專利名稱：X射線成像裝置和x射線成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及χ射線成像裝置和χ射線成像方法。
背景技術(shù)：
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)。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(dāng)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(jìn)行成像。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(jìn)行成像的方法，自19世紀(jì)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。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(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)1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(qiáng)度分布的相位光柵、將干涉強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)變成波紋(Moir6)的強(qiáng)度分布的吸收光柵和檢測干涉強(qiáng)度分布的X射線檢測器。在專利文獻(xiàn)1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(dāng)掃描長度達(dá)到吸收光柵的一個周期時，波紋的圖像恢復(fù)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(shù)處理，并由此獲取微分相位圖像。引用列表專利文獻(xiàn)PTL 1 美國專利 No. 7180979

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題在專利文獻(xiàn)1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。由于專利文獻(xiàn)1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。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。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。
問題的解決方案根據(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(yīng)形成干涉強(qiáng)度分布；吸收光柵，用于部分遮蔽由相位光柵形成的干涉強(qiáng)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(qiáng)度分布；和算術(shù)單元，用于根據(jù)由檢測器檢測的波紋的強(qiáng)度分布來將被檢體的信息成像并輸出該信息。算術(shù)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(qiáng)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(fù)步驟，用于使與載波頻率對應(yīng)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。本發(fā)明的有益效果通過本發(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。


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。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。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。圖4示出干涉強(qiáng)度分布的譜圖案。圖5示出使用二維相位光柵時的波紋的強(qiáng)度分布和譜圖案。圖6是根據(jù)本發(fā)明的由算術(shù)單元執(zhí)行的分析方法的流程圖的說明圖。圖7提供根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的波紋的強(qiáng)度分布和空間頻率譜的說明圖。圖8提供根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的波紋的強(qiáng)度分布和空間頻率譜的說明圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的變焦機(jī)構(gòu)的說明圖。
具體實施例方式(第一實施例)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(xì)描述通過使用X射線成像裝置獲取相位圖像的過程。(X射線源)由X射線源110產(chǎn)生的X射線111透射通過被檢體120。當(dāng)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。X射線可以是連續(xù)X射線或特性X射線。在從約0.1人~ 5人的范圍中選擇X射線的波長?？稍赬射線源110的下游設(shè)置波長選擇過濾器和/或源用光柵。(相位光柵)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(yīng)形成干涉強(qiáng)度分布140。相位光柵130被布置在被檢體120的上游或下游。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?？梢孕纬上辔怀安糠?31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。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π/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 π/3調(diào)制。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(shè)計圖案(checker board designed pattern) 0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(biāo)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。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(dāng)形狀變形為圓形形狀時，變形的部分也可被用作相位光柵。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。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。在X射線透射通過相位光柵130之后形成的干涉強(qiáng)度分布最明顯地在當(dāng)&為從X 射線源到相位光柵130的距離并且&為從相位光柵130到吸收光柵150的距離時距離Z1 滿足下式(1)的位置上。這里，“干涉強(qiáng)度分布”是反映相位光柵130的光柵周期的周期性強(qiáng)度分布。在式(1)中，λ是X射線的波長并且d是相位光柵130的光柵周期。值N根據(jù)相位光柵的形式改變，并且為可如下表示的實數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意，值η是自然數(shù)。一維陣列中的π相位光柵Ν = η/4-1/8一維陣列中的π /2相位光柵N = η-1/2二維陣列中的具有棋盤設(shè)計圖案的π相位光柵Ν = η/4-1/8二維的具有棋盤設(shè)計圖案的π /2相位光柵Ν = η/2-1/4(吸收光柵)干涉強(qiáng)度分布的周期一般比X射線檢測器170的像素尺寸小。由此，不能在該狀態(tài)中檢測干涉強(qiáng)度分布。因此，使用吸收光柵150以產(chǎn)生具有比X射線檢測器170的像素尺寸大的周期的波紋，使得X射線檢測器170檢測波紋的強(qiáng)度分布。希望吸收光柵150被設(shè)置在與相位光柵130分開距離\的位置處。吸收光柵150包含被周期性地排列和布置的透射部分151和遮光部分152以部分遮蔽由相位光柵130形成的干涉強(qiáng)度分布140的明部。各透射部分151不必具有貫穿吸收光柵150的開口，只要透射部分151可部分透射X射線就行。吸收光柵150的材料不被特別限制，只要材料對于X射線具有高的吸收性就行。材料例如可以為金。吸收光柵150的周期與干涉強(qiáng)度分布的周期相等或者稍有不同。如果使用具有等于干涉強(qiáng)度分布的周期的周期的吸收光柵，那么由吸收光柵的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生波紋。當(dāng)干涉強(qiáng)度分布的周期由D表示并且在干涉強(qiáng)度分布中的明部和暗部的取向和吸收光柵的取向之間限定的角度由θ表示(這里，θ << 1)時，波紋的周期Dm為 D/ θ。相反，如果使用具有與干涉強(qiáng)度分布的周期稍有不同的周期的吸收光柵，那么在沒有吸收光柵的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的情況下產(chǎn)生波紋。當(dāng)吸收光柵的周期由Da = D+δ表示(這里， δ <<D)時，波紋的周期Dm為D2/δ。在吸收光柵150中，透射部分151可以被一維或二維排列。例如，如果使用具有如圖2(A)所示的具有棋盤設(shè)計圖案的π相位光柵，那么使用具有如圖3(A)所示的那樣二維排列透射部分351和遮光部分352的格柵狀圖案的吸收光柵300。如果使用具有圖2(A)所示的棋盤設(shè)計圖案的π/2相位光柵，那么使用具有如圖 3(B)所示的那樣二維排列透射部分351和遮光部分352的棋盤設(shè)計圖案的吸收光柵300。相位光柵和吸收光柵的上述組合僅是例子，并且，可以進(jìn)行各種組合。(檢測器)通過X射線檢測器170，透射通過吸收光柵140的X射線的干涉強(qiáng)度分布的信息被檢測為波紋的強(qiáng)度分布。X射線檢測器170是可檢測X射線的干涉強(qiáng)度分布的信息的元件。例如，可以使用能夠轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號的平板檢測器(FPD)。(算術(shù)單元)由X射線檢測器170檢測的波紋的強(qiáng)度分布的信息通過將在后面描述的分析方法通過算術(shù)單元180而被分析，以將微分相位圖像或相位圖像成像。獲取的微分相位圖像或相位圖像是將在顯示單元190上顯示的輸出圖像。算術(shù)單元180例如包含中央處理單元 (CPU)。以下描述用于從由檢測器獲取的波紋的強(qiáng)度分布的信息獲取相位圖像的分析方法。然后，描述由算術(shù)單元執(zhí)行的處理步驟。(分析方法)當(dāng)形成干涉強(qiáng)度分布時，衍射光的許多光線疊加并相互干涉。由此，干涉強(qiáng)度分布包含基頻(以下，稱為載波頻率)和載波頻率的大量的諧波分量。波紋具有干涉強(qiáng)度分布中的載波頻率分量在空間上擴(kuò)展的形狀。當(dāng)使用刻線與X軸正交的一維相位光柵時，波紋可由式⑵表示g (X，y) = a (χ, y) +b (χ, y) cos (2 π f0x+ Φ (χ, y))…O)相反，當(dāng)使用二維相位光柵時，在式(2)的結(jié)果上疊加y方向的載波頻率分量。在式O)中，波紋由背景第一項和周期性第二項的和表示。這里，a(x, y)表示背景，并且，b(x, y)表示載波頻率分量的振幅。并且，值&表示干涉條紋的載波頻率，并且， Φ (χ，y)表示載波頻率分量的相位。當(dāng)使用具有棋盤設(shè)計圖案的π /2相位光柵作為相位光柵130時，由于0次衍射光和+1次衍射光之間的干涉以及0次衍射光和-1次衍射光之間的干涉，產(chǎn)生載波頻率分量。當(dāng)使用具有棋盤設(shè)計圖案的η相位光柵作為相位光柵130時，由于+1次衍射光和-1次衍射光之間的干涉，產(chǎn)生載波頻率分量。對于0次衍射光和1次衍射光，在相位光柵130上相互疊加彼此分開距離Nd的光線。對于+1次衍射光和-1次衍射光，在相位光柵130上相互疊加彼此分開距離2Nd的光線。即，這種干涉是在η/2相位光柵的情況下具有與Nd對應(yīng)的剪切量s的剪切干涉或者是具有與2Nd對應(yīng)的剪切量s的剪切干涉。當(dāng)相位光柵130的位置處的被檢體120的相位圖像是W(x，y)時，相位Φ (x,y)和相位圖像W(x，y)具有以下的關(guān)系。Φ (χ, y) = ff(x+s, y)-ff(x, y)值S —般非常小。因此，獲得以下的關(guān)系
關(guān)于式(3)，發(fā)現(xiàn)相位Φ (x,y)是通過對被檢體120的相位圖像W(x，y)進(jìn)行微分而獲取的信息。因此，可通過對Φ (x, y)進(jìn)行積分來獲取被檢體120的相位圖像W(x，y)。同時，可通過傅立葉變換從式(2)獲取相位Φ (x, y)。即，式(2)可被如下表示。g(x, y) = a (χ, y)+c(x, y) exp (2 π if0x) +c* (χ, y) exp (-2 π if0x) ·.. (4)這里，獲得以下的關(guān)系。γ ι； .τ. ι "ι = ; b ( λ—. 1 ·) exp [ </Η τ. r)] ·** ( 5 )因此，可通過從干涉條紋提取C (X，y)的分量或C * (x, y)的分量獲取相位Φ (χ, y)的信息。這里，通過傅立葉變換，式(4)如下。G (fx, fy) = A(fx, fy) +C (fx-f0, fy) +C*(fx+f0, fy)... (6)這里，6仗，仁)、八仗，4)禾PC(fx，fy)是對于g(x，y)、a(x，y)和 c(x，y)的二維傅立葉變換。圖4是使用一維光柵時的干涉強(qiáng)度分布的譜圖案。一般地，如圖4所示，產(chǎn)生三個峰值。中心峰值是主要從A(fx，fy)得到的峰值。與之對照的是，兩邊的峰值是從C(fx，fy) 和C* (fx，fy)得到的載波頻率峰值。在士&的位置上產(chǎn)生這些峰值。然后，提取包含從C(fx，f￥)或C* (fx，f￥)得到的峰值的區(qū)域。例如，通過提取從
.女
lX7 lyz -rysi ^iy/
A(fx,fy)得到的峰值的周邊和從C(fx，fy)或C* (fx，fy)得到的峰值的周邊，從C(fx，fy)或 C* (fx，fy)得到的峰值被分離。然后，從C(fx，fy)或C* (fx，fy)得到的分離的峰值移動到頻率空間中的原點，并且，執(zhí)行逆傅立葉變換。通過逆傅立葉變換，獲取復(fù)數(shù)信息。通過該復(fù)數(shù)信息，獲取相位 Φ (x，y)，即微分相位信息。圖5 (A)是使用具有棋盤設(shè)計圖案(圖2(A))的π/2相位光柵和具有格柵狀圖案 (圖3(A))的吸收光柵或具有棋盤設(shè)計圖案(圖3(B))的吸收光柵時的波紋的強(qiáng)度分布的例子。附圖標(biāo)記510表示波紋的明部，520表示波紋的暗部。應(yīng)當(dāng)注意，即使當(dāng)使用具有棋盤設(shè)計圖案(圖2(A))的π相位光柵和具有棋盤設(shè)計圖案(圖3(B))的吸收光柵時，在斜的方向上也產(chǎn)生波紋的強(qiáng)度分布。
圖5(B)是使用具有棋盤設(shè)計圖案(圖2(A))的π相位光柵和具有格柵狀圖案 (圖3(A))的吸收光柵時的波紋的強(qiáng)度分布的例子。附圖標(biāo)記530表示波紋的明部，540表示波紋的暗部。在這種情況下，沿垂直方向和水平方向產(chǎn)生波紋的強(qiáng)度分布。應(yīng)當(dāng)注意，即使當(dāng)使用具有格柵狀圖案(圖2(B))的相位光柵時，也產(chǎn)生波紋的強(qiáng)度分布。圖5(C)和圖5⑶示出通過由作為一種類型的傅立葉變換的快速傅立葉變換 (FFT)對于圖5(A)和圖5(B)所示的波紋的強(qiáng)度分布執(zhí)行處理而獲取的空間頻率譜。當(dāng)P 是X射線檢測器170的像素周期時，可由FFT計算的最大空間頻率是1Λ2Ρ)。分別處于相互正交的位置處的兩個峰值570和571以及峰值580和581的周邊以與一維配置類似的方式被提取，并且被移動到原點以執(zhí)行逆傅立葉變換。提取的區(qū)域由虛線表示。通過逆傅立葉變換，獲取復(fù)數(shù)信息。通過該復(fù)數(shù)信息，獲取相互正交的兩個方向的微分相位信息。這里，在圖5(C)中，獲取士45度的方向的微分相位信息。在圖5(D)中，獲取X方向和Y方向的微分相位信息。在許多情況下，由此獲取的微分相位信息被折疊成(被卷繞成)2 π的區(qū)域。特別地，當(dāng)屏幕上的任意點的真實相位為Φ (χ, y)并且卷繞相位為Φ Ρ(χ，y)時，建立以下的關(guān)系。Φ 3ρ(χ, y) = Φ (χ, y)+2 π η (χ, y) ··· (7)這里，η是整數(shù)，它被確定以使得Φψμρ(χ，Υ)被布置在具有的寬度的區(qū)域(例如從0到的區(qū)域或從-π到+ π的區(qū)域)中。通過這種信息，對于Φ (x, y)wrap執(zhí)行相位展開以將該值恢復(fù)到原Φ (x, y)。可通過對由式(8)恢復(fù)的Φ (χ, y)進(jìn)行積分來獲取被檢體的相位圖像W(x，y)。當(dāng)使用一維光柵時，積分方向可僅是與光柵刻線方向正交的方向。由此，為了正確地測量相位圖像W(x，y)，用不透射通過被檢體120的X射線照射X射線檢測器170的與刻線方向平行的邊，使得事先獲取相位圖像W(x，y)中的識別部分。當(dāng)使用二維光柵時，可以沿兩個方向執(zhí)行積分。即使以透射通過被檢體120的X 射線完全照射X射線檢測器170，也可正確地測量相位圖像W(x，y)。(算術(shù)單元的處理步驟)關(guān)于上述的描述，將在圖6中示出由算術(shù)單元180執(zhí)行的處理流程的例子。首先，從X射線檢測器170獲取波紋的強(qiáng)度分布的信息(S610)。然后，執(zhí)行傅立葉變換步驟(S620)，使得對于在S610中獲取的波紋的強(qiáng)度分布的信息執(zhí)行傅立葉變換，并且獲取空間頻率譜。然后，執(zhí)行峰值分離步驟(S631)，使得從在S620中獲取的頻率空間提取與載波頻率對應(yīng)的譜(具有相位信息的譜)。如果難以提取與載波頻率對應(yīng)的譜，那么提取譜的周邊區(qū)域的信息。然后，在S631中提取的譜移動到頻率空間中的原點，并且，執(zhí)行逆傅立葉變換 (S632)。因此，可以獲取具有相位信息的復(fù)數(shù)信息。
然后，從在S632中獲取的復(fù)數(shù)信息獲取作為微分相位信息的相位Φ(χ，y) (S633)。應(yīng)當(dāng)注意，步驟S631、S632和S633可被統(tǒng)稱為相位恢復(fù)步驟(S630)。然后，當(dāng)Φ (χ, y)被卷繞時，執(zhí)行展開，并且獲取真實Φ (x, y) (S640)。該步驟可被稱為相位展開步驟。如果Φ (x, y)未被卷繞，那么步驟S640可被省略。這里，Φ (χ, y) 是微分相位信息(微分相位圖像)。然后，通過對Φ (x, y)進(jìn)行積分，獲取相位圖像W(x，y) (S650)。通過以上的配置，可以提供可至少通過單個成像操作獲取被檢體的相位圖像的X 射線成像裝置和X射線成像方法。另外，可以提供使計算機(jī)執(zhí)行以上步驟的程序。(第二實施例)將參照圖7描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的X射線成像裝置。在本實施例中，增加空間分辨率，而不是在第一實施例中描述如圖5(C)所示的空間頻率譜。圖7(B)示出在本實施例中描述的空間頻率譜。為了獲取這種頻率譜，關(guān)于X射線檢測器的像素周期確定從干涉強(qiáng)度分布和吸收光柵得到的二維波紋的基本周期以實現(xiàn)以下的比。
2λ/ 倍并且，波紋的取向被調(diào)整為關(guān)于像素陣列以45度傾斜。圖7(A)示出這種狀態(tài)下的X射線檢測器上的波紋的強(qiáng)度分布。附圖標(biāo)記710表示X射線檢測器的光接收面，720表示波紋的明部，d表示波紋的周期，P表示X射線檢測器的像素周期。在本實施例中，使用具有棋盤設(shè)計圖案(圖2(A))的π/2相位光柵和具有棋盤設(shè)計圖案(圖3(B))的吸收光柵。但是，可以使用其它的相位光柵和其它的吸收光柵，只要產(chǎn)生的波紋的強(qiáng)度分布等同就行。圖7(B)是通過對于圖7(A)所示的波紋的強(qiáng)度分布執(zhí)行FFT獲取的空間頻率譜。 當(dāng)陣列中的像素的數(shù)量對于垂直的邊和水平的邊中的每一個為η時，由FFT獲取的譜空間為η X η的離散數(shù)據(jù)。當(dāng)P是X射線檢測器170的像素周期時，可表示的最大頻率為1/ (2Ρ)。在本實施例中，波紋的基本周期如下。2λ/2Ρ因此，具有該頻率的載波頻率的絕對值如下。1/(2·ν/2Ρ)并且，由于波紋的取向以45度傾斜，因此，在以下的位置上產(chǎn)生載波峰值711。頻率坐標(biāo)(1 I、 y》=(±——》 ±——)
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HJ 載波峰值711是與波紋的強(qiáng)度分布的載波頻率對應(yīng)的峰值。在四個載波峰值711中包含的兩個相鄰的峰值用以45度傾斜的正方形區(qū)域的形式被提取，該正方形區(qū)域各自具有如下表示的邊。1/(2·ν/2Ρ)在提取正方形區(qū)域之后，執(zhí)行在第一實施例中描述的處理。因此，可以恢復(fù)被檢體的相位圖像。
如果盡可能地以大的區(qū)域提取譜區(qū)域，那么可以增加空間分辨率。但是，除了載波頻率的峰值以外，在譜空間中存在不必要的峰值721。不必要的峰值721是高頻分量和DC 分量的峰值，并且位于與載波頻率分量的峰值坐標(biāo)的和值或差值對應(yīng)的位置。如果提取區(qū)域太大，那么可能包含不必要的峰值721周圍的區(qū)域。由于不必要的峰值721的影響，因此不再提供正確的相位圖像。因此，要提取的譜區(qū)域是關(guān)于載波頻率的峰值和不必要的峰值721之間的中間線位于內(nèi)側(cè)的提取區(qū)域731。要在本實施例中恢復(fù)的相位圖像的空間頻率是提取區(qū)域731的尺寸的1/2。因此， 從圖7(B)可以看出，像素陣列方向的最大頻率為1/(4P)，并且，45度方向的最大頻率被如下確定。1/(4·ν/2Ρ)為了表示可用作為分辨率的值恢復(fù)的基于像素的最小周期，最小周期是最大頻率的倒數(shù)。因此，像素陣列方向的最小周期是4個像素，并且，45度的方向的最小周期如下。
4λ/ 個像素《5.7個像素與圖5(C)中的提取區(qū)域相比，圖7(B)中的提取區(qū)域比圖5(C)中的提取區(qū)域大， 由此，可恢復(fù)的空間頻率更大。因此，通過本實施例，與上述的實施例相比，可以增加空間頻率。(第三實施例)參照圖8描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的X射線成像裝置。在本實施例中，增加空間頻率，而不是在第一實施例中描述的圖5(D)所示的空間頻率譜。圖8(B)示出在本實施例中描述的空間頻率譜。為了獲取這種頻率譜，從干涉強(qiáng)度分布和吸收光柵得到的二維波紋的基本周期被確定為X射線檢測器的像素周期的三倍，并且，波紋的取向與像素陣列對準(zhǔn)。圖8 (A)示出這種狀態(tài)下的X射線檢測器上的波紋的強(qiáng)度分布。附圖標(biāo)記810表示X射線檢測器的光接收面，820表示波紋的明部，d表示波紋的周期，P表示X射線檢測器的像素周期。在本實施例中，使用具有棋盤設(shè)計圖案(圖2(A))的π相位光柵和具有格柵狀圖案(圖3(A))的吸收光柵。但是，可以使用其它的相位光柵和其它的吸收光柵，只要產(chǎn)生的波紋的強(qiáng)度分布等同就行。圖8 (A)是通過對于圖8(B)所示的波紋的強(qiáng)度分布執(zhí)行FFT獲取的空間頻率譜。 由于波紋的基本周期在本實施例中為3Ρ，因此，載波頻率的絕對值為1/(3Ρ)。因此，載波峰值811在以下的位置產(chǎn)生。
_0]頻率坐標(biāo)(h、iy):::丨^ 0)^(0, ±丄)
3P 或 3P載波峰值811是與波紋的強(qiáng)度分布的載波頻率對應(yīng)的峰值。與第二實施例類似，對于包含于四個載波峰值811中的兩個相鄰的峰值提取各自具有1/(3P)的邊的正立 (erecting)正方形區(qū)域。在提取正方形區(qū)域之后，執(zhí)行在第一實施例中描述的處理。因此， 可以恢復(fù)被檢體的相位圖像。但是，在本實施例中，除了載波頻率的峰值以外，在譜空間中存在不必要的峰值 821。不必要的峰值821是高頻分量和DC分量的峰值，并且位于與載波頻率分量的峰值坐標(biāo)的和值或差值對應(yīng)的位置上。因此，提取的譜區(qū)域是關(guān)于載波頻率的峰值和不必要的峰值821之間的中間線位于內(nèi)側(cè)的提取區(qū)域831。在本實施例中恢復(fù)的相位圖像的空間頻率是提取區(qū)域831的尺寸的1/2。因此，參照圖8 (B)，像素陣列方向的最大頻率是1/ (6P)，并且，45度的方向的最大頻率被確定如下。1/(3V2P)為了表示通過作為分辨率的上述值所恢復(fù)的基于像素的最小周期，最小周期為最大頻率的倒數(shù)。因此，像素陣列方向的最小周期為6個像素，并且，45度的方向的最小周期如下。
3λ/ 個像素《4.2個像素因此，本實施例中的關(guān)于像素陣列的45度方向的空間分辨率比第二實施例好。(第四實施例)參照圖9描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的X射線成像裝置。本實施例的X射線成像裝置是根據(jù)第一到第三實施例中的任一個的X射線成像裝置，其包含被檢體移動裝置 900。被檢體移動裝置900可沿X射線的光軸移動被檢體920。X射線檢測器具有L1/L2的對于被檢體920的成像倍率，這里，Ll是從X射線源 910到吸收光柵940的距離，L2是從X射線源910到吸收光柵940的距離。 因此，隨著被檢體920移動為更接近相位光柵930，L2變大，并且，可以用低倍率執(zhí)行成像。相反，隨著被檢體920移動為更接近X射線源910，L2變小，并且可以用高倍率執(zhí)
行成像。
附圖標(biāo)記列表
110X射線源
111X射線
120被檢體
130相位光柵
150吸收光柵
151透射部分
152遮光部分
170X射線檢測器
180算術(shù)單元
權(quán)利要求
1.一種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射線以及通過Talbot效應(yīng)形成干涉強(qiáng)度分布；吸收光柵，用于部分遮蔽由相位光柵形成的干涉強(qiáng)度分布以及產(chǎn)生波紋；檢測器，用于檢測由吸收光柵產(chǎn)生的波紋的強(qiáng)度分布；和算術(shù)單元，用于根據(jù)由檢測器檢測的波紋的強(qiáng)度分布來將被檢體的信息成像并輸出該 fn息，其中，算術(shù)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(qiáng)度分布執(zhí)行傅立葉變換以及獲取空間頻率譜；和相位恢復(fù)步驟，用于使與載波頻率對應(yīng)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的X射線成像裝置，其中，算術(shù)單元執(zhí)行對在相位恢復(fù)步驟中獲取的微分相位圖像進(jìn)行積分并獲取相位圖像的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的X射線成像裝置，其中，算術(shù)單元執(zhí)行展開在相位恢復(fù)步驟中獲取的微分相位圖像的相位展開步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的X射線成像裝置，其中，相位光柵包含被二維地且周期性地布置的相位超前部分和相位滯后部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的X射線成像裝置，其中，相位光柵包含以棋盤設(shè)計圖案布置的相位超前部分和相位滯后部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求4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JI /2或π。
7.根據(jù)權(quán)利要求1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，使得在傅立葉變換步驟中獲取的譜空間中，與載波頻率對應(yīng)的譜在如下表示的位置處產(chǎn)生，其中，P是檢測器的像素周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的X射線成像裝置，其中，吸收光柵具有如下表示的波紋的周期，波紋的取向?qū)τ跈z測器的像素陣列以45度被布置，并且，其中，為了分離與載波頻率對應(yīng)的譜，算術(shù)單元執(zhí)行從由檢測器獲取的波紋的圖像的頻率空間提取兩個正方形區(qū)域的步驟，所述正方形區(qū)域中的每一個具有如下表示的邊，所述正方形區(qū)域?qū)τ谙袼仃嚵蟹较蛞?5度傾斜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1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，使得在傅立葉變換步驟中獲取的譜空間中，與載波頻率對應(yīng)的譜在如下表示的位置處產(chǎn)生，頻率坐標(biāo)
10.根據(jù)權(quán)利要求9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，并且波紋的取向與檢測器的像素陣列對準(zhǔn)，并且，其中，為了分離與載波頻率對應(yīng)的譜，算術(shù)單元執(zhí)行從由檢測器獲取的波紋的圖像的頻率空間提取兩個正方形區(qū)域的步驟，所述正方形區(qū)域中的每一個關(guān)于像素陣列方向正立并且具有1/(3P)的邊。
11.根據(jù)權(quán)利要求1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。
12.—種在X射線成像裝置中使用的X射線成像方法，該方法包括 使X射線被透射并且通過Talbot效應(yīng)形成干涉強(qiáng)度分布的步驟； 部分遮蔽干涉強(qiáng)度分布并產(chǎn)生波紋的步驟；檢測波紋的強(qiáng)度分布的步驟；對于波紋的強(qiáng)度分布執(zhí)行傅立葉變換并且獲取空間頻率譜的步驟； 使與載波頻率對應(yīng)的譜與空間頻率譜分離、對于所分離的譜執(zhí)行逆傅立葉變換并且獲取微分相位圖像的步驟；和對微分相位圖像進(jìn)行積分并獲取相位圖像的步驟。
13.一種使計算機(jī)執(zhí)行包含以下步驟的處理的程序使X射線被透射并且通過Talbot效應(yīng)形成干涉強(qiáng)度分布的步驟； 部分遮蔽干涉強(qiáng)度分布并產(chǎn)生波紋的步驟； 檢測波紋的強(qiáng)度分布的步驟；對于波紋的強(qiáng)度分布執(zhí)行傅立葉變換并且獲取空間頻率譜的步驟； 使與載波頻率對應(yīng)的譜與空間頻率譜分離、對于所分離的譜執(zhí)行逆傅立葉變換并且獲取微分相位圖像的步驟；和對微分相位圖像進(jìn)行積分并獲取相位圖像的步驟。
全文摘要
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(shù)單元(180)。算術(shù)單元(180)執(zhí)行通過對于由檢測器獲取的波紋圖案的強(qiáng)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(shù)單元還執(zhí)行使與載波頻率對應(yīng)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(fù)處理。
文檔編號A61B6/00GK102197303SQ20098014283
公開日2011年9月21日 申請日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者伊藤英之助, 大內(nèi)千種, 田透, 長井健太郎 申請人:佳能株式會社