KR101414707B1 - Ｘ선 촬상장치 및 ｘ선 촬상방법 - Google Patents

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Abstract

X선의 차폐 마스크를 사용하지 않고, 피검지물의 미분위상 콘트라스트상을 취득하는 X선 촬상장치. 이 장치는, X선원과, X선원으로부터 방출된 X선을 공간적으로 분할하는 분할 소자와, 분할 소자에서 분할된 X선빔이 입사될 때 발광하는 신틸레이터를 구비한다. 또한, 상기 장치는, 신틸레이터에서 발광한 광의 투과량을 제한하는 광투과 제한부와, 이 광투과 제한부를 통과한 광량을 검출하는 복수의 광 검출기를 구비한다. 이 광투과 제한부는, X선빔의 입사위치의 변화에 따라 광 검출기의 각각에서 검출된 광 강도가 변화되도록 구성되어 있다.

Description

Ｘ선 촬상장치 및 Ｘ선 촬상방법{X-RAY IMAGING APPARATUS AND X-RAY IMAGING METHOD}
본 발명은, X선을 사용한 촬상장치 및 촬상방법에 관한 것이다.
방사선을 사용한 비파괴 검사법은 공업이용으로부터 의료이용까지 폭넓은 분야에서 이용되고 있다. 예를 들면, X선은 파장이 약 1ｐｍ∼10ｎｍ(10-12∼10-8m)정도의 전자파다. 이러한 X선 중에서, 파장이 짧은 X선을 경(hard) X선, 파장이 긴 X선을 연(soft) X선이라고 한다.
피검지물을 투과한 X선의 투과율의 차이를 사용한 흡수 콘트라스트법은, 이 방법을 사용하여 취득된 흡수 상(image)에 있어서의 고투과능의 X선을 인가함으로써, 강철에 행해진 내부 균열검사와 수화물 검사등의 시큐리티 관련 분야에서 실용화되고 있다.
X선의 흡수에 의한 밀도가 같고 콘트라스트가 보다 작은 물질로 구성되어 있는 피검지물에 대해서는, 피검지물에 의한 X선의 위상변화를 검출하는 X선 위상 콘트라스트 이미징이 효과적이다.
X선 위상 콘트라스트 이미징의 일 형태로서, 특허문헌 1에는, X선빔을 분할하는 분할 소자를 사용함과 아울러, 검출기의 화소의 엣지 부분(화소의 경계)에서 X선빔을 차폐하는 마스크를 구비한, X선 촬상장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는, 피검지물이 없을 때, X선 차폐 마스크의 일부에 X선빔을 조사하도록 유닛을 세팅한다. 그 후에, 피검지물을 배치하면, 피검지물에서 X선빔이 굴절하고, X선 차폐 마스크에 입사되어 있는 X선빔의 위치가 변화된다. 이 X선빔의 변위량에 따라 X선 차폐 마스크가 차폐하는 X선의 양도 변화되므로, 피검지물에서의 굴절은 X선 강도변화로서 검지될 수 있다. 이 결과, 피검지물에 의한 X선의 위상변화를 검출하는 것이 가능해 진다.
국제공개번호 2008-029107
(기술적인 과제)
그렇지만, 상기한 특허문헌 1에 기재된 X선 촬상장치에서는, 검출기의 각 소에 X선을 차폐하는 마스크를 설치한다. 그렇지만, 피검물을 통과한 X선의 투과율을 생각하면, 마스크의 재료로서는 금과 백금등의 중원소를 사용하지 않으면 안되고, 생산 비용이 증가된다.
특허문헌 1에 기재된 X선 촬상장치에 사용된 마스크는, 차폐성을 확보하기 위해서 고 어스펙트비를 가져야 한다. 그렇지만, 이러한 고 어스펙트비 마스크는 제조하기 어렵다. 이 마스크 벽면에서의 X선의 산란이, 화질에 영향을 줄 수도 있다. 이에 따라, 본 발명은, X선의 차폐 마스크를 사용하지 않고, 피검지물에서의 X선빔의 굴절을 X선 강도의 변화로서 검지하는 X선 촬상장치 및 X선 촬상방법을 제공한다.
(과제의 해결)
본 발명에 따른 X선 촬상장치는, X선원으로부터 방출된 X선을 공간적으로 분할하는 분할 소자; 상기 분할 소자에서 분할된 분할 X선빔이 입사될 때 발광하는 신틸레이터(scintillator); 상기 신틸레이터에서 방출된 광의 투과량을 제한하는 광투과 제한부; 및 상기 광투과 제한부를 투과한 광량을 검출하는 복수의 화소를 구비하고, 상기 광투과 제한부는, 복수의 영역을 포함하고, 상기 복수의 영역 각각은 상기 복수의 화소 각각에 대응하며, 상기 광투과 제한부는 상기 광의 투과량이 상기 X선빔의 입사위치의 변화에 따라 상기 복수의 영역 각각에서 변화되도록 구성된다. 본 발명에 따른 X선 촬상방법은, X선원으로부터 방출된 X선을 공간적으로 분할하는 공정; 상기 공간적으로 분할된 X선빔이 신틸레이터에 입사될 때 광을 발생시키는 공정; 및 복수의 영역을 포함하고, 상기 영역은 광투과 제한부를 통과한 후의 광량을 검출하는 복수의 화소에 일대일 대응하고, 상기 광의 투과량이 상기 영역에서 변화되도록 구성된 상기 광투과 제한부를 사용하여, 복수의 상기 화소에서 검출된 광 강도로부터 피검지물에 의한 상기 X선빔의 위상변화에 대한 정보를 취득하는 공정을 포함한다.
(발명의 이로운 효과)
본 발명은, X선의 차폐 마스크를 사용하지 않고, 피검지물에서의 X선빔의 굴절을 X선 강도의 변화로서 검지하는 X선 촬상장치 및 X선 촬상방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1, 2, 3, 4, 5 및 제6의 실시예에 따른 X선 촬상장치의 개략도다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 검출부의 개략도다.
도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 연산부에서 행한 처리를 설명하는 흐름도다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 검출부의 개략도다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차광부의 개략도다.
도 6은 본 발명의 제3, 4, 5 및 제6의 실시예에 따른 연산부에서 행한 처리를 설명하는 흐름도다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 차광부의 개략도다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 검출부의 개략도다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 검출부의 개략도다.
도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 X선 촬상장치의 개략도다.
도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 X선 촬상장치의 개략도다.
도 12는 물체에서 굴절되는 X선빔을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 검출부의 개략도다.
본 발명의 실시예들에 따른 X선 촬상장치는, X선빔을 피검지물에 투과시켰을 때에 일어나는 X선의 변위량 또는 X선의 강도분포의 변화에 의거해 X선의 위상변화 정보를 취득하도록 구성된다.
X선 촬상장치의 구성은, X선빔의 피검지물에 의한 위상변화를 이용하는 경우, X선빔 이동의 검출 범위와 X선 강도 분포 변화가 충분하도록 설정된다.
구체적으로는, X선빔의 피검지물에서의 굴절에 의한 X선의 미량의 변위 혹은 X선의 미량의 강도 분포 변화를 검출하기 위해서, 신틸레이터에서 발광한 광의 투과량을 제한하는 광투과 제한부를 사용한다. 광투과 제한부는, 예를 들면, 신틸레이터에서 발광한 광의 일부를 차광하기 위한 차광 마스크를 갖는 차광부나, 광을 감쇠하기 위한 광학필터를 갖는 감광부이다. 이 차광부와 감광부는, X선의 입사변위나 X선의 강도분포 변화에 의거하여, 단일 화소에 대응하는 영역의 광투과량을 변화시킬 수 있다. 이렇게 하여, 차광부나 감광부를 통과한 후의 광량을 검출함으로써, X선빔 입사 변위와 강도분포 변화에 관한 정보를 취득할 수 있다.
제3 실시예에서 설명한 바와 같이, 피검지물의 X선의 흡수 정보(투과율)를 고려한 미분위상 콘트라스트상 등을 취득하기 위해서, X선의 이동 방향으로 단위길이당의 다른 광강도 변화량을 검출하는 상이한 2종류의 차광 마스크를 갖는 차광부를 사용해도 된다.
예를 들면, X선의 입사위치가 소정의 방향으로 이동했을 경우에 보다 큰 양의 광을 투과하는 제1 차광 마스크와, 보다 작은 양의 광을 투과하는 제2 차광 마스크를 사용해도 된다. 이 경우, 제1 차광 마스크를 갖는 제1영역과, 제2 차광 마스크를 갖는 제2영역은 서로 인접하는 것이 바람직하다.
제4 실시예에서 설명한 바와 같이, 피검지물의 X선의 흡수 정보(투과율)를 고려한 미분위상 콘트라스트상 등을 취득하기 위해서, 차광 마스크를 갖는 제1영역과, 차광 마스크를 갖지 않는 제2영역을 구비한 차광부를 사용해도 된다. 이 경우, 제1영역과 제2영역은 서로 인접하는 것이 바람직하다.
제5 실시예에서 설명한 바와 같이, 피검지물의 X선의 흡수 정보(투과율)를 고려한 미분위상 콘트라스트상 등을 취득하기 위해서, 입사광의 일부가 차폐되어 있는 제1 검출 화소와, 입사광이 차폐되지 않고 있는 제2 검출 화소를 사용해도 된다.
제6 실시예에서 설명한 바와 같이, 피검지물의 X선의 흡수 정보(투과율)를 고려한 미분위상 콘트라스트상 등을 취득하기 위해서, X선빔의 이동 방향의 단위변위당의 검출 광강도 변화가 다른 2종류의 광학필터를 갖는 영역을 구비한 감광부를 사용해도 된다.
예를 들면, X선의 입사위치가 소정의 방향으로 이동했을 경우에 광투과율이 증가하도록 구성된 제1 광학필터와, 그 광투과율이 감소하도록 구성된 제2 광학필터를 사용하여도 된다. 이 경우, 제1 광학필터를 갖는 제1영역과, 제2 광학필터를 갖는 제2영역은 서로 인접하는 것이 바람직하다.
제7 실시예에서 설명한 바와 같이, 피검지물의 X선의 흡수 정보(투과율)를 고려한 미분위상 콘트라스트상 등을 취득하기 위해서, 광학필터를 갖는 제1영역과, 광학필터를 갖지 않는 제2영역을 구비한 감광부를 사용해도 된다. 이 경우, 제1영역과 제2영역은 서로 인접하는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여 실시예들에 관하여 설명한다.
(제1 실시예)
감광부를 사용한 X선 촬상장치 및 촬상방법
도 1을 참조하여, 피검지물의 위상변화에 관한 화상, 예를 들면, 미분위상 콘트라스트상과 위상 콘트라스트상을 취득하는 X선 촬상장치에 관하여 설명한다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 X선 촬상장치는, X선원(101)으로부터 방출된 X선빔의 광로 위에 배치된 분할 소자(103)와, 피검지물(104)과, 검출부(105)를 구비한다. 또한, 분할 소자(103)와, 피검지물(104)과, 검출부(105)를 이동시키는 스텝핑 모터 등의 이동부(108, 109, 110)가 설치되어도 된다. 예를 들면, 이동부(109)를 사용하여 피검지물(104)을 적당하게 이동할 수 있으므로, 피검지물(104)의 특정부에 관한 화상을 취득할 수 있다.
X선원(101)에서 발생된 X선은, 분할 소자(103)에서 공간적으로 분할된다. 구체적으로, 분할 소자(103)는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 복수의 애퍼추어(aperture)를 갖는 샘플 마스크로서 기능하고, 이 분할 소자(103)를 투과한 X선은 X선의 다발(flux)이 된다. 분할 소자(103)는, 예를 들면, 라인 앤드 스페이스를 갖는 슬릿 어레이다. 이 대신에, 분할 소자(103)는 핀홀 어레이이어도 된다. X선빔을 투과하는 영역이 1차원적으로 또는 2차원 적으로 배열되어도 된다.
분할 소자(103)에서의 슬릿들은, X선이 투과하는 한, 분할 소자의 기판을 관통하지 않아도 좋다. 분할 소자(103)의 재료는, X선의 흡수율이 높은 Ｐｔ, Ａｕ, Ｐｂ, Ｔａ 또는 W등의 재료로부터 선택되어도 된다. 그 재료는, 이것들의 재료를 포함하는 화합물이어도 된다.
분할 소자(103)에 의해 분할되어, 검출부(105)의 위치에 입사되는 X선의 라인 앤드 스페이스 패턴의 간격은, 검출부(105)의 화소 사이즈이상이다. 구체적으로, 검출부(105)에 구비된 화소들의 크기는, 분할 소자(103)에 서 분할되어 상기 검출부(105)에 투영된 X선의 공간적인 간격이하다.
분할 소자(103)에서 공간적 분할에 의해 얻어진 X선빔의 위상은, 피검지물(104)에 의해 변화되어, 굴절된다. 그 굴절된 X선빔은 검출부(105)에 의해 검출된다. 검출부(105)에 의해 취득된 X선빔에 관한 정보는 연산부(106)에 의해 신호 처리가 행해진다. 그 후, 모니터 등의 표시부(107)에 출력된다.
피검지물(104)은, 동물, 식물, 인체, 유기재료, 무기재료 또는 유기/무기 복합재료이어도 된다.
단색 X선을 사용하는 경우에는, X선원(101)과 분할 소자(103)의 사이에 슬릿과 조합한 흑백미터나 X선 다층 미러등의 단색화부(102)를 배치해도 좋다.
피검지물(104)로부터 산란된 X선빔에 의해 형성된 화상의 모호성을 경감하기 위해서, 피검지물(104)과 검출부(105)의 사이에 X선 촬영에 사용된 그리드를 배치해도 좋다.
도 2를 참조하여, 본 실시예에 따른 검출부(105)에 관하여 설명한다. 검출부(105)는 신틸레이터(206), 감광부(203) 및 광 검출기(205)를 구비한다. 광 검출기(205)가 2차원적으로 배열되어 있으므로, 각 광 검출기(205)는 검출된 화상의 화소에 해당한다.
신틸레이터(206)는, X선에 대하여 감도를 갖고, X선빔을 광 검출기(205)로 검출할 수 있는 광으로 변환한다. 예를 들면, 요드화 세슘(ＣｓＩ)은 신틸레이터(206)로서 사용된다. 광 검출기(205)는, 신틸레이터의 발광 파장영역에서 감도를 갖고, 예를 들면, 단결정 실리콘이나 비단결정 실리콘 등의 반도체를 사용한 광전변환소자이다. 신틸레이터(206), 감광부(203) 및 광 검출기(205)는 도 2와 같이 일체로 형성되어 있어도 되거나, 서로 이격되게 배치되어도 된다.
도 2에 있어서, 기준 X선빔(201)은 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우의 분할된 X선빔이고, X선빔(202)은 피검지물(104)에 의해 굴절된 X선빔이다. 이 기준 X선빔(201)이 광 검출기(205)의 중앙을 투과하도록 상기 부들을 설정하는 것이 바람직하다.
감광부(203)는 복수의 광학필터(204)를 구비한다. 각 광학필터(204)의 광투과율은, X방향(입사하는 X선빔에 대하여 수직방향)으로 연속적으로 또는 단계적으로 서서히 변화된다. 광학필터(204)는, 광 투과성의 기판 위에 적층된 연속적으로 다른 두께를 갖는 금속판으로 구성된다. 이후, "연속적으로"라는 용어는, "단계형"의 개념을 포함한다.
이러한 구성에 의하면, X선빔(202)이 기준 X선빔(201)에 대하여 X방향으로 변위되면, 광 검출기(205)에서 검출된 신호 강도가 변화된다. 이 때문에, 그 검출된 강도로부터 피검지물(104)에 의한 기준 X선빔(201)으로부터의 변위량을 취득할 수 있다.
예를 들면, I0이 기준 X선빔(201)의 광 검출기(205)에 의한 검출 강도를 나타내고 I가 기준 X선빔(201)으로부터의 변위량Δx에 대응하는 X선빔(202)의 강도를 나타내는 경우와, 이것들의 강도간의 관계가 예를 들면, 선형인 경우에, 광 검출기(205)에 의해 검출된 강도 I는, 식1에 의해 나타낸다.
I=I0+aΔx (1),
여기서, a는 정수다. 이 식을 사용함으로써, 검출 강도I로부터 X선빔의 변위량을 취득할 수 있다. 여기에서는, 피검지물(104)에 의한 X선의 흡수는 고려하지 않고 있다.
연산 처리는 도 3에 나타내어져 있다. 우선, 각 X선빔에 대한 광강도정보를 취득한다(Ｓ100). 다음에, 각 광 검출기(205)에서 검출된 광강도I로부터 기준 X선빔(201)으로부터의 변위량Δx를 산출한다(Ｓ101). 대신에, 상기 변위량Δx은, 상기 측정된 강도에 의거하여, 피검지물(104)이 배치되지 않을 때의 광 검출강도와 X선빔의 위치x와의 대응관계를 포함하고 연산부(106)나 다른 메모리에 기억되는 데이터 테이블을 참조하여서 구해져도 된다.
다음에, 이하의 식 2를 사용해서 각 X선빔의 굴절각Δθ를 산출한다(Ｓ102).
Figure 112012067276870-pct00001
여기에서, Δx는, 기준 X선빔(201)으로부터의 변위량이며, z는, 피검지물(104)로부터 검출부(105)까지의 거리다.
식 3을 사용해서, 광 검출기(화소)(205)에 있어서의 미분위상dφ/ｄｘ를 연산해서 미분위상정보를 취득한다(Ｓ103).
Figure 112012067276870-pct00002
여기에서, λ는 X선빔의 파장이며, 연속X선을 사용하는 경우에는 실효파장을 의미한다.
다음에, 상기 취득된 미분위상dφ/ｄｘ를 X방향으로 적분함으로써 위상φ를 연산해서 위상정보를 취득한다(Ｓ104). 표시부(107)는, 이렇게 산출된 변위량Δx의 화상, 미분위상 콘트라스트상dφ/ｄｘ, 및 X선 위상 콘트라스트상φ등의 화상의 이외, 측정 강도 분포상을 표시할 수 있다(S105).
상기의 구성에 의하면, X선을 차폐하기 위한 중원소를 사용한 X선 차폐 마스크가 필요하지 않기 때문에 생산 비용을 상승시키지 않는다. 또한, 제조하기 어려운 고 어스펙트비의 X선 차폐 마스크가 필요하지 않다. 또한, X선 차폐 마스크에서의 산란의 영향을 저감할 수 있어, 고화질 화상이 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 지면에 나타낸 Ｘ방향으로 투과율 경사를 갖는 광학필터에 관하여 설명했다. 대신에, 지면의 수직방향(Y방향)으로 투과율 경사를 갖는 광학필터를 사용해도 된다.
분할 소자(103)로서 2차원의 핀홀 어레이를 사용하고, X방향과 Y방향으로 투과율 경사를 갖는 광학필터를 사용함으로써, 2차원적으로 위상 경사를 검출하는 것이 가능하다.
X방향으로 투과율 경사를 갖는 광학필터와, Y방향으로 투과율 경사를 갖는 광학필터를 적층하여서 2차원적으로 위상경사를 검출해도 좋다.
(제2 실시예)
차광부를 사용한 X선 촬상장치 및 촬상방법
제2 실시예에서는, 제1 실시예의 감광부(203) 대신에 차광부를 사용한 X선 촬상장치 및 촬상방법을 나타낸다. 구체적으로, 본 실시예에서는, 제1 실시예에서 설명한 검출부(105)와는 다른 검출부(105)를 사용한다. 그 밖의 부들의 구성은 제1 실시예와 같다. 도 4는 검출부(105)의 일부분이며, X선의 입사방향에 대하여 수직방향으로 본 도면이다. 구체적으로, 도 4를 참조하여, X선빔(403)이 위에서 아래로 입사하고, X선빔의 위치가 굴절에 의한 횡단 방향으로 변화된다.
도 4를 참조하여, 광 검출기(401)의 엣지 부분 위(즉 광 검출기의 경계)에는 차광 마스크(402)가 설치되어 있다. 이 차광 마스크(402)는, 신틸레이터(404)로부터 방출된 광의 일부를 차광한다. 차광부(405)는, 차광 마스크(402)의 어레이를 구비한다.
차광 마스크(402)는, 신틸레이터(404)로부터 방출된 광의 파장영역에서 차광하고, 예를 들면, 흑색 차광 패턴을 인쇄하거나, 금속 차광 패턴을 증착한 플라스틱 필름으로 구성된다.
X선빔(403)은, 차광 마스크(402)의 Ｘ방향의 엣지에, X선빔(403)의 Ｘ방향의 중심이 일치하도록 신틸레이터(404)에 입사되도록 상기 부들을 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, w는, X선빔(403)의 폭을 나타낸다.
이러한 배치로 피검지물(104)에 대하여 X선빔을 입사하면, 굴절에 의해 입사 X선빔(403)의 신틸레이터(404) 위에서의 위치가 변화된다. 이 변위에 의해 신틸레이터(404)로부터 방출된 광의 검출 강도가 변화되므로, 상기 변위량은 광강도 변화로서 검출될 수 있다.
X선빔(403)이 피검지물(104)에서 굴절하고, X방향으로 Δx만큼 변위할 때 광 검출기(401)에 의해 검출된 광 강도 I는, 예를 들면, 식 4에 의해 나타낼 수 있다.
Figure 112012067276870-pct00003
I0은 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우에 검출된 광 강도를 나타낸다. 신틸레이터(404)가 충분히 얇으므로, 식 4는 신틸레이터(404)내에서의 광의 확산을 고려하지 않는다.
이에 따라, 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우에 검출된 광 강도I0와 피검지물(104)이 배치된 경우에 검출된 광 강도I로부터 변위량Δx를 구할 수 있다. 신틸레이터(404)내에서 광의 확산을 고려하여, 상기 X선빔의 변위량Δx는, 상기 측정된 강도에 의거하여, 피검지물(104)이 배치되지 않을 때의 광 검출강도와 X선빔의 위치x와의 대응관계를 포함하고 상기 연산부(106)에 기억되는 데이터 테이블을 참조하여서 구해져도 된다.
상기 제1 실시예와 마찬가지로, 연산 처리에 의해, 변위량Δx의 화상, 미분위상 콘트라스트상dφ/ｄｘ, 및 위상 콘트라스트상(φ)등을 취득할 수 있다.
상기에서는, 도 4를 참조하여, X방향의 변위에서만 감도를 갖는 구성을 설명했다. 대신에, 지면에 수직한 방향(Y방향)의 변위에서의 감도를 갖는 차광 마스크를 사용해도 된다.
분할 소자(103)로서 핀홀 어레이를 사용하고, X방향과 Y방향의 변위에 대하여 감도를 갖는 차광 마스크를 사용함으로써, 2차원 방향의 위상경사를 검출하는 것이 가능하다.
X방향의 변위에 대해 감도를 갖는 차광 마스크와, Y방향의 변위에 대해 감도를 갖는 차광 마스크를 적층함으로써 2차원 방향의 위상경사를 검출해도 된다.
(제3 실시예)
투과율을 산출하는 차광부
제3 실시예에서는, 피검지물이 충분한 X선 흡수를 하는 경우에 적절한 X선 촬상장치 및 촬상방법을 나타낸다.
본 실시예에서는, 제2 실시예의 차광부(405) 대신에, 도 5에 나타내는 차광부(503)를 사용한다. 그 밖의 부들의 구성은 제1 실시예와 같다.
도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 차광부(503)에 관하여 설명한다. 차광부(503)를 나타내는 도 5는, 도 1에서 설명한 검출부(105)의 일부분의 개략도다. 즉, 검출부(105)는, X선의 입사방향으로부터 신틸레이터, 차광부(503) 및 광 검출기의 순서로 배치된 층형 구조를 갖는다.
기준 X선빔(501)은 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우에 분할된 X선빔을 나타내고, X선빔(502)은 피검지물(104)에 의해 굴절된 X선빔을 나타낸다. 기준 X선빔(501)이, Ｘ방향으로 화소(506)의 중앙에 입사되도록 상기 부들을 설정하는 것이 바람직하다. 차광부(503)는, X방향의 이동에 대하여, 광 검출기에 의해 검출된 광 강도가 강해지는 구조체인 차광 마스크504(제1 차광 마스크)와, X방향의 이동에 대하여, 광 검출기에 의해 검출된 광 강도가 약해지는 구조체인 차광 마스크505(제2 차광 마스크)가 교대로 배치된 구성으로 되어 있다. 구체적으로, 차광부(503)는, X선빔이 X방향으로 이동할 때 단위길이당의 광 강도 변화의 다른 변화량을 각각 검출하는 상이한 2종류의 차광 마스크(504, 505)를 갖는 구조체다.
피검지물(104)로부터 Δx만큼 이동한 후 검출부(105)에 입사한 X선빔은, 검출부내의 신틸레이터에 입사하고, 그 신틸레이터로부터 방출되어 차광 마스크(504)를 투과한 광의 광 강도I'l은, 예를 들면, 식 5에 의해 나타낸다.
Figure 112012067276870-pct00004
I01은 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우에, 화소(506)에 해당하는 신틸레이터에 입사되는 X선빔에 따라 상기 신틸레이터로부터 방출된 광의 광 강도를 나타내고, P는 화소(506)의 한 변의 길이를 나타낸다. A는 피검지물(104)의 X선 투과율을 나타낸다.
피검지물(104)로부터 Δx만큼 이동한 후 검출부(105)에 입사한 X선빔은 검출부내의 신틸레이터에 입사하고, 이에 대응하여 발광한다. 차광 마스크(505)를 거쳐서 상기 신틸레이터로부터 방출된 광의 광 강도I'2는, 식 6에 의해 나타낸다.
Figure 112012067276870-pct00005
I02는 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우에, 화소(506)에 해당하는 신틸레이터에 입사되는 X선빔에 따라 상기 신틸레이터로부터 방출된 광의 광 강도도를 나타낸다. 차광 마스크504, 505에서 검출된 기준 X선빔(501)의 광 강도를 각각 I1, I2라고 하면, 변위량Δx는 식 5 및 식 6으로 도출되어 식 7로 나타낼 수 있다.
Figure 112012067276870-pct00006
이와 같이 하여, 식 7에 의해 Δx를 구할 수 있으므로, Δx를 사용해서 피검지물(104)의 투과율A도 구할 수 있다.
상이한 2종류의 차광 마스크가 대칭한 구조가 아닌 경우도, 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우의 검출 광강도와 화소(506)내의 위치x와의 대응관계를 포함하고 연산부(106)에 기억된 데이터 테이블을 참조하여, 변위량Δx와 투과율 A를 구해도 된다.
구체적으로, 상이한 2종류의 차광 마스크와 관련된 상기 데이터 테이블에 의거하여, 위치x에서 검출 광강도를 정식화함에 의해, 변위량Δx와 투과율A를 구할 수 있다.
인접하는 차광 마스크(504, 505)에서 검출된 기준 X선빔(501)의 광 강도와 X선빔(502)의 광 강도와의 관계로부터, 피검지물(104)에서의 흡수에 의거한 투과율과 굴절에 의한 변위량을 각각 구할 수 있다. 차광 마스크(504, 505)는 X선에 대하여 비스듬히 가로지르게 배치되어 있다. 그렇지만, 차광 마스크(504, 505)는 X선의 변위량을 취득 가능한 한 어떤 패턴으로 배치되어도 된다.
이 경우, 차광 마스크504와 차광 마스크505의 2개의 영역에서의 X선강도에 대한 정보를 사용하므로, X방향의 공간분해능이 1/2로 감소된다. 이렇게 하여, 상기 측정과 아울러, 분할 소자(103)와 검출부(105) 또는 피검지물(104)을 X방향으로 차광 마스크(504)의 Ｘ방향의 길이 분만큼, 이동시킨 후 마찬가지로 측정하는 것이 가능하다.
이에 따라, 이미 X선 변위량을 측정한 피검지물(104)의 위치에 해당하는 X선 투과율A와 변위량Δx에 대한 정보를 취득할 수 있다.
검출부(105)에 의해 광 강도를 검출함으로써, 연산부(106)를 사용하여, 투과율A, 미분위상dφ/ｄｘ 및 위상φ을 산출할 수 있다. X선 투과율상, 변위량 상Δx, 미분위상 콘트라스트상dφ/ｄｘ 및 위상 콘트라스트상φ을 표시부(107)에 표시할 수 있다.
다음에, 도 6을 참조하여 연산 처리에 관하여 설명한다. 우선, 각 X선빔의 강도정보를 취득한다(Ｓ200). 다음에, 각 X선빔(502)의 검출된 광 강도로부터 기준 X선빔(501)으로부터의 변위량Δx 및 X선 투과율A를 산출한다(Ｓ201).
다음에, 변위량Δx와 피검지물(104)과 검출부(105) 사이의 거리(Z)를 사용해서 제1 실시예와 마찬가지로, 각 X선빔의 굴절각Δθ를 구한다(Ｓ202).
각 X선빔의 굴절각Δθ으로부터 미분위상dφ/ｄｘ을 산출한다(Ｓ203). 다음에, 취득된 미분위상dφ/ｄｘ을 X방향으로 적분함으로써 위상φ를 산출한다(Ｓ204).
이렇게 산출된 X선 투과율상, 변위량 상, 미분위상 콘트라스트상, 및 위상 콘트라스트상등의 화상은 표시부(107)에 의해 표시될 수 있다(S205). 측정 강도 분포 상도 마찬가지로 표시될 수 있다. 이상의 구성에 의하면, 흡수를 고려한 미분위상 콘트라스트상과 위상 콘트라스트상을 취득할 수 있다.
(제4 실시예)
투과율을 산출하는 다른 차광부
제4 실시예에서는, 피검지물이 충분한 X선 흡수를 갖는 경우에 적합한 X선 촬상장치 및 촬상방법에 관하여 설명한다.
본 실시예에서는, 제2 실시예의 차광부 405 대신에, 도 7에 나타내는 차광부 703을 구비하여도 된다. 즉, 본 실시예에서는, 신틸레이터로부터 방출된 광을 차광하는 부분을 갖는 영역과 차광하는 부분을 갖지 않는 영역이 설치된다. 그 밖의 기본적인 장치 구성은 제1 실시예와 같다.
차광부(703)를 나타내는 도 7은, 도 1에서 설명한 검출부(105)의 일부분의 개략도다. 즉, 검출부(105)는, X선의 입사방향으로부터 신틸레이터, 차광부(703) 및 광 검출기의 순서로 층형구조를 갖는다. 분할 소자(103)에 의해 공간적으로 분할된 선상의 X선빔은 피검지물(104)에 입사되고, 투과된 X선빔은 검출부(105)에 입사된다.
기준 X선빔(701)은 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우의 분할된 X선빔을 나타내고, X선빔(702)은 피검지물(104)에 의해 굴절된 X선빔을 나타낸다. 기준 X선빔(701)은 차광 마스크(704)의 Ｘ방향에 있어서의 중심에 입사되도록 상기 부들을 설정하는 것이 바람직하다.
차광부(703)는, 차광 마스크(704)를 갖는 영역과, X방향으로 이동할 때 상기 신틸레이터로부터 방출된 상기 검출된 광 강도가 변화되지 않는 영역 705를 교대로 배치하게 구성된다. 여기에서, X방향으로 이동할 때 상기 신틸레이터로부터 방출된 상기 검출된 광 강도가 변화되지 않는 것은, 실질적으로 상기 검출된 광 강도가 변화되지 않는 것과 동일하다. 즉, 흡수 정보가 취득 가능한 한, X선 방향으로 이동할 때 광 강도가 다소 변화되어도 좋다.
이러한 구성에 의해, 차광 마스크(704)가 없는 영역(705)으로부터 피검지물(104)에 대한 X선 투과율A를 구할 수 있다. 이 결과, 차광 마스크(704)가 없는 영역(705)의 투과율A로부터 차광 마스크(704)가 있는 영역의 투과율을 보완적으로 구할 수 있다.
마찬가지로, 차광 마스크(704)가 있는 영역에 있어서의 X선빔(702)의 굴절각을 구할 수 있으므로, 투과율A와 마찬가지로, 차광 마스크(704)가 없는 영역(705)에서의 굴절각을 보완적으로 구할 수 있다.
차광 마스크(704)는 X선빔에 대하여 비스듬히 가로지르도록 배치되어 있다. 그렇지만, X선빔의 변위량이 취득 가능한 한 어떤 패턴으로 차광 마스크(704)를 배치하여도 된다.
이 경우, 차광 마스크 704와 그 차광 마스크 704가 없는 영역(705)의 다른 2개의 영역에서의 X선 강도에 대한 정보를 사용하므로, X방향의 공간분해능이 1/2로 감소된다.
이렇게 하여, 상기 측정과 아울러, 분할 소자(103)와 검출부(105) 또는 피검지물(104)을 X 및 Y방향으로 이동시키고, 상기 차광부(703)를 화소와 같은 거리만큼 이동시킴으로써, 마찬가지로 측정하는 것이 가능하다. 이에 따라, 이미 X선 변위량을 측정한 피검지물(104)의 위치에 해당하는 X선 투과율A 및 굴절각에 대한 정보를 취득할 수 있다. 연산부(106)의 흐름도는, 제3 실시예와 같다. 이상의 구성에 의하면, 흡수를 고려한 미분위상 콘트라스트상과 위상 콘트라스트상을 취득할 수 있다.
분할 소자(103)로서 핀홀 어레이를 사용하고, 차광 마스크(704)의 형상을 적당하게 설정함으로써, X선의 Ｘ방향의 이동뿐만 아니라, Y방향에 대하여도 감도를 제공하는 것이 가능하다. 이 경우, 기준 X선빔(701)은 차광 마스크(704)의 Ｘ 및 Y방향에 있어서의 중심에 입사되도록 상기 부들을 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 차광 마스크(704)의 영역에서의 X선강도를 투과율A로 나눔으로써, 위상변화에 관련된 화상을 취득할 수 있다. 이상의 구성에 의하면, 흡수를 고려한 X선의 위상변화에 관련된 화상, 예를 들면, 미분위상 콘트라스트상과 위상 콘트라스트상을 취득할 수 있다.
(제5 실시예)
투과율을 산출하는 또 다른 차광부
제5 실시예에서는, 제1 실시예의 검출부 대신에, 도 8에 나타낸 검출부를 사용한 장치에 관하여 설명한다. 그 장치 구성은 제1 실시예와 같다.
도 8을 참조하여, 광 검출기(800)는, 검출 화소 802와 검출 화소 803을 각각 갖는 화소군을 복수 구비하고 있다. 이 검출 화소 802와 그 왼쪽에 인접하는 검출 화소와의 경계부(엣지부)에는, 차광 마스크(801)가 설치된다. 검출 화소 802와 검출 화소 803의 엣지부에는 차광 마스크가 설치되지 않는다.
이 차광 마스크(801)의 배치 간격L은, 검출 화소(802)의 크기를 P라고 했을 경우, L=2P다.
도 8은, 차광 마스크(801)와 광 검출기(800)의 일체부를 나타낸다. 대신에, 차광 마스크(801)와 광 검출기(800)는 따로따로 설치되어도 된다. 차광 마스크(801)의 간격에 대하여 한 개의 입사 X선빔(804)을 신틸레이터(805)에 입사하면, 광은 신틸레이터(805)로부터 발광된다. 이 광의 일부는, X방향으로 차광 마스크(801)에서 차광됨과 동시에, 검출 화소(802, 803)의 양자에 입사한다.
이러한 배치에 의해, 입사 X선빔(804)의 피검지물(104)에 의한 흡수에 의해, 검출 화소(802, 803)에서 검출된 광 강도가 변화된다. 피검지물(104)에서의 굴절에 의해 생긴 입사 X선빔의 변위로 인해, 검출 화소(802, 803)에서 검출된 광 강도가 변화된다.
흡수에 의한 강도변화는, 검출 화소(802, 803)에 있어서 같다. 그렇지만, 변위에 대한 강도변화는, 검출 화소 802와 803간에 다르다. 예를 들면, 변위로 인한 강도변화가 선형으로 발생할 경우, 검출 화소 802, 803의 강도변화에 대한 변위량은 식 8과 9로 나타낼 수 있다.
Figure 112012067276870-pct00007
Figure 112012067276870-pct00008
I802, I803은 각각 검출 화소 802, 803에서의 검출 강도, A는 피검지물(104)의 X선 투과율이다. 구체적으로, 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우에 분할 소자(103)를 이동시키면서 강도I802, I803을 측정함으로써, 그 측정데이터를 그 식들에 넣어서 계수 a, b, c, d를 취득할 수 있다.(이 경우, X선 투과율A는 1이다.) 실제로, 피검지물(104)에 대해서 측정했을 경우, 측정 강도와 식 8과 9의 연립방정식을 푸는 것에 의해 X선 투과율A와 변위량ΔX를 취득할 수 있다. 연산부(106)의 흐름도는, 제3 실시예와 같다. 이상의 구성에 의하면, 흡수를 고려한 변위량 상, 미분위상 콘트라스트상, 및 위상 콘트라스트상등을 취득할 수 있다.
(제6 실시예)
투과율을 산출하는 감광부
제6 실시예에서는, 제1 실시예의 검출부 대신에 도 9에 나타내는 검출부를 구비한 장치에 관하여 설명한다. 그 장치 구성은 제1 실시예와 같다.
도 1에 나타낸 분할 소자(103)에 의해 공간적으로 분할된 X선빔은 피검지물(104)에 입사되어, 투과된 X선빔은 검출부(105)에 입사한다. 검출부(105)의 일부분의 개략도를 도 9에 나타낸다.
검출부(105)는 신틸레이터(906), 감광부(903) 및 광 검출기(905, 910)로 구성되어 있다. 광 검출기(905, 910)가 2차원적으로 배열되어 있기 때문에, 광 검출기(905, 910) 각각이 검출 화상의 화소에 해당한다.
기준 X선빔(901)은, 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우에 분할된 X선빔을 나타내고, 광 검출기(905)의 중앙부를 투과하도록 신틸레이터(906)에 입사된다. X선빔(902)은 피검지물(104)에서 굴절된 X선빔을 나타낸다. 감광부(903)는, 주기적으로 배치된 광학필터 904(제1 광학필터)와 광학필터 909(제2 광학필터)를 구비한다.
광학필터(904)(제1 광학필터)의 투과율은, 신틸레이터(906)의 발광 점이 X방향으로 이동하면 작아진다. 즉, 발광 점의 이동에 의해, 검출된 광 강도가 약해진다. 한편, 광학필터(909)(제2 광학필터)의 투과율은, 신틸레이터(906)의 발광 점이 X방향으로 이동하면, 투과율이 커진다. 즉, 발광 점의 이동에 의해, 검출된 광 강도가 강해진다. X선빔이 X방향으로 이동할 때 단위길이당의 다른 광 강도 변화량을 각각 검출하는 다른 2종류의 광학필터를 구비한다. 도 9에서는, 감광부(903)는, X방향에 대하여 광투과율의 변화가 대칭적인 교대로 배열된 광학필터(904, 909)를 구비한다.
광 검출기(905)가 검출한 입사하는 기준 X선빔(901)에 의해 신틸레이터(906)로부터 방출된 광의 강도는, 예를 들면, 식 10에 의해 나타내지는 광학필터를 이용한다.
Figure 112012067276870-pct00009
I0은 분할 소자(103)에 의해 공간적으로 분할된 X선빔이 신틸레이터에 입사했을 때 방출된 광 강도, α, β는 정수, x0은 기준 X선빔(901)의 Ｘ방향의 위치다. 광 검출기(905)가 검출하고 피검지물(104)에서 굴절된 입사하는 X선빔(902)에 의해 상기 신틸레이터(906)로부터 방출된 광의 강도는, 예를 들면, 식 11로 나타내진다.
Figure 112012067276870-pct00010
A는 피검지물(104)의 X선 투과율을 나타내고, x는 X선빔(902)의 Ｘ방향의 위치를 나타낸다. 식 8, 식 9로부터 신틸레이터(906)위에서의 변위량 Δx는 식 12를 사용하여 결정될 수 있다.
Figure 112012067276870-pct00011
상기와 마찬가지로, 광학필터 909(제2 광학필터)는 X방향으로 광 투과율의 변화가 광학필터 904에 대하여 대칭적이므로, 광 검출기(910)가 검출한 입사하는 기준 X선빔(907)에 의해 신틸레이터(906)로부터 방출된 광의 강도I'1은 식 13에 의해 나타낸다.
Figure 112012067276870-pct00012
P는 광학필터(904, 909)의 Ｘ방향의 길이다. 광 검출기(910)가 검출한 피검지물(104)에서 굴절된 상기 입사하는 X선빔(908)에 의해 신틸레이터(906)로부터 방출된 광의 강도는 식 14에 의해 나타낸다.
Figure 112012067276870-pct00013
식 13, 식 14에 의거하여, 신틸레이터(906)위에서의 변위량 Δx는 식15로 나타낼 수 있다.
Figure 112012067276870-pct00014
따라서, 식 12와 식 15에 의거하여, 피검지물(104)의 X선 투과율A는 식 16을 사용해서 구해질 수 있다.
Figure 112012067276870-pct00015
구체적으로, X선 투과율A는, 입사하는 기준 X선빔(901)과 입사하는 X선빔(902) 각각에 의해 신틸레이터(906)로부터 방출되고, 광학필터를 투과하고 광 검출기(905)에서 검출한 광의 강도I1, I2와, 상기 입사하는 기준 X선빔(907) 및 입사하는 X선빔(908) 각각에 의해 신틸레이터(906)로부터 방출되고 상기 광 검출기(910)에서 검출한 광의 강도I´1과 I´2에 의해 구해진다. 이 X선 투과율A를 식 12 또는 식 15에 대입함으로써, 변위량Δx를 구할 수 있다.
이러한 수법에 의해, 2개의 광학필터로부터 피검지물(104)의 X선 투과율과 변위량을 산출할 수 있으므로, 충분히 X선을 흡수하는 피검지물에 대하여도 고정밀의 미분위상 콘트라스트상 또는 위상 콘트라스트상을 취득할 수 있다.
이러한 경우, 광학필터 904와 광학필터 909의 2개의 영역에 있어서 검출된 강도에 대한 정보를 사용해서 미분위상 콘트라스트상을 형성하므로, 공간분해능은 1/2로 감소된다.
공간분해능의 저감을 방지하기 위해서, 분할 소자(103)와 검출부(105) 또는 피검지물(104)을 X방향으로 광학필터(904)의 Ｘ방향의 길이만큼, 이동시켜서 마찬가지로 측정하는 것도 가능하다. 이에 따라, X선 변위량을 측정한 피검지물(104)의 위치에 해당하는 X선 투과율A에 대한 정보를 취할 수 있다.
피검지물(104)이 배치되지 않은 경우에 검출된 광의 강도와 광 검출기(905)내의 위치(x)와의 대응관계를 포함하고 연산부(106)에 기억된 데이터 테이블을 참조하여서, 변위량 Δx와 X선 투과율A를 구해도 된다. 연산부(106)의 흐름도는, 제3 실시예와 같다. 이상의 구성에 의하면, 흡수를 고려한 미분위상 콘트라스트상과 위상 콘트라스트상을 취득할 수 있다.
(제7 실시예)
투과율을 산출하는 감광부
제7 실시예에서는, 제1 실시예의 검출부(105) 대신에, 도 10에 나타내는 검출부를 구비한 장치에 관하여 설명한다. 그 장치 구성은 제1 실시예와 같다. 분할 소자(103)에 의해 공간적으로 분할된 X선빔은, 피검지물(104)에 입사되고, 투과된 X선빔은 검출부(105)에 입사한다. 검출부(105)의 일부분의 개략도를 도 10에 나타낸다.
검출부(105)는 신틸레이터(1006), 감광부(1003) 및 광 검출기(1005, 1010)로 구성되어 있다. 광 검출기(1005, 1010)가 2차원적으로 배열되어 있으므로, 광 검출기(1005, 1010) 각각은 검출 화상의 화소에 해당한다. 기준 X선빔(1001)은 피검지물(104)이 배치되지 않은 경우의 분할된 X선빔을 나타내고, 그 X선빔이 광 검출기(1005)의 중앙부를 투과하도록 신틸레이터(1006)에 입사된다. X선빔(1002)은 피검지물(104)에서 굴절된 X선빔을 나타낸다. 감광부(1003)는, 주기적으로 배치된 광학필터 1004(제1 광학필터)와 광학필터 1009(제2 광학필터)를 구비한다.
광 검출기(1010)가 검출한 도 10에 나타낸 광학필터(1009)의 광 강도는, X방향의 X선빔의 이동에 대하여 실질적으로 변화되지 않는다.
광 검출기(1005)가 검출하는 입사하는 기준 X선빔(1001)에 의해 신틸레이터(1006)로부터 방출된 광의 강도는 식 10으로 나타낸 광학필터를 이용한다. 광 검출기(1010)가 검출하는 피검지물(104)에서 굴절된 상기 입사하는 X선빔(1002)에 의해 신틸레이터(1006)로부터 방출된 광의 강도는 식 11로 나타내어진다. 식 10, 식 11로부터 신틸레이터(1006)위에서의 변위량Δx는 식 12를 사용하여 구해질 수 있다. 피검지물(104)의 X선 투과율A는, 광학필터(1009)에 있어서의 기준 X선빔(1007)과 굴절된 X선빔(1008)의 강도비로부터 구할 수 있다. X선 투과율A를 구함으로써, 기준 X선빔(1001)과 X선빔(1002)의 검출강도의 관계로부터, 피검지물(104)의 굴절에 의한 미량의 변위량을 구할 수 있다.
이 경우, 광학필터 1004와 광학필터 1009의 2개의 다른 영역에서의 광강도에 대한 정보를 사용하므로, X방향의 공간분해능이 1/2로 감소된다. 공간분해능의 저감을 방지하기 위해서, 분할 소자(103)와 검출부(105) 또는 피검지물(104)을 X방향으로 광학필터(1004)의 Ｘ방향의 길이만큼, 이동시켜서 마찬가지로 측정하는 것도 가능하다.
이렇게 하여, X선 변위량을 측정한 피검지물(104)의 위치에 해당하는 X선 투과율A에 대한 정보를 취득할 수 있다.
피검지물(104)이 배치되지 않은 경우의 검출 광강도와 광 검출기(1005)내의 위치x와의 대응관계를 포함하고 연산부(106)에 기억된 데이터 테이블을 참조하여서, 변위량Δx와 X선 투과율A를 구하여도 된다. 연산부(106)의 흐름도는, 제3 실시예와 같다. 이상의 구성에 의하면, 흡수를 고려한 변위량 상, 미분위상 콘트라스트상 및 위상 콘트라스트상을 취득할 수 있다.
(제8 실시예)
분할 소자가 없는 구성
제8 실시예에서는, X선의 위상변화로부터 화상을 취득하는 X선 촬상장치에 관하여 설명한다. 본 실시예에서는, 상기의 실시예와는 달리, 분할 소자를 구비하지 않는다.
도 11은, 본 실시예에 따른 X선 촬상장치를 나타낸다. 도 11은, X선원(1101), 단색화부(1102), 피검지물(1104), 검출부(1105), 및 표시부(1106)를 나타낸다.
X선원(1101)으로부터 방출된 X선빔의 위상은, 피검지물(1104)에서 변화된다. 그 결과, X선빔은 굴절된다. 그 굴절된 X선빔은 검출부(1105)에 입사된다.
검출부(1105)는 제1 실시예의 감광부, 또는 제2 실시예의 차광부를 구비하여도 된다. 또한, 다른 실시예에 따른 부들을 사용하는 것도 가능하다.
검출부(1105)가 취득한 X선빔에 관한 정보는, 표시부(1006)에 출력된다. 단색 X선을 사용하는 경우에는, X선원(1101)과 피검지물(1104)과의 사이에, 단색화부(1102)를 배치해도 된다.
도 12는 물체를 투과한 X선빔의 굴절에 대한 개략도다. 물체에 대한 X선의 굴절률이 1보다 약간 작으므로, 도 12에 나타낸 방식으로 물체(1202)에 X선빔이 입사되는 경우, 예를 들면, 물체(1202)와 주변 사이의 경계에서의 영역에 입사되는 X선빔(1201)은 외측을 향해서 굴절된다. 이때, 투과 X선 강도 분포(1203)로 나타낸 것처럼, 물체의 경계영역에서 굴절된 투과 X선빔과 물체의 외측을 진행해 온 X선빔의 강도는 서로 강화한다. 상기 굴절된 X선빔의 물체에 대한 입사 점으로부터 연장선상의 부분에서는, X선빔이 약해진다.
이 결과, 취득된 투과 X선 강도분포(1203)는, 물체(1202)의 윤곽이 강조된 분포를 가진다. 그렇지만, X선빔의 굴절각은 매우 작기 때문에, 검출기의 화소 사이즈를 생각하면, 물체와 검출기가 충분한 거리에 설치되지 않으면, 그 강조된 윤곽을 검출할 수 없다.
이 거리를 짧게 한 경우에는, 상술한 것과 같은 X선빔의 강약은 검출기(1204)의 단일 화소(1205)내에서 발생하여서, X선 빔이 상쇄된다. 그래서, 강조된 윤곽을 갖는 화상을 취득할 수 없다.
이에 따라서, 본 실시예에서는, 물체와 검출기 사이의 거리를 짧게 하는 경우에도 이 X선빔의 강약을 검출하는 검출부(1105)를 사용한다. 다음에, 검출부(1105)에 대해서 설명한다.
도 13은, 검출부(1105)의 일부분의 개략도다. 검출부(1105)는 신틸레이터(1306), 감광부(1303) 및 광 검출기(1305)로 구성되어 있다. 감광부(1303)는 2차원적으로 배열된 광학필터(1304)를 구비한다. 광학필터(1304) 각각은, 신틸레이터(1306)로부터 방출된 광의 투과율이 X방향으로 연속적으로 변화되는 투과율 경사를 갖는다. 기준 X선강도분포(1301)는, 1개의 광학필터(1304)의 영역에 있어서의 피검지물(1104)이 배치되지 않은 경우의 신틸레이터(1306)에 입사하는 X선빔의 강도 분포를 나타낸다. 그 분포는 균일하다.
X선강도분포(1302)는, 피검지물(1104)에 의한 굴절로 인해 변화된 신틸레이터(1306)에 입사하는 X선빔의 강도 분포를 나타낸다. 피검지물(1104)이 X선을 거의 흡수하지 않는 경우 이들 분포의 적분강도는 같다. 즉, 광학필터(1304)가 설치되지 않은 경우에는, 같은 강도가 검출된다.
이에 대하여, X방향으로 투과 X선강도가 변화되는 광학필터(1304)를 설치함으로써, 피검지물(1104)에서의 X선 굴절에 의한 강도 분포 변화를 투과 X선 강도 변화로 변환할 수 있다.
피검지물(1104)이 배치되지 않은 경우에 촬상한 상의 나눗셈에 의해 강도분포 변화만을 추출할 수 있으므로, 미소한 굴절을 X선강도분포로서 검출할 수 있다.
X선을 충분히 흡수하는 피검지물(1104)은 강도분포 변화에 영향을 미친다. 그렇지만, 이것은, 피검지물(1104)의 가시화의 관점에서 문제가 안 된다.
또한, X방향과 Y방향의 변위에 대하여 감도를 갖는 광학필터를 사용할 수도 있다. 이에 따라, 2차원 방향의 위상경사를 검출하는 것이 가능하다.
X방향으로 투과율 경사를 갖는 광학필터와, Y방향으로 투과율 경사를 갖는 광학필터를 적층함으로써, 2차원 방향의 위상경사를 검출해도 좋다.
이러한 구성에 의해, 미소한 강도분포 변화도 검출할 수 있으므로, 피검지물(1104)과 검출부(1105)간 거리를 크게 설정할 필요가 없어, 장치를 소형화할 수 있다. 피검지물(1104)과 검출부(1105)간의 거리를 크게 설정하면, 미소한 굴절에 의한 강도분포 변화를 검출할 수도 있다. 위상변화의 검출에 X선의 굴절을 이용하기 위해서 간섭성이 높은 X선빔을 반드시 이용할 필요가 없고, 이 X선 촬상장치를 사용함으로써 X선빔의 피검지물에서의 굴절 결과로서 화상을 취득하는 것이 가능하다.
X선을 차폐하기 위한 중원소를 사용한 X선 차폐 마스크를 사용할 필요가 없다.
상술한 것처럼, 검출부(1105)에서 감광부(1303)를 사용한다. 이 감광부(1303) 대신에, 차광부를 사용하여 동일한 효과를 얻어도 된다.
본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 아주 넓게 해석해야 한다.
본 출원은, 여기서 전체적으로 참고로 포함된, 2010년 1월 29일에 제출된 일본국 특허출원번호 2010-019448과 2010년 7월 14일에 제출된 일본국 특허출원번호 2010-159886의 이점을 청구한다.
101 X선원
102 단색화부
103 분할 소자
104 피검지물
105 검출부
106 연산부
107 표시부
201 기준 X선빔
202 X선빔
203 감광부
204 광학필터
205 광 검출기
206 신틸레이터

Claims (17)

  1. X선원으로부터 방출된 X선을 공간적으로 분할하는 분할 소자;
    상기 분할 소자에서 분할된 분할 X선빔이 입사될 때 발광하는 신틸레이터(scintillator);
    상기 신틸레이터에서 방출된 광의 투과량을 제한하는 광투과 제한부; 및
    상기 광투과 제한부를 투과한 광량을 검출하는 복수의 화소를 구비하고,
    상기 광투과 제한부는, 복수의 영역을 포함하고,
    상기 복수의 영역 각각은 상기 복수의 화소 각각에 대응하며,
    상기 광투과 제한부는 상기 광의 투과량이 상기 X선빔의 입사위치의 변화에 따라 상기 복수의 영역 각각에서 변화되도록 구성된, X선 촬상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광투과 제한부는, 상기 신틸레이터에서 방출된 광을 감쇠시키는 감광부를 구비하고,
    상기 감광부는, 상기 X선빔의 상기 입사위치에 따라, 광 강도의 검출된 양을 연속적으로 변화하도록 각각 구성된 복수의 광학필터를 구비한, X선 촬상장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광학필터 각각은, 상기 입사하는 X선빔에 대하여 수직방향으로 광 강도의 검출된 양이 변화하도록 구성된, X선 촬상장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광투과 제한부는, 상기 신틸레이터에서 방출된 상기 광을 차폐하도록 구성된 차광부를 구비하고,
    상기 차광부는, 상기 신틸레이터에서 방출된 광의 일부를 차폐하도록 각각 구성된 복수의 차광 마스크를 구비하는, X선 촬상장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 차광 마스크는, 상기 복수의 광 검출기의 경계 위에 설치되는, X선 촬상장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 차광부는, 상기 X선빔의 입사위치가 소정의 방향으로 이동했을 경우에, 단위거리당의 광 강도 변화의 검출된 양이 다른 상이한 2종류의 차광 마스크를 구비하고,
    상기 상이한 2종류의 차광 마스크가 서로 인접하고 있는, X선 촬상장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 차광부는, 상기 X선빔의 입사위치가 소정의 방향으로 이동했을 경우에 상기 광 검출기에서 검출된 광 강도가 증가하도록 구성된 제1 차광 마스크를 갖는 제1영역과, 상기 X선빔의 입사위치가 소정의 방향으로 이동했을 경우에 상기 광 검출기에서 검출된 광 강도가 감소하도록 구성된 제2 차광 마스크를 갖는 제2영역을 구비하고,
    상기 제1영역과 상기 제2영역이 서로 인접하고 있는, X선 촬상장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 차광부는, 상기 차광 마스크를 갖는 제1영역과, 상기 차광 마스크를 갖지 않는 제2영역을 구비하고,
    상기 제1영역과 상기 제2영역이 서로 인접하고 있는, X선 촬상장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 광 검출기의 경계 위에, 차광 마스크를 갖는 영역과, 차광 마스크를 갖지 않는 영역이 배치된, X선 촬상장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 감광부는, 상기 X선빔의 입사위치가 소정의 방향으로 이동했을 경우에, 단위거리당의 광 강도 변화의 검출된 양이 다른 상이한 2종류의 광학필터를 구비하고,
    상기 상이한 2종류의 광학필터가 서로 인접하고 있는, X선 촬상장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 감광부는, 상기 X선빔의 입사위치가 소정의 방향으로 이동했을 경우에, 상기 광 검출기에서 검출된 광 강도가 증가하도록 구성된 제1 광학필터를 갖는 제1영역과, 상기 X선빔의 입사위치가 소정의 방향으로 이동했을 경우에, 상기 광 검출기에서 검출된 광 강도가 감소하도록 구성된 제2 광학필터를 갖는 제2영역을 구비하고,
    상기 제1영역과 상기 제2영역이 서로 인접하고 있는, X선 촬상장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 감광부는, 상기 광학필터를 갖는 제1영역과, 상기 광학필터를 갖지 않는 제2영역을 구비하고,
    상기 제1영역과 상기 제2영역이 서로 인접하고 있는, X선 촬상장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 화소에 의해 검출된 광 강도로부터 피검지물의 상기 X선빔의 위상변화에 관련된 화상을 연산하는 연산부를 더 구비한, X선 촬상장치.
  14. X선원으로부터 방출된 X선을 공간적으로 분할하는 공정;
    상기 공간적으로 분할된 X선빔이 신틸레이터에 입사될 때 광을 발생시키는 공정; 및
    복수의 영역을 포함하고, 상기 영역은 광투과 제한부를 통과한 후의 광량을 검출하는 복수의 화소에 일대일 대응하고, 상기 광의 투과량이 상기 영역에서 변화되도록 구성된 상기 광투과 제한부를 사용하여, 복수의 상기 화소에서 검출된 광 강도로부터 피검지물에 의한 상기 X선빔의 위상변화에 대한 정보를 취득하는 공정을 포함한, X선 촬상방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 광투과 제한부는, 복수의 차광 마스크와 복수의 광학 필터 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 복수의 차광 마스크 또는 상기 복수의 광학 필터 중, 상기 복수의 화소 각각에 대응하는 상기 복수의 영역 각각은, 상기 광 투과량이 상기 영역에서 변화하도록 구성된, X선 촬상장치.
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5143147B2 (ja) * 2009-01-15 2013-02-13 キヤノン株式会社 Ｘ線撮像装置およびｘ線撮像方法
GB2479328B (en) * 2009-01-15 2013-08-14 Canon Kk X-ray imaging apparatus and method of X-ray imaging
JP5213923B2 (ja) * 2010-01-29 2013-06-19 キヤノン株式会社 Ｘ線撮像装置およびｘ線撮像方法
JP4795472B2 (ja) * 2010-03-05 2011-10-19 キヤノン株式会社 Ｘ線撮像装置およびｘ線撮像方法
JP5733908B2 (ja) * 2010-04-27 2015-06-10 キヤノン株式会社 Ｘ線撮像装置
JP5610885B2 (ja) * 2010-07-12 2014-10-22 キヤノン株式会社 Ｘ線撮像装置および撮像方法
WO2012052881A1 (en) * 2010-10-19 2012-04-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Differential phase-contrast imaging
GB201112506D0 (en) * 2011-07-21 2011-08-31 Ucl Business Plc Phase imaging
WO2013187012A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 Canon Kabushiki Kaisha X-ray apparatus and x-ray measurement method
JP2014139564A (ja) * 2012-12-20 2014-07-31 Sony Corp 撮像装置および電子機器
KR101690122B1 (ko) * 2013-11-26 2017-01-09 한국전기연구원 Ｘ―ｒａｙ 다중에너지 필터를 이용한 플라즈마 이온 분포 측정 방법 및 그 시스템
JP6475315B2 (ja) * 2014-07-17 2019-02-27 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． Ｘ線イメージング装置
JP6384588B2 (ja) * 2015-03-10 2018-09-05 株式会社島津製作所 Ｘ線検出器
US10393890B2 (en) * 2015-04-09 2019-08-27 Shimadzu Corporation X-ray imaging device
CN105204059B (zh) * 2015-09-11 2017-12-15 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种局部区域软x射线辐射流定量测量装置与测量方法
KR101909822B1 (ko) * 2017-05-30 2018-10-18 한국과학기술원 방사선 이미지 센싱 장치, 이의 동작 방법, 및 이의 제조 방법
CN110308614B (zh) * 2018-03-20 2021-04-27 中国科学院物理研究所 X射线强度关联成像的方法和装置
CN111803109A (zh) * 2020-08-14 2020-10-23 上海联影医疗科技有限公司 一种x射线探测器及x射线成像系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070183580A1 (en) * 2006-02-01 2007-08-09 Stefan Popescu Focus/detector system of an x-ray apparatus for generating phase contrast recordings

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6031892A (en) * 1989-12-05 2000-02-29 University Of Massachusetts Medical Center System for quantitative radiographic imaging
RU2071725C1 (ru) * 1993-06-22 1997-01-20 Научно-производственная коммерческая фирма "Ренси Лтд." Вычислительный томограф (варианты)
US5812629A (en) 1997-04-30 1998-09-22 Clauser; John F. Ultrahigh resolution interferometric x-ray imaging
JP2003046862A (ja) * 2001-08-01 2003-02-14 Hamamatsu Photonics Kk Ｘ線撮像装置
JP4445397B2 (ja) * 2002-12-26 2010-04-07 敦 百生 Ｘ線撮像装置および撮像方法
DE102004017149A1 (de) * 2004-04-02 2005-10-20 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Objektmaterials
DE102006063048B3 (de) 2006-02-01 2018-03-29 Siemens Healthcare Gmbh Fokus/Detektor-System einer Röntgenapparatur zur Erzeugung von Phasenkontrastaufnahmen
GB2441578A (en) 2006-09-08 2008-03-12 Ucl Business Plc Phase Contrast X-Ray Imaging
US8005284B2 (en) * 2006-12-07 2011-08-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Three dimensional image processing apparatus and x-ray diagnosis apparatus
JP4512660B2 (ja) * 2008-03-12 2010-07-28 キヤノン株式会社 Ｘ線撮像装置、ｘ線撮像方法、ｘ線撮像装置の制御方法
EP2257793B1 (en) 2008-03-19 2015-05-13 Koninklijke Philips N.V. Rotational x-ray device for phase contrast imaging comprising a ring-shaped grating
JP2010019448A (ja) 2008-07-08 2010-01-28 Shimizu Corp 空調システム
JP4847568B2 (ja) * 2008-10-24 2011-12-28 キヤノン株式会社 Ｘ線撮像装置およびｘ線撮像方法
JP2010159886A (ja) 2009-01-06 2010-07-22 Hitachi Appliances Inc 貯湯式給湯機
JP5213923B2 (ja) * 2010-01-29 2013-06-19 キヤノン株式会社 Ｘ線撮像装置およびｘ線撮像方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070183580A1 (en) * 2006-02-01 2007-08-09 Stefan Popescu Focus/detector system of an x-ray apparatus for generating phase contrast recordings

Also Published As

Publication number Publication date
BR112012017434A2 (pt) 2016-04-19
EP2529252A2 (en) 2012-12-05
US20120294421A1 (en) 2012-11-22
US9031189B2 (en) 2015-05-12
WO2011093523A2 (en) 2011-08-04
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