(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心対象を検査する位相コントラストイメージング装置において、前記装置が、
放射線のビームを生成する線源と、
前記関心対象を通過した後に前記放射線を検出する検出器と、
前記線源と前記検出器との間に位置し、第１のピッチを持つ第１の位相格子と、
前記線源と前記検出器との間に位置し、第２のピッチを持つ第２の位相格子と、
を有し、前記第１のピッチが、前記第２のピッチとは異なり、前記第１のピッチが、前記放射線の第１のエネルギに対応し、前記第２のピッチが、前記放射線の第２のエネルギに対応し、前記第１のエネルギに対する前記第１の位相格子のタルボット距離が、前記第２のエネルギに対する前記第２の位相格子のタルボット距離と同じである、イメージング装置。
【請求項２】
前記第２の位相格子が、前記第１の位相格子に隣接して位置する、
請求項１に記載のイメージング装置。
【請求項３】
前記第２の位相格子が、前記第１の位相格子から所定の距離に位置する、
請求項１に記載のイメージング装置。
【請求項４】
前記第１のエネルギが、前記第２のエネルギの２倍である、
請求項１に記載のイメージング装置。
【請求項５】
前記イメージング装置が、第３の格子を有し、
前記第３の格子が、前記検出器の前に位置する吸収格子であり、
前記第３の格子が、前記第１のピッチ及び前記第２のピッチとは異なる第３のピッチを持つ、
請求項１に記載のイメージング装置。
【請求項６】
前記吸収格子が、
２×（第１のピッチ×第２のピッチ）／（第１のピッチ＋第２のピッチ）
の前記２つの格子のピッチの調和平均に等しい第３のピッチを持つ、
請求項５に記載のイメージング装置。
【請求項７】
前記イメージング装置が、前記線源と前記関心対象との間に位置する第４の格子を有し、
前記第４の格子が、前記第１のピッチ及び前記第２のピッチとは異なる第４のピッチを持つ、
請求項１に記載のイメージング装置。
【請求項８】
前記線源が、Ｘ線源であり、
前記装置が、Ｘ線ベースの微分位相コントラストイメージング装置として構成される、
請求項１に記載のイメージング装置。
【請求項９】
前記線源が、光学的放射線ビームを生成する光学的エネルギ源である、
請求項１に記載のイメージング装置。
【請求項１０】
関心対象を検査する位相コントラストイメージング装置に対する位相格子モジュールにおいて、前記モジュールが、
前記イメージング装置の線源と前記イメージング装置の検出器との間に位置し、第１のピッチを持つ第１の位相格子と、
前記線源と前記検出器との間に位置し、第２のピッチを持つ第２の位相格子と、
を有し、前記第１のピッチが、前記第２のピッチとは異なり、前記第１のピッチが、前記放射線の第１のエネルギに対応し、前記第２のピッチが、前記放射線の第２のエネルギに対応し、前記第１のエネルギに対する前記第１の位相格子のタルボット距離が、前記第２のエネルギに対する前記第２の位相格子のタルボット距離と同じである、モジュール。
【請求項１１】
関心対象を検査する位相コントラストイメージングの方法において、前記方法が、
線源により放射線のビームを生成するステップと、
前記線源と検出器との間に位置し、第１のピッチを持つ第１の位相格子を使用して、前記第１の位相格子からタルボット距離における前記放射線の第１のエネルギに対応する第１のタルボット画像を作成するステップと、
前記線源と前記検出器との間に位置し、第２のピッチを持つ第２の位相格子を使用して、前記第１の位相格子から同じタルボット距離における前記放射線の第２のエネルギに対応する第２のタルボット画像を作成するステップと、
検出器により、前記関心対象並びに前記第１の位相格子及び前記第２の位相格子を通過した後に前記ビームを検出するステップと、
を有し、前記第１のピッチが、前記第２のピッチとは異なり、前記第１のピッチが、前記放射線の第１のエネルギに対応し、前記第２のピッチが、前記放射線の第２のエネルギに対応し、前記第１のエネルギに対する前記第１の位相格子のタルボット距離が、前記第２のエネルギに対する前記第２の位相格子のタルボット距離と同じである、方法。
【請求項１２】
前記方法が、
前記線源と前記検出器との間に位置し、第３のピッチを持つ第３の位相格子を使用して、前記第１の位相格子から同じタルボット距離における前記放射線の第３のエネルギに対応する第３のタルボット画像を作成するステップ、
を有し、前記第３のピッチが、前記第１のピッチ及び前記第２のピッチとは異なる、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記方法が、
２×（第１のピッチ×第２のピッチ）／（第１のピッチ＋第２のピッチ）
の前記２つの格子のピッチの調和平均に等しいピッチを持つ吸収格子を使用するステップ、
を有し、前記吸収格子が、前記検出器の前に位置する、
請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクロマティック（achromatic）位相コントラストイメージングに関する。特に、本発明は、関心対象を検査する位相コントラストイメージング装置、位相コントラストイメージング装置に対する位相格子モジュール、及び関心対象を検査する位相コントラストイメージングの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
硬Ｘ線（１５ないし３０ｋｅＶ）に対するＸ線位相コントラストイメージングシステムのような格子ベースの位相コントラストイメージングシステムの深刻な制限は、前記システムが、通常は、特定の平均エネルギＥMに対して設計されなくてはならないことである。結果的に、このようなシステムは、設計エネルギの周りの約１０％の帯域幅を持つ多かれ少なかれ狭い帯域内の位相情報を使用する。マンモグラフィシステムに対して、典型的なスペクトルは、帯域幅において大幅に幅広く、設計エネルギの必要な選択は、位相コントラストイメージングプロセスに寄与するスペクトル内のＸ線パワーの割合を大幅に制限しうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
より大きな量の利用可能なパワーを使用するイメージングシステム及び方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、独立請求項のフィーチャによる関心対象を検査する位相コントラストイメージング装置、位相コントラストイメージング装置に対する位相格子モジュール、及び関心対象を検査する位相コントラストイメージングの方法に関する。本発明の例示的な実施例の他のフィーチャは、従属請求項に記載される。
【０００５】
例えばイメージング装置又はモジュールに関して以下に記載されるフィーチャが、本発明の例示的な実施例による方法の方法ステップとして実施されることもでき、逆もまた同様であることに注意すべきである。
【０００６】
本発明の例示的な実施例によると、関心対象を検査する位相コントラストイメージング装置が、提供され、前記装置は、線源、検出器、第１の位相格子（Ｇ１）及び第２の位相格子（Ｇ１'）を有する。前記線源は、放射線のビーム、特に多色Ｘ線のビームを生成するように設計される。前記検出器は、前記関心対象及び前記第１の及び第２の位相格子を通過した後の前記放射線を検出するように構成される。前記第１の位相格子は、前記線源と前記検出器との間に位置し、第１のピッチを持ち、前記第２の位相格子は、前記線源と前記検出器との間に位置し、第２のピッチを持ち、前記第１のピッチは、前記第２のピッチとは異なる。
【０００７】
換言すると、少なくとも２つの異なる位相格子を使用するアクロマティック位相コントラストイメージング装置が、提供されることができる。これは、例えばＸ線ベースの微分位相コントラストイメージング（ＤＰＣＩ）に対する、より幅広いエネルギ帯域にわたる位相情報の使用を可能にする。
【０００８】
更に、２つの前記位相格子は、異なる高さ、すなわち異なる厚さ及び／又は異なる深度の溝を持ちうる。
【０００９】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記第２の位相格子は、前記第１の位相格子に隣接して位置する。例えば、２つの前記位相格子は、位相格子モジュールの一体部分を形成している。
【００１０】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記第２の位相格子は、前記第１の位相格子から所定の距離に位置する。これも、通常の１０％より大きな帯域幅にわたる位相コントラスト情報を使用するのに役立つことができる。
【００１１】
それぞれのピッチ及び／又は高さが全て異なる他の位相格子が設けられてもよいことに注意すべきである。
【００１２】
本発明の他の例示的な実施例によると、第３の位相格子が設けられ、前記第３の格子は、前記検出器の一部を形成する又は前記検出器のすぐ前に位置する吸収格子である。前記第３の格子は、前記第１の及び第２の位相格子の前記第１のピッチ及び前記第２のピッチとは異なる第３のピッチ及び／又は高さを持つ。
【００１３】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記イメージング装置は、前記線源と前記関心対象との間に位置する第４の格子を更に有し、前記第４の格子は、吸収格子であり、前記第１のピッチ及び前記第２のピッチとは異なる第４のピッチを持つ。
【００１４】
この格子は、コヒーレントなＸ線を生成するのに使用される。線管からのＸ線は、各単色成分でさえ、コヒーレンスの欠如のため、干渉に対して使用されることができない。この格子は、前記線源をより小さなピース（線線源）にスライスすることによりコヒーレントな光線を生成する。
【００１５】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記第１のピッチは、前記線源により発せられた放射線の第１のエネルギに対応する。前記第２のピッチは、前記放射線の第２のエネルギに対応する。更に、前記第１の位相格子は、前記第１のエネルギに対してタルボット（Talbot）距離を持ち、前記第２の位相格子は、前記第２のエネルギに対して同じタルボット距離を持つ。
【００１６】
したがって、２つの異なる設計エネルギ（第１のエネルギ及び第２のエネルギ、Ｅ1、Ｅ2）に対する強度は、タルボット距離ｄTの同じ値に対する前記検出器の場所において重畳される。
【００１７】
本発明の他の例示的な実施例によると、吸収格子Ｇ２は、２×（第１のピッチ×第２のピッチ）／（第１のピッチ＋第２のピッチ）の前記２つの格子のピッチの調和平均に等しい第３のピッチを持つ。
【００１８】
２つの強度変調の重畳は、したがって、前記検出器において生じる。これは、結果として大きな及び小さな周波数成分を持つビーティング現象を生じる。位相回復プロセスは、前記ビーティングの効果を考慮に入れなくてはならない。従来のシステム（Pfeiffer他）において、前記変調は、三角法形式を持つ。異なる周波数を持つ２つのこのようなプロファイルの重畳は、ここに記載されるより一般的な場合の範囲で生じ、これは、それにもかかわらず、位相ステッピングが前記ビーティングの１つの周期全体にわたり実行される場合に検出可能である。
【００１９】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記第１のエネルギは、前記第２のエネルギの２倍である。
【００２０】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記イメージング装置は、女性の乳房の検査に対するマンモグラフィイメージング装置として構成される。
【００２１】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記線源は、Ｘ線源であり、前記装置は、Ｘ線ベースの微分コントラストイメージング装置として構成される。
【００２２】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記撮像装置は、光学的イメージング装置として構成され、対象を探査するのに使用されるエネルギのビームは、例えば４００ないし１４００ｎｍの範囲内の波長を持つ光学的放射線ビームである。
【００２３】
本発明の他の例示的な実施例によると、関心対象を検査する位相コントラストイメージング装置に対する位相格子モジュールが、提供され、前記モジュールは、前記イメージング装置の線源と前記イメージング装置の検出器との間に位置する第１の位相格子であって、第１のピッチを持つ当該第１の位相格子と、前記線源と前記検出器との間に位置する第２の位相格子であって、第２のピッチを持つ前記第２の位相格子とを有し、前記第１のピッチは、前記第２のピッチとは異なる。
【００２４】
前記位相格子モジュールは、前記第１の位相格子と前記第２の位相格子との間の距離が、制御ユニットにより電子的に調節されることができるように設計されることができる。更に、両方の位相格子は、異なる位相格子により交換されることができるか、又は他の位相格子が、前記モジュールに追加されることができる。本発明の他の例示的な実施例によると、前記モジュールは、３つの異なる位相格子を有し、前記３つの異なる位相格子は、互いとの距離を調節するために前記制御ユニットにより移動されることができる。
【００２５】
本発明の他の例示的な実施例によると、関心対象を検査する位相コントラストイメージングの方法が、提供され、前記方法は、線源により放射線のビームを生成するステップと、前記線源と検出器との間に位置し、第１のピッチを持つ第１の位相格子を使用して、前記第１の位相格子からタルボット距離における前記放射線の第１のエネルギに対応する第１のタルボット画像を作成するステップと、前記線源と前記検出器との間に位置し、第２のピッチを持つ第２の位相格子を使用して、前記第１の格子から同じタルボット距離における前記放射線の第２のエネルギに対応する第２のタルボット画像を作成するステップと、検出器により、前記関心対象並びに前記第１の格子及び前記第２の格子を通過した後に前記ビームを検出するステップとを有し、前記第１のピッチは、前記第２のピッチと異なる。
【００２６】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記方法は、更に、前記線源と前記検出器との間に位置し、第３のピッチを持つ第３の位相格子を使用して、前記第１の格子から同じタルボット距離における前記放射線の第３のエネルギに対応する第３のタルボット画像を作成するステップを有し、前記第３のピッチは、前記第１のピッチ及び前記第２のピッチとは異なる。
【００２７】
吸収格子Ｇ０は、コヒーレンスを生成するのに使用されることができ、他の吸収格子Ｇ２は、全体でフリンジを検出するのに使用されることができる。従来の検出器は、前記フリンジを直接的に検出するのに十分に高い空間解像度を提供することができない。
【００２８】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記方法は、前記２つの格子のピッチの調和平均、２×（第１のピッチ×第２のピッチ）／（第１のピッチ＋第２のピッチ）に等しいピッチを持つ吸収格子を使用するステップを更に有し、前記吸収格子は、前記検出器の一部である。
【００２９】
他の位相格子Ｇ１'が、第１の位相格子Ｇ１のすぐ前又は後ろに配置され、Ｇ１のピッチとは異なるピッチを持つことは、本発明の他の例示的な実施例による要点として見られることができる。このアイデアは、前記タルボット距離の同じ値に対する前記検出器の場所における２つの異なる設計エネルギＥ1及びＥ2に対する強度を重畳することである。
【００３０】
本発明は、材料の所定のスラブの位相シフトが、（Ｘ線に対する）前記放射線のエネルギに反比例するという観察結果に基づく。したがって、設計エネルギＥ2において高さπの規則的な位相シフトパターンを生成するように設計された位相格子は、結果として前記設計エネルギの半分に対して２πの位相シフトを生じる。したがって、エネルギＥ1＝Ｅ2／２を持つ単色波成分において測定可能な効果は存在しえない。Ｅ1に対する位相コントラストを生じるシステムを設計するために、他の格子Ｇ１'は、Ｇ１のすぐ後ろ（又は前）に配置される。
【００３１】
第２の位相格子Ｇ１'が除去される場合、追加の画像が取得されることができ、これは、Ｅ2を解像するために両方の位相格子を使用することにより生成された元の画像から減算されることができる。前記２つのエネルギからの寄与を区別することが、両方の格子Ｇ１及びＧ１'が存在する場合に位相ステッピング中に可能であることができることに注意すべきである。
【００３２】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【００３３】
本発明の例示的な実施例は、以下の図面を参照して、以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】８ｃｍ乳房組織の後の２つのＸ線スペクトルを示す。
【図２】本発明の例示的な実施例による格子及び検出器セットアップを示す。
【図３】本発明の例示的な実施例によるイメージングシステムを示す。
【図４】本発明の例示的な実施例による方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図面における図示は、概略的であり、正しい縮尺比ではない。異なる図面において、同様の又は同一の要素は、同じ参照番号を与えられる。
【００３６】
図１は、Ｘ線が８ｃｍの乳房組織を通過した後の２つのＸ線スペクトルを示す。Ｘ線源は、１３μｍのＭｏフィルトレーションを用いる３５ｋｅＶにおけるＭｏ（モリブデン）である。
【００３７】
水平軸１１２は、１０ｋｅＶないし３５ｋｅＶの範囲を取る前記Ｘ線のエネルギを示す。縦軸１１３は、任意の単位のカウント数を示す。
【００３８】
上側の曲線１１４は、乳房組織が３３％の水及び６７％の脂質を含む場合のカウント数を示し、下側の曲線１１５は、５０％の水及び５０％の脂質を含む場合のカウント数を示す。
【００３９】
２つの特性ピーク１１６、１１７は、それぞれ、およそ１７．３ｋｅＶ及び１７．４ｋｅＶ並びに１９．７ｋｅＶ及び２０．０ｋｅＶにおいて見られることができる。
【００４０】
図１に描かれたスペクトルからわかるように、本発明による装置は、有利には、イメージングに対して両方のピーク１１６、１１７を使用することができ、これにより位相コントラストイメージングプロセスに対して利用可能な大量のパワーを使用することができる。
【００４１】
図２は、本発明の例示的な実施例による４つの格子及び放射線検出器１０９を有する測定セットアップを示す。
【００４２】
例えばＸ線源（図２には描かれていない）により発せられたＸ線又は他の電磁エネルギの光線１１０は、第一に、最初の格子１０７（Ｇ０）を通過する。次いで、前記光線は、関心対象１０３、例えば乳房又は検査されるべき他の種類の組織を通過する。次いで、前記光線は、吸収格子（Ｇ２）である第４の格子１０６及び検出器１０９の前に配置される第１の及び第２の位相格子１０４、１０５（Ｇ１、Ｇ１'）を通過する。２つの位相格子Ｇ１、Ｇ１'と検出器１０９との間の距離は、異なる設計エネルギに対応する各位相格子のそれぞれのタルボット距離に対応する。
【００４３】
本発明によるイメージング方法は、Pfeiffer et al., "Phase retrieval and differential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray source", Nature Physics, 2006による方法に基づき、検出器上の吸収格子Ｇ２を使用して干渉フリンジを観測することにより対象により導入される位相シフトを検出するために３つの異なる格子Ｇ０、Ｇ１及びＧ２を使用する。
【００４４】
ハードウェアの追加ピースは、標準的な位相格子Ｇ１のすぐ後ろ（又は前）に配置され、Ｇ１のピッチｐ1とは異なるピッチｐ2を持つ位相格子Ｇ１'からなる。前記セットアップは、前記検出器の場所における２つの異なる設計エネルギＥ1及びＥ2に対する前記タルボット画像が、同じ場所において、すなわちタルボット距離ｄTの（多かれ少なかれ）同じ値に対して重畳されるようになっている。
【００４５】
前記セットアップは、材料の所定のスラブの位相シフトがＸ線エネルギに反比例するという観察に基づく。したがって、設計エネルギＥ2において高さπの規則的な位相シフトパターンを生成するように設計された位相格子は、結果として前記設計エネルギの半分に対して２πの位相シフトを生じる。したがって、エネルギＥ1＝Ｅ2／２を持つ単色波成分において測定可能な効果は存在しない。しかしながら、他の格子Ｇ１'は、Ｇ１のすぐ後ろ（又は前）に置かれるので、前記イメージングシステムは、第１のエネルギＥ1に対する位相コントラスト情報を生じる。
【００４６】
ビーティング現象が、前記検出器により測定される強度において観測されるが、タルボット距離ｄTは、両方の設計エネルギＥ1及びＥ2に対して同じである。
【００４７】
以下で、前記イメージングシステムが、それぞれピッチｐ1及びｐ2を持つ２つの位相格子Ｇ１及びＧ１'を使用することによりＥ1＝Ｅ2／２及びＥ2の両方に対してタルボット距離ｄTを持つと仮定する。エネルギＥ2に対してＧ１により生成された位相シフトπは、結果としてエネルギＥ1において２πの位相シフトを生じる。エネルギＥ1に対するタルボット効果は、距離ｄT＝ｐ22／８λ1において観測可能である。Ｇ１'の高さは、エネルギＥ1においてπの位相シフトを与えるように設計される。単一の場所における２つの異なる位相グリッドの重畳は、ｐeff＝２ｐ1ｐ2／（ｐ1＋ｐ2）のピッチに対応する高い周波数を持つ前記位相シフトのビーティング効果を生じる。この周期的構造のタルボット画像は、
ｐ22／８λ1＝ｐeff2／８λ2
すなわち
ｐ2／ｐ1＝２√（Ｅ2／Ｅ1）−１
の場合に同じ距離ｄTにおいて観測される。
【００４８】
Ｅ2／Ｅ1＝２に対して、これは、ｐ2／ｐ1≒１．８及びｐeff／ｐ1≒１．３を与える。前記吸収格子は、個別にＥ1及びＥ2において波動場により生成されるフリンジをステッピングするようにｐeff／２のピッチで製造されることができる。位相回復プロシージャは、２つの単色成分のビーティング現象を考慮するために修正されることもできる。換言すると、２つのエネルギに対応する２つの変調された信号は、重畳されるので、２つの位相は、強度変調から決定されなくてはならない。
【００４９】
前記方法は、２の設計エネルギの比に対して最良に機能しうるが、原理的には、幾らか減少するフリンジ視認性で他の比に適用されることもできる。
【００５０】
最終的に、１より多い追加の位相格子を使用することにより前記第１の位相格子から同一の距離において２より多いコヒーレント単色成分のタルボット画像を重畳することも可能でありうる。
【００５１】
図３は、本発明の例示的な実施例によるイメージングシステム３００を示す。図３に描かれるイメージングシステム３００は、光学的イメージングシステム又はＸ線イメージングシステム、例えばマンモグラフィイメージングシステムとして構成されることができる。関心対象１０３は、患者の乳房に圧力を加える２つの圧力板３０１と３０２との間に配置される前記患者の乳房でありうる。
【００５２】
線源１０１は、Ｘ線源、又は例えば光学的エネルギ源であってもよい。
【００５３】
線源１０１により発せられる放射線は、第一に、格子１０７を通過し、次いで撮像されるべき関心対象１０３を通過する。この後に、前記放射線は、２つ以上の位相格子１０４、１０５を通過する。２つ以上の位相格子１０４、１０５は、対応するハウジング３１０において一体化されることができ、したがってモジュールを形成することができる。前記モジュールは、格子１０５、１０４が矢印３０８、３０９に沿って上下に移動されることができるように制御ユニット３０３に接続される。
【００５４】
更に、吸収格子１０６を持つ検出器１０２は、前記放射線を検出するように設けられる。線源１０１及び検出器１０２の両方が、それぞれ、ライン３０４、３０５を介して制御ユニット３０３に接続される。
【００５５】
検出器１０２は、タルボット干渉計３１１を有する。
【００５６】
更に、データライン３０７は、制御ユニット３０３を入出力装置３０６に接続し、入出力装置３０６は、イメージングシステム３００を制御する制御情報を入力するのに使用されることができ、最終画像に関する視覚的情報を出力するのに使用されることもできる。
【００５７】
図３に描かれるイメージングシステムの利点は、Ｘ線スペクトルの比較的高い部分が、１以上の追加の位相格子を使用することにより位相コントラストイメージングプロセスに対して使用されることができることである。
【００５８】
図４は、本発明の例示的な実施例による方法のフローチャートを示す。ステップ４０１において、放射線のビームが、線源、例えばＸ線源により生成される。次いで、ステップ４０２において、２つの位相格子が、前記第１の位相格子からタルボット距離における前記放射線の異なるエネルギに対応する２つのタルボット画像を作成するのに使用される。次いで、ステップ４０３において、最終的なビームは、前記関心対象及び前記２つの位相格子を通過した後に検出される。
【００５９】
用語"有する"が、他の要素又はステップを除外せず、"ある"が複数を除外しないことに注意すべきである。また、異なる実施例に関連して記載された要素は、組み合わせられることができる。
【００６０】
請求項内の参照符号が、請求項の範囲を限定するように解釈されるべきでないことにも注意すべきである。
【図１】
0005631967.tif 000002
【図２】
0005631967.tif 000003
【図３】
0005631967.tif 000004
【図４】
0005631967.tif 000005