JP2017500160A - 収集及び再構築技術を含む離調構成に基づく大視野位相差撮影法 - Google Patents

Abstract

タルボット−ロー干渉計システムなどの位相差デジタル撮影システムと放射線撮影用のＸ線源とＸ線検出器と、ビーム形成装置、位相格子（Ｇ１）と解析格子（Ｇ２）を備えるＸ線格子干渉計と、Ｘ線検出器とを備えることができる位相差デジタル撮影システムを得るための方法及び装置の実施形態が開示される。ここで、線源格子（Ｇ０）と、位相格子（Ｇ１）と、解析格子（Ｇ２）とは離調され、複数の無相関参照画像が離調システムによる画像処理用に撮影される。位相格子（Ｇ１）と解析格子（Ｇ２）とＸ線検出器とは相互に固定されたままである相対位置を有し、干渉計と撮影されるサンプルは互いに対して走査される。干渉計は離調されているので、モアレ干渉縞が検出器上に形成され、干渉計の走査範囲はモアレ干渉縞の全周期をカバーする。

Description

本出願は全般的にはデジタルＸ線撮影法及びシステムに関し、より具体的には、回折格子に基づく位相差撮影技術を用いる被写体（例えば、医療放射線撮影）の多量の画像情報を入手する方法及び／又はシステムに関する。

従来の医療用Ｘ線撮影装置は撮影された被写体の内部構造を調べるために吸収情報を使う。高減衰（即ち、硬い）と低減衰（即ち、ソフト）材料の間では、良好なコントラストが観察されるが、軟部組織材料間の分離は低い比コントラストのために難しい。例えば、低コントラストの軟部組織は血管、軟骨、肺、及び乳房組織を含むがこれに限定されない。これら、高減衰の骨構造に比べてコントラストが低い。

近年、干渉Ｘ線撮影装置が軟部組織撮影に取り組むべく導入された。従来の吸収に加えて、そのような装置は撮影される被写体を通過するＸ線の回折を測定するためにＸ線放射の波の性質を利用する。電磁波として、Ｘ線は周波数、振幅、及び位相で特徴づけられる。電磁波としてのＸ線が媒体を透過せる場合、その振幅は減衰され、位相はシフトされる。物資依存の屈折率は下記の式（１）のように表わされる。
ここで、虚部βは振幅の減衰に寄与し、実部δ（屈折率減少）は位相シフトに関係する。干渉計型の撮影装置はβ及びδの両項を測定できるが、従来のＸ線撮影装置はβだけしか測定できない。β及びδは原子散乱係数に比例することが知られている。例えば、濃度がρの化合物に対して、式（１）で示される屈折率は原子散乱係数ｆ_１及びｆ_２により下記の式（２）で表わされる。
ここで、ｒ_ｅ、Ｎ_ａ、λ、及びρはそれぞれ、電子半径、アボガドロ数、光子波長、及び化合物の実効密度を示す。総和は化合物を構成する原子質量Ａ_ｋの各化学元素の相対濃度ｘ_ｋに亘って取られる。式（２）を使って、δ（ｒａｄ／ｃｍ単位）がβ（ｌ／ｃｍ単位）と比べて約１０^３から１０^４倍大きいことが示される。このことは軟部組織をより高コントラストで撮影する可能性を示す。

今まで、 １）干渉計法、２）回折強調撮影（ＤＥＩ）技術、及び３）自由空間伝搬法を含む幾つかの位相差撮影（ＰＣＩ）法が探索されてきた。しかし、三つの技術全てに関連した様々な実際問題がある。結晶干渉計及び回折計の場合には、高い時間コヒーレンス（即ち、高い単色度）が求められ、それが、結果的には、シンクロトロン放射即ち十分鮮明な単色放射線源への適用を制約する。シンクロトン源の要請に加えて、ＤＥＩにおける多孔コリメータの使用が達成可能な空間解像度を制限し、入手時間を伸ばす。自由空間伝搬法は、高い空間コヒーレンスの要請から効率が限定される。この高い空間コヒーレンスは非常に小さい焦点サイズか又は大きな伝搬距離を持ったＸ線源のみから得られる。

更に、回折格子型の干渉装置は微分位相差撮影法に使用できる。そのような撮影装置は標準の広帯域のＸ線源、コリメータを含むビーム成形装置、三つの回折格子（線源Ｇ０、位相Ｇ１及び吸収Ｇ２回折格子）、とＸ線検出器とを備え、三つの回折格子はそれらの面と回折棒が互いに整列するように位置している。又は、微小焦点Ｘ線源又はシンクロトロン放射源が回折格子Ｇ０と大きな非干渉性Ｘ線源の代わりに使用できる。

回折格子型ＰＣＩシステム用に一般的に受け入れられた入手法は吸収格子Ｇ２の格子構造の周期にわたって、三つの格子のひとつを互いに対して撮影する間の制御移動を用いることができる。Ｇ２は普通数ミクロン（例えば、２ミクロン）である。そのような入手技術は位相ステッピング技術と呼ばれる。そのような入手における変位又はステップの典型的な値は数百ナノメータ（例えば、２５０ｎｍから５００ｎｍ）のオーダーである。回折格子の移動に使える圧電アクチュエータは数十ナノメータの精度に達するが、圧電アクチュエイタは線形ではない（例えば、変位ｘと印加電圧Ｖとの関係は線形でない）。高品位の画像再構築を達成するには、変位Δｘがステッピングの間一定に留まる必要がある、このことは均等でない電圧増加、ΔＶを各ステップで必要とする。そのようなシステム構成の再現性又は最適化は各ステップで公称の電圧値を指示する完全な較正を求める。又は、位置検出フィードバックシステムを電圧対変位特性を直線化するのに使うことができる。さらに、ステッピング格子を保持する彎曲部の熱膨張及び／又は収縮は容易に摂氏１度当たり１００ナノメータを超える変位を生ずる。このように、画像入手時の高い熱安定性が求められる。従って、回折格子型ＰＣＩシステム及び／又はそれを使う方法に対する改良の必要が長く感じられている。

本出願の一つの態様は医療用デジタルＸ線撮影法の技術を発展させることである。

本出願の他の態様は、全体に又は部分的に、少なくとも関連技術における前記又は他の不具合に取り組むことである。

全体に又は部分的に、少なくともここに記載された利点を提供することが本出願の他の態様である。

本出願の態様はＰＣＩ撮影装置及び／又はそれを使う方法の使用によってもたらされる不具合に取り組む及び／又はそれを減少させる方法及び／又は装置を提供することである。

本出願の態様はタルボット−ローの３格子構成に基づく微分位相差撮影法用のＸ線干渉装置及び／又は方法を提供することである。本出願の他の態様は離調ＰＣＩ医療撮影用の方法及び／又は装置の実施形態を提供することである。

本出願の他の態様は、医療撮影、非破壊検査、及び国の安全（例えば、手荷物又は荷物検査）を含むがこれに限定されない利用のための方法及び／又は装置の実施形態を提供することである。本出願の他の態様は、全角又は大視野（ＦＯＶ）の位相差撮影（ＰＣＩ）（例えば、５０ミリメートル角より大きい）用の方法及び装置の実施形態提供することである。

本出願の他の態様は、多色のＸ線発生装置と、コリメータ、線源格子、位相格子と解析格子を含むＸ線格子干渉計を含むビーム成形装置と、エリアＸ線検出器とを備えることができる大視野の位相差デジタル撮影システムを提供できる撮像方法及び／又は装置の実施形態を提供することであり、そこでは、複数の非相関の参照画像が得られ、離調システムで画像処理するのに使われる。

本出願の他の態様は、個々のＸ線曝射の画像（又は各ステップでの画像）の引き続いてのデジタル移動を含む再構築方法を、静止被写体と移動しているモアレ干渉縞の効果が達成できるように提供できる撮影方法及び／又は装置の実施形態を提供することである。一つの典型的な再構築実施形態は吸収画像、暗視野画像、微分位相画像、及び積分位相画像を生成できる。

本出願の他の態様は、全角視野放射線位相差撮影法を提供できる、及び／又はタイル状構成に組み込まれる、及び／又は複数のタイルが使用されるか、又は一つ以上のタイルが複数の位置で使用される部分走査（即ち、画像の繋ぎ合わせ）入手法を使う撮影方法及び／又は装置の実施形態を提供することである。

一つの実施形態に従って、本発明は、少なくとも部分的にコンピュータ上で実行され、ビーム成形装置を含む工程、位相格子Ｇ１と解析格子Ｇ２を備えるＸ線格子干渉計を提供する工程、位相格子Ｇ１から所定の距離で位相格子Ｇ１によって作られた干渉パターンのピッチに対して解析格子Ｇ２のピッチを相殺して繰り返し可能な干渉縞を発生する工程、干渉縞の少なくとも１サイクルに対して被写体を動かしながらＸ線発生装置を使って被写体を繰り返し照射し一組の画像データを作る工程とＸ線検出器により複数の参照画像を撮影する工程を備えることができる方法を提供できる。

一つの実施形態に従って、本発明は線源格子Ｇ０を備えるビーム成形装置、位相格子Ｇ１と解析格子Ｇ２を備えるＸ線格子干渉計と、エリアＸ線検出器とを備えるデジタル放射線（ＤＲ）位相差撮影（ＰＣＩ）システムを提供でき、ここで、位相格子Ｇ１によって作られた干渉パターンのピッチに対する解析格子Ｇ２のピッチ及び位置は解析格子Ｇ２の幅に亘って繰り返し干渉縞を生ずる、また、位相格子Ｇ１と解析格子Ｇ２の相対位置は被写体の画像走査に対し変化しない、また、被写体は、走査中、繰り返し干渉縞に対して動くように構成され、また、Ｘ線検出器はＤＲ ＰＣＩ画像再構成に使われる複数の無相関の参照画像を作り出すように構成されることを特徴とする。

一つの実施形態に従って、微小焦点Ｘ線源又はシンクロトロン放射光源が線源格子Ｇ０及び大容量の非干渉のＸ線源の代わりに使用できる。

これらの被写体は例示のために示され、これらの被写体は本発明の一つ以上の実施形態の典型的な例になり得る。開示された発明によって本質的に達成される他の望ましい目的及び利点は当業者が思いつくかもしれないし、明らかかも知れない。本発明は添付した請求項によって規定される。

本発明の上記又は他の目的、特徴、及び利点は本発明の実施形態の以下に示すより具体的な記述から、添付図によって示されるように明らかになるであろう。

図中の要素は必ずしも相対的に正しく縮小拡大されていない。

放射線検出器の面内の典型的な変調モアレ干渉縞と本願の実施形態による撮影された被写体の典型的な相対位置及び変位方向を示す概略図である。 静止又は固定のＧ０、Ｇ１及びＧ２格子を備える典型的な離調３格子ＰＣＩシステムの概略図を示す図である、ここで、被写体は本願の実施形態に従って、格子に対して相対的に移動するように構成されている。 本願の実施形態による位相差撮影システムの同調及び離調構成の概略図を示す図である。 本願の実施形態によるＰＣＩシステムの同調及び離調構成用に検出器面でそれぞれ測定されたオープンフィールド画像の例を示す図である。 同調構成のＰＣＩシステム用の従来の位相ステッピング技術により形成された典型的な強度曲線を示す図である。 本願の実施形態に従って検出器面で測定されたモアレ干渉縞（例として、１周期の縞が示されている）上に被写体の個々のスライスを投影する被写体走査の概略図を示す図である。 本願の実施形態に従って走査された被写体の各スライスの強度曲線を回収する画像構成機構の概略図を示す図である。 本願の実施形態に従ってモアレ干渉縞（左）に対する被写体ステッピング及び画像変換（右）の概略図を示す図である。 本願の実施形態による変調されたモアレ干渉縞に亘る被写体の相対ステッピングにより集められたデータから再構築された透過、暗視野及び位相差画像の一例を示す図である。 本願の実施形態に従って単独の（Ｇ１＋Ｇ２）タイル（又は干渉計）の視野を超える寸法で大きすぎる被写体を走査するためのタイル構成の１例を示す図である。 本願の実施形態に従って、被写体の一部の第一の走査は干渉計位置１で実施され、被写体の残りの部分の別の走査が干渉計位置２で行われる継ぎ合わせ構成の例を示す図である。 本願の実施形態に従って放射線位相差撮影システムを操作する方法を示す図である。

以下はその例が添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の記述である。可能な限り、同じ参照番号が、同じもの又は類似の物を指すのに全図面を通じて使われる。

例示のために、本発明の原理を主として典型的な実施形態を参考に記述する。しかし、普通の当業者は同じ原理が全てのタイプの放射線撮影配列、それらを使う各種の放射線撮影装置及び／又は方法において実施されうること、またそれらの変更は本発明の本当の精神からそれないことを容易に認めるであろう。更に、以下の記述において、参照が特定の典型的な実施形態を示す添付図面になされる。電気的、機械的、論理的及び構造上の変更が本発明の精神及び範囲から離れずに実施形態になされうる。更に、本発明の特長が幾つかの実施及び又は実施形態の一つのみに対して開示されるかもしれないが、そのような特徴は他の実行及び／又は実施形態の一つ以上の他の特徴と、望み通りに及び／又は何らかの与えられた又は識別できる機能に有利なように、組み合わせることができる。従って、以下の記述は限定された感じで取られるべきでなく、発明の範囲は添付された請求項と類似のもので規定される。

本発明の広い範囲を説明する数範囲及びパラメータは近似であるが、具体的実施例に記載された数値は可能な限り正確に報告されている。しかしながら、どの数値も各テスト測定に見いだされる標準偏差から必然的なあるエラーを本質的に含んでいる。更に、ここに開示されたすべての範囲は幾つかの及び全てのそこに含まれる小範囲を覆うと理解されるべきである。「第１」、「第２」等の言葉が使われる時は、いかなる序数又は優先関係を必ずしも表わさず、一つの要素や時間間隔を他からより明確に識別するために使われる。

格子型干渉計装置及び／又は方法のためにここで記載されたある典型的な実施形態は微分位相差撮影法に使うことができる。典型的な画像装置は標準的なＸ線源、ビーム成形装置（例えば、コリメータ）を含むビーム成形集合体と、それらの各面及び格子棒が互いに配列（例えば、平行）されるように位置した複数の格子（例えば、線源格子Ｇ０、位相格子Ｇ１、及び吸収格子Ｇ２）とを備える。好ましくは、Ｘ線検出器の空間配置は格子と整列させられる。ここに開示されたいくつかの典型的な実施形態は医療用、非破壊検査（ＮＤＴ）用、及び防護用（例えば、手荷物又は貨物走査）を含むがこれに限定されない用途の被写体の大視野（ＦＯＶ）（例えば、５０ミリメートル角より大きい）放射線撮影を提供することができる。ここに開示されたいくつかの典型的な実施形態は格子の相対位置が変わらない、例えば、三つの格子の中での位相ステッピング機構が起動されない入手技術を提供することができる。このように、幾つかの典型的な実施形態では、三つの格子（例えば、Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２が空間で互いに固定されうる）全部が固定されて被写体を横切って移動し、又は、Ｘ線検出器で（例えば、その面内で）変調された少なくとも１つのモアレ干渉縞の１周期に亘って、被写体が空間的に固定された格子の位置を横切って動く。典型的な実施形態においては、モアレパターンの周期は容易に１ミリよりも大きく、撮影ステップの大きさは数百ミクロンになり得る。このような移動は位相ステッピング技術に比べて非常により粗く、従って、他のタイプの線形移動ステージ、例えば（しかし、限定されない）リニアモータ、モータ付き送りねじ、又はステッパーモータが出願による実施形態に使用できる。更に、格子型干渉計装置及び又は方法のここの実施形態の温度変化に対する感度は問題にならないか診断撮影に大きく影響しない。

格子型干渉計装置及び／又は方法に対してここで記述された幾つかの典型的な実施形態は微分位相差撮影に使用できる。図１はＰＣＩモアレ干渉縞と撮影される被写体の相対変位を示す図である。図１に示すように、典型的な撮影装置及び／又は方法は、１）吸収、２）暗視野、及び３）微分位相の三つの画像を取り出すために、図１に示すように、Ｘ線検出器の面１２０内に形成されたモアレ干渉縞１１０の利点を利用することができる。モアレ干渉縞（例えば、図１に示されるｘ方向に）に垂直な方向における微分位相画像の積分は補完積分位相像を生ずる。被写体１３０の相対運動（例えば、ステッピング）はＸ線検出器の面１２０内で変調されたモアレ干渉縞Ｔ_{ｍｏｉｒｅ}の少なくとも１周期にわたって又はカバーして実施される。

図２は典型的な３格子位相差撮影システムの実施形態（例えば、放射線干渉計）の例の概略図を示す図である。三つの格子、即ち、吸収金棒を備える線源格子Ｇ０、シリコン棒を備える位相格子（又はビームスプリッタ）Ｇ１、及び吸収性金棒を備える解析格子Ｇ２が使える。格子は標準的なフォトリソグラフィを使ってシリコンウエハ上に作成され、その後、金（例えば、Ｇ０とＧ２）で溝を覆うか埋めるために電気メッキを行う。当業者には知られているように、Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２格子製造に他の材料を使うことができる。図２に示すように、ＤはＸ線検出器、Ｆは任意の追加のフィルタ、そして、Ｃはビーム成形装置又はコリメータであっても良い。これら三つの格子Ｇ０、Ｇ１及びＧ２の面と格子棒は互いに並行でもよい。線源格子Ｇ０は放射線源又はＸ線源（図示なし）の近くに配置される。第２格子Ｇ１と第３格子Ｇ２は、例えば、機械的に結合され、電気機械的に結合され、又は剛結合されて、その間に、一定の距離ｄを持ってよい。同様に、線源格子Ｇ０と干渉計（Ｇ１、Ｇ２、及びＤ）は結合されてその間に可変の、然し既知の又は一定の距離Ｌを持つように結合される。

干渉計のコントラストのために、十分な空間干渉性を提供できる個々に干渉性の線状線源の配列を作り出して、線源格子Ｇ０は大きな非干渉性のＸ線源の使用を可能にする。位相格子Ｇ１はビームスプリッタとして働いて、入射ビームを実質的に±１回折次数に分割する。これらの二つの±１に回折されたビームは干渉可能で、タルボットの自己結像効果によって格子Ｇ２の面内に周期的な干渉パターンを形成する。被写体がＸ線ビーム経路に挿入されると、モアレ干渉縞の位置は、被写体中でのＸ線回折により変化する。ミクロン範囲のモアレ干渉縞位置の変化は普通のＸ線検出器では検出されないので、解析格子Ｇ２は位相格子Ｇ１から特定のタルボット距離で配置されて、格子Ｇ２の直後に置かれたＸ線検出器Ｄの面内にモアレ干渉縞を形成する。

Ｘ線検出器の面内での強度変調を許す従来の位相ステッピング入手技術は一つの格子の他の格子（例えば、Ｇ２格子を位相格子Ｇ１に対してＸ軸に沿って前進させる）に対する移動（ステッピングの形で）を含む。Ｇ２格子Ｘ軸に沿って位相格子Ｇ１に対して前進させる結果、周期的なサイン又はコサイン強度曲線が各画素位置でＸ線検出器によって測定され、それが次の画像再構成を可能とする。

従来の位相ステッピング技術とは異なり、ここに記述される出願による典型的な実施形態はモアレ干渉縞の周期的構造を利用することができる別の入手技術を使用できる。本願の典型的な実施形態によると、格子とＸ線検出器は休止可能で空間で互いに固定されている、一方で、撮影される被写体は横断して動かされ（例えば、ｘ軸方向に横断して進められる）か又は逆である（例えば、被写体は静止で、空間で互いに固定された検出器を持った格子は被写体を横断して前進させられる）。モアレ干渉縞が作られるか観察される構成はここでは「離調」構成と呼ぶ。

ここでのいくつかの典型的な実施形態に関しては、離調システムは格子型干渉計システムと理解され、そこでは、解析格子のピッチｐ_２は意図的に解析格子の面内に形成される干渉パターンｐ_ｉｎｔの周期と等しくないように設定される。図３は位相差撮影システムの同調構成３１０と非同調構成３２０の典型的な概略図を示す図である。解析格子と干渉パターンは各々周波数ｆ_２＝１／ｐ_２とｆ_ｉｎｔ＝１／ｐ_ｉｎｔを持つコサイン波（又はサイン波）として近似される。検出器で検出される信号Ｉ_ｓは下記の式（３）であらわされる。
解析格子のピッチｐ_２＝２マイクロメータでの空間周波数は５００ｃｙｃ／ｍｍである。干渉パターンの同等の周波数で纏めると、２倍となる、例えば、ｆ_ｉｎｔ＋ｆ_２＝１０００ｃｙｃ／ｍｍとなる。間接電荷統合検出器のｆ_０の値は典型的には１と２ｃｙｃ／ｍｍの間である。従って、検出器は、普通、１０００ｃｙｃ／ｍｍでは信号を検出しない。唯一検出可能な信号は以下のようになるだろう。
同調位相差撮影システム（ｆ_ｉｎｔ＝ｆ_２）の場合は、信号は最大となる。そのような構成で、オープンフィールドを測定すると、検出器で検出される画像は均質な画像を生み出す。離調システムの場合は、検出器で検出される画像はコサインパターンを持つ。図４は同調ＰＣＩシステムによって取得された均質なオープンフィールド画像４１０の典型的画像と離調ＰＣＩシステムによって取得されたオープンフィールド画像４２０の干渉縞の典型的な画像を示す。

図５は同調構成のＰＣＩシステムに対して従来の位相ステッピング技術によって形成された典型的な強度曲線の例を示す図である。従来の位相ステッピング入手技術は位相格子Ｇ１（又は、三つの格子の一つの相対移動）に対する解析格子Ｇ２の異なる横方向位置ｘ_ｇ（例えば、ｘ軸に）での多重のＸ線曝射を必要とし、それによって図５に示すコサイン（又はサイン）型の強度曲線（例えば、プロット上の点５０５はデータポイントの例である）が形成される。各画素（ｉ、ｊ）に対して、そのような信号振動曲線（又は強度曲線）は以下のフーリエ級数で表わされる。
ここで、式（５）は被写体がある強度測定を表し、一方、式（６）は被写体が無い（又は、参照走査）を指す。フーリエ解析技術を適用すると、以下の画像が得られる。
１）透過画像
２）暗視野画像
３）微分位相差画像
４）積分位相差画像
被写体のこれらの４つの異なる画像は同じデータセットから導かれ、互いに相補的で被写体の多量の情報を提供でき、それは被写体の些細な部分の可視化を可能にする。

離調構成において、典型的な入手技術の実施形態は検出器の面における変調モアレパターンを利用できる。図６は、被写体と干渉計の間の相対運動の結果としてのＰＣＩモアレパターン上への被写体の投影の概略図を示す。図６に示すように、典型的な概略図における三角、円、及び四角形は被写体の異なる部分を示す。このように、ある典型的な実施形態は被写体と干渉計の間だけの相対運動を提供することができる。一つの実施形態において、格子Ｇ１、Ｇ２と検出器Ｄ（干渉計として示される）は一つの相対位置に固定できる、例えば、アームに固く結合される、そして、アームは（又は、干渉計）は静止被写体を横切って動かされる（前進されられる）。別の実施形態において、アーム（又は、干渉計）は静止であって、被写体が入射Ｘ線に垂直な面を横切って横方向に動かされる。更に、線源、ビーム成形装置、及びＧ０格子は静止であるか、干渉計のアームに結合されうる。被写体と固定されたＧ１、Ｇ２及びＤを持つアームが互いに相対的に動かされると、被写体のこれらの異なる部分（例えば、前記三角、円、及び四角形）は次の時刻に干渉縞の異なる横方向位置に個々に投影される。このように、全被写体の走査が終わると、三角、円及び四角等の被写体の各個々の部分は干渉縞の使用により異なる強度で数回（例えば、Ｎ＝８）測定されるのが好ましい。換言すると、個々の強度曲線（例えば、従来の位相ステッピング技術で入手された図５に示される物に似たもの）が典型的な形状（例えば、３殻、円、及び四角）の各々に対して形成される。図７は本願の一実施形態による干渉縞の使用による被写体（例えば、三角、円、及び四角）の個々のスライスに対する強度曲線形成の例を示す図である。前に述べたフーリエ変換による再構築技術は各強度曲線に適用出来てスライス毎に透過、暗視野、微分位相、及び積分位相画像を形成できる。次に、スライス画像は纏められるか継ぎ合わされて全被写体の画像を形成する。

検出器面に多数のモアレ干渉縞がある大視野構成の幾つかの典型的な実施形態において、一つの干渉縞によるスライス毎の画像継ぎ合わせ（例えば、図７に示される）と比べて、像シフト方法の方がより適切である。図８は、本出願の実施形態による画像再構成に用いられる画像入手とシフト変換の典型的な実施形態を概略的に示す。画像８５０（「生データ」と呼ばれる）は、全部の格子と検出器（例えば、干渉器）が静止状態にあり、被写体がステップｎｐ_ｘ／Ｍで干渉計を横断して（例えば、ｘ軸方向に）移動しながらデータが取集される例を示す。ここで、ｎは整数（１、２、３、_…）、ｐ_ｘは検出器の画素ピッチであり、Ｍは画像の拡大率（図８では、ｎは１である）である。上記したように、同じデータセットが全部の格子と検出器（例えば、及びＸ線管）を保持するアームが静止被写体を横断する実施形態を使って得られる。両運動は同じデジタルデータ、即ち、静止干渉縞と移動する被写体になり得る。図８に示される画像８６０（「変換データ」と呼ばれる）は徐々にｎｐ_ｘでオフセットされる。そのようなシフトは静止被写体の効果と静止被写体を横断して移動する干渉縞を作り出す。図８に示すように、ｎ及びＭに対しては、ｎ＝１であるが、他の値を使うことができる。例えば、ｎ＝２の場合、画像シフトの順番は、第一画像は同じ所に留まり、第２の画像は２画素だけシフトし、第３画像は４画素だけシフトするなどである。

いくつかの典型的な実施形態では、被写体走査の前又は後に参照画像を集めることができる、又は、参照画像が前もって記憶されそして呼び出される（例えば、参照テーブル（ＬＵＴ）又は類似の物）。一つの実施形態では、適切な再構築に使用できる多数の参照画像が少なくともサンプル（又は被写体）像の数と同じでありうる。例えば、被写体の走査中に集められた８個のサンプル画像があった場合、同じ数（例えば、８）の参照画像が被写体無しに入手されるのが好ましい。更に、全部の格子の位置が全ての参照（又は、オープンフィールド）画像で同じであっても良い。ここで、典型的な実施形態に記載されたように、生データは被写体の静止モアレパターンに対する被写体の動きを表すことができ、シフト変換は静止被写体を横断して動くモアレパターンとなる。例えば、もし８個の被写体走査に対して、ただ一つの参照画像が入手されたとすると、シフト変換は同じ参照画像の８個のコピー（例えば、シフトされた）を必要とする。再構築工程における参照画像のそのようなシフトされたコピーの使用はシフトされた参照画像のコピーにおけるノイズ相関によって引き起こされた全ての再構築画像（例えば、透過、暗視野、及び微分位相）において、ノイズの増加又は構造ノイズをもたらす。これが、典型的な実施形態において、多数の参照画像が再構築（例えば、シフトされた参照画像）に使われる参照画像の内で相関ノイズを減らすのに十分であるべき理由である。一つの実施形態において、そのような場合、相関ノイズが減らせるか除去できるので、参照画像の数は被写体画像の数以下であってはならない。

典型的な画像シフト変換は、画像スタック８６０等の画像スタック（又はデータ）になりうる。ここで、画像スタックに沿った各画素はコサイン（又はサイン）振動（例えば、図５に示す強度曲線）を経験する。そのような場合、前述のフーリエ再構築技術を、本願の実施形態に従って、透過、暗視野、微分位相差、及び積分位相画像の抽出に適用できる。

図９は離調構成を使って集められた大視野ＰＣＩ走査から再構築された透過、暗視野、及び微分位相差画像の例を示す図である。図９に示すように、被写体は約１２０ミクロンのステップで静止干渉計に対して移動させられた。被写体の拡大率Ｍ≒１．０５８の結果、１ステップ当たり約１２７ミクロンの投影変位となり、これは検出器のピッチと等しかった。図９に示された画像は例示の為であり、必ずしも、曝射、濾過、多くのステップなどの好ましい又は最適な撮影パラメータを使って入手されたのではない。

被写体が格子の視野より大きいか、超える場合、タイル構成の実施形態を図１０に示されるように使うことができる。しかし、タイルの数は図１０に示される数より少なくても多くても良い。典型的なタイル構成用の入手技術実施形態は、モアレ干渉縞の少なくとも１周期を超えて複数のタイルの各々に対する被写体の相対ステッピング（又は動き）を含むことができる。各タイルは、所定の距離又は最適な距離（例えば、タルボット距離）離れて硬く結合されたＧ１及びＧ２格子を持つことができる。更に、全てのタイルは同じＸ線管、ビーム成形装置、Ｇ０格子、及びＸ線検出器を共有出来る。しかし、複数のタイルの中で一つのタイルから別のタイルに進む時、モアレ干渉縞は空間（又は垂直に配列されて）で必ずしも合致する必要はない。例えば、一つの実施形態では、個々のタイルに対応する画像の各部分は他のタイルとは独立して再構築され、そして、次に、全体の画像が全ての再構築部分から繋ぎ合わされる。複数のタイルの中のモアレ干渉縞の周波数は可能な限り同じに近いことが好ましい。重要なことは、タイル間でのモアレ干渉縞の不揃いな周波数は再構築画像にアーチファクト（例えば、縦じま）を生じ、従って、そのような場合、強度曲線の点の数が異なり得る（例えば、図５参照）。

図１０に示される典型的なタイル構成実施形態はビームの発散によって一つ以上の側面（例えば、この場合、左右の側面）において、ビグネット効果に悩まされる可能性がある。ビグネット効果を減らすか避けるために、一つ以上のタイル（例えば、全て）を僅かに傾けるか僅かな屈曲を含んで、Ｘ線を垂直に入射させるか実質的にタイル面に垂直に入射させる。別の実施形態では、被写体の異なる位置に（例えば、部分）動かすことができる干渉計（又は、タイル）を一つだけ使ってビネガット効果を減らすか避けることができる。単一のタイルを使う被写体の多重撮影が図１１に示され、ここでは、一つの干渉計が被写体をまず、位置１で走査し、次に、被写体を、位置２で走査し、次に、被写体の画像が各部分（例えば、二つの部分）から繋ぎ合わされる。しかし、本願の実施形態はそのように限定されることを意図せず、例えば、典型的な継ぎ合わせは異なる又は縦方向に実施することも出来、二つ以上の走査位置（例えば、一つのタイルにたいして）持つことができる。

図１２は、本出願の実施形態に従って、放射線位相差撮影システムを操作する典型的な方法を示す図である。図１２に示すように、この方法は図８に示される放射線撮影装置実施形態を使って記述され、実行される。しかし、図１２の方法はそれによって限定されることを意図しない。

図１２に示されるように、システム操作は１）初期化部１２１０、２）システム構成調整部１２３０、３）入手部１２５０、及び４）画像処理と再構成部１２７０を備える。初期化部１２１０では、検出器が操作ブロック１２１２で初期化され（例えば、暖機）、そして、被写体が準備／取り扱い規則に従って準備される。この準備／取り扱い規定は被写体に依存し、操作ブロック１２１４の異なる被写体タイプ（例えば、空間に固定された軟骨又は圧縮された胸部）によって異なる。管球電圧等の放射線源の条件を含む望ましい撮影パラメータに依存して、ＰＣＩシステムの配置（例えば、構成）は構成調整１２３０部を使って調整される。図１２に示されるように、構成調整１２３０のための典型的なプロセスは、操作ブロック１２３２において、適切なＧ１格子を干渉計の中に移動させるか、位置づけさせ、操作ブロック１２３４において、格子Ｇ２とＤを公称の選択された（例えば、最適の）位置ｄ（例えば、タルボット距離）にセットし、操作ブロック１２３６において、Ｇ０とＧ１の間の距離Ｌを伸縮させ又は短くする、操作ブロック１２３８において、適切なｋＶｐとｍＡｓとをＸ線管制御機にロードする工程を備えることができる。しかしながら、典型的な構成調整１２３０には更なる又は若干の設定値が調整されるか又は含まれる。次に、操作ブロック１２１６で、放射線撮影システム及び／又は被写体が初期又は「ゼロ」位置に設定される。

図１２に示されるように、典型的な入手プロセス１２５０は、操作ブロック１２５２において、初期又は「ゼロ」位置で被写体を撮影する工程を備えることができる。次に、被写体と空間に固定されたＰＣＩ格子と検出器との相対運動が操作ブロック１２５４で実施され、そして、操作ブロック１２５４で各位置／ステップで画像が撮影される。全体で、システムはＮデータポイントを集めることができる。一つの実施形態において、Ｎデータポイントは操作ブロック１２５４、１２５６をＮ−１回繰り返して集められる。相対的な被写体―干渉計の変位はモアレ干渉縞の少なくとも１周期をカバーすべきである。次に、操作ブロック１２５８で、オープンフィールド又は参照画像が撮影される。一つの実施形態において、Ｎ個の参照画像が操作ブロック１２５８で入手される。もし継ぎ合わせ技術が使われるならば、例えば、被写体の大きさがシステム（操作ブロック１２６２、ＯＫ）の視野を超えるので、システムの干渉計部は他の位置に移動させられて被写体の一つ以上の前に走査されなかった部分をカバーし、前進―曝射の順が再度繰り返される（操作ブロック１２６４）。そのような動きは被写体全体が撮影されるまで繰り返される（操作ブロック１２６２、ＮＯ）。ビネゲッティング効果を避けるために、Ｘ線管、ビーム形成装置、及びＧ０格子は、干渉計が別の「継ぎ合わせ」位置に移動する毎に適切に傾けられる。適切な被写体及び参照画像が得られた時には、方法は画像処理１２７０に進む。典型的な画像処理工程１２７０は操作ブロック１２７２における画像変換工程、操作ブロック１２７４で変換された画像を処理する工程と、操作ブロック１２７６で加工された画像を表示又は記憶する工程を備えることができる。しかし、典型的な画像処理１２７０において、追加の又は若干の操作が調節され、又は含まれる。

ここの典型的な実施形態はＸ線吸収性の光伝導体と読み出し回路（例えば、直接検出器）を備える画素配列を使うデジタル放射線撮影パネルに適用できる。Ｘ線が光伝導体に吸収されるので、発光スクリーンを別途必要としない。

本記述及び実施例は人体又は他の被写体の放射線医療撮影に向けられているが、本出願の装置及び方法の実施形態は他の放射線撮影用途にも適用できることは注意すべきである。これは、放射線画像が得られ、撮影された被写体の特長を強調するための異なる処理を提供された非破壊検査（ＮＤＴ）などの応用を含む。

ここに記述された放射線撮影システム及び／又は方法の実施形態はその操作を遂行するための全てのコンピュータが読める媒体上の方法及びプログラム製品を考慮する。いくつかの典型的な実施形態は、従って、既存のコンピュータ処理装置を使うか、又は、この目的又は他の目的のために内蔵された特殊用途のコンピュータ処理装置又は配線で接続されたシステムによって実行される。

典型的な実施形態に一致して、電子メモリからアクセスされた画像データに実施する記憶された指令を備えたコンピュータプログラムが使われる。画像処理技術の当業者には評価できるように、ここのコンピュータプログラムを実行する実施形態は、パソコンやワークステイションのような適当な、汎用のコンピュータシステムによって利用される。しかし、コンピュータで繋がったプロセッサを含む多くの他のタイプのコンピュータシステムがコンピュータプログラムを実施する実施形態を実行するのに使われる。方法実施形態又は装置実施形態を実行するためのコンピュータプログラムは種々の既知のコンピュータが読み取れる記憶媒体（例えば、ディスク、テープ、固体電子記憶装置、又はコンピュータプログラムを記憶するのに使われる他の物理的装置又は媒体）に記憶されてよい。これらはインターネットや他の通信媒体よって、画像処理装置に直接又は間接的に接続される。当業者はこのようなコンピュータプログラム製品の相当品がハードウエアにおいても構成されうることを容易に認識できるだろう。コンピュータがアクセス可能な記憶装置又はメモリは揮発性でも、不揮発性でも、又は、揮発性と不揮発性のハイブリッド結合品でもよい。

本出願の実施形態を実行するコンピュータプログラム製品は、良く知られた種々の画像操作アルゴリズム及びプロセスを利用しても良いことは理解できるだろう。また、本出願の実施形態を実行するコンピュータプログラム製品が、実施にとって有用であるとここで具体的に示され又は記述されていないアルゴリズム又はプロセスを具体化しても良いことは理解できるであろう。そのようなアルゴリズム及びプロセスは通常の画像処理技術の範囲内の従来の効用を備えても良い。そのようなアルゴリズムとシステム、及び画像を作り出すかさもなくば処理する、又は本出願のコンピュータ製品実行実施形態と協力するハードウエア及び／又はソフトウエアの追加の態様はここでは具体的に示されず又は記述されず、技術分野で知られているアルゴリズム、システム、ハードウエア、部品及び素子から選ばれて良い。

本発明は一つ以上の実施に関連して例示されてきたが、修正及び／又は変更は、添付された請求項の精神及び範囲からそれることなく、例示実施例になされうる。「それらの少なくとも一つ」という言葉は記載された項目の１つ又は以上が選択できることを言うのに使われる。「約」という言葉は記載された値は、例示された実施形態に対してプロセス又は構造の不適合をもたらさない限り、若干変更されうることを示す。最後に、「典型的な」はこの記述は例として使われ、理想的であることを意味しない。本発明の他の実施形態は、ここに開示された発明の仕様書及び実行の考慮から当業者には明らかであろう。仕様書と実施例は単なる典型例と考えられことを意図している。本発明の範囲は添付の請求項で示され、同等の意味及び範囲内の全ての変更は本発明に包含される。

Claims (15)

1. 放射線撮影用のＸ線発生装置を提供する工程と、
   ビーム成形装置を提供する工程と、
   位相格子Ｇ１、と解析格子Ｇ２を備えるＸ線格子干渉計を提供する工程と、
   Ｘ線検出器を前記格子に整列させて配置する工程と、
   前記解析格子Ｇ２のピッチを、前記位相格子Ｇ１から所定距離にある前記位相格子Ｇ１によって作られた干渉パターンのピッチに対して、オフセットして繰り返し可能な干渉縞を作成する工程と、
   少なくとも１サイクルの前記干渉縞に対して被写体を動かしながら、５０ミリメートル角より大きい視野とＸ線源を使って前記被写体を繰り返し曝射して１組の画像データを作成する工程であって、ここで、前記Ｘ線検出器と前記格子Ｇ１とＧ２の相対位置は変わらない、工程と、
   前記Ｘ線検出器で複数の前記被写体の画像を撮影する工程と、を備える方法。
2. 前記１組の画像データを変換して、変換された画像データセットを作成する工程を更に備える、請求項１による方法。
3. 前記変換された画像データセットのセットと同じ数又はそれ以上の参照画像のセットを変換する工程と、
   前記変換された画像データセットと前記変換された参照画像を前記被写体の透過、暗視野、微分位相差、及び積分位相画像の少なくとも１つにフーリエ再構成する工程と、を更に備える、請求項２による方法。
4. 参照画像が被写体走査の前又は後に収集されることができ、又は、前記参照画像が被写体走査の前に記憶されることができる、請求項１による方法。
5. 前記ビーム成形装置はビーム限定装置と線源格子Ｇ０又は微小焦点Ｘ線源を備える、請求項１による方法。
6. 前記被写体を前記干渉縞の少なくとも１サイクルに対して動かす工程は被写体を前進させて、前記Ｘ線検出器の面内で、前記干渉縞の前記少なくとも１サイクルを通過させる工程を含む、請求項１による方法。
7. 前記繰り返し可能な干渉縞の周期は撮影ステップの大きさを前記Ｘ線検出器の画素ピッチ又は前記Ｘ線検出器の前記画素ピッチの数分の一より大きいか等しくするように設定される、請求項６による方法。
8. 前記干渉縞の少なくとも１サイクルに対して前記被写体を移動させる工程は、被写体をステップｎｐ_ｘ／Ｍ（ここで、ｎは整数（１、２、３、1/4）、ｐ_ｘは検出器の画素のピッチ、Ｍは画像の拡大率）で前記干渉計を横断して移動させながら、前記干渉計と前記Ｘ線検出器を互いに固定して保持する工程を備える、請求項１による方法。
9. 前記干渉縞の少なくとも１サイクルに対して前記被写体を移動させる工程は、ステップｎｐ_ｘ／Ｍ（ここで、ｎは整数（１、２、３、1/4）、ｐ_ｘは検出器の画素ピッチ及びＭは画像の拡大率）を使う、ことを特徴とする、請求項１による方法。
10. 前記Ｘ線源、前記ビーム成形装置、前記格子干渉計、及び前記検出器は移動アームに取り付けられてともに作動し、前記移動アームはエリアＸ線検出器のＸ個の連続位置を曝射して視野曝射して３Ｄ画像を構成するために使われる複数のＸ個の生画像を得、ここで、前記Ｘ個の連続位置の間の距離はｎｐ_ｘ／Ｍ（ここで、ｎは整数（１、２、３、1/4）、ｐ_ｘは検出器の画素ピッチ及びＭは画像の拡大率）である、請求項１による方法。
11. 干渉計のタイル構成は、被写体が各タイル干渉計の視野曝射よりも大きい場合放射線撮影に使われる、請求項１による方法。
12. 少なくとも１サイクルの前記干渉縞に対して被写体を動かしながらＸ線源を使って干渉計の視野よりも大きい前記被写体を前記繰り返し曝射して１組の画像データを作成する工程は、
    単一のＸ線格子干渉計を使って被写体の複数の撮影を実施する工程であって、ここで、干渉計はまず第１の位置で前記被写体を走査し、次に、第２の位置で、前記被写体の第２の走査をする、工程と、
    前記被写体の前記干渉計による第１走査と前記被写体の前記干渉計による第２走査から前記被写体の画像をつなぎ合わせる工程と、を備える、請求項１による方法。
13. 線源格子Ｇ０を備えるビーム成形装置、及び、位相格子Ｇ１と解析格子Ｇ２とエリアＸ線検出器とを備えるＸ線格子干渉計、を備えるデジタル放射線（ＤＲ）位相差撮影（ＰＣＩ）システムであって、
    前記位相格子Ｇ１によって作成される干渉パターンのピッチに対する前記解析格子Ｇ２のピッチと位置は前記解析格子Ｇ２の幅に亘って繰り返し干渉縞を作り出し、また、前記位相格子Ｇ１、前記エリアＸ線検出器と前記解析格子Ｇ２の相対位置はＤＲ ＰＣＩシステムの撮影領域の画像走査の間変化せず、
    前記走査の間、前記撮影領域が前記繰り返し干渉縞に対して移動するように構成され、前記Ｘ線検出器は複数の前記撮影領域の画像を作り出すように構成される、デジタル放射線（ＤＲ）位相差撮影（ＰＣＩ）システム。
14. 前記撮影領域の前記画像走査の間、前記撮影領域を前記繰り返し干渉縞に対して動かしながら、Ｘ線源を使って前記撮影領域を繰り返し曝射して１組の画像データを生成する工程を備える、請求項１３のシステム。
15. 画像データのセットが移されて変換された画像データセットを形成し、前記繰り返し干渉縞が静止状態に保持された前記撮影領域を横断して移動し、少なくとも変換された前記画像データセットと同じ数の前記変換された画像データセットと前記生成された複数の画像のセットがフーリエ再構成されて被写体の透過、暗視野、微分位相差、及び積分位相画像の少なくとも１つを抽出する工程を備える、請求項１４のシステム。