(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象の検討領域（ＦＯＶ＝Field of View）の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために、
コヒーレントＸ線または準コヒーレントＸ線を放出して検査対象（７，Ｐ）に照射するＸ線源（２）と、
Ｘ線源のビーム路において検査対象（７，Ｐ）の後方に配置され予め定められたエネルギー範囲のＸ線の干渉パターンを生成する位相格子（Ｇ1）と、
位相格子（Ｇ1）によって生成された干渉パターンを少なくともその位相シフトに関して位置分解して検出する分析‐検出器システム（Ｇ2，Ｄ）と
を備え、
Ｘ線源が焦点（Ｆ）とビーム方向に配置されたＸ線光学格子（Ｇ0）とを有し、
利用されたＸ線のビーム路が焦点（Ｆ）と検出器（Ｄ）との間で少なくとも１つの平面において発散する
ことを特徴とするＸ線装置の焦点−検出器装置。
【請求項２】
利用されたＸ線のビーム路が焦点（Ｆ）と検出器（Ｄ）との間で２つの平面において発散することを特徴とする請求項１記載の焦点−検出器装置。
【請求項３】
検査対象（７，Ｐ）の検討領域が、ビーム路の光軸方向の投影で見て、ビーム路において後置された位相格子（Ｇ1）の利用領域よりも小さく、位相格子（Ｇ1）の利用領域が、ビーム路において後置された分析‐検出器システム（Ｇ2，Ｄ）の利用領域よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載の焦点−検出器装置。
【請求項４】
Ｘ線源（２）と分析‐検出器システム（Ｇ2，Ｄ）との距離（ＱＤ）がＸ線源（２）と検査対象（７、Ｐ）との距離（ＱＰ）の少なくとも２倍であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の焦点−検出器装置。
【請求項５】
Ｘ線源（２）と分析‐検出器システム（Ｇ2，Ｄ）の検出器との距離（ＱＤ）がＸ線源（２）と検査対象（７，Ｐ）との距離（ＱＰ）の少なくとも１０倍であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の焦点−検出器装置。
【請求項６】
位相格子（Ｇ1）がビーム方向において検査対象（７，Ｐ）よりも分析‐検出器システム（Ｇ2，Ｄ）に接近して配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の焦点−検出器装置。
【請求項７】
位相格子（Ｇ1）がビーム方向において分析‐検出器システム（Ｇ2，Ｄ）よりも検査対象（７，Ｐ）に接近して配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の焦点−検出器装置。
【請求項８】
分析‐検出器システム（Ｇ2，Ｄ）が、分析格子（Ｇ2）と、多数の検出素子（ＥX）を備えビーム方向において分析格子（Ｇ2）の後に続く検出器（Ｄ）とを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の焦点−検出器装置。
【請求項９】
位相格子（Ｇ1）と分析格子（Ｇ2）との距離（ｄm）が次の幾何学的関係
ｄm＝｛ｍ−（１／２）｝・｛ｇ12／（４・λ）｝
（但し、
ｄm＝位相格子（Ｇ1）と分析格子（Ｇ2）との距離
ｍ＝１、２、３、…
ｇ1＝位相格子（Ｇ1）の格子周期
λ＝利用されたＸ線の波長）
を満たすことを特徴とする請求項８記載の焦点−検出器装置。
【請求項１０】
次の幾何学的関係
ｇ2＝（１／２）・｛（ｒ1＋ｄ）／ｒ1｝・ｇ1
（但し、ｄは位相格子Ｇ1と分析格子Ｇ2との間の距離、ｒ1はＸ線源と第１格子との間の距離、ｇ2は分析格子（Ｇ2）の周期、ｇ1は位相格子（Ｇ1）の周期）
が守られることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の焦点−検出器装置。
【請求項１１】
Ｘ線源が、焦点‐検出器装置の幾何学的条件との関係においてマイクロフォーカスとして構成されている焦点を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の焦点−検出器装置。
【請求項１２】
検査対象を拡大表示し投影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線システムにおいて、Ｘ線システムが請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の焦点‐検出器装置を有することを特徴とするＸ線システム。
【請求項１３】
検査対象を拡大表示し断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線コンピュータ断層撮影システムにおいて、Ｘ線コンピュータ断層撮影システムが請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の焦点‐検出器装置を有することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象の検討領域（ＦＯＶ＝Field of View）の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために、コヒーレントＸ線または準コヒーレントＸ線を放出して検査対象に照射するＸ線源と、Ｘ線源のビーム路において検査対象の後方に配置され予め定められたエネルギー範囲のＸ線の干渉パターンを生成する位相格子と、位相格子によって生成された干渉パターンを少なくともその位相シフト（位相のずれ）に関して位置分解して検出する分析‐検出器システムとを有するＸ線装置の焦点‐検出器装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にＸ線画像化に関しては、大抵の場合、Ｘ線ビームが材料を通過するときに現れる２つの作用、つまりＸ線ビームの特定割合の吸収と透過したＸ線ビームの位相シフトとが検討される。
【０００３】
Ｘ線ビームについて
ｎ＝１−δ−ｉβ                  （１）
によって与えられた屈折率に関して、吸収は仮想減弱率βの値に依存し、この減弱率は質量吸収係数μ／ρに対して
μ／ρ＝４πβ／λ                （２）
の関係にある。なお、λは波長、μは線形吸収係数、ρは質量密度である。
【０００４】
位相シフトは屈折率１‐δの実部から生じる。材料内でのＸ線ビーム波の位相シフトΔは真空と比較して
Δ＝２πδＴ／λ                  （３）
によって与えられている。なお、Ｔは材料の厚さ、δは屈折率の実際の減弱率である。
【０００５】
Ｘ線ラジオグラフィーにおいて検査対象はＸ線ビームを照射され、透過した強度は対象の後方で記録される。この測定に基づいて、対象によって惹き起こされた吸収を示す投影画像を作成することができる。Ｘ線断層撮影法では、吸収係数μの空間的分布を示す三次元データセットを計算するために複数の投影画像が使用される。
【０００６】
位相コントラストラジオグラフィーおよび位相コントラスト断層撮影法では、対象によって惹き起こされた位相シフトが評価されねばならない。吸収画像化と同様に、屈折率１−δの実部の空間的分布を示す三次元データレセットを計算することができる。
【０００７】
波の位相は直接測定することができないので、まず被検波と基準波との干渉によって位相シフトは測定可能な強度に変換されなければならない。投影画像に関しても断層撮影画像に関してもこのような測定の実際的実施は、例えば特許文献１と、同じ優先権を有する独国特許出願第１０２００６０１７２９０号明細書、独国特許出願第１０２００６０１５３５８号明細書、独国特許出願第１０２００６０１７２９１号明細書、独国特許出願第１０２００６０１５３５６号明細書および独国特許出願第１０２００６０１５３５５号明細書とに述べられている。
【０００８】
そこに示された方法はビーム路において検査対象の後方に取付けられた位相格子を利用する。この位相格子は回折格子として働き、Ｘ線ビームを＋１次ビームと−１次ビームとに分割する。位相格子の後方の波場で、回折されたビームは互いに干渉してＸ線定在波場を形成する。検査対象が局部的位相シフトを引き起こし、これらの位相シフトは波面を変形させ、従って定在波場の振幅、位相およびオフセットを局部的に修正する。それゆえに、例えば定在波の位相、振幅および平均値等の定在波場に関する情報を提供する測定を利用して、検査対象による局部的位相シフトの影響は計算することができる。所要の分解能で波場を走査するために、分析格子が波場を介して歩進的に移動される一方、同時に強度は相応の検出器を用いてピクセルごとに監視される。
【０００９】
前記特許文献１では、検査対象を走査するための平行Ｘ線ビームが使用される。表面的に観察する場合、発散性放射ジオメトリとビーム路において検査対象の相応の位置決めとを応用すると任意の拡大作用を達成可能であることから出発する。しかし放射が検査対象で屈折する作用を検討すると、位相シフトの測定がもはや可能でないと考えられる。なぜならば、偏向されたビームの「無秩序な」パターンが現れ、有益な画像再生をもたらさないと予想されるからである。この理由から、これまで位相格子を用いて拡大ジオメトリでのＸ線位相コントラスト測定も実施されなかった。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１４４７０４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明の課題は、検査対象の屈折率の位置分布を拡大ないし強く拡大して投影画像および断層撮影画像を作成することを可能にするＸ線位相コントラストラジオグラフィーおよびＸ線位相コントラスト断層撮影法用の焦点‐検出器装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、検査対象の検討領域（ＦＯＶ＝Field of View）の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために、
コヒーレントＸ線または準コヒーレントＸ線を放出して検査対象に照射するＸ線源と、
Ｘ線源のビーム路において検査対象の後方に配置され予め定められたエネルギー範囲のＸ線の干渉パターンを生成する位相格子と、
位相格子によって生成された干渉パターンを少なくともその位相シフトに関して位置分解して検出する分析‐検出器システムと
を備え、
Ｘ線源が焦点とビーム方向に配置されたＸ線光学格子とを有し、
利用されたＸ線のビーム路が焦点と検出器との間で少なくとも１つの平面において発散することによって解決される。
本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１２】
位相格子とコヒーレントＸ線もしくは準コヒーレントＸ線とを利用したＸ線コントラスト測定に関して基本的になお以下のことを付記する。
【００１３】
実験室Ｘ線源（Ｘ線管、二次ターゲット、プラズマ源、放射性線源、パラメトリックＸ線源、チャネリング放射）からのＸ線光子の放出、および第一〜第三世代の従来のシンクロトロンＸ線源からのＸ線光子の放出は、確率的プロセスに基づいている。それゆえに、放出されたＸ線は空間的コヒーレンスを持たない。しかし、線源が観察者もしくは対象、格子または検出器に対して現れる観察角が十分に小さい場合、Ｘ線源のＸ線は位相コントラストラジオグラフィー、位相コントラスト断層撮影法もしくは任意の干渉実験において空間的コヒーレントＸ線として挙動する。拡張されたＸ線源の空間的コヒーレンスの尺度としてはいわゆる空間的／横方向（ラテラル）コヒーレンス長ＬCが挙げられる。
ＬC＝λ（ａ／ｓ）                    （１）
但し、λは波長、ｓは横方向線源寸法、ａは線源‐観察点間の距離である。厳密な値は二次的である。重要なことは、ビームが互いに干渉する空間領域の（横方向）寸法に比較してコヒーレンス長ＬCが大きいことである。
【００１４】
本件明細書においてコヒーレントＸ線は、所望のＸ線光学格子の定められたジオメトリと距離とにおいて干渉パターンを形成するＸ線である。自明のことであるが、空間的コヒーレンス、従って空間的コヒーレンス長は波長と線源寸法と観察距離との３つのパラメータによって常に決まる。表現を簡潔にする意味でこの事情は「コヒーレントＸ線」、「コヒーレントＸ線源」または「コヒーレントＸ線を生成するための点状線源」等の用語に短縮された。これらの短縮の基礎にあるのは、ここで検討する応用においてＸ線の波長（またはエネルギーＥ）が一方で検査対象の所望の透過能力によって、他方で実験室Ｘ線源で利用可能なスペクトルによって限定されていることである。線源と観察点との間の距離ａも、非破壊材料試験または医療診断のための実験室施設では一定の制約を受けている。ここでは線源寸法と管出力との間の関連にやはり狭い限界があるとしても、大抵の場合、最終的自由度として残るのは線源寸法ｓである。
【００１５】
好適に寸法設定された線源格子が利用される場合、この焦点‐検出器装置においては出力の一層強いＸ線源、従って一層大きな焦点寸法を利用することができる。線源格子の狭い条溝は、同一の条溝から出射する全ビームの所要の空間的コヒーレンスを守る。同一の条溝からの光子は互いに干渉することができ、すなわち同相で重なることができる。それに対して、線源格子のさまざまな条溝からの光子の間では同相重なりが可能でない。しかしながら、線源格子周期ｇ0、干渉パターン周期ｇ2、線源格子Ｇ0と位相格子Ｇ1との間の距離ｌ、位相格子Ｇ1と干渉パターンＧ2との間の距離ｄを
ｇ0／ｇ2＝ｌ／ｄ                        （５）
に従って一次近似で適切に調整すると、少なくとも定在波場の波最大と波最小との強度的に正しい重なりが可能である。本件明細書の短縮した表現ではこれに関連して用語「準コヒーレントＸ線」または「準コヒーレントＸ線源」が使用される。
【００１６】
Ｘ線の時間的コヒーレンスまたは縦コヒーレンスは、Ｘ線またはＸ線源の単色性と平行して現れる。特性線のＸ線は、ここで検討する応用にとって十分な単色性もしくは時間的コヒーレンス長を有する。前置されたモノクロメータ、または位相格子の溝の間に形成された突条部の高さによる共鳴エネルギーの選択は、制動放射スペクトルまたはシンクロトロンスペクトルからでも十分に狭いスペクトル範囲を取り出すことができ、それゆえ本装置において時間的コヒーレンス長に対する要求を満たすことができる。
【００１７】
位相コントラストを測定するための焦点‐検出器装置の拡大構成が可能でないとの専門的見解に反して、本発明者達は、あらゆる仮定に反して満足すべき撮像結果を達成できることを発見した。
【００１８】
この知識に基づいて、本発明者達は、検査対象の検討領域（ＦＯＶ＝Field of View）の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために、
コヒーレントＸ線または準コヒーレントＸ線を放出して検査対象に照射するＸ線源と、
Ｘ線源のビーム路において検査対象の後方に配置されＸ線の予め定められたエネルギー範囲のＸ線の干渉パターンを生成する位相格子と、
位相格子によって生成された干渉パターンを少なくともその位相シフトに関して位置分解して検出する分析‐検出器システムとを少なくとも備え、
Ｘ線源が焦点とビーム方向に配置されたＸ線光学格子とを有し
利用されたＸ線のビーム路が焦点と検出器との間で少なくとも１つの平面において発散し、つまりファンビームに一致するＸ線装置の焦点‐検出器装置を提案する。
【００１９】
本発明の実施態様において、利用されたＸ線のビーム路が焦点と検出器との間で２つの平面において発散し、従ってコーンビームに一致するように、焦点‐検出器装置を構成することもできる。
【００２０】
コンパクトな構造様式にとって、利用されたビーム束の少なくとも５°、好ましくは少なくとも１０°の発散が少なくとも１つの平面に存在していると特に有利である。医療用コンピュータ断層撮影法の分野で応用する場合、４５°を超えるファン角さえも利用される。
【００２１】
使用されたビームジオメトリの発散に相応して検査対象の検討領域は、ビーム路の光軸方向の投影で見て、ビーム路において後置された位相格子の利用領域よりも小さく寸法設定することができ、位相格子の利用領域はビーム路において後置された分析‐検出器システムの利用領域よりも小さく寸法設定される。これは当然に、焦点から出発して寸法設定を高めながら逆に観察する場合にも有効である。
【００２２】
特に好ましい実施態様においては、Ｘ線源と分析‐検出器システムとの距離をＸ線源と検査対象との距離の少なくとも２倍に実施することが提案される。これにより、位相格子および前記分析‐検出器システムの使用の下に、有効に拡大される位相コントラスト画像がはじめて可能となり、専ら位相シフトが画像中に表示される。この拡大率は、１０倍までの拡大または１０００倍の拡大でさえ相応に必要である場合、Ｘ線源と検査対象との距離、Ｘ線源と分析‐検出器システムとの距離を相応に選択することによって大きくすることができる。
【００２３】
本発明に係る焦点−検出器装置においては、位相格子および分析格子の周期に関して次の幾何学的関係が守られることが提案される。
ｇ2＝（１／２）・｛（ｒ1＋ｄm）／ｒ1｝・ｇ1    （６）
但し、ｄmは格子間の距離、ｒ1はＸ線源と位相格子との間の距離、ｇ2は分析格子の周期、ｇ1は位相格子の周期である。
【００２４】
関係式ｒ2＝ｒ1＋ｄmを用いて式（６）は
ｇ2＝（１／２）・（ｒ2／ｒ1）・ｇ1
に書き換えることもできる。
【００２５】
さらに、分析‐検出器システムが分析格子を備えている検出器からなるときの分析格子は、もしくは分析‐検出器システムが分析格子を備えていない検出器からなるときの検出器の入力側は、位相格子に対して、定在波場が最大に現れる距離にあるように、分析‐検出器システムを位置決めすることが提案される。このいわゆるタルボ（Ｔａｌｂｏｔ）距離には一次近似で次式が当てはまる。
ｄm＝｛ｍ−（１／２）｝・｛ｇ12／（４λ）｝          （７）
但し、
ｄm＝位相格子と分析格子との距離、いわゆるタルボ（Ｔａｌｂｏｔ）距離；
ｍ＝タルボ干渉の次数；ｍ＝１、２、３、…；
ｇ1＝位相格子の周期；
λ＝利用されたＸ線の波長。
【００２６】
式（７）は平行ビームの厳密な距離を述べている。コーンビームを使用する場合、式（７）は一次近似で当てはまるにすぎない。というのも、式（６）に述べられたように、位相格子からの距離が増すのに伴って干渉パターンはますます広がるからである。これは、作用の点で、距離増加に伴って位相格子のますます大きくなる格子周期ｇ1に一致する。
【００２７】
焦点‐検出器装置のこの実施態様において、本発明によれば位相格子と分析‐検出器システムとの相対的配置の２種類の変形例を実現することができる。位相格子がビーム方向において検査対象よりも分析‐検出器システムに接近して配置されている場合、分析‐検出器システム内での振幅格子の格子周期は位相格子の格子周期よりも小さくなり、代表的にはほぼ半分になる。
【００２８】
位相格子がビーム方向において検出器よりも検査対象に接近して配置されている代替の焦点‐検出器装置においては、分析格子の一層大きな格子周期で処理することができる。位相格子の格子周期よりも大きな分析格子の格子周期で処理することさえ可能である。
【００２９】
最後に挙げた両変形例は、分析格子の代わりに、個々の検出素子が位相格子の格子線に相応して条帯状に配列されている検出器を有する分析‐検出器システムを用いても実施することができる。なお、検出素子内でのＸ線ビームの位相シフトを１回の測定で決定できるようにするために、条帯は分析格子の相応の周期の最大１／３の周期を有していなければならない。
【００３０】
コヒーレントＸ線を生成するために本発明者達は第１代替案において、Ｘ線源が、焦点‐検出器装置の幾何学的条件との関係においてマイクロフォーカスとして構成されている焦点を有することが提案される。なお、ｓ≦λ・（ｒ1／ｇ1）（但し、ｓは焦点寸法、λは利用される放射の波長、ｒ1は焦点と位相格子との半径方向距離、ｇ1は位相格子の格子周期）が成り立つと好ましい。
【００３１】
他の代替案によれば、ビーム方向に配置されたＸ線光学格子いわゆる線源格子が付加的に所要のコヒーレンスをもたらすとき、Ｘ線源は拡張された焦点も有することができる。これにより、考えられる達成可能な分解能に関して確かに制約が生じるが、しかしながら出力は高めることができ、例えば所要の照射時間は減らすことができる。
【００３２】
上記変形例は本発明の好ましい実施態様ではあるが、しかしコヒーレントＸ線光を発生する別の公知のあらゆるＸ線源、例えばいわゆる自由電子レーザ、第４世代のシンクロトロンも、やはり本発明の範囲に含まれる。前提条件はそれぞれ発散性ビームジオメトリである。
【００３３】
本発明者達の知識に基づいて、本発明者達は、本発明に係る焦点‐検出器装置を、投影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線システムと合せて、または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線コンピュータ断層撮影システムと合せて、それぞれ検査対象を拡大表示して使用することも提案する。大抵の場合このようなシステムは小さな試料の分析と合せて使用されるが、しかし医療用コンピュータ断層撮影法での細部撮像時または小動物の検査時にも使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下において本発明を図を参照して好ましい実施例に基づいて詳しく説明する。図には本発明を理解するのに必要な特徴のみが示されている。その際次の符号が使用されている。１：コンピュータ断層撮影システム、２：第１Ｘ線管、３：第１検出器、４：第２Ｘ線管、５：第２検出器、６：ガントリハウジング、７：患者、８：患者寝台、９：システム軸線、１０：制御および演算ユニット、１１：記憶装置、ｄ：位相格子Ｇ1と分析格子Ｇ2との距離、Ｄ：検出器、ｄm：タルボ距離、Ｅi，Ｅj：検出素子、Ｆ：焦点、Ｇ0：線源格子、Ｇ1：位相格子、Ｇ2：分析格子、ｇ1，ｇ2：格子周期、Ｉ（ＥX（ｘG））：格子ずれｘGにおいて検出素子ＥXで測定された強度、Ｉ：光子流の測定された強度、Ｍ：干渉パターン、Ｐ：試料、Ｐｒｇn：プログラム、ＱＤ：線源と分析器‐検出器システムとの距離、ＱＰ：線源と試料との距離、ｒ1：焦点と位相格子との半径方向距離、ｒ2：焦点と分析器‐検出器システムとの半径方向距離、Ｓi：Ｘ線ビーム、ｘG：分析格子のずれ、φ：検出素子ＥXでの位相シフト、φij：検出素子間の相対的位相シフト、λ：利用されたＸ線の波長。
【００３５】
理解を助けるために以下では図１および図２を使って位相コントラスト測定の基本原理が述べられる。
【００３６】
図１はＸ線源から到来する準コヒーレントＸ線または線源格子から到来する個々のコヒーレントＸ線を示す。このＸ線が検査対象つまり試料Ｐを透過し、検査対象Ｐを透過するときに位相シフトを生じる。格子Ｇ1を通過する時に生成される干渉パターンが灰色ハッチングによって表されている。干渉パターンは格子Ｇ2によって後続の検出器Ｄとその検出素子Ｅi，Ｅjとに、検出素子ごとに異なるＸ線強度を生じ、いわゆるタルボ距離に干渉パターンもしくはＸ線定在波場が生じる。
【００３７】
例えば分析格子Ｇ2の相対的位置ｘGに依存して検出素子Ｅiを検討し、強度Ｉ（Ｅi（ｘG））を相対的位置ｘGの関数としてプロットすると、図２に示すようにこの検出素子Ｅiでの強度Ｉの正弦波状推移が得られる。測定されたこれらのＸ線強度Ｉを各検出器ＥiもしくはＥjごとにずれｘGに依存してプロットすると、最終的に焦点と各検出素子との間に空間的Ｘ線ビームを形成するさまざまな検出素子について、関数Ｉ（Ｅi（ｘG））もしくはＩ（Ｅj（ｘG））は近似することができる。これらの関数から、各検出素子について位相シフトφと、検出素子間の相対的位相シフトφijとを決定することができる。
【００３８】
それゆえ空間内の各ビームに対して分析格子をその都度ずらして少なくとも３回測定することによって検出器ピクセルもしくは検討するビームごとの位相シフトを求めることができ、それから投影によるＸ線撮影の場合には投影画像のピクセル値を直接計算することができる。他方で、ＣＴ検査の場合にはそのピクセル値が位相シフトに一致した投影が作成され、それから、公知の再構成法によって、検査対象内のどのボリューム要素に、測定された位相シフトのどの成分を属させるべきであるかを計算することができる。そこから、Ｘ線の位相シフトに関して検査対象の作用を位置分解して反映するスライス画像またはボリュームデータが算出される。組成または厚さの僅かな差が既に位相シフトに対して強い作用を及ぼすので、本来比較的類似した材料について、特に生体組織についても、非常に詳細かつコントラストの強いボリュームデータを再現することができる。
【００３９】
多重にずらされた分析格子によって検査対象を透過したＸ線ビームの位相シフトを検出し、かつ分析格子の後方で検出素子でのＸ線強度を測定するこの変形例によれば、分析格子をその都度格子周期の微小部分だけ移動させて各Ｘ線ビームについて少なくとも３回の測定を実行しなければならない。
【００４０】
このような分析格子を省き、それに代えて、十分に高い分解能の検出器を使用することも基本的に可能であり、その場合、分析格子の溝の間に形成された突条部での吸収による強度損失がなくなり、個々のビーム−ピクセル間の位相シフトは１回の測定で決定することができる。
【００４１】
位相コントラストを測定するには、コヒーレントＸ線または少なくとも準コヒーレントＸ線を使用することが必要である。このＸ線は、例えば点状焦点によって、または個々のコヒーレントＸ線の場として平面状に構成された焦点の後方の線源格子によって、またはこのような格子を模擬するためにアノード上に相応に格子状に構成された焦点によって生成することができる。
【００４２】
設けられている格子の格子線と検出素子の、場合によって設けられている条帯構造とが互いに平行に延びるように、格子の線配列は選択されるべきである。さらに、ここに示す焦点‐検出器システムのシステム軸線に対して格子線が平行または垂直に向けられていると有利であるが、しかし必要ではない。
【００４３】
図３に概略的に示されている本発明に係る焦点‐検出器組合せは焦点Ｆを有し、この焦点Ｆは試料または検査対象Ｐの方向にビームＳiを有する発散ビーム束を放射する。検査対象Ｐを透過した後、ビーム束は広げられて最初の位相格子Ｇ1に入射し、そこに干渉パターンが生成され、この干渉パターンは分析格子Ｇ2と後続の検出器Ｄとを有する後続の分析‐検出器システムによって評価される。分析格子Ｇ2と、多数の検出素子を備えた後続の検出器Ｄとを有するここに示したこのような分析‐検出器システムによる評価は、図１と図２に述べたようにして行われる。分析格子Ｇ2の有効性を向上させるために、格子Ｇ2の格子間隙（溝）内に付加的に高吸収性材料が示されている。しかしながら、格子間隙内にこのような充填材料を持たない分析格子も本発明の範囲に含まれることを指摘する。
【００４４】
補足的に、焦点Ｆと位相格子Ｇ1との間の半径方向距離ｒ1、焦点Ｆと分析‐検出器システムとの間の半径方向距離ｒ2等の焦点‐検出器組合せの主要素子の間の重要な半径方向距離が図に示されている。発散ビームの拡大特性を記述するために、焦点つまり線源と試料との間の距離ＱＰ、線源つまり焦点と分析‐検出器システムとの間の距離ＱＤがやはり書き込まれている。拡大率Ｖは、線源つまり焦点と分析‐検出器システムとの距離ＱＤと、線源つまり焦点と試料との距離ＱＰとの距離比から次式で得られる。
Ｖ＝（ＱＤ）／（ＱＰ）                      （８）
【００４５】
検査対象の本発明による走査時におけるこの幾何学的状況に相応して、検査対象の走査領域（ＦＯＶ＝Field of View）の投影の大きさは、後続の位相格子Ｇ1の利用領域に対して、および分析器‐検出器システムの後続の利用領域に対しても、比例関係にある。
【００４６】
図４に示す焦点‐検出器システムのやはり本発明に係る変形例では、位相格子と後続の分析‐検出器システムとの間の距離ｄがかなり拡大されている。本発明者達は、一層高いタルボ次数ｍを選択することによって、および／または位相格子周期ｇ1を拡大することによって、一層大きなタルボ距離を達成できることを認識した。ｇ1の拡大は分析格子の大きな周期も引き起こす。しかしなかんずく被走査定在波場の周期、従って分析格子の周期は、幾何学的拡大によって拡大される。これによりアスペクト比が低下し、それゆえ格子の製造は容易になる。分析‐検出器システムが分析格子なしに実施される場合、有利には上記幾何学によって、検出器の位置分解能に対する要求は僅かに高く選択することができる。
【００４７】
干渉を形成するための位相格子Ｇ1と後続の分析‐検出器システムとを有し、検出器が個々の検出素子に分割され、検出器の位置分解能を決定するこれらの検出素子が位相格子の格子線に相応して再度条帯状に細分されて検出素子ごとの位相シフトを測定する焦点‐検出器システムのこのような変形例が図５に示されている。ここでも、位相格子Ｇ1と後続の検出器Ｄとの間の距離ｄはタルボ距離ｄmに一致するように大きく選択されている。
【００４８】
図６および図７に示す変形例の焦点‐検出器システムでは、焦点Ｆと検査対象Ｐとの間に追加の線源格子Ｇ0が介装されており、焦点Ｆが拡張された際にも準コヒーレントＸ線を生成することができ、これにより、著しく高い出力／強度で処理することができる。
【００４９】
これにより、このような焦点‐検出器システムは医療で利用される投影によるＸ線装置またはコンピュータ断層撮影システムと合せても利用することも可能である。
【００５０】
図６および図７において格子相互の距離比は図３、図４の距離比に一致している。
【００５１】
医療応用の例として図８に示したコンピュータ断層撮影システム１は１つまたは選択的に２つの本発明に係る焦点‐検出器システムを有する。図示されたガントリハウジング６内に第１Ｘ線管２と対向する検出器システム３とがあり、上述した図面に示したような位相格子も検出器システムに一体化されている。代替的に、第２Ｘ線管４と第２検出器システム５とを有する他の焦点‐検出器システムを追加的に配置しておくことができる。検査対象としての患者７は、ガントリの開口部を通して、システム軸線９に沿って走査するために移動可能な患者寝台８によって動かすことができる。コンピュータ断層撮影システムの制御および評価は制御および演算ユニット１０によって実行され、この制御および演算ユニット１０内にある記憶装置がプログラムＰｒｇ1〜Ｐｒｇnを含んでいる。この制御および演算ユニット１０内で画像の評価とその再構成も実行することができる。
【００５２】
指摘しておくなら、この明細書に示された焦点‐検出器システムを用いて位相コントラスト測定を行うことができるだけでなく、付加的に吸収測定も実行することができる。個々の各ピクセルを評価すると、位相情報および吸収情報が得られる。
【００５３】
自明のことであるが、本発明の前記特徴はその都度記載した組合せにおいてだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく別の組合せや単独でも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】位相格子と分析格子と検出器とを有し干渉現象を表示する焦点‐検出器装置の縦断面原理図
【図２】分析格子と干渉パターンとの相対的位置に依存した、選択された検出素子での強度推移を示す図
【図３】強い拡大作用と分析器‐検出器システムの近傍に配置された位相格子とを有する本発明に係る焦点‐検出器組合せ体の概略断面図
【図４】強い拡大作用と検査対象の近傍に配置された位相格子とを有する本発明に係る焦点‐検出器組合せ体の概略断面図
【図５】分析格子なしの分析器‐検出器システムを使用し強い拡大作用を有する本発明に係る焦点‐検出器組合せの概略断面図
【図６】Ｘ線源に線源格子を追加し強い拡大作用と分析器‐検出器システムの近傍に位相格子とを有する本発明に係る焦点‐検出器組合せの概略断面図。
【図７】Ｘ線源に線源格子を追加し強い拡大作用と検査対象の近傍に配置された位相格子とを有する本発明に係る焦点‐検出器組合せの概略断面図
【図８】Ｘ線源に線源格子を追加し拡大作用と位相格子とを有する本発明に係る焦点‐検出器組合せを有するコンピュータ断層撮影システムの概略図
【符号の説明】
【００５５】
１  コンピュータ断層撮影システム
２  第１Ｘ線管
３  第１検出器
４  第２Ｘ線管
５  第２検出器
６  ガントリハウジング
７  患者
８  患者寝台
９  システム軸線
１０  制御および演算ユニット
１１  記憶装置
ｄ  位相格子Ｇ1と分析格子Ｇ2との距離
Ｄ  検出器
ｄm  タルボ距離
Ｅi、Ｅj  検出素子
Ｆ  焦点
Ｇ0  線源格子
Ｇ1  位相格子
Ｇ2  分析格子
ｇ1、ｇ2  格子周期
Ｉ（ＥX（ｘG））  格子ずれｘGにおいて検出素子ＥXで測定された強度
Ｉ  光子流の測定された強度
Ｍ  干渉パターン
Ｐ  試料
Ｐｒｇn  プログラム
ＱＤ  線源と分析器‐検出器システムとの距離
ＱＰ  線源と試料との距離
ｒ1  焦点と位相格子との半径方向距離
ｒ2  焦点と分析器‐検出器システムとの半径方向距離
Ｓi  Ｘ線ビーム
ｘG  分析格子のずれ
φ  検出素子ＥXでの位相シフト
φij  検出素子間の相対的位相シフト
λ  利用されたＸ線の波長
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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