專利名稱：X射線成像裝置和x射線成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線成像裝置和X射線成像方法。
背景技術(shù)：
使用放射線的非破壞性測試方法已經(jīng)并且正被廣泛用于從工業(yè)到醫(yī)療應(yīng)用的各種領(lǐng)域中。X射線例如是具有約Ipm到10nm(10_12 10_8m)的波長的電磁波。具有短波長(約2keV )的X射線被稱為硬X射線，而具有長波長(約0. IkeV 約2keV)的X射線被稱為軟X射線。被設(shè)計(jì)為通過使用X射線的高透射率利用相對于X射線的吸收功率的差異的吸收襯度技術(shù)可獲得諸如鋼材中的內(nèi)部裂紋的檢測和包括手提行李安全檢查的安全措施的實(shí)際應(yīng)用。另一方面，檢測由檢測物體導(dǎo)致的X射線的相位偏移的X射線相位襯度成像對于 提供很小的可歸因于X射線吸收的襯度并因此表現(xiàn)小的密度差異的物體是有效的。使用X射線相位襯度成像的技術(shù)正被研究，以發(fā)現(xiàn)諸如聚合物材料的聚合物混合物的成像和醫(yī)療應(yīng)用的應(yīng)用。在各種X射線相位襯度成像技術(shù)中，下面列出的專利文獻(xiàn)I提出利用由于由檢測物體導(dǎo)致的相位偏移導(dǎo)致的折射效果的方法。在該方法中，X射線由X射線源產(chǎn)生，并且照射到檢測物體上。然后，通過X射線光學(xué)部件，透過檢測物體的X射線離散地聚焦于二維檢測器上的覆蓋兩個或多于兩個的像素的像素區(qū)域。在這種方法中，可從由聚焦的X射線覆蓋的像素上的強(qiáng)度分布獲得聚焦的X射線的重心位置。雖然由于檢測物體導(dǎo)致的X射線的折射量非常小，但是，可通過比較不存在任何檢測物體的狀態(tài)下的聚焦X射線的重心位置與存在檢測物體的狀態(tài)下的重心位置并確定這兩個位置之間的差異量，獲得折射角度。然后，作為結(jié)果，可以獲得與由于檢測物體導(dǎo)致的X射線的相位偏移有關(guān)的圖像。另外，由于上述的技術(shù)直接利用檢測物體的對于X射線的折射影響，因此，與許多X射線相位襯度成像技術(shù)不同，它具有不需要諸如同步輻射的高度相干X射線的特征。引文列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利申請公開No. 2008-200358公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在專利文獻(xiàn)I中描述的方法中，X射線被照射到檢測物體的整個表面上以在大的程度上產(chǎn)生散射的X射線，這不利地影響通過測量獲得的圖像的質(zhì)量。特別地，來自檢測物體的這種散射X射線的影響在檢測物體具有大的厚度時(shí)是明顯的，并且變?yōu)獒t(yī)療應(yīng)用的嚴(yán)重問題。因此，鑒于上述的問題，本發(fā)明的目的是，與在專利文獻(xiàn)I中描述的方法相比，提供可消除散射X射線對于獲得的圖像的影響的X射線成像裝置和X射線成像方法。
問題的解決方案在本發(fā)明的一個方面中，通過提供一種X射線成像裝置實(shí)現(xiàn)以上的目的，該X射線成像裝置包括在空間上分離從X射線產(chǎn)生單元產(chǎn)生的X射線的分離元件；檢測通過分離元件分離的并透過檢測物體的分離X射線的各強(qiáng)度的檢測單元；移動X射線產(chǎn)生單元、分離元件、檢測物體或檢測單元的傳輸單元；通過傳輸單元控制照射到檢測物體上的X射線的掃描時(shí)間的傳輸控制單元；使X射線的掃描時(shí)間與檢測單元的圖像獲取時(shí)間同步化的曝光控制單元；和從通過檢測單元獲取的信息計(jì)算檢測物體的微分相位襯度圖像或相位襯度圖像的計(jì)算單元。在本發(fā)明的另一方面中，通過提供一種X射線成像方法實(shí)現(xiàn)以上的目的，該X射線成像方法包括通過分離元件在空間上分離從X射線產(chǎn)生單元產(chǎn)生的X射線；將空間分離的X射線照射到檢測物體上，在使將X射線照射到檢測物體 上的掃描時(shí)間與檢測單元的圖像獲取時(shí)間同步化的同時(shí)，通過檢測單元檢測透過檢測物體的X射線的強(qiáng)度；和從通過檢測單元獲取的信息計(jì)算檢測物體的微分相位襯度圖像或相位襯度圖像。本發(fā)明的有利效果因此，根據(jù)本發(fā)明，提供與在專利文獻(xiàn)I中描述的方法相比可減少散射的X射線對于獲得的圖像的影響的X射線成像裝置和X射線成像方法。參照附圖閱讀示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例I的X射線成像裝置的配置例子的示意圖。圖2是實(shí)施例I的分離元件的示意圖。圖3是實(shí)施例I的檢測器的一部分的示意圖。圖4是實(shí)施例I的檢測器的一部分的示意圖。圖5是實(shí)施例I的計(jì)算處理方法的流程圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的分離元件的示意圖。圖7是實(shí)施例2的檢測器的一部分的示意圖。圖8是實(shí)施例2的計(jì)算處理方法的流程圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的X射線成像裝置的配置例子的示意圖。圖10是實(shí)施例3的X射線成像裝置的檢測器的操作的模式的示意圖。圖11是檢測器的一部分的示意圖。圖12是分離元件的示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，從通過使用檢測單元檢測通過分離元件被分離的并透過檢測物體的分離X射線的強(qiáng)度所獲得的信息，獲取檢測物體的X射線透射率襯度圖像、微分相位襯度圖像或相位襯度圖像。然后，進(jìn)行布置，使得透過檢測物體的X射線中的每一個離散地在與光軸方向垂直的方向區(qū)域中被照射到具有多個像素的檢測單元的兩個或多于兩個的像素的像素區(qū)域上。另外，進(jìn)行布置，使得照射到檢測物體上的X射線的掃描時(shí)間和檢測單元的圖像獲取時(shí)間可被同步化。
這里使用的X射線掃描時(shí)間的表達(dá)方式指的是掃描檢測物體的與希望的圖像獲取區(qū)域(例如，I個像素)對應(yīng)的區(qū)域所需要的時(shí)間。因此，當(dāng)在剛性地固定檢測物體的同時(shí)移動X射線源、分離元件和檢測器時(shí)，X射線掃描時(shí)間是用于將X射線源101等移動例如I個像素的移動時(shí)間。另一方面，當(dāng)在剛性地固定X射線源、分離元件和檢測器的同時(shí)移動檢測物體時(shí)，X射線掃描時(shí)間是將檢測物體104移動例如I個像素所需要的時(shí)間。這里使用的檢測器的圖像獲取時(shí)間的表達(dá)方式指的是獲取希望的圖像獲取區(qū)域(例如，I個像素)的圖像所需要的時(shí)間。圖像獲取時(shí)間等于將希望的圖像獲取區(qū)域(例如，I個像素)曝光所需要的曝光時(shí)間。因此，如果X射線掃描時(shí)間與檢測器的圖 像獲取時(shí)間同步化，那么可通過檢測器的第一像素在時(shí)鐘時(shí)間Tl拾取檢測物體的一部分的圖像，并且，也可通過緊接于第一像素之后的第二像素在時(shí)鐘時(shí)間T2拾取與通過第一像素拾取圖像的部分相同的該部分的另一圖像。由于掃描微細(xì)分離的X射線，因此，上述的布置可減少檢測物體104中的有助于散射的體積，以使得能夠減少相對于獲取的圖像的散射X射線。實(shí)施例I作為實(shí)施例1，將描述通過使用分離元件和二維檢測器從X射線的相位偏移獲取圖像的X射線成像裝置的配置例子。圖I是實(shí)施例I的X射線成像裝置的配置例子的示意圖。如圖I所示，本實(shí)施例的X射線成像裝置包括作為用于產(chǎn)生X射線并將X射線照射到檢測物體104上的X射線產(chǎn)生源的X射線源101。分離元件103和檢測器105被布置于X射線的光軸上。通過狹縫102等限制從作為X射線產(chǎn)生單元的X射線源101產(chǎn)生的X射線的發(fā)散。狹縫102可與X射線源101 —體化形成。發(fā)散受限制的X射線通過分離元件103在空間上沿與和X射線的光軸方向一致的Z方向垂直的X方向和Y方向分離，并且，分離的X射線中的一些透過檢測物體104的一部分。注意，圖I表示在空間上沿Y方向分離產(chǎn)生的X射線的情況。圖2示意性地示出分離元件103。分離元件103的基材201提供阻擋X射線的效果，并由表現(xiàn)高的X射線吸收因子的Pt、Au、Pb、Ta或W等或它們中的任一個的化合物制成。作為替代方案，可通過考慮X射線的發(fā)散(擴(kuò)展因子)在光軸上以不同的間隔布置不同尺寸的多個分離元件103。狹縫102將X射線的照射限制到基材201內(nèi)。允許X射線通過的孔202沿Y軸的方向周期性地穿透基材201，但是，孔202可不必穿透光學(xué)元件的基材，只要X射線可透過它們即可。雖然孔202被設(shè)置為狹縫的陣列以形成線和空間圖案，但是它們可替代性地為圓孔。當(dāng)通過分離元件103分離產(chǎn)生的X射線時(shí)所產(chǎn)生的X射線通過檢測物體104被折射。透過檢測物體104的X射線然后被照射到具有空間分辨率的檢測器105上。圖3示意性示出檢測器105。通過多個像素301形成檢測器105。當(dāng)通過分離元件103分離產(chǎn)生的X射線時(shí)所產(chǎn)生的X射線302中的每一個離散地被照射到沿Y方向布置的像素301中的2個像素上。檢測器105在像素中的每一個處檢測照射的X射線中的每一個的強(qiáng)度。X射線源101、分離元件103和檢測器105具有各自的傳輸單元106、107和108。X射線檢測器105具有用于控制圖像獲取速度的曝光控制單元109。因此，為了使照射到檢測物體上的X射線的掃描時(shí)間與檢測器的圖像獲取時(shí)間同步化，傳輸控制單元110和曝光控制單元109被操作，以使用于各圖像獲取的檢測器105的圖像獲取時(shí)間與沿X方向的X射線源101、分離元件103和檢測器105的移動時(shí)間同步化。作為結(jié)果，能夠獲得關(guān)于整個檢測物體104的信息。通過傳輸單元106、107和108導(dǎo)致的移動可以為沿以X射線源101為中心的各圓的圓形移動。
作為替代方案，檢測物體104可具有傳輸單元，并且，X軸上的檢測物體104的移動時(shí)間和檢測器105的圖像獲取時(shí)間可被同步化，以獲得關(guān)于整個檢測物體104的信息。并且，如果檢測器105的視場覆蓋檢測物體104的觀察區(qū)域，那么檢測器105可被剛性保持，并且，可通過使X射線源101和分離元件103的移動時(shí)間與檢測器105的圖像獲取時(shí)間同步化，獲得關(guān)于整個檢測物體104的信息。關(guān)于通過檢測器105獲得的X射線的信息被計(jì)算單元111進(jìn)行數(shù)值處理并被輸出到可以是監(jiān)視器的顯示單元112。檢測物體104可以是人體或諸如無機(jī)材料或無機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料的人體以外的物體。對于檢測器105，可以使用包括間接類型和直接類型的各種檢測器中的任一個。出于本發(fā)明的目的可使用的檢測器的例子包括X射線平板檢測器、X射線CCD照相機(jī)和其它的直接轉(zhuǎn)換型二維X射線檢測器、X射線線傳感器和X射線TDI (時(shí)間延遲積分)檢測器。X射線折射透鏡陣列可被布置于檢測物體104與檢測器105之間。在X射線折射透鏡陣列中以預(yù)定的周期循環(huán)地沿面內(nèi)方向布置多個具有聚焦力的X射線折射透鏡。可通過X射線折射透鏡陣列減小檢測器105上的X射線的斑點(diǎn)直徑，以繼而增加各X射線的相對于該X射線的入射位置的變化的強(qiáng)度變化。然后，作為結(jié)果，可以高的靈敏度測量X射線的折射量?，F(xiàn)在，將描述由檢測物體104導(dǎo)致的X射線的相位偏移的檢測。圖4是檢測器105的一部分的示意圖。圖4表示沿圖I中的X方向觀察的檢測器105的一部分。在圖4中，基準(zhǔn)X射線401是通過在不存在檢測物體104的狀態(tài)下進(jìn)行分離產(chǎn)生的X射線。它們中的每一個被離散地照射到檢測器105的像素403中的2個像素上。X射線402是在透過檢測物體104時(shí)被折射的那些X射線。X射線402中的每一個相對于相應(yīng)的基準(zhǔn)X射線401被折射以改變X射線中的每一個入射到檢測器105上并且表現(xiàn)出由于檢測物體104的吸收而降低的積分強(qiáng)度的位置。如果通過被基準(zhǔn)X射線401照射的2個像素檢測的X射線強(qiáng)度分別是Itll和Itl2并且通過由相應(yīng)的X射線402照射的該2個像素檢測的X射線強(qiáng)度分別是I11和112，那么X射線透射率A由如下數(shù)學(xué)式(I)表達(dá)。數(shù)學(xué)式IΛ = -k+ ,丨2-(1、另一方面，關(guān)于位置變化量Λ Y,分離元件103或X射線源101和分離元件103在不存在檢測物體104的狀態(tài)下相對于檢測器105沿Y方向移動，并且，通過各像素檢測的X射線強(qiáng)度被記錄。然后，制備如下這樣的數(shù)據(jù)表，該數(shù)據(jù)表示出了關(guān)于檢測器105上的沿Y方向的位置的變化量ΛΥ的由如下數(shù)學(xué)式(2)表達(dá)的代表通過各像素檢測的強(qiáng)度與X射線的總強(qiáng)度的比的量B ( Λ Y)。這樣，可從由于在存在檢測物體104的狀態(tài)下發(fā)生的折射導(dǎo)致的X射線的位置變化量Λ Y和通過相應(yīng)的像素中的每一個檢測的X射線的強(qiáng)度計(jì)算B (ΛΥ)的值。當(dāng)制備數(shù)據(jù)表時(shí)，可以使用尺寸與分離元件103的孔徑的尺寸相當(dāng)?shù)膯蝹€孔，并且，作為移動分離元件103的替代，可以在檢測器105的各位置處檢測透射的X射線的強(qiáng)度。數(shù)學(xué)式權(quán)利要求
1.一種X射線成像裝置，包括 在空間上分離從X射線產(chǎn)生單元產(chǎn)生的X射線的分離元件； 檢測通過分離元件分離的并透過檢測物體的分離X射線的各強(qiáng)度的檢測單元； 移動X射線產(chǎn)生單元、分離元件、檢測物體或檢測單元的傳輸單元； 通過傳輸單元控制照射到檢測物體上的X射線的掃描時(shí)間的傳輸控制單元； 使X射線的掃描時(shí)間與檢測單元的圖像獲取時(shí)間同步化的曝光控制單元；以及 從通過檢測單元獲取的信息計(jì)算檢測物體的微分相位襯度圖像或相位襯度圖像的計(jì)算單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的裝置，其中，檢測單元具有多個像素區(qū)域，并且檢測單元被布置為使得通過分離元件分離的分離X射線中的每一個離散地照射到檢測單元的兩個或多于兩個的像素區(qū)域上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的裝置，其中，分離元件在空間上沿與X射線的光軸方向垂直的第一方向和與X射線的光軸方向和第一方向垂直的第二方向分離X射線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中，檢測單元是通過使用時(shí)間延遲積分型檢測單元形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中，X射線產(chǎn)生單元是通過使用用于產(chǎn)生脈沖整形的X射線的X射線產(chǎn)生單元形成的。
6.一種X射線成像方法，包括 通過分離元件在空間上分離從X射線產(chǎn)生單元產(chǎn)生的X射線； 將經(jīng)空間分離的X射線照射到檢測物體上，在使將X射線照射到檢測物體上的掃描時(shí)間與檢測單元的圖像獲取時(shí)間同步化的同時(shí)，通過檢測單元檢測透過檢測物體的X射線的強(qiáng)度；和 從通過檢測單元獲取的信息計(jì)算檢測物體的微分相位襯度圖像或相位襯度圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，檢測單元具有多個像素區(qū)域，并且檢測單元被布置為使得通過分離元件分離的分離X射線中的每一個離散地照射到檢測單元的兩個或多于兩個的像素區(qū)域上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其中，分離元件在空間上沿與X射線的光軸方向垂直的第一方向和與X射線的光軸方向和第一方向垂直的第二方向分離X射線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，檢測單元是用于逐列地垂直傳送像素中的每一個的電荷的檢測單元，并且，垂直傳送的電荷傳送速度和X射線的掃描速度被同步化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，產(chǎn)生的X射線是脈沖整形的X射線，并且，脈沖整形的X射線的脈沖的循環(huán)周期和檢測單元的電荷傳送的循環(huán)周期被同步化。
全文摘要
X射線成像裝置和X射線成像方法可減輕散射的X射線對于獲得的圖像的影響。通過使用分離元件和使X射線掃描速度與檢測單元的圖像獲取速度同步化的曝光控制單元，計(jì)算檢測物體的微分相位襯度圖像或相位襯度圖像。
文檔編號A61B6/00GK102639059SQ201080054070
公開日2012年8月15日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者向出大平, 渡邊壯俊, 福田一德, 野間敬, 高田一廣 申請人:佳能株式會社