JP5127246B2 - X線装置の焦点‐検出器システム - Google Patents
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Description
"X-ray phase imaging with a grating interferometer, T. Weitkamp at all, 8. August 2005 / Vol.12, No. 16 / OPTICS EXPRESS"
焦点とビーム路中に配置されかつビームごとにコヒーレントX線ビームの場を作成する焦点側線源とを備えたX線ビーム源と、
線源格子に対して平行に配置され干渉パターンを作成する格子線を備えた位相格子と、位相格子の後方で位置に依存するX線強度を測定するために平面状に配置された多数の検出素子を備えた検出器とを有する格子‐検出器装置と
を少なくとも備え、
検出素子が、位相格子の格子線に対して平行に向いた多数の縦長のシンチレーション条帯から形成されかつ小周期を有し、この小周期の整数倍が、位相格子によって形成される干渉パターンの平均的大周期に一致することによって解決される(請求項1)。
焦点‐検出器システムに関する本発明の有利な実施態様は、次の通りである。
・格子‐検出器装置が、次の幾何学的条件
p 2 =k×p S
p 0 =p 2 ×(l/d)
p 1 =2×{(p 0 ×p 2 )/(p 0 +p 2 )}
d'=(1/2)×{p 1 2 /(4λ)}としてd=(l×d')/(l−d')
h 1 =λ/{2(n−1)}
(但し、
p 0 =線源格子G 0 の格子周期
p 1 =位相格子G 1 の格子周期
p 2 =シンチレーション条帯SS i の大周期、位相格子後の干渉線の平均距離
p S =シンチレーション条帯SS i の小周期、隣接シンチレーション条帯の中心線間の距離
d=ファンビームジオメトリにおける位相格子G 1 と検出器との距離
d'=平行ジオメトリのもとでの位相格子G 1 と検出器との距離
k=1、2、3、4、5、…
l=線源格子G 0 と位相格子G 1 との距離
λ=選択されたX線波長
h 1 =ビーム方向における位相格子G 1 の突条部高さ
n=位相格子の格子材料の屈折率)
を満足するように構成されかつ配置されている(請求項2)。
・各大周期の内部に正確に1つのシンチレーション条帯が配置され、このシンチレーション条帯が非シンチレーション材料からなる検出器格子構造体と交互に配置されている(請求項3)。
・検出器格子構造体が金属である(請求項4)。
・各大周期の内部に、異なるシンチレーション材料からなる正確に2つのシンチレーション条帯が配置され、これらのシンチレーション条帯が、異なる周波数の光を発生し、かつそれらの順序が検出素子にわたって同じである(請求項5)。
・シンチレーション条帯をシンチレーション条帯の長手方向に対して垂直にずらす手段が検出器内に設けられ、これらの手段が、シンチレーション条帯の小周期のオーダに定められたずれを作成する(請求項6)。
・検出素子をシンチレーション条帯の長手方向に対して垂直にずらす手段が検出器内に設けられ、これらの手段が、シンチレーション条帯の小周期のオーダに定められたずれを作成する(請求項7)。
・検出器をシンチレーション条帯の長手方向に対して垂直にずらす手段が検出器内に設けられ、これらの手段が、シンチレーション条帯の小周期のオーダに定められたずれを作成する(請求項8)。
・シンチレーション条帯の小周期のオーダに定められたずれを作成する手段が圧電素子である(請求項9)。
・各大周期の内部に、異なるシンチレーション材料からなる少なくとも3つのシンチレーション条帯が配置され、これらのシンチレーション条帯が、異なる周波数の光を発生し、かつそれらの順序が検出素子にわたって同じである(請求項10)。
・シンチレーション条帯をシンチレーション条帯の長手方向に対して垂直にずらす手段が検出器内に設けられ、これらの手段が、シンチレーション条帯の小周期のオーダに定められたずれを作成する(請求項11)。
・検出素子をシンチレーション条帯の長手方向に対して垂直にずらす手段が検出器内に設けられ、これらの手段が、シンチレーション条帯の小周期のオーダに定められたずれを作成する(請求項12)。
・検出器をシンチレーション条帯の長手方向に対して垂直にずらす手段が検出器内に設けられ、これらの手段が、シンチレーション条帯の小周期のオーダに定められたずれを作成する(請求項13)。
・シンチレーション条帯の小周期のオーダに定められたずれを作成する手段が圧電素子である(請求項14)。
・検出素子のシンチレーション条帯の、周波数の異なる光放出を、周波数別に分離して、全検出素子にわたって加算して検出する手段が検出素子内に設けられている(請求項15)。
・シンチレーション条帯が、周波数の異なる光を少なくとも部分的に鏡面室内に放射し、この鏡面室が周波数選択性光シンクに隣接し、各光シンクは選択された光を検出する手段を有する(請求項16)。
・光シンクがそれぞれフィルタとその後に接続されたフォトダイオードとからなり、フィルタがシンチレーション条帯から送出された周波数の正確に1つに対してそれぞれ選択性である(請求項17)。
・光シンクがカスケード状に配置され、かつそれぞれシンチレータ側にフィルタとフォトダイオードとを有し、このフィルタが周波数を片側で限定し、後続の各フィルタ−フォトダイオードセット内では減少した数の周波数が測定される(請求項18)。
焦点とビーム路中に配置されかつビームごとにコヒーレントX線ビームの場を作成する焦点側線源格子とを備えたX線ビーム源と、
線源格子に対して平行に配置され干渉パターンを作成する格子線を備えた位相格子と、位相格子の後方で位置に依存するX線強度を測定するために平面状に配置される多数の検出素子を備えた検出器とを有する格子‐検出器装置と
を少なくとも備え、
検出素子が、位相格子の格子線に対して平行に向いた多数の縦長のシンチレーション条帯から形成されかつ小周期を有し、この小周期の整数倍が、位相格子によって形成される干渉パターンの平均的大周期に一致する焦点‐検出器システムを提案する。
p2=k×pS
p0=p2×(l/d)
p1=2×{(p0×p2)/(p0+p2)}
d’=(1/2)×{p1 2/(4λ)}としてd=(l×d’)/(l−d’)
h1=λ/{2(n−1)}
但し、
p0=線源格子G0の格子周期
p1=位相格子G1の格子周期
p2=シンチレーション条帯SSiの大周期、位相格子後の干渉線の平均距離
pS=シンチレーション条帯SSiの小周期、隣接シンチレーション条帯の中心線間の距離
d=ファンビームジオメトリにおける位相格子G1と検出器との距離
d’=平行ジオメトリのもとでの位相格子G1と検出器との距離
k=1、2、3、4、5、…
l=線源格子G0と位相格子G1との距離
λ=選択されたX線波長
h1=ビーム方向における位相格子G1の突条部高さ
n=位相格子の格子材料の屈折率
検査対象がビーム束を照射され、各ビームが空間内に、方向および広がりに関して、焦点‐検出素子の接続線と検出素子の広がりとによって定められるステップ、
微細に構造化されたシンチレーション条帯によって、グループごとに互いにずらして配置されたまたは相互にずらして位置決めされたシンチレーション条帯でのX線強度をビームに対して測定することによって、各ビームの平均位相シフトが測定されるステップ、
ビームの測定された平均位相シフトから位相コントラスト画像が作成され、画像のピクセル値がビームごとの平均位相シフトを表すステップ。
X線画像を作成する方法に関する本発明の実施態様は、次の通りである。
・検出素子の異なるシンチレーション条帯が、照射時にグループごとに異なる光周波数を放出し、この光が、周波数に関して選択的に、全検出素子にわたって加算して測定される(請求項24)。
・同じビームの2回の測定の間で、格子線方向に対して垂直にシンチレーション条帯の空間的ずれが引き起こされる(請求項25)。
・シンチレーション条帯の空間的ずれがシンチレーション条帯の小周期よりも小さな値で引き起こされる(請求項26)。
・少なくとも3種類のシンチレーション条帯が検出素子内に設けられて均等に交互に配置され、検出素子および位置ごとに、放出された全光周波数について測定が実行され、その測定から直接に、測定されたX線ビームの平均位相シフトが求められる(請求項27)。
図においては次の符号が使用される。1:CTシステム、2:第1X線管、3:第1検出器、4:第2X線管、5:第2検出器、6:ガントリハウジング、7:患者、8:患者寝台、9:システム軸線、10:制御および演算ユニット、11:記憶装置、12,12.x:フォトダイオード、13,13.x:圧電素子、14:検出器ハウジング、15:ばね要素、16.x:フィルタ、17:鏡面室、A,B,C,D:放射された光の異なる周波数のシンチレーション条帯用測定路、d:ファンビームジオメトリにおける位相格子G1と分析格子G2もしくは検出条帯SSiとの距離、d’:平行ジオメトリのもとでの位相格子G1と分析格子G2もしくは検出条帯SSiとの距離、D1:検出器、Ei:i番目の検出素子、F1:焦点、G0:線源格子、G1:位相格子、G2:分析格子、GSX:格子条帯、h0,h1,h2:格子突条部の高さ、I(Ei(xG)):格子ずれxGにおいて検出素子Eiで測定された強度、Iph:測定された光子流強度、;l:線源格子と位相格子との距離、P:患者、p0,p1,p2:格子線の周期、pSS:シンチレーション条帯の周期、Prgn:プログラム、S:システム軸線、S1,S2:X線ビーム、SSX:シンチレーション条帯、w:焦点の広がり、xG:分析格子のずれ、λ:検討したX線の波長、λi:検討した光の波長、φ:位相シフト、γ:X線、Φph(x):検出素子のx個所における光子流、Φph:光子流、ν:ボクセルの広がり。
p0=p2×(l/d)
h1=λ/{2(n−1)}
但し、nは格子材料の屈折率、λは位相シフト(位相のずれ)を測定されねばならないX線ビームの波長である。この格子は使用されたアノードのX線スペクトル内の特性線に一致したエネルギーに調整することができ、少なくともこのエネルギー範囲内に十分な光子数が提供されると有利である。現在一般的なタングステンアノードの場合、例えばKα線を使用することができる。しかし、その横にあるKβ線を使用することも可能である。別のアノード材料を選択する場合、相応の別のエネルギー、従って位相格子の別の寸法設定が必要である。
φ=2πn(ν/λ)
但し、νは検査対象内のボクセルもしくはピクセルの大きさに一致し、nはその屈折率、λはX線の波長である。
2 第1X線管
3 第1検出器
4 第2X線管
5 第2検出器
6 ガントリハウジング
7 患者
8 患者寝台
9 システム軸線
10 制御および演算ユニット
11 記憶装置
12、12.x フォトダイオード
13、13.x 圧電素子
14 検出器ハウジング
15 ばね要素
16.x フィルタ
17 鏡面室
A、B、C、D 放射された光の異なる周波数のシンチレーション条帯用測定路
d ファンビームジオメトリにおける位相格子G1と分析格子G2もしくは検出条帯SSiとの距離
d’ 平行ジオメトリのもとでの位相格子G1と分析格子G2もしくは検出条帯SSiとの距離
D1 検出器
Ei i番目の検出素子
F1 焦点
G0 線源格子
G1 位相格子
G2 分析格子
GSX 格子条帯
h0、h1、h2 格子突条部の高さ
I(Ei(xG)) 格子ずれxGにおいて検出素子Eiで測定された強度
Iph 測定された光子流強度
l 線源格子と位相格子との距離
P 患者
p0、p1、p2 格子線の周期
pSS シンチレーション条帯の周期
Prgn プログラム
S システム軸線
S1、S2 X線ビーム
SSX シンチレーション条帯
w 焦点の広がり
xG 分析格子のずれ
λ 検討したX線の波長
λi 検討した光の波長
φ 位相シフト
γ X線
Φph(x) 検出素子のx個所における光子流
Φph 光子流
ν ボクセルの広がり
Claims (29)
- 投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのX線装置の焦点‐検出器システムにおいて、
焦点(F1)とビーム路中に配置されかつビームごとにコヒーレントX線ビーム(Si)の場を作成する焦点側線源格子(G0)とを備えたX線ビーム源(2)と、
線源格子(G0)に対して平行に配置され干渉パターンを作成する格子線を備えた位相格子(G1)と、位相格子(G1)の後方で位置に依存するX線強度を測定するために平面状に配置された多数の検出素子(Ei)を備えた検出器(D1)とを有する格子‐検出器装置と
を少なくとも備え、
検出素子(Ei)が、位相格子(G1)の格子線に対して平行に向いた多数の縦長のシンチレーション条帯(SSi)から形成されかつ小周期(pS)を有し、この小周期(pS)の整数倍が、位相格子(G1)によって形成される干渉パターンの平均的大周期(p2)に一致することを特徴とするX線装置の焦点‐検出器システム。 - 格子‐検出器装置が、次の幾何学的条件
p2=k×pS
p0=p2×(l/d)
p1=2×{(p0×p2)/(p0+p2)}
d’=(1/2)×{p1 2/(4λ)}としてd=(l×d’)/(l−d’)
h1=λ/{2(n−1)}
(但し、
p0=線源格子G0の格子周期
p1=位相格子G1の格子周期
p2=シンチレーション条帯SSiの大周期、位相格子後の干渉線の平均距離
pS=シンチレーション条帯SSiの小周期、隣接シンチレーション条帯の中心線間の距離
d=ファンビームジオメトリにおける位相格子G1と検出器との距離
d’=平行ジオメトリのもとでの位相格子G1と検出器との距離
k=1、2、3、4、5、…
l=線源格子G0と位相格子G1との距離
λ=選択されたX線波長
h1=ビーム方向における位相格子G1の突条部高さ
n=位相格子の格子材料の屈折率)
を満足するように構成されかつ配置されていることを特徴とする請求項1記載の焦点‐検出器システム。 - 各大周期(p2)の内部に正確に1つのシンチレーション条帯(SSi)が配置され、このシンチレーション条帯(SSi)が非シンチレーション材料からなる検出器格子構造体(GSi)と交互に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の焦点‐検出器システム。
- 検出器格子構造体(GSi)が金属であることを特徴とする請求項3記載の焦点‐検出器システム。
- 各大周期(p2)の内部に、異なるシンチレーション材料からなる正確に2つのシンチレーション条帯(SSi,SSi+1)が配置され、これらのシンチレーション条帯(SSi,SSi+1)が、異なる周波数(λ1,λ2)の光を発生し、かつそれらの順序が検出素子(Ei)にわたって同じであることを特徴とする請求項1または2記載の焦点‐検出器システム。
- シンチレーション条帯をシンチレーション条帯(SSi)の長手方向に対して垂直にずらす手段(13,15)が検出器(D1)内に設けられ、これらの手段(13,15)が、シンチレーション条帯(SSi)の小周期(pS)のオーダに定められたずれ(xG)を作成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の焦点‐検出器システム。
- 検出素子(Ei)をシンチレーション条帯(SSi)の長手方向に対して垂直にずらす手段(13,15)が検出器(D1)内に設けられ、これらの手段(13,15)が、シンチレーション条帯(SSi)の小周期(pS)のオーダに定められたずれ(xG)を作成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の焦点‐検出器システム。
- 検出器(D1)をシンチレーション条帯(SSi)の長手方向に対して垂直にずらす手段(13,15)が検出器(D1)内に設けられ、これらの手段が、シンチレーション条帯(SSi)の小周期(pS)のオーダに定められたずれ(xG)を作成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の焦点‐検出器システム。
- シンチレーション条帯の小周期のオーダに定められたずれを作成する手段が圧電素子(13)であることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1つに記載の焦点‐検出器システム。
- 各大周期の内部に、異なるシンチレーション材料からなる少なくとも3つのシンチレーション条帯(SSi,SSi+1,SSi+2)が配置され、これらのシンチレーション条帯(SSi,SSi+1,SSi+2)が、異なる周波数(λ1,λ2,λ3)の光を発生し、かつそれらの順序が検出素子(Ei)にわたって同じであることを特徴とする請求項1または2記載の焦点‐検出器システム。
- シンチレーション条帯(SSi)をシンチレーション条帯の長手方向に対して垂直にずらす手段(13,15)が検出器(D1)内に設けられ、これらの手段(13,15)が、シンチレーション条帯(SSi)の小周期(pS)のオーダに定められたずれ(xG)を作成することを特徴とする請求項10記載の焦点‐検出器システム。
- 検出素子(Ei)をシンチレーション条帯(SSi)の長手方向に対して垂直にずらす手段(13,15)が検出器(D1)内に設けられ、これらの手段(13,15)が、シンチレーション条帯(SSi)の小周期(pS)のオーダに定められたずれ(xG)を作成することを特徴とする請求項10記載の焦点‐検出器システム。
- 検出器(D1)をシンチレーション条帯(SSi)の長手方向に対して垂直にずらす手段(13,15)が検出器(D1)内に設けられ、これらの手段(13,15)が、シンチレーション条帯(SSi)の小周期(pS)のオーダに定められたずれ(xG)を作成することを特徴とする請求項10記載の焦点‐検出器システム。
- シンチレーション条帯の小周期のオーダに定められたずれを作成する手段が圧電素子(13)であることを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1つに記載の焦点‐検出器システム。
- 検出素子のシンチレーション条帯の、周波数(λi)の異なる光放出を、周波数別に分離して、全検出素子(Ei)にわたって加算して検出する手段(16.X)が検出素子(Ei)内に設けられていることを特徴とする請求項5乃至14のいずれか1つに記載の焦点‐検出器システム。
- シンチレーション条帯(SSi)が、周波数(λi)の異なる光を少なくとも部分的に鏡面室内に放射し、この鏡面室が周波数選択性光シンクに隣接し、各光シンクは選択された光を検出する手段(12.x)を有することを特徴とする請求項15記載の焦点‐検出器システム。
- 光シンクがそれぞれフィルタ(16.x)とその後に接続されたフォトダイオード(12.x)とからなり、フィルタ(16.x)がシンチレーション条帯(SSi)から送出された周波数(λi)の正確に1つに対してそれぞれ選択性であることを特徴とする請求項16記載の焦点‐検出器システム。
- 光シンクがカスケード状に配置され、かつそれぞれシンチレータ側にフィルタ(16.x)とフォトダイオード(12.x)とを有し、このフィルタが周波数を片側で限定し、後続の各フィルタ−フォトダイオードセット内では減少した数の周波数が測定されることを特徴とする請求項16記載の焦点‐検出器システム。
- 投影による位相コントラスト画像を作成するためのX線システムにおいて、このX線システムが請求項1乃至18のいずれか1つに記載の少なくとも1つの焦点‐検出器システムを有することを特徴とするX線システム。
- 投影および断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために検査対象の周りを回転可能なCアーム上に配置されるX線Cアームシステムにおいて、このX線Cアームシステムが請求項1乃至18のいずれか1つに記載の焦点‐検出器システムを有することを特徴とするX線Cアームシステム。
- 断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために検査対象(7)の周りを回転可能なガントリ上に配置されるX線CTシステム(1)において、このX線CTシステムが請求項1乃至18のいずれか1つに記載の少なくとも1つの焦点‐検出器システム(2,3)を有することを特徴とするX線CTシステム。
- 検出器(3)を制御しかつ同じビームの複数回の強度測定から位相シフト(φ)を計算するための演算ユニット(10)が設けられていることを特徴とする請求項19乃至21のいずれか1つに記載のX線システム。
- 請求項1乃至18のいずれか1つに記載の焦点‐検出器システム(2,3)を用いて検査対象(7)の投影によるX線画像を作成する方法において、
検査対象(7)がビーム束を照射され、各ビームが空間内に、方向および広がりに関して、焦点‐検出素子の接続線(F1−Ei)と検出素子の広がりとによって定められ、
微細に構造化されたシンチレーション条帯(SSi)によって、グループごとに互いにずらして配置されたまたは相互にずらして位置決めされたシンチレーション条帯(SSi)でのX線強度をビームに対して測定することによって、各ビームの平均位相シフト(φ)が測定され、
ビームの測定された平均位相シフト(φ)から位相コントラスト画像が作成され、画像のピクセル値がビームごとの平均位相シフト(φ)を表す
ことを特徴とする検査対象の投影によるX線画像の作成方法。 - 検出素子(Ei)の異なるシンチレーション条帯(SSi)が、照射時にグループごとに異なる光周波数(λi)を放出し、この光が、周波数(λi)に関して選択的に、全検出素子(Ei)にわたって加算して測定されることを特徴とする請求項23記載の方法。
- 同じビームの2回の測定の間で、格子線方向に対して垂直にシンチレーション条帯(SSi)の空間的ずれ(xG)が引き起こされることを特徴とする請求項24記載の方法。
- シンチレーション条帯(SSi)の空間的ずれ(xG)がシンチレーション条帯の小周期(p S )よりも小さな値で引き起こされることを特徴とする請求項25記載の方法。
- 少なくとも3種類のシンチレーション条帯(SSi)が検出素子(Ei)内に設けられて均等に交互に配置され、検出素子(Ei)および位置ごとに、放出された全光周波数(λi)について測定が実行され、その測定から直接に、測定されたX線ビームの平均位相シフト(φ)が求められることを特徴とする請求項24記載の方法。
- X線システムが演算および制御ユニット(10)を有し、このユニットに含まれたプログラムコード(PrgX)が作動時に請求項24乃至27のいずれか1つに記載の方法を実行することを特徴とする請求項19乃至22のいずれか1つに記載のX線システム。
- X線システムの記憶媒体またはX線システム用の記憶媒体において、記憶媒体(11)がプログラムコード(PrgX)を含み、このプログラムコード(PrgX)がX線システムの作動時に請求項24乃至27のいずれか1つに記載の方法を実行することを特徴とする記憶媒体。
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