JP5944413B2 - ダイナミックレンジを増大する微分位相コントラスト撮像装置及び方法 - Google Patents

ダイナミックレンジを増大する微分位相コントラスト撮像装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、Ｘ線微分位相コントラスト撮像のためのアナライザー格子、Ｘ線微分位相コントラスト撮像のための位相格子、Ｘ線システムの検出器配置、Ｘ線画像取得装置、及び微分位相コントラスト撮像のためのＸ線撮像システム、並びに微分位相コントラスト撮像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読取可能媒体に関する。
微分位相コントラスト撮像は、例えば従来の振幅コントラスト画像に比べ、低吸収性標本(specimen)のコントラストを高めるのに使用される。WO 2004/071298 A1において、位相コントラストＸ線画像を生成するための装置が提供され、この装置は光路に沿って、インコヒーレントなＸ線源、第１のビームスプリッタ格子、第２のビーム再結合格子、光学アナライザー格子及び画像検出器を有する。微分位相コントラスト撮像において、格子Ｇ１、すなわちいわゆる位相格子は一般にコヒーレントなＸ線放射線の位相面に位相シフトを与えるピッチＧ１を持つ純粋な位相格子である。波面を約Ｇ２＝１／２Ｇ１であるピッチを持つアナライザー格子Ｇ２にさらに伝搬した後、ビームの強度は、Ｇ２に等しい周期で変調される。このピッチを用いてビームの送信を変調するアナライザー格子を使用する場合、アナライザー格子の後ろにある検出器の信号は、Ｇ２の周期を持ち、この信号の位相は強度が最大である位置及びそれ故に位相面の勾配を得るのに使用されることができる。
しかしながら、特に大きな物体にとって、上述した格子ベースの設定は、位相勾配に対し限られたダイナミックレンジを持つことが示されている。
本発明の目的は故に、位相コントラスト撮像により取得される情報を強化することである。
本発明の目的は、独立請求項の内容により解決され、ここで他の実施例は従属請求項に組み込まれている。
以下に説明される本発明の態様及び実施例は、アナライザー格子、位相格子、検出器配置、Ｘ線画像取得装置、Ｘ線撮像システム、前記方法、前記プログラム要素及び前記コンピュータ読取可能媒体にも応用することに注意すべきである。
本発明の第１の態様によれば、第１のＸ線減衰を持つ第１の複数の第１の領域、及び第２のＸ線減衰を持つ第２の複数の第２の領域を有するＸ線微分位相コントラスト撮像のためのアナライザー格子が提供される。前記第２のＸ線減衰は、前記第１のＸ線減衰よりも小さい。前記第１及び第２の領域は、交互に周期的に配される。第３の複数の第３の領域は、第３のＸ線減衰を具備し、この減衰は、第２のＸ線減衰から第１のＸ線減衰までの範囲にある。前記第１又は第２の領域が２つ毎に第３の領域の１つと置き換えられる。
他の態様によれば、第１の領域はＸ線不透過であり、第２の領域はＸ線透過であり、第３の領域は、第１及び第２の領域の減衰間にあるＸ線減衰を持つ。
他の態様によれば、第４の複数の第４の領域及び第５の複数の第５の領域を用いた偏向構造を有するＸ線微分位相コントラスト撮像のための位相格子が提供され、ここで第４及び第５の領域は、交互に周期的に配される。前記第４の領域は、Ｘ線放射線の位相及び/又は振幅を変更するために設けられ、前記第５の領域は、Ｘ線放射線の振幅を変調するために設けられる。
他の態様によれば、位相格子、アナライザー格子及びＸ線放射線の強度の変化を記録するのに適したセンサを備える検出器を有する、物体の微分位相コントラスト画像を生成するためのＸ線システムの検出器配置が提供される。放射線の方向に、すなわち光路に沿って、アナライザー格子は位相格子の後ろに配され、検出器はアナライザー格子の後ろに配される。位相格子は、第４の複数の第４の領域及び第５の複数の第５の領域を具備し、ここで第４の領域は、Ｘ線放射線の位相及び/又は振幅を変更するために設けられる。第４及び第５の領域は、位相格子ピッチＰＰＧを用いて交互に周期的に配される。さらに、アナライザー格子は、上述した態様又は実施例に従って設けられる。位相格子及び/又はアナライザー格子は、位相格子を通過するＸ線放射線の全変調周期にすくなくともわたり前記偏向構造に対し横方向にステッピングするのに適する。
他の態様によれば、物体の微分位相コントラスト画像を生成するための画像取得装置は、Ｘ線源、位相格子、アナライザー格子及び検出器を備える。Ｘ線源はＸ線放射線を生成し、画像取得装置はＸ線ビームに十分なコヒーレンスを与えるのに適するので、アナライザー格子の位置に干渉が観測されることができる。位相格子、アナライザー格子及び検出器は、上述した実施例に従う検出器配置として設けられる。
他の態様によれば、上述した実施例に従う物体の微分位相コントラスト画像を生成するためのＸ線取得装置、処理ユニット及びインターフェースユニットを有する微分位相コントラスト撮像のためのＸ線画像システムが提供される。前記処理ユニットは、Ｘ線源並びにアナライザー格子及び/又は位相格子の位相ステッピングを制御するのに適する。インターフェースユニットは、検出した未処理の画像データを処理ユニットに供給するのに適する。
他の態様によれば、以下のステップ、
ａ）少なくとも一部がコヒーレントなＸ線放射線を関心物体に印加するステップ、
ｂ）アナライザー平面において分裂したビームを再結合する位相格子に前記物体を通過するＸ線放射線を印加するステップ、
ｃ）前記アナライザー平面に配されるアナライザー格子に前記再結合したビームを印加するステップ、並びに
ｄ）前記アナライザー格子をステッピングしている間、センサを用いて未処理の画像データを記録するステップ
を有する、微分位相コントラスト撮像のための方法が提供され、ここでステップｂ）における位相格子は、第４の複数の第４の領域及び第５の複数の第５の領域を具備し、前記第４の領域は、Ｘ線放射線の位相及び/又は振幅を変更するために設けられ、第４及び第５の領域は、位相格子ピッチＰＰＧを用いて交互に周期的に配される。さらに、ステップｂ）において、アナライザー格子の位置における干渉パターンの分数調波(subharmonic)が与えられる。ステップｄ）におけるアナライザー格子は、上述した態様又は実施例の１つに従うアナライザー格子であり、ステップｄ）は、位相格子を通過するＸ線放射線の少なくとも全変調周期にわたりアナライザー格子を横方向にステッピングするステップを有する。
その他の全ての強度の最大が先行する最大、すなわち最初の強度の最大に比べ減衰しているアナライザー格子、すなわち格子Ｇ２を与えることが本発明の要旨として分かる。結果として、平行なＸ線伝搬の場合、信号の周期性はもはや１／２Ｇ１に等しくなく、Ｇ１に等しい。もちろん、扇形のように又は扇形で伝搬するＸ線の場合、現在のＧ２格子の周期性は、扇形のような伝搬のために、大きさに依存する１／２Ｇ１に従っている。本発明のＧ２格子の周期性は故に、扇形のような伝搬のために、大きさの依存するＧ１に従っている。アナライザー格子の送信を、その送信がＧ１の周期性を持つように変更することにより、強度パターンの変化を検出することが可能である。検出した信号の最大は同じであるが、これら最大は別々に減衰しているので、最小の深度は異なっている。これは、位相勾配測定のダイナミックレンジを大幅に増大させる。
本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施例から明らかであり、これら実施例を参照して説明される。
本発明の例示的な実施例は、以下の図面を参照して以下に説明される。
図１は、本発明によるＸ線撮像システムを概略的に説明する。 図２は、本発明の例示的な実施例による検出器配置を持つＸ線撮像取得装置を図表配置で説明する。 図３は、本発明によるアナライザー格子の第１の実施例を概略的に示す。 図４は、本発明によるアナライザー格子の他の実施例を示す。 図５は、本発明によるアナライザー格子の他の実施例を示す。 図６は、本発明によるアナライザー格子の他の実施例を示す。 図７は、本発明によるアナライザー格子の他の実施例を示す。 図８は、本発明によるアナライザー格子の他の実施例を示す。 図９は、本発明によるアナライザー格子の他の実施例を示す。 図１０は、本発明によるアナライザー格子の他の実施例を示す。 図１１は、本発明によるアナライザー格子の他の実施例を示す。 図１２は、本発明によるアナライザー格子の他の実施例を示す。 図１３は、本発明の実施例による位相格子を示す。 図１４は、本発明による方法の例示的な実施例を示す。 図１５は、本発明による方法の他の実施例を示す。 図１６は、本発明による実施例の他の態様を示す。 図１７は、本発明による実施例の他の態様を示す。 図１８は、本発明による実施例の他の態様を示す。 図１９は、本発明による実施例の他の態様を示す。 図２０は、従来技術による理想的な状態の態様を示す。 図２１は、図２０の理想的な状態による強度グラフを示す。 図２２は、本発明の他の実施例による態様を示す。 図２３は、図２２の実施例による測定した強度を示す。 図２４は、本発明による実施例の他の態様を示す。
図１は、以下に説明する実施例又は態様の１つに従う、物体の微分位相コントラスト画像を生成するためのＸ線画像取得装置１２を有する、微分位相コントラスト撮像のためのＸ線撮像システム１０を概略的に示す。このＸ線撮像システム１０は、処理ユニット１４及びインターフェースユニット１６（図示せず）をさらに有する。さらに、物体の微分位相コントラスト画像を生成するためのＸ線画像取得装置は、Ｘ線源１８及び以下において図２を参照して説明される検出器配置２０を有する。
テーブル２２は、検査される被験者を収容するために設けられる。Ｘ線源及び検出器配置２０は、テーブル２２がＸ線源１８と検出器配置２０との間に配されるように、Ｃアーム配置２４に取り付けられる。このＣアーム配置２４は、視察方向に適合することが可能であるように、Ｘ線画像取得装置１２が患者の周りを移動することを可能にする。テーブル２２は、例えば検査室の床に取り付けられるベース２６の上に設けられる。ベース２６は、前記処理ユニット１４及び前記インターフェースユニット１６を有する。さらに、ユーザに情報を提供するためにテーブル２２の近傍にディスプレイ２８が設けられる。さらに、二次的なインターフェースユニット３０は、前記システムをさらに制御する可能性を与えるために配される。
放射線治療中、被験者は、Ｘ線放射線１２の線源と検出器配置１６との間に置かれる。検出器配置は、検出した未処理の画像データを処理ユニットに供給するために、インターフェースユニット１６を介して処置ユニット１４にデータを送信している。処理ユニット１４及びインターフェースユニット１６は、他の位置にも設けられ、他の場所、例えば別の研究室又は制御室にも設けられることができることを注意しなければならない。
示される例はいわゆるＣ型のＸ線画像取得装置であることにもさらに注意されたい。しかしながら、他のＸ線画像取得装置、例えばＣＴシステム及び固定したＸ線源及び検出器配置を用いた定置システムが設けられることができる。
図２は、図１と関連付けて既に述べた検出器配置２０を概略的に示す。この検出器配置２０は、位相格子３２、アナライザー格子３４及びＸ線放射線の強度の変化を記録するのに適したセンサを備える検出器３６を有する。
さらに、検出器配置２０は、Ｘ線画像取得装置１２の一部であり、これは既に上述している。Ｘ線画像取得装置は、Ｘ線源１８、線源格子３８、位相格子３２、アナライザー格子３４及び検出器３６を用いて概略的に示される。
Ｘ線源１８は、Ｘ線の多色スペクトルをからなるＸ線ビーム４０を生じる。線源格子３８は、この線源格子３８を通過するＸ線ビームに十分なコヒーレンスを与えるのに適するので、アナライザー格子３４の位置に干渉が観察される。言い換えると、Ｘ線ビーム４０は、線源格子３８を通過し、次いで適合したＸ線ビーム４２として与えられる。
図示されていない他の実施例によれば、線源格子は省略され、Ｘ線源は、十分にコヒーレントなＸ線放射線を与えるのに適するので、アナライザー格子３４の位置に、例えば、シンクロトロン(synchrotron)又はマイクロフォーカス(micro focus)Ｘ線管により、干渉が観測される。マイクロフォーカスＸ線管は例えば動物のスクリーニングに使用されることができる。
図に示すように、Ｘ線源１８、線源格子３８、位相格子３２、アナライザー格子３４及び検出器３６は、光路に沿って配されている。さらに、図２は線源格子３８と位相格子３２との間に配される検査するための物体４４を示す。
検出器３６において、検出可能な画像情報４６が概略的に示される。
位相格子３２は、図１３を参照して以下においてさらに説明される。アナライザー格子３４は、図３から図１２を参照して以下に説明される。
図３及び図４は、Ｘ線微分位相コントラスト撮像のためのアナライザー格子３４の２つの実施例を概略的に示す。アナライザー格子３４は、第１のＸ線減衰を持つ第１の複数５０の第１の領域５２を用いた吸収構造を有する。さらに、第２のＸ線減衰を持つ第２の複数５４の第２の領域５６が設けられる。第２のＸ線減衰は第１のＸ線減衰よりも小さい。
第１及び第２の領域５２、５６は交互に周期的に配され、ここで第３のＸ線減衰を持つ第３の複数５８の第３の領域６０が設けられ、この第３のＸ線減衰は第２のＸ線減衰から第１のＸ線減衰までの範囲にあり、第１又は第２の領域５２、５６が２つ毎に、第３の領域６０の１つと置き換えられる。
第３のＸ線減衰の範囲は、第１のＸ線減衰及び第２のＸ線減衰を含む。例えば、第３のＸ線減衰は、第１のＸ線減衰に等しい又はそれよりも小さい。他の例として、第３のＸ線減衰は、第２のＸ線減衰に等しい又はそれよりも大きい。
"領域"という言葉は例えば、吸収構造の断面の沿った別々の部分又は範囲を指している。
例えば、この吸収構造は、３本の平行な矢印を用いて単に概略的に示されるＸ線放射線６２に対し横方向に周期的に拡張して配される。
さらに、前記吸収構造４８の周期的反復が参照番号６４で示される。
第１の領域はＸ線不透過であり、第２の領域はＸ線透過である。
本発明の他の態様によれば、前記第３の領域は、第１の領域のＸ線減衰よりも小さく、第２の領域のＸ線減衰よりも大きいＸ線減衰を持つ。
一般的に、"Ｘ線不透過"という言葉は、７０％以上、好ましくは９０％以上のＸ線減衰を有する。
一般的に、"Ｘ線透過"という言葉は、４０％未満、好ましくは２０％未満のＸ線減衰を有する。
図に示すように、第３の領域６０は、参照番号６６で示されるアナライザー格子ピッチＰＡＧで設けられる。図に示すように、前記周期的反復６４は、前記格子ピッチＰＡＧに等しい。第１又は第２の領域は、アナライザー格子ピッチＰＡＧの半分で設けられる。
図３において、第２の領域５６は１／２ＰＡＧで設けられる。
図４において、第１の領域は、参照番号６８で示されるアナライザー格子ピッチＰＡＧの半分で設けられる。
上述したように、"ピッチ"という言葉は、前記領域のパターンの反復周期を指している。
例えば、第１、第２及び第３の複数５０、５４、５８の領域は、アナライザー格子ピッチＰＡＧで周期的に配されるパターンで設けられる。
上述したように、前記第１及び第２の領域は、交互に周期的に配される。
しかしながら、図３において、第１の領域５２が２つ毎に、第３の領域６０の１つと置き換えられる。
しかしながら、図４において、第２の領域５６が２つ毎に、第３の領域６０の１つと置き換えられる。
以下においてさらに説明されるように、前記第１、第２及び第３の複数の領域は、交互に突出及び窪みとして設けられることができる。
以下においてされる説明されるように、第１、第２及び第３の複数の領域は、交互にバー及びギャップとして設けられることもできる。
"交互に"という言葉は、２つの近接又は隣接する領域が異なる領域の型である、すなわち領域の第１、第２又は第３の複数に属することを有することに注意されたい。
他の例示的な実施例によれば、第１、第２及び第３の複数からなる集合のうち２つは、４ストライド(4-stride)７０が与えられ、第１、第２及び第３の複数からなる集合のうち１つは、２ストライド(2-stride)７２が与えられる。
"４ストライド"及び"２ストライド"という言葉は、ある期間の領域数に関する。例えば、"４ストライド"は、夫々の領域の型が繰り返されるまで４つの領域に関連する。"２ストライド"という言葉は例えば、夫々の領域が繰り返されるまで２つの領域に関連する。代わりに、"４領域サイクル"又は"２領域サイクル"という言葉が用いられることができる。"期間"という言葉は、格子ピッチ又は周期と自動的に関連しないことに注意されたい。
例えば、図５の実施例は、等しい領域の型を結んでいる矢印で示されるように、４ストライド７０が与えられる第１の領域５２を持つ第１の複数５０を示す。さらに、第３の複数５８は、４ストライド７０が与えられ、これは夫々の第３の領域６０を結んでいる矢印で示される。さらに、第２の複数５４は、２ストライド７２が与えられ、これは夫々の第２の領域５６を結んでいる矢印で示される。
他の例が図６に示され、ここでは第１の領域５２を持つ第１の複数５０は２ストライド７２が与えられる。第２の領域５６を持つ第２の複数５４は、４ストライド７０が与えられる。第３の領域６０を持つ第３の複数５８は、図５の場合のように、４ストライド７０が与えられる。
他の態様によれば、ストライドのパターンは、１／２／１／３のリズムを有し、ここで１は第１の領域の型を指し、２は第２の領域の型を指し、及び３は第３の領域の型を指している。例えば、これは、１／２／１／３／１／２／１／３／１／２／１／３／１／２／１／３...のパターンとなる。
他の態様によれば、ストライドのパターンは、１／２／３／２のリズムを有し、これは、１／２／３／２／１／２／３／２／１／２／３／２／１／２／３／２...のパターンとなる。
他の態様によれば、第１、第２及び第３の領域は、吸収構造の方向において等しい領域幅で設けられる。
これ以上は図示されない、他の例示的な実施例によれば、第１、第２及び第３の領域は、吸収構造の方向において異なる領域幅で設けられ、ここで夫々の複数の領域は同じ幅を持つ。
図７及び図８は、本発明によるアナライザー格子３４の他の例示的な実施例を示す。
第２の領域５６は、くし状構造７６のバー７４として設けられ、これは低いＸ線減衰値を持つ構成物質７８から作られる。第１の領域５２は、第１の深度８２を持つ第１のスリット８０として設けられ、この第１のスリットは、高いＸ線減衰値を持つ充填材８４で満たされている。この高い減衰値は前記低い減衰値よりも高い。さらに、第３の領域６０は、第１の深度よりも小さい第２の深度を持つ第２のスリット８６として設けられ、ここで第２のスリット８６は、同じ形式の模様で示される充填材８４で満たされている。
図７において、第１のスリット８０は、２つのバー７４の間に設けられ、第２のスリット８６は２つのバー７４の間に配される。
図８において、前記バー７４は、２つの第１のスリット８０の間に設けられ、第２のスリット８６は、２つの第１のスリット８０の間に配される。
図８に見られるように、第１及び第２のスリット８０、８６は、これらスリットが接している面の範囲において共通の物質構成として設けられることができる。
図９及び図１０は、アナライザー格子３４の他の例示的な実施例を示す。
本出願の図面及び明細書を通して、格子の構成は、これら格子の図示される配置に関して示され、与えられる別々の領域の寸法、拡張又は数に関して示されていないこと明確に述べておく。
図７及び図８の実施例に反して、図９及び図１０に示される実施例は、高い減衰値を持つ構成物質９２から作られるくし状構造９０を有する。
図９の例示的な実施例において、第１の領域５２は、前記くし状構造９０の第１のバー９４として設けられる。第３の領域６０は、第２のバー９６として設けられ、ここで第１のバー９４及び第２のバー９６は構成物質９２から作られる。第２のバー９６は、第１のバー９４の高さ１００よりも小さい高さ９８で設けられる。第２の領域５６は、バー９４、９６の間にあるスリット１０２として設けられる。
第３の領域６０は一部がカットされたバーとして設けられてもよい。
図１０において、第１の領域５２は、高いＸ線減衰値を持つ構成物質から作られるくし状構造のバー１０４として設けられる。第２の領域５６は、これらバーの間にある第１のスリット１０６として設けられる。第３の領域は、前記第１のスリット１０６の深度１１２よりも小さい深度１１０を持つ第２のスリット１０８として設けられる。
第２の領域は、これらバーの間にある溝として設けられる。前記領域は、これらバーの間にあるギャップとして設けられてもよい。
さらに、第３の領域は、一部が満たされたギャップ又は溝として設けられる。
他の例示的な実施例によれば、高い減衰値は、少なくとも７０％、好ましくは少なくとも９０％のＸ線減衰を有する。
さらに、図９及び図１０の実施例は、前記スリットが物質で満たされない、又はＸ線透過物質を持つ物質若しくは少なくとも低いＸ線減衰値を持つ物質で満たされるように配される。
図１１に示される他の例示的な実施例によれば、アナライザー格子３４は、例えば図７及び図８のように、低いＸ線減衰値を持つ構成物質１１６から作られるくし状構造１１４が与えられる。第１の領域５２は、高いＸ線減衰値を持つ充填材１２０で満たされたスリット１１８として設けられる。既に上述したように、この高い減衰値は前記低い減衰値よりも高い。
第３の複数５８に属する第３の領域６０の第３のＸ線減衰は、第２のＸ線減衰から第１のＸ線減衰までの範囲にあるので、第３の領域６０に類似する第２の領域５６を与えることも可能である。図１１に示される例において、充填されたギャップ１１８の間に設けられる境界バー１２２が示される。この境界バー１２２は、２つの第２の領域５６の間に配される第３の領域６０を有し、この第３の領域は破線で示される。
図１２は、低いＸ線減衰値を持つ構成物質１２６から作られる他のくし状構造１２４を示す。第２の領域５６はバー１２８として設けられる。境界ギャップ又はスリット１３０は、２つのバー１２８の間に配される。境界スリット１３０は、２つの第１の領域５２の間に配される第３の領域６０を有し、この境界スリット１３０は破線で示される。
言い換えると、図１１に示される例は、同じＸ線減衰を持つ第２の領域５６及び第３の領域６０を有する。図１２に示される例は、同じＸ線減衰を持つ第１の領域５２及び第３の領域６０を示す。
図１３はＸ線微分位相コントラスト撮像のための位相格子１３２の例示的な実施例を示す。位相格子１３２は、第４の複数１３６の第４の領域１３８及び第５の複数１４０の第５の領域１４２を備える偏向構造１３４を有する。第４及び第５の領域１３６、１４２は、交互に周期的に配される。第４の領域１３８は、Ｘ線放射線６２の位相及び/又は振幅を変更するために設けられ、第５の領域１４２は、Ｘ線放射線６２の振幅を変調するために設けられる。
例えば、位相格子は、突出しているバー及びこれらバーの間にあるギャップを用いたくし状構造として設けられ、第４の領域はバーとして設けられ、第５の領域は、これらバーの間にある接続領域として設けられる。
例示的な実施例によれば、位相格子１３２は、シリコンよりも重い構成物質を用いたくし状構造として設けられ、ここで前記構成物質の原子番号及び/又は密度は、シリコンの原子番号及び/又は密度よりも大きい。
例えば、前記構成物質は、シリコンよりも少なくとも１０％は重くすることができる。
第４及び第５の複数１３６、１４０の領域は、番号１４４で示される位相格子ピッチＰＰＧを持つ。
本発明の態様によれば、位相格子ピッチＰＡＧは、アナライザー格子ピッチＰＡＧと一致する又はアナライザー格子ピッチＰＡＧに従う。
例えば、平行なＸ線伝搬の場合、位相格子ピッチは、アナライザー格子ピッチに等しい、すなわちＰＰＧ＝ＰＡＧである。
他の例として、扇形のＸ線伝搬の場合、アナライザー格子ピッチは、２つの格子の距離及び伝搬する扇形の角度に関連する拡大に依存する位相格子ピッチに従う。
本発明の態様によれば、位相格子は、より重量のある物質をこの格子の構造に使用するので、通常の格子よりも小さいアスペクト比を持つことができる。故に、通常の格子よりもより広い受光角(acceptance angle)を持つ位相格子を提供することも可能である。アスペクト比及びさらに受光角も、Ｘ線放射線のエネルギーと前記格子に使用される物質との関係に依存している。この受光角は、位相格子を通りアナライザー格子に向かわせるために、Ｘ線ビームが位相格子に効率よく供給されることができる領域に関連する。
以下において、微分位相コントラスト撮像のための方法５００の例示的な実施例は図１４を参照して説明される。方法５００は以下のステップを有する。第１の印加ステップ５１２において、少なくとも一部がコヒーレントなＸ線放射線５１４が関心物体に印加される。さらに、第２の印加ステップ５１６において、前記対象を通過するＸ線放射線は、アナライザー平面において分裂したビームを再結合する位相格子５１８に印加される。第３の印加ステップ５２０において、再結合したビームは前記アナライザー平面に配されるアナライザー格子に印加される。記録ステップ５２２において、未処理の画像データは、アナライザー格子をステッピング５２４している間、センサを用いて記録される。
第２の印加ステップ５１６における位相格子は、第４の複数の第４の領域及び第５の複数の第５の領域を備え、ここで第４の領域は、Ｘ線放射線の位相及び/又は振幅を変更するために設けられ、並びに第４及び第５の領域は、位相格子ピッチＰＰＧを用いて交互に周期的に配される。さらに、第２の印加ステップ５１６において、干渉パターンの低調波(subharmonic)は、アナライザー格子の位置に与えられる。記録ステップ５２２及びに前記ステッピングステップ５２４おけるアナライザー格子は、上述した実施例の１つに従うアナライザー格子である。さらに、前記ステッピングステップ５２４は、位相格子を通過するＸ線放射線の少なくとも全変調周期にわたり、前記アナライザー格子を横方向にステッピングするステップを有する。
例えば、平行なＸ線の伝搬の場合、位相格子及び/又はアナライザー格子は、少なくとも全位相格子ピッチＰＰＧにわたり偏向構造に対し横方向にステッピングされるのに適する。
他の例として、扇形のＸ線の伝搬の場合、位相格子及び/又はアナライザー格子は、少なくとも拡大した全位相格子ピッチＰＰＧにわたり偏向構造に対し横方向にステッピングされるのに適し、この拡大は前記距離と伝搬の扇形の角度に依存している。
前記方法の他の例示的な実施例によれば、第２の印加ステップ５１６における位相格子は、上述した及び説明した実施例の１つに従う位相格子である。
前記方法の他の例によれば、前記第１の印加ステップ５１２は、ステップａ）とも呼ばれ、第２の印加ステップ５１６は、ステップｂ）とも呼ばれ、第３の印加ステップ５２０は、ステップｃ）とも呼ばれ、及び記録ステップ５２２はステップｄ）とも呼ばれている。
図１５に示される他の例示的な実施例によれば、ステップａ）は、従来のＸ線源のＸ線放射線、すなわち多色Ｘ線放射線スペクトルが前記放射線を分裂させる線源格子５２８に印加される初期印加ステップ５２６を有し、ここで少なくとも一部がコヒーレントなＸ線放射線が生じる。
以下において、本発明の他の態様が図１６から図１９を参照して説明される。図１６から図１９において、純粋な位相格子を用いた標準的な微分位相コントラスト撮像の設定と本発明によるアナライザー格子の結果との間の比較も行われる。この純粋な位相格子の状況は、夫々の列の上にａ）で示されてもいる、図１６から図１９の左半分に示される。本発明によるアナライザー格子の結果及び効果は、夫々の列の上に小文字ｂ）で示されてもいる、図１６から図１９の右半分に示される。
図１６は、２つの格子ピッチにわたる位相格子Ｇ１の位相シフト２１０及び伝達２１２を示す。列ａ）における標準的な設定に見られるように、伝搬２１２は本線である、すなわち伝達に関しては影響が与えられていない。これに反して、本発明は、図１６ｂ）のステッピングした伝達線２１２から分かるように、ビームの追加の強度の変調を与えている。この強度の変調は、位相変調２１０に加えて与えられる。
図１７に示されるように、ビームがＧ２の位置に進んだ後、他の全ての強度の最大が減衰し、これは図１７に示されるＧ２における強度グラフから分かる。図１７ａ）において、すなわち標準的な設定では、強度の最大は同じである。これに比べ、本発明は、強度グラフに異なる曲線、すなわち低い最大２１４ａ及び高い最大２１４ｂを与える。
言い換えると、図１７ａ）の信号の周期は、Ｇ１の半分であり、これは空間座標２１６を示す図１６、１７及び１８のＸ軸により容易に取り出される。
図１７ａ）の標準的な設定の結果に反し、図１７ｂ）に示される本発明の結果は、Ｇ１となる信号の周期を示している。
１／２Ｇ１の周期を持つビームの強度を変調するアナライザー格子を用いた標準的な設定において、強度パターンの変化は、検出器が２〜３つの最大の平均をとるので、見ることができない。しかしながら、アナライザー格子の伝達は、Ｇ１の周期を持つようにも変化するので、その変化は、図１９ｂ）に描かれるように見ることができるようになる。基本的に、示される例に起きていることは、検出器の信号の最大は、これは最大が共に減衰しないアナライザー格子の位置に関連しているので、同じであるが、最小の深度は、最大が異なって減衰しているので、異なっていることである。これにより、位相格子の測定のダイナミックレンジは２倍に増大する、つまり標準的な設定のダイナミックレンジは、図１７に示されるＧ２の位置のビームの強度グラフが１／２Ｇ１ずつシフトするように、位相面の勾配が大きくなる場合、この強度グラフはシフトが無い場合と区別できないという事実により制限される。図１７に戻り、図１７ｂ）のグラフは、Ｇ２の位置における、すなわちＸ線ビームが１つの分数タルボ距離(fractional Talbot distance)にわたり光軸に沿って進んだ後の結果生じる強度の変動を示す。
図１８は、他のグラフ２１８で示されるアナライザー格子の伝達を示す。図に示されるように、図１８ａ）における標準的な設定に従うアナライザー格子Ｇ２は、１／２Ｇ１の周期を持つのに対し、本発明によるＧ２の伝達２１８はＧ１の周期を持つ。
上述したように、図１９は、格子の位置の関数として測定した強度２２０を示す。参照番号２２２で示される図１９のＸ軸は、前記強度グラフに関する格子Ｇ２の相対位置に関連していることに注意されたい。図１９ａ）及び１９ｂ）のＸの範囲は、１つだけの格子ピッチであり、位置Ｘ＝０は、図１７及び１８に示されるような位置に関連している。
図１８ｂ）に示されるＧ１の伝達は単に例として示されるのであり、異なる減衰を持つ上述したアナライザー格子の構造の１つに従って与えられることもできる。
図２０は、ピッチＧ１を持つ純粋な位相格子を用いた標準的な設定をもう一度示す。この格子は、格子の構造２２４で示される。さらに、アナライザー格子の２つのステッピング位置２２６及び２２８は、前記位相格子の構造２２４の下に２列で示される。アナライザー格子の構造は、アナライザー格子の構造２３０で概略的に示される。
結果生じる測定した強度は、図２１において強度曲線２３２で示され、この測定した強度は、格子Ｇ２の後ろ、すなわちアナライザー格子の後ろで測定される。矢印２３４及び２３６で示されるように、位置２２６は曲線の始点に関連するのに対し、参照番号２３８で示される曲線の最大は位置２２８に関連している。
図２２は、本発明による位相格子Ｇ１での強度２４０を示す。図に示されるように、この強度は、図２０に示される標準的な設定の周期の２倍の周期を持つ。これは、Ｐ２／２を示す参照番号２４２で示されている。
強度曲線２４０の下に、本発明によるアナライザー格子、すなわち第１の位置２４４、第２の位置２４６及び第３の位置２４８の別々のステッピング位置が示される。位置２４４において、アナライザー格子２４４は、図１６から図１８に示されるＸ軸の位置１に設けられる。第２の位置２４６において、前記位置はＸ＝２であり、第３の位置２４８はＸ＝３の位置に関連する。
第１の位置２４４において、伝達は行われない。さらに、示されるように第１のセグメント２５０に１００％の減衰が与えられ、第２のセグメントに５０％の減衰が与えられ、第３のセグメント２５４に１００％の減衰が与えられ及び第４のセグメント２５６に０％の減衰が与えられる。
第２の位置２４６から分かるように、高い強度の１００％及び低い強度の５０％が本発明によるアナライザー格子を通過することができる。
第３の位置２４８に関して、高い強度の５０％及び低い強度の１００％が前記アナライザー格子を通過することができる。
これは、図２３に示されるように、アナライザー格子Ｇ２の後ろで測定される、前記測定強度曲線２４８となる。
図２４は、上の列に零勾配に対する他の強度曲線２６０、ダイナミックレンジの拡張を示すさらに他の強度曲線２６２を示す。これら２つの曲線の区別は、標準的なアナライザー格子では達成されないが、上述したような本発明によるアナライザー格子を用いて達成することができる。
本発明の他の例示的な実施例（図示せず）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が提供される、すなわち先行する実施例の１つに従う方法の方法ステップを適切なシステムにおいて実施するのに適することにより特徴付けられる。
コンピュータプログラム要素は故に、コンピュータユニットに記憶されてもよく、これは本発明の実施例の一部でもある。このコンピュータユニットは、上述した方法のステップを行う又はステップの実行を誘導するのに適している。さらに、上述した装置の構成要素を操作することにも適している。前記コンピュータユニットは、自動的に動作する及び/又はユーザの命令を実行するのに適応することができる。コンピュータプログラムは、データ処理器の作業メモリにロードされることができる。このデータ処理器は従って本発明の方法を実行するために装備されてもよい。
本発明の例示的な実施例は、最初から本発明を使用するコンピュータプログラムと、現在のプログラムを更新によって本発明を使用するプログラムにするコンピュータプログラムの両方を含んでいる。
さらに、コンピュータプログラム要素は、上述したような方法の例示的な実施例の手続き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る。本発明の他の例示的な実施例（図示せず）によれば、コンピュータ読取可能媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭは、このコンピュータ読取可能媒体が示され、ここでコンピュータ読取可能媒体は、コンピュータプログラム要素をこの記憶媒体に記憶し、このコンピュータプログラム要素は前節により開示されている。
コンピュータプログラムは、適切な媒体、例えば他のハードウェアと一緒に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体に記憶及び/又は配布されてもよいが、他の形式、例えばインターネット又は他の有線若しくはワイヤレスの電話通信システムを介して配布されてもよい。しかしながら、コンピュータプログラムは、World Wide Webのようなネットワークを介して示されてもよいし、上記ネットワークからデータ処理器の作業メモリにダウンロードされることもできる。本発明の他の例示的な実施例によれば、コンピュータプログラム要素にダウンロードを可能させるための媒体が与えられ、このコンピュータプログラム要素は、本発明の上述した実施例の１つに従う方法を行うように配される。
本発明の実施例は、異なる内容を参照して説明されることに注意しなければならない。特に、幾つかの実施例は、装置形式の請求項を用いて説明される。しかしながら、特に通知しない限り、ある形式の内容に属する特徴の如何なる組み合わせに加え、異なる内容に関連する特徴の間における如何なる組み合わせも本出願と共に開示されると考えることを、当業者は上記及び以下の説明から推測するであろう。しかしながら、全ての特徴が組み合わされ、これら特徴を単に合わせた以上の相乗効果を与えることができる。
請求項において、"有する"という言葉は、他の要素又はステップを排除するものではなく、複数あることを述べないことが、それらが複数あることを排除するものではない。単一の処理器又は他のユニットが請求項に挙げられる幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。ある方法が互いに異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これらの方法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しているのではない。

Claims (14)

  1. 第１のＸ線減衰を持つ第１の複数の第１の領域、及び
    第２のＸ線減衰を持つ第２の複数の第２の領域
    を備える吸収構造を有する、Ｘ線微分位相コントラスト撮像のためのアナライザー格子において、
    前記第２のＸ線減衰は、前記第１のＸ線減衰よりも小さく、
    前記第１及び第２の領域は、交互に周期的に配され、及び
    第３の複数の第３の領域は、第３のＸ線減衰を具備し、前記第３のＸ線減衰は、前記第２のＸ線減衰から前記第１のＸ線減衰までの範囲にあり、並びに
    前記第１又は第２の領域が２つ毎に前記第３の領域の１つと置き換えられる、
    アナライザー格子。
  2. 前記第１の領域は、Ｘ線不透過であり、
    前記第２の領域は、Ｘ線透過であり、
    前記第３の領域は、前記第１の領域のＸ線減衰よりも小さく、前記第２の領域のＸ線減衰よりも大きいＸ線減衰を持つ
    請求項１に記載のアナライザー格子。
  3. 前記第１及び第２の複数からなる集合のうち一方は４ストライドが与えられ、前記第１及び第２の複数からなる集合のうち他方は、２ストライドが与えられ、
    前記第３の複数は４ストライドが与えられる、
    請求項１又は２に記載のアナライザー格子。
  4. 前記第２の領域は、低いＸ線減衰値を持つ構成物質から作られるくし状構造のバーとして与えられ、
    前記第１の領域は、第１の深度を持つ第１のスリットとして与えられ、前記第１のスリットは、高いＸ線減衰値を持つ充填材で充填され、
    前記高い減衰値は、前記低い減衰値よりも高く、及び
    前記第３の領域は、前記第１の深度よりも小さい第２の深度を持つ第２のスリットとして与えられ、前記第２のスリットは、前記充填材で充填されている、
    請求項１、２又は３に記載のアナライザー格子。
  5. 請求項１に記載のアナライザー格子と、
    第４の複数の第４の領域、及び
    第５の複数の第５の領域
    を備える偏向構造
    を有する位相格子と
    を有する、Ｘ線微分位相コントラスト撮像のための格子構成において、
    前記第４及び第５の領域は、交互に周期的に配され、
    前記第４の領域は、Ｘ線放射線の位相及び/又は振幅を変更するために設けられ、並びに
    前記第５の領域は、前記Ｘ線放射線の振幅を変調するために設けられる
    格子構成。
  6. 請求項５に記載の格子構成において、前記位相格子は、シリコンよりも重い構成物質を用いたくし状構造として設けられ、前記構成物質の原子番号及び/又は密度は、シリコンの原子番号及び/又は密度よりも大きい格子構成。
  7. 位相格子ピッチＰＰＧを持つ位相格子、
    アナライザー格子、及び
    Ｘ線放射線の強度の変化を記録するのに適したセンサを備える検出器
    を有する、物体の微分位相コントラスト画像を生成するためのＸ線システムの検出器配置において、
    放射線の方向において、前記アナライザー格子は、位相格子の後ろに配され、前記検出器は、前記アナライザー格子の後ろに配され、
    前記位相格子は、
    −第４の複数の第４の領域、及び
    −第５の複数の第５の領域
    を具備し、
    前記第４の領域は、Ｘ線放射線の位相及び/又は振幅を変更するために設けられ、
    前記第４及び第５の領域は、位相格子ピッチＰＰＧで交互に周期的に配され、
    前記アナライザー格子は、請求項１乃至４の何れか一項に従って与えられ、並びに
    前記位相格子及び/又はアナライザー格子は、前記位相格子を通過するＸ線放射線の少なくとも全変調周期にわたり、偏向構造に対し横方向にステッピングされるように適合する、
    検出器配置。
  8. アナライザー格子ピッチＰＡＧは、前記位相格子ピッチＰＰＧと一致している、請求項７に記載の検出器配置。
  9. Ｘ線源、
    位相格子
    アナライザー格子、及び
    検出器
    を備える、物体の微分位相コントラスト画像を生成するためのＸ線画像取得装置において、
    前記Ｘ線源はＸ線放射線を生成し、
    前記Ｘ線画像取得装置は、Ｘ線ビームに十分なコヒーレンスを与えるのに適するので、前記アナライザー格子の位置に干渉が観測されることができ、並びに
    前記位相格子、前記アナライザー格子及び前記検出器は、請求項７又は８に記載の検出器配置として設けられている、
    Ｘ線画像取得装置。
  10. 請求項９に記載の物体の微分位相コントラスト画像を生成するためのＸ線画像取得装置、
    処理ユニット、及び
    インターフェースユニット
    を有する微分位相コントラスト撮像のためのＸ線撮像システムにおいて、
    前記処理ユニットは、Ｘ線源並びに前記アナライザー格子及び/又は前記位相格子の位相ステッピングを制御するのに適し、並びに
    前記インターフェースユニットは、検出した未処理の画像データを前記処理ユニットに供給するのに適する、
    Ｘ線撮像システム。
  11. ａ）関心物体に少なくとも一部がコヒーレントなＸ線放射線を印加するステップ、
    ｂ）アナライザー平面において分裂したビームを再結合する位相格子に前記物体を通過するＸ線放射線を印加するステップ、
    ｃ）前記アナライザー平面に配されるアナライザー格子に前記再結合したビームを印加するステップ、
    ｄ）前記アナライザー格子をステッピングしている間、センサを用いて未処理の画像データを記録するステップ
    を有する、微分位相コントラスト撮像のための方法において、
    ステップｂ）において、前記位相格子は、
    −第４の複数の第４の領域、及び
    −第５の複数の第５の領域
    を具備し、
    前記第４の領域は、Ｘ線放射線の位相及び/又は振幅を変更するために設けられ、前記第４及び第５の領域は、位相格子ピッチＰＰＧを用いて交互に周期的に配され、
    ステップｂ）において、アナライザー格子の位置における干渉パターンの分数調波が与えられ、
    ステップｄ）において、前記アナライザー格子は、請求項１乃至４の何れか一項に記載のアナライザー格子であり、並びに
    ステップｄ）は、前記位相格子を通過するＸ線放射線の少なくとも全変調周期にわたり、前記アナライザー格子を横方向にステッピングするステップを有する、
    方法。
  12. ステップａ）は、従来のＸ線源のＸ線放射線を、前記放射線を分裂させる線源格子に印加するステップを有し、前記少なくとも一部がコヒーレントなＸ線放射線が生成される、請求項１１に記載の方法。
  13. 処理ユニットにより実施されるとき、請求項１１又は１２に記載の方法のステップを行うのに適した、請求項９又は１０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。
  14. 請求項１３に記載のプログラム要素を記憶しているコンピュータ読取可能媒体。
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