X射線成像裝置和x射線成像方法

X射線成像裝置和x射線成像方法
【專利摘要】公開了能夠至少通過單個成像操作獲取被檢體的微分相位圖像或相位圖像的X射線成像裝置和X射線成像方法。X射線成像裝置包括相位光柵（130）、吸收光柵（150）、檢測器（170）和算術單元（180）。算術單元（180）執(zhí)行通過對于由檢測器獲取的波紋圖案的強度分布的傅立葉變換來獲取空間頻率譜的傅立葉變換處理。算術單元還執(zhí)行使與載波頻率對應的譜與由傅立葉變換處理獲取的空間頻率譜分離并然后使用逆傅立葉變換來獲取微分相位圖像的相位恢復處理。
【專利說明】X射線成像裝置和X射線成像方法
[0001]本申請是于2009年10月27日提交的、題為“X射線成像裝置和X射線成像方法”的國際申請?zhí)枮镻CT/JP2009/068434、國家申請?zhí)枮?00980142837.7的專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及X射線成像裝置和X射線成像方法。
【背景技術】
[0003]由于X射線具有高的物質(zhì)透過性并且可以用高的空間分辨率執(zhí)行成像，因此，例如，X射線在工業(yè)用途中被用于物體的非破壞性檢查，以及在醫(yī)療用途中用于放射線照相(radiography)ο在這些情況下，根據(jù)物質(zhì)或活體的構(gòu)成元素或者由于物質(zhì)或活體的密度差，通過利用當X射線透射通過物質(zhì)或活體時物質(zhì)或活體的X射線吸收系數(shù)的差來形成對比度圖像。這種成像方法被稱為X射線吸收對比度方法。但是，輕元素以非常少的量吸收X射線。難以通過X射線吸收對比度方法來對由作為活體的構(gòu)成元素的碳、氫、氧等構(gòu)成的活體軟組織或軟材料進行成像。
[0004]與此相反，作為用于清楚地對甚至由輕元素構(gòu)成的組織進行成像的方法，自20世紀90年代以來研究了使用X射線的相位差的X射線相位對比度方法。
[0005]開發(fā)了大量的X射線相位對比度方法。這些方法中的一個可以是作為能夠使用常規(guī)的X射線管的方法的使用TalbOt干涉的X射線相位對比度方法(專利文獻I)。
[0006]在專利文獻I中描述的使用Talbot干涉的方法包括產(chǎn)生X射線的X射線管、調(diào)制X射線的相位并且產(chǎn)生干涉`強度分布的相位光柵、將干涉強度分布轉(zhuǎn)變成波紋(Moir6)的強度分布的吸收光柵和檢測干涉強度分布的X射線檢測器。
[0007]在專利文獻I中所描述的方法中，通過沿光柵周期的方向掃描吸收光柵來執(zhí)行成像。通過該掃描，被檢測的波紋移動。當掃描長度達到吸收光柵的一個周期時，波紋的圖像恢復到原來的狀態(tài)。通過在掃描期間使用圖像數(shù)據(jù)的至少三個圖像來執(zhí)行算術處理，并由此獲取微分相位圖像。
[0008]引用列表
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:美國專利N0.7180979
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]技術問題
[0012]在專利文獻I中描述的方法通過對于至少三個圖像執(zhí)行成像來獲取微分相位圖像，并且從微分相位圖像計算相位圖像。
[0013]由于專利文獻I中描述的方法必須對于至少三個圖像執(zhí)行成像，因此，如果被檢體在成像期間移動，那么圖像質(zhì)量會劣化。[0014]而且，如果用于成像的時間段增加，那么對于被檢體的X射線劑量增加。這對于醫(yī)療用途來說是不希望的。
[0015]因此，本發(fā)明的一個目的是，提供可至少通過單個成像操作獲取被檢體的微分相位圖像或相位圖像的X射線成像裝置和X射線成像方法。
[0016]問題的解決方案
[0017]根據(jù)本發(fā)明的X射線成像裝置包括:X射線源；相位光柵，用于透射來自X射線源的X射線并通過TalbOt效應形成干涉強度分布；吸收光柵，用于部分遮蔽由相位光柵形成的干涉強度分布并產(chǎn)生波紋；檢測器，用于檢測由吸收光柵產(chǎn)生的波紋的強度分布；和算術單元，用于根據(jù)由檢測器檢測的波紋的強度分布來將被檢體的信息成像并輸出該信息。算術單元執(zhí)行包含以下的步驟的處理:傅立葉變換步驟，用于對于由檢測器獲取的波紋的強度分布執(zhí)行傅立葉變換并獲取空間頻率譜；以及相位恢復步驟，用于使與載波頻率對應的譜與在傅立葉變換步驟中獲取的空間頻率譜分離，對于所分離的譜執(zhí)行逆傅立葉變換以及獲取微分相位圖像。
[0018]本發(fā)明的有益效果
[0019]通過本發(fā)明，可以提供可至少通過單個成像操作獲取被檢體的微分相位圖像或相位圖像的X射線成像裝置和X射線成像方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的X射線成像裝置的說明圖。
[0021]圖2提供根據(jù)本發(fā)明的第二和第三實施例的二維相位光柵的說明圖。
[0022]圖3提供根據(jù)本`發(fā)明的第一和第二實施例的二維相位光柵的說明圖。
[0023]圖4示出干涉強度分布的譜圖案。
[0024]圖5示出使用二維相位光柵時的波紋的強度分布和譜圖案。
[0025]圖6是根據(jù)本發(fā)明的由算術單元執(zhí)行的分析方法的流程圖的說明圖。
[0026]圖7提供根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的波紋的強度分布和空間頻率譜的說明圖。
[0027]圖8提供根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的波紋的強度分布和空間頻率譜的說明圖。
[0028]圖9是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的變焦機構(gòu)的說明圖。
【具體實施方式】
[0029](第一實施例)
[0030]圖1示出使用Talbot干涉的X射線成像裝置的示例性配置。將詳細描述通過使用X射線成像裝置獲取相位圖像的過程。
[0031](X射線源)
[0032]由X射線源110產(chǎn)生的X射線111透射通過被檢體120。當X射線111透射通過被檢體120時，X射線111的相位改變并且X射線111根據(jù)被檢體120的成分、形狀等被吸收。
[0033]X射線可以是連續(xù)X射線或特征X射線。在從約0.1A-5A的范圍中選擇X射
線的波長?？稍赬射線源110的下游設置波長選擇濾波器和/或源用光柵。
[0034](相位光柵)[0035]透射通過被檢體120的X射線111透射通過相位光柵130。然后，X射線111通過Talbot效應形成干涉強度分布140。
[0036]相位光柵130被布置在被檢體120的上游或下游。
[0037]相位光柵130包含通過周期性改變X射線透射部件的厚度形成的相位超前部分131和相位滯后部分132。可以形成相位超前部分131和相位滯后部分132，使得透射通過相位超前部分131的X射線的相位與透射通過相位滯后部分132的X射線的相位不同。例如，透射通過相位超前部分131的X射線的相位相對于透射通過相位滯后部分132的X射線的相位超前η。由要被使用的X射線的波長和部件確定厚度的變化量。
[0038]相位光柵130 —般相對于透射通過相位滯后部分132的X射線的相位將透射通過相位超前部分131的X射線的相位調(diào)制π或Ji/2。前一種光柵可被稱為π相位光柵，后一種光柵可被稱為η/2相位光柵。相位的調(diào)制量只需要是周期性的。例如，調(diào)制可以為Tl /3調(diào)制。
[0039]相位光柵130可具有一維線性形狀。作為替代方案，相位光柵130可具有圖2(A)所示的二維棋盤設計圖案(checker board designed pattern)。作為另一替代方案，相位光柵130可具有圖2 (B)所示的格柵狀圖案。參照圖2，附圖標記d表示周期，201表示二維相位光柵，210表示相位超前部分，220表示相位滯后部分。
[0040]各相位超前部分210或各相位滯后部分220的形狀在圖2 (A)和圖2 (B)中為正方形，但是，其外邊緣可通過制造變形為圓形形狀。即使當形狀變形為圓形形狀時，變形的部分也可被用作相位光柵。
[0041]如果相位光柵130具有一維周期，那么獲取僅沿被檢體120的一維方向的相位梯度信息。相反，如果相位光柵130具有二維周期，那么可以獲取沿二維方向的相位梯度信息，這是有利的。
`[0042]相位光柵130的材料希望為透射X射線的物質(zhì)。例如，材料可以為硅。
[0043]在X射線透射通過相位光柵130之后形成的干涉強度分布最明顯地在當Ztl為從X射線源到相位光柵130的距離并且Z1為從相位光柵130到吸收光柵150的距離時距離Z1滿足下式(I)的位置處。這里，“干涉強度分布”是反映相位光柵130的光柵周期的周期性強度分布。
[0044]在式(I)中，λ是X射線的波長并且d是相位光柵130的光柵周期。
【權利要求】
1.一種用于對被檢體進行成像的X射線成像裝置，包括: 相位光柵，用于透射來自X射線源的X射線以用于通過TalbOt效應形成干涉強度分布； 吸收光柵，用于部分遮蔽由相位光柵形成的干涉強度分布以用于產(chǎn)生波紋； 檢測器，用于檢測由吸收光柵產(chǎn)生的波紋的強度分布的信息；和算術單元，用于通過對由檢測器所檢測的波紋的強度分布的信息執(zhí)行傅立葉變換來計算被檢體的相位信息， 其中，相位光柵包括相位超前部分和相位滯后部分， 其中，相位超前部分和相位滯后部分是二維排列的， 其中，吸收光柵包括透射部分和遮蔽部分， 其中，透射部分和遮蔽部分是二維排列的， 其中，檢測器檢測在兩個方向上具有周期的波紋，以及 其中，算術單元通過對由檢測器的單個檢測結(jié)果獲取的波紋的強度分布的信息執(zhí)行傅立葉變換從波紋的強度分布計算在所述兩個方向上的相位信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的X射線成像裝置，其中 所述相位信息是微 分相位信息。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的X射線成像裝置，其中，算術單元對相位信息進行積分并獲取相位圖像的信息。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的X射線成像裝置，其中，算術單元展開相位信息。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的X射線成像裝置，其中，以棋盤設計圖案布置相位超前部分和相位滯后部分。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的X射線成像裝置，其中，相位光柵被配置為使得透射通過相位超前部分的X射線的相位和透射通過相位滯后部分的X射線的相位之間的差值為H /2或π。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的X射線成像裝置， 其中，相位光柵、吸收光柵和檢測器被調(diào)整，使得在通過對波紋的強度分布執(zhí)行傅立葉變換所獲取的波紋的頻率空間中，峰值在如下表示的位置處產(chǎn)生，
8.根據(jù)權利要求7所述的X射線成像裝置， 其中，吸收光柵提供如下表示的波紋的周期，
9.根據(jù)權利要求1或2所述的X射線成像裝置， 其中，相位光柵、吸收光柵和檢測器被調(diào)整，使得在通過對波紋的強度分布執(zhí)行傅立葉變換所獲取的波紋的頻率空間中，峰值在如下表示的位置處產(chǎn)生， 頻率坐標(f X、 f y ) = (土 —, O)或(O , 土—)
10.根據(jù)權利要求9所述的X射線成像裝置， 其中，吸收光柵被布置，使得波紋的周期為3P，并且波紋的周期的方向與檢測器的像素陣列對準，并且， 其中，算術單元執(zhí)行對于檢測結(jié)果執(zhí)行傅立葉變換、從所獲取的波紋的頻率空間提取兩個正方形區(qū)域以用于將峰值與波紋的強度分布的空間頻率譜分離并使用所述兩個正方形區(qū)域從而獲取被檢體的相位信息的步驟，所述正方形區(qū)域中的每一個關于檢測器的像素陣列方向正立并且具有1/(3P)的邊。
11.根據(jù)權利要求1或2所述的X射線成像裝置，還包括能夠沿X射線的光軸方向移動被檢體的被檢體移動裝置。
【文檔編號】G01N23/04GK103876761SQ201410089754
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2009年10月27日 優(yōu)先權日:2008年10月29日
【發(fā)明者】長井健太郎, 田透, 大內(nèi)千種, 伊藤英之助 申請人:佳能株式會社