KR101318221B1 - Ｘ선 촬상장치 및 ｘ선 촬상방법 - Google Patents

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Abstract

피검지물에 의한 X선의 위상 시프트에 관한 정보를 취득하는 X선 촬상장치는, X선 발생기 유닛으로부터 발생한 X선을 X선 빔으로 공간적으로 분할하는 분할소자와, 상기 분할소자에 의해 분할된 상기 X선 빔을 수신하는 감쇠 소자가 복수 배열된 감쇠기 유닛과, 상기 감쇠기 유닛에 의해 감쇠된 X선 빔의 강도를 검출하기 위한 강도 검출기 유닛을 구비하고, 상기 감쇠 소자는 상기 감쇠 소자 위의 X선 입사 위치에 따라 X선의 투과량이 연속적으로 변화한다.

Description

Ｘ선 촬상장치 및 Ｘ선 촬상방법{X-RAY IMAGING APPARATUS AND X-RAY IMAGING METHOD}
본 발명은 X선 촬상장치 및 X선 촬상방법에 관한 것이다.
방사선의 종류로서 예를 들면 X선은 파장이 0.01Å∼10nm(10-12∼10-8m)정도의 전자기파이다. 이 파장이 짧은 X선(대략 2 keV 이상)을 하드 X선이라고 하고, 파장이 긴 X선(대략 0.1keV∼대략 2keV)을 소프트 X선이라고 한다.
X선 흡수 콘트라스트법은 실질적으로 X선의 침투성(penetrative)이 높은 흡수능(absorptive power)의 차이를 이용하여, 철강재료 등의 내부 균열 검사나 수화물 시큐리티 검사에 이용된다.
한편, X선의 흡수에 의한 콘트라스트가 형성되기 어려운 저밀도의 피검지물에 대해서는, 피검지물에 의한 X선의 위상 시프트를 검출하는 X선 위상 콘트라스트 이미징법이 유효하다. 이러한 X선 위상 콘트라스트 이미징법은, 고분자 블렌드(polymer blends)의 이미징이나 의료 처리 등에의 연구가 검토되고 있다.
각종 X선 위상 콘트라스트 이미징법 중에서, 특허문헌 1에 개시되어 있는 굴절 콘트라스트법은 피검지물에 의한 위상 시프트에 의한 굴절 효과를 이용한다.
이 굴절 콘트라스트법은, 피검지물과 검출기의 거리를 떨어지게 해서 미세 초점의 X선원을 이용해서 촬상한다. 이 굴절 콘트라스트법은 피검지물에 의한 X선 굴절 효과로 피검지물의 윤곽이 강조된 화상을 취득한다.
또한, 굴절 효과를 이용하는 이 굴절 콘트라스트법은 보통의 X선 이미징법과 다른 싱크로트론(synchrotron) 방사광과 같은 간섭성이 높은 X선을 반드시 필요로 하지 않는다.
한편, 특허문헌 2에는 검출기의 화소의 엣지 부분에 X선을 차폐하는 마스크를 갖는 촬상장치가 개시되어 있다. 피검지물이 없는 상태에 있어서, X선이 부분적으로 조사되도록 마스크를 세팅하면, 피검지물의 굴절 효과에 의해 생긴 X선의 위치 시프트가 X선의 강도 변화로서 검출될 수 있다.
[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개2002-102215호 [특허문헌 2] 국제특허공개 2008/029107호
그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 굴절 콘트라스트법에서는, 피검지물의 굴절 효과에 의해 생긴 X선 굴절각이 매우 작기 때문에, 윤곽 강조한 피검지물의 화상을 얻기 위해서는 피검지물과 검출기의 거리를 충분하게 둘 필요성이 있다. 그 때문에 이 굴절 콘트라스트법은, 불가피하게 검출 장치의 대형화를 초래한다.
본 발명은 굴절 콘트라스트법의 단점을 해결하기 위한 X선 촬상장치 및 X선 촬상방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 피검지물에 의한 X선의 위상 시프트에 관한 정보를 취득하는 X선 촬상장치를 제공하고, 이 촬상장치는
X선 발생기 유닛으로부터 발생한 X선을 X선 빔으로 공간적으로 분할하는 분할 소자와,
상기 분할 소자에 의해 분할된 상기 X선 빔을 수신하는 감쇠 소자가 복수 배열된 감쇠기 유닛과,
상기 감쇠기 유닛에 의해 감쇠된 X선 빔의 강도를 검출하기 위한 강도 검출기 유닛을 구비하고,
상기 감쇠 소자는 상기 감쇠 소자 위의 X선 입사 위치에 따라 X선의 투과량이 연속적으로 변화한다.
상기 X선 촬상장치는 상기 강도 검출기 유닛에 의해 검출된 X선 강도 정보로부터, 상기 피검지물의 미분 위상 콘트라스트 화상 또는 위상 콘트라스트 화상을 연산하는 연산 유닛을 갖는다.
상기 감쇠 소자는 입사한 X선에 수직한 방향으로 두께 연속적으로 변화할 수 있다.
상기 감쇠 소자는 삼각 기둥의 형상을 갖는다.
상기 감쇠 소자는 입사한 X선에 수직한 방향으로 밀도가 연속적으로 변화할 수 있다.
상기 감쇠 소자는, 상기 X선 입사 위치에 대해서 상기 감쇠 소자에 있어서의 광로 길이의 2차 미분값이 포지티브(positive)가 되는 형상을 갖는다.
상기 X선 촬상장치는 상기 X선 발생기 유닛, 상기 분할 소자, 상기 감쇠기 유닛, 및 상기 강도 검출기 유닛을 동기시켜 이동시키는 이동 기구를 갖는다.
본 발명은 X선 촬상장치의 X선 촬상방법을 제공하고, 상기 촬상 방법은,
X선을 공간적으로 분할하는 단계와,
감쇠 소자를 투과한 X선의 강도로부터, 상기 감쇠 소자가 복수 배열된 감쇠기 유닛을 이용해서, 피검지물에 의한 X선 위상 시프트에 관한 정보를 취득하는 단계를 포함하고,
상기 감쇠 소자는 상기 감쇠 소자에 있어서의 X선 입사 위치에 대응하는 X선의 투과량이 연속적으로 변화한다.
본 발명은 X선 촬상장치를 제공하고, 이 촬상장치는,
X선을 발생하는 X선 발생기 유닛과,
피검지물을 투과한 X선의 강도 분포에 따라 X선의 투과량이 연속적으로 변화하는 흡수능 구배(absorptive power gradient)를 갖는 감쇠 소자가 복수 배열된 감쇠기 유닛과,
상기 감쇠기 유닛에 의해 감쇠된 X선의 강도를 검출하기 위한 X선 강도 검출기를 구비한다.
본 발명은 X선 촬상장치의 X선 촬상방법을 제공하고, 이 촬상방법은,
피검지물을 투과한 X선의 강도 분포에 따라 X선의 투과량이 연속적으로 변화하는 흡수능 구배를 갖는 감쇠 소자가 복수 배열된 감쇠기 유닛을 이용하여, 상기 감쇠 소자를 통과한 상기 X선의 강도 분포의 변화를 검출한다.
본 발명은, 종래의 굴절 콘트라스트법에서의 문제점을 해결할 수 있는 X선 촬상장치 및 X선 촬상방법을 제공한다.
본 발명의 그 외의 특징들은 첨부도면을 참조하면서 이하의 예시적인 실시예의 설명으로부터 밝혀질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 X선 촬상장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 감쇠기 유닛의 일부를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 X선 촬상장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 감쇠기 유닛의 일부를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 연산 처리의 플로차트다.
도 6은 실시예 2의 감쇠기 유닛 대신에, 또 다른 형태의 감쇠기 유닛을 이용하는 실시예 3에 있어서의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 감쇠기 유닛 및 감쇄 소자를 설명하는 도면이다.
도 8은 지수(exponential) 함수형의 광로 길이 변화와 선형 함수형의 광로 길이 변화를 비교하는 그래프이다
도 9a 및 9b는 지수 함수형의 광로 길이 변화와 선형 함수형의 광로 길이 변화를 비교하는 그래프이다
도 10은 실시예 4에 있어서의 감쇠기 유닛을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예 5에 있어서의 CT(computed tomography)에 대한 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예 5에 있어서의 연산 처리의 플로차트이다.
도 13은 본 발명의 예 1에 있어서의 X선 촬상장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 예 2에 있어서의 X선 촬상장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 15는 물질에 의한 X선의 굴절을 설명하는 도면이다.
도 16은 특허 문헌 2에 있어서의 문제점을 설명하는 도면이다.
본 발명의 실시예에서는, 흡수능 구배(또는 투과율 구배)를 각각 갖는 복수의 감쇠 소자로 구성된 감쇠기 유닛을 사용하여, 굴절 효과에 의한 X선 강도 분포 변화 또는 X선 빔의 위치 시프트에 관한 정보를 얻는다.
여기에서 흡수능 구배(또는 투과율 구배)를 갖는 감쇠 소자는, X선의 흡수량(또는 투과량)이 X선 강도 분포 또는 X선 분쟁 위치에 따라 연속적으로 변화하는 소자를 나타낸다. 그러한 감쇠 소자는 형상을 연속적으로 또는 계단 모양으로 변경함으로써 구성될 수 있다. 그밖에는 감쇠 소자는 단위 체적당 X선의 흡수량(또는 투과율)을 변경함으로써 구성될 수도 있다. 부수적으로, 본 발명의 명세서에 있어서 "연속적으로"라는 용어는 "인 스테이지(in stages)"라는 용어의 의미를 포함할 수도 있다.
이하, 본 발명의 X선 촬상장치 및 X선 촬상방법에 대해서 구체적인 실시예를 참조하여 설명한다.
(실시예 1)
실시예 1은, X선의 위상 시프트로부터 피검지물의 화상을 촬상하는 X선 촬상장치의 구성을 설명한다.
도 15는, 물질을 투과했을 때에 생기는 X선 빔의 굴절을 개략적으로 나타낸 것이다. 여기에서, 물질에 대한 X선의 굴절율은 1보다 약간 작다.
그 때문에, 도 15에 나타낸 것과 같은 경우에는, 물질(1502)을 투과한 X선 빔(1507)은 물질(1502)의 외측을 향해서 굴절한다(X선 빔(1507)은 도 15에서는 상측으로 굴절한다).
물질(1502)을 투과한 X선 빔은, 물질(1502)의 외측을 따라 진행해 온 X선(1501)과 겹치기 때문에 겹친 위치에서 X선 강도가 증가하지만, 굴절한 X선 빔(1507)의 물질에 대한 입사 위치에서의 가상의 연장선상에서는, X선 강도가 약해진다. 그 결과, 투과 X선의 강도 분포(1503)는, 도 15에 나타나 있는 바와 같이 물질(1502)의 엣지에서 증가한다.
X선의 굴절각 θ은 매우 작기 때문에, 검출기의 화소 사이즈를 고려하여 윤곽이 강조된 프로파일 라인을 얻기 위해서는 물질과 검출기 간의 거리를 보다 길게 해야 한다. 이 때문에, 상기 특허문헌 1에 기재한 굴절 콘트라스트법에서는, 화상을 확대하기 위해 피검지물과 검출기 간의 거리를 보다 길게 해야 하기 때문에 장치가 불가피하게 대형화된다.
피검지물과 검출기를 가깝게 배치할 경우, 검출기(1504)의 1화소(1505)의 사이즈가 투과 X선 강도 분포(1503)의 강도 패턴보다도 커서, 1화소 내에서 강도가 균일하게 되도록 서로 상쇄된다. 이에 따라 물질의 윤곽이 강조된 화상을 얻을 수 없게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 피검지물과 검출기 간의 거리를 짧게 했을 경우에도, X선 강도의 패턴을 검출하기 위해서, 각각의 감쇠 소자에 있어서 흡수능 구배를 갖는 감쇠기 유닛을 특징으로 한다
도 1은, 본 실시예의 X선 촬상장치의 구성을 설명하는 도면이다.
X선 발생기 유닛으로서의 X선원(101)으로부터 발생한 X선은, 피검지물(104)에 의해 변화한 위상을 갖고 굴절한다. 굴절한 X선은 감쇠기 유닛(105)에 입사한다. 감쇠기 유닛(105)을 투과한 X선은 강도 검출기 유닛으로서의 검출기(106)에 의해 검출된다. 검출기(106)에 의해 취득된 정보는 모니터와 같은 표시 유닛(108)에 출력된다.
피검지물(104)로서는, 인체와, 무기재료 및 무기-유기 복합재료 등의 그 외의 재료를 들 수 있다. 부수적으로, 피검지물(104)을 이동시키는 이동 기구(도면에 도시되어 있지 않음)을 추가로 설치해도 된다. 피검지물(104)을 적당하게 이동시킴으로써, 피검지물(104)의 특정 장소에 있는 화상을 얻을 수 있다.
검출기(106)로서는, X선 플랫 패널 검출기, X선 CCD 카메라, 및 직접 변환형 X선 2차원 검출기 등, 간접형 및 직접형을 포함하는 다양한 X선 검출기를 사용할 수 있다.
검출기(106)는 감쇠기 유닛(105) 근방에 배치되거나 일정한 간격을 사이에 두고 배치되어도 된다. 감쇠기 유닛(105)은 검출기(106)에 내장될 수도 있다.
단색 X선을 사용할 경우에는, X선원(101)과 피검지물(104)과의 사이에, 모노크로메이터 유닛(monochromator unit)(102)을 설치해도 된다. 모노크로메이터 유닛(102)은 슬릿의 조합과, X선 다층 미러를 포함한다.
다음에, 감쇠기 유닛(105)에 대해서, 좀더 자세히 설명한다. 도 2는, 감쇠기 유닛(105)의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다. 이 도면에 있어서, 감쇠기 유닛(203)은 감쇠 소자(204)로 구성되고, 이 감쇠 소자(204)는 삼각 기둥 형상을 갖고, 입사한 X선에 수직한 방향으로 변화하는 두께를 갖는다.
그러한 구성에 의해, 감쇠 소자(204) 내에 있어서의 투과 X선의 광로 길이가 X방향으로 변화한다. 따라서, 감쇠 소자(204)는, X선 강도 분포 또는 X선 입사 위치에 따라 흡수량(투과량)이 변화하는 흡수능 구배를 갖는다. 감쇠 소자(204)는 판형상의 부재로 형성되어도 된다
도 2에 있어서, 참조번호 201은 피검지물(104)이 없는 상태에서의 감쇠 소자(204)에 입사하는 기준 X선의 강도 분포이고, 참조번호 202는 피검지물(104)에 의한 굴절에 의해 변화하고 감쇠 소자(204)에 입사하는, 참조 X선의 강도 분포다.
검출기의 1화소에 의해 검출된 X선의 강도는 1화소에 입사한 X선의 강도 분포에 관계없이 1화소 내의 적분 강도이다. 그렇지만, X방향으로 투과 X선 강도가 연속해서 변화하는 감쇠 소자(204)에 의해, 피검지물(104)에 의해 굴절에 의해 생긴 X선 강도 분포 변화를 투과 X선 강도 변화로 변환할 수 있다.
예를 들면, 도 2에 있어서, 이 도면에서 강화된 위치(202)의 상방 시프트는 투과 X선의 강도를 증가시키지만, 이 도면에서 강화된 위치(202)의 하방 시프트는 투과 X선의 강도를 감소시킨다. 이 때문에, 피검지물(104)이 없는 상태에서 검출한 X선 강도와, 피검지물(104)이 있는 상태에서 검출한 X선 강도를 비교함으로써, 미소한 굴절의 효과를 X선 강도 분포로서 검출할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 검출기(106)의 1화소 내에서 미소한 강도 분포 변화도 검출할 수 있다. 이것에 의해, 피검지물(104)과 검출기(106) 간의 거리를 길게 할 필요성이 없어, 장치의 소형화가 가능해진다. 또한, 이러한 구성에 의해, 피검지물(104)과 검출기(106) 간의 거리를 길게 함으로써, 보다 미소한 굴절에 의한 강도 분포 변화를 검출할 수 있다.
이 기술에 의하면, 위상 시프트가 X선의 굴절 효과에 의해 검출되기 때문에 간섭성이 높은 X선을 반드시 사용할 필요가 없다.
상기에서는, 감쇠 소자는 동일의 실효적인 흡수 계수를 갖고, 또 연속적으로 변화하는 형상을 갖는다. 그렇지만, 감쇠 소자는 어떤 방향에 있어서 X선의 흡수량 (투과량)이 변화하도록 흡수능 구배를 가지고 있으면 된다. 예를 들면, 후술하는 도 4a 및 4b에 나타낸 바와 같이 입사한 X선에 수직인 방향으로 연속적으로 밀도가 변화하고 있는 감쇠 소자도 본 실시예의 X선 촬상장치에 사용하는 것이 가능하다.
또한, 감쇠 소자의 흡수능 구배는 도 2에 나타낸 바와 같이 반드시 연속적일 필요는 없지만, 단계적으로 흡수량(투과량)이 변화할 수도 있다. 예를 들면, 단계적으로 소자의 형상이 변화해도 되고, 단계적으로 소자의 밀도가 변화해도 된다.
X선 강도 분포의 변화를 얻기 위해서는 감쇠 소자의 흡수능 구배가 2이상의 방향으로 형성되어도 된다. 예를 들면, 2방향으로 위상 경사(phase gradients)를 측정하기 위해서 한 개의 감쇠 소자 내에서, X방향과 Y방향으로 흡수능 구배가 형성되어도 된다. 2이상의 방향의 측정을 위해서, 소자가 피라미드(pyramid)형이나 원추형이어도 된다.
감쇠 소자들의 흡수능 구배가 동일한 것에 제한하지 않는다. X방향의 경사를 갖는 제1 타입의 감쇠 소자와 Y방향의 경사를 갖는 제2 타입의 감쇠 소자를 교대로 면 위에 배치해서, 2차원적으로 위상 경사를 측정해도 된다.
그밖에는, X방향으로 경사를 갖는 감쇠 소자와 Y방향으로 경사를 갖는 감쇠 소자를 적층해도 된다. 즉, 제 1층은 X방향의 흡수능 구배를 갖는 제1의 감쇠기 유닛으로부터 형성되어도 되고, 제 2층은 Y방향의 흡수능 구배를 갖는 제2의 감쇠기 유닛으로부터 형성되어도 된다.
감쇠기 유닛(105)으로부터의 산란 X선에 의한 화상의 블러링(blurring)을 경감하기 위해서, 감쇠기 유닛(105)과 검출기(106) 사이에 뢴트겐(roentgen) 촬영에 종래에 사용된 것과 같은 그리드를 배치해도 된다.
(실시예 2: 분할 소자를 이용하는 구성)
실시예 2에 있어서는, X선 위상 시프트 정보로서 위상 콘트라스트 화상을 취득하는 X선 촬상장치 및 X선 촬상방법에 관하여 설명한다. 이 실시예는 X선을 분할하는 소자를 이용하는 실시예 1과는 상이하다.
상기 특허문헌 2에 나타낸 촬상장치는, X선을 분할하는 광학 소자와, 검출기의 화소의 엣지 부분에 X선을 차폐하는 마스크를 이용하고 있다. 도 16a 및 16b는 특허문헌 2에 있어서의 검출기의 일부분의 일례를 나타낸다. 도 16a는 검출기의 일부분을 X선의 입사방향에서 본 도면이며, 도 16b는 X선 입사방향에 대하여 수직한 측에서 본 도면이다.
검출기의 각 화소(1601)의 엣지 부분에 X선 빔을 차폐하기 위한 마스크(1602)가 설치되어 있다. 입사 X선 빔(1603)은 마스크(1602)에 의해 X선 빔의 일부분이 차폐되는 각 화소에 입사된다. 이러한 배치에 의해, 입사한 X선 빔(1603)을 편향(deflect)시킴으로써, 굴절 효과에 의해 화소(1601) 위에서의 입사 위치가 변화한다. 이 편향에 의해 마스크(1602)에 의한 차폐에 의해 화소에 입사된 X선 빔의 강도가 변화한다. 그 때문에 X선의 강도 변화를 검출하는 것에 의해, 굴절 효과를 측정할 수 있다.
특허문헌 2에 기재된 방법에서는, X선을 차폐하는 마스크(1602)를 이용하고 있다. 이 때문에, X선(1603)의 조사 영역이 마스크(1602) 상에 완전히 들어간 경우, X선의 편향을 정확하게 검출할 수 없다고 하는 문제점이 있다. 또, 마스크(1602)의 영역 내부에서의 입사 X선(1603)의 편향을 검출할 수 없다. 즉, 특허문헌 2에 기재된 방법은, 불감영역(insensible region)의 문제점을 가지고 있다.
따라서, 이 실시예 2에서는, 굴절 콘트라스트법보다도 소형화가 가능하고, 또한, 특허문헌 2에 기재된 방법보다도 불감영역이 적은 장치 및 방법에 관하여 설명한다.
도 3은, 본 실시예에 있어서의 X선 촬상장치의 구성 예를 설명하는 도면이다.
X선 발생기 유닛으로서의 X선원(301)으로부터 발생된 X선은, 분할 소자(303)에 의해 공간적으로 X선 빔으로 분할된다. 즉, X선은 특허문헌 2에 기재된 것처럼 개구를 갖는 샘플링 마스크로서 기능한다. 분할 소자(303)를 투과한 X선은, X선의 유량을 형성한다. 분할 소자(303)는 라인 앤드 스페이스 슬릿 어레이(line-and-space slit array)의 형상이거나 2차원 구멍 배열(hole arrangement)의 형상을 가져도 된다.
분할 소자(303)에 설정된 슬릿은 X선을 투과하는 형태이면, 베이스판을 관통하지 않아도 된다. 분할 소자(303)는, Pt, Au, Pb, Ta, W와, 그러한 소자를 함유하는 혼합물을 포함하는 X선의 흡수능이 높은 재료로부터 형성된다.
검출기(306)의 위치에서의 분할 소자(303)에 의해 분할된 X선의 라인 앤드 스페이스의 피치(pitch)는 검출기(306)의 화소 사이즈보다 작지 않다. 즉, X선 검출기 유닛을 구성하는 화소의 사이즈는 분할 소자(303)에 의해 분할된 X선의 공간적인 피치보다 크지 않다.
분할소자(303)에 의해 공간적으로 분할된 X선 빔은, 피검지물(304)에 의해 굴절된다. 각각의 X선 빔은 감쇠기 유닛(305)에 입사한다. 감쇠기 유닛(305)을 투과한 X선 빔은 검출기(306)에 의해 각각의 X선의 강도가 측정된다. 검출기(306)에 의해 취득된 X선에 관한 정보는 연산기 유닛(307)에 의하여 산술적으로 처리되어, 모니터 등의 표시 유닛(308)에 출력된다.
모노크로메이터 유닛(302), 피검지물(304), 피검지물(304)을 이동시키는 이동 기구, 검출기(306), 그리드 등에 관해서는, 실시예 1에서 사용한 것과 같을 수 있다.
다음에, 감쇠기 유닛(305)에 대해서, 좀더 구체적으로 설명한다.
도 4a는, 감쇠기 유닛(305)의 일부분에 관하여 개략적으로 설명하는 도면이다.
기준 X선 빔(401)은, 피검지물(304)이 존재하지 않는 상태에서 분할된 X선 빔을 나타내고, X선 감쇠 소자(404)의 X방향에 있어서의 중심에 입사되는 것이 바람직하다. X선 빔(402)은 피검지물(304)의 존재에 의해 굴절된 X선 빔을 나타낸다. 감쇠기 유닛(403)은, 감쇠 소자(404)를 복수 배열해서 구성되어 있다.
도 4b에 나타낸 바와 같이, 감쇠 소자(404)는 (입사한 X선 빔에 수직한) X방향으로 연속적으로 분포된 밀도를 갖는다. 도 4a 및 4b에서 감쇠 소자(404)의 밀도 변화는 X선의 흡수(투과)의 정도를 변화시켜, 밀도가 높은 부분이 보다 X선을 통과시키지 않는다. 즉, 감쇠 소자(404)는 X선의 입사 위치에 따라 X선의 흡수량(투과율)를 연속적으로 변화시키도록 흡수능 구배를 가지고 있다.
감쇠 소자(404)를 투과한 기준 X선(401)의 강도는, 다음 식(1)으로 표현된다.
Figure 112011035785363-pct00001
식(1)
상기의 식에 있어서, I0는 분할 소자(303)에 의해 공간적으로 분할된 X선의 강도이고, μ/ρ은 감쇠 소자(404)의 실효적인 질량 흡수 계수이며, ρ0는 기준 X선 빔(401)이 감쇠 소자(404)를 투과한 부분에 있어서의 감쇠 소자(404)의 밀도이고, L은 감쇠 소자(404)의 두께다.
피검지물(304)에 의해 굴절되어, 감쇠 소자(404)를 투과한 X선 빔(402)의 강도는, 다음 식(2)으로 나타낸다.
Figure 112011035785363-pct00002
식(2)
상기의 식에서, A는 피검지물(304)에 의한 X선의 투과율을 나타내고, ρ'은 X선 빔(402)이 감쇠 소자(404)를 투과한 부분에 있어서의 감쇠 소자(404)의 밀도를 나타낸다. 상기 식(1)과 식(2)으로부터, 기준 X선 빔(401)이 X선 감쇠 소자(404)를 투과한 부분의 밀도와 시프트된 X선 빔(402)이 감쇠 소자(404)를 투과한 부분의 밀도 간의 차는 아래의 식(3)에 의해 나타낸다.
Figure 112011035785363-pct00003
식(3)
X선을 매우 적게 흡수하는 피검지물(304)에 대해서는, 투과율 A는 대략 1이다. 흡수의 효과를 무시할 수 없는 피검지물에 대해서는, 감쇠 소자(305)가 없는 상태에서의 촬상에 의해 투과율 A를 얻을 수 있다.
한편, X선 흡수체의 밀도 분포는 공지되어 있기 때문에, 상기 식(3)이 나타내는 밀도차로부터, 감쇠기 유닛(305) 상에서의 위치 시프트(d)을 얻을 수 있다.
즉, 기준 X선(401)과 X선(402)의 검출 강도 간의 관계로부터, 피검지물(304)에서의 굴절에 의한 미량의 위치 시프트를 추정할 수 있다.
다음에, 본 실시예에 있어서의 연산 처리에 관하여 설명한다.
도 5는, 연산 처리의 플로차트를 나타낸다.
우선, 제1의 스텝 S100에 있어서, 감쇠기 유닛(305)을 투과한 각 X선의 강도정보를 취득한다.
제2의 스텝 S101에 있어서, 연산기 유닛(307)은, 슬릿 피치(slit pitch) 방향에 수직한 방향으로 각 화소의 강도 정보로부터 기준 X선(401)에 대한 각 X선 빔의 위치 시프트 d을 산출한다.
위치 시프트 (d)는, 식(3)에 의해 추정될 수 있다. 즉, X선 흡수체의 밀도 분포는 공지되어 있기 때문에, 상기 식(3)이 나타내는 밀도차로부터, 감쇠기 유닛(305) 상에서의 위치 시프트(d)을 추정할 수 있다.
그밖에, 투과 X선 강도와 위치 시프트(d) 간의 대응관계의 테이블을 연산기 유닛(307) 등에 저장하고, 측정한 강도로부터 데이터 테이블을 참조해서 위치 시프트(d)을 추정할 수 있다. 이 데이터 테이블은, 각 감쇠 소자(404)에 대해서, 감쇠기 유닛(305) 혹은 분할 소자(303)를 이동시켜 각 위치에 있어서의 투과 X선 강도를 검출함으로써 작성될 수 있다. 데이터 테이블을 작성할 때에는, 분할 소자(303)를 이동시키는 대신에, 분할 소자(303)와 같은 슬릿 폭을 갖는 싱글 슬릿을 사용해서 감쇠 소자(404)의 각 위치에 있어서의 투과 X선 강도를 검출해도 된다.
제3의 스텝 S102에 있어서, 각 X선 빔의 굴절각(△θ)을 산출한다. 위치 시프트(d)과, 피검지물(304)과 감쇠기 유닛(305) 사이의 거리(Z)로부터 각 X선 빔의 굴절각(△θ)을, 다음 식(4)을 사용해서 산출할 수 있다.
Figure 112011035785363-pct00004
식(4)
굴절각(△θ)과 미분위상(
Figure 112011035785363-pct00005
)은 식(5)의 관계에 있다.
Figure 112011035785363-pct00006
식(5)
이 식에 있어서, λ은 X선의 파장을 나타낸다. X선이 연속파일 경우에는, λ은 실효 파장을 나타낸다.
다음에, 제4의 스텝 S103에 있어서, 상기 식(5)에 따라 슬릿 피치 방향에 수직한 방향으로 각 화소의 미분위상(
Figure 112011035785363-pct00007
)을 연산해서 미분 위상 정보를 취득한다.
다음에, 제5의 스텝 S104에 있어서, 상기 연산에 의해 취득한 각 미분위상(
Figure 112011035785363-pct00008
)을 X방향으로 적분함으로써 위상 정보를 취득한다. 스텝 S105에 있어서는, 이렇게 산출된 미분 위상 화상 및 위상 콘트라스트 화상은 표시 유닛(108)에 의해 표시할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 미소한 X선의 위치 시프트를 검출할 수 있기 때문에, 피검지물(304)과 검출기(306) 간의 거리를 짧게 할 수 있다. 이와 같이, 특허문헌 1에 기재된 굴절 콘트라스트법과 비교해서 장치의 소형화가 가능해진다. 또한, 분할 소자(303)를 사용함으로써, 미분 위상량 및 위상량을 정량화할 수 있다. 또한, 이 구성은 X선의 차폐 영역이 없는 투과형의 감쇠기 유닛(305)을 사용하기 때문에 불감 영역을 갖지 않는다.
피검지물(304)과 검출기(306) 간의 거리를 길게 하는 구성을 선택하면, 보다 미소한 X선의 위치 시프트를 검출할 수 있다.
또한, 위상 시프트를 X선의 굴절 효과를 이용해서 검출하기 때문에, 간섭성이 높은 X선을 반드시 사용할 필요가 없다.
(실시예 3)
이 실시예 3은, 실시예 2의 감쇠기 유닛과는 다른 감쇠기 유닛을 사용한 X선 촬상장치의 구성에 관하여 설명한다. 본 실시예에 있어서의 촬상장치의 기본적인 구성은 실시예 2에 있어서의 도 3에 나타낸 촬상장치와 같다.
도 6은 실시예 3의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
참조번호 601은 피검지물(304)이 존재하지 않는 상태에서 분할된 X선 빔을 나타낸다. 이 기준 X선(601)은, 감쇠 소자(604)의 X방향에 있어서의 중심에 입사되는 것이 바람직하다. 참조번호 602는 피검지물(304)에 의해 굴절한 X선 빔을 나타낸다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 감쇠기 유닛(603)은, 삼각 기둥 형상의 감쇠 소자(604)의 배열로 구성되어 있다. 이 감쇠 소자(604)는 동일한 실효적인 선흡수(ray-absorption) 계수를 갖고, 또 X선 입사에 수직한 방향으로 연속적으로 변화하는 두께를 갖는다.
감쇠 소자(604)는 삼각 기둥 형상이므로, X방향으로의 X선 입사 위치에 의존해서 X선의 흡수량(투과량)을 변화시키는, X방향으로의 감쇠 소자(604) 내부에 있어서의 투과 X선의 광로 길이가 변화한다.
감쇠 소자(604)를 투과한 기준 X선(601)의 강도는, 다음 식(6)으로 나타낸다.
Figure 112011035785363-pct00009
식(6)
상기 식에 있어서, 심볼 I0는 분할 소자(303)에 의해 공간적으로 분할된 X선 빔의 강도이고, 심볼 μ은 감쇠 소자(604)의 실효적인 선흡수 계수이며, 심볼 l0은 기준 X선 빔(601)의 감쇠 소자(604) 내의 광로 길이다.
한편, 피검지물(304)에 의해 굴절했고, 감쇠 소자(604)를 투과한 X선 빔(602)의 강도는 다음 식(7)으로 나타낸다.
Figure 112011035785363-pct00010
식(7)
상기 식에 있어서, 심볼 A는 피검지물(304)에 의한 X선의 투과율을 나타내고, 심볼 l은 X선 빔(602)의 감쇠 소자(604) 내의 광로 길이를 나타낸다.
상기 식(6), 식(7), 및 감쇠 소자(604)의 정각 α로부터, 감쇠기 유닛(305) 상에서의 피검지물에 의한 X선 빔의 위치 시프트(d)은, 다음 식(8)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112011035785363-pct00011
식(8)
피검지물(304)의 X선 흡수 효과가 매우 작을 경우, A의 값은 1이고, 흡수 효과를 무시할 수 없는 경우에는, 감쇠기 유닛(305)이 없는 상태에서의 촬상에 의해 A의 값을 얻을 수 있다.
즉, 기준 X선 빔(601)과 굴절된 X선 빔(602)의 검출 강도의 관계로부터, 피검지물(304)에서의 굴절에 의한 미량의 위치 시프트(d)을 얻을 수 있다.
감쇠 소자(604)의 삼각 기둥에 의해, 감쇠 소자(604)의 어느 위치에서든, 기준 X선(601)과 굴절된 X선(602)의 비에 근거해서 위치 시프트 d을 추정할 수 있다.
감쇠기 유닛(305)을 투과한 X선은 검출기(306)에 의해 검출된다. 이 검출된 데이터로부터, 실시예 2에서 사용한 것과 같은 연산기 유닛(307)을 사용하여, 슬릿 피치 방향에 수직한 방향의 각 화소에서의 X선의 미분 위상(
Figure 112011035785363-pct00012
) 및 위상(
Figure 112011035785363-pct00013
)을 산출한다. 표시 유닛(308)에 의해 미분 위상 콘트라스트 화상과 위상 콘트라스트 화상을 표시한다.
식(8)을 이용하지 않아도, 그 검출 강도와 위치 시프트(d)의 관계에 대해서 개별적으로 작성된 데이터 테이블을 참조하여 실제의 측정에 있어서의 강도 정보로부터 위치 시프트(d)을 추정할 수 있다. 이 데이터 테이블은, 각 감쇠 소자(604)에 대해서 감쇠기 유닛(305) 혹은 분할 소자(303)를 이동시켜서 투과 X선 빔의 강도를 검출함으로써 작성될 수 있다. 데이터 테이블의 작성에 있어서는, 분할 소자(303)를 이동시키는 대신에, 분할 소자(303)와 같은 폭을 갖는 싱글 슬릿을 사용해서 감쇠 소자(604)의 위치에 있어서의 투과 X선 강도를 검출해도 된다.
이러한 구성에 의해, 매우 미소한 X선 빔의 위치 시프트를 검출할 수 있기 때문에, 피검지물(304)과 검출기(306) 간의 거리를 길게 할 필요성이 없어 촬상장치의 소형화가 가능해진다. 또한, 이러한 구성의 감쇠기 유닛(305)은 X선의 차폐 영역이 없는 투과형이 있기 때문에 불감 영역이 존재하지 않는다.
이 구성에 의해, 피검지물(304)과 검출기(306) 간의 거리를 길게 함으로써, 보다 미소한 굴절에 의한 X선 빔의 위치 시프트를 검출할 수 있다.
또한, 위상 시프트를 X선 빔의 굴절 효과에 의해 검출하기 때문에, 간섭성이 높은 X선을 반드시 사용할 필요가 없다.
(실시예 4 : 구부러진 형상을 갖는 감쇠 소자)
이 실시예 4는, 실시예 3과는 다른 형상을 갖는 감쇠 소자에 관하여 설명한다.
도 7a는 실시예 4의 감쇠기 유닛의 구성을 나타낸다. 도 7b는 감쇠기 유닛을 구성하는 감쇠 소자의 구성을 나타낸다.
감쇠 소자는, 굴절 X선 빔(702)의 기준 X선 빔(701)으로부터의 위치 시프트에 대하여 연속적으로 변화하는 형상을 가지고 있어, 위치 시프트를 X선 강도 변화로서 검출기(305)에 의해 검출할 수 있다. 그러나, 굴절 X선의 위치 시프트에 대하여 광로 길이의 변화가 선형인 경우에는, 그 위치 시프트에 대해서 검출된 X선 강도가 지수함수적으로(exponentially) 현저하게 변화하고, 유효하게 위치 시프트를 검출할 수 있는 범위는 작아진다. 따라서, 본 실시예에서는, 굴절 X선의 위치 시프트에 대하여 광로 길이 변화가 선형이 아니라, 그것의 2차 미분값의 값이 포지티브(positive)가 되는 형상에 관하여 설명한다.
도 7b는 감쇠 소자(703)를 확대한 모식도를 나타낸다. 도 7b에서는, 굴절에 의한 위치 시프트의 방향을 X축 방향으로 하고, 이것과 수직한 X선 빔의 광로를 y축 방향으로 하고 있다.
피검지물을 투과한 X선 빔은, 기준 X선 빔(709)으로부터 굴절 X선 빔(705)으로 △x만큼(참조번호 704) 변화한다. 감쇠 소자(703)는, X선 빔 입사 위치에 대하여 감쇠 소자(703)를 투과하는 굴절된 X선 빔의 광로 길이 t(x) 706의 2차 미분값, d2t(x)/dx2이 포지티브가 되는 형상을 갖는다. 특히, 그 광로 길이(706)의 변화가 지수함수형(exponential)인 경우, 광로 길이 t(x)는 이하의 식(9)으로 나타낸다.
t(x) = AR·s(1-1n(X+1)/1n(s+1)) 식(9)
여기에서, 심볼 s는 감쇠 소자(703)의 x축 방향의 길이이고, AR은 감쇠기 소자(703)의 종횡비다. 상기 식에서의 심볼 s는 도 7b에 있어서는 참조번호 707로 표시되어 있다. 종횡비 AR은, 이하의 식 (10)으로 나타낸다.
AR = L/s 식(10)
L은 참조번호 708로 나타낸 y축 방향의 길이 L을 나타낸다. 심볼 s(참조번호 707)은, 감쇠기 유닛과 X선 검출기 유닛이 서로 근접해 배치되어 있는 경우에는, X선 검출기 유닛의 분해능의 정수배이지만, 서로 근접해 있지 않은 경우에는, s의 값은, 검출면에의 감쇠 소자(703)의 투영이, X선 검출기 유닛의 분해능의 정수배가 되도록 조정된다.
광로 길이(706)의 변화가 선형인 경우에는, 이 광로 길이 t(x)은 이하의 식(11)으로 나타낸다.
t(x) = AR(s-x) 식(11)
이 광로 길이 t(x)의 2차 미분값은 0이다.
검출기에 의해 측정되는 X선의 강도 Ⅰ(x)은, 검출기의 다이나믹 레인지 DR를 참조하여 이하의 식(12)으로 나타낸다.
Ⅰ(x) = DR·exp(-t(x)/1ex) 식(12)
여기에서 1ex는, 감쇠 소자(703)의 재료의 X선에 대한 감쇠 거리다. 한편, 감쇠 소자(703)의 광로 길이 변화가 지수함수형(exponential)인 경우에는, 검출기에 의해 검출되는 X선의 강도 Ⅰ(x)은 이하의 식(13)으로 나타낸다.
Ⅰ(x) = DR·exp[-AR·s{1-1n(x+1)/1n(s+1)}/1ex]
= DR·e-a(x+1)b 식(13)
여기에서, a, b은, 이하의 식(14) 및 식(15)으로 나타낸다.
a = AR·s/1ex 식(14)
b = a/1n(s+1) = AR·s/(1ex·1n(s+1)) 식(15)
감쇠 소자(703)의 종횡비와 재료를 선정해서, b을 1에 근접하게 조정하면, 검출된 강도 변화는 선형이 된다. 이렇게 강도 변화를 선형이 되게 조정하면, 검출된 강도 변화를, 지수함수적인 급격한 강도 변화와 비교해서, 완만하게 할 수 있다.
다음에, 감쇠 소자(703)의 광로 길이(706)의 지수함수적인 변화(강도 변화가 선형이다)를, 광로 길이의 선형 변화(강도변화가 지수함수적이다.)와 비교한다.
이하의 계산에 있어서, X선 발생기 유닛으로부터 발생하는 X선은, Mo의 특성 X선이라고 하고 있다. 감쇠 소자(703)의 x축 방향의 길이 s(참조번호 707) 및 다이나믹 레인지 DR는, 각각 검출기(306)의 분해능과 다이나믹 레인지에 의존한다. 이 실시예에서는, 검출기로서 X선 플랫 패널 검출기를 사용하고, s = 100㎛, DR = 5000cps, 검출의 정산 시간은 1초로 한다.
감쇠 소자(703)에 대해서, 위치 시프트에 대해 충분한 강도 변화를 얻기 위해서 소자의 양단 사이에서 100배 정도의 강도 변화를 예상하고, AR를 가공 가능한 값으로서 1정도로 설정한다. 즉, 1ex = -1n(1/100)/(AR·s)에 따라 22㎛정도의 감쇠 거리 lex의 재료를 선택한다. 예를 들면 lex = 22.8㎛의 Cu를 X선 감쇠 소자의 재료로서 선택할 수 있다.
여기에서, 통계 오차인 Ⅰ(x)의 평방근보다도, Ⅰ(x)의 미분값이 큰 범위를 검출 강도 Ⅰ(x)에 대한 유효한 검출 범위라고 한다. X축 방향의 길이 s에 대한 유효 검출 범위의 비율을 "eff"라고 한다. 따라서, 감쇠 소자(703)의 전체 영역에서 위치 시프트의 검출이 유효하면, eff=1이다.
도 8에 있어서, 감쇠 소자(703)의 광로 길이(706)의 변화가 로그(logarithmic)함수형(식 (9))인 경우의 종횡비 AR과 그 변화가 선형함수형(식(11))인 경우의 플롯 라인(82)에 대한 eff의 의존관계를 나타낸다.
이 그래프로부터, 광로 길이 변화가 로그함수형인 경우, 종횡비 AR를 1.5로부터 2.5정도의 범위에서 조정하면, eff = 1을 달성할 수 있고, 광로 길이 변화가 선형함수형인 경우에는, 종횡비 AR를 조정해도 eff=0.5정도까지로 eff의 향상이 제한된다.
도 9a에 있어서, 플롯 라인(plot line) 91은 종횡비 AR가 1.5이며 광로 길이(706)의 변화가 로그함수형인 경우의 측정 강도 변화를 나타내고, 플롯 라인 92는 종횡비 AR가 0.85이며 광로 길이(706)의 변화가 선형함수형인 경우의 측정 강도 변화를 나타낸다.
도 9b는, 도 9a에 나타낸 강도 변화의 미분값과 평방근(통계 오차)을 나타낸다. 플롯 라인 93은 로그함수형에 대한 강도 변화의 미분값을 나타내고, 플롯 라인 95는 그것의 통계 오차를 나타낸다. 플롯 94는 선형함수형의 강도 변화의 미분값을 나타내고, 플롯 라인 96은 그것의 통계 오차를 나타낸다.
상기 그래프에 나타낸 바와 같이, 로그형(logarithmic type)의 종횡비에 의한 측정 강도 변화는 선형(linear type)의 것과 비교해서 완만하고, 측정 강도 변화의 미분값은 소자의 전체 영역에 걸친 통계 오차를 상회하고 있는 것, 즉 eff가 1이다.
광로 길이(706)의 변화가 로그함수형인 경우, 종횡비 AR를 1로 고정했을 때에도, 검쇠 거리 1ex를 1.4정도로 조정하면 eff=1을 달성할 수 있다.
또한, 감쇠거리 1ex은 Cu와 같은 순수한 금속에 의해 조정될 수 있지만, 합금이나 금속 혼합물에 의해서도 조정될 수 있다. 따라서 합금은 고용체(solid solution)인 것이 바람직하다. 그렇지만, 재료는 그 미세구조가 x축 방향의 길이나 X선 빔의 단면 사이즈와 비교해 충분히 작으면 된다. 순수한 금속, 합금, 금속 혼합물의 경우에는, 다공(porous) 구조에 의해 밀도를 변화시켜 감쇠 거리 1ex를 조정해도 된다. 이 경우에도, 다공 구조의 구멍의 사이즈는 길이 s(참조번호 707)이나 X선 빔(702)의 단면 사이즈와 비교해 충분히 작은 것이 바람직하다.
도 10에 나타나 있는 바와 같이 실린드리컬(cylindrical)면을 대향시킴으로써 X선 감쇠 소자를 구성해도 된다. 예를 들면, Cu로부터 형성된 X선 감쇠부(1001)는, 지지 기판(1002)에 의해 고정되어 있다. 이 지지 기판(1002)은, X선의 흡수를 무시할 수 있는 두께를 갖는 수지로 구성되어도 된다. 도 10에 나타낸 감쇠기 유닛에 있어서, 인접하는 감쇠 소자 사이에서는, 기준 X선(1003)으로부터의 동일 방향의 굴절 X선 빔의 위치 시프트는 역센스(reversed sense)의 강도 변화로서 검출된다. 이 감쇠 소자에 있어서, 광로 길이 변화의 2차 미분값은 포지티브가 된다.
(실시예 5: CT(Computed Tomography))
이 실시예 5는, CT(computed tomography)의 원리에 근거해서, 3차원적인 위상 분포를 얻는 장치의 구성에 관하여 설명한다.
도 11은, 본 실시예에 있어서의 CT 장치의 구성을 설명하는 개략도를 나타낸다.
도 11에 있어서, 참조번호 1101은 X선원, 1103은 분할 소자, 1104는 피검지물, 1105는 감쇠기 유닛, 1106은 X선 검출기, 1107은 연산기 유닛, 1108은 표시 유닛이다.
본 실시예에 있어서의 CT 장치에 있어서는, X선원(1101), 분할 소자(1103), 감쇠기 유닛(1105), 및 X선 검출기(1106)는, 피검지물(1104)의 주위를 가동기구에 의해 동기시켜 이동가능하다.
분할 소자(1103)에 의해 공간적으로 분할된 X선 빔은 피검지물(1104)에 조사되고, 투과 X선 빔은 감쇠기 유닛(1105)에 입사된다.
감쇠기 유닛(1105)은, 분할된 X선의 피검지물(1104)에서의 굴절에 의한 미량의 위치 시프트를 검출한다. 감쇠기 유닛(1105)을 투과한 X선은 X선 검출기(1106)에 의해 검출된다.
X선원(1101), 분할 소자(1103), 감쇠기 유닛(1105), 및 X선 검출기(1106)를, 피검지물(1104)의 주위를 동기시켜 이동시킴으로써 피검지물(1104)의 투영 데이터를 취득한다. 그밖에는, X선원(1101), 분할 소자(1103), 감쇠기 유닛(1105), 및 X선 검출기(1106)를 고정하고, 피검지물(1104)을 회전시켜서 투영 데이터를 취득한다.
다음에, 본 실시예에 있어서의 연산 처리에 관하여 설명한다.
도 12는, 연산 처리의 플로차트를 나타낸다.
제1의 스텝 S200에 있어서, 감쇠기 유닛(1105)을 투과한 각 X선 빔의 강도 정보를 취득한다.
제2의 스텝 S201에 있어서, X선 빔의 기준 X선 빔으로부터의 위치 시프트(d)를 각 X선 빔의 강도로부터 산출한다.
제3의 스텝 S202에 있어서, 위치 시프트(d)와, 피검지물(1104)과 감쇠기 유닛(1105) 사이의 거리(Z)로부터, 각 X선 빔의 굴절각(△θ)을 얻는다.
제4의 스텝 S203에 있어서, 굴절각(△θ)으로부터 각 X선 빔의 미분 위상(
Figure 112011035785363-pct00014
)을 산출한다.
제5의 스텝 S204에 있어서, 미분위상(
Figure 112011035785363-pct00015
)을 X방향으로 적분함으로써 위상(
Figure 112011035785363-pct00016
)을 산출한다.
이러한 일련의 S201로부터 S204까의 작업을, 전체 투영 데이터에 대해서 반복해 처리한다.
다음에, 제6의 스텝 S205에 있어서, 전체 투영 데이터의 위상 콘트라스트 화상으로부터 CT(computed tomography)에 있어서의 화상복구성법(예를 들면, 필터 역투영법)에 의해, 단층(tomographic) 화상을 얻는다.
스텝 S206에 있어서는, 표시 유닛(1108)에 의해 단층 화상을 표시할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 장치의 소형화가 가능하고, 또 굴절 효과를 이용함으로써 간섭성이 높은 X선을 반드시 사용할 필요는 없다. 이 CT 장치에 의해, 비파괴적으로 피검지물의 3차원 위상을 형성할 수 있다.
[예]
이하에, 본 발명의 예에 관하여 설명한다.
[예 1]
예 1에 있어서는, 본 발명의 X선 촬상장치의 구성에 관하여 설명한다.
도 13은, 본 예의 구성에 관하여 설명하는 도면을 나타낸다.
도 13에 있어서, 참조번호 1301은 X선원, 1302는 모노크로메이터, 1303은 분할 소자, 1304는 피검지물, 1305는 감쇠기 유닛, 1306은 X선 검출기, 1307은 연산기 유닛, 1308은 표시 유닛이다.
본 예에 있어서, X선원(1301)은, Mo 타겟의 회전 안티캐소드(anticathode)형의 X선 발생장치이다.
X선의 단색화를 위해서, HOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite)의 모노크로메이터(1302)를 사용해, Mo의 특성 X선 부분을 추출한다.
모노크로메이터(1302)에 의해 단색화된 X선은 X선원으로부터 100cm 떨어진 위치에 배치한 분할 소자(1303)에 의해 공간적으로 분할된다.
이 분할 소자(1303)로서는, 감쇠기 유닛(1305) 사이에서 150㎛의 슬릿 피치에서 두께 100㎛의 W에 폭 40㎛의 슬릿을 배열한 것을 사용했다.
분할 소자의 재료로서는 W 대신에, Au, Pb, Ta, Pt 등을 사용하는 것도 가능하다.
분할 소자(1303)로부터의 X선 빔을 피검지물(1304)에 조사한다. 피검지물(1304)을 투과한 X선 빔은 피검지물(1304)로부터 50cm 떨어진 위치에 있는 감쇠기 유닛(1305)에 입사한다.
감쇠기 유닛(1305)은 높이 75㎛의 Ni의 삼각 기둥을, 두께 1mm의 카본 기판 위에 150㎛의 피치로 배열한 구조를 갖는다.
분할 소자(1303)에 의해 분할된 X선 빔은 삼각 기둥의 피치 방향의 중심에 각각 입사하도록 배치되어 있다.
감쇠기 유닛(1305)에 근접해 배치된 검출기로서의 X선 검출기(1306)에 의해, 감쇠기 유닛(1305)을 투과한 X선 빔의 강도를 검출한다.
X선 검출기(1306)는 화소 사이즈 50㎛ × 50㎛의 플랫 패널형 검출기이다. 삼각 기둥의 피치 방향의 3화소의 X선 강도값의 합계를, 1개의 감쇠 소자의 X선 강도로서 취한다.
피검지물(1304)이 존재하지 않은 상태에서 같은 촬영을 행한다. 피검지물의 존재에 의한 X선 빔의 강도의 변화로부터, 연산기 유닛(1307)을 사용해서 각 X선 빔의 위치 시프트(d)를, 예비 측정(preliminary measurement)의 감쇠기 유닛의 위치에서의 X선 투과율에 대한 데이터베이스에 근거해서 산출한다. 거기에서부터, 식(4)을 사용해서 슬릿 피치 방향에 수직한 방향의 감쇠 소자의 굴절각(△θ)을 산출한다.
굴절각(△θ)으로부터, 식(5)을 사용해서 미분 위상량을 산출하고, 미분 위상량을 공간적으로 적분해서 위상 분포 화상을 얻는다.
연산기 유닛(1307)에 의해 취득한, X선 미분 위상 콘트라스트 화상 및 X선 위상 콘트라스트 화상은 표시 유닛(1308)으로서의 PC 모니터에 표시된다.
[예 2]
이 예 2는 본 발명의 X선 촬상장치의 또 다른 구성에 관하여 설명한다.
도 14는, 본 예의 구성에 관하여 개략적으로 설명하는 도면을 나타낸다.
도 14에 있어서, 참조번호 1401은 X선원, 1404는 피검지물, 1405는 감쇠기 유닛, 1406은 X선 검출기, 1408은 표시 유닛이다.
이 예에 있어서, X선원(1401)은 Mo 타겟의 회전 안티캐소드형의 X선 발생장치이다.
X선원(1401)으로부터 발생한 X선은 X선원(1401)으로부터 100cm 떨어진 위치에 배치한 피검지물(1404)에 조사된다. 피검지물(1404)을 투과한 X선은 피검지물(1404)로부터 50cm 떨어진 위치에 있는 감쇠기 유닛(1405)에 입사된다.
감쇠기 유닛(1405)은 높이 75㎛의 Ni의 삼각 기둥을, 두께 1mm의 카본 기판 위에 150㎛의 피치로 배열한 구조를 갖는다.
감쇠기 유닛(1405)에 인접해 배치된 검출기 유닛으로서의 X선 검출기(1406)에 의해, 감쇠기 유닛(1405)을 투과한 X선 빔의 강도를 검출한다.
X선 검출기(1406)는 화소 사이즈 50㎛ × 50㎛의 플랫 패널형 검출기이다.
피검지물이 존재하지 않는 상태에서 같은 방식으로 형성된 화상으로부터 수학적인 처리에 의해 피검지물의 화상을 취득하고, 취득한 화상을 표시 유닛(1408)으로서의 PC 모니터에 표시한다.
본 발명은 예시적인 실시 예를 참조하면서 설명되었지만, 본 발명은 이 개시된 예시적인 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 이하의 특허청구범위의 범주는 모든 변형 및 균등구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.
본 출원은 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함되어 있는 2008년 10월 24일에 제출된 일본국 공개특허공보 2008-273859호 및 2009년 6월 1일에 제출된 일본국 공개특허공보 2009-132096으로부터 우선권을 주장한다.

Claims (12)

  1. 피검지물에 의한 X선의 위상 시프트에 관한 정보를 취득하는 X선 촬상장치로서,
    상기 피검지물을 경유한 X선 빔을 수신하여, 상기 X선 빔의 강도를 감쇠하는 감쇠 소자가 복수 배열된 감쇠기 유닛과,
    상기 감쇠기 유닛에 의해 감쇠된 상기 X선 빔의 강도를 검출하기 위한 강도 검출기 유닛을 구비하고,
    상기 강도 검출기 유닛은, 복수의 화소를 가지며,
    상기 감쇠 소자는 상기 감쇠 소자 위의 상기 X선 입사 위치에 따라 X선의 투과량(transmission amount)을 연속적으로 또는 단계적으로 상기 화소내에서 변화시키고,
    X선 발생기 유닛으로부터의 X선을 공간적으로 분할하여 X선 빔을 형성하는 분할 소자를 더 구비하고,
    상기 감쇠 소자는 상기 분할 소자에 의해 분할된 상기 X선이 입사되도록 구성되고,
    상기 분할 소자에 의해 분할된 X선 빔은 상기 피검지물에 입사하고,
    상기 피검지물을 경유한 X선 빔은 상기 감쇠 소자에 입사하는 것을 특징으로 하는, X선 촬상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 X선 촬상장치는 상기 강도 검출기 유닛에 의해 검출된 X선 강도 정보로부터, 상기 피검지물의 미분 위상 콘트라스트 화상 또는 위상 콘트라스트 화상을 연산하는 연산 유닛을 갖는, X선 촬상장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감쇠 소자는 입사한 X선에 수직한 방향으로 두께가 변화하는, X선 촬상장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 감쇠 소자는 삼각 기둥의 형상을 갖는, X선 촬상장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 감쇠 소자는 입사한 X선에 수직한 방향으로 밀도가 연속적으로 변화하는, X선 촬상장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 감쇠 소자는, d2t(x)/dx2이 포지티브(positive)가 되는 형상을 갖고,
    x는 X선 빔 입사 위치를 나타내고, t(x)는 상기 감쇠 소자에 있어서의 광로 길이를 나타내는 것을 특징으로 하는, X선 촬상장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 X선 촬상장치는 상기 X선 발생기 유닛, 상기 분할소자, 상기 감쇠기 유닛, 및 상기 강도 검출기 유닛을 동기시켜 이동시키는 이동 기구를 갖는, X선 촬상장치.
  8. X선 발생기 유닛으로부터의 X선을 공간적으로 분할하여 X선 빔을 형성하는 분할 소자를 구비하는 X선 촬상장치의 X선 촬상방법으로서,
    상기 분할 소자에 의해 분할된 상기 X선 빔을 피검지물에 입사하는 단계와,
    상기 피검지물을 경유한 상기 X선 빔을 감쇠 소자에 입사하는 단계와,
    상기 피검지물을 경유한 X선이 입사하는 상기 감쇠 소자가 복수 배열된 감쇠 수단을 투과한 상기 X선의 강도를, 화소가 복수 배열된 검출 수단에 의해 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 감쇠 소자는 상기 분할 소자에 의해 분할된 상기 X선이 입사되도록 구성되어, X선 입사 위치에 대응하는 X선의 투과량을 연속적으로 또는 단계적으로 상기 화소내에서 변화시키는, X선 촬상방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 감쇠 소자는, 상기 감쇠 소자 위의 상기 X선의 입사 위치에 따라 X선의 투과량을 연속적으로 상기 복수의 화소내에서 변화시키는, X선 촬상장치.
  12. 삭제
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