(57)【要約】  Ｘ線撮像装置（１）及びそのようなＸ線撮像装置を動作させる方法が提供される。一実施形態において、装置（１）は、Ｘ線源（５）と、第１の回折格子（１３）、第２の回折格子（１５）及び第３の回折格子（１７）の構成（１２）と、Ｘ線検出器（７）と、制御装置（２１）とを有する。第１、第２及び第３の回折格子（１３、１５、１７）は、観察ボリューム（３）の上流の領域でＸ線のビーム経路（９）内に配置される。第２及び第３の回折格子（１５、１７）の少なくとも一方が複数の部分格子を有し、部分格子の各々が、その部分格子を第２及び第３の回折格子の他方に対して変位させる操縦手段（３９）を有する。制御装置（２１）は、操縦手段（３９）を制御するように適応される。従って、第２の回折格子（１５）のＸ線透過後に生成される干渉縞の強度極大が、第３の回折格子（１７）の強Ｘ線吸収部分と一致するか、第３の回折格子（１７）の弱Ｘ線吸収部分と一致するかの何れかであるように、部分格子が位置付けられ得る。従って、部分格子の各々を特異的に位置付けることによって、構成（１２）中のＸ線透過が局所的に適応され得る。
2016538978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察ボリューム内に配置された被写体の関心領域を撮像するＸ線撮像装置であって、
少なくとも部分的にコヒーレントなＸ放射線を生成するように適応されたＸ線源と、
少なくとも局所的に周期的なＸ線位相変更ユニットと、少なくとも局所的に周期的なＸ線吸収ユニットとを有する制御可能な透過構成と、
Ｘ線検出器と、
制御装置と
を有し、
前記周期的なＸ線位相変更ユニット及び前記周期的なＸ線吸収ユニットは、前記観察ボリュームの上流の領域内で、前記Ｘ線源によって放射されるＸ線のビーム経路内で互いに離間して且つ互いに対して前後に配置され、
前記周期的なＸ線位相変更ユニット及び前記周期的なＸ線吸収ユニットのうちの少なくとも一方が、複数の部分ユニットを有し、前記部分ユニットのうちの少なくとも１つが、干渉縞を変化させる操縦手段を有し、前記制御装置が、少なくとも１つの前記操縦手段を制御するように適応されている、
Ｘ線撮像装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記Ｘ線検出器から受け取られる情報に基づいて前記操縦手段を制御するように適応されている、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項３】
前記周期的なＸ線位相変更ユニットは位相格子であり、前記周期的なＸ線吸収ユニットはアブソーバ格子であり、前記アブソーバ格子は、有意に異なるＸ線吸収度を持つ領域の繰り返しパターンを有し、前記位相格子は、透過Ｘ線の位相に異なるように影響を及ぼす領域の繰り返しパターンを有する、請求項１又は２に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記Ｘ線源は線源格子を有する、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記線源格子、前記位相格子及び前記アブソーバ格子は、５０マイクロメートル未満の周期性ｐ０、ｐ１、ｐ２を持つ繰り返しパターンを有する、請求項４に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記位相格子及び前記アブソーバ格子のうちの少なくとも一方が、複数の部分格子に分割されており、各部分格子が、付随する操縦手段を用いて独立に変位され得る、請求項３に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記制御装置は、それぞれの部分格子に関連付けられた画素領域内で前記Ｘ線検出器によって受けられた累積Ｘ線強度についての情報に基づいて前記操縦手段の各々を制御するように適応されている、請求項６に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
各々の部分ユニット又は部分格子が面内で延在し、前記操縦手段は、前記部分ユニット又は部分格子を前記面内で横方向に変位させるように適応されている、請求項１又は６に記載のＸ線撮像装置。
【請求項９】
前記操縦手段は、電界によって誘起される力を用いて前記部分ユニットを変位させるように適応されている、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１０】
前記部分ユニットは２次元マトリクスに配列されている、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１１】
前記Ｘ線源は、多色スペクトルのＸ線を放射するように適応され、前記制御装置は、Ｘ線画像収集中に変化するＸ線スペクトルが前記制御可能な透過構成を透過するように前記部分ユニットが変位されるよう、前記操縦手段を制御するように適応される、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１２】
前記周期的なＸ線位相変更ユニットは、少なくとも局所的なキャビテーションの周期パターンを液体内に生成する手段を有する、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のＸ線撮像装置を動作させる方法であって、
前記Ｘ線位相変更ユニットの複数の部分ユニットのうちの少なくとも１つによって生成される干渉縞を、前記Ｘ線吸収ユニットに対して変化させるように、前記操縦手段の各々を制御すること、
を有する方法。
【請求項１４】
前記操縦手段は、それぞれの部分ユニットに関連付けられた画素領域内で前記Ｘ線検出器によって受けられた累積Ｘ線強度についての情報に基づいて制御される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｘ線源は、多色スペクトルのＸ線を放射するように適応され、当該方法は更に、Ｘ線画像収集中に変化するＸ線スペクトルが前記制御可能な透過構成を透過するように部分格子が変位されるよう、前記操縦手段を制御することを有する、請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線撮像装置、及びそのようなＸ線撮像装置を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮像は一般に、関心ある被写体の内部構造についての情報を取得するために使用されている。Ｘ線撮像装置は、Ｘ線撮像中に関心対象が置かれ得る観察ボリュームの両側に配置された、Ｘ線源とＸ線検出器とを有する。Ｘ線源から到来するＸ線が被写体中を伝送される。被写体の様々な内部構造の異なるＸ線吸収特性により、Ｘ線検出器によって検出されるＸ線強度の局所分布に基づいて、内部構造についての情報が取得され得る。
【０００３】
医用Ｘ線撮像において、関心対象は典型的に、人間又は動物の身体の関心領域（ＲＯＩ）である。Ｘ線はそのような身体の生体組織を損傷し得るので、医用撮像中に身体に投与されるＸ線量を最小化することは一般的に興味があることである。
【０００４】
大抵のコンベンショナルなＸ線撮像装置においては、Ｘ線が均一に関心領域中を伝送され、すなわち、ＲＯＩに投与されるＸ線強度はＲＯＩの断面全体にわたって実質的に一定である。しかしながら、ＲＯＩは典型的に、有意に異なるＸ線吸収特性を持つ様々な内部身体構造を有する。例えば、ＲＯＩ内の骨が比較的強いＸ線吸収を示す一方で、例えば筋肉組織又は肺組織などのその他の組織は有意に低いＸ線吸収を示す。従って、均一なＸ線強度がＲＯＩ全体中を伝送されると、低いＸ線吸収を持つ構造を有するＲＯＩの部分がオーバーエクスポーズ（過多曝露）される一方で、強いＸ線吸収を有する部分はアンダーエクスポーズ（過少曝露）される。
【０００５】
例えば、肺組織のような軟組織を主として有する部分は殆どＸ線を吸収せず、その結果、これらの部分を通って高い強度のＸ線が透過されて、透過Ｘ線を捕捉するＸ線検出器の検出器画素がオーバーエクスポーズされることがあり、すなわち、これらの検出器部分が過負荷状態に入ることがある。換言すれば、これらの軟組織部分では、ＲＯＩが過剰な患者Ｘ線量を被る。一方で、ＲＯＩ内には典型的に、骨又はその他の強くＸ線を吸収する構造を有する部分が存在する。ＲＯＩのこれらの部分を通って伝送されるＸ線は強く減衰され、これらの強Ｘ線吸収部分を透過したＸ線を捕捉するＸ線検出器の検出器画素がアンダーエクスポーズされることがあり、すなわち、このような部分のＸ線検出器の画素が非常に低いＸ線強度のみを受け、その結果、このような“飢えた”検出器セルの雑音が検出器信号に有意な影響を及ぼすことがある。
【０００６】
故に、関心領域中を伝送されるＸ線の局所的な強度を、その関心領域の全体が有する内部構造の特性に合わせて適応することが望ましいことがある。換言すれば、Ｘ線の一次フォトン束の局所化された動的な制御であって、そのフォトン束が例えば検出器信号に合わせて適応され得るような制御、を持つことが助けとなり得る。
【０００７】
動的な減衰器が提案されてきたが、高速な変調には実用的でなかった。例えば、国際公開第０２／２５６７１号パンフレット（特許文献１）は、個々のフィルタ素子内のＸ線吸収液の量を制御することによって調整されることが可能なＸ線吸収率を持つフィルタ素子を有するＸ線フィルタ、をとりわけ含むＸ線検査装置を記載している。しかしながら、フィルタ素子内の液体を再配置することは、一般的に時間がかかり、低い周波数での画像収集に適するのみである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第０２／２５６７１号パンフレット
【発明の概要】
【０００９】
一次Ｘ線フォトン束の局所化された動的制御を可能にする撮像装置、及びそのようなＸ線撮像装置を動作させる方法が望まれ得る。特に、Ｘ線撮像中に例えばＸ線検出器の部分ぶぶんのオーバーエクスポージャ又はアンダーエクスポージャを防止し得るように一次Ｘ線フォトン束に迅速に影響を及ぼし得るアプローチが望まれ得る。このようなニーズは、独立請求項の事項によって満たされ得る。本発明の更なる実施形態が従属請求項に規定される。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、観察ボリューム内に配置された被写体の関心領域を撮像するＸ線撮像装置が提案される。当該Ｘ線撮像装置は、Ｘ線源と、制御可能な透過構成と、Ｘ線検出器と、制御装置とを有する。Ｘ線源は、少なくとも部分的にコヒーレントなＸ放射線を生成するように適応される。制御可能な透過構成は、周期的な部分構造を持つ少なくとも１つの部分ユニットを有するＸ線位相変更ユニットと、周期的な部分構造を持つ少なくとも１つの部分ユニットを有するなＸ線吸収ユニットとを有し、これらのユニットの双方が、Ｘ線源によって放射されるＸ線のビーム経路内で互いに離間して且つ互いに対して前後に配置される。そのとき、Ｘ線位相変更ユニット及びＸ線吸収ユニットは、観察ボリュームの上流の領域で、Ｘ線ビーム経路内に配置される。Ｘ線位相変更ユニット及び／又はＸ線吸収ユニットは、周期的な部分構造を持つ少なくとも１つの部分ユニット、又は好ましくは複数の部分ユニットを有する。そのとき、少なくとも１つの部分ユニット、又は好ましくは複数の部分ユニットの各々が、該部分ユニットをＸ線位相変更ユニット及びＸ線吸収ユニットのうちの他方に対して変位させる操縦手段を有する。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、上述の第１の態様に従ったＸ線撮像装置を動作させる方法が提案される。当該方法は、とりわけ、周期的なＸ線位相変更ユニット及び／又はＸ線吸収ユニットのうちの一方の部分ユニットを、Ｘ線位相変更ユニット及びＸ線吸収ユニットのうちの他方に対して変位させるように、操縦手段の各々を制御することを有する。
【００１２】
例えば、一実施形態によれば、制御装置は、Ｘ線検出器から受け取られる情報に基づいて操縦手段を制御するように適応される。従って、そのようなＸ線検出器情報に基づいて、Ｘ線検出器の特定の領域又は部分がオーバーエクスポーズ又はアンダーエクスポーズされそうであるかが決定され、制御可能な透過構成が、局所的なＸ線透過を適応させるために然るべく制御され得る。
【００１３】
例えば、一実施形態によれば、制御装置は、それぞれの部分格子に関連付けられた画素領域内でＸ線検出器によって受けられた累積Ｘ線強度についての情報に基づいて操縦手段の各々を制御するように適応され得る。
【００１４】
一実施形態によれば、各部分ユニットが面内で延在し、操縦手段の各々は、関連付けられた部分ユニットをこの面内の方向で変位させるように適応される。換言すれば、例えば、部分ユニットが部分格子を備える一実施形態において、操縦手段は、例えば平面状の部分格子を横方向に変位させるように適応されるべきである。関連付けられた格子を横方向に移動させることにより、周期的なＸ線位相変更ユニットを形成する回折格子によって生成される干渉縞が、第３の回折格子によって作り出されるＸ線吸収ユニットに対して所望のように位置付けられ、それにより透過Ｘ線強度の制御を可能とするように、制御可能な透過構成が有するユニットが構成され得る。
【００１５】
一実施形態によれば、操縦手段は、電界によって誘起される力を用いて部分ユニットを変位させるように適応され得る。このような電界に基づくと、関連する部分ユニットを操縦手段が非常に迅速に変位させ得るように、非常に迅速に力が生成され得る。例えば、５ｋＨｚに至る変位レートが達成され得る。例えば、操縦手段は、圧電素子を用いて駆動され得る。概して、操縦手段は、マイクロメカニカル可動素子に作用する電気力を用いて、ＤＬＰ（デジタル・ライト・プロセッシング）デバイスと同様に動作し得る。
【００１６】
なお、ここでは、本発明の実施形態の様々な考え得る特徴及び利点が、部分的にＸ線撮像装置に関して記載され、部分的にそのような装置を動作させる方法に関して記載される。当業者が認識するように、それらの様々な特徴は、記載される実施形態の全てを通して、好適なやり方で組み合わされ、入れ換えられ、又は置き換えられることができ、特に、装置に関して記載される特徴が、類似したやり方で方法に適用されてもよく、その逆もまた然りである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面に関して説明する。しかしながら、明細書又は図面は何れも、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。
【図１】本発明の一実施形態に従ったＸ線撮像装置を示している。
【図２】本発明の一実施形態に従ったＸ線撮像装置用の第１の回折格子を示している。
【図３】本発明の一実施形態に従ったＸ線撮像装置用の第２の回折格子を示している。
【図４】本発明の一実施形態に従ったＸ線撮像装置用の第３の回折格子を示している。
【図５】本発明の一実施形態に従ったＸ線撮像装置で使用される多数の部分格子を示している。
【図６】本発明の一実施形態に従ったＸ線撮像装置において作り出されるＸ線干渉縞強度とともに、第２及び第３の回折格子の配置を例示している。  これらの図は、単に模式的なものであり、縮尺通りではない。概して、図面全体と通して、同じ又は同様の機構には同じ参照符号を用いる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の範囲を何ら限定するものではないが、本発明の実施形態に内在する概念は、以下の着想及び認識に基づくものとして理解され得る。
【００１９】
提案するＸ線撮像装置では、制御可能な透過構成が、少なくとも２つのユニットを有し、例えば、Ｘ放射線の干渉縞を生成する周期構造を持つ少なくとも１つのサブユニットで構成されたＸ線位相変更ユニットと、上記干渉縞と適合され且つＸ放射線を減衰させる周期構造を持つ少なくとも１つのサブユニットで構成されたＸ線吸収ユニットとを有する。実施形態において、これら２つのユニットは各々、回折格子を有することができ、これらの回折格子は、Ｘ線ビーム経路内に直列に配置されるとともに、Ｘ線源によって放射された局所的なＸ線フォトン束を観察ボリューム（その中に例えば患者の身体部分が配置される）到達前に制御可能に減衰させるために使用され得る。そのとき、タルボ・ロー（Talbot-Laue）干渉計においてのように、これらの回折格子は同様に配置され得るが、異なるように動作され得る。例えばＸ線源の一部であり、例えばＸ線管に最も近く配置されるオプションの第１の回折格子が適応されて、ソース（線源）格子として機能し得る。このようなソース格子は、大いにＸ線を吸収する領域とあまりＸ線を吸収しない領域との、例えば周期的な、パターンを有し得る。Ｘ線源から到来してこのようなソース格子中を伝送されるＸ線が影響を受けることで、ソース格子が、個々のコヒーレントＸ線源のアレイを作り出す。他の例では、例えばシンクロトロン又は小さい寸法のコヒーレントＸ線放射スポットなどの、コヒーレントＸ線源が使用されてもよい。第１の回折格子の下流に配置される第２の回折格子が適応されて、位相格子として機能し得る。このような位相格子は一般に、小さいＸ線吸収度を示すが、伝送されるＸ線の位相に異なるように影響する領域のパターンを有する。このデバイスの主要特性は、少なくとも局所的な、Ｘ線波の位相の周期的な改変である。通常、これは、シリコンのエッチングされたシートで構成される。しかし、これは、流体の性質、又は流体の性質と気体の性質との組み合わせを有していてもよい。従って、位相格子を通じて伝送されるとき、コヒーレントＸ線が位相格子の下流に干渉縞を形成する。第２の回折格子の下流に配置される第３の回折格子が、アブソーバ格子として適応され且つ機能する。このような吸収格子は、ソース格子においてと同様に、異なるＸ線吸収度を持つ異なる領域のパターンを有する。
【００２０】
このような実施形態に内在する全般的着想は、操縦（ステアリング）手段を用いて第３の回折格子に対する第２の回折格子の相対移動を可能にして、第２の回折格子の下流の干渉縞の大部分が第３のパターンによって阻止される相対位置に、又はそれに代えて、この干渉Ｘ線パターンの大部分が第３の回折格子を透過する相対位置に、の何れで第２及び第３の回折格子が互いに対して移動可能に配置され得るようにすることである。
【００２１】
換言すれば、第２及び第３の回折格子の互いに対する相対移動を可能にすることにより、３つの回折格子の構成全体を通してのＸ線透過率が制御され得る。
【００２２】
そのとき、関心領域を通しての全体的なＸ線透過率に影響を及ぼすことのためだけでなく、第２及び第３の回折格子の少なくとも一方が、部分格子の各々が付随の操縦手段を用いて独立に変位され得る多数の部分格子へと分割される。従って、１つの部分格子に対応する各領域に関して、付随する操縦手段を適切に制御することによって、独立にＸ線透過率が制御され得る。流体位相格子が使用される場合、操縦手段は、気体領域又は更には真空領域の生成も含め、局所的に周期的な高めの位相シフト及び低めの位相シフトの領域を作り出すことによって位相シフトを変化させるデバイスとし得る。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に従ったＸ線撮像装置１を示している。このＸ線撮像装置は、観察ボリューム３の中に配置される被写体の関心領域を撮像することに適応されている。医療用途では、このような関心領域は、人体又は動物体の一部とし得る。従って、観察ボリューム３は、そのような身体部分を収容するのに十分な寸法を有し得る。例えば、観察ボリューム３は、１０ｃｍと５０ｃｍとの間、好ましくは３０ｃｍと５０ｃｍとの間の長さｌを有し得る。Ｘ線撮像装置１は、Ｘ線源６の一部であるＸ線管５、及びＸ線検出器７を有している。さらに、Ｘ線撮像装置１は、アパーチャ１１、第１の回折格子１３、及び第２の回折格子１５と第３の回折格子１７とを含んだ制御可能な透過構成１２を有している。
【００２４】
Ｘ線源６は、コンベンショナルなＸ線管５を有し得る。Ｘ線源６は、Ｘ線検出器７に向かう方向のビーム経路９に沿ってＸ線ビーム８を放射するように適応される。アパーチャ１１は、Ｘ線ビーム８を或る特定の角度に制限する。Ｘ線ビームの経路９は、Ｘ線検出器７の検出表面に到達する前に観察ボリューム３を横切る。この検出表面は、２次元マトリクスに配列された多数の検出器素子を有し得る。これらの検出器素子は、画素１９としても参照される。言及しておくに、他の実施形態においては、例えば、多数の検出器素子すなわち画素が１次元で直線に沿って配列されて典型的に走査方式で動作されるライン検出器など、異なるＸ線検出器が使用されてもよい。
【００２５】
第１、第２及び第３の回折格子１３、１５、１７は、Ｘ線ビーム８が先ず第１の回折格子１３を通り、次いで第２の回折格子１５を通り、そして最後に第３の回折格子１７を通って伝わるように、ビーム経路９内で直列に、すなわち、互いに前後に配置される。そのとき、回折格子１３、１５、１７は互いに離間して配置され、すなわち、これらは互いに直接的な機械的接触を有しない。例えば、第２の回折格子１５は、第１の回折格子１３から、例えば５ｃｍと５０ｃｍとの間、好ましくは５ｃｍと２０ｃｍとの間の距離ｄ１だけ離間され得る。第３の回折格子１７は、第２の回折格子１５に対して、例えば５ｃｍと５０ｃｍとの間、好ましくは５ｃｍと２０ｃｍとの間の距離ｄ２に配置され得る。概して、距離ｄ１及びｄ２は、観察ボリューム３の長さｌよりもかなり小さい。
【００２６】
第１、第２及び第３の回折格子１３、１５、１７を有する構成は、タルボ・ロー干渉計内の回折格子の構成と同様とし得る。しかしながら、更に詳細に後述するように、回折格子１３、１５、１７の構成１２は、タルボ・ロー干渉計においてとは異なるように使用されて動作することになる。１つの主な相違は、タルボ・ロー干渉計においては一般に第１の回折格子が観察ボリュームの上流に配置される一方で２つの更なる回折格子はこの観察ボリュームの下流に配置されるのに対し、第１、第２及び第３の回折格子１３、１５、１７の全てが観察ボリューム３の上流に配置されることに見て取り得る。タルボ・ロー干渉計の詳細は本明細書内では説明しないが、Ｐｆｅｉｆｆｅｒ等の“Ｐｈａｓｅ  ｒｅｔｒｉｅｖａｌ  ａｎｄ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｐｈａｓｅ−ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｌｏｗ−ｂｒｉｌｌｉａｎｃｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｏｕｒｃｅｓ”（Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，第２巻，２００６年４月）を参照し得る。
【００２７】
一般に、回折格子は、有意に相異なる特性を持つ領域の繰り返しパターンを有する構造として理解され得る。例えば、それらの領域は、ｘ線吸収度に関して異なることができ、それにより、当該回折格子を通るＸ線ビームの透過に影響を及ぼすことを可能にする。それに代えて、あるいは加えて、それらの領域は、Ｘ線伝播速度に関して異なることができ、それにより、当該回折格子を通るＸ線ビームの位相特性に影響を及ぼすことを可能にする。概して、ここに記載される回折格子１３、１５、１７は、マイクロメートル域の構造寸法を有することができ、これらの回折格子の構造又は周期性は、例えば５０μｍ未満、好ましくは２０μｍ未満又は１０μｍ未満である。
【００２８】
図２は、第１の回折格子１３の一例を示している。この第１の回折格子１３は、例えばシリコンのベース基板２３を有している。このベース基板２３の表面に、多数の矩形ブロック２５が周期的な繰り返しパターンで配置されている。ブロック２５の各々は典型的に、例えば金など、大いにＸ線を吸収する材料を有する。周期長又は周期性ｐ０は、１０マイクロメートルと５０マイクロメートルとの間とし得る。隣接し合うブロック２５は、１から１０マイクロメートルの範囲内にある距離又は間隔ｓ０だけ互いに離間されている。ブロック２５の高さｈ０は、１０から２００マイクロメートルの範囲内とし得る。構成１２内で、このような第１の回折格子１３は、“Ｇ０”と称するときもあるソース格子として機能し得る。このようなソース格子は、概して非コヒーレントなビーム８によって照射されるとき、相殺的干渉及び建設的干渉の重ね合わせ模様を有した、個々のコヒーレントなソースＸ線ビームのアレイを作り出す。換言すれば、Ｘ線撮像装置１のＸ線源６が、コヒーレントなＸ線放射を生成しないときであっても、第１の回折格子１３の透過後に、Ｘ放射線は、後続の第２の回折格子１５によって干渉縞を生成するのに重要な、或る一定の度合い空間コヒーレンスを有する。
【００２９】
第２の回折格子１５の一例を図３に示す。第２の回折格子１５も、ベース２７と幾つかのブロック２９とを有している。ベース２３及びブロック２５が典型的に異なる材料で構成される第１の回折格子１３とは対照的に、第２の回折格子１５のベース２７及びブロック２９は典型的に、例えばシリコンなどの同一材料で構成される。第２の回折格子１５は単一部品として製造され得る。ブロック２９は、１マイクロメートルと２０マイクロメートルとの間の高さｈ１を有した、ベース２７から延在する細長いフィンガ（指部）として形成される。周期長ｐ１は１から１０マイクロメートルの範囲内とすることができ、隣接し合うブロック２９の間の間隔ｓ１は１から１０マイクロメートルの範囲内とし得る。典型的に、第２の回折格子１５の周期構造を形成するブロック２９は、例えばシリコンなどの、弱くＸ線を吸収する材料で構成される。従って、このような第２の回折格子１５を通って伝送されるＸ線は実質的に吸収されない。しかしながら、このように透過するＸ線は、それらがブロック２９を通過するのか隣接ブロック２９間の介在空間を通過するのかに応じて、異なる伝播速度を被る。従って、第２の回折格子１５は、位相格子として作用し得る。コヒーレントなＸ放射線がこのような位相格子中を伝送されるとき、第２の回折格子１５の下流に干渉縞が形成される。
【００３０】
第３の回折格子１７の一例を図４に示す。第３の回折格子もやはり、例えばシリコンのベース基板３１と、このベース基板３１の頂面上のブロックの周期パターンとを有している。図４の例に示すように、この周期パターンは、第１のブロック３３及び第２のブロック３５を有し、第１及び第２のブロック３３、３５が交互に配置されている。ブロック３３、３５は、１０マイクロメートルと２００マイクロメートルとの間の高さｈ２を持つ細長いフィンガのように形成される。このパターンは、１マイクロメートルと１０マイクロメートルとの間の周期長ｐ２を有する。第１のブロック３３の厚さは１マイクロメートルと１０マイクロメートルとの間であり、この厚さはまた、隣接し合う第２のブロック３５の間の間隔ｓ２としても解釈され得る。第２のブロック３５は、例えば金など、大いにＸ線を吸収する材料を有する。第１のブロック３３は概して、例えばシリコンなどの、弱くＸ線を吸収する材料を有する。大いにＸ線を吸収する第２のブロック３５により、第３の回折格子１７は、高Ｘ線吸収性の第２のブロック３５の周期パターンを有するアブソーバ格子として作用し得る。
【００３１】
構成１２内のこの第３の回折格子１７すなわちアブソーバ格子の目的は、第２の回折格子１５すなわち位相格子を通過した後に特定の周期性ｐｉを有する干渉縞を持って第３の回折格子１７に到着するＸ線を選択的且つ制御的に透過させることを可能にすることに見て取り得る。概して、干渉縞の周期性ｐｉは、第２の回折格子１５の周期性ｐ１及び第２の回折格子１５と第３の回折格子１７との間の距離ｄ２に依存する。従って、第３の回折格子１７の位置での干渉縞の周期性ｐｉに実質的に一致する周期性ｐ２を有する第３の回折格子１７を設けることが有利であり得る。
【００３２】
このような周期性ｐ２を持つ幾何学構成を用いて、第３の回折格子１７は、干渉縞内の最大Ｘ線強度の領域が高Ｘ線吸収性の第２のブロック３５に一致し、それ故に強く減衰されるように、又は、それらが弱Ｘ線吸収性の第１のブロック３３に一致し、それ故に第３の回折格子１７を透過しても弱くのみ減衰されるように、の何れかにされ得る。
【００３３】
従って、第１、第２及び第３の回折格子１３、１５、１７の構成１２を透過後にＸ線ビーム８が強く減衰されるか否かは、主として、第２及び第３の回折格子１５、１７の相対的な位置付けに依存する。
【００３４】
なお、回折格子１３、１５、１７の各々及びそれらの部分格子は、様々な製造技術を用いて製造され得る。例えば、これらの回折格子は、マイクロメートルサイズのＭＥＭＳ（微小電気機械システム）構造のアレイとして製造され得る。そのようなＭＥＭＳ構造は、例えば、フォトリソグラフィ及び選択エッチングプロセスなどの、認められたシリコン製造技術を用いて製造され得る。
【００３５】
なお、また、第１の回折格子１３は強Ｘ線吸収性ブロック２５のみを有するように示され、第３の回折格子１７は強Ｘ線吸収性ブロック３５及び弱Ｘ線吸収性ブロック３３の双方を有するように示されているが、これら第１及び第３の回折格子は各々、弱Ｘ線吸収性ブロックを有していてもよいし、有していなくてもよい。例えば、このような弱Ｘ線吸収性ブロックがシリコン基板にて形成されてもよく、そして、隣接シリコンフィンガ間の空間が例えば金などの高Ｘ線吸収性材料で充填され、それによりＸ線吸収性ブロック２５、３５が形成されてもよい。
【００３６】
図５は、本発明の一実施形態に従ったＸ線撮像装置１の構成１８内で使用され得る第２の回折格子１５の一例を示している。この第２の回折格子１５は、多数の部分格子３７を有している。部分格子３７は、２次元マトリクスに配列されている。部分格子３７の各々が、弱Ｘ線吸収性であるが位相遅延材料であるブロック２９が周期パターンで配列される図３に示した幾何学構成と同様の幾何学構成を有し得る。図５においては、例示的に、左上の部分格子３７に関してのみ、そのような周期パターンが示されている。第２の回折格子１５において、各部分格子３７は、付随する操縦手段３９を有する。この操縦手段３９は、関連付けられた部分格子３７を変位させるように適応される。例えば、操縦手段３９は、部分格子３７を変位させるために、電界によって誘起される力を使用し得る。例えば、圧電性結晶が操縦手段３９として使用され得る。
【００３７】
そのとき、操縦手段３９は、関連付けられた部分格子３７を、矢印４１で示すように横方向に、すなわち、平面状の部分格子３７の面内で、且つ好ましくは、部分格子３７の周期性の方向に、すなわち、ブロック２９のフィンガの方向に対して横に、変位させるように適応及び構成され得る。故に、操縦手段３９を用いることで、部分格子３７の各々が、第２の回折格子１５の面内で制御可能に変位され、故に、隣接する第３の回折格子１７に対して変位され得る。
【００３８】
提示したＸ線撮像装置１の実施形態及びそのような装置を動作させる例示的な方法に内在する動作原理を、図６を参照して更に詳細に説明する。Ｘ線源６を起源として第１の回折格子１７（図６に示さず）を透過したＸ線ビーム８が、十分な度合いの空間コヒーレンスを持って第２の回折格子１５に到着する。そして、第２の回折格子１５がその周期パターンにより位相格子として作用する。従って、この位相格子の透過後、第２の回折格子１５の下流のＸ線ビーム８内に干渉縞が生じることになる。
【００３９】
第２の回折格子１５の背後のそのような干渉縞内のＸ線強度Ｉの分布を、図６にグラフ４３として模式的に示す。干渉縞における強度分布は、強度極小４７が介在する強度極大４５の周期的な配列を示す。強度極大４５及び強度極小４７の正確な位置及び大きさは、主として、第２の回折格子１５内の周期構造の位置付け及び周期性ｐ１と、第２及び第３の回折格子１５、１７間の距離ｄ２とに依存する。
【００４０】
図５を参照して上述したように、第２の回折格子１５は多数の部分格子３７へと分割され、操縦手段３９（図６に示さず）を用いて各部分格子３７が横方向４１に変位され得る。
【００４１】
従って、多数の部分格子３７、３７’、３７’’、３７’’’の各々を特異的に位置付けることができ、それにより、それぞれの部分格子のＸ線透過を受けて生成される干渉縞が、（図６の一番上の部分格子３７に関して示すように）その強度極大４５が後続の第３の回折格子１７の高吸収性ブロック３５と空間的に一致するように、あるいは、（下から２番目の部分格子３７’’に関して示すように）その強度極大４５が弱吸収性の介在ブロック３３と空間的に一致するように、作り出されるようにされる。当然ながら、その他の部分格子３７’、３７’’’に関して示すように、強度極大４５が高吸収性ブロック３５と部分的に重なる中間的な位置付けも選択され得る。回折格子１３、１５、１７の構成１２の局所的な透過特性を特異的に制御するため、手段３９は、Ｘ線検出器７から受け取られる情報に基づいて制御され得る。
【００４２】
例えば、図６に示すように、人体４９が観察ボリューム３内に配置され得る。この人体４９は、例えば脊柱５１など高度にＸ線を吸収する部分と、例えば肺組織５３を有する弱くＸ線を吸収する領域とを有する。また、人体４９は、医用Ｘ線撮像において関心のないものである周辺領域５５を有し得る。
【００４３】
従って、患者に供給されるＸ線量を最小化すると同時に、Ｘ線検出器７の領域群のオーバーエクスポージャ及び／又はアンダーエクスポージャを回避するため、第２の回折格子１５のそれぞれの部分格子３７、３７’、３７’’、３７’’’のうちの１つに関連する１つ以上の画素１９を有する領域においてＸ線検出器によって受けられた累積Ｘ線強度についての情報が、この部分格子３７、３７’、３７’’、３７’’’を特異的に位置付けるために使用され得る。
【００４４】
例えば、図６に示す例において、一番上の部分格子３７は、周辺の関心ない人体４９の領域５５にＸ線が実質的に伝えられないよう、干渉縞の極大４５が高Ｘ線吸収性ブロック３５と一致するように位置付けられる。
【００４５】
その他の部分格子３７’、３７’’、３７’’’は全て、先ず、Ｘ線の最大強度が回折格子１３、１５、１７の構成１２を透過し、そのＸ線強度が検出器７の画素１９内で累積されるように構成され得る。累積されたＸ線強度についての情報が継続的にモニタされ、検出器７のうちの一部領域がオーバーエクスポーズされそうなことが認識されると直ちに、そのような情報が、検出器７及び第２の回折格子１５の操縦手段３９の各々に接続された制御装置２１（図１参照）で使用され得る。
【００４６】
そして、制御装置２１は、ほぼオーバーエクスポーズされた検出器部分に関連する部分格子３７’、３７’’’の操縦手段３９を制御し、それらそれぞれの領域内で、強度極大４５が第３の回折格子１７の高吸収性ブロック３５と空間的に一致し、それ故にＸ線ビーム８の部分が阻止されるようにし得る。
【００４７】
それとは対照的に、人体４９内の例えば脊柱５１などの高Ｘ線吸収構造の下流の検出器７の領域は、オーバーエクスポーズされそうになく、故に、制御装置２１は、関連する部分格子３７’’の操縦手段３９を制御し、生成される干渉縞の強度極大４５が第３の回折格子１７の弱吸収性ブロック３３と空間的に一致し、それ故に最大限に透過されるようにする。
【００４８】
なお、構成１２中のＸ線透過を制御することを可能にするためには、第２及び第３の回折格子の相対的な位置付けを制御できることが必要なだけであり得る。従って、原理的には、第２の回折格子１５の部分格子を動かすことに代えて、あるいは加えて、第３の回折格子１７又はその部分格子を、操縦手段を用いてアクティブに動かしてもよい。
【００４９】
しかしながら、第２の回折格子１５の部分格子３７を動かすことの方が概して容易であり得る。というのは、第３の回折格子１７は例えば金などの重い材料の高Ｘ線吸収性ブロック３５を有するので、典型的にこれらの部分格子３７の方が第３の回折格子１７のオプションの部分格子よりも軽いからである。
【００５０】
提示したＸ線撮像装置１の特定の一実施形態において、Ｘ線源６は、多色スペクトルのＸ線を放射するように適応され得る。このような実施形態において、制御装置２１は、Ｘ線画像収集中に変化するＸ線スペクトルが第１、第２及び第３の回折格子１３、１５、１７の構成１２を透過するように部分格子３７が変位されるよう、操縦手段３９を制御するように適応され得る。このような実施形態は、タルボ縞が主として透過Ｘ線の波長に依存し、それ故に、患者の前の回折格子１３、１５、１７の構成１２内でのＸ線減衰は一般的に特定の（“設計”）波長及び格子設定でのみ最大であるという考えに基づいて理解され得る。例えば、多色Ｘ線ビームを用いるとき、他の波長を持つフォトンが少なくとも部分的に構成１２を通過することになる。従って、上述のように格子構造及び位置付けを変調することにより、患者内の例えば血管構造などの特定の関心対象が、異なる平均エネルギーのフォトンで照射され得る。
【００５１】
更なる特定の一実施形態において、周期的なＸ線位相変更ユニット１５は、例えばサブミリメートルサイズのエッチングされたシリコンのピースなどの構造又は回折格子のアレイを有する。このようなアレイは、例えば、１つ又は複数の超音波源（ソース）を有し得る。例えば、このようなソースは、超音波源のアレイとしてＭＥＭＳにて形成され得る最新のｃＭｕｔ源を用いて設けられ得る。故に、このアレイは、局在化された超音波トランスデューサに取り付けられ得る。このようなアレイは液体内に浸漬され得る。局在化されたトランスデューサの活性化を受けて、キャビテーションの周期パターンが液体内に生成され、それが、透過Ｘ線における位相シフトを改変あるいは変更する局在化された周期的素子として作用し得る。換言すれば、このキャビテーションは一般に、周囲の液体とは異なる屈折率を有し、それにより、屈折率変化の周期パターンが作り出される。このようなパターン中のＸ線透過を受けて位相シフトが起こることにより、干渉縞が生じ、アレイの背後でのビーム強度が局所的に変更されることになる。周期的なＸ線吸収ユニット１７がこのような干渉縞に対して特異的に配置されることで、制御可能な透過構成１２の全体中を透過するＸ線の強度が制御され得る。
【符号の説明】
【００５２】
１    Ｘ線撮像装置
３    観察ボリューム
５    Ｘ線管
６    Ｘ線源
７    Ｘ線検出器
８    Ｘ線ビーム
９    ビーム経路
１１  アパーチャ
１２  構成
１３  第１の回折格子
１５  第２の回折格子
１７  第３の回折格子
１９  画素
２１  制御装置
２３  第１の回折格子のベース基板
２５  第１の回折格子のＸ線吸収性ブロック
２７  第２の回折格子のベース基板
２９  第２の回折格子のＸ線位相変更ブロック
３１  第３の回折格子のベース基板
３３  第３の回折格子のＸ線位相変更ブロック
３５  第３の回折格子のＸ線吸収性ブロック
３７  部分格子
３９  操縦手段
４１  変位方向
４３  Ｘ線強度分布を示すグラフ
４５  Ｘ線強度極大
４７  Ｘ線強度極小
４９  人体
５１  脊柱
５３  肺組織
５５  周辺領域
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年5月9日(2016.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察ボリューム内に配置された被写体の関心領域を撮像するＸ線撮像装置であって、
少なくとも部分的にコヒーレントなＸ放射線を生成するように適応されたＸ線源と、
少なくとも局所的に周期的なＸ線位相変更ユニットと、少なくとも局所的に周期的なＸ線吸収ユニットとを有する制御可能な透過構成と、
Ｘ線検出器と、
制御装置と
を有し、
前記周期的なＸ線位相変更ユニット及び前記周期的なＸ線吸収ユニットは、前記観察ボリュームの上流の領域内で、前記Ｘ線源によって放射されるＸ線のビーム経路内で互いに離間して且つ互いに対して前後に配置され、
前記周期的なＸ線位相変更ユニット及び前記周期的なＸ線吸収ユニットのうちの少なくとも一方が、複数の部分ユニットを有し、前記部分ユニットのうちの少なくとも１つが、干渉縞を変化させる操縦手段を有し、前記制御装置が、少なくとも１つの前記操縦手段を制御するように適応されている、
Ｘ線撮像装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記Ｘ線検出器から受け取られる情報に基づいて前記操縦手段を制御するように適応されている、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項３】
前記周期的なＸ線位相変更ユニットは位相格子であり、前記周期的なＸ線吸収ユニットはアブソーバ格子であり、前記アブソーバ格子は、有意に異なるＸ線吸収度を持つ領域の繰り返しパターンを有し、前記位相格子は、透過Ｘ線の位相に異なるように影響を及ぼす領域の繰り返しパターンを有する、請求項１又は２に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記Ｘ線源は線源格子を有する、請求項１乃至３の何れかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記線源格子、前記位相格子及び前記アブソーバ格子は、５０マイクロメートル未満の周期性ｐ０、ｐ１、ｐ２を持つ繰り返しパターンを有する、請求項３を引用する場合の請求項４に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記位相格子及び前記アブソーバ格子のうちの少なくとも一方が、複数の部分格子に分割されており、各部分格子が、付随する操縦手段を用いて独立に変位され得る、請求項３に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記制御装置は、それぞれの部分格子に関連付けられた画素領域内で前記Ｘ線検出器によって受けられた累積Ｘ線強度についての情報に基づいて前記操縦手段の各々を制御するように適応されている、請求項６に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
各々の部分ユニット又は部分格子が面内で延在し、前記操縦手段は、前記部分ユニット又は部分格子を前記面内で横方向に変位させるように適応されている、請求項１又は６に記載のＸ線撮像装置。
【請求項９】
前記操縦手段は、電界によって誘起される力を用いて前記部分ユニットを変位させるように適応されている、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１０】
前記部分ユニットは２次元マトリクスに配列されている、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１１】
前記Ｘ線源は、多色スペクトルのＸ線を放射するように適応され、前記制御装置は、Ｘ線画像収集中に変化するＸ線スペクトルが前記制御可能な透過構成を透過するように前記部分ユニットが変位されるよう、前記操縦手段を制御するように適応される、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１２】
前記周期的なＸ線位相変更ユニットは、少なくとも局所的なキャビテーションの周期パターンを液体内に生成する手段を有する、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のＸ線撮像装置を動作させる方法であって、
前記Ｘ線位相変更ユニットの複数の部分ユニットのうちの少なくとも１つによって生成される干渉縞を、前記Ｘ線吸収ユニットに対して変化させるように、前記操縦手段の各々を制御すること、
を有する方法。
【請求項１４】
前記操縦手段は、それぞれの部分ユニットに関連付けられた画素領域内で前記Ｘ線検出器によって受けられた累積Ｘ線強度についての情報に基づいて制御される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｘ線源は、多色スペクトルのＸ線を放射するように適応され、当該方法は更に、Ｘ線画像収集中に変化するＸ線スペクトルが前記制御可能な透過構成を透過するように部分格子が変位されるよう、前記操縦手段を制御することを有する、請求項１３又は１４に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
動的な減衰器が提案されてきたが、高速な変調には実用的でなかった。例えば、国際公開第０２／２５６７１号パンフレット（特許文献１）は、個々のフィルタ素子内のＸ線吸収液の量を制御することによって調整されることが可能なＸ線吸収率を持つフィルタ素子を有するＸ線フィルタ、をとりわけ含むＸ線検査装置を記載している。しかしながら、フィルタ素子内の液体を再配置することは、一般的に時間がかかり、低い周波数での画像収集に適するのみである。
同様に、米国特許第６０６１４２６号明細書は、このようなＸ線フィルタと、コリメータ素子をＸ線遮断液で充たすことによってＸ線透過状態及びＸ線遮断状態の間で切換え可能なコリメータ素子を備えたＸ線コリメータと、を含むＸ線検査装置を開示している。
米国特許出願公開第２０１１／０２０６２５９号明細書は、取得される各投影画像に対して選択されたフィルタリング済みビーム強度プロファイルを提供するようにＸ線撮像ビームがフィルタリングされるＣアーム撮像装置を開示している。そのビームフィルタは、複数のウェッジ対（ペア）又はマルチリーフセットを含んだデジタルビーム減衰器を有する。
米国特許出願公開第２００８／００３７７０９号明細書は、理想的周期グリッドのスタックを放射線吸収構造として有した、放射線のビーム内の放射線強度の空間分布を制御するシステム及び方法を開示している。
【国際調査報告】
2016538978.tif 000009
2016538978.tif 000010
2016538978.tif 000011