(57)【要約】  関心オブジェクトを通過した後に検知器おいて受信されるＸ線信号の強度は、関心オブジェクトによって引き起こされる減衰、位相変化及び散乱の関数である。従来からのＸ線システムにおいて、これらのコンポーネントを分解することはできなかった。本出願は、関心オブジェクトの部分における位相差によって引き起こされる干渉計パターンの変動に対して非感受性のＸ線測定技術について論じる。従って、受信される強度測定は、減衰及び散乱コンポーネントのみによって引き起こされるものである。このような位相不変なイメージャを使用した関心オブジェクトの２つの個別の測定を行うことによって、減衰及び散乱コンポーネントは分離され、いわゆる「暗視野」効果から起こる、撮像される関心オブジェクトについての有益な追加的情報を提供する。
2018519866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源と、
位相格子と、
分析格子と、
Ｘ線検知器と、
処理ユニットとを備える関心オブジェクトを撮像するためのＸ線撮像システムであって、
前記Ｘ線源、前記位相格子、前記分析格子、及び前記Ｘ線検知器は、光路内に配置され、
前記Ｘ線源は、前記光路内に位置し得る関心オブジェクトにＸ線を照射し、
前記分析格子は、前記Ｘ線検知器の近傍に備えられるか、又は前記Ｘ線検知器と一体的に形成され、
前記位相格子は、前記分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備える、Ｘ線放射における干渉パターンを生成し、前記干渉パターンの前記強度ピークは、前記分析格子の前記透明セクションを通過して前記Ｘ線検知器に入射し、
前記Ｘ線検知器は、第１の干渉パターンを測定することによって第１のＸ線信号を生成し、及び第２の干渉パターンを独立して測定することによって第２のＸ線信号を生成し、前記干渉パターンは、前記Ｘ線放射と前記光路内の前記関心オブジェクトとの相互作用を示し、
前記処理ユニットは、前記第１及び前記第２のＸ線信号を使用して、前記第１及び前記第２の干渉パターンの減衰コンポーネント及び暗視野コンポーネントを計算する、
Ｘ線撮像システム。
【請求項２】
前記Ｘ線検知器は、第１の光子エネルギーを検知することによって前記第１のＸ線信号を生成し、第２の光子エネルギーを検知することによって前記第２のＸ線信号を生成するエネルギー感受性検知器であり、前記第１及び前記第２の光子エネルギーは互いに異なる、
請求項１に記載のＸ線撮像システム。
【請求項３】
前記Ｘ線撮像システムは、前記第１のＸ線信号及び前記第２のＸ線信号の各々を合成信号として生成し、前記第１のＸ線信号は干渉性Ｘ線によって行われる第１の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第２の測定に基づき、前記第２のＸ線信号は干渉性Ｘ線によって行われる第３の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第４の測定に基づく、
請求項１に記載のＸ線撮像システム。
【請求項４】
前記光路内に位置し得る、前記Ｘ線が干渉性である第１の状態と前記Ｘ線と相互作用して前記Ｘ線が非干渉性になるようにする第２の状態とに構成され得る選択式Ｘ線散乱体を更に備え、
前記第１及び前記第３の測定は前記第１の状態にある前記選択式Ｘ線散乱体とともに行われ、前記第２及び前記第４の測定は前記第２の状態にある前記選択式Ｘ線散乱体とともに行われ、
前記減衰及び前記暗視野コンポーネントは、前記第１の測定、前記第２の測定、前記第３の測定、及び前記第４の測定を使用して計算される、
請求項３に記載のＸ線撮像システム。
【請求項５】
前記Ｘ線検知器は、Ｘ線散乱体によって覆われた第１のセクションと、前記Ｘ線散乱体によって覆われていない第２のセクションとを備え、
前記Ｘ線撮像システムは、前記Ｘ線検知器の前記第１のセクションを使用して前記第１のＸ線信号を生成し、前記Ｘ線検知器の前記第２のセクションを使用して前記第２のＸ線信号を生成する、
請求項１に記載のＸ線撮像システム。
【請求項６】
前記位相格子は、前記干渉パターンを、前記干渉パターンの周期の半分よりも小さい前記半値全幅距離を有する前記強度ピークを有するように生成する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＸ線撮像システム。
【請求項７】
前記Ｘ線撮像システムは、ＣＴスキャナ、Ｃアームスキャナ、乳房Ｘ線撮影スキャナ、トモシンセシススキャナ、診断Ｘ線スキャナ、前臨床撮像スキャナ、非破壊試験スキャナ、又は荷物セキュリティスキャナのグループから選択される、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＸ線撮像システム。
【請求項８】
ａ）Ｘ線源を使用して、関心オブジェクトにＸ線放射を照射するステップと、
ｂ）位相格子に前記Ｘ線放射を照射するステップであって、
前記位相格子は、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備える、前記Ｘ線放射における干渉パターンを生成し、前記干渉パターンの前記強度ピークは、前記分析格子の前記透明セクションを通過してＸ線検知器に入射する、ステップと、
ｃ）前記分析格子に前記Ｘ線放射を照射するステップであって、
前記分析格子は、前記Ｘ線検知器の近傍に備えられるか、又は前記Ｘ線検知器と一体的に形成される、ステップと、
ｄ）前記Ｘ線検知器によって第１の干渉パターンを測定することによって第１のＸ線信号を生成するステップと、
ｅ）前記Ｘ線検知器によって第２の干渉パターンを独立して測定することによって、第２のＸ線信号を生成するステップと、
ｆ）前記第１及び前記第２のＸ線信号を使用して、照射されたＸ線の減衰コンポーネント及び暗視野コンポーネントを計算するステップであって、
前記第１及び前記第２の干渉パターンは、前記Ｘ線放射と光路内の前記関心オブジェクトとの相互作用を示す、
Ｘ線撮像のための方法。
【請求項９】
前記ステップｄ）において、前記第１のＸ線信号は第１の光子エネルギーを検知することによって生成され、
前記ステップｅ）において、前記第２のＸ線信号は第２の光子エネルギーを検知することによって生成され、前記第１及び前記第２の検知された光子エネルギーは互いに異なる、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップｄ）において、前記第１のＸ線信号は、干渉性Ｘ線によって行われる第１の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第２の測定に基づく合成信号として生成され、
前記ステップｅ）において、前記第２のＸ線信号も、干渉性Ｘ線によって行われる第３の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第４の測定に基づく合成信号として生成される、
請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
ｄ１）前記光路内に位置し得る選択式Ｘ線散乱体を、前記Ｘ線が干渉性であるように第１の状態に切り換えるステップと、
ｄ２）前記第１の測定を実施するステップと、
ｄ３）前記選択式Ｘ線散乱体を、前記Ｘ線と相互作用し前記Ｘ線が非干渉性になるように前記光路内で第２の状態に位置づけるステップと、
ｄ４）第２の測定を実施するステップと、
ｅ１）前記選択式Ｘ線散乱体を、前記Ｘ線が干渉性になるように前記光路外で前記第１の状態に位置づけるステップと、
ｅ２）第３の測定を実施するステップと、
ｅ３）前記選択式Ｘ線散乱体を、前記Ｘ線と相互作用し前記Ｘ線が非干渉性になるように前記光路内で前記第２の状態に位置づけるステップと、
ｅ４）第４の測定を実施するステップと、をさらに有し、
前記ステップｆ）において、前記減衰及び前記暗視野コンポーネントは、前記第１の測定、前記第２の測定、前記第３の測定、及び前記第４の測定を使用して計算される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップｄ）において、前記第１のＸ線信号は、Ｘ線散乱体によって覆われた前記Ｘ線検知器の第１のセクションを使用して生成され、
前記ステップｅ）において、前記第２のＸ線信号は、前記Ｘ線散乱体によって覆われていない前記Ｘ線検知器の第２のセクションを使用して生成される、
請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
処理ユニットによって実行されたときに、請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の方法のステップを実施する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＸ線撮像システムを制御するためのコンピュータプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ可読媒体。
【請求項１５】
Ｘ線検知器であって、前記Ｘ線検知器の近傍に又は前記Ｘ線検知器と一体的に形成された静的な分析格子を有する前記Ｘ線検知器と、
前記分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備える、Ｘ線放射における干渉パターンを生成するように構成され、前記干渉パターンの前記強度ピークは、前記分析格子の前記透明セクションを通過して設置された前記Ｘ線検知器に入射する、位相格子と、
請求項１４に記載のコンピュータ可読媒体とを備える、旧来のＸ線スキャナをレトロフィットするための部品のキットであって、
前記旧来のＸ線スキャナに前記部品のキットを設置することで、前記旧来のＸ線スキャナが前記第１及び前記第２の干渉パターンの減衰コンポーネントと暗視野コンポーネントとを計算することを可能にする、
部品のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関心オブジェクトを撮像するためのＸ線撮像システム、Ｘ線撮像のための方法、コンピュータプログラム要素、コンピュータ可読媒体、及び旧来のＸ線スキャナをレトロフィットするための部品のキットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＸ線撮像は、例えば従来からのＸ線フィルム、又はデジタル検知器を使用して、Ｘ線ビームが関心オブジェクトを通過した後にＸ線ビームの強度プロファイルをサンプリングすることを伴う。しかしながら、関心オブジェクトにおける種々の材料は、Ｘ線ビームの位相に種々の形で影響し、関心オブジェクトの内部構造について別の情報源を提供する。これまでは、この情報は失われていた。位相コントラストＸ線撮像は、撮像されるオブジェクトによってＸ線に引き起こされる位相変化の存在を活用する。
【０００３】
位相コントラストＸ線撮像のセットアップにおいては、Ｘ線源は、位相格子を照らし、位相格子を越えたところで、Ｘ線検知器によって検知されるＸ線の極大値及び極小値の干渉計パターンを確立する。位相格子に入射したＸ線ビームの一部分の位相における変化は、干渉計パターンの関連する部分を、Ｘ線検知器の平面において変位させる。Ｘ線検知器の解像度は、しばしば、干渉パターンを直接的にサンプリングするほどに良好ではない。従って、可動式の分析格子が設けられる。位相コントラストイメージャは、分析格子をＸ線検知器の平面を横断して決まった回数のステップで移動させることによって干渉パターンをサンプリングし、そのようにして位相シフトに関する情報を導出する。
【０００４】
ＷＯ２０１４／２０６８４１は、位相コントラスト撮像システムに関する。しかしながら、そのようなシステムは更に改良され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、Ｘ線撮像のための改良された技術を得ることは有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的で、本発明の第１の態様は、関心オブジェクトを撮像するためのＸ線撮像システムを提供する。システムは、Ｘ線源と、位相格子と、分析格子と、Ｘ線検知器と、処理ユニットとを備える。
【０００７】
Ｘ線源、位相格子、分析格子、及びＸ線検知器は、光路内に配置される。Ｘ線源は、光路内に位置し得る関心オブジェクトにＸ線を照射するように構成される。
【０００８】
分析格子は、Ｘ線検知器の近傍に備えられるか、又はＸ線検知器と一体的に形成される。位相格子は、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備える、Ｘ線放射における干渉パターンを生成するように構成され、干渉パターンの強度ピークは、分析格子の透明セクションを通過してＸ線検知器に入射する。
【０００９】
Ｘ線検知器は、第１の干渉パターンを測定することによって第１のＸ線信号を測定し、及び第２の干渉パターンを独立して測定することによって第２のＸ線信号を生成するように構成される。位相格子によって生成される干渉パターンは、Ｘ線放射と光路内の関心オブジェクトとの相互作用を示す。第１及び第２のＸ線信号の生成に際して、使用されるＸ線放射の物理的特性における差異が活用される。
【００１０】
処理ユニットは、第１及び第２のＸ線信号を使用して、第１及び第２の干渉パターンの減衰コンポーネント及び暗視野コンポーネントを計算するように構成される。
【００１１】
本発明のこの態様によると、移動式分析格子を使った、又は代替的に位相コントラスト構成の線源格子又は焦点を移動させることによる位相ステッピングを使用した干渉パターンのサンプリングを必要としないＸ線撮像システムが提供される。従って、格子をベースにしたスキャナの機械的な複雑さが減じられ得る。加えて、より迅速なＸ線取得時間が可能である。この技術は、ＣＴスキャンへの適用がより容易でもある。というのは、ＣＴスキャナの回転頭部において位相ステッピングを行うのは困難だからである。
【００１２】
本発明の第２の態様によると、Ｘ線撮像のための方法が提供される。方法は、以下の、
ａ）Ｘ線源を使用して、関心オブジェクトにＸ線放射を照射するステップと、
ｂ）位相格子にＸ線放射を照射するステップであって、位相格子は、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備える、Ｘ線放射における干渉パターンを生成するように構成され、干渉パターンの強度ピークは、分析格子の透明セクションを通過してＸ線検知器に入射する、ステップと、
ｃ）分析格子にＸ線放射を照射するステップであって、分析格子は、Ｘ線検知器の近傍に備えられるか、又はＸ線検知器と一体的に形成される、ステップと、
ｄ）Ｘ線検知器によって第１の干渉パターンを測定することによって第１のＸ線信号を生成するステップと、
ｅ）Ｘ線放射と光路内の関心オブジェクトとの相互作用を示す第２の干渉パターンを測定することによって、第２のＸ線信号を生成するステップと、
ｆ）第１及び第２のＸ線信号を使用して、第１及び第２の干渉パターンの減衰コンポーネント及び暗視野コンポーネントを計算するステップと
を、有する。
【００１３】
本発明の第３の態様によると、上述のシステムを制御するためのコンピュータプログラム要素が提供され、コンピュータプログラム要素は、処理ユニットによって実行されたときに、上述の方法のステップを実施するように適合される。
【００１４】
本発明の第４の態様によると、前述のプログラム要素を記憶したコンピュータ可読媒体が提供される。
【００１５】
本発明の第５の態様によると、旧来のＸ線スキャナをレトロフィットするための部品のキットが提供される。
【００１６】
部品のキットは、Ｘ線検知器であって、Ｘ線検知器の近傍に又はＸ線検知器と一体的に形成された分析格子を有するＸ線検知器と、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備える、Ｘ線放射における干渉パターンを生成するように構成され、干渉パターンの強度ピークは、分析格子の透明セクションを通過して設置されたＸ線検知器に入射する、位相格子と、上記の説明によるコンピュータ可読媒体とを備える。
【００１７】
旧来のＸ線スキャナに部品のキットを設置することで、旧来のＸ線スキャナがＸ線の減衰コンポーネント及び暗視野コンポーネントを計算することを可能にする。
【００１８】
別の観点では、本発明の概念は、２つの個別の測定を使用して強度プロファイルを測定することであり、すなわち、干渉パターンを生成する際に使用されるＸ線放射の物理的特性が測定の間で異なっている。その結果、強度パターンの減衰及び暗視野コンポーネントが計算され得る。これは、分析格子によるＸ線検知器の位相不変な検知挙動及び比較的細い強度極大値を有する干渉縞によって可能になる。従って、干渉計デバイスはＸ線における位相シフトに対して非感受性になる。
【００１９】
本発明は、病院などの臨床的環境における有用な適用を可能にする。より具体的には、本発明は、患者の医学的診断のための乳房Ｘ線撮影、放射線診断学、治療Ｘ線造影法、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）などの撮像モダリティにおける適用に非常に適している。加えて、本発明は、産業環境における有用な適用を可能にする。より具体的には、本発明は、非破壊検査（例えば、生物学的及び非生物学的サンプルの組成、構造並びに／又は品質に関する分析）及びセキュリティスキャン（例えば、空港での荷物のスキャン）における適用に非常に適している。
【００２０】
以下の説明において、「強度プロファイル」という用語は、Ｘ線検知器の平面を横断して検知されたＸ線ビームのエネルギーの範囲を指す。従って、ピクセル化されたＸ線検知器において、Ｘ線撮像システムによって不均一な材料が撮像されるとき、各ピクセルは、Ｘ線強度について異なる値を記録する。
【００２１】
各ピクセルにおいて検知される強度プロファイルの強度は、Ｘ線の吸収によって引き起こされる減衰コンポーネント、撮像される材料によって誘起されるＸ線の位相変化によって引き起こされる位相コンポーネント、及び材料内でのＸ線の小角散乱によって引き起こされる散乱コンポーネントの関数である。従って、各ピクセルにおいて検知される強度は、これら３つのコンポーネントの関数である。位相格子が存在するとき、Ｘ線検知器平面を横断する強度プロファイルは、Ｔａｌｂｏｔカーペットなどの干渉計パターンの形態をとる。
【００２２】
強度プロファイルは、少なくとも１つの「強度極大値」を有する。これは、最も高い強度を有する強度プロファイルにおけるポイントである。もちろん、干渉計パターンは反復的なパターンであるので、強度プロファイルは多数の極大値を有するとも考えられ得る。
【００２３】
「強度ピーク」は強度極大値と、ピーク時のエネルギーがある定められた値まで低下する前にピークのどちらの側にもある一定の距離とを有する。ピークは、「半値全幅距離」によって定義される。
【００２４】
所与の数学的関数の「半値全幅距離」は、従属変数がその極大値の半分に等しい位置における２つの独立変数の間の距離である。従って、強度極大値の強度の半分の大きさの強度を有する、強度極大値の両側における２つのポイントの間の距離が、半値全幅距離の定義である。
【００２５】
「Ｘ線信号」は、Ｘ線検知器の平面を横断してＸ線検知器に入射するＸ線の強度を表す一連のピクセル強度値である。
【００２６】
以下の説明において、「分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い」という語句は、強度ピークの半値全幅距離が、後続の分析格子の幅よりずっと小さいことを意味する。強度プロファイルを定義する手法の１つは、半値全幅基準を使用することによるものである。
【００２７】
換言すれば、本発明の態様は、狭い干渉縞が、干渉縞よりも大幅に広い透明セクションを有する分析格子に印加されたとき、撮像される材料の位相における変化はＸ線検知器によって検知されないという事実を活用する。これは、診断中のオブジェクトによって誘起される位相変化が干渉パターンの一部分を移動させたとしても、干渉極大値が送信されるＸ線エネルギーの大部分を保持し、干渉極大値は非常に細いため、それらは１つの分析器トレンチ内でのみ移動可能であることにより可能となる。極端な位相シフトが起こらない限り、干渉極大値は分析格子の格子バーと衝突しない。従って、診断中の材料によって誘起される相当な大きさの位相変化でさえも、連続的なＸ線検知器ピクセルを同時に照らす干渉極大値をもたらすことはなく、生成される干渉パターンは実質的に、Ｘ線放射の減衰及び小角散乱（暗視野コンポーネント）を表すコンポーネントのみを含む。
【００２８】
いかなる位相シフトコンポーネント信号の変動もないとき、Ｘ線検知器における強度の２つの個別の測定（すなわち、Ｘ線放射の物理的特性における差異を活用した測定）のみが、入射するＸ線の減衰コンポーネント及び散乱コンポーネントを解きほぐすために必要とされる。従って、ステップ式（移動式）の分析格子によるサンプリングを必要としない干渉計を使用した撮像機構が提供される。従って、有利には、Ｘ線の暗視野コンポーネントについての情報が、より単純でより効率的な撮像システムを使用して導出され得る。
【００２９】
本発明によるＸ線撮像システムの例において、異なっている物理的特性は、Ｘ線放射のエネルギーレベルである。この場合は、特には、Ｘ線検知器は、第１の光子エネルギーを検知することによって第１のＸ線信号を生成し、第２の光子エネルギーを検知することによって第２のＸ線信号を生成するように構成されたエネルギー感受性検知器であり、第１及び第２の光子エネルギーは互いに異なる。
【００３０】
本発明によるＸ線撮像システムの別の例において、Ｘ線放射の干渉性における差異が使用される。
【００３１】
この場合は、好ましくは、Ｘ線撮像システムは、第１のＸ線信号及び第２のＸ線信号の各々を合成信号として生成するように構成され、第１のＸ線信号は干渉性Ｘ線によって行われる第１の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第２の測定に基づき、第２のＸ線信号は干渉性Ｘ線によって行われる第３の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第４の測定に基づく。
【００３２】
本発明によるＸ線撮像システムの別の例において、Ｘ線撮像システムは、光路内に位置し得る、Ｘ線が干渉性である第１の状態とＸ線と相互作用してそれらが非干渉性になるようにする第２の状態とに構成され得る選択式Ｘ線散乱体を更に備え、第１及び第３の測定は第１の状態にある選択式Ｘ線散乱体とともに行われ、第２及び第４の測定は第２の状態にある選択式Ｘ線散乱体とともに行われ、減衰及び暗視野コンポーネントは、第１の測定、第２の測定、第３の測定、及び第４の測定を使用して計算される。
【００３３】
本発明によるＸ線撮像システムの別の例において、Ｘ線検知器は、Ｘ線散乱体によって覆われた第１のセクションと、Ｘ線散乱体によって覆われていない第２のセクションとを備え、Ｘ線撮像システムは、Ｘ線検知器の第１のセクションを使用して第１のＸ線信号を生成し、Ｘ線検知器の第２のセクションを使用して第２のＸ線信号を生成するように構成される。
【００３４】
本発明によるＸ線撮像システムの別の例において、位相格子は、干渉パターンを、干渉パターンの周期の半分よりも小さい半値全幅距離を有する強度ピークを有するように生成するように構成される。
【００３５】
本発明によるＸ線撮像システムの別の例において、Ｘ線撮像システムは、ＣＴスキャナ、Ｃアームスキャナ、乳房Ｘ線撮影スキャナ、トモシンセシススキャナ、診断Ｘ線スキャナ、前臨床撮像スキャナ、非破壊試験スキャナ、又は荷物セキュリティスキャナのグループから選択される。
【００３６】
本発明によるＸ線撮像方法の方法の例において、第１のＸ線信号は第１の光子エネルギーを検知することによって生成され、第２のＸ線信号は第２の光子エネルギーを検知することによって生成され、第１及び第２の検知された光子エネルギーは互いに異なる。
【００３７】
本発明によるＸ線撮像方法の方法の別の例において、第１のＸ線信号は、干渉性Ｘ線によって行われる第１の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第２の測定に基づく合成信号として生成され、第２のＸ線信号も又、干渉性Ｘ線によって行われる第３の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第４の測定に基づく合成信号として生成される。
【００３８】
本発明によるＸ線撮像方法の方法の別の例は、光路内に位置し得る選択式Ｘ線散乱体を、Ｘ線が干渉性であるように第１の状態に切り換えるステップと、第１の測定を実施するステップと、選択式Ｘ線散乱体を、Ｘ線と相互作用しＸ線が非干渉性になるように光路内で第２の状態に位置づけるステップと、第２の測定を実施するステップと、選択式Ｘ線散乱体を、Ｘ線が干渉性になるように光路外で第１の状態に位置づけるステップと、第３の測定を実施するステップと、選択式Ｘ線散乱体を、Ｘ線と相互作用しＸ線が非干渉性になるように光路内で第２の状態に位置づけるステップと、第４の測定を実施するステップと、を有し、減衰及び暗視野コンポーネントは、第１の測定、第２の測定、第３の測定、及び第４の測定を使用して計算される。
【００３９】
本発明によるＸ線撮像方法の別の例において、第１のＸ線信号は、Ｘ線散乱体によって覆われたＸ線検知器の第１のセクションを使用して生成され、第２のＸ線信号は、Ｘ線散乱体によって覆われていないＸ線検知器の第２のセクションを使用して生成される。
【００４０】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかであり、それらを参照することで明瞭になるであろう。
【００４１】
本発明の例示的な実施形態が、以下の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の態様による、関心オブジェクトを撮像するためのＸ線撮像システムを示す図である。
【図２Ａ】位相格子構造からもたらされる、伝播された波の位相プロファイルを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａの位相格子構造によって引き起こされる干渉パターンを示す図である。
【図３】Ｘ線検知器の一部分を図示する図である。
【図４Ａ】異なった干渉極大値の位置を有するＸ線検知器の一部分を図示する図である。
【図４Ｂ】微細構造を有するオブジェクトを撮像したときのＸ線検知器を図示する図である。
【図５】Ｘ線撮像システムの別の例を図示する図である。
【図６】本発明の第２の態様による方法を図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
Ｘ線撮像の場合、著しい量の情報が、いわゆる「暗視野」によって保持され、この情報は、臨床的状況において、撮像されたオブジェクトについて有益な情報を提供する。暗視野は、撮像されているオブジェクト内でのＸ線の小角散乱のメカニズムによって形成された画像コントラスト特性である。そのような散乱は、撮像されるオブジェクトについての補完的な、さもなければ、入手の難しい構造的情報を提供する。
【００４４】
Ｘ線パターンの強度は、パターンの減衰コンポーネント、位相変化コンポーネント、及び散乱コンポーネントの関数として決定される。
【００４５】
以前は強度プロファイルの暗視野コンポーネントを容易に分解することができなかったため、典型的には、暗視野情報は失われてしまう。従来は（微分位相コントラスト撮像において）、強度プロファイルは、縞位相実現の完全なサイクルにわたって分析格子をステッピング移動させ、分析格子のステッピング移動（又は線源格子若しくはＸ線源の焦点の移動）によって観察される結果的な強度変調を測定することによって撮像される。
【００４６】
この変調から、Ｘ線ビームの位相変化コンポーネントが決定され得る。このような位相ステッピングは機械的に複雑である。取得時間が短時間である状況においてこの技術を使用することは難しい。機械的に複雑なマシンはより高価にもなるであろう。例えば、ＣＴ撮像では、画像取得中のガントリーの回転が、各角度のビューについて古典的な位相ステッピングを許さない。
【００４７】
本発明の第１の態様によると、関心オブジェクトを撮像するためのＸ線撮像システム１０が提供される。システムは、Ｘ線源１２と、位相格子１４と、分析格子１６と、Ｘ線検知器１８と、処理ユニット２０とを備える。
【００４８】
Ｘ線源１２、位相格子１４、分析格子１６、及びＸ線検知器１８は、光路２２内に配置される。Ｘ線源１２は、光路２２内に位置し得る関心オブジェクト２８にＸ線を照射するように構成される。分析格子１６は、Ｘ線検知器１８の近傍に備えられるか、又はＸ線検知器１８と一体的に形成される。関心オブジェクト２８は除去可能であり、本発明の一部でないことは理解されよう。
【００４９】
位相格子１４は、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する極大値を有する強度プロファイルを備える、Ｘ線放射における干渉パターンを生成するように構成される。強度極大値は、分析格子の透明セクションを通過してＸ線検知器１８に入射する。典型的には、複数の微細な干渉極大値を有する適切なＸ線干渉計パターンを生成可能な特別な格子を使用して、Ｔａｌｂｏｔ干渉計が適用される。
【００５０】
本発明の実施形態によると、位相格子は、Ｔａｌｂｏｔカーペットを生成するように構成される。
【００５１】
Ｘ線検知器１８は、第１の干渉パターンを測定することによって第１のＸ線信号を生成するように構成される。Ｘ線検知器は、第２の干渉パターンを測定することによって第２のＸ線信号を生成するように構成される。干渉パターンは、Ｘ線放射と光路内の関心オブジェクトとの相互作用を示す。処理ユニット２０は、第１及び第２のＸ線信号を使用して、第１及び第２の干渉パターンの減衰コンポーネント及び暗視野コンポーネントを計算するように構成される。好ましくは、第１及び第２のＸ線信号の生成に際して、Ｘ線放射の異なる物理的性質が活用される。
【００５２】
図１は、本発明の第１の態様によるシステム１０の例を図示する。例えば回転アノードＸ線チューブ２４を備えるＸ線源１２が図示される。Ｘ線チューブから発せられる放射は非干渉性である。干渉分光法は干渉性の放射の使用を前提としている。従って、Ｘ線回転チューブが線源２４として使用されるときは、干渉性放射を提供するように設計された線源格子２６を通してＸ線ビームを照射することによって干渉性Ｘ線が提供される。もちろん、線源格子を使用することなく干渉性のＸ線放射を提供する方法もある。
【００５３】
代替的な実施形態によると、Ｘ線源は、シンクロトロン又は自由電子レーザーである。
【００５４】
干渉性の線源が使用できるときは、任意選択的に、線源格子２６は省略されてよい。光路２２は、Ｘ線源１２と位相格子１４との間に一列に位置する。位相格子１４の向こうには、Ｘ線検知器１８に近接近して備えられるか、又はＸ線検知器１８と一体的に形成された分析格子１６がある。
【００５５】
Ｘ線検知器１８は、複数のピクセルを備え、これらはピクセルに入射するＸ線光の強度に比例する電気信号を発する。代替的に、Ｘ線検知器１８は、異なるエネルギーの光子を異なるエネルギービンに分解することができるエネルギー分解光子計数検知器（ｅｎｅｒｇｙ−ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ  ｐｈｏｔｏｎ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）であってもよい。
【００５６】
Ｘ線源１２が通電されると、Ｘ線ビームが線源格子２６に入射する。関心オブジェクト２８が照らされ、位相格子１４は、Ｘ線放射における位相格子１４の後に干渉パターンを確立する。従って、括弧３０によって規定される空間は干渉計であると見なされる。干渉パターンの縞は、分析格子１６に入射する。分析格子の一セクションは、金などのＸ線遮断材料からなり、干渉パターンの入射セクションを遮断する。逆に、分析格子の透明部分は、その場所において入射したＸ線放射がＸ線検知器１８に続いて入射し、検知されることを可能にする。
【００５７】
処理ユニット２０は、Ｘ線検知器から複数の信号３２を収集するように構成され、これらは読み出し電子機器３２を使用して収集され、前処理される。処理ユニット２０は、減衰及び／又は散乱による受信された第１及び第２の干渉パターンのコンポーネントをそれぞれ計算する。次いで、減衰及び散乱コンポーネントは、後続のシステム３５に出力される。後続のシステムは、例えば、記憶装置、観察モニタ、又は通信接続である。
【００５８】
括弧３４及び３６によって囲まれる干渉計の領域において得られる干渉パターンは、関心オブジェクト２８によって引き起こされる位相の乱れを有さない。というのは、Ｘ線が関心オブジェクトを通過しなかったからである。その一方、括弧３８によって表される関心オブジェクト２８の直接的な光路における干渉パターンは、Ｘ線検知器平面１８にわたって転換される。
【００５９】
次に図２Ａを参照すると、本発明の実施形態による位相格子１４の更なる詳細が論じられる。位相格子１４は、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備える、Ｘ線放射における干渉パターンを生成するように構成される。
【００６０】
分析格子の透明セクションに比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを生成するために、位相格子は微細な干渉縞を生成するように設計されなければならず、分析格子は典型的なものよりも広いデューティサイクルを有するように設計されなければならない。図２Ａは、パターンの周期性の半分よりも著しく小さい半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する強度極大値を有する干渉パターンを生成するように設計された位相格子構造に関連する伝播された波の位相プロファイルを図示する。
【００６１】
国際公開番号ＷＯ２０１２／１０４７７０Ａ２号は、このような位相格子の設計を偏光構造プレートとして論じている。
【００６２】
図２Ａにおいて、ｘ軸４２は、位相格子１６の平面を横断する横方向寸法を表す。ｙ軸４４は、格子を横断する横方向寸法のあるポイントにおけるＸ線位相差（＋πラジアンから−πラジアンの範囲）を示す。
【００６３】
図２Ｂは、図２Ａの位相格子構造が位相格子１６として適用され、分析格子が存在しないときのＸ線検知器の平面を横断する伝播された波の強度プロファイルを図示する。
【００６４】
図２Ｂのｘ軸４６は、典型的な干渉パターンを横断する横方向寸法をマイクロメートル単位で示す。ｙ軸４８は、干渉計における検知器平面を横断する標準化されたＸ線強度を示す。図示されるように、図２Ａに示される位相格子構造は、検知器において、平方シンク関数（ｓｑｕａｒｅｄ  ｓｉｎｃ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の形に近い形の２つのピークを有する伝播された波の強度プロファイルをもたらす。従って、干渉縞は、従来のステップ式の位相コントラストシステムにおいて期待される通常の正弦波強度プロファイルよりもいっそう微細になる。
【００６５】
図３を参照すると、Ｘ線検知器構成５０が図示される。Ｘ線検知器構成５０は、Ｘ線検知器１８のピクセル５６が作成されたシリコンウェハ５２と、複数の分析格子ライン５４とを備える。分析格子ラインは、Ｘ線を吸収する高密度の材料から作られる。例えば、分析格子は金から作られ得る。
【００６６】
分析格子は、Ｘ線検知器１８（シリコンウェハ５２内に作成される）の近傍に備えられるか、又はＸ線検知器１８と一体的に形成される。従って、図３に示された実施形態においては、例えば、分析格子ライン５４は、沈着プロセスによって沈着されたものであるので、シリコンウェハ５２に直接的に取り付けられる。代替的に、分析格子ライン５４は、別のＸ線透過材料に配置され、シリコンウェハ５２の近傍に保持されてもよい。
【００６７】
シリコンウェハ５２は、複数のＸ線検知器ピクセル５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄを備える。ピクセル５６は、Ｘ線放射に晒されると、読み出し電子機に検知されて更なる処理のために送られる電気信号を発する。送信される電気信号の大きさは、各ピクセルに入射するＸ線の強度に比例する。
【００６８】
代替的に、エネルギー分解検知器ピクセル（及び付随する回路）は、異なるエネルギーを有する光子を同定し、それらを特定のエネルギービンに割り当てることができる。
【００６９】
図３において、分析格子は、ピッチＷｇ、格子ライン厚ｔｇ、高さｈｇを有する。分析格子ライン５４のうちの１つによって覆われていないシリコンウェハの部分は、透明格子部分であると見なされ、分析格子ライン５４に比べて、Ｘ線放射が減衰せずに通過することを可能にする。ピッチＷｇは、格子ラインの幅に透明格子部分の幅を足したものである。位相格子（不図示）を通過したＸ線は、分析格子ライン５４に入射する。Ｘ線波頭は矢印５８で示される。
【００７０】
本発明の実施形態による位相格子を使用することで、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、及び６０ｄによって表される微細な干渉縞は、それぞれ、透明格子部分を通過してＸ線検知器ピクセル５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、及び５６ｄに入射する。分析格子５４の各透明部分は、それぞれの検知器ピクセル５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄと整列している。
【００７１】
図示される例において、微細な干渉縞は、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度プロファイルを有する。従って、透明格子部分を通過する干渉縞のエネルギーの実質的に全てが、Ｘ線検知器によって分解され、通常のＸ線検知器変換損失を可能にする。
【００７２】
図４Ａは、同一の分析格子ライン５４とシリコンウェハ上のＸ線検知器５２とを備える、図３のものと類似のＸ線検知器アセンブリ５０を図示する。この場合においては、３つの異なる干渉プロファイルの影響が同一の図に示されている。知られているように、光路２８内のＸ線に位相差を引き起こす材質部分は、位相格子１４の後で、分析平面上で干渉パターンの横方向の移動をもたらす。
【００７３】
従って、例えば、干渉極大値６２ｂは、参照位相角度φラジアンにおける干渉極大値の通常の位置を示す。ピクセルの左端の干渉縞６２ａの位置は、φ−δラジアンの干渉パターンの部分における位相シフトを示す。干渉縞６２ｃは、φ＋δラジアンの位相シフトを有する干渉縞の位置を示す。このような移動は、例えば柔らかい組織から骨への関心オブジェクト２８内の材質の遷移によって引き起こされる。
【００７４】
従って、光路のある部分において位相シフトが起こると、比較的狭い干渉極大値６２が分析格子５４のトレンチ内で漂うことが分かる。分析格子５４の各透明部分は検知器ピクセル５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄのうちの１つに整列しているので、φ−δと同程度に小さい又はφ＋δと同程度に大きい位相シフトがあっても、干渉極大値は分析格子ライン５４と衝突することはなく、広範囲の位相について同一の検知器ピクセルが照らされることは明らかである。
【００７５】
φ−δ又はφ＋δよりも大きな位相シフトが波頭によって起こったとすると、干渉縞６２は、例えば格子５４又は５５と衝突する。しかしながら、格子寸法は、Ｘ線撮像システムの特定の適用範囲について関心オブジェクトによって起こる大部分の位相シフトに対して、Ｘ線検知器が実質的に位相不変であるように設計され得る。
【００７６】
換言すれば、分析格子５４の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度プロファイルを生成する位相格子の構成は、（関心オブジェクトの材質均一性の変動による）位相コンポーネントが、Ｘ線検知器１８によって検知される強度プロファイルから除去されることを可能にする。
【００７７】
強度プロファイルの残りのコンポーネントは、関心オブジェクトによる減衰、及び撮像される材料の微細構造によるＸ線波頭の散乱からもたらされる。このような散乱は、暗視野散乱と称される。材料によって引き起こされる位相変位は位相格子及び分析格子のこのような組み合わせによって除去されるので、減衰及び暗視野コンポーネントを分離するために、関心オブジェクトの少なくとも２つの個別の測定が行われる。それにより、Ｘ線の減衰コンポーネント及び暗視野コンポーネントが計算される。このような個別の測定を実施する方法が、続いて論じられる。
【００７８】
図４Ｂは、Ｘ線源１２によって照らされる光路内の関心オブジェクトが、微細構造を含む関心オブジェクト２８である場合を図示する。典型的な微細構造は、例えば、哺乳類の骨の内部に見られる、マイクロメートル単位のマトリックス反復を有する骨の微細なマトリックスである。
【００７９】
分析格子において観察される強度変調は、前述の干渉計が微細構造によって誘起される波頭の平坦性の乱れをどのように感受するかを示す。屈折によって引き起こされる干渉縞が、スペクトル特性において広幅化６３を引き起こすことが分かる。分析格子の分析格子ライン５４に吸収される強度が多いほど、ピクセル５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄの各々において吸収される強度が対応して減少する。
【００８０】
既に述べたように、減衰及び散乱による測定された強度の減少を判別するために、少なくとも２つの別個の測定が必要となるが、分析格子１６の移動の必要はない。
【００８１】
従って、本発明の実施形態において、分析格子は、静的な格子である。
【００８２】
これは、Ｘ線強度プロファイルを決定するために分析格子の約８段階の機械的位相ステップが行われることが必要とされて時間遅延及び機械的複雑さを伴う微分位相コントラスト撮像システムにおける要求仕様に好都合に匹敵する。
【００８３】
上に論じられたように、位相格子１４は、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備える、Ｘ線放射における干渉パターンを生成するように構成される。
【００８４】
次に、狭い半値全幅距離を構成するもの、及びこれを達成することができる格子サイズについて、より詳細に説明される。
【００８５】
本発明の実施形態によると、前述されたようにＸ線撮像システム１０が提供され、位相格子１４は、干渉パターンの周期の半分よりも小さい半値全幅を有する干渉パターンとしての干渉パターンを提供するように構成される。
【００８６】
本発明の実施形態によると、前述されたようにＸ線撮像システム１０が提供され、位相格子１４は、分析器ピッチＷｇの幅の半分よりも小さい半値全幅を有する干渉パターンとしての干渉パターンを提供するように構成される。
【００８７】
本発明の実施形態によると、前述されたようにＸ線撮像システム１０が提供され、位相格子１４は、０．７、０．６５、０．６０、０．５５、０．５０、０．４５、０．４、０．３５、０．３、０．２５、０．２、０．１５、０．１、０．０５、０．０４、０．０３、０．０２、又は０．０１の干渉パターンの周期のリストから選ばれた任意の値よりも小さい半値全幅距離を有する強度ピークを有する干渉パターンを提供するように構成される。
【００８８】
本発明の実施形態によると、前述されたようにＸ線撮像システム１０が提供され、位相格子１４は、０．７、０．６５、０．６０、０．５５、０．５０、０．４５、０．４、０．３５、０．３、０．２５、０．２、０．１５、０．１、０．０５、０．０４、０．０３、０．０２、又は０．０１の分析器ピッチＷｇの幅のリストから選ばれた任意の値よりも小さい半値全幅距離を有する強度ピークを有する干渉パターンを提供するように構成される。
【００８９】
「干渉パターンの周期」という用語は、干渉パターン上の１つのポイントからの距離であって、干渉パターンの強度の１つの完全な振動がその距離にわたって生じた距離を意味することに留意されたい。
【００９０】
本発明の実施形態によると、前述されたようにＸ線撮像システム１０が提供され、位相格子１４は、０．７、０．６５、０．６０、０．５５、０．５０、０．４５、０．４、０．３５、０．３、０．２５、０．２、０．１５、０．１、０．０５、０．０４、０．０３、０．０２、又は０．０１の分析格子の周期のリストから選ばれた任意の値よりも小さい半値全幅距離を有する干渉パターンを提供するように構成される。
【００９１】
「分析格子の周期」という用語は、分析格子上の１つのポイントからの距離であって、分析格子のプロファイルの１つの完全な振動がその距離にわたって生じた距離を意味することに留意されたい。
【００９２】
従って、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い強度ピークは、少なくとも上記の定義によって選択された寸法を有するものである。
【００９３】
分析格子１６のデューティサイクルは、比率：分析格子の透明部分の幅／格子ピッチによって表されるものとも考えられる。
【００９４】
本発明の実施形態によると、分析格子及び／又は位相格子は、以下の長さのリスト：０．９５μｍ、１．０μｍ、１．０５μｍ、１．１０μｍ、１．１５μｍ、１．２０μｍ、１．２５μｍ、１．３０μｍ、１．３５μｍ、１．４０μｍ、１．４５μｍ、１．５０μｍ、１．５５μｍ、１．６０μｍ、１．６５μｍ、１．７０μｍ、１．７５μｍ、１．８０μｍ、１．８５μｍ、１．９０μｍ、１．９５μｍ、２．０μｍ、２．０５μｍ、２．１０μｍ、２．１５μｍ、２．２０μｍ、２．２５μｍ、２．３０μｍ、２．３５μｍ、２．４０μｍ、２．４５μｍ、２．５０μｍ、２．５５μｍ、２．６０μｍ、２．６５μｍ、２．７０μｍ、２．７５μｍ、２．８０μｍ、２．８５μｍ、２．９０μｍ、２．９５μｍ、３．０μｍ、３．０５μｍ、３．１０μｍ、３．１５μｍ、３．２０μｍ、３．２５μｍ、３．３０μｍ、３．３５μｍ、３．４０μｍ、３．４５μｍ、３．５０μｍ、３．５５μｍ、３．６０μｍ、３．６５μｍ、３．７０μｍ、３．７５μｍ、３．８０μｍ、３．８５μｍ、３．９０μｍ、３．９５μｍ、４．００μｍ、４．０５μｍ、４．１０μｍ、４．１５μｍ、４．２０μｍ、４．２５μｍ、４．３０μｍ、４．３５μｍ、４．４０μｍ、４．４５μｍ、４．５０μｍ、４．５５μｍ、４．６０μｍ、４．６５μｍ、４．７０μｍ、４．７５μｍ、４．８０μｍ、４．８５μｍ、４．９０μｍ、４．９５μｍ、５．００μｍ、５．０５μｍ、５．１０μｍ、５．１５μｍ、５．２０μｍ、５．２５μｍ、５．３０μｍ、５．３５μｍ、５．４０μｍ、５．４５μｍ、５．５０μｍ、６．００μｍ、６．５０μｍ、７．００μｍ、７．５０μｍ、８．００μｍ、８．５０μｍ、９．００μｍ、９．５０μｍ、１０．００μｍ、１０．５０μｍ、１１．００μｍ、１１．５０μｍ、１２．００μｍ、１２．５０μｍ、１３．００μｍ、１３．５０μｍ、１４．００μｍ、１４．５０μｍ、１５．００μｍ、１５．５０μｍ、１６．００μｍ、１６．５０μｍ、１７．００μｍ、１８．００μｍ、１８．５０μｍ、１９．００μｍ、１９．５０μｍ、２０．００μｍのうちの１つから選ばれる長さに等しい又はそれより短いピッチを有する。
【００９５】
本発明の実施形態によると、分析格子及び／又は位相格子のデューティサイクルは、以下のリスト：０．５、０．５１、０．５２、０．５３、０．５４、０．５５、０．５６、０．５７、０．５８、０．５９、０．６、０．６１、０．６２、０．６３、０．６４、０．６５、０．６６、０．６７、０．６８、０．６９、０．７０、０．７１、０．７２、０．７３、０．７４、０．７５、０．７６、０．７７、０．７８、０．７９、０．８、０．８１、０．８２、０．８３、０．８４、０．８５、０．８６、０．８７、０．８８、０．８９、０．９０、０．９１、０．９２、０．９３、０．９４、０．９５から選ばれる値よりも大きい。
【００９６】
本発明の実施形態によると、分析格子及び／又は位相格子のデューティサイクルは、以下のリスト：０．５から０．９、０．５１から０．９、０．５２から０．９、０．５３から０．９、０．５４から０．９、０．５５から０．９、０．５６から０．９、０．５７から０．９、０．５８から０．９、０．５９から０．９、０．６から０．９、０．６１から０．９、０．６２から０．９、０．６３から０．９、０．６４から０．９、０．６５から０．９、０．６６から０．９、０．６７から０．９、０．６８から０．９、０．６９から０．９、０．７０から０．９、０．７１から０．９、０．７２から０．９、０．７３から０．９、０．７４から０．９、０．７５から０．９、０．７６から０．９、０．７７から０．９、０．７８から０．９、０．７９から０．９、０．８から０．９、０．８１から０．９、０．８２から０．９、０．８３から０．９、０．８４から０．９、０．８５から０．９、０．８６から０．９、０．８７から０．９、０．８８から０．９、０．８９から０．９、０．９０から０．９６、０．９１から０．９６、０．９２から０．９６、０．９３から０．９６、０．９４から０．９６、０．９５から０．９６、から選ばれる範囲内にある。
【００９７】
本発明の実施形態によると、上に定義された分析格子／位相格子のピッチ長さ及びデューティサイクルの任意のものは、分析格子の透明セクションの幅及び格子ライン５４の幅を定義するために組合わせられてよい。
【００９８】
上に論じられたように、Ｘ線検知器１８は、複数のエネルギービンを用いる光子計数器などのエネルギー分解検知器であってよい。Ｘ線源は、多色性の放射を発する。エネルギー分解検知器は、入射するＸ線の減衰又は小角散乱を、種々のエネルギー範囲について検知するために使用される。従って、２つの個別の強度プロファイルが、エネルギー分解検知器を使用して検知される。
【００９９】
本発明の実施形態によると、上に論じられたＸ線撮像システム１０が提供され、Ｘ線検知器１８は、第１の検知された光子エネルギーを検知することによって第１のＸ線信号を生成し、第２の検知された光子エネルギーを検知することによって第２のＸ線信号を生成するように構成されたエネルギー感受性検知器であり、第１及び第２の検知された光子エネルギーは互いに異なる。
【０１００】
以下の第１及び第２の光子エネルギー範囲は、例えばＣＴ又はＸ線システムに適用可能である。
【０１０１】
本発明の実施形態によると、第１の検知された光子エネルギーは２５〜５０ｋｅＶの範囲内にあり、第２の検知された光子エネルギーは、５０〜１４０ｋｅＶの範囲内にある。
【０１０２】
本発明の実施形態によると、第１の検知された光子エネルギーは２５〜８０ｋｅＶの範囲内にあり、第２の検知された光子エネルギーは、８０〜１４０ｋｅＶの範囲内にある。
【０１０３】
本発明の実施形態によると、第１の検知された光子エネルギーは２５〜１００ｋｅＶの範囲内にあり、第２の検知された光子エネルギーは、１００〜１４０ｋｅＶの範囲内にある。
【０１０４】
以下の第１及び第２の光子エネルギー範囲は、例えば乳房Ｘ線撮影システムに適用可能である。
【０１０５】
本発明の実施形態によると、第１の検知された光子エネルギーは５〜１５ｋｅＶの範囲内にあり、第２の検知された光子エネルギーは、１５〜４０ｋｅＶの範囲内にある。
【０１０６】
本発明の実施形態によると、第１の検知された光子エネルギーは５〜２５ｋｅＶの範囲内にあり、第２の検知された光子エネルギーは、２５〜４０ｋｅＶの範囲内にある。
【０１０７】
本発明の実施形態によると、第１の検知された光子エネルギーは５〜３０ｋｅＶの範囲内にあり、第２の検知された光子エネルギーは、３０〜４０ｋｅＶの範囲内にある。
【０１０８】
上述の実施形態によると、関心オブジェクト２８の材料の不均一性によって生じた位相差に影響されない２つの個別の強度プロファイルが推論される。従って、イメージャの再構成ステップ、又はイメージャ内へのオブジェクトの除去／再挿入が避けられる。
【０１０９】
このような手法は、エネルギー依存の減衰、視認性、及び検知器のスペクトル感度のためのモデルを提供することによって実現される。モデルは、例えば、強度プロファイルの特定の形態に依存する。代替的に、又は追加的に、種々の材料からなる模型（ｐｈａｎｔｏｍ）の測定によってルックアップテーブルが導出される。例えば、Ｄｅｌｒｉｎ（商標）（水と同等のスペクトル減衰を有する材料）及び無視できる減衰を有する強散乱材料で作られた模型が、ルックアップテーブルの値を生成するために使用され得る。光子計数結果は、有効なＤｅｌｒｉｎ（商標）の長さ及び散乱材料の長さにマッピングされ、次いで、これらは減衰及び暗視野信号に変換される。
【０１１０】
本発明の実施形態によると、Ｘ線撮像システムが提供され、Ｘ線撮像システムは、第１のＸ線信号及び第２のＸ線信号の各々を合成信号として生成するように構成され、第１のＸ線信号は干渉性Ｘ線によって行われる第１の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第２の測定に基づき、第２のＸ線信号は干渉性Ｘ線によって行われる第３の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第４の測定に基づき、減衰及び暗視野コンポーネントは、第１の測定、第２の測定、第３の測定、及び第４の測定を使用して計算される。
【０１１１】
関心オブジェクト２８についての２つの個別の情報源を生成するための別の選択肢は、強度プロファイル測定の第１のセットを得るために干渉計を干渉性のＸ線で照らし、そして続いて非干渉性のＸ線で照らすことである。
【０１１２】
１つの実施形態によると、Ｘ線源１２は、非干渉性のＸ線光を発するＸ線チューブ２４を備える。線源格子２６は、Ｘ線ビームを干渉性にする。選択式Ｘ線散乱体（図１では図示されない）は、光路２２内に切り換えられ、線源格子２６を通過した後のＸ線ビームを再び非干渉性化する。
【０１１３】
代替的に、これと同等の手法としては、線源格子２６をＸ線源１２の出力ポートから除去して、Ｘ線チューブ２４からの非干渉性光が関心オブジェクト２８に直接的に照射され得るようにすることがある。
【０１１４】
従って、上述の実施形態によると、強度測定は、先ず干渉性Ｘ線を使用してＸ線検知器１８を使用し、次いで非干渉性Ｘ線が照射されることによって行われる。
【０１１５】
本発明の実施形態によると、Ｘ線撮像システム１０は、関心オブジェクトが光路２２内に存在しないときに第１の干渉パターンを測定することによって第１のＸ線信号を生成するように構成される。
【０１１６】
本発明の実施形態によると、Ｘ線撮像システム１０は、関心オブジェクトが光路２２内に存在するときに第２の干渉パターンを測定することによって第１のＸ線信号を生成するように構成される。
【０１１７】
本発明の実施形態によると、Ｘ線撮像システムが上に論じられたように提供され、このＸ線撮像システムは、光路内に位置し得る、Ｘ線が干渉性である第１の状態とＸ線と相互作用してそれらが非干渉性になるようにする第２の状態とに構成され得る選択式Ｘ線散乱体を更に備え、第１及び第３の測定は第１の状態にある選択式Ｘ線散乱体とともに行われ、第２及び第４の測定は第２の状態にある選択式Ｘ線散乱体とともに行われ、減衰及び暗視野コンポーネントは、第１の測定、第２の測定、第３の測定、及び第４の測定を使用して計算される。
【０１１８】
「合成信号」という用語は、第１のＸ線信号及び第２のＸ線信号の各々を生成するときに、２つの測定が行われなければならない事実を指す。
【０１１９】
特には、合成信号は、本発明の実施形態によって第１のＸ線信号及び第２のＸ線信号を生成するために以下のように使用される。
【０１２０】
この実施形態によると、Ｘ線干渉パターンの４つの個別の測定が行われる。１組の測定は関心オブジェクトが光路２２内にない状態で行われ、１組の測定は関心オブジェクトが光路２２内にある状態で行われる。
【０１２１】
減衰コンポーネント（Ｘ線検知器の各ピクセルに対して）は以下のように定義される。
【数１】
2018519866.tif 000003
【０１２２】
暗視野コンポーネント（Ｘ線検知器の各ピクセルに対して）は以下のように定義される。
【数２】
2018519866.tif 000004
【０１２３】
示されている「０」は、オブジェクトが光路２２内にない状態で測定された値を表す。下付き文字のない数量は、オブジェクトが光路内にある状態で行われた測定を表す。
【０１２４】
１つの実施形態において、測定された信号のモデルは、ｓｉｇｎａｌ＝Ｉ（ｌ＋Ｖ）である。
【０１２５】
従って、４つの単独の測定が実施される。第１の組は関心オブジェクトが光路内にない状態で実施され、第２の組は関心オブジェクトが光路内にある状態で実施される。
【０１２６】
測定の各々の組は、干渉性Ｘ線放射とともに行われる測定と、非干渉性放射なしに行われる測定とに分割される。上に述べたように、これは、非干渉性Ｘ線源を使用し、選択式線源格子を光路２２内に切り換えてＸ線放射を干渉性にするか、又は干渉性線源を提供し、散乱板を光路内に切り換えることによって達成される。
【０１２７】
従って、検知器ピクセル当たりの４つの測定された信号が、ｓｉｇＩ０、ｓｉｇＩＶ０、ｓｉｇＩ、及びｓｉｇＩＶとして提供され得る。
【０１２８】
こうして、減衰及び暗視野信号が、各検知器ピクセルについて計算され得る。
ｓｉｇＩ０＝Ｉ０                （１）
ｓｉｇＩＶ０＝Ｉ０（ｌ＋Ｖ０）  （２）
ｓｉｇＩ＝Ｉ                  （３）
ｓｉｇＩＶ＝Ｉ（ｌ＋Ｖ）      （４）
【０１２９】
本発明の実施形態によると、前述のＸ線撮像システムが提供され、Ｘ線検知器１８は、Ｘ線散乱体によって覆われた第１のセクションと、Ｘ線散乱体によって覆われていない第２のセクションとを備える。Ｘ線撮像システムは、Ｘ線検知器の第１のセクションを使用して第１のＸ線信号を生成し、Ｘ線検知器の第２のセクションを使用して第２のＸ線信号を生成するように構成される。
【０１３０】
本発明の実施形態によると、ＣＴスキャナのファンＸ線源の一部分は、非干渉性化フィルタを備え、一部分は非干渉性化フィルタを備えない。
【０１３１】
これらの実施形態によると、上に論じられた検知原理は、ＣＴスキャナに適用される。非干渉性放射と干渉性放射との組み合わせが、ＣＴファンビーム源に置かれた又はＣＴスキャナの検知器の一部分を覆うように置かれた散乱板の結果として提供される。
【０１３２】
ＣＴスキャナ検知器は、（ファン方向又はＺ方向に）２つの部分に分割される。１つの部分は、強散乱板を備え、他の半分は覆われていない。こうして、オブジェクトを通過する全てのパスについて、暗視野情報を判定するための投影及び減衰を判定するための別の投影が、ＣＴスキャナの線源として提供され、検知器のヘッドは患者の周りを回転する。
【０１３３】
上に述べたように、位相格子から発せられる強度プロファイルの狭い干渉極大値が、入射するＸ線ビームの強度の大部分を、高いデューティサイクルを有する（比較的広いＸ線透過エリアを有し、比較的狭い遮断エリアを有する）分析格子１６の透明セクション内に入ることを可能にする。干渉パターンの半値全幅距離は、分析格子１６の透明セクションの幅に比べて狭いので、干渉パターンの一部分の横方向位置を変える位相シフトは、干渉極大値が分析格子１６の不透明な格子と衝突せず、位相不変な検知を可能にすることを意味する。
【０１３４】
この実施形態における２つの個別の測定は、強散乱板に覆われ、非干渉性のＸ線放射を受け取るＣＴスキャナの検知器の部分、及び強散乱板に覆われていない、干渉性のＸ線放射を受け取るＣＴスキャナの検知器の部分から集められた干渉パターンに起因する。
【０１３５】
本発明の実施形態によると、第１のセットの干渉性及び非干渉性測定は、ＣＴスキャナの検知器によって、関心オブジェクトが光路内に存在しないときになされ、第２のセットの干渉性及び非干渉性測定は、ＣＴスキャナの検知器によって、関心オブジェクトが光路内に配置されたときになされる。
【０１３６】
上述の技術が、Ｘ線スキャンにおいて広範な適用範囲を有することは理解されよう。
【０１３７】
本発明の実施形態によると、Ｘ線撮像システム１０が前述されたように提供され、Ｘ線撮像システムは、ＣＴスキャナ、Ｃアームスキャナ、乳房Ｘ線撮影スキャナ、トモシンセシススキャナ、診断Ｘ線スキャナ、前臨床撮像スキャナ、非破壊試験スキャナ、又は荷物セキュリティスキャナのグループから選択される。
【０１３８】
本発明の実施形態によると、分析格子１６は、決まった位置に保持された位相ステップ式の分析格子であり、位相格子１４は、上述されたように、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備える、Ｘ線放射における干渉パターンを生成するように構成される。
【０１３９】
上述の技術はステップ式の分析格子を有する従来の微分位相コントラストマシンにも適用可能であることは理解されよう。分析格子１６は、個別の減衰及び暗視野測定の期間中に同一の位置に保持され、微細な干渉縞を与える特別な種類の位相格子１４が光路内に切り換えられ、従来の位相格子が光路から外に切り換えられる。このようにして、二重機能Ｘ線マシンが提供され得る。
【０１４０】
図５は、Ｘ線撮像システムの典型的な臨床適用例としてのシステム８０を示す。システム８０は、Ｘ線源８４とＸ線検知器８６とを備えるＣアームＸ線イメージャ８２を有する。Ｘ線源８４は、Ｘ線チューブと線源格子とを備える、図１において前述の線源である。Ｘ線検知器８６は、図１において説明したように、位相格子１４と、Ｘ線検知器１８と、分析格子１６とを備える検知器である。関心オブジェクトは、テーブル８８上で、Ｘ線源８４とＸ線検知器８６との間に置かれる。処理ユニット９０は、Ｘ線検知器８６から受信した信号を処理し、Ｘ線診断図はスクリーン９２に表示される。
【０１４１】
本発明の第２の態様によると、図６に図示されるように、Ｘ線撮像のための方法６４が提供され、方法は、以下の、
ａ）Ｘ線源を使用して、関心オブジェクトにＸ線放射を照射するステップ６６と、
ｂ）位相格子にＸ線放射を照射するステップ６８であって、
位相格子は、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備える、Ｘ線放射における干渉パターンを生成するように構成され、干渉パターンの強度ピークは、分析格子の透明セクションを通過してＸ線検知器に入射する、ステップ６８と、
ｃ）分析格子にＸ線放射を照射するステップ７０であって、
分析格子は、Ｘ線検知器の近傍に備えられるか、又はＸ線検知器と一体的に形成される、ステップ７０と、
ｄ）Ｘ線検知器によって第１の干渉パターンを測定することによって第１のＸ線信号を生成するステップ７２と、
ｅ）Ｘ線放射と光路内の関心オブジェクトとの相互作用を示す第２の干渉パターンを測定することによって、第２のＸ線信号を生成するステップ７４と、
ｆ）第１及び第２のＸ線信号を使用して、第１及び第２の干渉パターンの減衰コンポーネント及び暗視野コンポーネントを計算するステップ７６と
を、有する。
【０１４２】
本発明の第２の態様によると、照射されたＸ線の減衰コンポーネント及び暗視野コンポーネントを分離することが可能であり、従って、機械的な格子配列を使用して縞位相実現の完全なサイクルにわたる連続的なステッピング移動を必要としないＸ線スキャナを提供することが可能である。従って、Ｘ線撮像方法の複雑さが軽減される。
【０１４３】
本発明の実施形態によると、前述されたように方法が提供され、ステップｄ）において、第１のＸ線信号は第１の検知された光子エネルギーを検知することによって生成され、更には、ステップｄ）において、第２のＸ線信号は第２の検知された光子エネルギーを検知することによって生成され、第１及び第２の検知された光子エネルギーは互いに異なる。
【０１４４】
本発明の実施形態によると、上述の方法が提供され、ステップｄ）において、第１のＸ線信号は、干渉性Ｘ線によって行われる第１の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第２の測定に基づく合成信号として生成され、ステップｅ）において、第２のＸ線信号も又、干渉性Ｘ線によって行われる第３の測定及び非干渉性Ｘ線によって行われる第４の測定に基づく合成信号として生成される。
【０１４５】
本発明の実施形態によると、上述の方法が提供され、方法は、
ｄ１）光路内に位置し得る選択式Ｘ線散乱体を、Ｘ線が干渉性であるように第１の状態に切り換えるステップと、
ｄ２）第１の測定を実施するステップと、
ｄ３）選択式Ｘ線散乱体を、Ｘ線と相互作用しＸ線が非干渉性になるように光路内で第２の状態に位置づけるステップと、
ｄ４）第２の測定を実施するステップと、
ｅ１）選択式Ｘ線散乱体を、Ｘ線が干渉性になるように光路外で第１の状態に位置づけるステップと、
ｅ２）第３の測定を実施するステップと、
ｅ３）選択式Ｘ線散乱体を、Ｘ線と相互作用しＸ線が非干渉性になるように光路内で第２の状態に位置づけるステップと、
ｅ４）第４の測定を実施するステップと、を更に有し、
ステップｆ）において、減衰及び暗視野コンポーネントは、第１の測定、第２の測定、第３の測定、及び第４の測定を使用して計算される。
【０１４６】
関心オブジェクトが光路内にあった状態又は光路内になかった状態、及びＸ線ビームが非干渉性であった状態又は干渉性であった状態での（第１のＸ線信号及び第２のＸ線信号の２つの合成測定をそれぞれ形成する）少なくとも４つの測定結果のセットが提供される限りにおいて、ステップｄ１）からｄ４）、及びステップｅ１）からｅ４）は任意の順序で実施されてよいことは、当業者には理解されるであろう。
【０１４７】
本発明の実施形態によると、前述されたように方法が提供され、位相格子は、干渉パターンの周期の半分よりも小さい半値全幅距離を有する強度ピークを有する干渉パターンを生成するように構成される。
【０１４８】
本発明の第３の態様によると、Ｘ線システムの前述の説明のうちの１つによるシステムを制御するためのコンピュータプログラム要素が提供され、コンピュータプログラム要素は、処理ユニットによって実行されたときに、前述の方法のうちの１つによる方法のステップを実施するように適合される。
【０１４９】
本発明の第４の態様によると、前述のプログラム要素を記憶したコンピュータ可読媒体が提供される。
【０１５０】
本発明の第５の態様によると、旧来のＸ線スキャナをレトロフィットするための部品のキットが提供される。
【０１５１】
部品のキットは、Ｘ線検知器であって、Ｘ線検知器の近傍に又はＸ線検知器と一体的に形成された分析格子を有するＸ線検知器と、Ｘ線放射における干渉パターンを生成するように構成された位相格子とを備える。位相格子は、分析格子の透明セクションの幅に比べて狭い半値全幅距離を有する強度ピークを有する強度プロファイルを備え、干渉パターンの強度ピークは、分析格子の透明セクションを通過して、設置されたＸ線検知器に入射する。キットは、前述のコンピュータ可読媒体も備える。旧来のＸ線スキャナに部品のキットを設置することで、旧来のＸ線スキャナがＸ線の減衰コンポーネント及び暗視野コンポーネントを計算することを可能にする。
【０１５２】
コンピュータプログラム要素は、これも本発明の実施形態であり得るコンピュータユニット上に記憶される。コンピューティングユニットは上述の方法のステップを実施するか又はその実施を誘起するように適合される。更には、これは上述の装置のコンポーネントを操作するように適合される。
【０１５３】
コンピューティングユニットは、自動的に動作するように及び／又はユーザの命令を実行するように適合され得る。コンピュータプログラムは、ワーキングメモリ又はデータプロセッサにロードされる。従って、データプロセッサは、本発明の方法を実行するために備えられる。
【０１５４】
コンピューティングユニットは、計算集約的な（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ  ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ）動作を実施するために、グラフィックスカード又はＦＰＧ拡張カードなどの高性能処理ユニットによって補助され得る。本発明のこの例示的な実施形態は、最初から本発明がインストールされたコンピュータプログラム、及びアップデートにより既存のプログラムを本発明を使用するプログラムに変更するコンピュータプログラムの両方を網羅する。
【０１５５】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに若しくはその一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体などの適切な媒体上に記憶及び／又は配信されるが、インターネット又は他の有線若しくは無線遠隔通信システムなどを介して、他の形態で配信されてもよい。
【０１５６】
コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブ等のネットワークを介して提示されてもよく、このようなネットワークからデータプロセッサのワーキングメモリにダウンロードされ得る。
【０１５７】
本発明の更なる例示的な実施形態によると、コンピュータプログラム要素をダウンロードで利用可能にする媒体が提供され、このコンピュータプログラム要素は、本発明の前述の実施形態のうちの１つによる方法を実施するように構成される。
【０１５８】
本発明の実施形態は、種々の主題を参照して説明されていることに留意されたい。特には、いくつかの実施形態は、方法タイプの請求項を参照して説明され、その一方で、他の実施形態は、デバイスタイプの請求項を参照して説明されている。
【０１５９】
当業者は、上記及び以下の説明から、別に通知されない限り、主題の１つのタイプに属する特徴の任意の組み合わせに加えて、種々の主題に関連する特徴の間の任意の他の組み合わせも本出願によって開示されると見なされることを推論するであろう。
【０１６０】
全ての特徴は、これらの特徴の単純な総和より多くの共同的な効果を提供するために組合わせられ得る。本発明は図面及び前述の説明において詳細に示され及び説明されたが、そのような例示及び説明は、説明的又は例示的であるものと見なされ、限定的なものではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形が、図面、本開示及び従属請求項を検討することにより、本発明を実施するにあたり当業者によって理解され、実行され得る。
【０１６１】
特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。特許請求の範囲における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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