JP7221938B2 - 位相コントラスト及び／又は暗視野ｘ線イメージングにおけるｘ線入射干渉縞パターンのｘ線検出 - Google Patents

位相コントラスト及び／又は暗視野ｘ線イメージングにおけるｘ線入射干渉縞パターンのｘ線検出 Download PDF

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Description

本発明は、Ｘ線検出に関する。特に、位相コントラスト及び／又は暗視野Ｘ線イメージングにおける入射Ｘ線干渉縞パターンをサンプリングするためのＸ線ディテクター、並びに、関係する方法、干渉計、Ｘ線イメージングシステム、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が説明される。
位相コントラストイメージングは、従来の線源又はディテクターハードウェアを変更することを必要としない、高度なＸ線光学の医療イメージング分野に対する最近見出された適用可能性の観点から、これまでの１０年間に医療イメージングにおいて大きな注目を集めてきた。位相コントラストイメージングは、タルボロー干渉法を適用し、通常は、３つの回折型又は吸収型Ｘ線光学要素を特徴に持つ。マイクロメートル又は何十マイクロメートルというスケールで形成される干渉縞が調べられ得、関心物体の位相及び小角散乱効果が調べられ得る。これは、新しく医療的に有用な情報がＸ線画像から抽出されることを可能にしている。
米国特許出願公開第２０１４／０１７７７９５（Ａ１）号は、Ｘ線イメージングシステムに対するタルボロー干渉計の適用を説明している。しかし、このようなアプローチはさらに改善され得る。
したがって、位相コントラスト及びＸ線イメージングに適用可能なＸ線ディテクターを改善する必要性が存在する。本発明の目的は、添付された独立請求項の主題により解決され、さらなる実施形態が従属請求項に組み込まれる。
第１の態様によると、位相コントラスト及び／又は暗視野Ｘ線イメージングにおいて入射Ｘ線干渉縞パターンをサンプリングするためのＸ線ディテクターが提供される。Ｘ線ディテクターは、
入射干渉縞パターンをサンプリングし、それを複数の光学スラブ信号に変換するように配置された複数のスラブを備える構造化シンチレーター層と、
複数のサブピクセルを備える構造化シンチレーター層と光通信する光ディテクター層であって、各サブピクセルが、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブから出射されたそれぞれの光学スラブ信号を検出するように、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブと位置合わせされた、光ディテクター層と、
複数のサブピクセルから干渉縞パターンを表す信号を電子的に読み取るように配置された信号組合せ構成部（ｓｉｇｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）とを備える。
サブピクセルは、関連する光学スラブ信号の存在に基づいて複数の検出信号を提供するように構成された複数の光学的検出セルをさらに備える。
信号組合せ構成部は、光ディテクター層の光学的検出セルの検出信号の組合せとして少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を生成することにより、Ｘ線ディテクターの位置を調節せずに、第１の検出方向及び第２の検出方向における位相コントラスト及び／又は暗視野Ｘ線画像の獲得を可能にするように構成される。少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号の各々が、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブにおいて受信された入射Ｘ線干渉縞パターンに起因して、空間信号振幅に比例し、Ｘ線ディテクターのピクセル信号が、スラブの幅により規定された干渉縞サンプリング分解能において少なくとも２つの近接したサブピクセルから獲得された少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を含む。
このＸ線ディテクターの効果は、典型的にはＧ２と表記されて従来のＸ線ディテクターの前に位置する分析器回折格子が、Ｘ線干渉計セットアップから省略され得ることにより、干渉縞の位相及び干渉縞の視認性の情報の直接的な検出が可能になることである。直接的な干渉縞測定アプローチによる黙示的な分解能の向上は、Ｘ線ディテクターのサブピクセルの大幅な縮小につながる。ディテクターノイズにおける限界は、サブピクセルの寸法が小さくなったときに小さくならない物理的限界である。したがって、サブピクセルの縮小は比例的にディテクターノイズの増加につながり、これを本アプローチが改善し得る。Ｘ線ディテクター分解能の上昇は、さらに、Ｘ線ディテクター情報出力の相応の増加を意味する。本明細書において詳述される読み取りの概念は、出力信号の取扱いを改善し得る。
任意選択的に、光学的検出セルは、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブから出射されたそれぞれの光学スラブ信号を検出するように構成された１つ又は複数のシリコン光電子増倍管を備える。
シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）セルは、速いトランジェント時間、典型的には１ｎｓより短い、及び約数十ナノ秒のクエンチング時間をもつ。したがって、位相コントラストＸ線ディテクターにおけるシリコン光電子増倍管の使用は有益なことに、入射光子のエネルギーが分解されることを必要とせず、微小ピッチ間隔における信号振幅が必要とされるだけであることを意味する。したがって、少数のシリコン光電子増倍管セル（究極には、１つのシリコン光電子増倍管セル）が位相コントラストイメージングを可能にするために機能的に適切である。
任意選択的に、信号組合せ構成部は、第１の出力信号及び第２の出力信号が第１の近接したサブピクセルの集合から獲得される、第１のモードに構成可能であり、第１の出力信号及び第２の出力信号が第２の近接したサブピクセルの集合から獲得される、第２のモードに構成可能であり、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが、互いに対する何らかの角度で位置合わせされ、結果として、Ｘ線ディテクターの位置を調節せずに、異なる方向におけるサブピクセル累積を可能にする。
任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが位置合わせされる角度は、９０°である（言い換えると、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合のサブピクセルが長方形グリッドを形成する）。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが互いに０°から９０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが互いに０°から８０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが互いに０°から６０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが０°から３０°の間の内角をもつように位置合わせされる。したがって、干渉縞パターンは、多くの異なる方向においてサンプリングされる。
この手法により、微細構造物を分解するための好ましい方向が獲得前に規定されるようにサブピクセルビニングを選択的に配置する能力をもつ直接干渉縞ディテクターが提供される。これは、患者及び／又はディテクターハードウェアを動かすことを必要とせずに、例えば、第１の方向及び第２の方向における（例えば、直交する方向における）位相コントラスト画像又は暗視野画像の獲得を可能にする。したがって、分解能及び患者ディテクター間の位置合わせが患者又はディテクターアレイを動かすことにより悪影響を受けることがないので、より正確なＸ線画像が生成される。
任意選択的に、１つのサブピクセルにおける複数の光学的検出セルが、構造化シンチレーター層のスラブからの光学的出射によりトリガーされた光学的検出セルの数に比例した信号を動作中に生成するように、電気的に並列に接続される。
各スラブは、多数の下方の光学的検出要素を含む。本実施形態の効果は、処理される必要のあるサブピクセルからの大量の情報が減少し得ることである。
任意選択的に、構造化シンチレーターは、互いに異なる減衰時定数をもつ異なるシンチレーター材料から各々が形成された第１のシンチレーター要素及び第２のシンチレーター要素をさらに備える。信号組合せ構成部は、第１の光ディテクター信号及び第２の光ディテクター信号が光学的クロストークにより結果的にもたらされるか否か弁別するための、第１のシンチレーター要素及び第２のシンチレーター要素の減衰時定数に整合した第１の事象検証フィルタ及び第２の事象検証フィルタをさらに備える。
獲得されたＸ線干渉縞パターンは、第１のシンチレータースラブからの信号が、近接したシンチレータースラブの下方にある光ディテクター要素が活性化することを誘発する場合、（不鮮明で）時間的に、又は空間的に不明瞭となる。異なるシンチレーター材料が異なる減衰時定数をもつ交番スラブ状に配置された異なるシンチレーター材料の使用は、第１のシンチレータースラブから生じる信号が直接隣接したシンチレータースラブから生じる第２のシンチレーター信号とは大幅に異なる時間スケールフットプリントをもつことを可能にする。したがって、近接したシンチレータースラブからの信号は、受信された信号の減衰時定数を監視することにより互いに弁別される。これは、干渉縞信号から、クロストークによりもたらされる信号のより良好な分離を可能にする。
任意選択的に、信号組合せ構成部は、近接したサブピクセルから近接したサブピクセルへの光学的出射に関連した信号を提供するように構成された各サブピクセルに関連した相補的事象検証フィルタをさらに備える。近接したスラブから生じたことを特定された信号が両方の近接物に送信され、両方の近接物が、一致論理を使用して信号を検証し、それら自体のそれぞれの信号にそれらを加算するので、この実施形態の効果は改善された信号対ノイズ比である。
任意選択的に、信号組合せ構成部は、アナログ回路として提供される。代替的に、第１の出力信号及び第２の出力信号はデジタル化され、信号組合せ構成部がデジタル信号処理機能として提供される。代替的に、信号組合せ構成部は、アナログ回路とデジタル信号処理機能との複合体である。
任意選択的に、Ｘ線ディテクターは、構造化シンチレーター層と光ディテクター層との間に位置する構造化カラーフィルタ層をさらに備える。
第１のシンチレーター要素は、第１の波長を含む可視光を出射するように構成され、第２のシンチレーター要素は、第２の波長を含む可視光を出射するように構成され、構造化カラーフィルタ層は、光ディテクター層のクロストーク性能を改善するように、光ディテクター層における検出前にそれぞれの波長を含む第１の可視光と第２の可視光とをフィルタ処理してするように構成される。
これの効果は、対応する光ディテクター要素が異なるシンチレーション波長をもつ異なる種類のシンチレーターの下方に位置することである。したがって、真上のスラブから生じる第１の波長の信号光は、第２の波長の光をフィルタ処理するように構成された光学フィルタにより大幅にはフィルタ処理されない。しかし、近接したスラブから生じる第２の波長のノイズ光は、第２の波長の光をフィルタ処理するように構成された光学フィルタにより大幅にフィルタ処理される。この手法により、スラブ間の光学的クロストークの影響がさらに低減される。
任意選択的に、Ｘ線ディテクターは、光ディテクター層のクロストーク性能を改善するために、各スラブの周辺における光学的に分離するマトリックスとして構造化シンチレーター層に形成されたシンチレーター分離構成部をさらに備える。
効果は、近接したシンチレータースラブからのノイズ光の漏れが低減されるという理由から、異なる種類のシンチレーター材料を含むスラブ間の光学的クロストークが低減されることである。
任意選択的に、スラブの幅は、０．５μｍから５０μｍ、０．５μｍから４０μｍ、０．５μｍから３０μｍ、０．５μｍから２０μｍ、５μｍから２０μｍ、１０μｍから３０μｍ、２０μｍから５０μｍという範囲のうちの１つに入る。
任意選択的に、構造化シンチレーター層は、第３のシンチレーター要素又は第４のシンチレーター要素を備え、光ディテクター層は、干渉縞サンプリング分解能を改善するために各々が第３のシンチレーター要素又は第４のシンチレーター要素と光学的に位置合わせされた第３のサブピクセル又は第４のサブピクセルを備える。
位相コントラスト干渉縞パターンは、２つの独立したオーバーサンプリングされたチャンネルを使用して適切に分解されるが、干渉縞パターンの空間的オーバーサンプリング速度が上げられた場合、サンプリング分解能が改善され得、及び／又は、獲得速度が高められ得る。
一例によると位相コントラスト及び／又は暗視野Ｘ線イメージングにおいて入射Ｘ線干渉縞パターンをサンプリングするためのＸ線ディテクターが提供される。Ｘ線ディテクターは、
入射干渉縞パターンをサンプリングし、それを複数の光学スラブ信号に変換するように配置された複数のスラブを備える構造化シンチレーター層と、
複数のサブピクセルを備える構造化シンチレーター層と光通信する光ディテクター層であって、各サブピクセルが、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブから出射されたそれぞれの光学スラブ信号を検出するように、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブと位置合わせされた、光ディテクター層と、
複数のサブピクセルから干渉縞パターンを表す信号を電子的に読み取るように配置された信号組合せ構成部と、
を備える。
サブピクセルは、関連する光学スラブ信号の存在に基づいて複数の検出信号を提供するように構成された複数の光学的検出セルをさらに備える。
信号組合せ構成部は、光ディテクター層の光学的検出セルの検出信号の組合せとして少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を生成するように構成される。少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号の各々が、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブにおいて受信された入射Ｘ線干渉縞パターンに起因して空間信号振幅に比例し、Ｘ線ディテクターのピクセル信号が、スラブの幅により規定された干渉縞サンプリング分解能において少なくとも２つの近接したサブピクセルから獲得された少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を含む。
第２の態様によると、位相コントラスト又は暗視野Ｘ線イメージングのための干渉計が提供される。干渉計は、
位相回折格子構造物と、
第１の態様又は、その任意選択的な実施形態によるＸ線ディテクターと、
を備える。
位相回折格子構造物とＸ線ディテクターのシンチレーター層とがＸ線放射線を相関付けるための干渉計構成部を形成するように、位相回折格子構造物及びＸ線ディテクターが光路中に配置される。
第３の態様によると、Ｘ線イメージングシステムが提供される。Ｘ線イメージングシステムは、
Ｘ線源と、
第２の態様による干渉計と、
制御装置と、
を備える。
制御装置は、Ｘ線源を起動するように構成され、したがって、光路中に配置可能な関心物体にＸ線放射線を付与するように構成される。
干渉計のＸ線ディテクターは、サンプリングし、サンプリングされたＸ線波面を検出するように構成される。
制御装置は、干渉計のＸ線ディテクターの複数のサブピクセルから干渉縞パターンを表す信号を電子的に読み取るように構成される。
任意選択的に、Ｘ線イメージングシステムは、線源回折格子Ｇ０と位相回折格子Ｇ１との間の距離が位相回折格子Ｇ１とＸ線ディテクターとの間の距離未満である逆Ｘ線位相コントラストイメージングシステムである。
任意選択的に、Ｘ線イメージングシステムは、線源回折格子Ｇ０と位相回折格子Ｇ１との間の距離が位相回折格子Ｇ１とＸ線ディテクターとの間の距離より大きいＸ線位相コントラストイメージングシステムである。
第４の態様によると、以下のステップ、すなわち、
ａ）関心物体を検査するためにＸ線放射線を生成するステップと、関心物体にＸ線放射線を向けるステップと、
ｂ）Ｘ線ディテクターにおいて、関心物体により位相変調されたＸ線放射線を受信するステップと、
ｃ）入射干渉縞パターンをサンプリングするように配置された複数のスラブを備える構造化シンチレーター層を使用して、変調されたＸ線放射線を複数の光学スラブ信号に変換するステップと、
ｄ）複数のサブピクセルを備える構造化シンチレーター層と光通信する光ディテクター層を使用して、複数の光学スラブ信号を検出するステップであって、各サブピクセルが、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブから出射されたそれぞれの光学スラブ信号を検出するように、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブと位置合わせされ、サブピクセルが、関連する光学スラブ信号の存在に基づいて複数の検出信号を提供するように構成された複数の光学的検出セルをさらに備える、複数の光学スラブ信号を検出するステップと、
ｅ）信号組合せ構成部を使用して複数のサブピクセルから干渉縞パターンを表す信号を電子的に読み取るステップであって、信号組合せ構成部が、光ディテクター層の光学的検出セルの検出信号の組合せとして少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を生成することにより、Ｘ線ディテクターの位置を調節せずに、第１の検出方向及び第２の検出方向における位相コントラスト及び／又は暗視野Ｘ線画像の獲得を可能にするように構成され、少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号の各々が、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブにおいて受信された入射Ｘ線干渉縞パターンに起因して空間信号振幅に比例し、Ｘ線ディテクターのピクセル信号が、スラブの幅により規定された干渉縞サンプリング分解能において少なくとも２つの近接したサブピクセルから獲得された少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を含む、電子的に読み取るステップと、
を有する、位相コントラストＸ線イメージング及び／又は暗視野Ｘ線イメージングのための方法が提供される。
第５の態様によると、処理ユニットにより実行されたときに、第４の態様の方法ステップを実施するように適応された、第３の態様によるＸ線イメージングシステムを制御するためのコンピュータプログラム要素が提供される。
第６の態様によると、第５の態様のコンピュータプログラム要素を記憶したコンピュータ可読媒体が提供される。
本説明中、「Ｘ線位相コントラストイメージング」という用語は、Ｘ線源が関心物体に向けられ、位相回折格子が位相回折格子から離れた規則的な距離に干渉縞パターンを生成するために使用されるＸ線イメージング技術を表す。従来のＸ線位相コントラストイメージングシステムは、典型的には、線源の直前における線源回折格子Ｇ０と、Ｘ線ビーム生成器干渉縞パターンに位置する位相回折格子Ｇ１と、Ｘ線ディテクターの直前における干渉縞パターンをサンプリングするように提供された分析器回折格子Ｇ２とを含む。
従来のＸ線位相コントラストシステムでは、位相回折格子Ｇ１と分析器回折格子Ｇ２との間の距離は、線源回折格子Ｇ０と位相回折格子Ｇ１との間の距離より小さい。このアプローチにおいて、分析器回折格子Ｇ２は、典型的には、位相回折格子Ｇ１及び線源回折格子Ｇ０に比べて非常に微小なピッチをもたなければならない。
「逆」Ｘ線位相コントラストシステムでは、線源回折格子Ｇ０と位相回折格子Ｇ１との間の距離は、位相回折格子Ｇ１と分析器回折格子Ｇ２との間の距離より小さい。これは、Ｇ２がより広い面積、及び、よりきめの粗い構造物をもつことを可能にし、製造問題をあまり困難でないものにする。これらの態様は、「Ｉｎｖｅｒｓｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ ｇｒａｔｉｎｇ－ｂａｓｅｄ Ｘ－ｒａｙ ｐｈａｓｅ－ｃｏｎｔｒａｓｔ ｉｍａｇｉｎｇ」、Ｄｏｎａｔｈら著、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、１０６、０５４７０３（２００９）の論文においてさらに説明されている。
本明細書において説明されるディテクター技術は、従来のＸ線位相コントラストシステムと逆Ｘ線位相コントラストシステムとの両方、及び、当業者の知識に含まれるＸ線位相コントラストシステムの光学素子の多くの他の変形例に適用可能である。しかし、本出願の概念は、分析器回折格子を、分析器回折格子ではなくＸ線ディテクターの一部を形成する構造化シンチレーターと置換することである。本出願において、「逆」Ｘ線位相コントラストシステム又は「従来の」Ｘ線位相コントラストシステムが、相応に示されなければならない。
本説明中、「Ｘ線干渉縞パターン」という用語は、Ｘ線回折格子ベースイメージングにおける概念を表す。標準的な方法は、Ｘ線のコヒーレント平面波面を使用してサンプルを照らすことを伴う。サンプルの他方側は、タルボ長と呼ばれる伝播距離後の周期的な波面を確立する位相回折格子を備える。１つのアプローチにおいて、周期的な波面は、（「位相ステッピング」として知られる、）分析器方向においてタルボパターンにわたって分析器回折格子を動かすことによりサンプリングされる。Ｘ線干渉縞パターンという用語は、タルボパターンを表す。
本説明中、「構造化シンチレーター層」という用語は、周期的に配置されたシンチレーターチャンネルのアレイを備える平面の、又は実質的に平面の層を意味する。構造化シンチレーターの独立したシンチレーターチャンネルの各々が、「スラブ」と呼ばれる。スラブは、幅又はピッチをもつように配置されて、分析器回折格子構造物の類似体を形成する。言い換えると、構造化シンチレーターは、従来の分析器回折格子構造物の機能を置換するとみなされ得る。代替的に、シンチレーター層はマイクロ構造化シンチレーター層と呼ばれる。任意選択的に、スラブは、構造化シンチレーター材料におけるマイクロ列である。マイクロ列は、任意選択的に２５０ｎｍから１０μｍの直径をもつ平行な針様構造物である。構造化シンチレーター材料は、例えば真空蒸着により用意される。代替的に、シンチレーター材料は、例えば、タリウムドープされたヨウ化セシウム、ガドリニウム酸硫化物（ＧＯＳとして知られるＧｄ２Ｏ２Ｓ）、ガドリニウムオキシオルトシリケート（ＧＳＯとして知られるＧｄ２ＳｉＯ５）、ＬＹＳＯとして知られるルテチウムイットリウムオキシオルトシリケート（Ｌｕ２（１－ｘ）Ｙ２ｘＳｉＯ５）、ＧＡＧＧとして知られるＧｄ３Ａｌ２Ｇａ３Ｏ１２、又は、ＢＧＯとして知られるＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２といったシンチレーター材料により充填されたマトリックスを製造するように、シリコンにエッチングされる。当業者により考えられる多くの他のシンチレーター材料が使用され得る。
本説明中、「光学スラブ信号」という用語は、Ｘ線光子がシンチレータースラブに当たったときに構造化シンチレーター層又はそのスラブから出射される可視光のバーストを表す。
以下の説明では、「ピクセル」という用語は、従来のピクセル寸法、例えば２００μｍ×２００μｍをもつ光学的光検出ユニットを表すが、最大１ｍｍ四方の寸法をもつピクセル寸法が検討され得る。干渉縞パターンが構造化シンチレーターによりオーバーサンプリングされるように、ピクセルがサブピクセルに構造化される。動作中、近接したサブピクセルは、相互にシフトされた位相をもつ信号を受信する。
以下の説明では、「光ディテクター層」という用語は、信号組合せ構成部による処理のために構造化シンチレーターからの光学スラブ信号を電気信号に変換することが可能な半導体構造物を表す。例えば、光ディテクター層は、典型的には、ＣＭＯＳ層の上に堆積させられた構造化シンチレーター層を伴う、検出コンポーネント及びバス接続体を備えるＣＭＯＳ層として形成される。構造化シンチレーター層の堆積前に、光ディテクター要素、例えば複数のシリコン光電子増倍管、又は複数のフォトダイオードが、関連する信号組合せ回路とともに、ＣＭＯＳ層において提供される。
以下の説明では、「信号組合せ構成部」という用語は、検出信号を読み取るように機能するアナログ又はデジタル回路を表す。アナログ回路は、例えば、光ディテクター層における水平又は垂直検出方向に沿った光電子増倍管又はフォトダイオードと並列な単純な接続体を含む。代替的に、又は追加的に、このようなアナログ回路は、例えばカレントミラー、電流増幅器、又は電流加算増幅器といったアナログ要素まで広がり得る。代替的に、信号組合せ構成部は、アナログデジタルコンバーターを使用して、光ディテクター層の近くで検出信号をデジタル化する。次に、近接した信号の組合せが、例えば、より正確であり、ノイズ干渉をより起こしにくいデジタル処理を使用して行われ得る。
したがって、構造化シンチレーターのスラブと位置合わせされたサブピクセルと組み合わされて、Ｘ線干渉縞パターンを空間的にサンプリング及び／又はオーバーサンプリングすることが可能な構造化シンチレーターを提供することにより、Ｘ線干渉縞パターンを空間的にサンプリング及び／又はオーバーサンプリングすることが基本的なアイデアである。これは、近接したシンチレータースラブからの干渉縞パターンの分離を可能にする。
本発明のこれらの態様及び他の態様が、以下で説明される実施形態から明らかとなり、以下で説明される実施形態を参照しながら説明される。
本発明の例示的な実施形態は、以下の図面において説明される。図面における電気回路図は、最終的な電子設計を提示するのではなくそれらのトポロジー的情報のために提示される。しかし、当業者は、回路図を参照しながら最終的な設計を完成させることができる。
従来の位相コントラストイメージングシステムの概略側面図である。 ４チャンネルの従来の位相コントラストイメージングシステムから例示的なサンプリングされた強度パターンを示す図である。 Ｘ線位相コントラスト干渉計と、第２の態様及び第３の態様による干渉計とを組み込んだＸ線位相コントラストイメージングシステムの側面図を概略的に示す図である。 第１の態様によるＸ線ディテクターの概略図である。 第１の態様による実用的な実施形態の概略図である。 従来の一次元干渉縞ディテクターのスラブを概略的に示す図である。 ９０度回転させられたときの従来の一次元干渉縞ディテクターのスラブを概略的に示す図である。 一実施形態による第１の（垂直）モードにおける２Ｄ選択可能直接干渉縞ディテクターにおけるサブピクセルの選択を示す図である。 一実施形態による第２の（水平）モードにおける２Ｄ選択可能直接干渉縞ディテクターにおけるサブピクセルの選択を示す図である。 ２Ｄ選択可能直接干渉縞ディテクター回路のための電子回路図である。 事象フィルタ処理を含むＸ線ディテクターのさらなる実用的な実施形態を概略的に示す図である。 Ｘ線ディテクターのさらなる実施形態を概略的に示す図である。 複数の検出チャンネルを含む１つのピクセルを概略的に示す図である。 第４の態様による方法を示す図である。
従来のＸ線アプローチは、関心物体の前部を照らすためにＸ線源を使用する。デジタルディテクターなどのＸ線ディテクターは、関心物体の後部に位置する。異なる密度をもつ関心物体における材料は、Ｘ線波面の非一様な吸収をもたらす。デジタルディテクターは、Ｘ線波面の非一定の吸収に基づいて、関心物体の内部構造物の吸収画像を提供する。
ここで、位相コントラストＸ線イメージングに大きな注目が注がれる。関心物体における材料は、Ｘ線波面の吸収に影響を与えるが、典型的には、Ｘ線波面の位相シフトにも影響を与える。特に、軟組織イメージングの場合、位相差の検出は、従来の吸収イメージングにより取得された画像より良い品質の画像を提供し得る。代替的に、患者の線量が低減され得る。
図１は、従来のＸ線位相コントラストイメージングアプローチを示す。特に、基本的な回折格子ベースのＸ線干渉計１０が示される。示される構成部に対する代替的な名称は、Ｘ線タルボ干渉計である。これは、関心物体１６の方向にＸ線ビーム１４を出射する非常にコヒーレントなＸ線源１２を備える。関心物体の後部に、位相回折格子１８（Ｇ１）と分析器回折格子２０（Ｇ２）とが互いに位置合わせされた状態で提供される。分析器回折格子２０（Ｇ２）は、（図示されていない）メカニズムを使用して可動である。デジタルＸ線ディテクター２２は、関心物体１６、位相回折格子１８、及び分析器回折格子２０を通って伝播したＸ線干渉縞パターンの振幅又は変動を受信及びサンプリングするように位置する。
任意選択的に、非常にコヒーレントなＸ線源１２が、線源回折格子Ｇ０と組み合わされて従来の多色Ｘ線源（例えば回転アノードＸ線管）として提供され、より幅の広いシステム内に位置するときタルボロー干渉計を形成する。
Ｘ線タルボ干渉計は、セルフイメージング効果としても知られるＸ線タルボ効果を利用する。位相回折格子１８は周期的構造物であり、Ｘ線源１２による非常にコヒーレントな照明のもとに位置するとき、位相回折格子１８から離れた特定の距離に位相回折格子１８の自己像を生成する。この現象は、フレネル回折の結果である。部分的にコヒーレントなＸ線照明のもとで、自己像の視認性が下げられるが、依然として有用である。
入射Ｘ線波は、位相回折格子１８の前に位置する関心物体１６によりもたらされる位相シフトに起因して変形させられる。これはさらに、自己像が関心物体１６における位相の非一様性により変形されることをもたらす。自己像の変形量は、自己像がサンプリングされる、位相回折格子１８から離れた距離ｚに比例する。従来、デジタルＸ線ディテクター２２は、自己像を直接サンプリングする十分な分解能をもたない。したがって、従来の構成部では、分析器回折格子２０がさらに提供される。分析器回折格子２０の周期が自己像の周期と同等である場合、（関心物体１６により変形された）自己像と分析器回折格子２０のパターンとの重ね合わせが生じる（モアレ干渉縞パターンと一般的に呼ばれる）。関心物体１６における位相の非一様性によりもたらされる自己像の変形が、モアレ干渉縞パターンのさらなる変形を結果的にもたらす。
従来、干渉縞の間隔は、通常のデジタルＸ線画像ディテクターが分析器回折格子２０によりサンプリングされる干渉縞パターンの一部を検出することを可能にするために十分大きい。
このアプローチは、分析器回折格子２０が、関心物体１６の位相プロファイルの完全な捕捉を可能にするために、変形された自己像の振幅をサンプリングする多くのステップのために、干渉縞パターンにわたって物理的に可動であることを必要とする。このような機械的に可動な分析器回折格子２０は、追加的な機械設計の複雑さを結果的にもたらし、Ｘ線検査がより長く続くことをもたらすので、望ましくない。これは、例えば心臓イメージング中に迅速に動く体内の領域をイメージングするときに問題となる。
さらに、分析器回折格子２０が吸収型回折格子であり、関心物体を既に通ったＸ線放射線の損失をもたらす。それが患者に対する、より高い線量につながるので、これは望ましくない。
図２は、図１に示される従来の位相ステッピング方法に関連した例示的なサンプリングパターンを示す。図２のグラフにおいて、縦座標はデジタルＸ線ディテクターの一部にわたる任意の距離単位を表し、横座標は、デジタルＸ線ディテクターの対応する部分において受信された任意のＸ線強度を表す。グラフの左側の列は、分析器回折格子構造物２０の前の入射Ｘ線強度を示す。図２の右側の列における４つのグラフａ）からｄ）は、４つの異なる分析器回折格子オフセット距離における、分析器回折格子２０によりフィルタ処理された、左側の列のそれぞれにおけるＸ線信号を示す。言い換えると、図２の右側の列は、Ｘ線信号がＸ線ディテクター２２に現れたときの、４つの異なる位相グループの信号を示す。
本発明の文脈を導入するために、図３は、第３の態様によるＸ線イメージングシステム１１８内に組み込まれた第２の態様による干渉計１１０を示す。もちろん、干渉計１１０は、Ｘ線イメージングシステム１１８に対して独立した物品として提供され、２つの要素の示される組合せは便宜上のものであり、限定するものではない。干渉計１１０及びＸ線イメージングシステム１１８は、以下でより完全に説明される。
位相回折格子構造物１１２ Ｇ１は、物体関心１２６を通ったＸ線ビームにわたるように配置される。Ｘ線ディテクター１１４ａ、１１４ｂは、その構造化シンチレーター１１４ａが位相回折格子構造物１１２ Ｇ１に面するように配置されている。例えば、Ｘ線ディテクター１１４Ａ、１１４Ｂは、任意選択的に、タルボ距離ＺＴ又はタルボ距離の係数倍だけ、位相回折格子構造物１１２ Ｇ１から分離される。構造化シンチレーター１１４ａは、Ｘ線と位相回折格子構造物１１２及び関心物体１２６との相互作用により生成されたＸ線干渉縞パターンの振幅をサンプリング（又はオーバーサンプリング）する。Ｘ線干渉縞パターンの振幅をサンプリングすることにより、構造化シンチレーター１１４ａは、関心物体１２６によりもたらされたＸ線ビーム１２８の位相変化の検出を可能にする。信号組合せ回路１１６は、Ｘ線ディテクター１１４ａ、１１４ｂから第１の出力信号及び第２の出力信号を生成する。
図４は、第１の態様による位相コントラスト及び／又は暗視野Ｘ線イメージングにおいて入射Ｘ線干渉縞パターン２７をサンプリングするためのＸ線ディテクター２４を示す。任意選択的に、Ｘ線ディテクターは、第３の態様によるＸ線イメージングシステム１１８内に組み込まれた第２の態様による干渉計１１０内に含まれることが意図される。Ｘ線ディテクター２４は、入射干渉縞パターン２７をサンプリングし、それを複数の光学スラブ信号に変換するように配置された複数のスラブ２６１、２６２、…、２６Ｎを備える構造化シンチレーター層２６を備える。
Ｘ線ディテクター２４は、構造化シンチレーター層２６と光通信する光ディテクター層３０をさらに備える。光ディテクター層３０は、複数のサブピクセル３０１、３０２、…、３０Ｎを備える。各サブピクセルは、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブ２６１、２６２、…、２６Ｎから出射されたそれぞれの光学スラブ信号を検出するように、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブ２６１、２６２、…、２６Ｎと位置合わせされる。
Ｘ線ディテクター２４は、複数のサブピクセル３０から干渉縞パターン２７を表す信号を電子的に読み取るように配置された信号組合せ構成部３２をさらに備える。
光ディテクター層３０は、関連する光学スラブ信号の存在に基づいて複数の検出信号を提供するように構成された複数の光学的検出セル３４をさらに備える。
信号組合せ構成部３２は、光ディテクター層３０の光学的検出セル３４の検出信号の組合せとして、少なくとも第１の３１Ａ出力信号及び第２の３１Ｂ出力信号を生成するように構成される。少なくとも第１の３１Ａ出力信号及び第２の３１Ｂ出力信号の各々は、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブ２６１、２６２、…、２６Ｎにおいて受信された入射Ｘ線干渉縞パターン２７に起因して空間信号振幅に比例する。Ｘ線ディテクター２４のピクセル信号は、スラブの幅Ｗにより規定された干渉縞サンプリング分解能において少なくとも２つの近接したサブピクセルから獲得された少なくとも第１の３１Ａ出力信号及び第２の３１Ｂ出力信号を含む。図４の実施形態において、スラブの幅Ｗは、入射Ｘ線放射線２７の干渉縞周期の実質的に２分の１である。
したがって、光ディテクター層３０及び信号組合せ構成部３２と組合せて構造化シンチレーターアレイ２６を使用して、近接したシンチレータースラブから入射Ｘ線干渉縞パターン２７を分離して、位相コントラストイメージング干渉縞パターンの直接的な測定結果を獲得することが基本的なアイデアである。個々のシンチレータースラブ２６１、２６２、…、２６Ｎは、個々のサブピクセルと光学的に位置合わせされる。これは、機械的に可動な分析器回折格子を不要とする。図４に示されるケースでは、位置をステップする必要がある機械的にステップされる位相回折格子の効果が、第１の出力信号３１Ａと第２の出力信号３１Ｂとの比を監視することにより置換される。
図４において、大きいピクセルＰが１つの平面方向に沿って６つのシンチレータースラブにセグメント分けされる提案されるセンサーの一実施形態が示される。６つのシンチレータースラブは、光ディテクター層３０に光学的に結合される。図４は、近接したピクセルをさらに示す。
任意選択的に、光結合は、構造化シンチレーター層２６と光学的検出層３０との間の光結合層を使用して達成される。任意選択的に、光結合層は、光ファイバープレート（図示されていない）として提供される。
典型的には、ピクセルＰ、数百マイクロメートルの幅をもち、約２０から３０マイクロメートルのピッチをもつシンチレータースラブにセグメント分けされている。光ディテクター層３０は、同じ寸法をもつ多数のピクセルによりさらに構成されている。光ディテクター層３０の各ピクセルは、構造化シンチレーター層２６のセグメント分けに一致するようにセグメント分けされている。図４は、光ディテクター層３０が構造化シンチレーター層２６と同じ方向に沿って６つのサブピクセルにセグメント分けされていることを示す。光ディテクター層３０におけるサブピクセルは、構造化シンチレーター層２６のスラブと光学的に位置合わせされている。言い換えると、構造化シンチレータースラブ２６１における比較的高いレベルの入射Ｘ線放射線が、このスラブが比較的大きい光信号を光ディテクター層３０のサブピクセル３０１に出射することをもたらす。しかし、シンチレーターは構造化されているので、構造化シンチレータースラブ２６１からの比較的大きい光信号が、光ディテクター層３０の近接したサブピクセルに漏れない。
図４において、第１の出力信号３１Ａ及び第２の出力信号３１Ｂが、光学的検出セルの「第１の」出力及び「第２の」出力を読み取る。任意選択的に、２つのチャンネルが、例えば、「ピーク」干渉縞値として第１の信号を読み取り、干渉縞パターンの「谷」値として第２の信号を読み取るために、シンチレーター間隔を設けて設計され得る。示される実施形態において、「偶」数のスラブ内に重ね合わされた事象が、第１の読み取りチャンネル３１Ａに累積される。同様に、「奇」数に番号付けされたスラブにおける事象が、第２の読み取りチャンネル３１Ｂにさらに重ね合わされる。したがって、示される実施形態において、各ピクセルＰは、「奇数」及び「偶数」スラブにおいて重ね合わされる信号レベルに対応した２つの測定結果を獲得する。
図４に示される実施形態では、チャンネルのうちの１つが干渉縞パターン２７のピークからの情報を含むとともに、他のチャンネルが干渉縞パターン２７の谷を獲得するように、シンチレーターピッチＷの選択が提供される。したがって、シンチレーターピッチＷの選択は、Ｘ線ディテクター２４が一緒に使用されるシステムの入射Ｘ線ビームの波長に密に関連している。しかし、これは、最小のケースであり、シンチレーターピッチＷが任意選択的に、干渉縞パターン２７をオーバーサンプリングするように設計され得ることが理解される。したがって、シンチレーターピッチＷは、可動な分析器回折格子のピッチを設計するとき、従来のディテクターにおいて作られる場合と同様の検討に従って設計される。
したがって、第１の出力信号３１Ａ及び第２の出力信号３１Ｂの出力間の比は、干渉縞の位相及び干渉縞の視認性を示す。しかし、構造化シンチレーターがＸ線干渉縞をオーバーサンプリングするように設計される場合、シンチレーターピッチは、任意選択的に、Ｗの分数倍、例えば干渉縞周期の３分の１又は４分の１であるように構成される。任意選択的に、構造化シンチレーターは、干渉縞２７をオーバーサンプリングするように設計され、これが、位相及び散乱情報の直接的な検出を可能にする。
多くの異なる光学的検出コンポーネントが光学的検出セル内に含まれる。
一実施形態によると、光学的検出セルは、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブから出射されたそれぞれの光学スラブ信号を検出するように構成された１つ又は複数のシリコン光電子増倍管を備える。
シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）は、単光子に対して感受性をもつ、及び、共通のシリコン基材に製造されたソリッドステートアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のアレイである。
アレイのシリコン光電子増倍管及びそれらのクエンチング抵抗器が、任意選択的に並列接続される。クエンチング抵抗器は、逆バイアス電圧が短い期間の後になだれ降伏を停止するほど十分低く下がることを可能にする。その後、ＡＰＤが抵抗器を介して完全なバイアス電圧まで再充電される。各デバイスがデジタル（「ガイガー」）モードで動作するが、アレイのすべてのシリコン光電子増倍管が並列に読み取られる。したがって、シリコン光電子増倍管は、１つ、又は数千個の光子が受信されるか否かに依存した可変ダイナミックレンジを使用して信号を生成する。
シリコン光電子増倍管の離散動作モードは、元の光学的な光子のエネルギーに関する情報が失われることを意味する。任意選択的に、任意選択的に１０００個より多いシリコン光電子増倍管セルを含む各シリコン光電子増倍管ピクセルを使用した、数ｍｍ四方の寸法をもつ大きいシリコン光電子増倍管ピクセルを提供することにより、このような比例しないことを解決することが提案される。シリコン光電子増倍管セルの数は、シリコン光電子増倍管自体の内側からの「ダークカウント」事象ではなく、Ｘ線相互作用事象から生じる検出された活動を検証することができるように十分に高くなければならない。
図５は、シリコン光電子増倍管トポロジーを使用した、一実施形態による提案されるＸ線ディテクターを示す。交互に陰影が付けられたスラブは、交番光ディテクター層、及び、真上のシンチレータースラブに光学的に結合された信号組合せ構成部の上方に位置する交番シンチレータースラブを表す。図５は、６つの構造化シンチレータースラブ２６１、…、２６６に分割された１つのピクセルＰを示し、６つの構造化シンチレータースラブ２６１、…、２６６は、続いて光ディテクター層３０において提供された６つのサブピクセル３０１、…、３０６に光学的に結合される。任意選択的に、各シリコン光電子増倍管は、それ自体のクエンチング抵抗器を含む。任意選択的に、アクティブシリコン光電子増倍管クエンチング回路が使用される。
示されるトポロジーは共通カソード構成部を示し、シリコン光電子増倍管のダイオードカソードはカソード３８に互いに接続される。各サブピクセル３０１、…、３０６内において、シリコン光電子増倍管のアノードは互いに接続される。したがって、１つのサブピクセルのためにアノード接続を通って流れる電流は、そのサブピクセルにおいて放出されたシリコン光電子増倍管の電流の和に対応する。図５における信号組合せ構成部３２は、第１の信号グループ３０１、３０３、３０５、及び、第２の信号グループ３０２、３０４、３０６への、第２のスラブの各々のアノードのバス接続体である。これの実際の効果は、干渉縞ピッチの第１の半分に関連した検出された光子イベントのすべてが、まとめて加算されて第１の出力信号３１Ａを形成し、干渉縞ピッチの第２の半分に関連した検出された光子イベントのすべてが、まとめて加算されて第２の出力信号３１Ｂを形成することである。
任意選択的に、Ｘ線ディテクター２４が提供され、１つのサブピクセルに関連した複数の光学的検出セル３４が電気的に並列に接続されて、構造化シンチレーター層２６のスラブからの光学的出射によりトリガーされた光学的検出セルの数に比例した第１の出力信号及び／又は第２の出力信号を動作中に生成する。
動作中、大きいＸ線フラックスが構造化シンチレータースラブ２６１において感知されたとき、相応に大きい可視光の光束がサブピクセル３０１に光学的に送信される。多量の可視光の光束が、大きい比率のシリコン光電子増倍管３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ、３４Ｅ、３４Ｆの放出、及び、第１の出力信号３１Ａとして提供される相応に大きい電流を結果的にもたらす。
任意選択的に、信号組合せ構成部は、各出力信号３１Ａ、３１Ｂに対する。信号検証回路（図示されていない）を備える。信号検証回路は、シリコン光電子増倍管がダークカウントではなく実際のシンチレーター相互作用を報告することを確実なものとするために、第１の出力信号及び／又は第２の出力信号３１Ａ、３１Ｂにそれぞれ閾値を適用するように構成される。したがって、使用されるシンチレーター材料により規定された時間間隔内に特定の数のセルが放出したとき、有効な事象が存在するとみなされる。信号検証回路は、比較器としてアナログ形態で、又は、アナログデジタル変換ステージの後にデジタル比較器として提供される。
スラブの下方にある１つのサブピクセルにおけるアノードを通って流れる電流は、放出したサブピクセルにおけるシリコン光電子増倍管からの電流の和に対応する。任意選択的に、アノード信号は、スラブの下方にある複数のサブピクセルにわたって共有されず、事象検証が各スラブに対して実施されて、第１の出力信号及び第２の出力信号３１Ａ、３１Ｂがすべての検証された事象の和となることを可能にする。
前述の議論では、２つの交番スラブグループに分割された６つのスラブを含む１つのピクセルを伴うトポロジーが説明されている。当業者の読み手は、典型的なＸ線ディテクターが多くの何千ものピクセルを含むことを理解する。ピクセルは任意の数のスラブに再分割され、さらに、任意の数のスラブが、３つのチャンネル、４つのチャンネル、５つのチャンネル、６つのチャンネル、又はさらに多くのチャンネルを使用して、入射Ｘ線の干渉縞をサンプリングするように相互接続される。より多くのチャンネルを使用して入射Ｘ線パターンの干渉縞をサンプリングすることは、干渉縞パターンがオーバーサンプリングされることを可能にし、より高い画像解像度を提供する。
一実施形態によると、Ｘ線ディテクター２４が上述のように提供され、信号組合せ構成部が、第１の出力信号及び第２の出力信号３１Ａ、３１Ｂが第１の近接したサブピクセルの集合から必要とされる第１のモードに構成可能であり、及び、第１の出力信号及び第２の出力信号が第２の近接したサブピクセルの集合から必要とされる第２のモードに構成可能であり、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合が、互いに対する何らかの角度で位置合わせされ、したがって、Ｘ線ディテクターの位置を調節せずに異なる方向におけるサブピクセル累積を可能にする。
任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが位置合わせされる角度は９０°である（言い換えると、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合のサブピクセルが、長方形グリッドを形成する）。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが、互いに０°から９０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが、互いに０°から８０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが、互いに０°から６０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが、０°から３０°の間の内角をもつように位置合わせされる。したがって、干渉縞パターンは、多くの異なる方向においてサンプリングされる。
本出願は、従来の位相コントラストイメージングシステム１０の分析器回折格子２０を排除する位相コントラスト干渉縞の直接的な測定に関連する。従来、回折格子及び／又はシンチレータースラブは、回折格子又は長方形シンチレータースラブに平行な方向において臨床的に関連した構造物を見逃すことを避けるために、線源（Ｇ０）、位相（Ｇ１）、及び分析器（Ｇ２）回折格子を９０°だけ回転させることを伴って、２つの獲得結果のうちの最小のものが必要とされるように配置されている。長方形シンチレータースラブを含む直接干渉縞ディテクターを使用する場合、ディテクター自体もまた回転されることが必要である。
以下の実施形態は、ディテクターを回転させずに微細構造物を解像する位相コントラストＸ線ディテクターにおける使用のための適応されたピクセルトポロジーを説明している。
図６ａ）は、４つのピクセルＰ１、…、Ｐ４を含む従来のディテクタートポロジーを示す。ピクセルに重なるシンチレーターの各々が、１方向に沿って構造化されている。言い換えると、２つの交番スラブチャンネルが大きいアスペクト比をもつ。従来、この構成は、微細構造物が長い１方向のものであり、元々のデジタルディテクターピッチが逆方向に依然として使用されると仮定している。一例において、従来の２００μｍ×２００μｍのピクセル寸法が、ｘ方向において１０スラブに構造化されるとともに、ｙ方向に沿って、スラブはその元々の２００μｍの長さに構造化されたまま留まる。
上述のトポロジーは、微細構造物の検出が１方向において好ましいことを意味する。他方の方向に沿った臨床的に関連した構造物が見逃されないことを確実なものとするために、回折格子（線源及び位相回折格子）を回転させる方法が提供されなければならない。これは、正確に、及び安価な機械設計により達成することが困難な、同時に回折格子のすべてを回転させることを要求する。したがって、他の好ましい方向に沿ってサブピクセルビニングを選択的に配置することが可能な電子読み取り回路と組み合わされた２Ｄ構造化アレイを導入することが提案される。
図６ｂ）は、９０度回転された従来のスラブ構成部を示す。
図７ａ）は、従来のピクセルＰ１、…、Ｐ４の境界内における微細構造化二次元サブピクセル化トポロジーを示す。サブピクセル化トポロジーは、光学的検出セルとして実施する複数のシリコン光電子増倍管又はフォトダイオードを備える。２Ｄ選択可能直接干渉縞ディテクターは２つのモード間でスイッチング可能であり、第１のモードにおいては出力信号が第１の好ましい方向に沿ってビニングされ、第２のモードにおいては信号が第２の好ましい方向に沿ってビニングされる。図７ａ）に、縦方向における交番スラブチャンネルを含む４つのピクセルにより干渉縞パターンがサンプリングされる第１のモードにおける２Ｄ選択可能直接干渉縞ディテクターが示される。図７ｂ）は、干渉縞パターンが水平方向における交番スラブチャンネルを含む４つのピクセルによりサンプリングされる第２のモードを示す。
この実施形態のディテクターを使用するように構成されたＸ線干渉計及び／又はシステムは、第１のモードと第２のモードとの間で変更がなされたとき、及び、逆のとき、線源回折格子Ｇ０及び位相回折格子Ｇ１が９０°回転させられることを必要とすることが理解される。
図８は、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合が異なるモードにおいて互いに直交するように位置合わせされた非限定的な例において図７に関連して概念的な観点から説明されている干渉縞サンプリングの配向に対して選択可能な垂直及び水平サブピクセル構成部を実現するための回路の概略図を示す。
点線４０は、従来のピクセル境界を示す。任意選択的に（及び図示されるような）複数のシリコン光電子増倍管である光学的検出要素４２のグリッドが従来のピクセル境界内にある。任意選択的に、光学的検出要素４２のグリッドは、代替的に、又は組み合わされて、フォトダイオードを備える。図８の例において、シリコン光電子増倍管のカソードは接地に接続され、及び、シリコン光電子増倍管のアノードは、Ｈｚ及びＶｔ選択スイッチにクエンチ抵抗器を介して接続される。符号「Ｈｚ」は水平配向を示すデジタル信号を表し、符号「Ｖｔ」は垂直配向を示すデジタル信号を表す。これらの２つの信号は相補的である。
任意選択的に、シリコン光電子増倍管は、アクティブクエンチング要素を備える。
任意選択的に、各光学的検出要素４２は、シリコン光電子増倍管、図５に示される機能部３４Ａ、３４Ｂの並列ネットワークとして提供される。この場合、各並列ネットワークの出力は、それぞれスイッチＨｚ及びＶｔに接続される。
図８に、Ｈｚ及びＶｔに関連したスイッチは同時に開回路であるように示されるが、これは概略図におけるスイッチの位置について明確さをもたらすにすぎない。動作中、Ｈｚスイッチが閉回路である場合、Ｖｔスイッチが開回路となる。Ｈｚスイッチが開回路である場合、Ｖｔスイッチが閉回路となる。
この場合、信号組合せ構成部は、スイッチＨｚ及びＶｔのネットワーク、及び、好ましい方向に沿った第１の出力信号及び第２の出力信号のビニングを可能にするバスを備える。Ｈｚスイッチが閉回路であり、かつＶｔスイッチが開回路であるとき、光学的検出要素の交番水平行が接続される。Ｈｚスイッチが開回路であり、かつＶｔスイッチが閉回路であるとき、光学的検出要素の交番垂直行が接続される。したがって、Ｘ線干渉縞パターンの干渉縞は、水平方向及び垂直方向に少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号としてサンプリング及び出力される。
このアプローチは、例えば、患者又はＸ線イメージングシステムの複雑な再配置を伴わずに、複数の方向における微細臨床的構造物の特定を可能にするので、このアプローチは、暗視野イメージングが実施されるときに特に有益である。
第１の態様の一実施形態（その非限定的な例が図９に示される）によるとＸ線ディテクター２４が提供され、構造化シンチレーター４４１、４４２、４４３、４４４、４４５、４４６が、互いに異なる減衰時定数をもつ異なるシンチレーター材料から各々が形成された第１のシンチレーター要素４４１及び第２のシンチレーター要素４４２をさらに備える。信号組合せ構成部４８は、第１の４８ａ事象検証フィルタ及び第２の４８ｂ事象検証フィルタをさらに備える。
第１のシンチレータースラブ及び第２のシンチレータースラブにおける光学的クロストークが獲得された干渉縞パターンを不鮮明にし得るので、第１のシンチレータースラブ及び第２のシンチレータースラブにおける光学的クロストークを低減することが有益である。この実施形態によると、構造化シンチレーターにおけるそれぞれの交番シンチレータースラブにおいて２つの異なる種類の材料を使用することが提案される。
異なる減衰時定数をもつ２つの異なる種類のシンチレーター材料の例は、任意選択的に、上述のようにＢＧＯ及びＬＹＳＯであるが、シンチレーター材料の多くの他の組合せが当業者により考えられる。
異なるシンチレーター材料の種類の各々が、大幅に異なる減衰時定数を示す。言い換えると、スラブ４４の下方にある光ディテクター層４６における光学的検出セルの励起が、時間の関数として累積された放出パターンをもたらす。任意選択的に、個々の光学的検出セルの各々は、複数の検出セルの他の光学的検出セルとは無関係にリフレッシュするように構成される。したがって、個々の光学的検出セルは、１つの単光子相互作用事象に対して複数回再放出する。
第１の出力信号又は第２の出力信号の振幅は、離散的なステップを示す。フルスケールにおける信号は、シンチレータースラブ当たりの光学的検出セルの数に依存する。
図９に示される実施形態において、整合したフィルタ４８ａ、４８ｂがスラブごとに（又は任意選択的に、ピクセル内のスラブの種類ごとに１つ）提供される。整合したフィルタは、信号がサブピクセルの真上のシンチレータースラブの結果として生じたか否か、又は代替的に、信号が近接したシンチレータースラブからの光学的クロストークによりもたらされたか否かを区別するために、サブピクセルにより、検出された信号の弁別を可能にする。
任意選択的に、正しいシンチレータースラブから生じたことをデジタルフィルタ４８ａ、４８ｂにより検証されない事象は破棄される。正しいスラブから生じたことを特定されたデジタルフィルタ４８ａ、及び４８ｂにより識別される有効な事象は、その特定のシンチレータースラブ及びサブピクセルに対する第１の５０ａ出力信号及び／又は第２の５０ｂ出力信号に寄与するために使用される。
任意選択的に、第１のシンチレータースラブの下方にあるサブピクセルから破棄された信号は、交番信号の種類のためにフィルタ（図示されていない）に提供される。したがって、第１のシンチレータースラブ４４１に起因した出力信号が４４２の対応するディテクター回路に提示されるのに対し、第１のシンチレータースラブに近接したスラブから生じたことを特定された信号は、これらの近接したスラブの検出回路に提供される。近接したスラブの検出回路は、任意選択的に、第１のシンチレータースラブからの拒絶された信号が近接したスラブのうちの１つから生じたか否かを検証するために、一致論理（図示されていない）を適用する。信号が近接したスラブのうちの１つから生じたことを特定された場合、信号はその近接したスラブの出力に追加される。
この手法により、Ｘ線ディテクター２４の信号対ノイズ比が改善される。
第１の態様の一実施形態（その例が図１０に示される）によると、Ｘ線ディテクター７０が提供される。Ｘ線ディテクターは、構造化シンチレーター層７１と光ディテクター層７４との間に位置する構造化カラーフィルタ層７２をさらに備える。第１のシンチレーター要素７１１は、第１の波長を含む可視光を出射するように構成され、第２のシンチレーター要素７１２は、第２の波長を含む可視光を出射するように構成される。構造化カラーフィルタ層７２は、光ディテクター層のクロストーク性能を改善するために、光ディテクター層７４における検出前に、それぞれの波長を含む第１の可視光と第２の可視光とをフィルタ処理するように構成される。
図１０において、この実施形態によるＸ線ディテクターの断面概略図が示される。シンチレータースラブ７１１、７１３、７１５は、第１の波長を出射する第１のシンチレーター材料として提供され、シンチレータースラブ７１２、７１４、及び７１６は、第２の波長を出射する第２のシンチレーター材料として提供される。光ディテクター層７４における対応する光学的検出セルは、光学フィルタ層７２によりカバーされる。光学フィルタ層７２は、上述の対応するシンチレーターにより出射された可視光の波長に対して各々が適切に調整された第１の色及び第２の色をもつ複数のカラーフィルタを含む。任意選択的に、光学的検出セル７３１、７３２、７３３、７３４、７３５、７３６は、（パッシブクエンチング抵抗器を含む図９に示されるような）アクティブ又はパッシブクエンチング回路を含むシリコン光電子増倍管として提供される。
図１１は、構造化シンチレーター層７８を備えるピクセルＰを含むＸ線ディテクター７６を備える代替的な実施形態を示し、構造化シンチレーター７８１、７８３、及び７８５の第１の集合は、第１の種類のシンチレーター材料のものであり、構造化シンチレーター７８２、７８４、及び７８６の第２の集合は、第２の種類のシンチレーター材料のものである。第１の種類のシンチレーター材料と第２の種類のシンチレーター材料とは異なる減衰時定数をもつ。光ディテクター層は、ピクセルＰごとに１つのフォトダイオードを備える光学的検出セルをさらに備える。代替的に、光学的検出セルは、アクティブ又はパッシブクエンチング回路を含むシリコン光電子増倍管を備える。
光学的検出層８０は、信号組合せ構成部を形成する２チャンネル光子カウントフロントエンド電子回路に接続されたフォトダイオード１０２を備える。光子カウントフロントエンド電子機器は、第１の減衰時定数に対して感受性のある第１のチャンネル８０ａと、第２の減衰時定数に対して感受性のある第２のチャンネル８０ｂとを含む。したがって、フロントエンドチャンネルは、いずれかの種類のシンチレータースラブにおいて生じる事象を分離する。
高速チャンネル８２は、弁別器９０及び第１のカウンター９２に直列に、第１の増幅器８６と第１の整形器８８とを備える。低速チャンネル８４は、第２の増幅器９８及び第２のカウンター１００に直列に、第２の増幅器９４、第２の整形器９６を備える。
動作中、図１１に示されるＸ線ディテクター７６は、高速シンチレーター７８１、７８３、及び７８５において生じる事象に対して適切な振幅のパルス高を生成するように構成された高速整形器チャンネル８２を備える。低速シンチレーター７８２、７８４、及び７８６からの信号は、大きい弾道欠損をもたらし、低速シンチレーターからの寄与が無視されることを可能にする。より高速なシンチレーターのパルス高の弁別は、同じ種類のスラブにおいて生じる事象の数を考慮することを可能にする。シンチレーターの減衰時定数の差は、低速シンチレーターからの結果として得られるエネルギーペデスタルが高速事象の弁別を大幅に損なわないように十分に低くなるようにされている。
低速整形器チャンネル８２は、低速シンチレーターにより生成された事象から許容可能な信号を生成する。任意選択的に、電荷感応増幅器は低速スルーレートを示し、したがって、高速シンチレーターによりもたらされるのみであり得る事象をフィルタ処理により除去し、これが、高速シンチレーターからの過剰なバックグラウンドチャージを避ける。
説明される高速－低速アーキテクチャは、異なる減衰時定数をもつ構造化シンチレータースラブにおいて生じる光学的な光子を分離することができる。任意選択的に、フォトダイオード電流ＩＰＤを複製するために、カレントミラー１０４が提供される。
本実施形態によると、信号組合せ構成部は、ピクセルＰごとにチャンネルを読み取る。読み取りチャンネルの数は、任意選択的に、シンチレーターの種類の各々の光子相互作用数に対応する。例えば、２種類のシンチレーター材料を含む示されるシステムでは、それぞれの異なるシンチレーター材料からの光子相互作用数を各々がカウントする２つの読み取りチャンネルが提供される。このトポロジーは、特に、Ｘ線光子のエネルギーを無視して事象の数のみが記録される光子カウント電子機器に適用可能である。任意選択的に、Ｘ線ディテクターは、多エネルギービンディテクターである。
任意選択的に、図１１の信号組合せ構成部は、両方の整形器に共通な１つの電荷感応増幅器（ＣＳＡ）ステージとして提供される。ＣＳＡは、両方の整形器８８及び９６に結合される。当業者は、上述の機能と同様の機能をもつ多くの異なるトポロジーが使用されることを理解する。任意選択的に、特定のピクセル寸法、及び、フォトダイオードコンデンサの等価静電容量が与えられた場合、ＣＳＡステージの使用が不要である。等価入力静電容量が十分小さい場合、ＣＳＡが完全に取り除かれて、一段整形器トポロジーを提供する。この実施形態では、ピクセルごとに１つのフォトダイオードが必要とされる。しかし、選択されたシンチレーターの種類及びＸ線フラックスに依存して、さらなるサブピクセル化が提供される。
任意選択的に、干渉縞ピッチ当たり２つより多い構造化シンチレータースラブが提供される。例えば、干渉縞ピッチ当たり３つの構造化シンチレータースラブが提供される。代替的に、干渉縞ピッチ当たり４つの構造化シンチレータースラブが提供される。シリコン光電子増倍管セルグループ又はフォトダイオードなどの光ディテクターセルの数は、比例的に増やされなければならず、又は代替的に、３つ又は４つの異なる応答時間又はシンチレーション波長をもつシンチレーターが使用されなければならない。干渉縞ピッチ当たり２つより多いサンプル点を使用することは、より大きいＸ線位相コントラストイメージングシステムにおいて線源回折格子Ｇ０又は位相回折格子Ｇ１を動かすことによる位相ステップを不要とする。
任意選択的に、信号組合せ構成部は、１つのピクセルエリア内においてすべてのスラブ信号又はサブピクセル信号を加算する代わりに、すべてのスラブ信号又はサブピクセル信号を個々の信号として読み取る可能性を提供する。信号の個々の読み取りを使用すると、各スラブに対応したサブピクセルは、寸法が約５μｍから２０μｍ×２５０μｍの間となる。位相及び振幅情報が、次に、デジタル領域におけるスラブ信号の追加を実施することにより抽出され得る。このアプローチは、スラブピッチ及び干渉縞ピッチの係数倍の割合、例えば、干渉縞当たり２．４個のスラブの取扱いをさらに可能にする。デジタル領域において、想定される干渉縞周波数の余弦及び正弦を使用した乗算、及び、後続の加算は、正しい加算信号を提供し得る。
信号組合せ構成部１１６、及び、その任意選択的な実施形態は、以下で説明される多くの異なる手法により実施される。
図５は、近接したサブピクセルからの出力電流を加算するように並列接続された近接したサブピクセルのシリコン光電子増倍管からなる信号組合せ構成部を示す。この信号組合せ構成部は、例えば半導体製造工程においてシリコン基材に堆積させられた金属トラックにより提供され得るシリコン光電子増倍管間の配線及び相互接続部からなる。
図８を参照すると、信号組合せ構成部１１６は、バス線及びスイッチＨｚ及びＶｔのネットワークを提供する。スイッチＨｚ及びＶｔの相補的スイッチングが、図５における手法と同じ手法により、近接したサブピクセルが並列接続されることを可能にするが、スイッチＨｚ及びＶｔのセッティングを変更することは、近接したサブピクセル相互接続部が９０°回転させられることをもたらす。スイッチＨｚ及びＶｔは、例えば、集積シリコンスイッチ、又は集積ＣＭＯＳアナログスイッチとして実施され得る。
図９は、交番サブピクセルが異なる減衰時定数をもつ２種類のシンチレータースラブ４４１、４４２と光通信する一実施形態を示す。第１の事象検証フィルタ４８ａ及び第２の事象検証フィルタ４８ｂは、（光学的クロストークとして）近接したサブピクセルに誤って入った光信号の分離を可能にする。第１の事象検証フィルタ４８ａ及び第２の事象検証フィルタ４０ｂは、例えば、検出されるシンチレーター材料の減衰定数に対応した整合したフィルタを使用して、アナログフィルタ回路として実施され得る。
代替的に、又は組み合わされて、サブピクセルからの検出信号が、アナログデジタルコンバーター（ＡＤＣ）を使用してアナログからデジタル形式に変換され得る。次に、第１の事象検証フィルタ４８ａ及び第２の事象検証フィルタ４８ｂが、デジタル信号処理（ＤＳＰ）モジュールにおいてデジタルフィルタとして提供される。ＤＳＰモジュールは、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）において実施され得る。代替的に、又は組み合わされて、ＤＳＰモジュールは、マイクロプロセッサ又はコンピュータプロセッサにおいて実施され得る。
したがって、上述の実施形態において説明されている信号組合せ構成部１１６は、開示される機能を維持したまま多くの異なる手法により提供され得る。
第２の態様によると、位相コントラスト又は暗視野Ｘ線イメージングのための干渉計１１０が提供される。干渉計は、
位相回折格子構造物１１２、及び、
第１の態様又は上述のその実施形態によるＸ線ディテクター１１４ａ、１１４ｂ、１１６を備える。
位相回折格子構造物及びＸ線ディテクターの構造化シンチレーター層がＸ線放射線を相関付けるための干渉計構成部を形成するように、位相回折格子構造物及びＸ線ディテクターが光路中に配置される。
図３は、ブラケット１１０間に入る図１の要素として干渉計を示す。
第３の態様によると、
Ｘ線源１２０と、
第２の態様による干渉計１１０と、
制御装置１２２と、
を備える、Ｘ線イメージングシステム１１８が提供される。
制御装置１２２は、Ｘ線放射線１２８を使用して光路中に配置可能な関心物体１２６を照らすためのＸ線源１２０を起動するように構成される。干渉計１１０のＸ線ディテクター１１４ａ、１１４ｂは、Ｘ線波面をサンプリング及び検出するように構成される。制御装置１２２は、干渉計１１０のＸ線ディテクター１１４ａ、１１４ｂ、１１６の複数のサブピクセルからの干渉縞パターンを表す信号を電子的に読み取るように構成される。
図３は、ブラケット１１８内に入る要素としてシステム１１８を示す。
任意選択的に、制御装置１２２は、Ｘ線システムの制御、及び、出力情報の取扱いを可能にする組み込まれたコンピュータ、パーソナルコンピュータＰＣ、又は別の処理ユニットである。
任意選択的に、Ｘ線イメージングシステムは、線源回折格子Ｇ０と位相回折格子Ｇ１との間の距離が位相回折格子Ｇ１と分析器回折格子Ｇ２との間の距離未満である逆Ｘ線位相コントラストイメージングシステムである。
任意選択的に、Ｘ線イメージングシステムは、線源回折格子Ｇ０と位相回折格子Ｇ１との間の距離が位相回折格子Ｇ１と分析器回折格子Ｇ２との間の距離より大きいＸ線位相コントラストイメージングシステムである。
任意選択的に、制御装置１２２は、広範囲のＸ線位相コントラスト画像再構成アルゴリズムを使用してＸ線ディテクター１１４ａ、１１４ｂ、１１６の信号組合せ構成部１１６から電子的に読み取られた信号からＸ線画像出力データを用意するように構成される。制御装置１２２は、任意選択的に含まれる制御装置ディスプレイ（図示されていない）にＸ線画像出力データを表示し、又は代替的に、さらなる使用のためにサーバー（図示されていない）又はＰＡＣＳシステム（図示されていない）にＸ線画像出力データを送信し得る。
任意選択的に、Ｘ線源１２０は、コヒーレントＸ線源である。
任意選択的に、２つのモードをもつＸ線イメージングシステムの一実施形態が提供される。第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合が互いに対する何らかの角度で位置合わせされたとき、Ｘ線ディテクターの信号組合せ構成部１１６は、第１の出力信号及び第２の出力信号が第１の近接したサブピクセルの集合から必要とされる第１のモードに構成可能であり、及び、第１の出力信号及び第２の出力信号が第２の近接したサブピクセルの集合に対して必要な第２のモードに構成可能であり、したがって、Ｘ線ディテクターの位置を調節せずに異なる配向におけるサブピクセル累積を可能にする。
任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが位置合わせされる角度は、９０°である（言い換えると、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合のサブピクセルが長方形グリッドを形成する）。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合は、互いに０°から９０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合は、互いに０°から６０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合は、互いに０°から６０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合は、０°から３０°の間の内角をもつように位置合わせされる。
システムのこの実施形態では、Ｘ線源１２０（及び／又はＸ線源１２０に組み込まれた線源回折格子１２４（Ｇ０））は、Ｘ線源１２０からＸ線ディテクター１１４ａ、１１４ｂ、１１６を指し示す軸の周囲における第１の軸状態と第２の軸状態との間で回転可能である。Ｘ線ディテクター１１４ａ、１１４ｂ、１１６の信号組合せ構成部１１６がその第１のモードに構成されたとき、Ｘ線源１２０が第１の軸状態に設定される。Ｘ線ディテクター１１４ａ、１１４ｂ、１１６の信号組合せ構成部１１６がその第２のモードに構成されたとき、Ｘ線源１２０（及び／又はその線源回折格子１２４（Ｇ０））が第１の軸状態に比べて軸の周囲で時計回り又は反時計回りに、（上述のように他の角度の範囲が使用され得るが）実質的に９０°だけ回転させられた第２の軸状態に回転される。これは、Ｘ線源１２０及び／又は線源回折格子１２４（Ｇ０）を回転させることにより、２つの好ましい方向における微細構造物の検出を可能にする。
第４の態様によると、以下のステップ、すなわち、
ａ）関心物体を検査するためにＸ線放射線を生成する、及び関心物体にＸ線放射線を向けるステップ１３２と、
ｂ）関心物体により位相変調されたＸ線放射線をＸ線ディテクター１３４において受信するステップ１３４と、
ｃ）入射干渉縞パターンをサンプリングするように配置された複数のスラブを備える構造化シンチレーター層を使用して、変調されたＸ線放射線を複数の光学スラブ信号に変換するステップ１３６と、
ｄ）複数のサブピクセルを備える構造化シンチレーター層と光通信する光ディテクター層を使用して、複数の光学スラブ信号を検出するステップ１３８であって、各サブピクセルが、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブから出射されたそれぞれの光学スラブ信号を検出するように、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブと位置合わせされ、光ディテクター層が、関連する光学スラブ信号の存在に基づいて複数の検出信号を提供するように構成された複数の光学的検出セルをさらに備える、ステップ１３８と、
ｅ）信号組合せ構成部を使用して複数のサブピクセルから干渉縞パターンを表す信号を電子的に読み取ること１４０こと、
を有し、
信号組合せ構成部が、サブピクセルの光学的検出セルの検出信号の組合せとして、少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を生成するように構成され、少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号の各々が、構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブにおいて受信された入射Ｘ線干渉縞パターンに起因して空間信号振幅に比例し、Ｘ線ディテクターのピクセル信号が、スラブの幅により規定された干渉縞サンプリング分解能において少なくとも２つの近接したサブピクセルから獲得された少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を含む、
位相コントラストＸ線イメージング及び／又は暗視野Ｘ線イメージングのための方法１３０が提供される。
図１２は、第４の態様による方法を示す。
任意選択的に、２つのモードをもつ第４の態様の一実施形態が提供される。ステップｄ１）において、Ｘ線ディテクターの信号組合せ構成部１１６が第１の出力信号及び第２の出力信号が第１の近接したサブピクセルの集合から必要とされる第１のモードに構成される。
ステップｅ１）において、第１の方向に干渉縞パターンを表す信号が、信号組合せ構成部を使用して第１の近接したサブピクセルの集合から電子的に読み取られる。
ステップｄ２）において、Ｘ線ディテクターの信号組合せ構成部は、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合が互いに対する何らかの角度で位置合わせされたとき、第１の出力信号及び第２の出力信号が第２の近接したサブピクセルの集合から必要とされる第２のモードに構成される。
ステップｅ２）において、第２の方向に干渉縞パターンを表す信号は、信号組合せ構成部を使用して第２の近接したサブピクセルの集合から電子的に読み取られる。
ステップｄ１）、ｄ２）、ｅ１）、及びｅ２）の様々な読み取りシーケンスが想定されることが理解される。例えば、シーケンスｄ１）、ｅ１）、ｄ２）、ｅ２）が好ましい場合がある。代替的に、シーケンスｄ２）、ｅ２）、ｄ１）、ｅ１）が適用される場合がある。
任意選択的に、第１のサブピクセルの集合と第２のサブピクセルの集合とが位置合わせされる角度は９０°である（言い換えると、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合のサブピクセルが長方形グリッドを形成する）。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合は、互いに０°から９０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合は、互いに０°から８０°の間の内角をもつように位置合わせされ、任意選択的に、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合は、互いに０°から６０°の間の内角をもつように位置合わせされる。任意選択的に、第１のサブピクセルの集合及び第２のサブピクセルの集合は、０°から３０°の間の内角をもつように位置合わせされる。
第５の態様によると、処理ユニットにより実行されたとき、第４の態様の方法ステップを実施するように適応される、第３の態様のＸ線イメージングシステムを制御するためのコンピュータプログラム要素が提供される。
第６の態様によると、第５の態様のコンピュータプログラム要素を記憶したコンピュータ可読媒体が提供される。
したがってさらに本発明の一実施形態であるコンピュータプログラム要素がコンピュータユニットに記憶される。この演算ユニットは、上述の方法のステップを実施するように、又は、上述の方法のステップの実施を誘起するように適応される。さらに、それは、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。演算ユニットは、自動的に動作するように、及び／又は、ユーザーの命令を実行するように適応され得る。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てよい。したがって、データプロセッサが本発明の方法を実施するように具備されてよい。
本発明のこの例示的な実施形態は、初めから搭載される介入を伴うコンピュータプログラムと、更新により既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムに変換するコンピュータプログラムとの両方をカバーする。
コンピュータプログラムは、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てよく、及び／又は、適切な媒体にのせて配布されてよいが、例えばインターネット又は他の有線又は無線電気通信システムを介して、他の形態で配布されてもよい。しかし、コンピュータプログラムはワールドワイドウェブといったネットワークを通じて提示されてもよく、さらに、こ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内にダウンロードされ得る。
本発明のさらなる例示的な実施形態によると、ダウンロードのためにコンピュータプログラム要素を利用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が本発明の上述の実施形態のうちの１つによる方法を実施するように構成される。
本発明の実施形態が異なる主題を参照しながら説明され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が方法形態の請求項を参照しながら説明されるのに対し、他の実施形態がデバイス形態の請求項を参照しながら説明される。しかし、当業者は、別段の記載がない限り、ある種類の主題に属する特徴の任意の組合せに加えて、異なる主題に関連した特徴間の他の組合せも本出願において開示されているとみなされることを上述の内容及び以下の説明から理解する。すべての特徴は、特徴の単なる足し合わせを上回る相乗効果を提供するように組み合わされ得る。
図面及び上述の説明に本発明が例示され、詳細に説明されているが、このような例示及び説明は、例示又は一例とみなされ、限定とはみなされない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形例が、図面、本開示、及び従属請求項の考察により、請求項に記載された発明を実施する当業者により理解及び実現され得る。
特許請求の範囲において、「備える（含む、有する、もつ）」という用語は、他の要素もステップも排除せず、単数形は、複数を排除しない。単一のプロセッサ、又は他のユニット、が、特許請求の範囲に記載されるいくつかの項目の機能を実現してよい。単に特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているということが、利点を得るためにこれらの手段の組合せが使用不可能なことを示すわけではない。特許請求の範囲における参照符号は、いずれも特許請求の範囲を限定するように解釈されてはならない。

Claims (14)

  1. 位相コントラスト及び／又は暗視野Ｘ線イメージングにおいて入射Ｘ線干渉縞パターンをサンプリングするためのＸ線ディテクターであって、前記Ｘ線ディテクターは、
    入射Ｘ線干渉縞パターンをサンプリングし、当該入射Ｘ線干渉縞パターンを複数の光学スラブ信号に変換する、複数のスラブを備える構造化シンチレーター層と、
    複数のサブピクセルを備える前記構造化シンチレーター層と光通信する光ディテクター層であって、各サブピクセルが、前記構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブから出射されたそれぞれの光学スラブ信号を検出するように、前記構造化シンチレーター層の前記それぞれのスラブと位置合わせされた、光ディテクター層と、
    前記複数のサブピクセルから入射Ｘ線干渉縞パターンを表す信号を電子的に読み取る、信号組合せ構成部と
    を備え、
    前記サブピクセルは、関連する光学スラブ信号の存在に基づいて複数の検出信号を提供する、複数の光学的検出セルをさらに備え、
    前記信号組合せ構成部は、前記光ディテクター層の前記光学的検出セルの検出信号の組合せとして少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を生成することにより、前記Ｘ線ディテクターの位置を調節せずに、第１の検出方向及び第２の検出方向における位相コントラスト及び／又は暗視野Ｘ線画像の獲得を可能にし、前記少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号の各々が、前記構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブにおいて受信された入射Ｘ線干渉縞パターンに起因して、空間信号振幅に比例し、前記Ｘ線ディテクターのピクセル信号が、前記スラブの幅により規定された干渉縞サンプリング分解能において少なくとも２つの近接したサブピクセルから獲得された少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を含む、
    Ｘ線ディテクター。
  2. 前記光学的検出セルは、前記構造化シンチレーター層の前記それぞれのスラブから出射された前記それぞれの光学スラブ信号を検出する１つ又は複数のシリコン光電子増倍管を備える、請求項１に記載のＸ線ディテクター。
  3. 前記信号組合せ構成部は、第１の出力信号及び第２の出力信号が第１の近接したサブピクセルの集合から獲得される、第１のモードに構成可能であり、第１の出力信号及び第２の出力信号が第２の近接したサブピクセルの集合から獲得される、第２のモードに構成可能であり、第１の前記サブピクセルの集合と第２の前記サブピクセルの集合とが、互いに対する何らかの角度で位置合わせされ、結果として、前記Ｘ線ディテクターの位置を調節せずに、異なる方向におけるサブピクセル累積を可能にする、請求項１又は２に記載のＸ線ディテクター。
  4. １つのサブピクセルにおける前記複数の光学的検出セルが、前記構造化シンチレーター層のスラブからの光学的出射によりトリガーされた光学的検出セルの数に比例した信号を動作中に生成するように、電気的に並列に接続される、請求項１又は２に記載のＸ線ディテクター。
  5. 前記構造化シンチレーター層は、互いに異なる減衰時定数をもつ異なるシンチレーター材料から各々が形成された第１のシンチレーター要素及び第２のシンチレーター要素をさらに備え、
    前記信号組合せ構成部は、第１の光ディテクター信号及び第２の光ディテクター信号が光学的クロストークにより結果的にもたらされるか否か弁別するための、前記第１のシンチレーター要素及び前記第２のシンチレーター要素の前記異なる減衰時定数に整合した第１の事象検証フィルタ及び第２の事象検証フィルタをさらに備える、
    請求項１に記載のＸ線ディテクター。
  6. 前記信号組合せ構成部は、近接したサブピクセルから近接したサブピクセルへの光学的出射に関連した信号を提供する、各サブピクセルに関連した相補的事象検証フィルタをさらに備える、請求項５に記載のＸ線ディテクター。
  7. 前記Ｘ線ディテクターは、前記構造化シンチレーター層と前記光ディテクター層との間に位置する構造化カラーフィルタ層をさらに備え、
    第１のシンチレーター要素は、第１の波長を含む可視光を出射し、第２のシンチレーター要素は、第２の波長を含む可視光を出射し、前記構造化カラーフィルタ層は、前記光ディテクター層のクロストーク性能を改善するように、前記光ディテクター層における検出前にそれぞれの波長を含む第１の可視光と第２の可視光とをフィルタ処理する、
    請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線ディテクター。
  8. 前記光ディテクター層のクロストーク性能を改善するために、各スラブの周辺における光学的に分離するマトリックスとして前記構造化シンチレーター層に形成されたシンチレーター分離構成部をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線ディテクター。
  9. 前記スラブの幅が、０．５μｍから５０μｍの範囲に入る、請求項１から８のいずれか一項に記載のＸ線ディテクター。
  10. 位相コントラスト又は暗視野Ｘ線イメージングのための干渉計であって、前記干渉計は、
    位相回折格子構造物と、
    請求項１から９のいずれか一項に記載のＸ線ディテクターと、
    を備え、
    前記位相回折格子構造物と前記Ｘ線ディテクターの前記構造化シンチレーター層とがＸ線放射線を相関付けるための干渉計構成部を形成するように、前記位相回折格子構造物及び前記Ｘ線ディテクターが光路中に配置される、
    干渉計。
  11. Ｘ線源と、
    請求項１０に記載の干渉計と、
    制御装置と、
    を備える、Ｘ線イメージングシステムであって、
    前記制御装置は、前記Ｘ線源を起動して、前記光路中に配置可能な関心物体にＸ線放射線を付与し、
    前記干渉計の前記Ｘ線ディテクターは、サンプリングし、Ｘ線波面を検出し、
    前記制御装置は、前記干渉計の前記Ｘ線ディテクターの前記複数のサブピクセルから干渉縞パターンを表す信号を電子的に読み取る、
    Ｘ線イメージングシステム。
  12. ａ）関心物体を検査するためにＸ線放射線を生成するステップと、前記関心物体にＸ線放射線を向けるステップと、
    ｂ）Ｘ線ディテクターにおいて、前記関心物体により位相が変調されたＸ線放射線を受信するステップと、
    ｃ）入射Ｘ線干渉縞パターンをサンプリングする複数のスラブを備える構造化シンチレーター層を使用して、前記変調されたＸ線放射線を複数の光学スラブ信号に変換するステップと、
    ｄ）複数のサブピクセルを備える前記構造化シンチレーター層と光通信する光ディテクター層を使用して、前記複数の光学スラブ信号を検出するステップであって、各サブピクセルが、前記構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブから出射されたそれぞれの光学スラブ信号を検出するように、前記構造化シンチレーター層の前記それぞれのスラブと位置合わせされ、前記光ディテクター層が、関連する光学スラブ信号の存在に基づいて複数の検出信号を提供する複数の光学的検出セルをさらに備える、前記複数の光学スラブ信号を検出するステップと、
    ｅ）信号組合せ構成部を使用して前記複数のサブピクセルから入射Ｘ線干渉縞パターンを表す信号を電子的に読み取るステップであって、前記信号組合せ構成部が、前記光ディテクター層の前記光学的検出セルの検出信号の組合せとして少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を生成することにより、前記Ｘ線ディテクターの位置を調節せずに、第１の検出方向及び第２の検出方向における位相コントラスト及び／又は暗視野Ｘ線画像の獲得を可能にし、前記少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号の各々が、前記構造化シンチレーター層のそれぞれのスラブにおいて受信された入射Ｘ線干渉縞パターンに起因して空間信号振幅に比例し、前記Ｘ線ディテクターのピクセル信号が、前記スラブの幅により規定された干渉縞サンプリング分解能において少なくとも２つの近接したサブピクセルから獲得された少なくとも第１の出力信号及び第２の出力信号を含む、電子的に読み取るステップと、
    を有する、位相コントラストＸ線イメージング及び／又は暗視野Ｘ線イメージングのための方法。
  13. 処理ユニットにより実行されたときに、請求項１２に記載の方法のステップを実施する、請求項１１に記載のＸ線イメージングシステムを制御するためのコンピュータプログラム。
  14. 請求項１３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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