JP2020529614A - 位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのための装置に関する。装置１は、可動格子１０と、ガイド素子１１と、リストア素子１２と、ロック素子１３とを有する。ガイド素子１１は、可動格子１０を第１の位置２と第２の位置３との間でガイドするように構成される。リストア素子１２は、可動格子１０に力を印加するように構成される。力は、第１の位置２から第２の位置３のほうを向く。ロック素子１３は、可動格子１０を第１の位置２に解放可能にロックするように構成される。一例において、可動格子１０が平衡に戻る運動の最中、デコーダ１１ａは、ガイド素子１１に沿った可動格子１０の位置に関して、少なくとも２＊Ｐｉの期間にわたって少なくとも４つの測定フレームをトリガすることができる。本発明は、位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのための装置１を提供し、装置１は、大幅な遅延のない高速画像取得を提供し、位置の不正確さを低減し、バックラッシュを回避する。

Description

本発明は、位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのための装置及び方法に関する。

位相ステッッピングは、タルボ・ロー干渉法を利用する既存のほとんどの微分位相コントラスト装置において必要である。ステッピングは通常、ステッピングによって誘導される視野内のさまざまなロケーションでの強度の変化を検知するＸ線検出器の読み出しと同期して、タルボ・ロー干渉計の３つの格子のうちの任意のものを、他の２つ格子に対してアクティベートするアクチュエータによって実現される。

アクティベーションは、格子の位置シフトにつながる。格子のシフト後、Ｘ線検出器が読み出しされる。従って、オペレータは、シフト前とシフト後に読み取り値を取得する。他の例は、干渉ダイナミック格子イメージング方法、回折格子及びイメージング装置を示す米国特許出願公開第2015/0294749A1号に記載されている。干渉ダイナミック格子は、その周期性が変化するように、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）によって作動される。ダイナミック格子の可動部分は、格子の２つの側面にあるバネによって、格子の移動方向において固定されている。格子の側面上の櫛（comb）駆動手段は、格子の、所望の方向における変化を可能にする。櫛駆動手段は、圧電駆動又は静電駆動されることができる。

上記の装置の既知の欠点は、アクチュエータが新しい位置に定まるまでにかかる可能性のある時間に関して、各位相ステップのＸ線読み出しをトリガする前に必要とされる遅延を含む。更に、位置の不正確さ、バックラッシュなどが発生しうる。

従って、大きな遅延のない高速画像取得を提供し、位置の不正確さを低減し、バックラッシュを回避する、位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのための装置を提供する必要がありうる。

本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決される。他の実施形態は、従属請求項に組み込まれる。本発明の以下に説明する態様は、方法にも適用されることに留意されたい。

本発明によれば、位相コントラスト画像取得における位相ステッッピングのための装置は、可動格子と、ガイド素子と、リストア素子と、ロック素子と、を有し、ガイド素子は、可動格子を、第１の位置と第２の位置との間でガイドするように構成され、リストア素子は、可動格子に力を印加するように構成され、前記力は、第１の位置から第２の位置に方向付けられ、ロック素子は、可動格子を第１の位置に解放可能にロックするように構成される。

可動格子は、ガイド素子に移動可能に取り付けられている。可動格子が第１の位置にあるとき、リストア素子は可動格子に力を印加し、可動格子を第２の位置の方向に移動させる。更に、ロック素子は、可動格子を第１の位置に解放可能にロックすることができる。これは、可動格子が第１の位置に配置され、ロック素子によってロックされることを意味する。第１の位置において、リストア素子は可動格子に力を印加し、可動格子を第２の位置に押し込む。従って、ロック素子のロックを解除した後、つまりロック素子から可動格子を解放した後、リストア素子は、可動格子を第２の位置に向けて移動させる。従って、可動格子及びリストア素子は、自由振動システムを規定することができる。これは、可動格子がガイド素子に沿って振動運動を実施することができることを意味する。

可動格子は、ガイド素子に沿って自由な動きを実施するので、本発明は、可動格子の位相ステッピング運動を行うためのアクチュエータを必要としない。リストア素子のみで可動格子を移動させることにより、本発明は、検出器が可動格子の位置付けプロセスの終了を待つ必要がないため、著しい遅延のない高速画像取得を提供する。従って、第１の実施形態において、可動格子がロック素子から解放された後、検出器は直ちに測定を開始することができる。第２の代替実施形態において、検出器は、可動格子の解放中の測定を回避するために或る遅延時間後に測定を開始することができる。

可動格子の位置は動的であるが、可動格子の質量とリストア素子により印加される力を考慮することによって決定されることができる。更に、ガイド素子に沿った可動格子の既知の自由な動きにより、位置の不正確さが減少し、バックラッシュが回避される。

一例によれば、装置は位置デコーダを有し、位置デコーダは、ガイド素子に沿った可動格子の位置を検出し、可動格子がガイド素子に沿って所定位置を通過した場合に検出器にトリガ信号を発するように構成される。

位置デコーダは、振動プロセスの間、可動格子の位置を追跡することができる。従って、第１の位置と第２の位置との間の可動格子の正確な位置は知られる。これにより、読み出しは常に、正確に同じロケーションでトリガされ、データの再現性及び精度を向上させる。デコーダ信号は検出器の読み出しをトリガし、Ｘ線管放出が連続していない場合にＸ線管放出をトリガすることができる。

別の例において、可動格子は、第１の位置から始まって第２の位置に向かう自由振動を実施する。振動は、運動方程式、

によって記述されることができ、ここで、Ｘは、稼動格子の線形位置であり、ｔは時間であり、ωが角周波数であり、ω２＝Ｋ／Ｍであり、ｋはばね定数であり、ｍはバネ質量であり、γ＝ｄ／２であり、ｄは減衰定数である。自由振動の場合、減衰定数はゼロである。自由振動の運動方程式の解は、
ｘ（ｔ）＝Ｘ_０ｃｏｓωｔ

減衰振動の場合、運動方程式の解は、

によって与えられ、ここで、ｃ_１及びｃ_２は、初期条件によって決定される複素定数である。

一例によれば、可動格子が第２の位置に到達すると、リストア素子によって可動格子に印加される力はゼロになる。リストア素子は、第２の位置にある可動格子に力を印加しない。可動格子が第２の位置を離れる間、リストア素子は、可動格子を第２の位置に向けて押しやることを再び始める。

別の例において、可動格子は、第２の位置に到達すると、第３の位置に進み、第３の位置では、リストア素子は、可動格子を第２の位置に向けて押し戻す。それにより、第２の位置は、第１の位置と第３の位置との間に配置される。従って、可動格子は、第２の位置を中心に振動することができ、第１の位置及び第３の位置は、振動の最大値を規定する。

別の例において、第１の位置は、余弦又は余弦のような動きの最大値であり、第２の位置は、余弦のような動きのゼロ点である。リストア素子は、第１の位置にある可動格子に最大の力を印加する。

別の例によれば、可動格子は、第１の位置と第２の位置の間で連続的な移動を行うように構成されている。

別の例によれば、装置は更に減衰素子を有し、減衰素子は、第１の位置から第２の位置までの可動格子の運動を減衰するように構成される。運動方程式の観点から、減衰素子は、ゼロ以外の減衰定数ｄを提供する。

別の例において、可動格子、リストア素子、及び減衰素子が、減衰オシレータシステムを規定する。

一例において、減衰素子は、可動格子に摩擦力を与える。これは、可動格子がガイド素子に沿って移動する場合、減衰素子が、可動格子に摩擦力を与えて、運動速度を低下させることを意味する。

一例によれば、減衰素子は、可動格子に、制御可能な減衰を与える。

一例において、減衰素子は、回折格子の運動を、不足減衰（アンダーダンピング）、臨界減衰（クリティカルダンピング）、又は過減衰（オーバーダンピング）させることができる。不足減衰の場合の減衰定数は、０＜γ＜ωであり、臨界減衰の場合の減衰定数は、γ＝ωであり、過減衰の場合の減衰定数はγ＞ωである。

一例によると、減衰素子は、可動格子の運動に少なくとも臨界減衰を与える。これは、減衰素子が、臨界減衰及び／又は過減衰を行うことができることを意味する。

一例によれば、装置は更に変位ユニットを有し、変位ユニットは、可動格子を第１の位置に移動させるように構成される。別の例において、変位ユニットは、可動格子を、第２の位置から第１の位置に移動させることができる。

別の例において、変位ユニットを使用して、可動格子を第１の位置に移動させることにより、位相ステッププロセスを開始することができる。変位ユニットが、可動格子を第１の位置に移動させた後、ロック素子が、可動格子を第１の位置にロックすることができる。変位ユニットは、リストア素子よりも大きな力を可動格子に印加する。更に、変位ユニットの力は、リストア素子によって印加される力とは反対方向を向く。別の実施形態において、変位ユニットを可動格子に取り付けるとき、リストア素子は、可動格子から分離することができる。可動格子が第１の位置に到達すると、ロック素子が第１の位置において可動格子をロックしてリストアユニットが可動格子に取り付けられた後、変位ユニットは、可動格子から分離することができる。

本発明によれば、位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのためのシステムは、位相コントラスト画像取得装置と、先行する請求項の１つに記載の装置であって、位相コントラスト画像取得装置が放射源を有する、装置と、少なくとも１つの非可動格子と、を有し、放射源は、少なくとも１つの非可動格子及び可動格子まで延びる光路の開始を規定し、可動格子の第１の位置から第２の位置への移動は、少なくとも１つの非可動格子に対して可動格子をシフトさせる。

このシステムは、可動格子を、放射源及び固定格子に対して自由振動運動で動かすことにより、位相ステッピングを適用する簡単な方法を提供する。一実施形態において、可動格子は、複数の格子構造を有し、それらの格子構造に対して垂直に移動することができ、すなわち、ガイド素子は、格子構造に対して垂直に可動格子を移動させる。別の実施形態において、可動格子は、格子構造に対して非平行に移動することができ、これは、可動格子の移動方向と格子構造方向との間の少なくとも１つの角度が９０°より小さいが、垂直方向の運動成分をなお有することを意味する。

一例において、位相コントラスト画像取得装置は、２つの非可動格子を有する。

別の例によれば、位相コントラスト画像取得装置は検出器を有し、検出器は、フォトダイオードアレイ及びシンチレータを有し、フォトダイオードアレイは、シンチレータと対応付けられ、検出器は、光路の端部に配置され、検出器は、第１の位置と第２の位置との間の可動格子の移動中に少なくとも４回フォトダイオードアレイを完全に読み出すように構成される。

別の例において、検出器は、Ｘ線放射線を測定信号に直接変換する２Ｄ検出器でありうる。

別の例において、検出器は、可動格子に対して固定されている。

別の例において、スキャントリガの際又はスキャントリガの少し前に、可動格子は、解放され、自由振動、減衰振動又は非減衰振動を受け、その間、干渉位相関係は、明確に規定されるやり方で連続的に変化する。

検出器は、可動格子の特別な位置を待つ必要がないので、検出器は、すぐに測定を開始することができる。次に、位相関係が１フレーム時間中に感知できるほど変化しないように、振動時定数が、フレーム持続時間に対して好適に選択される。検出器は、可動格子が第１の位置から第２の位置に移動する間に複数の測定を実施する。

本発明によれば、位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのための方法は、ａ）ロック素子により、第１の位置に可動素子をロックするステップであって、可動格子は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能である、ステップと、ｂ）リストア素子により、可動格子に力を印加するステップであって、力は、第１の位置から第２の位置に向けられる、ステップと、ｃ）ロック素子をロック解除して、力が第２の位置に可動格子を移動させるステップと、を有し、ステップｂ）は、ステップａ）と同時に及び／又はステップａ）の後に実施されることができる。一例によれば、この方法は、ｄ）可動格子を通過するＸ線放射線が当たる検出器を読み出すステップを更に有する。

一例において、可動格子と少なくとも１つの固定格子は、それぞれ異なるピッチを有する。

別の例において、可動格子は、少なくとも１つの固定格子よりも大きなピッチを有する。

更に、本発明によれば、上記の記述による装置を制御するためのコンピュータプログラム要素は、処理ユニットによって実行される際、上述の方法ステップを実施するように適応される。上記の記述によるプログラム要素を記憶したコンピュータ可読媒体が提示される。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかになり、それらに関して説明される。

本発明の例示的な実施形態は、添付の図面に関して説明される。

それぞれ異なる位置にある可動格子を有する装置を示す概略図。 それぞれ異なる位置にある可動格子を有する装置を示す概略図。 それぞれ異なる位置にある可動格子を有する装置を示す概略図。 それぞれ異なる位置にある可動格子を有する装置を示す概略図。 ガイド素子のさまざまな実施形態を示す概略図。 ガイド素子のさまざまな実施形態を示す概略図。 システムを示す概略図 可動格子の非減衰運動（ａ）を示す概略図。 可動格子の減衰運動（ｂ）を示す概略図。 可動格子の減衰運動（ｃ）を示す概略図。 可動格子の減衰運動（ｄ）を示す概略図。 この方法の概略的なフローチャート。

位相コントラスト画像取得における位相ステッピングの装置はその全体が、図１ａ−図１ｄに示すように、参照番号１で参照されている。装置１は、可動格子１０、ガイド素子１１、リストア素子１２、ロック素子１３、減衰素子１４、及び変位ユニット１５を有する。

可動格子１０は、ガイド素子１１上に配置されており、ガイド素子１１は、図１ａに示される第１の位置２から図１ｂに示される第２の位置３まで可動格子１０をガイドする。例示的な実施形態において、ガイド素子１１は、可動格子１０がガイドされるガイドレールであってもよい。別の例示的な実施形態において、ガイド素子１１は、ガイドエッジ（図示せず）であってもよく、それに沿って可動格子１０は第１の位置２から第２の位置３にガイドされる。

リストア素子１２が、可動格子１０に取り付けられている。リストア素子１２は、可動格子１０に対し不動である素子２６への接続も有することができる。例示的な実施形態において、リストア素子１２は、機械ばね１４であってもよい。別の例示的な実施形態において、リストア素子１２は、電気又は電磁振動素子でありえ、又は他の例示的な実施形態においては油圧振動素子でありうる。可動格子１０が第１の位置２にあるとき、リストア素子１２は、可動格子１０に力を印加する。リストア素子１２が第１の位置２の可動格子１０に印加する力は、可動格子１０が第２の位置３に移動されるように方向付けられる。

第２の位置３において、リストア素子１２は可動格子１０に力を印加しない。従って、第２の位置３におけるリストア素子１２の力はゼロである。可動格子１０に対するリストア素子１２の力は、第１の位置２から第２の位置３の間で減少する。従って、可動格子１０が第２の位置３から移動される場合、リストア素子１２は、可動格子１０にリストア（復元）力を印加する。更に、可動格子１０及びリストア素子１２は、自由振動システム１４を規定する。可動格子１０を移動させる唯一の力は、リストア素子１２から生じる。

第１の位置２と第２の位置３との間の距離は、少なくとも可動格子１０のピッチに及ぶ。具体的には、距離は、この長さの数倍でありうる。これは、位相ステッピングの少なくとも０から２＊Ｐｉの角度範囲をカバーすることができる。

ロック素子１３は、可動格子１０の位置を第１の位置２にロックするように構成される。これは、可動格子１０が第１の位置２にある場合、可動格子１０が第１の位置２から離れることができないようにロック素子１３を作動させることができることを意味する。この状態において、リストア素子１２は、第１の位置２から第２の位置３に向けられる力を可動格子１０になお印加することができる。しかし、ロック素子１３は可動格子１０を第１の位置２にロックするので、可動格子１０は、ロック素子１３によってロックされている場合は移動しない。

ロック素子１３は、可動格子１０に解除可能なロックを適用するように構成されている。これは、ロック素子１３がロック解除されることにより可動格子１０がロック素子１３から解放されることができることを意味する。ロック素子１３が可動格子１０を解放する場合、リストア素子１２によって可動格子１０に印加される力は、可動格子１０を第１の位置２から第２の位置３に移動させる。

ロック素子１３は、可動格子１０に対して動かない素子に接続される。図１ａ−図１ｄによれば、これは素子２６でありうる。可動格子１０が第１の位置２にくると、ロック素子１３は、クランプ又は形状フィットの方式で可動格子１０に接続することができる。例示的な実施形態において、ロック素子１３は、例えば、可動格子１０上の対応する凹部に接続することができるピンを有することができる。別の例示的な実施形態において、ロック素子は電磁石を有することができ、可動格子は永久磁石を有することができる。電磁石のスイッチがオンになっており、電磁石と永久磁石が隣り合うように配置される場合、ロックが実行される。

別の例示的な実施形態（図示せず）において、ロック素子１３は、ガイド素子１１上に配置されることができる。この場合、ロック素子１３は、ガイド素子１１に対し動かないように、ガイド素子１１にしっかりと接続される。ロック素子１３は、例えば、可動格子１０をクランプ留めすることができる。別の例において、ロック素子１３は、形状フィット方式で可動格子１０の動きを阻止することができ、例えば、ロック素子１３は、ガイド素子１１上の可動格子１０を阻止することができる。

減衰素子１４は、それがガイド素子１１に沿って移動する際、可動格子１０の運動を減衰させる。従って、可動格子１０、リストア素子１２、及び減衰素子１４の組み合わせは、減衰振動システム１４を規定する。例示的な実施形態において、減衰素子１４は、図１ａ−図１ｄに示すように、リストア素子１２によって加えられる力とは反対方向の力を可動格子１０に強いることができる。一例において、減衰素子１４は、リストア素子１２に組み込まれることができる。別の例示的な実施形態において、可動格子１０がガイド素子１１に沿って移動するとき、減衰素子１４は、可動格子１０に摩擦力を与える。ガイド素子１１の２つの更なる例示的な実施形態は、図２ａ及び図２ｂに示されている。

別の例示的な実施形態（図示せず）において、減衰素子１４は、永久磁石又は電磁石でありえ、可動格子は、導体を有することができ、又はその逆もありうる。導体には渦電流が誘導されるので、減衰が、導体と磁石の相対運動から生じる。

減衰素子１４によって与えられる減衰は、位相サンプリングが可能な限り滑らかで均一になるように選択されることができる。

図２ａは、ガイドレールとして形成されているガイド素子１１を示している。減衰素子１４は、ガイド素子１１の底部に配置されている。可動格子１０は、ガイドレールに沿って滑っている間、可動格子１０に摩擦力を与える減衰素子１４に接触することができる。

図２ｂにおいて、減衰素子１４は、可動格子１０と接触するガイド素子１１の内側側面に配置される。可動格子１０がガイドレールに沿って移動する間、減衰素子１４は、リストア素子１２によって印加される力と反対方向の力を与える。

可動格子１０の減衰振動に関して、減衰素子１４により与えられる減衰ｄがゼロである場合、可動格子１０の運動は自由振動となる。

自由振動する可動格子１０の運動を示す図が、図４ａに示されている。この場合の可動格子１０の運動は、余弦関数２７に従う。余弦関数の開始点は、第１の位置２である。可動格子１０の運動は、可動格子１０を第２の位置３に移動させ、更に第３の位置４に移動させる。

位相コントラスト画像取得の位相ステップされた測定は、バー２９によって３４で示される余弦関数２７の線形部分に適用されることができる。この部分において、余弦関数２７は線形関数に近い。

減衰素子１４によって与えられる減衰は更に、不足減衰、臨界減衰、又は過減衰でありうる。自由振動（図４ａ）及び図４ｄに示される不足減衰の場合、可動格子１０の運動は、第１の位置２から第２の位置３に移り、更に図１ｃに示されるように第３の位置４のほうに向けられる。第３の位置４において、リストア素子１２は、第２の位置３に向けた力を可動格子１０に印加する。従って、可動格子１０は、第２の位置３を中心に振動する。

不足減衰の場合、可動格子１０が第２の位置３から移動する距離は、可動格子１０が第２の位置３でその運動を停止するまで、第２の位置３を通過するたびに指数関数的に減少する。図４ｃに示される臨界減衰の場合、可動格子１０は第１の位置２から第２の位置３に移動し、その後第２の位置３に留まる。これは、可動格子１０が第２の位置３に向かう途中で指数関数的に減衰して減速し、第２の位置３に到達すると停止することを意味する。

過減衰の場合、可動格子は、臨界減衰の場合よりも第１の位置２から第２の位置３にゆっくり移動し、第２の位置３で停止する。

過減衰の場合の例を図４ｂに示す。移動経路２８は、第１の位置２から始まり、第２の位置３に向かう。第２の位置３に近づくとき、可動格子１０が第２の位置３に到達したときに停止するまで、可動格子１０は運動する。

可動格子１０が第２の位置３で停止すると、変位ユニット１５が、可動格子１０を第２の位置３から第１の位置２に変位させる。変位ユニット１５による可動格子１０の変位の開始は、図１ｄに示されている。変位ユニット１５は、リストア素子１２として可動格子１０に一層強い力を印加することができ、変位ユニット１５の力は、リストア素子１２の力とは反対を向く。変位ユニット１５が可動格子１０を第１の位置２に移動させた後、ロック素子１３は、可動格子１０を第１の位置２にロックする。ロック素子１３が可動格子をロックした後、変位ユニット１５は、可動格子１０への力の印加を停止する。例示的な実施形態において、可動格子１０が第１の位置２に到達した後、変位ユニット１５は、可動格子１０から分離されることができる。更なる例示的な実施形態において、ロック素子１３が可動格子１０を第１の位置２にロックする場合、変位ユニット１５は可動格子１０から取り外されてもよい。

例示的な実施形態において、装置１の構成要素は、ベースプレート２４上に配置することができる。しかしながら、それらはまた、他の例示的な実施形態における更なるオブジェクト、例えばフレームに配置されてもよい。

図３を参照すると、位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのためのシステム５が記載されている。システム５は、装置１と位相コントラスト画像取得装置１６とを有する。位相コントラスト画像取得装置１６は、放射線源１７、少なくとも１つの非可動格子１８、フォトダイオードアレイ２０を含む検出器１９、シンチレータ２０ａ、及び処理ユニット２２を有する。フォトダイオードアレイ２０は、シンチレータ２０ａと対応付けられる。

一例において、位相コントラスト画像取得装置１６は、マンモグラフィ装置、Ｘ線診断装置、ＩＧＴ装置、又はＣＴ装置でありうる。更に、位相コントラスト画像取得装置１６は、材料及び／又は食品検査、並びに非破壊検査又は歯科イメージングに使用されることもできる。従って、非可動格子１８及び可動格子１０は、Ｘ線回折格子でありえ、放射線源１７はＸ線放射線源でありうる。

放射線源１７は、放射線源１７から検出器１９までの光路６の開始点を規定する。一例において、光路６は、タルボ・ロー干渉計の干渉光路である。可動格子１０は、Ｇ０、Ｇ１、又はＧ２格子のうちの１つであり、残りの格子は非可動格子１８である。装置１の非可動格子１８及び可動格子１０は、光路６に沿って位置付けられる。第１の位置２から第２の位置３への可動格子１０の遷移は、格子構造１０ａに対して非平行である可動格子１０の運動を規定する。例示的な実施形態において、可動格子１０の運動方向は、光路６に垂直である。

Ｘ線は、放射線源１７から始まる。それらは、非可動格子１８と可動格子１０を通過する。次に、Ｘ線は、シンチレータ２０ａによって可視光に変換されうる。次に、変換された可視光は、フォトダイオードアレイ２０によって検出される。検出器１９は、可動格子１０が第１の位置２と第２の位置３との間を移動する間、フォトダイオードアレイ２０を少なくとも４回完全に読み出す。例示的な実施形態において、検出器１９は、フォトダイオードアレイ２０を少なくとも４回から１６回、好適には８回読み出す。第１の位置２と第２の位置３との間の可動格子１０の位置は、既知の運動変数、すなわち、減衰の量、リストア素子１２の力の強さ、すなわち、リストア素子１２の弾性係数、及び可動格子１０の質量により、知られる。別の例示的な実施形態において、デコーダ１１ａは、ガイド素子１１に沿った可動格子１０の位置を決定する。デコーダ１１ａは、検出器１９をトリガしてフォトダイオードアレイ２０を読み出すことができる。デコーダ１１ａは、可動格子１０が第１の位置２から第２の位置３に移動する間、可動格子１０の図４ａに示される少なくとも４つの予め決められた位置２９−３４において、検出器１９をトリガしうる。従って、位相コントラスト画像は、フォトダイオードアレイ２０の読み出しによって決定されることができる。

処理ユニット２２は、ロック素子１３、変位ユニット１５、及び検出器１９を制御することができる。従って、処理ユニット２２は、可動格子１０を第２の位置３から第１の位置２に変位させるために変位ユニット１５に信号を提供する。更に、処理ユニット２２は、ロック素子１３が可動格子１０を第１の位置２にロックするように、ロック素子１３に信号を提供してもよい。処理ユニットは更に、可動格子１０がロック素子１３から解放され第１の位置２から第２の位置３に移動できるように、ロック素子１３をロック解除する信号をロック素子１３に更に提供しうる。更に、処理ユニット２２は、フォトダイオードアレイ２０の読み出しを開始する信号を検出器１９に提供することができる。

図５は、位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのための方法１００のフローチャートを示す。

方法１００は、変位ユニットにより、可動格子を第１の位置に移動させること（１０５）から始まる。変位ユニット１５は、可動格子１０が第２の位置３で停止するとき、可動格子１０を第２の位置３から第１の位置２に変位させる。変位ユニット１５による可動格子１０の変位の開始が、図１ｄに示されている。変位ユニット１５は、リストア素子１２として可動格子１０に強い力を印加することができ、変位ユニット１５の力は、リストア素子１２の力とは反対方向を向く。変位ユニット１５が可動格子１０を第１の位置２に移動させた後、ロック素子１３が、可動格子１０を第１の位置２にロックする。ロック素子１３が可動格子をロックした後、変位ユニット１５は、可動格子１０への力の印加を止める。例示的な実施形態において、変位ユニット１５は、可動格子１０から取り外されることができる。

可動格子は、ロック素子により、第１の位置にロックされ（１０１）、可動格子は、第１の位置と第２の位置の間を移動できる。ロック素子１３は、可動格子１０の位置を、第１の位置２にロックするように構成される。これは、可動格子１０が第１の位置２にある場合、可動格子１０が第１の位置２から離れることができないようにロック素子１３が作動されることができることを意味する。この状態において、リストア素子１２は、第１の位置２から第２の位置３のほうを向く力を可動格子１０に印加することができる。しかし、ロック素子１３が、可動格子１０を第１の位置２にロックするので、ロック素子１３によってロックされている場合、可動格子１０は移動しない。

ロック素子１３は、可動グレーティング１０に解除可能なロックを適用するように構成されている。これは、可動格子１０がロック素子１３から解放されるように、ロック素子１３をロック解除することができることを意味する。ロック素子１３が可動格子１０を解放する場合、リストア素子１２によって可動格子１０に印加さられる力は、可動格子１０を第１の位置２から第２の位置３に移動させる。

ロック素子１３は、可動格子１０に対して動かない素子に接続されている。図１ａ−図１ｄにおいて、これは素子２６でありうる。可動格子１０が第１の位置２にくると、ロック素子１３は、クランプ又は形状フィット方式で可動格子１０に接続することができる。ロック素子１３は、例えば、可動格子１０上の対応する凹部に接続することができるピンを有することができる。別の例示的な実施形態において、ロック素子は電磁石を有してもよく、可動格子は永久磁石を有することができる。電磁石がスイッチオンされていて、電磁石と永久磁石が隣り合って配置されている場合、ロックが実行される。

別の例示的な実施形態（図示せず）において、ロック素子１３はガイド素子１１上に配置されることができる。この場合、ロック素子１３は、ガイド素子１１に対して動かないように、ガイド素子１１にしっかりと接続される。次いで、ロック素子１３は、例えば、可動格子１０をクランプすることができる。別の例において、ロック素子１３は、形状フィット方式で可動格子１０の運動を阻止することができ、例えば、ロック素子１３は、ガイド素子１１上の可動格子１０を阻止することができる。

ステップ１０２において、リストア素子により可動格子に力が印加され、力は、第１の位置から第２の位置のほうに向く。リストア素子１２は、可動格子１０に取り付けられる。リストア素子１２は、可動格子１０に対して動かない素子２６への接続を有することができる。例示的な実施形態において、リストア素子１２は機械ばね１４でありうる。別の例示的な実施形態において、リストア素子１２は、電気又は電磁振動素子、又は他の例示的な実施形態において、油圧振動素子でありうる。可動格子１０が第１の位置２にあるとき、リストア素子１２は、可動格子１０に力を印加する。リストア素子１２が第１の位置２の可動格子１０に印加する力は、可動格子１０が第２の位置３に移動するように方向付けられる。

第２の位置３において、リストア素子１２は、可動格子１０に力を印加しない。従って、第２の位置３におけるリストア素子１２の力はゼロである。可動格子１０に対するリストア素子１２の力は、第１の位置２と第２の位置３との間で減少する。従って、可動格子１０が、第２の位置３から離れる場合、リストア素子１２は、可動格子１０にリストア力を印加する。更に、可動格子１０及びリストア素子１２は、自由振動システム１４を規定する。可動格子１０を動かす唯一の力は、リストア素子１２から生じる。

第１の位置２と第２の位置３との間の距離は、少なくとも可動格子１０のピッチに及ぶ。特に、距離はこの長さの数倍になる。これにより、位相ステッピングのために少なくとも０乃至２＊Ｐｉの角度範囲全体をカバーすることができる。

ステップ１０２において印加される力は、可動格子を第１の位置に移動させ、可動格子を第１の位置にロックする際にすでに印加されることができる。ステップ１０３において、ロック素子がロック解除されて、リストア素子１２の力が可動格子１０を第２の位置に移動させる。

ステップ１０４において、第１の位置から第２の位置への可動格子の運動は、減衰素子により減衰される。減衰素子１４は、ガイド素子１１に沿って移動するときに可動格子１０の運動を減衰させる。従って、可動格子１０、リストア素子１２、及び減衰素子１４の組み合わせは、減衰振動システム１４を規定する。例示的な実施形態において、減衰素子１４は、図１ａ−図１ｄに示すように、リストア素子１２によって加えられる力と反対方向の力を可動格子１０に与えることができる。一例において、減衰素子１４は、リストア素子１２に組み込まれることができる。別の例示的な実施形態において、可動格子１０がガイド素子１１に沿って移動するとき、減衰素子１４は、可動格子１０に摩擦力を与える。ガイド素子１１の２つの他の例示的な実施形態が、図２ａ及び２ｂに示されている。

別の例示的な実施形態（図示せず）において、減衰素子１４は、永久磁石又は電磁石であってもよく、可動格子は導体を有することができ、又はその逆であってもよい。導体には渦電流が誘導されるため、減衰が、導体と磁石の相対運動から生じる。

減衰素子１４によって提供される減衰は、位相サンプリングが可能な限り滑らかで均一に実施されるように選択されることができる。図２ａは、ガイドレールとして形成されるガイド素子１１を示す。減衰素子１４は、ガイド素子１１の底部に配置される。ガイドレールに沿って滑る間、可動格子１０は、可動格子１０に摩擦力を与える減衰素子１４に接触することができる。

図２ｂにおいて、減衰素子１４は、可動格子１０と接触するガイド素子１１の内側側面に配置されている。可動格子１０がガイドレールに沿って移動する間、減衰素子１４は、リストア素子１２によって印加さられる力と反対方向を向く力を加える。

可動格子１０の減衰振動に関して、減衰素子１４によって提供される減衰がゼロである場合、可動格子１０の動きは自由振動になる。

自由振動可動格子１０の運動を示す図は、図４ａに示される。この場合の可動格子１０の運動は、余弦関数２７に従う。余弦関数の開始点は、第１の位置２である。可動格子１０の運動は、可動格子１０を第２の位置３に移動させ、更に第３の位置４に移動させる。

位相コントラスト画像取得の位相ステッピングされる測定は、バー２９−３４に示される余弦関数２７の線形部分において実施されることができる。この部分では、余弦関数２７は線形関数に近い。

減衰素子１４によって与えられる減衰は、更に、不足減衰不足、臨界減衰、又は過減衰でありうる。自由振動及び不足減衰の場合、可動格子１０の運動は、第１の位置２から第２の位置３に移動し、更に図１ｃに示される第３の位置４に向かって又は第３の位置４の方向に移動する。第３の位置４において、リストア素子１２は、第２の位置３のほうを向く力を可動格子１０に印加する。従って、可動格子１０は、第２の位置３を中心に振動する。不足減衰の場合、可動格子１０が第２の位置３で運動を停止するまで、可動格子１０が第２の位置３から移動する距離は、第２の位置３を通過するたびに減少する。

臨界減衰の場合、可動格子１０は、第１の位置２から第２の位置３に移動し、第２の位置３に留まる。これは、可動格子１０が第２の位置３に向かう途中で減速し、第２の位置３に到達すると停止することを意味する。

過減衰の場合、可動格子は、臨界減衰の場合よりも第１の位置２から第２の位置３にゆっくり移動し、第２の位置３で停止する。

臨界減衰の場合又は過減衰の場合の例が、図４ｂに示される。移動経路２８は、第１の位置２から始まり、第２の位置３に向かう。第２の位置３に近づくと、可動格子１０が第２の位置３に到達して停止するまで、可動格子１０は運動する。

ステップ１０６において、可動格子が第１の位置と第２の位置との間を移動するとき、可動格子まで延びる光路の端部に配置された検出器１９が、少なくとも４回読み出される。検出器１９は、シンチレータ２０ａ及びフォトダイオードアレイ２０を有することができる。シンチレータ２０ａは、Ｘ線放射線を可視光に変換し、この可視光は、フォトダイオードアレイ２０によって検出されることができる。従って、検出器１９は、可動格子１０が第１の位置２から第２の位置３に移動する間、フォトダイオードアレイ２０を少なくとも４回完全に読み出す。例示的な実施形態において、検出器１９は、フォトダイオードアレイ２０を少なくとも４回から１６回、好適には８回読み出す。例示的な一実施形態において、第１の位置２と第２の位置３との間の可動格子１０の位置は、既知の運動変数、すなわち減衰の量、リストア素子１２の力の強さ、すなわちリストア素子１２の弾性係数、及び可動格子１０の質量。別の例示的な実施形態において、デコーダ１１ａは、ガイド素子１１に沿った可動格子１０の位置を決定する。デコーダ１１ａは、検出器１９をトリガしてフォトダイオードアレイ２０を読み出すことができる。デコーダ１１ａは、可動格子１０が第１の位置２から第２の位置３に移動する間に、可動格子１０の少なくとも４つの所定の位置で検出器１９をトリガしてもよい。従って、位相コントラスト画像は、フォトダイオードアレイ２０の読み出しによって決定され得る。

処理ユニット２２は、ロック素子１３、変位ユニット１５、及び検出器１９を制御することができる。従って、処理ユニット２２は、可動格子１０を第２の位置３から第１の位置２に変位させるために変位ユニット１５に信号を提供する。更に、処理ユニット２２は、ロック素子１３が可動格子１０を第１の位置２にロックするように、ロック素子１３に信号を提供することができる。処理ユニットは、ロック素子１３をロック解除する信号をロック素子１３に提供することで、可動格子１０がロック素子１３から解放され、第１の位置２から第２の位置３に移動することができる。更に、処理ユニット２２は、フォトダイオードアレイ２０の読み出しを開始するための信号を検出器１９に提供することができる。

本発明の別の例示的な実施形態において、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２１は、前述の実施形態の１つに記載の方法の方法ステップを適切なシステムにおいて実行するように適応されることを特徴とする方法が提供される。

従って、コンピュータプログラム要素２１は、本発明の実施形態の一部でありうるコンピュータユニットに記憶されることができる。このコンピューティングユニットは、上記の方法のステップを実行し又は実行を誘導するように適応されることができる。更に、コンピューティングユニットは、上述の装置のコンポーネントを動作させるように適応されることができる。コンピューティングユニットは、自動的に動作し、及び／又はユーザの命令を実行するように適応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る。従って、データプロセッサは、本発明の方法を実行するように装備されることができる。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と、最新の手段によって既存のプログラムを本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムの両方を対象とする。

更に、コンピュータプログラム要素は、上記の方法の例示的な実施形態のプロシージャを実行するために必要なすべてのステップを提供することができる。

本発明の更に別の例示的な実施形態によれば、ＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータ可読媒体２３が提供され、このコンピュータ可読媒体２３は、その上に記憶されたコンピュータプログラム要素２１を有し、このコンピュータプログラム要素２１は、前のセクションによって説明される。コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な媒体に記憶され及び／又は配布されることができるが、他の形態で、例えばインターネット又はその他の有線又は無線の通信システムを介して、配布されることもできる。

しかしながら、コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブなどのネットワーク経由で表示される場合もあり、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にダウンロードすることもできる。本発明の更なる例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラム要素２１をダウンロード可能にする媒体が提供され、このコンピュータプログラム要素２１は、本発明の前述の実施形態の１つによる方法を実行するように構成される。

本発明の実施形態は複数の異なる主題に関して説明されていることに注意すべきである。特に、いくつかの実施形態は方法タイプの請求項を参照して説明され、他の実施形態は装置タイプの請求項を参照して説明される。しかしながら、当業者は、上記及び以下の説明から、別途通知されない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、それぞれ異なる主題に関連する特徴間の任意の組み合わせも、本出願により開示されていると考えられることが分かるであろう。しかしながら、すべての機能を組み合わせることで、機能の単純な合計以上の相乗効果を提供することができる。

本発明は、図面及び前述の説明で図示し詳しく説明されたが、そのような図及び説明は、例示的又は例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。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形態は、図面、開示、及び従属請求項の検討から、請求項に記載の発明を実施する際に当業者によって理解され達成されることができる。

請求項において、「含む、有する（comprising）」という語は他の構成要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数性を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載されているいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。特許請求の範囲の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。請求：

Claims (13)

1. 位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのための装置であって、
   可動格子と、
   ガイド素子と、
   リストア素子と、
   ロック素子と、を有し、
   前記ガイド素子は、前記可動格子を第１の位置と第２の位置との間でガイドし、
   前記リストア素子は、前記可動格子に力を印加するように構成され
   前記力は、前記第１の位置から前記第２の位置に向けられ、
   前記ロック素子は、前記可動格子を、前記第１の位置において解放可能にロックするように構成される、装置。
2. 前記装置は更に、位置デコーダを有し、前記位置デコーダは、前記ガイド素子に沿った前記可動格子の位置を検出し、前記可動格子が前記ガイド素子に沿って予め定められた位置を通過する場合に検出器にトリガ信号を発する、請求項１に記載の装置。
3. 前記可動格子は、前記第１の位置と前記第２の位置との間で連続的な運動を実施する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記装置は更に減衰素子を有し、前記減衰素子は、前記第１の位置から前記第２の位置までの前記可動格子の運動を減衰させるように構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記減衰素子によって与えられる減衰は制御可能である、請求項４に記載の装置。
6. 前記減衰素子は、前記可動格子の運動に不足減衰又は臨界減衰を与える、請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記装置は更に変位ユニットを有し、前記変位ユニットは、前記可動格子を前記第１の位置に移動させる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのためのシステムであって、
   位相コントラスト画像取得装置と、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置と、を有し、
   前記位相コントラスト画像取得装置は、放射線源と、少なくとも１つの非可動格子と、を有し、
   前記放射線源は、前記少なくとも１つの非可動格子及び前記可動格子まで延びる光路の開始を規定し、
   前記第１の位置から前記第２の位置までの前記可動格子の運動は、前記少なくとも１つの非可動格子に対し前記可動格子をシフトさせる、システム。
9. 前記位相コントラスト画像取得装置は更に検出器を有し、
   前記検出器は、フォトダイオードアレイと、シンチレータと、を有し、
   前記フォトダイオードアレイは、前記シンチレータに対応付けられ、
   前記検出器は、前記光路の端部に配置され、
   前記検出器は、前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記可動格子の移動中に、前記フォトダイオードアレイを少なくとも４回完全に読み出すように構成される、請求項８に記載のシステム。
10. 位相コントラスト画像取得における位相ステッピングのための方法であって、
    ａ）ロック素子により、可動格子を第１の位置にロックするステップであって、前記可動格子は、前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動可能である、ステップと、
    ｂ）リストア素子により、前記可動格子に力を印加するステップであって、前記力は、前記第１の位置から前記第２の位置に方向付けられる、ステップと、
    ｃ）前記力が前記可動格子を前記第２の位置に移動させるように、前記ロック素子をロック解除するステップと、
    を有し、前記ステップｂ）は、前記ステップａ）と同時に及び／又は前記ステップａ）の後に実行される、方法。
11. ｄ）前記可動格子を通過するＸ線放射線が当たる検出器を読み出すステップを更に有する、請求項１０に記載の方法。
12. 処理ユニットによって実行されるとき、請求項１０又は１１に記載の方法の各ステップを実行するように構成される、請求項１乃至９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。
13. 請求項１２に記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ可読媒体。

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