專利名稱：放射線照相裝置和放射線照相系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放射線照相裝置和放射線照相系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于X射線隨著構(gòu)成物質(zhì)的元素的原子數(shù)以及物質(zhì)的密度和厚度而衰減，其用作透視被照對象內(nèi)部的探頭。在醫(yī)療診斷、非破壞性檢查等領(lǐng)域中，廣泛使用X射線進(jìn)行成像。在一般的X射線成像系統(tǒng)中，將被照對象布置在輻照X射線的X射線源和檢測該X 射線的X射線圖像檢測器之間，且捕捉被照對象的透射圖像。在該情況下，從X射線源向X 射線圖像檢測器輻照的X射線受到衰減(吸收)，然后入射到X射線圖像檢測器的每個(gè)像素中，所述衰減(吸收)的量值取決于在到X射線圖像檢測器的路徑上存在的物質(zhì)屬性(例如，原子數(shù)、密度和厚度)的差異。因此，由X射線圖像檢測器來檢測和捕捉被照對象的X 射線吸收圖像。作為X射線圖像檢測器，除了 X射線強(qiáng)化屏幕和膜以及輝盡性熒光體之外， 還普遍使用采用了半導(dǎo)體電路的平板檢測器(FPD)。然而，如果構(gòu)成物質(zhì)的元素的原子數(shù)較小，則減少了 X射線的吸收能力。因此，對于柔軟的生物組織或柔軟的物質(zhì)，對于X射線吸收圖像不能獲取足夠的圖像對比。例如，構(gòu)成身體的關(guān)節(jié)的軟骨部和關(guān)節(jié)液主要由水構(gòu)成。因此，由于其X射線吸收量的差異很小，難以獲得遮光(shading)差異。迄今，可以通過使用MRI (核磁共振成像)對軟組織進(jìn)行成像。 然而，需要幾十分鐘來執(zhí)行成像，且圖像的分辨率較低，例如約1mm。因此，由于成本效率原因，難以在定期身體檢查(例如體格檢查)中使用MRI。對于上述問題，取代被照對象對X射線的強(qiáng)度改變，近些年來已積極開展了對X射線相位成像的研究，X射線相位成像基于被照對象對X射線的相位改變(折射角改變)來獲得圖像(下文中稱作相位對比圖像)。一般而言，已知在X射線入射物體時(shí)，X射線的相位而不是X射線的強(qiáng)度顯示出更大的相互作用。因此，在使用相位差的X射線相位成像中， 即使對具有低χ射線吸收能力的弱吸收物質(zhì)，也可能獲得高對比的圖像。迄今，對于χ射線相位成像，已經(jīng)有可能通過使用采用了加速器的大規(guī)模同步加速器放射線設(shè)施等(例如 SPring-8)來產(chǎn)生具有波長和相位的X射線，以執(zhí)行成像。然而，由于該設(shè)施過于巨大，不可能在一般的醫(yī)院中使用。作為解決上述問題的X射線相位成像，最近提出了如下X射線成像系統(tǒng)其使用具有兩個(gè)透射衍射光柵(相位型光柵和吸收型光柵)以及一個(gè)X射線圖像檢測器的X射線iTalbot干涉儀(例如，參見JP-2008-200359-A)。X射線Talbot干涉儀包括第一衍射光柵Gl (相位型光柵或吸收型光柵)，被布置在被照對象的后側(cè)；第二衍射光柵G2 (吸收型光柵)，被布置在下游由第一衍射光柵的柵線間距和X射線波長所確定的特定距離處；以及X射線圖像檢測器，被布置在第二衍射光柵的后側(cè)。Talbot干涉距離是已通過第一衍射光柵Gl的X射線通過Talbot干涉效應(yīng)而形成自身像的距離。由被布置在X射線源和第一衍射光柵之間的被照對象和X射線的相互作用 (相位改變)來調(diào)制自身像(self-image)。
在X射線Talbot干涉儀中，檢測由第一衍射光柵的自身像和第二衍射光柵的疊加(強(qiáng)度調(diào)制)產(chǎn)生的莫爾條紋，且分析要被檢測的物體對莫爾條紋的改變，以獲取要被診斷的物體的相位信息。作為莫爾條紋的分析方法，例如條紋掃描法是已知的。根據(jù)條紋 (fringe)掃描法，當(dāng)?shù)诙苌涔鈻旁谂c第一衍射光柵的平面實(shí)質(zhì)上平行且與第一衍射光柵的光柵方向(條方向)實(shí)質(zhì)上垂直的方向上，相對于第一衍射光柵平移時(shí)，使用通過將柵線間距等分所獲得的掃描間距來執(zhí)行多次成像，且根據(jù)在X射線圖像檢測器中獲得的相應(yīng)像素的信號值的改變，獲取在被照對象處折射的X射線的角度分布(相移的微分像)。基于角度分布，有可能獲取被照對象的相位對比圖像。根據(jù)該X射線相位成像，有可能如上所述通過X射線捕捉在X射線吸收圖像中看不到的軟骨或軟組織的圖像。因此，有可能通過X射線快速且容易地診斷膝關(guān)節(jié)炎(50歲以上的約一半老人(約3千萬人)被視為具有膝關(guān)節(jié)炎)、由于運(yùn)動(dòng)失調(diào)而導(dǎo)致的半月板和腱損傷、關(guān)節(jié)疾病(比如，關(guān)節(jié)風(fēng)濕病)、以及軟組織 (比如，乳腺)腫塊。因此，希望在未來的老齡化社會(huì)中能夠?qū)撛诓∪说脑缙谠\斷和早期治療以及醫(yī)療護(hù)理成本的減少做出貢獻(xiàn)?；诟鶕?jù)通過多次成像獲得的相應(yīng)像素的信號值的改變而計(jì)算出的X射線的折射角度分布，產(chǎn)生相位對比圖像。然而，由在通過被照對象(特別是軟組織)時(shí)引起的X射線的相位改變所導(dǎo)致的折射角度非常小，比如幾yrad。因此，在放射線圖像檢測器的表面上，X射線的相位偏差量很小(例如幾μ m)，應(yīng)當(dāng)檢測該相位偏差量，以給出能夠區(qū)分上述組織的相位對比圖像。在上述X射線相位圖像捕捉裝置中，如上所述，在將第二光柵平移預(yù)定掃描間距時(shí)，執(zhí)行多次成像，且根據(jù)X射線圖像檢測器獲得的相應(yīng)像素的信號值中的莫爾圖像的微小強(qiáng)度改變，測量X射線的位置偏差量，以重新構(gòu)建折射角度分布，即相位對比圖像。因此，在計(jì)算折射角度分布時(shí)，第一衍射光柵和X射線圖像檢測器或第二衍射光柵和 X射線圖像檢測器之間的相對位置的偏差變?yōu)橛?jì)算誤差。計(jì)算誤差導(dǎo)致相位對比圖像的粒度、對比度和分辨率惡化，可能顯著地使得診斷和檢查精度惡化。這樣，相比于X射線的一般靜態(tài)圖像或在不根據(jù)多個(gè)圖像的微小改變通過計(jì)算來重構(gòu)圖像的運(yùn)動(dòng)圖片成像，第一衍射光柵和X射線圖像檢測器或第二衍射光柵和X射線圖像檢測器之間的相對位置的偏差對相位對比圖像的影響要大得多。同樣地，相比于以下的執(zhí)行多次成像(比如CT或斷層合成)的技術(shù)，上述影響也是非常大的，在所述執(zhí)行多次成像的技術(shù)中，在改變X射線對被照對象的入射角度，然后重構(gòu)圖像時(shí)，很大程度上改變被照對象的圖像。原因如下。在上述X射線相位圖像捕捉裝置中，在平移第二光柵且不改變X射線對被照對象的入射角度時(shí)，測量由于X射線的相位改變而引起的在放射線圖像檢測器上的X射線的微小的位置偏差(如若干μ m)，以根據(jù)莫爾圖像之間的微小強(qiáng)度改變來重構(gòu)相位對比圖像。此時(shí)，被照對象的圖像本身發(fā)生微小改變。同時(shí)，在根據(jù)改變X射線的入射角度時(shí)的多個(gè)圖像來計(jì)算重構(gòu)圖像的CT或斷層合成中，被照對象的圖像本身發(fā)生很大程度地改變。然而，即使相比于執(zhí)行重構(gòu)的其他成像(比如根據(jù)多個(gè)圖像計(jì)算重構(gòu)圖像的CT或斷層合成)，微小圖像改變對相位對比圖像的影響也是很大的。同樣地，在能量減少成像技術(shù)中，成像能量在能量減少圖像中不同，使得圖像之間的被照對象對比度發(fā)生很大程度上的改變，所述能量減少成像技術(shù)根據(jù)具有相同X射線入射角度的不同能量的被照對象圖像來重構(gòu)能量吸收分布，并從而分離軟組織、骨組織等。因此， 由于第一衍射光柵和X射線圖像檢測器或第二衍射光柵和X射線圖像檢測器之間的相對位置的偏差而引起的微小圖像變化極大地影響相位對比圖像。因此，在相位對比圖像中，第一衍射光柵和X射線圖像檢測器或第二衍射光柵和X射線圖像檢測器之間的相對位置的偏差顯著地影響重構(gòu)的圖像。每個(gè)衍射光柵和X射線圖像檢測器之間的相對位置的偏差可以由每個(gè)衍射光柵的基板和X射線圖像檢測器的基板之間的熱膨脹系數(shù)的差異引起。然而，根據(jù)WO 2008/102598，當(dāng)每個(gè)衍射光柵的溫度超過預(yù)定值時(shí)，簡單地通知警告，使得將每個(gè)衍射光柵的溫度控制在預(yù)定范圍中。當(dāng)每個(gè)衍射光柵和X射線圖像檢測器之間的相對位置偏離時(shí)，入射到構(gòu)成X射線圖像檢測器的相應(yīng)像素上的放射線劑量由于第二衍射光柵發(fā)生平移之外的原因而變化，使得不可能準(zhǔn)確地讀出相應(yīng)圖像的信號值的改變。因此，降低了相位成像中的相位恢復(fù)準(zhǔn)確度。做出本發(fā)明以解決上述問題。本發(fā)明的目的是在通過例如X射線的放射線進(jìn)行相位成像中，減少光柵的基板和圖像檢測器的基板之間的熱膨脹系數(shù)的差異，且避免放射線相位對比圖像的質(zhì)量下降。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種放射線照相裝置，包括第一光柵單元、光柵圖案單元、放射線圖像檢測器。所述第一光柵單元被布置在從放射線源發(fā)射的放射線的行進(jìn)方向上，且具有多個(gè)放射線屏蔽單元，屏蔽從所述放射線源發(fā)射的放射線；以及基板，在所述基板上布置第一放射線屏蔽單元，且所述基板使得從所述放射線源發(fā)射的放射線能夠穿透基板。所述光柵圖案單元具有與放射線圖像的圖案周期實(shí)質(zhì)上一致的周期，所述放射線圖像是由已通過所述第一光柵單元的放射線形成的。所述放射線圖像檢測器檢測由所述光柵圖案單元遮蔽的放射線圖像，且具有多個(gè)像素，將放射線轉(zhuǎn)換為電荷并加以蓄積；以及基板，在所述基板上以二維方式布置所述像素。所述第一光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)與所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)實(shí)質(zhì)上相同。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在根據(jù)第一方面的放射線照相裝置中，所述放射線圖像檢測器針對每個(gè)所述像素具有轉(zhuǎn)換層，將所述放射線轉(zhuǎn)換為電荷；以及電荷收集電極，收集由所述轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換的電荷。所述電荷收集電極具有多個(gè)線性電極組，每個(gè)線性電極組具有與所述放射線圖像的圖案周期實(shí)質(zhì)上相同的周期。所述線性電極組被布置為使得其相位彼此不同。所述光柵圖案單元由每個(gè)所述線性電極組配置而成。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在根據(jù)第一方面的放射線照相裝置中，所述光柵圖案單元是第二光柵單元。所述第二光柵單元具有多個(gè)第二放射線屏蔽單元，屏蔽已通過所述第一光柵單元的放射線；以及基板，在所述基板上布置所述第二放射線屏蔽單元，且所述基板使得已通過所述第一光柵單元的放射線能夠通過基板。所述第二光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)與所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)實(shí)質(zhì)上相同。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種放射線照相裝置，包括第一光柵單元、第二光柵單元以及放射線圖像檢測器。所述第一光柵單元被布置在從放射線源發(fā)射的放射線的行進(jìn)方向上。所述第二光柵單元具有與放射線圖像的圖案周期實(shí)質(zhì)上相同的周期，所述放射線圖像是由已通過所述第一光柵單元的放射線形成的，并且所述第二光柵單元包括多個(gè)第二放射線屏蔽單元，屏蔽已通過所述第一光柵單元的放射線；以及基板，在所述基板上布置所述第二放射線屏蔽單元，且所述基板使得已通過所述第一光柵單元的放射線能夠通過基板。所述放射線圖像檢測器檢測由所述第二光柵單元遮蔽的放射線圖像，且具有多個(gè)像素，將放射線轉(zhuǎn)換為電荷并加以蓄積；以及基板，在所述基板上以二維方式布置所述像素。所述第二光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)與所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)實(shí)質(zhì)上相同。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在根據(jù)第一至第四方面中任一方面的放射線照相裝置中，所述第一光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)和所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)之差是 7. 50 X 10"5/oC ο根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在根據(jù)第五方面的放射線照相裝置中，所述第一光柵單元的基板和所述放射線圖像檢測器的基板都是由玻璃制成。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在根據(jù)第五方面的放射線照相裝置中，所述第一光柵單元的基板和所述放射線圖像檢測器的基板都是由硅制成。根據(jù)本發(fā)明的第八方面，根據(jù)第三或第四方面的放射線照相裝置中，所述第二光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)和所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)之差是 7. 50Xl(r5,C。根據(jù)本發(fā)明的第九方面，在根據(jù)第八方面的放射線照相裝置中，所述第二光柵單元的基板和所述放射線圖像檢測器的基板都是由玻璃制成。根據(jù)本發(fā)明的第十方面，在根據(jù)第八方面的放射線照相裝置中，所述第二光柵單元的基板和所述放射線圖像檢測器的基板都是由硅制成。根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，根據(jù)第三至第十方面中任一方面的放射線照相裝置還包括掃描機(jī)構(gòu)，移動(dòng)所述第一光柵單元和所述第二光柵單元之一，并將所述第二光柵單元放在多個(gè)相對位置處，在所述多個(gè)相對位置處，相對于所述放射線圖像的相位不同。根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，在根據(jù)第三至第十方面中任一方面的放射線照相裝置中，在所述放射線圖像檢測器中，關(guān)于與像素行正交的像素列方向，順序掃描所述像素行， 從而順序讀出與每個(gè)所述像素行的放射線圖像相對應(yīng)的圖像信號。所述第一光柵單元和所述第二光柵單元被布置為使得所述第一光柵單元的延伸方向和所述第二光柵單元的延伸方向相對傾斜。根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，根據(jù)第十二方面的放射線照相裝置還包括線性讀取光源，在所述像素行的延伸方向上延伸。在由所述線性讀取光源在所述像素行的延伸方向上掃描所述放射線圖像檢測器時(shí)，讀出所述圖像信號。根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，根據(jù)第一至第十三方面中任一方面的放射線照相裝置還包括第三光柵，使得從所述放射線源發(fā)射的放射線能夠關(guān)于一個(gè)區(qū)域選擇性地通過第三光柵，并將選擇性地通過第三光柵的放射線輻照至所述第一光柵單元。向所述放射線源提供所述第三光柵。根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，提供了一種放射線照相系統(tǒng)，包括根據(jù)第一至第十一方面中任一方面的放射線照相裝置；以及計(jì)算單元，根據(jù)由所述放射線圖像檢測器獲取的圖像，計(jì)算入射到所述放射線圖像檢測器的放射線的折射角度分布，并基于所述折射角度分布，產(chǎn)生被照對象的相位對比圖像。
根據(jù)本發(fā)明的第十六方面，提供了一種放射線照相系統(tǒng)，包括根據(jù)本發(fā)明第十二或第十三方面中任一方面的放射線照相裝置；以及相位圖像產(chǎn)生單元，基于由所述放射線圖像檢測器獲取的圖像信號，獲取從不同像素行的組中讀出的圖像信號作為不同條紋圖像的圖像信號，且基于所獲取的所述條紋圖像的圖像信號，產(chǎn)生相位對比圖像。根據(jù)本發(fā)明，有可能在通過放射線(如X射線)進(jìn)行相位成像中，避免降低放射線相位對比圖像的質(zhì)量。


圖1是示出了用于說明本發(fā)明的說明性實(shí)施例的放射線照相系統(tǒng)的配置的示例的視圖。圖2是圖1的放射線照相系統(tǒng)的控制框圖。圖3是示出了圖1的放射線照相系統(tǒng)的放射線圖像檢測器的配置的視圖。圖4示出了圖1的放射線照相系統(tǒng)的放射線圖像檢測器的一個(gè)像素電路的配置。圖5是圖1的放射線照相系統(tǒng)的成像單元的立體圖。圖6是圖1的放射線照相系統(tǒng)的成像單元的側(cè)視圖。圖7是示出了用于改變因第一和第二光柵的疊加導(dǎo)致的莫爾條紋周期的機(jī)構(gòu)的視圖。圖8是示出了被照對象對放射線的折射的視圖。圖9是示出了條紋掃描法的視圖。圖10是示出了根據(jù)條紋掃描的放射線圖像檢測器的像素信號的圖。圖11是示出了用于說明本發(fā)明的說明性實(shí)施例的放射線照相系統(tǒng)的配置的另一示例的視圖。圖12是示出了用于說明本發(fā)明的說明性實(shí)施例的放射線照相系統(tǒng)的配置的另一示例的視圖。圖13是圖12的放射線照相系統(tǒng)的立體圖。圖14是示出了用于說明本發(fā)明的說明性實(shí)施例的放射線照相系統(tǒng)的配置的另一示例的視圖。圖15是示出了圖14的放射線照相系統(tǒng)修改后的實(shí)施例的配置的視圖。圖16是示出了用于說明本發(fā)明的說明性實(shí)施例的放射線照相系統(tǒng)的配置的另一示例的視圖。圖17示出了用于本發(fā)明的說明性實(shí)施例的放射線照相系統(tǒng)的配置的另一示例， 其示出了該放射線照相系統(tǒng)的放射線圖像檢測器的配置。圖18是示出了根據(jù)用于說明本發(fā)明的說明性實(shí)施例的放射線照相系統(tǒng)的另一示例的、產(chǎn)生放射線圖像的計(jì)算單元的配置的框圖。圖19是示出了放射線圖像檢測器的像素信號的圖，用于說明圖18所示的放射線照相系統(tǒng)的計(jì)算單元中的過程。圖20是示出了用于說明本發(fā)明的說明性實(shí)施例的放射線照相系統(tǒng)的配置的另一示例的示意圖。圖21示出了光學(xué)讀取型放射線圖像檢測器的示意配置。
圖22示出了第一光柵、第二光柵和放射線圖像檢測器的像素的布置關(guān)系。圖23示出了設(shè)置第一光柵相對于第二光柵的傾斜角度的方法。圖M示出了調(diào)整第一光柵相對于第二光柵的傾斜角度的方法。圖25示出了光學(xué)讀取型放射線圖像檢測器的記錄操作。圖沈示出了光學(xué)讀取型放射線圖像檢測器的讀取操作。圖27示出了基于從光學(xué)讀取型放射線圖像檢測器中讀出的圖像信號來獲取多個(gè)條紋圖像的操作。圖觀示出了基于從光學(xué)讀取型放射線圖像檢測器中讀出的圖像信號來獲取多個(gè)條紋圖像的操作。圖四示出了使用TFT開關(guān)的放射線圖像檢測器以及第一和第二光柵之間的布置關(guān)系。圖30示出了使用CMOS的放射線圖像檢測器的示意配置。圖31示出了使用CMOS的放射線圖像檢測器的一個(gè)像素電路的配置。圖32示出了使用CMOS的放射線圖像檢測器以及第一和第二光柵之間的布置關(guān)系。圖33是示出了用于說明本發(fā)明的說明性實(shí)施例的放射線照相系統(tǒng)的配置的另一示例的示意圖。圖34示出了放射線圖像檢測器的說明性實(shí)施例的示意配置。圖35示出了根據(jù)說明性實(shí)施例的放射線圖像檢測器的記錄操作。圖36示出了根據(jù)說明性實(shí)施例的放射線圖像檢測器的讀取操作。圖37示出了放射線圖像檢測器的另一說明性實(shí)施例。圖38示出了根據(jù)另一說明性實(shí)施例的放射線圖像檢測器的記錄操作。圖39示出了根據(jù)另一說明性實(shí)施例的放射線圖像檢測器的讀取操作。圖40示出了具有作為凹曲面的光柵表面的光柵的示例。
具體實(shí)施例方式圖1示出了用于說明本發(fā)明的說明性實(shí)施例的放射線照相系統(tǒng)的配置的示例，且圖2是圖1的放射線照相系統(tǒng)的控制框圖。X射線成像系統(tǒng)10是在病人站立時(shí)對被照對象(病人)H執(zhí)行成像的X射線診斷裝置，且包括x射線源11，對被照對象H進(jìn)行X射線輻照；成像單元12，與X射線源11相對，檢測來自X射線源11的已穿透被照對象H的X射線，并從而產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)；以及控制臺 13，基于操作者的操作，控制X射線源11的曝光操作和成像單元12的成像操作，計(jì)算通過成像單元12獲取的圖像數(shù)據(jù)，并從而產(chǎn)生相位對比圖像。通過懸掛在天花板的X射線源保持設(shè)備14來保持X射線源11，使得其可以沿上下方向(X方向)移動(dòng)。通過安裝在底部上的直立支架15來保持成像單元12，可以沿上下方向移動(dòng)成像單元12。X射線源11包括X射線管18，基于X射線源控制單元17的控制，響應(yīng)于從高壓產(chǎn)生器16施加的高壓而產(chǎn)生X射線；以及準(zhǔn)直儀單元19，具有限制輻照場以屏蔽從X射線管 18產(chǎn)生的一部分X射線的可移動(dòng)準(zhǔn)直儀19a，所述一部分射線不對被照對象H的檢查區(qū)域做出貢獻(xiàn)。X射線管18是旋轉(zhuǎn)陽極型射線管，從作為電子發(fā)射源(陰極)的絲極(filament， 圖中未示出)發(fā)射電子束，并使該電子束與以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極18a碰撞，從而產(chǎn)生 X射線。旋轉(zhuǎn)陽極18a的電子束碰撞部分是X射線焦點(diǎn)18b。X射線源保持設(shè)備14包括滑架單元14a，適于通過在天花板上安裝的天花板軌道 (未示出)在水平方向(ζ方向)上移動(dòng)；以及多個(gè)支柱單元14b，在上下方向上連接。滑架單元Ha具有馬達(dá)(未示出)，所述馬達(dá)使支柱單元14b展開和收縮，以在上下方向上改變 X射線源11的位置。直立支架15包括主體15a，安裝在底部上；以及保持單元15b，保持成像單元12 并附接至主體15a以在上下方向上移動(dòng)。保持單元1 連接至環(huán)帶15d，環(huán)帶15d在上下間隔的兩個(gè)滑輪15c之間延伸，并由馬達(dá)(未示出)驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)使滑輪15c旋轉(zhuǎn)?？刂婆_ 13 (稍后將描述)的控制設(shè)備20基于操作者的設(shè)置操作來控制馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)。同樣地，直立支架15具有位置傳感器(未示出)，比如電位計(jì)，其測量滑輪15c或環(huán)帶15d的移動(dòng)量，并從而檢測成像單元12在上下方向上的位置。將位置傳感器的檢測值通過電纜等提供給X射線源保持設(shè)備14。X射線源保持設(shè)備14基于檢測值來展開和收縮支柱14b，并從而移動(dòng)X射線源11，使其跟隨成像單元12的垂直移動(dòng)?？刂婆_13具有控制設(shè)備20，控制設(shè)備20包括CPU、ROM、RAM等?？刂圃O(shè)備20連接到輸入設(shè)備21、計(jì)算處理單元22、存儲(chǔ)單元23監(jiān)視器M以及接口(I/F)25，操作者使用輸入設(shè)備21輸入成像指令及其指令內(nèi)容；計(jì)算處理單元22計(jì)算由成像單元12獲取的圖像數(shù)據(jù)，并從而產(chǎn)生X射線圖像；存儲(chǔ)單元23存儲(chǔ)X射線圖像；監(jiān)視器對顯示X射線圖像等； 接口(I/F)25經(jīng)由總線沈連接到X射線成像系統(tǒng)10的相應(yīng)單元。作為輸入設(shè)備21，可以使用例如開關(guān)、觸摸板、鼠標(biāo)、鍵盤等。通過操作輸入設(shè)備 21，輸入放射線照相條件(比如X射線管電壓、X射線輻照時(shí)間等)、成像定時(shí)等。監(jiān)視器M 由液晶顯示器等構(gòu)成，且在控制設(shè)備20的控制下顯示諸如放射線照相條件的字符和X射線圖像。成像單元12具有平板檢測器(FPD) 30，具有半導(dǎo)體電路；以及第一吸收型光柵 31和第二吸收型光柵32，檢測被照對象H對X射線的相位改變(角度改變)，并執(zhí)行相位成像。FPD 30具有被布置為與從X射線源11輻照的X射線的光軸A相正交的檢測面。 如下面具體描述的，第一和第二吸收型光柵31、32被布置在FPD 30和X射線源11之間。同樣地，成像單元12具有掃描機(jī)構(gòu)33，其在上下(X方向)平移第二吸收型光柵 32，并從而改變第二吸收型光柵32與第一吸收型光柵31的相對位置關(guān)系。掃描機(jī)構(gòu)33由例如致動(dòng)器(比如，壓電設(shè)備)構(gòu)成。圖3示出了圖1的放射線照相系統(tǒng)的放射線圖像檢測器的配置，且圖4示出了圖 1的放射線照相系統(tǒng)的放射線圖像檢測器的一個(gè)像素電路的配置。作為放射線圖像檢測器的FPD 30包括圖像接收單元41，具有將X射線轉(zhuǎn)換為電荷并蓄積該電荷的多個(gè)像素40，該多個(gè)像素40在xy方向上被二維布置在有源矩陣基板上； 掃描電路42，控制從圖像接收單元41中讀出電荷的定時(shí)；讀出電路43，讀出在相應(yīng)像素40 中蓄積的電荷，并將電荷轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)在圖像數(shù)據(jù)中；以及數(shù)據(jù)發(fā)送電路44，將圖像數(shù)據(jù)通過控制臺13的I/F 25發(fā)送到計(jì)算處理單元22。同樣地，通過每行中的掃描線45將掃描電路42和相應(yīng)的像素40相連，且通過每列中的信號線46將讀出電路43和相應(yīng)的像素40相連。每個(gè)像素40可以被配置為直接轉(zhuǎn)換型X射線檢測單元，利用由非晶硒等制成的轉(zhuǎn)換層將X射線直接轉(zhuǎn)換為電荷，并在連接到轉(zhuǎn)換層的下電極的電容器(未示出)中蓄積該轉(zhuǎn)換后的電荷。每個(gè)像素40連接有TFT開關(guān)48，且TFT開關(guān)48的柵極48a連接到掃描線 45，源極48b連接到電容器，且漏極48c連接到信號線46。當(dāng)通過來自掃描電路42的驅(qū)動(dòng)脈沖接通TFT開關(guān)48時(shí)，將電容器中蓄積的電荷讀出到信號線46。同時(shí)，每個(gè)像素40還可以被配置為間接轉(zhuǎn)換型X射線檢測單元，其使用由鋱摻雜釓硫氧化物(terbium-doped gadolinium oxysulfide (Gd2O2S: Tb))、銘摻雜碘化銫 (thallium-doped cesium iodide (CsI Tl)等制成的閃爍器(未示出)將X射線轉(zhuǎn)換為可見光，并用光電二極管(未示出)將轉(zhuǎn)換后的可見光轉(zhuǎn)換為電荷并加以蓄積。盡管在本實(shí)施例中將基于TFT面板的FPD用作放射線圖像檢測器，還可以使用基于固體成像設(shè)備(比如CCD傳感器、CMOS傳感器等等)的各種放射線圖像檢測器。讀出電路43包括未示出的積分放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、校正電路和圖像存儲(chǔ)器。積分放大電路對從相應(yīng)像素40通過信號線46輸出的電荷進(jìn)行積分并轉(zhuǎn)換為電壓信號(圖像信號)，并將其輸入A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，并將其輸入到校正電路。校正電路對圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行例如偏移量校正、增益校正以及線性校正，并在圖像存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)校正后的圖像數(shù)據(jù)。同時(shí)，校正電路的校正過程可以包括對X射線的曝光量和曝光分布(所謂的遮光(shading))的校正、取決于FPD 30的控制條件(驅(qū)動(dòng)頻率、讀出周期等等)的圖形噪聲的校正等等。圖5和6示出了圖1的放射線照相系統(tǒng)的成像單元。第一吸收型光柵31具有X射線透射單元(基板)31a和布置在X射線透射單元 31a上的多個(gè)X射線屏蔽單元31b。類似地，第二吸收型光柵32具有X射線透射單元(基板)32a和布置在X射線透射單元3 上的多個(gè)X射線屏蔽單元32b。X射線透射單元31a、 32a由射線可穿透的元件(例如玻璃)構(gòu)成，X射線穿透這些射線可穿透的元件。此處，第一吸收型光柵31的基板31a和第二吸收型光柵32的基板3 是由玻璃、 硅等制成的。X射線屏蔽單元31b、32b由線性元件構(gòu)成，該線性元件在平面內(nèi)的一個(gè)方向上(在實(shí)施例中，與X和Z方向正交的y方向上)延伸，所述一個(gè)方向與從X射線源11輻照的X 射線的光軸A正交。作為相應(yīng)X射線屏蔽單元31b、32b的材料，具有極佳的X射線吸收能力的材料是優(yōu)選的。例如，諸如金、鉬等的金屬是優(yōu)選的?？梢酝ㄟ^金屬電鍍或沉積方法來形成X射線屏蔽單元31b、32b。X射線屏蔽單元31b被布置在與X射線的光軸A正交的平面內(nèi)，且在與所述一個(gè)方向正交的方向(在本說明性實(shí)施例中，X方向)上具有恒定間距P1和預(yù)定間隔屯。類似地，X射線屏蔽單元32b被布置在與X射線的光軸A正交的平面內(nèi)，且在與所述一個(gè)方向正交的(在本說明性實(shí)施例中，χ方向)上具有恒定間距P2和預(yù)定間隔d2。由于第一和第二吸收型光柵31、32提供了具有強(qiáng)度差異而不是相位差異的入射X射線，也將它們稱作振幅類型光柵。同時(shí)，縫(slit)(間隔屯或屯的區(qū)域)可以不是空的。例如，可以用X射線低吸收材料(比如高分子或輕金屬)來填充該空隙。
無論Talbot干涉效應(yīng)如何，第一和第二吸收型光柵31、32適于對已通過縫的X射線進(jìn)行幾何投影。具體地，將間隔dp d2設(shè)置為充分大于從X射線源11輻照的X射線的峰值波長，使得在輻照的X射線中包括的大部分X射線能夠透過縫，同時(shí)保持其線性，而不在縫中發(fā)生衍射。例如，在旋轉(zhuǎn)陽極18a由鎢制成且管電壓是50kV時(shí)，X射線的峰值波長約為0.4 A。在該情況下，當(dāng)間隔dl、d2被設(shè)置為約1至10 μ m時(shí)，將大部分X射線幾何投影到縫中，而不發(fā)生衍射。由于從X射線源11輻照的X射線是以X射線焦點(diǎn)18b作為發(fā)射點(diǎn)的錐形束，而不是平行束，因此與到X射線焦點(diǎn)18b的距離成比例地放大已通過第一吸收型光柵31且被投影的投影像(下文中，稱作Gl像)。確定第二吸收型光柵32的柵線間距P2和間隔d2，使得縫與Gl像在第二吸收型光柵32的位置處的明亮部分的周期性圖案實(shí)質(zhì)一致。即，當(dāng)從X 射線焦點(diǎn)18b到第一吸收型光柵31的距離是L1,且從第一吸收型光柵31到第二吸收型光柵32的距離是L2時(shí)，確定柵線間距P2和間隔d2，以滿足以下公式(1)和(2)。[公式1]
L1 +L0P2 = ~~-P1 '-(I)[公式2]d2 = —--dx · · · (2)在Talbot干涉儀中，從第一吸收型光柵31到第二吸收型光柵32的距離L2受到 Talbot干涉距離的限制，該Talbot干涉距離由第一衍射光柵的柵線間距和X射線波長來確定。然而在該說明性實(shí)施例的成像單元12中，由于第一吸收型光柵31在不使入射X射線發(fā)生衍射的情況下對其進(jìn)行投影，且在第一吸收型光柵31的后部的所有位置處類似地獲得第一吸收型光柵31的Gl像，因此有可能與Talbot干涉距離無關(guān)地設(shè)置距離L2。盡管成像單元12未配置Talbot干涉儀，如上所述，如果使用第一吸收型光柵31 的柵線間距P1、第二吸收型光柵32的柵線間距p2、X射線波長(峰值波長)λ以及正整數(shù)m， 通過以下公式C3)來表達(dá)在第一吸收型光柵31對X射線進(jìn)行衍射的情況下獲得的Talbot 干涉距離Z。[公式3]Z = Ttl^1- ---(3)公式(3)指示了在從X射線源11輻照的X射線是錐形束時(shí)的Talbot干涉距離， 且該公式(3)由 Atsushi Momose 等人所發(fā)現(xiàn)(Japanese Journal ofApplied Physics, Vol. 47，No. 10，2008，August, page 8077)。在X射線成像系統(tǒng)10中，當(dāng)m= 1時(shí)，將距離L2設(shè)置為比最小Talbot干涉距離Z 更短，以使得成像單元12更小。即，由滿足以下公式⑷的區(qū)間中的值來設(shè)置距離L2。[公式4]
權(quán)利要求
1.一種放射線照相裝置，包括第一光柵單元，被布置在從放射線源發(fā)射的放射線的行進(jìn)方向上，且具有 多個(gè)放射線屏蔽單元，屏蔽從所述放射線源發(fā)射的放射線；以及基板，在所述基板上布置第一放射線屏蔽單元，且所述基板使得從所述放射線源發(fā)射的放射線能夠穿透基板；光柵圖案單元，具有與放射線圖像的圖案周期實(shí)質(zhì)上一致的周期，所述放射線圖像是由已通過所述第一光柵單元的放射線形成的；以及放射線圖像檢測器，檢測由所述光柵圖案單元遮蔽的放射線圖像，且具有 多個(gè)像素，將放射線轉(zhuǎn)換為電荷并加以蓄積；以及基板，在所述基板上以二維方式布置所述像素，其中，所述第一光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)與所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)實(shí)質(zhì)上相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線照相裝置，其中，所述放射線圖像檢測器針對每個(gè)所述像素具有轉(zhuǎn)換層，將所述放射線轉(zhuǎn)換為電荷；以及電荷收集電極，收集由所述轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換的電荷，其中，所述電荷收集電極具有多個(gè)線性電極組，每個(gè)線性電極組具有與所述放射線圖像的圖案周期實(shí)質(zhì)上相同的周期，其中，所述線性電極組被布置為使得其相位彼此不同，以及其中，所述光柵圖案單元由每個(gè)所述線性電極組配置而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線照相裝置，其中，所述光柵圖案單元是第二光柵單元， 其中，所述第二光柵單元具有多個(gè)第二放射線屏蔽單元，屏蔽已通過所述第一光柵單元的放射線；以及基板，在所述基板上布置所述第二放射線屏蔽單元，且所述基板使得已通過所述第一光柵單元的放射線能夠通過基板，以及其中，所述第二光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)與所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)實(shí)質(zhì)上相同。
4.一種放射線照相裝置，包括第一光柵單元，被布置在從放射線源發(fā)射的放射線的行進(jìn)方向上； 第二光柵單元，具有與放射線圖像的圖案周期實(shí)質(zhì)上相同的周期，所述放射線圖像是由已通過所述第一光柵單元的放射線形成的，并且所述第二光柵單元包括 多個(gè)第二放射線屏蔽單元，屏蔽已通過所述第一光柵單元的放射線；以及基板，在所述基板上布置所述第二放射線屏蔽單元，且所述基板使得已通過所述第一光柵單元的放射線能夠通過基板，以及放射線圖像檢測器，檢測由所述第二光柵單元遮蔽的放射線圖像，且具有 多個(gè)像素，將放射線轉(zhuǎn)換為電荷并加以蓄積；以及基板，在所述基板上以二維方式布置所述像素，其中，所述第二光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)與所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)實(shí)質(zhì)上相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線照相裝置，其中，所述第一光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)和所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)之差是7. 50X10_5/°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放射線照相裝置，其中，所述第一光柵單元的基板和所述放射線圖像檢測器的基板都是由玻璃制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放射線照相裝置，其中，所述第一光柵單元的基板和所述放射線圖像檢測器的基板都是由硅制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的放射線照相裝置，其中，所述第二光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)和所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)之差是7. 50X10_5/°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的放射線照相裝置，其中，所述第二光柵單元的基板和所述放射線圖像檢測器的基板都是由玻璃制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的放射線照相裝置，其中，所述第二光柵單元的基板和所述放射線圖像檢測器的基板都是由硅制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至10中任一項(xiàng)所述的放射線照相裝置，還包括掃描機(jī)構(gòu)，移動(dòng)所述第一光柵單元和所述第二光柵單元之一，并將所述第二光柵單元放在多個(gè)相對位置處， 在所述多個(gè)相對位置處，相對于所述放射線圖像的相位不同。
12.根據(jù)權(quán)利要求3至10中任一項(xiàng)所述的放射線照相裝置，其中，在所述放射線圖像檢測器中，關(guān)于與像素行正交的像素列方向，順序掃描所述像素行，從而順序讀出與每個(gè)所述像素行的放射線圖像相對應(yīng)的圖像信號，以及其中，所述第一光柵單元和所述第二光柵單元被布置為使得所述第一光柵單元的延伸方向和所述第二光柵單元的延伸方向相對傾斜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的放射線照相裝置，還包括線性讀取光源，在所述像素行的延伸方向上延伸，其中，在所述線性讀取光源沿所述像素行的延伸方向掃描所述放射線圖像檢測器時(shí)， 讀出所述圖像信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的放射線照相裝置，還包括第三光柵，使得從所述放射線源發(fā)射的放射線能夠關(guān)于一個(gè)區(qū)域選擇性地通過第三光柵，并將選擇性地通過第三光柵的放射線輻照至所述第一光柵單元，其中，向所述放射線源提供所述第三光柵。
15.一種放射線照相系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的放射線照相裝置；以及計(jì)算單元，根據(jù)由所述放射線圖像檢測器獲取的圖像，計(jì)算入射到所述放射線圖像檢測器的放射線的折射角度分布，并基于所述折射角度分布，產(chǎn)生被照對象的相位對比圖像。
16.一種放射線照相系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求12所述的放射線照相裝置；以及相位圖像產(chǎn)生單元，基于由所述放射線圖像檢測器獲取的圖像信號，獲取從不同像素行的組中讀出的圖像信號作為不同條紋圖像的圖像信號，且基于所獲取的所述條紋圖像的圖像信號，產(chǎn)生相位對比圖像。
全文摘要
一種放射線照相裝置和放射線照相系統(tǒng)。所述放射線照相裝置包括第一光柵單元、光柵圖案單元、放射線圖像檢測器。所述第一光柵單元具有多個(gè)放射線屏蔽單元，屏蔽從所述放射線源發(fā)射的放射線；以及基板，在所述基板上布置第一放射線屏蔽單元，且所述基板使得從所述放射線源發(fā)射的放射線能夠穿透基板。所述光柵圖案單元具有與放射線圖像的圖案周期實(shí)質(zhì)上一致的周期。所述放射線圖像檢測器檢測由所述光柵圖案單元遮蔽的放射線圖像，且具有多個(gè)像素，將放射線轉(zhuǎn)換為電荷并加以蓄積；以及基板。所述第一光柵單元的基板的熱膨脹系數(shù)與所述放射線圖像檢測器的基板的熱膨脹系數(shù)實(shí)質(zhì)上相同。
文檔編號A61B6/00GK102551765SQ20111040236
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者多田拓司, 巖切直人 申請人:富士膠片株式會(huì)社