(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線放射線のビームを放出するＸ線源と、
撮像される物体を収容する検査領域をはさんで前記Ｘ線源の反対側に配置されたＸ線検出器と、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に配置され、前記Ｘ線検出器によって検出可能な前記Ｘ線放射線上の縞パターンを変調する格子構成部と、
を備える、Ｘ線撮像デバイスであって、
前記Ｘ線検出器上での前記格子構成部の占有面積が、前記Ｘ線検出器の放射線感受エリアよりも小さく、
前記Ｘ線撮像デバイスは、前記物体が前記検査領域にない状態での撮像動作中に、参照スキャンデータを獲得する、Ｘ線撮像デバイスにおいて、
前記Ｘ線撮像デバイスは、スキャン動作において縞パターンの組が前記Ｘ線検出器によって検出されるように、前記Ｘ線検出器が前記検査領域に対して静止したままで、前記格子構成部をスキャン運動で前記Ｘ線検出器に対していくつかの異なる位置に移動させることと、縞パターンの異なる組のために前記格子構成部をスキャン運動で前記Ｘ線検出器に対して前記異なる位置それぞれと同じ位置に移動させることとにより、前記参照スキャンデータを獲得することを特徴とする、Ｘ線撮像デバイス。
【請求項２】
前記Ｘ線撮像デバイスは、前記物体が前記検査領域にある状態での撮像動作中に、前記格子構成部をスキャン運動で、縞パターンの前記組のうちの１つのため前記参照スキャンデータを獲得するために使用されたのと同じ、前記Ｘ線検出器に対する位置に移動させることにより、物体スキャンデータを獲得する、請求項１に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項３】
前記Ｘ線撮像デバイスが、前記物体の画像を取得するために、前記参照スキャンデータから取得されるパラメータに基づいて前記物体スキャンデータをフィットさせる、請求項２に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項４】
前記格子構成部は、位相コントラスト撮像及び／又は暗視野撮像を行うための撮像動作中に、少なくとも部分的にＸ線放射線の前記ビームの中に配置される、請求項３に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項５】
前記格子構成部が２つの格子を備え、前記２つの格子が、各スキャン運動中に互いに対して固定された空間的関係を保つ、請求項４に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項６】
前記Ｘ線撮像デバイスは、互いに対してインコヒーレントであり得る個々にコヒーレントなＸ線放射線の複数のビームを線源格子によって生成するように、前記Ｘ線源と前記検査領域との間に配置された前記線源格子を備える、請求項５に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項７】
前記Ｘ線撮像デバイスは、前記物体が前記検査領域にない状態での撮像動作中に、前記Ｘ線検出器が前記検査領域に対して静止したままで、前記格子構成部をスキャン運動で前記Ｘ線検出器に対して少なくとも４つの異なる位置に移動させ、それにより前記スキャン運動において縞パターンの組が前記Ｘ線検出器によって検出されることと、縞パターンの少なくとも２つの異なる組のために、前記格子構成部をスキャン運動で前記Ｘ線検出器に対して前記少なくとも４つの異なる位置それぞれと同じ位置に移動させることとにより、前記参照スキャンデータを獲得する、請求項１、２、３、４、５、又は６に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項８】
前記Ｘ線撮像デバイスが、後続する複数のスキャン運動の間に前記格子の互いに対する相対横方向位置を変えることにより、縞パターンの異なる組を生成する、請求項５又は６に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項９】
前記Ｘ線撮像デバイスが、前記パラメータを取得するために前記参照スキャンデータに第１の関数をフィットさせることと、前記参照スキャンデータから取得された前記パラメータを使用して前記物体スキャンデータに第２の関数をフィットさせることとにより、前記参照スキャンデータ及び前記物体スキャンデータを処理する処理ユニットを備える、請求項８に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項１０】
前記処理ユニットが、前記参照スキャンデータにＪｘｙα（ｚ）＝Ｉｘｙα（１＋Ｖｘｙαｃｏｓ（φｘｙα＋２πｚ／ｐ））である前記第１の関数をフィットさせ、ここで、Ｊｘｙα（ｚ）は、前記格子の互いに対する相対横方向位置ｚ、平均線束Ｉｘｙα、縞可視度Ｖｘｙα、縞位相φｘｙα、及び格子周期ｐに依存して、前記Ｘ線検出器に対する前記格子構成部の位置αについて、前記Ｘ線検出器のピクセルｘｙで獲得される前記参照スキャンデータである、請求項９に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項１１】
前記処理ユニットが、前記物体スキャンデータにＫｘｙα＝ＩｘｙαＴｘｙ（１＋ＶｘｙαＤｘｙｃｏｓ（ψｘｙ＋φｘｙα＋２πｚ０／ｐ））である前記第２の関数をフィットさせ、ここで、Ｋｘｙαは、前記格子の互いに対する相対横方向位置ｚ０、物体透過Ｔｘｙ、暗視野Ｄｘｙ、及び差分位相ψｘｙの画像について、前記Ｘ線検出器に対する前記格子構成部の前記位置αについて、前記Ｘ線検出器の前記ピクセルｘｙで獲得される前記物体スキャンデータである、請求項１０に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項１２】
前記格子構成部の前記２つの格子が位相格子及び吸収格子であり、前記格子同士の間の距離は、前記格子構成部がタルボ・ロー型干渉計を形成するように、タルボ距離の要件にフィットさせて調整される、請求項１１に記載のＸ線撮像デバイス。
【請求項１３】
請求項１に記載のＸ線撮像デバイスを動作させる方法であって、前記方法は、
物体が前記検査領域にない状態での撮像動作中に参照スキャンデータを獲得するために、前記スキャン運動において縞パターンの組が前記Ｘ線検出器によって検出されるように、Ｘ線検出器を検査領域に対して静止したままに保ちながら、格子構成部をスキャン運動で前記Ｘ線検出器に対していくつかの異なる位置に移動させるステップと、縞パターンの異なる組のために前記格子構成部をスキャン運動で前記Ｘ線検出器に対して前記異なる位置それぞれと同じ位置に移動させるステップとを有する、方法。
【請求項１４】
前記物体が前記検査領域にある状態での撮像動作中に物体スキャンデータを獲得するために、前記格子構成部をスキャン運動で、縞パターンの前記組のうちの１つのため前記参照スキャンデータを獲得するために使用されたのと同じ、前記Ｘ線検出器に対する位置に移動させるステップをさらに有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１に記載のＸ線撮像デバイスを動作させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータプログラムがプロセッサ上で実行されたときに、請求項１３に記載の方法を前記プロセッサに実行させるプログラムコード手段を備える、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線位相コントラスト撮像及び暗視野撮像に関する。詳細には、本発明は、Ｘ線撮像デバイス、そのＸ線撮像デバイスを動作させる方法、及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＰ１７３１０９９Ａ１は、Ｘ線源と、透過ジオメトリにある回折要素と、空間変調される検出感度を有する位置敏感検出器とを備える、量的位相コントラスト画像を取得するためのＸ線の干渉計を示している。Ｘ線源に対する回折要素又は検出器感度変調マスクの横方向への横断移動によって、１次元又は２次元の位相ステッピングスキャンを実施することができる。さらに、位相ステッピングスキャンデータに分析手順を実施することができ、この手順は、検出器の要素ごとに、その要素の中で測定された強度曲線を、調査対象のビームひずみ無しで別途モデル化された、又は測定された強度曲線にフィットさせるステップを有し、ここでフィットパラメータの少なくとも１つは、スキャンの位置軸に沿った曲線のシフトである。
【０００３】
ＷＯ２０１７／００１２９４Ａ１は、Ｘ線放射線のビームを放出するＸ線源と、撮像される物体を収容する検査領域をはさんで前記Ｘ線源の反対側に配置されたＸ線検出器と、少なくとも部分的にＸ線放射線のビームの中に配置された干渉計とを備えるＸ線撮像装置を開示している。前記少なくとも１つの格子の占有面積は、前記Ｘ線検出器の放射線感受エリアの占有面積よりも小さく、装置は、撮像動作中、前記Ｘ線検出器が検査領域に対して静止したままで、前記少なくとも１つの格子をスキャン運動でＸ線検出器に対して移動させるように構成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、より少ないスキャン運動を使用してＸ線位相コントラスト撮像及び暗視野撮像のための参照スキャンデータを導出することを可能にする、Ｘ線撮像デバイス、そのＸ線撮像デバイスを動作させる方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ可読媒体を提供することであるとみなすことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様において、Ｘ線撮像デバイスが提示される。Ｘ線撮像デバイスは、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、格子構成部とを備える。Ｘ線源は、Ｘ線放射線のビームを放出するために構成される。Ｘ線検出器は、撮像される物体を収容する検査領域をはさんでＸ線源の反対側に配置される。格子構成部は、Ｘ線源とＸ線検出器との間に配置される。格子構成部は、Ｘ線検出器によって検出可能なＸ線放射線上の縞パターンを変調するように構成される。Ｘ線検出器上での格子構成部の占有面積は、Ｘ線検出器の放射線感受エリアよりも小さい。Ｘ線撮像デバイスは、物体が検査領域にない状態での撮像動作中に、スキャン運動において縞パターンの組がＸ線検出器によって検出されるように、Ｘ線検出器が検査領域に対して静止したままで、格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対していくつかの異なる位置に移動させることと、縞パターンの異なる組のために格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対して同じ位置に移動させることとにより、参照スキャンデータを獲得するように構成される。
【０００６】
上述したように、Ｘ線検出器上での格子構成部の占有面積よりも大きい放射線感受エリアを有するＸ線検出器が、Ｘ線撮像デバイスに含まれている。Ｘ線検出器の放射線感受エリアは、Ｘ線検出器のうちＸ線放射線に対して感受性のあるエリア、すなわち、Ｘ線放射線の検出を可能にするＸ線検出器のピクセルｘｙによって占められるエリアである。Ｘ線検出器上での格子構成部の占有面積は、Ｘ線検出器への格子構成部の投影、すなわち、格子構成部によって生成される縞パターンによって占められるＸ線検出器上の面積である。したがって、Ｘ線検出器の放射線感受エリア全体に縞パターンを提供するために、格子構成部がＸ線検出器に対して移動されるスキャン方式が使用される。格子構成部は物体及びＸ線検出器に対して移動できるため、スキャン運動は、格子構成部の占有面積よりも大きいサイズを有する物体の撮像を可能にする。スキャン運動はさらに、患者の身体又は身体の部分などの大きい物体を撮像するのに十分に大きいＸ線格子の欠如を克服することを可能にする。
【０００７】
上述したように、Ｘ線撮像デバイスは、とりわけ、縞パターンのいくつかの異なる組のために、格子構成部を、数回、スキャン運動でＸ線検出器に対して同じ位置に移動させることにより、物体が検査領域にない状態での撮像動作中に参照スキャンデータを獲得するように構成される。同じ位置は、ここでは、正確に同じ位置、又は正確に同じ位置から小さく逸脱した位置をカバーするものと理解されるべきであり、例えば、Ｘ線源の焦点スポットを通って延びる軸を中心とし、静止したＸ線検出器に対する格子構成部の回転の場合、正確に同じ位置からの小さな逸脱は、ミリラジアン以下のオーダーであり得、例として、Ｘ線検出器が例えば１５０μｍのピクセルサイズを有し、Ｘ線源とＸ線検出器との間の距離が２ｍである場合には、０．０７５ｍｒａｄである。正確に同じ位置からの小さな逸脱は、スキャン運動とＸ線検出器の読み取りとを同期させる問題から生じることがある。詳細には、隣接するピクセルがすでに照射されたか否かが問題となり得る。したがって、例えば正確に同じ位置からの同じ位置の小さな逸脱を伴って獲得された参照スキャンデータについて、Ｘ線撮像デバイスは、正確に同じ位置における縞パターンを決定するために、正確に同じ位置の隣接する位置間を内挿することにより、参照スキャンデータを処理するように構成され得る。Ｘ線撮像デバイスは、例えば、参照スキャンデータを処理する処理ユニットを備える。
【０００８】
格子構成部は、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上の格子を備える。縞パターンの異なる組は、例えば、格子構成部の１つ又は複数の格子の、格子構成部の他の格子に対する相対横方向位置を変えること、格子構成部及びＸ線検出器に対するＸ線源の焦点スポットの位置を変えること、又は、１つ若しくは複数の格子を通って延び、Ｘ線源とＸ線検出器との間でＸ線放射線の中心ビームの方向に延びる光軸に直角な軸を中心として、格子構成部の１つ若しくは複数の格子をＸ線検出器に対して回転させること、により生成され得る。格子構成部の格子は、格子構成部の軸に沿って配置され得る。格子構成部の格子の、格子構成部の他の格子に対する相対横方向位置は、格子構成部の軸に直角に格子を移動させることによって変えられ得る。このことは、格子構成部の軸が例えば光軸と位置合わせされている場合に、異なる縞パターンを生成するために格子を水平方向又は垂直方向に移動できることを意味する。他の格子に対する格子の相対横方向位置を変えることにより、格子のスリットが格子構成部の軸に対して直角に相対的に変位されて、異なる縞パターンが生成される。
【０００９】
Ｘ線撮像デバイスは、とりわけ、縞パターンの異なる組のために、格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対して同じ位置に移動させることにより、参照スキャンデータを獲得するように構成されるため、低減した数の異なる位置及び低減した数の縞パターンの異なる組を用いて、参照スキャンデータ及びそれに対応する完全な位相ステッピング曲線が、Ｘ線検出器のピクセルｘｙごとに獲得され得る。獲得された参照スキャンデータは、Ｘ線撮像デバイスの較正に使用され得る。暗視野信号チャネルは肺組織の微小構造の変化に対して非常に感度が高いため、参照スキャンデータに基づいて構成されたＸ線撮像デバイスは、特に胸部撮像の分野で診断的価値を追加する。例えば、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）や線維症などの肺疾患が、Ｘ線撮像デバイスを使用して正確に特定及び定量化される。さらに、例えば、軟組織上の異物及び骨の中の小さな亀裂が、Ｘ線撮像デバイスによって検出され得る。
【００１０】
Ｘ線源は、シンクロトロン又は封管型若しくは回転陽極型のＸ線源などの、Ｘ線放射線のビームを提供する任意のＸ線源であり得る。シンクロトロンは、元からコヒーレントなＸ線放射を生成することができる。封管型又は回転陽極型のＸ線源のＸ線放射線は、例えば、互いに対してインコヒーレントであり得る個々にコヒーレントなＸ線放射線の複数のビームを線源格子が生成するように、Ｘ線源と検査領域との間に線源格子を配置することにより、少なくとも部分的にコヒーレントにされ得る。線源格子は、格子構成部の格子であり得る。Ｘ線源の放出スペクトルは、２５ｋＶｐ〜１６０ｋＶｐの範囲であり得、ここでｋＶｐはピークキロ電圧、すなわちＸ線源の両側に印加される電圧である。放出スペクトルは、多色スペクトル、例えば多色タングステン制動放射線スペクトルであり得る。
【００１１】
格子構成部の格子は、１０ｍｍ×１０ｍｍ〜５００ｍｍ×５００ｍｍの間、例えば、４２６ｍｍ×１００ｍｍ〜４２６ｍｍ×２００ｍｍの間、又は１０ｍｍ×１０ｍｍ〜２００ｍｍ×２００ｍｍの間の寸法を有し得る。格子構成部の格子は各々、他の格子と同じ若しくは同様の寸法、又は異なる寸法を有し得る。Ｘ線検出器上での格子構成部の占有面積は、格子構成部の格子の寸法と同様の寸法を有し得、倍率及び格子構成部の格子のサイズに依存する。格子構成部の占有面積は、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ〜５００ｍｍ×５００ｍｍの間、例えば、４２６ｍｍ×２００ｍｍ又は４２６ｍｍ×１００ｍｍであり、第１の格子の占有面積が一次元でＸ線検出器の放射線感受エリアと等しくなるようにする。好ましくは、格子構成部の占有面積は、スキャン運動の方向に直角の方向におけるＸ線検出器の放射線感受エリア全体と等しい。
【００１２】
Ｘ線検出器は、ピクセルｘｙを備えた２次元検出器であり得る。ピクセルｘｙはアレイに配置され得る。少なくとも１つのピクセルｘｙが、Ｘ線放射線を検出するために構成され得る。欠陥ピクセルがない場合、好ましくは、Ｘ線検出器のピクセルｘｙの各々がＸ線放射線を検出するために構成される。ピクセルｘｙは、Ｘ線検出器アレイのｘ軸上のｘ番目のピクセルであり、ｙ軸上のｙ番目のピクセルである。Ｘ線検出器アレイは、２次元アレイであり得、又は２次元Ｘ線検出器アレイを形成するために互いに対して平行に配置されたいくつかのライン検出器アレイからなり得る。本テキストでは、平行とは、製造及び設置によって生じる公差に起因する、例えば０．３ｍｒａｄ又は０．０７５ｍｒａｄなどのミリラジアン以下のオーダーの、完全に平行な配置からの小さな逸脱を含むと理解されるものとする。
【００１３】
撮像動作中、Ｘ線源はＸ線放射線を提供し、Ｘ線放射線はＸ線源から格子構成部を通ってＸ線検出器に伝搬する。格子構成部を通過することにより、Ｘ線放射線上の縞パターンが変調される。格子構成部がＸ線検出器に対して異なる位置に移動されると、Ｘ線検出器で検出される縞パターンは変化し得る。したがって、スキャン運動中に、Ｘ線検出器に対する格子構成部の異なる位置についてＸ線検出器で同じ縞パターンを検出する代わりに、異なる位置についての縞パターンの組がＸ線検出器で検出される。異なる位置は、異なる位置に沿ったスキャン運動中にＸ線検出器の放射線感受エリア全体に縞パターンが与えられるように配置され得る。例えば、Ｘ線検出器に対する格子構成部の回転スキャン運動に起因して格子構成部の格子がＸ線検出器に対して傾けられ、かつＸ線検出器が平面状である場合、縞パターンはある角度でＸ線検出器に当たる。したがって、Ｘ線検出器の異なるピクセルと格子構成部の格子との間の距離は、異なるピクセルごとに異なる。格子構成部の格子とＸ線検出器のピクセルｘｙとの間の距離が大きいほど、結果として、縞パターンの倍率がより大きくなる。したがって、格子構成部がＸ線検出器に対して異なる位置に移動されると、縞パターンの組がＸ線検出器で検出される。異なる位置のうち各々１つの位置に対して、Ｘ線検出器のピクセルのうちのサブセットのみに、縞パターンの組のうちの縞パターンが当たる。よって、格子構成部を、スキャン運動でＸ線検出器に対して異なる位置に移動することにより、ピクセルのうちサブセットにおいて縞パターンの組の一部を受信することが可能になり、それにより、次いで、Ｘ線検出器の全ピクセルについての参照スキャンデータを獲得するために受信された縞パターンの組を組み合わせることが可能になる。
【００１４】
例えば２つの格子の互いに対する相対位置を変えること、又は格子構成部及びＸ線検出器に対するＸ線源の焦点スポットの位置を変え、格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対して同じ位置に移動することにより、縞パターンの異なる組を生成することで、Ｘ線検出器のピクセルについて完全な位相ステッピング曲線を獲得することが可能になる。第１の格子及びＸ線検出器に対するＸ線源の焦点スポットの位置は、例えば、電磁界又は磁界を使用することによって変えられ得る。したがって、物体が検査領域にない状態での撮像動作中に参照スキャンデータを獲得するためにスキャン運動が繰り返されるが、Ｘ線検出器における位相情報などのさらなる情報を獲得するために、スキャン運動の繰り返しでは縞パターンの異なる組を用いる。スキャン運動は、例えば、完全な位相ステッピング曲線に対する参照スキャンデータがＸ線検出器のピクセルｘｙごとに入手可能になるまで、縞パターンのいくつかの異なる組のために繰り返され得る。獲得された参照スキャンデータは、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置ごとに、Ｘ線検出器のピクセルｘｙについての完全な位相ステッピング曲線が入手可能となるように、さらに解像され得る。参照スキャンデータは、例えば、それぞれのスキャン運動で使用される縞パターンの各組ごとにそれぞれのピクセルｘｙで獲得された参照スキャンデータを、当該それぞれのピクセルｘｙの解像データに関連付けることによって解像され得る。ピクセルｘｙの解像データは、Ｘ線検出器に対する格子構成部の様々な位置からの完全な位相ステッピング曲線と、縞パターンの様々な組とを含む。しかし、参照スキャンデータがＸ線検出器のピクセルのうちサブセットのみについて必要とされる場合は、スキャン運動におけるＸ線検出器に対する格子構成部のいくつかの異なる位置の数、及び／又は縞パターンの異なる組のためのスキャン運動の数を制限して、Ｘ線検出器のピクセルのうちサブセットのみについて参照スキャンデータを取得し得る。
【００１５】
Ｘ線撮像デバイスは、物体が検査領域にある状態での撮像動作中に、格子構成部をスキャン運動で、縞パターンの組のうちの１つのため参照スキャンデータを獲得するために使用されたのと同じ、Ｘ線検出器に対する位置に移動させることにより、物体スキャンデータを獲得するように構成され得る。
【００１６】
さらに、この参照スキャンデータは、物体の画像を取得するために物体スキャンデータをフィットさせる後続のステップで使用され得るパラメータを取得するために使用され得る。これにより、参照スキャンデータを獲得するために使用されたのと同じ、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置を用いて物体がスキャンされる場合に、縞パターンの組のうちの１つのみをスキャン運動で使用して物体の画像を取得することが可能になる。したがって、必要とされる物体のスキャン回数を減らすことができる。
【００１７】
好ましくは、結果として縞パターンの組のうちの１つのみを生じさせる１つのみのスキャン運動が、物体スキャンデータを獲得するために使用される。代替として、結果として縞パターンの２つ以上の異なる組を生じさせるスキャン運動が、物体スキャンデータを獲得するために使用され得る。
【００１８】
Ｘ線撮像デバイスは、物体の画像を取得するために、参照スキャンデータから取得されたパラメータに基づいて物体スキャンデータをフィットさせるように構成され得る。Ｘ線撮像デバイスは、例えば、物体の画像を取得するために、参照スキャンデータから取得されたパラメータに基づいて物体スキャンデータをフィットさせるために構成された処理ユニットを備え得る。代替又は追加として、例えば、物体の画像を取得するべく参照スキャンデータから取得されたパラメータに基づいて物体スキャンデータをフィットさせるために、パーソナルコンピュータなどの外部ユニットに参照スキャンデータ及び物体スキャンデータが提供され得る。
【００１９】
ある実施形態において、格子構成部は２つの格子を備える。格子構成部は、３つの格子又はそれ以上の格子を備えることもできる。好ましくは、格子は、各スキャン運動中に互いに対して固定された空間的関係を保つ。格子は、例えば位相格子又は吸収格子であり得る。ある実施形態において、格子構成部は、２つの吸収格子を備える。別の実施形態において、格子構成部は、位相格子及び分析器格子、例えば、撮像動作中にＸ線放射線のビームと相互作用するときに格子構成部によって生成される縞パターンを適切に分解するためのＸ線検出器の空間分解能に対する要件を緩和することを可能にする吸収格子を備える。
【００２０】
Ｘ線撮像デバイスは、Ｘ線源と検査領域との間に配置された線源格子を備え得る。線源格子は、好ましくは、線源格子が、互いに対してインコヒーレントであり得る個々にコヒーレントなＸ線放射線の複数のビームを生成するように配置される。線源格子は、格子構成部の格子の１つであり得る。Ｘ線源と検査領域との間への線源格子の配置は、Ｘ線放射線を少なくとも部分的にコヒーレントにすることを可能にする。Ｘ線源が、縞パターンの生成を可能にするのに十分にコヒーレントである、元からコヒーレントなＸ線放射線を生成することができない場合、Ｘ線撮像デバイスは、好ましくは、線源格子を備える。Ｘ線撮像デバイスは、２つ以上の線源格子、特に、スキャン運動中にＸ線検出器に対する格子構成部の異なる位置各々で、格子構成部の格子に少なくとも部分的にコヒーレントなＸ線放射線が提供されるように配置された線源格子のアレイを備えることもできる。
【００２１】
Ｘ線撮像デバイスは、後続のスキャン運動とスキャン運動との間に格子構成部の格子の互いに対する相対横方向位置を変えることにより、縞パターンの異なる組を生成するように構成され得る。縞パターンの異なる組を生成するために、例えば、他の格子に対する格子のうち任意の１つ又は複数の相対横方向位置を変えることができ、例えば、分析器格子に対する位相格子の相対横方向位置、線源格子に対する位相格子の相対横方向位置、位相格子及び分析器格子に対する線源格子の相対横方向位置、又は吸収格子のうち１つのその他に対する相対横方向位置等が変えられ得る。格子の互いに対する相対横方向位置は、例えば、後続のスキャン運動とスキャン運動との間にアクチュエータ等によって変えられ得る。Ｘ線撮像デバイスは、アクチュエータ、例えば、格子の１つ又は複数を格子構成部の他の格子と比較して異なる相対横方向位置に移動させるように構成された、圧電アクチュエータを備え得る。
【００２２】
Ｘ線撮像デバイスは、処理ユニットを備え得る。処理ユニットは、パラメータを取得するために参照スキャンデータに第１の関数をフィットさせることと、参照スキャンデータから取得されたパラメータを使用して物体スキャンデータに第２の関数をフィットさせることとにより、参照スキャンデータ及び物体スキャンデータを処理するために構成され得る。処理ユニットは、代替として、参照スキャンデータ又は物体スキャンデータを処理するために構成され得る。
【００２３】
処理ユニットは、参照スキャンデータに第１の関数Ｊｘｙα（ｚ）＝Ｉｘｙα（１＋Ｖｘｙαｃｏｓ（φｘｙα＋２πｚ／ｐ））をフィットさせるために構成され得、Ｊｘｙα（ｚ）は、格子の互いに対する相対横方向位置ｚ、平均線束Ｉｘｙα、縞可視度Ｖｘｙα、縞位相φｘｙα、及び格子周期ｐに依存して、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置αについて、Ｘ線検出器のピクセルｘｙで獲得される参照スキャンデータである。
【００２４】
平均線束Ｉｘｙαは、位相ステッピング曲線の平均強度に対応するフィッティングパラメータであり、
【数１】
0006961077.tif 000002
と定義され得、ｎは整数個の異なる位置であり、ｚ１、Λ、ｚｎはｚについてのサンプリング値、すなわち、サンプリング値の和をサンプル中の項目数で割った算術平均の意味での位相ステッピング曲線の平均強度であり、ここで、サンプリング値は、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置αについて、Ｘ線検出器のピクセルｘｙで獲得される参照スキャンデータであり、サンプル中の項目数は、格子の互いに対する異なる相対横方向位置ｚの数によって生成される異なる縞パターンの数に依存する。
【００２５】
縞可視度Ｖｘｙα及び縞位相φｘｙαは、さらなるフィッティングパラメータである。
【００２６】
縞可視度Ｖｘｙαは、Ｊｘｙα（ｚ）の振幅とその平均Ｉｘｙαとの比として定義される。これは、測定された強度Ｊｘｙα’（ｚ）の、モデルＪｘｙα（ｚ）＝Ｉｘｙα（１＋Ｖｘｙαｃｏｓ（φｘｙα＋２πｚ／ｐ））へのフィットを行うことによって取り出され得る。縞可視度Ｖｘｙαは、
【数２】
0006961077.tif 000003
にほぼ等しく、Ｊ’ｘｙα，ｍａｘ＝ｍａｘｚ（Ｊ’ｘｙα（ｚ））は、ピクセルｘｙにおける、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置αでの関数Ｊｘｙα（ｚ）の最大の検出値であり、Ｊ’ｘｙα，ｍｉｎ＝ｍｉｎｚ（Ｊ’ｘｙα（ｚ））はその最小の検出値であり、例えば最大及び最小の検出強度である。
【００２７】
縞位相φｘｙαは、ｃｏｓ（２πｚ／ｐ）への依存度からのＪｘｙα（ｚ）の検出値のオフセットとして定義される。
【００２８】
格子周期ｐは、スキャン運動中に縞パターンの異なる組の生成を可能にする、各格子が互いに対する相対横方向位置ｚを有する構成を実現するために、他の格子に対して相対的に移動される格子の周期である。
【００２９】
処理ユニットは、例えば、第１の関数を参照スキャンデータにフィットさせるために、最小二乗フィット又は例えば加重最小二乗などの任意の他のフィッティング方法を使用するように構成され得る。参照スキャンデータを第１の関数Ｊｘｙα（ｚ）＝Ｉｘｙα（１＋Ｖｘｙαｃｏｓ（φｘｙα＋２πｚ／ｐ））にフィットさせることにより、後に物体スキャンデータをフィットさせるために使用され得るパラメータである、平均線束Ｉｘｙα、縞可視度Ｖｘｙα、及び縞位相φｘｙαを取得することが可能になる。したがって、参照スキャンデータ及び参照スキャンデータから取得されたパラメータは、Ｘ線撮像デバイスを較正するために使用され得る。Ｘ線検出器のピクセルｘｙについての完全な位相ステッピング曲線を参照スキャンデータから取得することができるので、これらのパラメータは、Ｘ線検出器のピクセルｘｙについて取得され得る。
【００３０】
代替又は追加として、処理ユニットは、物体スキャンデータに第２の関数Ｋｘｙα＝ＩｘｙαＴｘｙ（１＋ＶｘｙαＤｘｙｃｏｓ（ψｘｙ＋φｘｙα＋２πｚ０／ｐ））をフィットさせるために構成され得、Ｋｘｙαは、格子の互いに対する相対横方向位置ｚ０、物体透過Ｔｘｙ、暗視野Ｄｘｙ、及び差分位相ψｘｙの画像について、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置αについて、Ｘ線検出器のピクセルｘｙで獲得された物体スキャンデータである。処理ユニットは、例えば、第２の関数を物体スキャンデータにフィットさせるために、最小二乗フィット又は例えば加重最小二乗などの任意の他のフィッティング方法を使用するように構成され得る。さらに、第１の関数を使用して参照スキャンデータをフィットさせることにより取得されたパラメータが使用され得る。第２の関数Ｋｘｙα＝ＩｘｙαＴｘｙ（１＋ＶｘｙαＤｘｙｃｏｓ（ψｘｙ＋φｘｙα＋２πｚ０／ｐ））を物体スキャンデータにフィットさせることにより、物体透過Ｔｘｙ、暗視野Ｄｘｙ、及び差分位相ψｘｙの画像を取得することが可能になる。
【００３１】
物体透過Ｔｘｙは、ピクセルｘｙにおけるＸ線検出器信号が、検査領域に物体を配置したときに減衰される率として定義され、一方、パラメータｚ及びαは一定に保たれ、すなわち、平均Ｘ線検出器信号は、所与の値ＪｘｙαからＪｘｙα・Ｔｘｙに低減され、０＜Ｔｘｙ＜１である。Ｔｘｙは、したがって、検査領域に配置された物体によるＸ線放射線の減衰の度合いの指標となる。
【００３２】
暗視野Ｄｘｙは、物体を検査領域に配置したときの可視度Ｖｘｙαの低下の率と定義される。物体が検査領域にある状態で撮像動作を行うと、全測定可視度ＶｘｙαがＤｘｙ・Ｖｘｙαに低下し、０＜Ｄｘｙ＜１である。可視度の低下は、物体中での小さい角度でのＸ線の散乱、並びにビームハードニング効果に起因するものである。
【００３３】
差分位相ψｘｙは、物体を検査領域に配置したときの関数Ｊｘｙα（ｚ）の横方向シフトの変化と定義される。物体が検査領域にある状態で撮像動作を行うと、（余弦）正弦波振動の横方向シフトが、φｘｙαからφｘｙα＋ψｘｙに変化し、−π＜ψｘｙ＜πである。横方向シフトは、物体中でのＸ線放射線の屈折によって生じる。
【００３４】
したがって、格子の互いに対する１つのみの相対横方向位置ｚ０が使用されればよいので、物体透過Ｔｘｙ、暗視野Ｄｘｙ、及び差分位相ψｘｙの画像は、物体が検査領域にある状態での撮像動作で、参照スキャンデータを獲得するために使用されたのと同じ、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置に沿った１回のみのスキャン運動で取得され得る。
【００３５】
Ｘ線撮像デバイスは、回転可能スキャンアーム又は移動可能スキャンアームなどのスキャンアームを備え得る。スキャンアームは、Ｘ線検出器が検査領域に対して静止したままで、格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対していくつかの異なる位置に移動させるために構成され得、それによりスキャン運動で縞パターンの組がＸ線検出器によって検出される。スキャンアームはさらに、縞パターンの異なる組のために格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対して同じ位置に移動させるために構成され得る。したがって、参照スキャンデータは、格子の互いに対する異なる相対横方向位置を使用して、回転可能スキャンアームの揺動を数回行うことによって獲得され得、ここでは、格子のうち１つの格子の位置のみが変えられる。
【００３６】
回転可能スキャンアームは、代替又は追加として、撮像動作中に、Ｘ線検出器が検査領域に対して静止したままで、Ｘ線源を通って延びる軸を中心としてＸ線源をスキャン運動でＸ線検出器に対して回転させるために構成され得る。Ｘ線源は、代替として、検査領域及び／又はＸ線検出器に対して静止しているように構成され得る。Ｘ線源が格子構成部と一緒に回転されない場合、縞パターンを作り出すＸ線源の放出スペクトル及び強度は、Ｘ線源が通例は球対称のＸ線放射線を提供しないため、Ｘ線検出器の放射線感受エリアにわたるスキャン運動中に変化し得る。
【００３７】
Ｘ線撮像デバイスは、物体が検査領域にない状態での撮像動作中に、Ｘ線検出器が検査領域に対して静止したままで、格子構成部をスキャン運動で、Ｘ線検出器に対して少なくとも４つ、例えば４〜５０個又は４〜１００個の異なる位置に移動させ、それによりスキャン運動において縞パターンの組がＸ線検出器によって検出されることと、少なくとも３つ、例えば３〜１２個、３〜３０個、又は３〜５０個の縞パターンの異なる組のために、格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対して同じ位置に移動させることとにより、参照スキャンデータを獲得するように構成され得る。縞パターンの異なる組を用いた少ない数のスキャン運動は、獲得時間及び画像品質の両方を低減させる。縞パターンの異なる組を用いたスキャン運動の回数は、それぞれの適用についての獲得時間と画像品質との間のトレードオフが最適化されるように選定され得る。スキャン運動におけるＸ線検出器に対する格子構成部の異なる位置の数が少ないほど、画像品質、画像カバレッジ、機械精度に関する問題、撮像される物体に提供されるＸ線放射線の線量、及び獲得時間を低減させる。スキャン運動におけるＸ線検出器に対する格子構成部の異なる位置の数は、画像品質、画像カバレッジ、機械精度に関する問題、撮像される物体に提供されるＸ線放射線の線量、及び獲得時間の間のトレードオフが最適化されるように選定され得る。特定の視野、例えばＸ線検出器の放射線感受エリア全体をカバーするために、スキャン運動におけるＸ線検出器に対する格子構成部の異なる位置の数は、撮像動作中に、視野、例えば放射線感受エリア全体に縞パターンが提供されるように、視野をＸ線検出器上での格子構成部の占有面積で割った値以上でなければならない。好ましくは、Ｘ線撮像デバイスは、特定の視野、例えばＸ線検出器の放射線感受エリア全体が３〜１０回カバーされるように、格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対するいくつかの異なる位置に移動するように構成される。
【００３８】
格子構成部は、撮像動作中に、少なくとも部分的にＸ線放射線のビームの中に配置される。Ｘ線撮像デバイスは、Ｘ線位相コントラスト撮像及び／又は暗視野撮像を行うために使用され得る。
【００３９】
ある実施形態において、格子構成部は、位相格子及び吸収格子を備える。格子同士の間の距離は、格子構成部がタルボ・ロー型干渉計を形成するように、タルボ距離の要件にフィットさせて調整され得る。タルボ距離の要件については、例えば、ＥＰ１７３１０９９Ａ１、特に段落［００５３］〜［００５８］に開示されている。タルボ・ロー型干渉計は、線源格子、位相格子、及び吸収格子を備え得る。吸収格子は、分析器格子として機能することができる。
【００４０】
代替として、格子構成部は２つの吸収格子を備えることもでき、それらの吸収格子は、Ｘ線撮像デバイスがＸ線位相コントラスト撮像及び／又は暗視野撮像を行うことを可能にするように配置され得る。格子は、例えば、Ｈｕａｎｇら「Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｐｈａｓｅ−ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｗｅａｋｌｙ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｈａｒｄ  ｘ  ｒａｙｓ」、Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ａ  ７９，０１３８１５（２００９）、特に、節ＩＩ．Ｂ及びＩＩ．Ｃに開示される格子構成部の１つに配置され得る。これらの格子構成部は、２つの吸収格子を備える。Ｘ線撮像デバイスのある実施形態において、格子構成部の２つの吸収格子の周期ｐ１及びｐ２は、
【数３】
0006961077.tif 000004
となるように調節され、Ｌは、Ｘ線源と第１の吸収格子との間の距離であり、Ｄは、第１の吸収格子と第２の吸収格子との間の距離である。１つの線源格子と２つの吸収格子とを備えるＸ線撮像デバイスの別の実施形態において、格子構成部の２つの吸収格子の周期ｐ１及びｐ２は、
【数４】
0006961077.tif 000005
となるように調節され、格子構成部の線源格子の周期ｐ０は、
【数５】
0006961077.tif 000006
となるように調節され、ＬＳは、線源格子と第１の吸収格子との間の距離であり、Ｄは第１の吸収格子と第２の吸収格子との間の距離であり、ｍは正の整数である。２つの吸収格子を備えるＸ線撮像デバイスは、タルボ・ロー干渉計によるＸ線撮像デバイスに比べて厳格でない格子の距離要件で、位相コントラスト画像を取得することを可能にする。
【００４１】
代替として、Ｘ線撮像デバイスは、Ｘ線位相コントラスト撮像及び／又は暗視野撮像を行うことを可能にする任意の他の格子構成部を備えることもできる。
【００４２】
スキャン運動の異なる位置は、円形の経路、まっすぐな経路、湾曲した経路、弓型の経路、多角形の経路、又は任意の他の経路上に配置され得る。異なる位置は、基本的に水平方向又は垂直方向のスキャン運動を行うことが可能なように配置され得る。本テキストにおいて、水平とは、重力に対して直角な方向を意味する。同様に、本テキストにおいて、垂直とは、重力に対して平行な方向を意味する。患者などの物体が、立位姿勢又は横臥姿勢で撮像され得、すなわち、立位姿勢にある物体は、異なる位置がそれに沿って配置された経路のうち任意の１つに沿って、水平方向又は垂直方向のスキャン運動を使用して撮像され得、横臥姿勢にある物体は、異なる位置がそれに沿って配置された経路のうち任意の１つに沿って、水平方向又は垂直方向のスキャン運動を使用して撮像され得る。
【００４３】
Ｘ線撮像デバイスは、例えば、医療撮像のために、病院などの臨床環境で使用され得る。特に、マンモグラフィーや胸部撮像などの医療撮像がＸ線撮像デバイスを使用して行われ得る。Ｘ線撮像デバイスは、産業環境で使用されることも可能である。特に、非破壊検査、及び荷物、容器等のスキャンなどのセキュリティスキャンなどである。
【００４４】
本発明のさらなる態様において、請求項１に記載のＸ線撮像デバイス又は任意の実施形態のＸ線撮像デバイスを動作させる方法が提示される。方法は、
−  物体が検査領域にない状態での撮像動作中に参照スキャンデータを獲得するために、Ｘ線検出器を検査領域に対して静止したままに保ちながら、格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対していくつかの異なる位置に移動させ、それによりスキャン運動において縞パターンの組がＸ線検出器によって検出されるステップと、縞パターンの異なる組のために格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対して同じ位置に移動させるステップと、を有する。
【００４５】
格子構成部は、Ｘ線検出器に対して少なくとも４つ、例えば４〜５０個又は４〜１００個の異なる位置に移動され得る。好ましくは、格子構成部は、特定の視野、例えばＸ線検出器の放射線感受エリア全体が３〜１０回カバーされるように、スキャン運動でＸ線検出器に対するいくつかの異なる位置に移動される。格子構成部をスキャン運動で移動させることは、例えば、少なくとも３つ、例えば３〜１２個、３〜３０個、又は３〜５０個の異なる組の縞パターンについて行われ得る。
【００４６】
方法は、
−  物体が検査領域にある状態での撮像動作中に物体スキャンデータを獲得するために、格子構成部をスキャン運動で、縞パターンの組のうちの１つのため参照スキャンデータを獲得するために使用されたのと同じ、Ｘ線検出器に対する位置に移動させるステップをさらに有し得る。
【００４７】
好ましくは、結果として縞パターンの組のうちの１つのみを生じさせる１つのみのスキャン運動が、物体スキャンデータを獲得するために使用される。代替として、結果として縞パターンの２つ以上の異なる組を生じさせる２つ以上のスキャン運動が、物体スキャンデータを獲得するために使用され得る。
【００４８】
方法は、Ｘ線位相コントラスト撮像及び／又はＸ線暗視野撮像を行うために使用され得る。格子構成部の格子は、Ｘ線位相コントラスト撮像及び／又はＸ線暗視野撮像を行うことを可能にするために配置及び構成される。
【００４９】
方法は、２つの格子、３つの格子、又はそれ以上の格子を格子構成部に備えるＸ線撮像デバイスを動作させるために使用され得る。方法は、各スキャン運動中に、格子を互いに対して固定された空間的関係に保つことを含み得る。方法はさらに、Ｘ線源と検査領域との間に線源格子が配置されたＸ線撮像デバイスを動作させるために使用され得る。線源格子は、格子構成部の格子の１つであり得る。縞パターンの異なる組は、例えば、後続のスキャン運動とスキャン運動との間に格子の互いに対する相対横方向位置を変えることにより生成され得る。格子の互いに対する相対横方向位置は、例えば、後続のスキャン運動とスキャン運動との間にアクチュエータ、例えば圧電アクチュエータ等によって変えられ得る。
【００５０】
方法は、パラメータを取得するために、参照スキャンデータに第１の関数をフィットさせるステップを有し得る。第１の関数は、例えば、Ｊｘｙα（ｚ）＝Ｉｘｙα（１＋Ｖｘｙαｃｏｓ（φｘｙα＋２πｚ／ｐ））とすることができ、Ｊｘｙα（ｚ）は、格子の互いに対する相対横方向位置ｚ、平均線束Ｉｘｙα、縞可視度Ｖｘｙα、縞位相φｘｙα、及び格子周期ｐに依存して、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置αについて、Ｘ線検出器のピクセルｘｙで獲得される参照スキャンデータである。
【００５１】
方法は、物体の画像を取得するために、参照スキャンデータから取得されるパラメータを使用して物体スキャンデータをフィットさせるステップをさらに有し得る。
【００５２】
方法は、物体の画像を取得するために物体スキャンデータに第２の関数をフィットさせるステップを有し得る。第２の関数は、例えば、Ｋｘｙα＝ＩｘｙαＴｘｙ（１＋ＶｘｙαＤｘｙｃｏｓ（ψｘｙ＋φｘｙα＋２πｚ０／ｐ））とすることができ、Ｋｘｙαは、格子の互いに対する相対横方向位置ｚ０、物体透過Ｔｘｙ、暗視野Ｄｘｙ、及び差分位相ψｘｙの画像について、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置αについて、Ｘ線検出器のピクセルｘｙで獲得される物体スキャンデータである。
【００５３】
本発明のさらなる態様において、請求項１に記載のＸ線撮像デバイス又は任意の実施形態のＸ線撮像デバイスを動作させるためのコンピュータプログラムが提示される。コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムがプロセッサ上で実行されたときに、請求項１３に記載の方法又は任意の実施形態の方法をプロセッサに実行させるプログラムコード手段を備える。
【００５４】
コンピュータプログラムは、Ｘ線位相コントラスト撮像及び／又はＸ線暗視野撮像を行うためにＸ線撮像デバイスを動作させるためにも使用され得る。この場合、コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムがプロセッサ上で実行されたときに、請求項１４に記載の方法又は任意の実施形態の方法をプロセッサに実行させるプログラムコード手段を備える。
【００５５】
さらに、請求項９に記載のＸ線撮像デバイスを動作させるためのコンピュータプログラムが提示される。コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムが処理ユニット上で実行されたときに、請求項１３、１４に記載の方法又は任意の実施形態の方法を処理ユニットに実行させるプログラムコード手段を備える。
【００５６】
さらなる態様において、請求項１５のコンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読媒体が提示される。代替又は追加として、コンピュータ可読媒体には、任意の実施形態のコンピュータプログラムに係るコンピュータプログラムが記憶されていることが可能である。
【００５７】
請求項１のＸ線撮像デバイス、請求項１３の方法、請求項１５のコンピュータプログラム、及びコンピュータ可読媒体は、特に従属請求項に定義される、同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を有することが理解されるべきである。
【００５８】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項又は上記の実施形態とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせでもあり得ることが理解されるべきである。
【００５９】
本発明のこれら及び他の態様は、本明細書の以下に記載される実施形態から明らかになり、またそれを参照して解説される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】Ｘ線撮像デバイスの第１の実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。
【図２Ａ】Ｘ線撮像デバイスの第２の実施形態を側面図で概略的かつ例示的に示す図である。
【図２Ｂ】Ｘ線撮像デバイスの第２の実施形態を上面図で概略的かつ例示的に示す図である。
【図２Ｃ】Ｘ線撮像デバイスの第２の実施形態を正面図で概略的かつ例示的に示す図である。
【図３Ａ】Ｘ線撮像デバイスの第３の実施形態を上面図で概略的かつ例示的に示す図である。
【図３Ｂ】Ｘ線撮像デバイスの第３の実施形態を側面図で概略的かつ例示的に示す図である。
【図４】スキャンアームが第１の位置にあり、格子が互いに対して第１の相対横方向位置にある、Ｘ線撮像デバイスの第４の実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。
【図５】スキャンアームが第２の位置にある、Ｘ線撮像デバイスの第４の実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。
【図６】スキャンアームが第３の位置にある、Ｘ線撮像デバイスの第４の実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。
【図７】スキャンアームが第１の位置にあり、格子が互いに対して第２の相対横方向位置にある、Ｘ線撮像デバイスの第４の実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。
【図８】スキャンアームが第２の位置にあり、格子が互いに対して第２の相対横方向位置にある、Ｘ線撮像デバイスの第４の実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。
【図９】スキャンアームが第１の位置にあり、格子が互いに対して第１の相対横方向位置にあり、物体が検査領域にある、Ｘ線撮像デバイスの第４の実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。
【図１０】Ｘ線撮像デバイスを動作させる方法の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図１は、Ｘ線撮像デバイス１０の第１の実施形態を概略的かつ例示的に示す。Ｘ線撮像デバイス１０は、例えばＸ線位相コントラスト撮像及び／又は暗視野撮像に使用され得る。
【００６２】
Ｘ線撮像デバイス１０は、Ｘ線源１２と、線源格子１４と、コリメータ１６と、位相格子２０及び分析器格子２２を備えた格子構成部１８と、散乱防止グリッド２４と、Ｘ線検出器２６とを備える。Ｘ線撮像デバイス１０は、Ｘ線源１２とＸ線検出器２６との間に位置する検査領域３０に配置された物体２８を撮像することを可能にする。
【００６３】
Ｘ線検出器２６上での格子構成部１８の占有面積は、Ｘ線撮像デバイス１０を用いた撮像動作中のＸ線検出器２６の放射線感受エリアよりも小さいため、物体スキャンデータは、縞パターンを示すＸ線放射線が与えられるＸ線検出器２６の放射線感受エリア内にあるピクセルｘｙのみについて獲得される。Ｘ線撮像デバイス１０は、したがって、線源格子１４、コリメータ１６、及び格子構成部１８を、スキャン運動で、回転軸３２を中心としてＸ線検出器２６に対して回転させるためのスキャンアーム（図示せず）を備える。これにより、放射線感受エリア全体に対して、よってＸ線検出器２６のすべてのピクセルｘｙに対して、物体スキャンデータを獲得することが可能になる。
【００６４】
他の実施形態において、線源格子１４は、格子構成部１８の一部であり得る（図示せず）。さらに他の実施形態において、Ｘ線検出器が、Ｘ線位相コントラスト撮像及び／又は暗視野撮像のために位相格子によって生成される縞パターンを検出するのに十分に小さいピクセルの空間的周期を有する場合、Ｘ線撮像デバイス１０は、格子が１つのみの格子構成部を備えることができる。そのために、Ｘ線検出器は、例えば、５μｍの空間分解能又はさらに良好な空間分解能の空間分解能をもつ高分解能Ｘ線検出器であり得る。
【００６５】
Ｘ線源１２は、焦点スポット３６から始まる光軸３４に沿ってＸ線放射線のビームを放出する。光軸３４は、撮像動作中に中心Ｘ線ビームがＸ線源１２の焦点スポット３６からＸ線検出器２６に向かって伝搬する経路であって、Ｘ線放射線のビームがそれに沿って何らかの形態の対称性を呈する経路を定義する仮想線である。
【００６６】
この実施形態において、回転軸３２は、Ｘ線源１２の焦点スポット３６を通る。
【００６７】
Ｘ線源１２は、この実施形態においては封管型である。代替として、Ｘ線源１２は、回転陽極型であってもよい。Ｘ線源１２の放出スペクトルは、２５ｋＶｐ〜１６０ｋＶｐの範囲であり、この実施形態においては多色タングステンスペクトルである。
【００６８】
線源格子１４は、線源格子１４が、互いに対してインコヒーレントであり得る個々にコヒーレントなＸ線放射線の複数のビームを生成するように、Ｘ線源１２の封止Ｘ線管の筐体の出射窓に配置される。他の実施形態において、線源格子１４は、少なくとも部分的にコヒーレントなＸ線放射線の生成を可能にするように、Ｘ線源１２の中に又はＸ線源１２に配置され得る。さらに他の実施形態では、Ｘ線源、例えばシンクロトロン（図示せず）が、縞パターンを生成するためにＸ線放射線の空間的コヒーレンスを保証するのに線源格子が必要とされないほど十分にコヒーレントである、Ｘ線放射線の元からコヒーレントなビームを生成する。線源格子１４は、この実施形態において６０μｍの周期を有する。線源格子１４は、１μｍ〜５００μｍの間の周期を有することができる。線源格子は、この実施形態において４ｍｍ×４０ｍｍの寸法を有する。線源格子１４の寸法は、２ｍｍ×２ｍｍ〜５００ｍｍ×５００ｍｍの間、例えば、４ｍｍ×４０ｍｍ〜１０ｍｍ×１００ｍｍの間であり得る。Ｘ線検出器２６の放射線感受面の平面における線源格子１４の占有面積は、Ｘ線検出器２６の寸法と同じ大きさであり得る。線源格子１４の占有面積は、例えば２０ｍｍ×２０ｍｍ〜１０００ｍｍ×１０００ｍｍの間であり得、これは、線源格子１４の占有面積が、Ｘ線源１２と線源格子１４との間の距離、並びに線源格子１４とＸ線検出器２６との間の距離に依存するためである。線源格子１４は、この実施形態において矩形形態を有する。他の実施形態において、線源格子１４は、二次形態、又は円形形態などの任意の他の形態を有することもできる。
【００６９】
この実施形態において、Ｘ線検出器２６は、Ｘ線放射線を検出するための２９００×２９００のピクセルｘｙをもつ平面２次元Ｘ線検出器である。代替として、例えば、５００×５００ピクセル〜１００００×１００００ピクセルの間など、任意の他の数のピクセルをもつ平面又は湾曲Ｘ線検出器を使用することができる。この実施形態におけるＸ線検出器２６は、４２６ｍｍ×４２６ｍｍの寸法を有する。代替として、例えば、２０ｍｍ×２０ｍｍ〜１０００ｍｍ×１０００ｍｍの間、例として３００ｍｍ×３００ｍｍ〜５００ｍｍ×５００ｍｍの間など、格子の占有面積よりも大きい放射線感受エリアを有する、任意の他の寸法を持つＸ線検出器を使用することができる。この実施形態におけるＸ線検出器２６のピクセルサイズは、１４８μｍ×１４８μｍである。ピクセルサイズは、他のＸ線検出器の場合には、例えば、５μｍ×５μｍ〜５００μｍ×５００μｍの間、例として１００μｍ×１００μｍ〜５００μｍ×５００μｍの間とすることもできる。この実施形態において、Ｘ線検出器２６は、二次形態である。他の実施形態において、Ｘ線検出器は、任意の他の形態、例えば円形形態又は矩形形態を有することができる。Ｘ線検出器はまた、いくつかのライン検出器、すなわち、互いに平行に配置されてピクセルｘｙの２次元配列を形成する１次元のＸ線検出器、から構成されることも可能である。
【００７０】
コリメータ１６は任意選択である。コリメータ１６は、１つのスロットを有し、鉛の形態の放射線不透性材料から作られる。他の実施形態において、コリメータは、他の放射線不透性材料から作られ得る。コリメータ１６はＸ線源１２と検査領域３０との間に配置されるので、Ｘ線放射線のビームは、格子２０及び２２の寸法又は格子構成部１８の占有面積に一致させることができる。
【００７１】
位相格子２０は、位相シフト格子であり、他の実施形態では吸収格子に置き換えられてもよい。位相格子２０は、Ｘ線放射線上の縞パターンを変調する。分析器格子２２は吸収格子である。したがって、分析器格子２２は、Ｘ線検出器２６に対する透過マスクとして働き、局所的な縞位置を、Ｘ線検出器２６によって検出可能な信号強度変動に変換する。検出された強度信号は、検査領域３０に配置された物体２８によって誘発される位相シフトに関する量的情報を含んでいる。このように分析器格子２２を使用することにより、Ｘ線検出器２６が縞パターンを分解するために低い分解能を有することが可能になる。格子は、シリコンウエハなどの適切な基板をフォトリソグラフィ処理することによって製造され得る。パターン又は周期的な刻線が基板に形成され得る。周期的な刻線には、金などの吸収物質が充填され得る。この実施形態における位相格子２０は９μｍの周期を有する。位相格子は、１μｍ〜５０μｍの間の周期を有することもできる。この実施形態において、分析器格子２２は、１０μｍの周期を有する。分析器格子は、１μｍ〜１００μｍの間の周期を有することもできる。分析器格子２２は、Ｘ線検出器２６のピクセルサイズよりも小さい周期を有し得る。この実施形態において、位相格子２０と分析器格子２２とは同じ寸法を有する。他の実施形態において、位相格子の寸法と分析器格子の寸法は互いと異ならせることができる。格子２０及び２２の寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍ〜５００ｍｍ×５００ｍｍの間であり得る。格子２０及び２２の寸法は、スキャン運動中にＸ線検出器２６の放射線感受エリア全体に縞パターンを提供することを可能にするために、Ｘ線検出器２６上での格子２０及び２２の占有面積が、少なくとも、Ｘ線検出器２６の全長さ又は高さをカバーするように選定される。この実施形態において、格子２０及び２２は、１０ｍｍ×４２６ｍｍの寸法を有する。この実施形態における格子２０及び２２は、矩形形態を有する。格子２０及び２２は、例えば二次形態又は円形形態などの任意の他の形態を有することもできる。
【００７２】
散乱防止グリッド２４は任意選択である。この実施形態において、散乱防止グリッド２４は、鉛の形態の放射線不透性材料とプラスチックの形態の放射線透過性材料とが交互になった一連の帯状片からなる。他の実施形態において、鉛が別の放射線不透性材料に置き換えられ、プラスチックが別の放射線透過性材料に置き換えられ得る。主Ｘ線ビーム放射線は、放射線透過性材料の帯状片に対して基本的に平行に進む際に、放射線透過性材料の帯状片を通過する。平行なビーム経路から逸脱する散乱放射線は、放射線不透性材料の帯状片によって減衰される。したがって散乱防止グリッド２４は、散乱放射線の量を制限することを可能にする。
【００７３】
この実施形態において検査領域３０に配置される物体２８は患者である。代替として、物体２８は、荷物、マイクロチップ、野菜、又はユーザが検査したい任意の他の物体であってもよい。
【００７４】
物体２８の画像を獲得するには、撮像動作が行われなければならない。したがって、最初に、物体２８が検査領域３０にない状態で参照スキャンが行われる。
【００７５】
参照スキャンでは、Ｘ線源１２を作動させ、Ｘ線源１２がＸ線放射線のビームを放出し、それが線源格子１４によって少なくとも部分的にコヒーレントにされることにより、撮像動作が行われる。この部分的にコヒーレントなＸ線放射線は、コリメータ１６を通過し、コリメータ１６は、Ｘ線検出器２６上での格子構成部１８の占有面積に一致させるためにビームを狭める。Ｘ線放射線のビームは、物体２８のない検査領域３０を通過し、位相格子２０と相互作用して、位相格子２０がＸ線放射線上の縞パターンを変調する。縞パターンは分析器格子２２に当たり、分析器格子２２は、Ｘ線検出器２６の透過マスクとして働き、局所的な縞位置を、後にＸ線検出器２６によってＸ線検出器のピクセルｘｙで検出される信号強度変動に変換する。
【００７６】
Ｘ線検出器２６のすべてのピクセルについて参照スキャンデータを獲得するために、格子構成部１８は、スキャン運動で、Ｘ線検出器２６に対していくつかの異なる位置に移動される。この実施形態において、格子構成部１８は、スキャンアーム（図示せず）を用いて格子構成部１８を回転させることによって５０個の異なる位置に移動される。代替の実施形態において、格子構成部１８は、４〜１００個の間の任意数の異なる位置、例えば、１０、２０、又は１００個の異なる位置に移動されることも可能である。したがって、スキャンアーム（図示せず）は、線源格子１４、コリメータ１６、格子構成部１８の位相格子２０及び分析器格子２２を、回転軸３２を中心にＸ線検出器２６の放射線感受面に対して回転させて、Ｘ線検出器２６に対する格子構成部１８の異なる位置についての縞パターンの組を獲得する。
【００７７】
撮像される物体２８の位相情報を、物体２８中への吸収、格子の公差、又はＸ線源１２による不均一な照射など、Ｘ線検出器２６によって検出される信号への他の寄与から分離することを可能にするために、参照スキャンにおいて、縞パターンのいくつかの異なる組が、Ｘ線検出器２６に対する格子構成部１８の同じ位置で獲得される。この実施形態において、獲得される縞パターンの異なる組の数は８個である。代替の実施形態において、縞パターンの異なる組の数は、例えば、３〜５０個の間、３〜３０個の間、又は３〜１２個の間の任意の数とすることができる。縞パターンの異なる組は、格子１４、２０及び２２の互いに対する相対横方向位置を変えること、又は、例えばＸ線源１２の焦点スポット３６を光軸３４に直角な方向に移動することにより、格子１４、２０、２２及びＸ線検出器２６に対するＸ線源１２の焦点スポット３６の位置を変えることによって生成することができる。Ｘ線源１２の焦点スポット３６は、例えば、電磁界又は磁界（図示せず）によって移動され得る。この実施形態においては、位相格子２０及び線源格子１４に対する分析器格子２２の相対横方向位置が変えられる（図示せず）。したがって圧電アクチュエータ（図示せず）が、分析器格子２２の１周期にわたる画像を獲得するために、格子線に直角な横断方向に沿って、位相格子２０に対して分析器格子２２を移動する。他の実施形態においては、格子２０及び２２が、格子線の方向に沿って方向づけられた軸を中心に、ある角度だけ一緒に回転されてもよい（図示せず）。圧電アクチュエータに代えて、任意の他のアクチュエータ等が設けられてよい。
【００７８】
分析器格子２２は、後続のスキャン運動とスキャン運動との間にのみ、格子１４及び２０に対して移動される。線源格子１４並びに格子構成部１８の格子２０及び２２が異なる位置に移動される１回のスキャン運動中に、格子１４、２０、及び２２は、互いに対して固定された空間的関係を保つ。
【００７９】
参照スキャンデータは、参照パラメータを取得するために使用される。この実施形態において、参照パラメータを取得するために参照スキャンデータをフィットさせるのにフィッティング関数が使用される。参照パラメータは、その後、物体２８の画像を取得するために、物体２８が検査領域３０にある状態での撮像動作中に獲得された物体スキャンデータをフィットさせるために使用され得る。
【００８０】
物体スキャンデータは、物体２８を検査領域３０に配置し、Ｘ線源１２を作動させることによって獲得される。少なくとも部分的にコヒーレントなＸ線放射線のビームは、コリメータ１６によって狭められ、検査領域３０を通過し、物体２８と相互作用する。物体２８は、その構造及び材料のために、減衰情報、屈折情報、及び小角度散乱情報をＸ線放射線上で変調し、それらの情報は位相格子２０及び分析器格子２２の動作によって抽出され得、位相格子２０は、Ｘ線放射線上の縞パターンを変調し、縞パターンは、その後、分析器格子２２を通過した後にＸ線検出器２６によってモアレパターンの縞として検出され得る。モアレパターンは、参照スキャン中に獲得される参照パターンを乱したバージョンに相当する。参照パターンからの差を使用して、減衰、位相コントラスト、及び暗視野の画像を算出し得る。処理ユニット（図示せず）内で信号処理が行われる。
【００８１】
Ｘ線検出器２６のすべてのピクセルについて物体スキャンデータを獲得するために、格子構成部１８は、スキャン運動で、縞パターンの組のうち１つのみについての参照スキャンデータを獲得するために使用されたのと同じ、Ｘ線検出器２６に対する位置に移動される。よって、Ｘ線撮像デバイス１０は、物体２８が検査領域３０にある状態での撮像動作中に物体スキャンデータを獲得する。
【００８２】
Ｘ線検出器２６は、撮像動作全体の間静止しているのに対し、スキャンアームは、スキャン運動中にコリメータ１６並びに格子１４、２０及び２２を移動させる。
【００８３】
この実施形態において、線源格子１４と、位相格子２０と、分析器格子２２との間の距離は、それぞれの格子のピッチとも呼ばれる、格子刻線の空間的周期の関数であるタルボ距離の要件にフィットさせて調整される。したがって、格子は、タルボ・ロー型干渉計として機能する。タルボ・ロー型干渉計として機能するように格子を構成する要件は、例えばＥＰ１７３１０９９Ａ１に開示されている。Ｘ線撮像デバイスが２つの吸収格子を備えるように位相格子が吸収格子に置き換えられる他の実施形態においては、例えばＨｕａｎｇら「Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｐｈａｓｅ−ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｗｅａｋｌｙ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｈａｒｄ  ｘ  ｒａｙｓ」、Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ａ  ７９，０１３８１５（２００９）に開示される要件などの他の要件が適用される。ある実施形態において、格子周期は投影ジオメトリに一致する。
【００８４】
この実施形態において、スキャンアームは、Ｘ線検出器２６の放射線感受面にわたって振り子様の運動を行う。したがって、格子１４、２０及び２２も、この振り子様の運動を行う。この運動は、図２ＡでＸ線撮像デバイス１０’の第２の実施形態に提示されるものと同様である。代替として、運動は、図３ＢのＸ線撮像デバイス１０’’の第３の実施形態に行われるスキャン運動と同様のまっすぐな経路に沿ったものであってよい。
【００８５】
図１に提示されるＸ線撮像デバイス１０の第１の実施形態では、Ｘ線源１２は、スキャンアームと一緒には回転されない。図４〜９に示されるＸ線撮像デバイスの第４の実施形態では、Ｘ線源１２は、スキャンアーム３８と一緒に回転される。これにより線束を増すことが可能になる。
【００８６】
図１に提示されるＸ線撮像デバイス１０の第１の実施形態では、物体２８は横臥姿勢にある。物体２８は、物体支持台（図示せず）に載せられる。物体支持台は、蛇行軌道のような様態での物体のスキャンが可能となるように、スキャン運動の方向に直角な方向に移動させることができる。
【００８７】
他の実施形態において、線源格子及び位相格子は、検査領域が位相格子と分析器格子との間に挟まれる（図示せず）ように、Ｘ線源の側に配置されることも可能であり、この配置は反転ジオメトリと呼ばれる。位相格子が吸収格子に置き換えられることも可能であり、線源格子が除去されることが可能であり、又は位相格子が吸収格子に置き換えられることが可能であり、線源格子が除去されることが可能である。反転ジオメトリは、暗視野感度を調節する際の柔軟性を可能にし、この理由は、物体と分析器格子との間の距離を低減することによって感度を低減することができるためである。
【００８８】
図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、Ｘ線撮像デバイス１０’の第２の実施形態を概略的かつ例示的に示す。
【００８９】
Ｘ線撮像デバイス１０’は、Ｘ線源１２と、線源格子１４と、位相格子２０及び分析器格子２２を備えた格子構成部１８と、Ｘ線検出器２６とを備える。線源格子１４は、格子構成部１８の一部とすることもでき、又は線源格子１４が除去されることも可能である。他の実施形態においては、位相格子及び分析器格子が２つの吸収格子に置き換えられる。
【００９０】
物体２８、この場合は直立している患者が検査領域３０内に配置される。この実施形態においては、患者の胸部がＸ線位相コントラスト撮像のために検査領域３０内に配置される。
【００９１】
Ｘ線放射線が、Ｘ線源１２の焦点スポット３６からＸ線検出器２６に提供される。
【００９２】
線源格子１４と、位相格子２０及び分析器格子２２を備えた格子構成部１８とは、この実施形態においてスキャンアーム３８に配置される。スキャンアーム３８は、線源格子１４及び格子構成部１８をＸ線検出器３８に対して回転させることを可能にする。したがって、スキャン運動中、３つの格子１４、２０、及び２２は、互いに対して固定された空間的関係を保つ。この実施形態において位相格子２０及び分析器格子２２は、Ｘ線検出器２６の放射線感受面と同じ水平方向寸法を有し（図２Ｂ参照）、一方、格子構成部１８の格子２０及び２２の垂直方向寸法は、Ｘ線検出器２６の放射線感受面の垂直方向寸法よりも小さい（図２Ａの概略図及び図２Ｃの概略図を参照）。したがって、格子構成部１８も、Ｘ線検出器２６の放射線感受面と同じ水平方向寸法を有し、一方、格子構成部１８の垂直方向寸法は、Ｘ線検出器２６の放射線感受エリアの垂直方向寸法よりも小さい。
【００９３】
図２ＡはＸ線撮像デバイス１０’を側面図で示し、図２ＢはＸ線撮像デバイス１０’を上面図で示し、図２ＣはＸ線撮像デバイス１０’を正面図で示している。
【００９４】
Ｘ線撮像デバイス１０’の第２の実施形態は、患者の胸部撮像に特に有用である。
【００９５】
図３は、Ｘ線撮像デバイス１０’’の第３の実施形態を概略的かつ例示的に示す。
【００９６】
Ｘ線撮像デバイス１０’’は、Ｘ線デバイス１０’の第２の実施形態と対照的に、図３Ａに見られるように、湾曲線源格子１４、湾曲位相格子２０、及び湾曲分析器格子２２を有する。格子の湾曲形態は、格子の刻線をＸ線源１２の焦点スポット３６と位置合わせすることを可能にし、それにより格子１４、２０、及び２２の刻線が垂直方向のスキャン方向に沿って位置合わせされる。他の実施形態において、湾曲した線源格子、位相格子、及び分析器格子は、２つの湾曲吸収格子、又は１つの湾曲線源格子及び２つの湾曲吸収格子に置き換えられ得る。
【００９７】
撮像動作のために、格子２０及び２２を備えた格子構成部１８が、スキャン運動で、Ｘ線検出器２６に対するまっすぐな経路に沿った各異なる位置に移動する。格子１４、２０、及び２２の刻線はスキャン方向と平行に延びているため、図３Ｂに見られるように、スキャン運動中に線源格子１４を固定したままに保つことが可能である。加えて、Ｘ線源１２及びＸ線検出器２６が静止している。
【００９８】
直線経路に沿ったスキャン運動に関するさらなる詳細は、ＷＯ２０１７／００１２９４Ａ１、特に、ＷＯ２０１７／００１２９４Ａ１の図１１及びそれに対応する説明から得られ得る。
【００９９】
図４〜図９は、スキャンアーム３８が異なる位置αにあり、格子１４、２０、及び２２が互いに対して異なる相対横方向位置ｚにある、Ｘ線撮像デバイス１０’’’の第４の実施形態を概略的かつ例示的に示す。
【０１００】
Ｘ線撮像デバイス１０’’’は、Ｘ線源１２と、線源格子１４と、位相格子２０及び分析器格子２２を備えた格子構成部１８と、Ｘ線検出器２６と、処理ユニット４０とを備える。
【０１０１】
他の実施形態において、線源格子１４は、格子構成部１８の一部であるか、又は除去される（図示せず）。他の実施形態において、位相格子２０及び分析器格子２２は、２つの吸収格子に置き換えられ得る。
【０１０２】
Ｘ線放射線のビームがＸ線源１２の焦点スポット３６から提供され、光軸３４に沿って伝搬する中心ビームが、線源格子１４、物体２８が配置され得る検査領域３０、並びに位相格子２０及び分析器格子２２を備えた格子構成部１８を通過して、Ｘ線検出器２６に当たる。Ｘ線検出器２６は、検出されたＸ線放射線から生成される信号を、処理ユニット４０に提供する。この実施形態において、Ｘ線検出器２６は、有線で処理ユニット４０に接続されている。代替として、処理ユニット４０は、Ｘ線検出器２６に無線接続されてもよい。
【０１０３】
Ｘ線源１２、線源格子１４、及び格子構成部１８は、スキャンアーム３８に配置される。スキャンアーム３８は回転可能である。この実施形態において、スキャンアーム３８は、Ｘ線源の焦点スポット３６を通って延びる回転軸３２を中心として回転され得る。他の実施形態において、Ｘ線源は、スキャンアームの外部に配置される（図示せず）。
【０１０４】
図４では、スキャンアーム３８、並びにスキャンアーム３８に配置された格子２０及び２２を備えた格子構成部１８が、Ｘ線検出器２６に対して第１の位置に移動される。図５では、スキャンアーム３８は、格子２０及び２２を備えた格子構成部１８がＸ線検出器２６に対して第２の位置αに移動されるように回転される。図６では、スキャンアーム３８の別の回転により、格子２０及び２２を備えた格子構成部１８がＸ線検出器２６に対して第３の位置αに移動されることが可能になる。スキャンアーム３８を回転させることで、格子２０及び２２を備えた格子構成部１８をＸ線検出器２６に対して異なる位置に移動させることが可能になり、したがって検査領域３０の撮像を行うことが可能になる。さらに、Ｘ線検出器２６のピクセルｘｙ各々に縞パターンを与えることが可能になる。
【０１０５】
Ｘ線撮像デバイス１０’’’は、基本的に、Ｘ線撮像デバイス１０の第１の実施形態に関して説明したのと同じ撮像動作を行う。しかし、Ｘ線撮像デバイス１０’’’は、コリメータを有さず、散乱防止グリッドを有さない。したがって、Ｘ線撮像デバイス１０’’’は、図４〜８に示すように、物体２８が検査領域にない状態で参照スキャンを行って、参照スキャンデータを獲得する。その後、図９に示すように、物体２８が検査領域にある状態で物体スキャンデータを獲得するための物体スキャンが行われ得る。
【０１０６】
参照スキャンデータは、Ｘ線検出器２６が検査領域３０に対して静止したままで、格子構成部１８をスキャン運動で、Ｘ線検出器２６に対して５０個の異なる位置α、すなわちこの実施形態においては回転角度αへと、回転させ、それによりスキャン運動において縞パターンの組がＸ線検出器２６によって検出されることと、そのスキャン運動で、Ｘ線検出器２６に対して同じ位置αへの格子構成部１８の回転を、縞パターンの７つの異なる組のために繰り返すこととによって獲得される。他の実施形態において、参照スキャンデータは、格子構成部１８をスキャン運動で、Ｘ線検出器２６に対する別の数の異なる位置αに、例えば、４〜１００個の間のいくつかの異なる位置、又は２０〜１００個の間、例えば１０、２０、又は１００個の異なる位置へと回転させることにより、獲得されることも可能である。スキャン運動での、Ｘ線検出器２６に対して同じ位置αへの格子構成部１８の回転は、縞パターンの別の数の異なる組のために、例えば、縞パターンの２つ以上の異なる組、又は２〜５０個の間、２〜３０個の間、若しくは２〜１２個の間の任意の数、例として、２、４、７、又は１１個の異なる組の縞パターンについて、繰り返されることも可能である。縞パターンの数を増やすと、導出される参照パラメータの精度が増し、よって最終的な画像品質が向上するが、参照スキャンデータを獲得するための撮像動作の獲得時間がより長くなるという犠牲がある。
【０１０７】
Ｘ線撮像デバイス１０’’’のこの実施形態において、縞パターンの組は、格子１４、２０、及び２２の互いに対する相対横方向位置ｚを変えることによって生成される。詳細には、図７は、スキャンアーム３８が第１の位置にあり、格子１４、２０、及び２２が互いに対して第２の相対横方向位置ｚにある、Ｘ線撮像デバイス１０’’’を示し、すなわち、位相格子２０が他の２つの格子１４及び２２に対してシフトされている。したがって、縞パターンが変えられ、したがってＸ線検出器２６によって獲得される信号も変えられる。位相格子２０は、位相格子２０の１周期にわたって画像を獲得するために、圧電アクチュエータ（図示せず）により、格子線に直角の横断方向に沿って線源格子１４及び分析器格子２２に対して移動される。位相格子２０は、後続のスキャン運動とスキャン運動との間にのみ移動される。したがって、スキャン運動は、格子構成部１８を、スキャンアーム３８を介して、Ｘ線検出器２６に対して異なる位置に移動させることによって行われる。次いで、位相格子２０が、他の格子１４及び２２に対して移動される。その後、格子構成部１８を、Ｘ線検出器２６に対して前回のスキャン運動と同じ位置に移動させることにより、次のスキャン運動が行われる。これにより、参照スキャンデータを獲得することが可能になり、その参照スキャンデータを解像して、Ｘ線検出器２６のピクセルｘｙごとに完全な位相ステッピング曲線を取得することができる。参照スキャンデータは、解像及び処理のために処理ユニット４０に提供される。
【０１０８】
処理ユニット４０は、参照パラメータを取得するために、参照スキャンデータに第１の関数をフィットさせることによって参照スキャンデータを処理する。処理ユニット４０は、最小二乗フィットを使用する。他の実施形態において、処理ユニット４０は、加重最小二乗などの任意の他のフィッティング方法を使用することもできる。この実施形態において、処理ユニット４０は、参照パラメータを取得するために、第１のフィッティング関数Ｊｘｙα（ｚ）＝Ｉｘｙα（１＋Ｖｘｙαｃｏｓ（φｘｙα＋２πｚ／ｐ））を使用して参照スキャンデータをフィットさせ、Ｊｘｙα（ｚ）は、格子１４、２０及び２２の互いに対する相対横方向位置ｚ、平均線束Ｉｘｙα、縞可視度Ｖｘｙα、縞位相φｘｙα、及び位相格子２０の格子周期ｐに依存して、Ｘ線検出器２６に対する格子構成部１８の回転角度αについて、Ｘ線検出器２６のピクセルｘｙで獲得される参照スキャンデータである。
【０１０９】
物体スキャンデータは、物体２８が検査領域３０にある状態での撮像動作中に、縞パターンの組のうちの１つのみについての参照スキャンデータを獲得するために使用されたのと同じＸ線検出器２６に対する位置αへと、格子２０及び２２を備える格子構成部１８をスキャン運動で回転させることにより、獲得される。物体スキャンデータは、処理のために処理ユニット４０に提供される。
【０１１０】
処理ユニット４０は、参照スキャンデータから取得された参照パラメータを使用して、物体スキャンデータに第２の関数をフィットさせる。したがって、処理ユニット４０は、第２の関数Ｋｘｙα＝ＩｘｙαＴｘｙ（１＋ＶｘｙαＤｘｙｃｏｓ（ψｘｙ＋φｘｙα＋２πｚ０／ｐ））を使用して、物体スキャンデータをフィットさせ、Ｋｘｙαは、格子１４、２０、及び２２の互いに対する相対横方向位置ｚ０、物体透過Ｔｘｙ、暗視野Ｄｘｙ、及び差分位相ψｘｙの画像について、Ｘ線検出器２６に対する格子構成部１８の回転角度αについて、Ｘ線検出器２６のピクセルｘｙで獲得される物体スキャンデータである。よって、物体透過、暗視野、及び差分位相の画像が、第２の関数をフィットさせることによって獲得され得る。Ｘ線撮像デバイス１０’’’は、参照スキャンデータ及び物体スキャンデータを獲得するためのスキャン運動の回数を減らすことを可能にし、したがって、撮像に必要とする時間を短くする。
【０１１１】
図１０は、Ｘ線撮像デバイスを動作させる方法の一実施形態を示す。Ｘ線撮像デバイスは以下のように提供される。
【０１１２】
Ｘ線放射線のビームを放出するＸ線源が提供される。この実施形態におけるＸ線源は、Ｘ線管であり、互いに対してインコヒーレントであり得る個々にコヒーレントなＸ線放射線の複数のビームを生成するための線源格子を有する。代替として、シンクロトロンなどの元からコヒーレントなＸ線源が設けられてもよい。他の実施形態において、線源格子は、Ｘ線源から分離されることも可能である。さらに他の実施形態では、線源格子が設けられない。
【０１１３】
撮像される物体を収容する検査領域をはさんでＸ線源の反対側に、Ｘ線検出器が配置される。
【０１１４】
Ｘ線源とＸ線検出器との間に格子構成部が配置される。さらに、格子構成部は、Ｘ線検出器によって検出可能なＸ線放射線上の縞パターンを変調するように構成される。さらに、格子構成部は、格子構成部が、Ｘ線検出器上でＸ線検出器の放射線感受エリアよりも小さい占有面積を有するように構成される。格子構成部を構成するために、２つの吸収格子が設けられ、それらの吸収格子は、Ｘ線検出器上での占有面積がＸ線検出器の放射線感受エリアよりも小さくなり、かつ、Ｘ線検出器によって検出可能なＸ線放射線上の縞パターンが変調されるように、配置される。他の実施形態において、格子構成部は、Ｘ線放射線上の縞パターンを変調するための位相格子と、縞パターンを検出するためのＸ線検出器を支持する分析器格子とを備える。代替として、１つのみの格子又は３つ以上の格子が設けられてもよい。格子のうち１つ又は複数が吸収格子であることも可能である。線源格子は、格子構成部の格子として設けられることも可能である。格子構成部の占有面積は、格子構成部の１つ又は複数の格子のサイズ、及び格子構成部とＸ線検出器との間の距離に依存することが理解されるべきである。したがって、格子構成部がＸ線検出器上でＸ線検出器の放射線感受エリアよりも小さい占有面積を有するように格子構成部を構成することは、格子構成部がＸ線検出器上でＸ線検出器の放射線感受エリアよりも小さい占有面積を有するように、あるサイズの格子構成部を準備することと、Ｘ線検出器からある距離に格子構成部を配置することとの両方を含む。
【０１１５】
参照スキャンデータを獲得するために、方法は、ステップ１１０及び１２０により第１のモジュール１００を行う。
【０１１６】
ステップ１１０で、格子構成部が、スキャン運動で、Ｘ線検出器に対していくつかの異なる位置に移動される。格子は、スキャン運動中、互いに対して固定された空間的関係に保たれる。この実施形態において、格子構成部は、Ｘ線検出器に対して異なる位置に格子構成部を移動するために、回転軸を中心として回転され、異なる位置はこの実施形態において５０個の異なる位置である。別の実施形態において、異なる位置は、例えば、Ｘ線検出器に対して、４〜１００個の間の任意数の異なる位置、例えば、１０、２０、又は１００個の異なる位置であり得る。Ｘ線検出器は、スキャン運動において縞パターンの組がＸ線検出器によって検出されるように、スキャン運動中、検査領域に対して静止したままに保たれる。したがって、縞パターンの位置がＸ線検出器の放射線感受エリアにわたって移動する間に、Ｘ線検出器の異なる各ピクセルｘｙは、異なる縞パターンを検出することができる。この実施形態においては、格子構成部の回転によって、Ｘ線検出器の放射線感受面と、縞パターンを生成する格子構成部の格子との間に角度が生成されるのに伴って、縞パターンの組が検出され、縞パターンは、拡大に起因してスキャン運動における異なる位置ごとにわずかに異なる。
【０１１７】
ステップ１２０で、物体が検査領域にない状態での撮像動作中に参照スキャンデータを獲得するために、格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対して同じ位置に移動させることが、縞パターンのいくつかの異なる組のために繰り返される。縞パターンの異なる組は、この実施形態においては、後続のスキャン運動とスキャン運動との間に、格子の互いに対する相対横方向位置を変えることによって生成される。後続の運動と運動との間の格子の互いに対する相対横方向位置は、例えば圧電アクチュエータ等によって変えられる。したがって、この実施形態において、位相格子は、分析器格子に対して移動される。この実施形態において、縞パターンの異なる組の数は８個である。縞パターンの異なる組の数は、例えば、４個以上の任意の数、又は３〜５０個の間、３〜３０個の間、又は３〜１２個の間の任意の数、例として３、５、８、又は１２個とすることもできる。参照スキャンデータは、よって、Ｘ線検出器のピクセルｘｙごとに獲得され得る。これにより、Ｘ線検出器のピクセルｘｙごとに完全な位相ステッピング曲線を取得することが可能になる。
【０１１８】
参照スキャンデータを獲得した後、Ｘ線位相コントラスト撮像及び／又はＸ線暗視野撮像を行うための任意選択の第２のモジュール２００が行われ得る。
【０１１９】
物体は、ステップ２１０を行う前に検査領域に配置される。
【０１２０】
ステップ２１０で、物体が検査領域にある状態での撮像動作中に物体スキャンデータを獲得するために、格子構成部が、スキャン運動で、縞パターンの組のうちの１つのみについての参照スキャンデータを獲得するために使用されたのと同じ、Ｘ線検出器に対する位置に移動される。代替として、結果として縞パターンの２つ以上の異なる組を生じる２つ以上のスキャン運動が、物体スキャンデータを獲得するために使用され得る。
【０１２１】
ステップ１１０及び１２０は、参照スキャンデータを獲得するために必須である。ステップ２１０は任意選択であり、物体の画像を取得するためにＸ線位相コントラスト撮像及び／又はＸ線暗視野撮像を行うために使用され得る。
【０１２２】
代替の実施形態において、モジュール２００は、パラメータを取得するために参照スキャンデータに第１の関数をフィットさせるステップをさらに有する。第１の関数は、例えば、Ｊｘｙα（ｚ）＝Ｉｘｙα（１＋Ｖｘｙαｃｏｓ（φｘｙα＋２πｚ／ｐ））とすることができ、Ｊｘｙα（ｚ）は、格子の互いに対する相対横方向位置ｚ、平均線束Ｉｘｙα、縞可視度Ｖｘｙα、縞位相φｘｙα、及び格子周期ｐに依存して、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置αについて、Ｘ線検出器のピクセルｘｙで獲得される参照スキャンデータである。代替の実施形態は、物体の画像を取得するために、参照スキャンデータから取得されるパラメータを使用して物体スキャンデータをフィットさせるステップをさらに有する。したがって、代替の実施形態は、物体の画像を取得するために物体スキャンデータに第２の関数をフィットさせるステップを有する。第２の関数は、例えば、Ｋｘｙα＝ＩｘｙαＴｘｙ（１＋ＶｘｙαＤｘｙｃｏｓ（ψｘｙ＋φｘｙα＋２πｚ０／ｐ））とすることができ、Ｋｘｙαは、格子の互いに対する相対横方向位置ｚ０、物体透過Ｔｘｙ、暗視野Ｄｘｙ、及び差分位相ψｘｙの画像について、Ｘ線検出器に対する格子構成部の位置αについて、Ｘ線検出器のピクセルｘｙで獲得される物体スキャンデータである。
【０１２３】
本発明について、図面及び前述の説明において詳細に例示し、説明したが、そのような例示及び説明は、説明を目的とする又は例示的なものであり、制限的なものではないとみなすべきであり、本発明は、開示される実施形態に制限されない。例えば、Ｘ線源及び位相格子又は吸収格子が、Ｘ線検出器の放射線感受エリアと同じサイズの占有面積を有し、一方、分析器格子の占有面積がＸ線検出器の放射線感受エリアよりも小さい実施形態で本発明を動作させることが可能である。この場合は、分析器格子だけがスキャン運動で移動されればよく、一方、その他の構成要素は静止していることができる。
【０１２４】
図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の考察から、開示される実施形態への他の変形例を当業者によって理解し、特許請求される本発明を実施する際に実施することが可能である。
【０１２５】
特許請求の範囲において、単語「有する、備える」は、他の要素又はステップを排除せず、単数形は複数形を排除しない。
【０１２６】
単一のユニット、プロセッサ、又はデバイスが、請求項に記載されるいくつかの項目の機能を実現し得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせを有利に使用できないことを意味しない。
【０１２７】
１つ又は数個のユニット又はデバイスによって行われる、格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対していくつかの異なる位置に移動させること、Ｘ線検出器を検査領域に対して静止したままに保つこと、スキャン運動において縞パターンの組をＸ線検出器によって検出すること、物体が検査領域にない状態で、縞パターンのいくつかの異なる組のために格子構成部をスキャン運動でＸ線検出器に対して同じ位置に移動させること、物体が検査領域にある状態で、格子構成部をスキャン運動で、縞パターンの組のうちの１つのため参照スキャンデータを獲得するために使用されたのと同じ、Ｘ線検出器に対する位置に移動させることなどの動作は、任意の他の数のユニット又はデバイスによって行われ得る。これらの動作及び／又は方法は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として、及び／又は専用ハードウェアとして実施され得る。
【０１２８】
コンピュータプログラムが、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学記憶媒体又は固体状態媒体などの適切な媒体上に記憶／配布され得るが、インターネット、イーサネット、又は他の有線若しくは無線遠隔通信システムを介するなど、他の形態で配布されてもよい。
【０１２９】
特許請求の範囲内に参照符号がある場合、範囲を制限するものとは解釈すべきでない。
【０１３０】
本発明は、Ｘ線位相コントラスト撮像及び／又はＸ線暗視野撮像のための参照スキャンデータを獲得することに関する。したがって、Ｘ線検出器が、検査領域をはさんでＸ線源の反対側に配置され、Ｘ線源とＸ線検出器との間に格子構成部が配置される。物体が検査領域にない状態での撮像動作中に、Ｘ線検出器が検査領域に対して静止したままで、格子構成部は、スキャン運動でＸ線検出器に対していくつかの異なる位置に移動され、それによりスキャン運動において縞パターンの組がＸ線検出器によって検出される。スキャン運動は、縞パターンの異なる組のために繰り返される。これにより、Ｘ線撮像デバイスの較正に必要とされる参照スキャンデータを、より少ないスキャン運動で獲得することが可能になる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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