回折格子と前記アナライザ回折格子との間に配置され;
    前記較正フィルタ回折格子は:
    I) その位置において前記フィルタセグメントが前記複数のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分に配置される、第1の較正位置;と
    II) その位置において前記フィルタセグメントが、前記検出器セグメントによって検出される前記複数のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分の外に配置される、第2の走査位置;との間で移動可能である;
    スリット走査X線位相コントラストイメージング装置。
  6. 前記較正フィルタ回折格子は、
    i) 前記線源回折格子と前記プレコリメータとの間;又は
    ii) 前記プレコリメータと前記位相回折格子との間;又は
    iii) 前記位相回折格子と前記アナライザ回折格子との間;
    に配置される、
    請求項5に記載のスリット走査X線位相コントラストイメージング装置。
  7. 前記走査位置において、前記較正フィルタ回折格子は、前記線源回折格子と前記アナライザ回折格子との間にとどまり、
    前記フィルタセグメントは、前記X線ビームの前記放射無しセクション又は前記プレコリメータのバーによってブロックされる前記X線ビーム部分に配置される、
    請求項5又は6に記載のスリット走査X線位相コントラストイメージング装置。
  8. 前記位相回折格子は、第1の周期を備え、
    前記構造要素の構造は、おおよそ前記第1の周期の範囲で提供される、
    請求項5乃至7のいずれか1項に記載のスリット走査X線位相コントラストイメージング装置。
  9. 前記第1の較正位置と前記第2の走査位置との間で前記較正フィルタ回折格子を動かすための変位装置が提供される、
    請求項5乃至8のいずれか1項に記載のスリット走査X線位相コントラストイメージング装置。
  10. 前記変位装置は、
    − モータ駆動並進ステージ;
    − 電磁駆動ステージ;及び
    − 圧電並進ステージ;
    のグループの少なくとも1つとして提供される、
    請求項9に記載のスリット走査X線位相コントラストイメージング装置。
  11. − X線画像取得装置;
    − 処理装置;及び
    − 物体支持装置;を有し、
    前記X線画像取得装置は、請求項5乃至10のいずれか1項に記載のスリット走査X線位相コントラストイメージング装置として提供され;
    前記物体支持装置は、検査されることになる物体を支持するように構成され;
    前記X線画像取得装置は、較正目的のために、基準信号としてX線画像信号を検出するように構成され、前記物体は、前記X線放射の外側に配置され;
    前記処理装置は、前記基準信号に基づいて較正係数を決定するように構成され、前記較正係数は、ゲイン誘起信号構造を表し;前記処理ユニットは、較正されたX線イメージング手順のための前記較正係数を提供するように構成される、
    X線イメージングシステム。
  12. 前記較正装置の前記フィルタセグメントは、較正目的のために前記X線ビームセクションを形成する前記X線ビーム部分の中に及び物体及び位相基準取得ステップのために前記X線ビームセクションを形成する前記X線ビーム部分の外側に配置されるように構成される、
    請求項11に記載のX線イメージングシステム。
  13. スリット走査X線位相コントラストイメージングにおける較正のための方法であって:
    a) 線源回折格子とアナライザ回折格子との間の場所でX線画像取得装置のX線ビームセクションを形成するX線ビーム部分に較正フィルタ回折格子の第1の複数のフィルタセグメントを配置するステップ;前記フィルタセグメントは、マイクロメートル領域の構造パラメータを有する構造要素を持つ材料から作られるフィルタ材を有する;
    b) X線放射を提供するステップ;
    c) 較正目的のために基準信号としてX線画像信号を検出するステップ;
    d) 前記基準信号に基づいて較正係数を決定するステップであって、前記較正係数はゲイン誘起信号構造を表す、ステップ;及び
    e) 較正されたX線イメージング手順のために前記較正係数を提供するステップ;を含む、
    方法。
  14. 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の装置を制御するためのコンピュータプログラム要素であって、処理ユニットによって実行されるとき、請求項13に記載の方法ステップを実行するように適合される、
    コンピュータプログラム。
  15. 請求項14のコンピュータプログラムを格納したコンピュータ可読媒体。
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