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)明涉及一種使用X射線的圖像拾取裝置和成像方法。
背景技術(shù)：
使用放射線的無損檢測用于從工業(yè)用途到醫(yī)學(xué)用途的大范圍領(lǐng)域中。例如，X射線是具有大約Ipm至IOnm (10_12m至10_8m)的范圍內(nèi)的波長的電磁波。在這樣的X射線之中，具有較短波長的那些X射線被稱為硬X射線，具有較長波長的那些X射線被稱為軟X射線。使用透射通過測試對象的X射線的透射率差的吸收率對比度方法通過將高穿透力的X射線應(yīng)用于使用該方法獲取的吸收率圖像中而在安全相關(guān)領(lǐng)域中投入實際使用，所 述安全相關(guān)領(lǐng)域諸如對鋼鐵執(zhí)行的內(nèi)部裂紋檢查和行李檢查。對于由具有類似密度并且具有較小的因X射線吸收而引起的對比度的材料構(gòu)成的測試對象，檢測由于測試對象而導(dǎo)致的X射線相位偏移的X射線相位對比度成像是有效的。作為一種類型的X射線相位對比度成像，在PTL I中公開了使用分離元件分割X射線束并且包括在檢測器中的像素的邊緣(像素邊界)處阻擋X射線束的掩模的X射線成像裝置。在該裝置中，當(dāng)測試對象不存在時，單元被設(shè)置為使得X射線束入射在X射線屏蔽掩模的一部分上。然后，當(dāng)部署了測試對象時，X射線束在測試對象處折射，并且入射在X射線屏蔽掩模上的X射線束的位置改變。因為被X射線屏蔽掩模阻擋的X射線量響應(yīng)于該X射線束的位移量而改變，所以測試對象處的折射可被檢測為X射線強度的改變。結(jié)果，可檢測到由于測試對象而導(dǎo)致的X射線相位偏移。引文列表專利文獻(xiàn)PTL I 國際公開 No. 2008-02910
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題關(guān)于PTL I中所述的X射線成像裝置，阻擋X射線的掩模設(shè)置在檢測器的每個像素中。然而，當(dāng)考慮X射線通過對象的透射率時，必須使用諸如金和鉬的重元素作為掩模的材料,因此生產(chǎn)成本提高。PTL I中所述的X射線成像裝置中所使用的掩模必須具有高的長寬比，以確保遮光能力。然而，這樣的高長寬比的掩模難以制造。掩模壁處的X射線擴散會影響圖像質(zhì)量。因此，本發(fā)明提供一種X射線成像裝置和X射線成像方法，其不使用X射線屏蔽掩模，并且將X射線束在測試對象處的折射檢測為X射線強度的改變。問題的解決方案根據(jù)本發(fā)明的X射線成像裝置包括分離元件，其被配置為對從X射線源發(fā)射的X射線進(jìn)行空間分割；閃爍器，其被配置為當(dāng)在所述分離元件處被分割的分割X射線束入射在所述閃爍器上時發(fā)射光；光透射限制單元，其被配置為限制從所述閃爍器發(fā)射的光的透射量；和多個光檢測器，每個光檢測器被配置為檢測透射通過所述光透射限制單元的光量，其中，所述光透射限制單元被配置為使得在每個光檢測器處檢測到的光強度響應(yīng)于所述X射線束的入射位置的改變而改變。根據(jù)本發(fā)明的X射線成像方法包括以下步驟對從X射線源發(fā)射的X射線進(jìn)行空間分割；當(dāng)空間分割的X射線束入射在閃爍器上時，發(fā)射光；使用光透射限制單元來獲取關(guān)于由于測試對象而導(dǎo)致的X射線束相位偏移的信息，所述光透射限制單元被配置為使得在每個光檢測器處檢測到的光強度響應(yīng)于所述X射線束的入射位置的改變而改變。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供一種X射線成像裝置和X射線成像方法，其不使用X射線屏蔽掩模，并且將X射線束在測試對象處的折射檢測為X射線強度的改變?！?br>

圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例、第二實施例、第三實施例、第四實施例、第五實施例和第六實施例的X射線成像裝置的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的檢測單元的示意圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例和第二實施例的由計算單元執(zhí)行的處理的流程圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的檢測單元的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的遮光單元的示意圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例、第四實施例、第五實施例和第六實施例的由計算單元執(zhí)行的處理的流程圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的遮光單元的示意圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的檢測單元的示意圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的檢測單元的示意圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的X射線成像裝置的示意圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的X射線成像裝置的示意圖。圖12示出在對象處折射的X射線束。圖13是根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的檢測單元的示意圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的實施例的X射線成像裝置被配置為基于當(dāng)X射線束透射通過測試對象時所發(fā)生的X射線位移量或X射線強度分布的改變來獲取X射線相位偏移信息。這樣的X射線成像裝置的配置被設(shè)置為使得當(dāng)使用由于測試對象而導(dǎo)致的X射線束中的相位偏移時X射線束移動的檢測范圍和X射線強度分布的改變是足夠的。具體地講，限制從閃爍器發(fā)射的光透射的量的光透射限制單元用于檢測由于X射線束在測試對象處的折射而導(dǎo)致的微小的X射線位移或微小的X射線強度分布改變。光透射限制單元例如為具有用于阻擋從閃爍器發(fā)射的光的一部分的遮光掩膜的遮光單元或具有使光衰減的濾光器的光衰減單元。這樣的遮光單元和光衰減單元能夠基于入射X射線的位移或X射線強度分布的改變來改變透射通過與單個像素對應(yīng)的區(qū)域的光量。因此，通過檢測已通過遮光單元或光衰減單元的光量，可獲取與入射X射線束的位移和強度分布的改變相關(guān)聯(lián)的信息。如第三實施例中所述，檢測X射線移動方向上的不同的每單位長度光強度改變量的、具有兩種不同類型的遮光掩模的遮光單元可用于獲取考慮測試對象的X射線吸收率信息(透射率)的微分相位對比度圖像等。例如，可使用第一遮光掩模和第二遮光掩模，當(dāng)X射線入射位置沿預(yù)先確定的方向移動時，所述第一遮光掩模透射更多量的光，所述第二遮光掩模透射更少量的光。在這樣的情況下，期望包含第一遮光掩模的第一區(qū)域和包含第二遮光掩模的第二區(qū)域彼此鄰接。如第四實施例中所述，包括包含遮光掩模的第一區(qū)域和不包含遮光掩模的第二區(qū)域的遮光單元可用于獲取考慮測試對象的X射線吸收率信息(透射率)的微分相位對比度圖像等。在這樣的情況下，期望第一區(qū)域和第二區(qū)域彼此鄰接。 如第五實施例中所述，對其遮蔽入射光的一部分的第一檢測像素和不對其遮蔽入射光的第二檢測像素可用于獲取考慮測試對象的X射線吸收率信息(透射率)的微分相位對比度圖像等。如第六實施例中所述，提供X射線束移動方向上的不同的每單位位移的檢測光強度改變的、包括包含兩種不同類型的濾光器的區(qū)域的光衰減單元可用于獲取考慮測試對象的X射線吸收率信息(透射率)的微分相位對比度圖像等。例如，第一濾光器被配置為使得當(dāng)X射線入射位置沿預(yù)先確定的方向移動時透光率增大，而第二濾光器被配置為使得透光率減小。在這樣的情況下，期望包含第一濾光器的第一區(qū)域和包含第二濾光器的第二區(qū)域彼此鄰接。如第七實施例中所述，包括包含濾光器的第一區(qū)域和不包含濾光器的第二區(qū)域的光衰減單元可用于獲取考慮測試對象的X射線吸收率信息(透射率)的微分相位對比度圖像等。在這種情況下，期望第一區(qū)域和第二區(qū)域彼此鄰接。以下將參照附圖詳細(xì)描述實施例。第一實施例使用光衰減單元的X射線成像裝置和成像方法將參照圖I來描述獲取與測試對象中的相位偏移相關(guān)聯(lián)的圖像(比如，微分相位對比度圖像和相位對比度圖像)的X射線成像裝置。如圖I所示，根據(jù)本實施例的X射線成像裝置包括分離元件103、測試對象104和檢測單元105，分離元件103設(shè)置在從X射線源101發(fā)射的X射線束的光路上。另外，可提供移動分離元件103、測試對象104和檢測單元105的輸送單元108、109和110，諸如步進(jìn)馬達(dá)。例如，因為可使用輸送單元109適當(dāng)?shù)匾苿訙y試對象104，所以可獲取測試對象104的特定部分的圖像。在X射線源101處產(chǎn)生的X射線在分離元件103處被空間分割。具體地講，分離元件103用作PTL I中所述的具有多個孔徑的采樣掩模，并且透射通過分離元件103的X射線形成X射線通量。分離元件103例如為具有線條和空間的狹縫陣列。作為替代，分離元件103可以是針孔陣列。X射線束透射通過的區(qū)域可以被一維或兩維地布置。
分離元件103中的狹縫可以不穿透分離元件的基板，只要X射線透射通過即可。分離元件103的材料可選自具有高X射線吸收率的材料，諸如Pt、Au、Pb、Ta或W。該材料可以替代地為含有這些材料的化合物。被分離元件103分割并且入射在檢測單元105的位置上的X射線的線條和空間圖案的間隔大于檢測單元105的像素尺寸。具體地講，檢測單元105中所包括的像素的尺寸小于在分離元件103處被分割并且投射在檢測單元105上的X射線的空間間隔。通過分離元件103處的空間分割而獲得的X射線束的相位由于測試對象104而偏移，并且X射線束被折射。檢測單元105檢測折射的X射線束。計算單元106對與檢測單元105所獲取的X射線束相關(guān)的信息執(zhí)行信號處理。然后，經(jīng)過處理的信息輸出到顯示單元107，諸如監(jiān)視器。
測試對象104可以是動物、植物、人、有機材料、無機材料或者有機/無機復(fù)合物。當(dāng)使用單色X射線時，與狹縫組合的單色化單元102 (諸如單色儀或X射線多層反射鏡(multilayer mirror))可設(shè)置在X射線源101與分離元件103之間。用于X射線成像的網(wǎng)格可設(shè)置在測試對象104與檢測單元105之間，以減小被測試對象104散射的X射線束所形成的圖像的模糊(ambiguity)。參照圖2，將描述根據(jù)本實施例的檢測單元105。檢測單元105包括閃爍器206、光衰減單元203和光檢測器205。因為光檢測器205被兩維地布置，所以每個光檢測器205等效于檢測圖像的像素。閃爍器206對X射線敏感，并且將X射線束轉(zhuǎn)換為光檢測器205可檢測的光。例如，碘化銫(CsI)用作閃爍器206。光檢測器205對閃爍器的發(fā)光波長范圍敏感,并且例如為包括半導(dǎo)體(諸如單晶硅或多晶硅)的光電轉(zhuǎn)換元件。閃爍器206、光衰減單元203和光檢測器205可以如圖2所示集成為一個單元，或者可彼此分開地設(shè)置。在圖2中，基準(zhǔn)X射線束201是當(dāng)沒有部署測試對象104時的分割X射線束，X射線束202是被測試對象104折射的X射線束。期望設(shè)置這些單元，以使得基準(zhǔn)X射線束201透射通過光檢測器205的中心。光衰減單元203包括多個濾光器204。每個濾光器204的光透射率在X方向(與入射X射線束正交的方向)上以連續(xù)或步進(jìn)的方式逐漸改變。濾光器204由疊置在光透射基板上的、具有連續(xù)不同厚度的金屬板構(gòu)成。以下，術(shù)語“連續(xù)”包括“步進(jìn)”的概念。通過這樣的配置，當(dāng)X射線束202在X方向上相對于基準(zhǔn)X射線束201移位時，在光檢測器205處檢測到的信號強度改變。因此，可從所檢測到的強度獲取由于測試對象104而導(dǎo)致的相對于基準(zhǔn)X射線束201的位移。例如，當(dāng)Itl表示光檢測器205檢測到的基準(zhǔn)X射線束201的強度并且I表示與相對于基準(zhǔn)X射線束201的位移Λ X對應(yīng)的X射線束202的強度時，以及當(dāng)這些強度之間的關(guān)系例如為線性時，光檢測器205檢測到的強度I用表達(dá)式I定義。I=I0+aAx (I)其中，a表示常數(shù)。通過使用該表達(dá)式，可從檢測到的強度I獲取X射線束的位移。這里，不考慮測試對象104的X射線吸收率。圖3中示出了計算處理。首先，獲取每個X射線束的光強度信息(S100)。接著，從在每個光檢測器205處檢測到的光強度I計算相對于基準(zhǔn)X射線束201的位移AX(S101)。作為替代，位移Λ X可通過基于所測量的強度查閱下述數(shù)據(jù)表來確定，所述數(shù)據(jù)表存儲在計算單元106或另一存儲器中，并且包含當(dāng)沒有部署測試對象104時檢測到的光強度與X射線束的位置X之間的對應(yīng)關(guān)系。接著，使用表達(dá)式2來計算每個X射線束的折射角Λ Θ (S102)。ΔΘ = tan-1 — (2)
K Z J這里，Λ X表示相對于基準(zhǔn)X射線束201的位移，ζ表示從測試對象104到檢測單元105的距離。使用表達(dá)式3，計算光檢測器(像素)205的微分相位d Φ /dx,以獲取微分相位信息(S103)。
「φ 2π Λη—=——ΔΘ (3) dx λ這里，λ表示X射線束的波長，并且當(dāng)使用連續(xù)X射線時，表示有效波長。接著,通過在X方向上對所獲取的微分相位(ΙΦ/dx進(jìn)行積分來計算相位Φ ,以獲取相位信息(S104)。顯示單元107可顯示圖像，諸如以這種方式計算的位移ΛΧ的圖像、微分相位對比度圖像(ΙΦ/dx和X射線相位對比度圖像Φ、以及測量強度分布圖像(S105)。通過上述配置，因為不需要使用阻擋X射線的重元素的X射線屏蔽掩模，所以不增加生產(chǎn)成本。此外，不需要難以制造的、具有高的長寬比的X射線屏蔽掩模。此外，可減小X射線屏蔽掩模處的散射的影響，因此，可形成高質(zhì)量圖像。參照圖2，描述了紙面上所指示的具有X方向上的透射率梯度的濾光器。作為替代，可使用具有與紙面垂直的方向(Y方向)的透射率梯度的濾光器。通過使用兩維針孔陣列作為分離元件103并且使用具有X方向和Y方向上的透射率梯度的濾光器，可兩維地檢測相位梯度。可通過疊置具有X方向上的透射率梯度的濾光器和具有Y方向上的透射率梯度的濾光器來兩維地檢測相位梯度。第二實施例使用遮光單元的X射線成像裝置和成像方法在第二實施例中，將描述使用遮光單元(而不是第一實施例的光衰減單元203)的X射線成像裝置和成像方法。具體地講，在本實施例中，將使用與第一實施例中所述的檢測單元105不同的檢測單元105。其它單元的配置與第一實施例的配置相同。圖4示出了檢測單元105的一部分，并且是與X射線入射方向正交的方向上的視圖。具體地講，參照圖4，X射線束403從頂部進(jìn)入底部，并且X射線束的位置由于折射而在橫跨方向上改變。參照圖4，遮光掩模402設(shè)置在光檢測器401的邊緣(即，光檢測器的邊界)上。遮光掩模402阻擋從閃爍器404發(fā)射的光的一部分。遮光單兀405包括遮光掩模402陣列。遮光掩模402阻擋從閃爍器404發(fā)射的光的波長范圍內(nèi)的光，并且例如由塑料膜構(gòu)成，在該塑料膜上，印刷了黑色遮光圖案，或者沉積了金屬遮光圖案。期望設(shè)置這些單元，以使得X射線束403入射在閃爍器404上，以使得X射線束403在X方向上的中心在X方向上與遮光掩模402的邊緣對準(zhǔn)。這里，w表示X射線束403的寬度。
通過這樣的布置，當(dāng)X射線束入射在測試對象104上時，入射X射線束403在閃爍器404上的位置由于折射而改變。因為從閃爍器404發(fā)射的光的檢測強度由于該位移而改變，所以該位移可被檢測為光強度的改變。當(dāng)X射線束403在測試對象104處折射并且在X方向上移位Λ χ時光檢測器401檢測到的光強度I可用例如表達(dá)式4表示。
權(quán)利要求
1.一種X射線成像裝置，包括 分離元件，所述分離元件被配置為對從X射線源發(fā)射的X射線進(jìn)行空間分割； 閃爍器，所述閃爍器被配置為當(dāng)在所述分離元件處被分割的分割X射線束入射在所述閃爍器上時發(fā)射光； 光透射限制單元，所述光透射限制單元被配置為限制從所述閃爍器發(fā)射的光的透射量；和 多個光檢測器，每個所述光檢測器被配置為檢測透射通過所述光透射限制單元的光的量， 其中，所述光透射限制單元被配置為使得在每個所述光檢測器處檢測到的光強度響應(yīng)于所述X射線束的入射位置的改變而改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的X射線成像裝置， 其中，所述光透射限制單元包括光衰減單元，所述光衰減單元被配置為使從所述閃爍器發(fā)射的光衰減，并且 其中，所述光衰減單元包括多個濾光器，每個所述濾光器被配置為響應(yīng)于所述X射線束的入射位置來連續(xù)地改變檢測到的光強度量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線成像裝置，其中，每個所述濾光器被配置為使得在與入射X射線束正交的方向上檢測到的光強度量改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的X射線成像裝置， 其中，所述光透射限制單元包括遮光單元，所述遮光單元被配置為阻擋從所述閃爍器發(fā)射的光，并且 其中，所述遮光單元包括多個遮光掩模，每個所述遮光掩模被配置為阻擋從所述閃爍器發(fā)射的光的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的X射線成像裝置，其中，所述遮光掩模設(shè)置在光學(xué)檢測器之間的邊界上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的X射線成像裝置， 其中，所述遮光單元包括兩種不同類型的遮光掩模，當(dāng)所述X射線束的入射位置沿預(yù)先確定的方向移動時，所述兩種不同類型的遮光掩模具有不同的檢測到的每單位距離光強度改變量，并且 其中，所述兩種不同類型的遮光掩模彼此鄰接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的X射線成像裝置， 其中，所述遮光單元包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域包括第一遮光掩模，所述第一遮光掩模被配置為使得當(dāng)所述X射線束的入射位置沿預(yù)先確定的方向移動時在光學(xué)檢測器處檢測到的光強度增大，所述第二區(qū)域包含第二遮光掩模，所述第二遮光掩模被配置為使得當(dāng)所述X射線束的入射位置沿預(yù)先確定的方向移動時在光學(xué)檢測器處檢測到的光強度減小，并且 其中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域彼此鄰接。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的X射線成像裝置， 其中，所述遮光單元包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域包含所述遮光掩模，所述第二區(qū)域不包含遮光掩模，并且其中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域彼此鄰接。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的X射線成像裝置，其中，包含遮光掩模的區(qū)域和不包含遮光掩模的區(qū)域設(shè)置在所述光檢測器的邊界上。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線成像裝置， 其中，所述光衰減單元包括兩種不同類型的濾光器，當(dāng)所述X射線束的入射位置沿預(yù)先確定的方向移動時，所述兩種不同類型的濾光器具有不同的檢測到的每單位距離光強度改變量，并且 其中，所述兩種不同類型的濾光器彼此鄰接。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線成像裝置， 其中，所述光衰減單元包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域包含第一濾光器，所述第一濾光器被配置為使得當(dāng)所述X射線束的入射位置沿預(yù)先確定的方向移動時在光學(xué)檢測器處檢測到的光強度增大，所述第二區(qū)域包含第二濾光器，所述第二濾光器被配置為使得當(dāng)所述X射線束的入射位置沿預(yù)先確定的方向移動時在光學(xué)檢測器處檢測到的光強度減小，并且 其中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域彼此鄰接。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線成像裝置， 其中，所述光衰減單元包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域包含所述濾光器，所述第二區(qū)域不包含濾光器，并且 其中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域彼此鄰接。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的X射線成像裝置，還包括 計算單元，所述計算單元被配置為從所述檢測單元檢測到的光強度計算與所述X射線束在所述測試對象上的相位偏移相關(guān)聯(lián)的圖像。
14.一種X射線成像方法，包括以下步驟 對從X射線源發(fā)射的X射線進(jìn)行空間分割； 當(dāng)被空間分割的X射線束入射在閃爍器上時發(fā)射光；和 使用光透射限制單元來獲取關(guān)于由于測試對象而導(dǎo)致的X射線束的相位偏移的信息，所述光透射限制單元被配置為使得在每個所述光檢測器處檢測到的光強度響應(yīng)于所述X射線束的入射位置的改變而改變。
15.一種X射線成像裝置，包括 閃爍器，所述閃爍器被配置為當(dāng)X射線束入射在所述閃爍器上時發(fā)射光； 光透射限制單元，所述光透射限制單元被配置為響應(yīng)于當(dāng)X射線束透射通過測試對象時所發(fā)生的X射線強度分布的改變來限制從所述閃爍器發(fā)射的光的透射量；和 多個光檢測器，每個所述光檢測器被配置為檢測透射通過所述光透射限制單元的光的量。
16.一種X射線成像方法，包括以下步驟 當(dāng)X射線束入射在閃爍器上時發(fā)射光；和 檢測透射通過光透射限制單元的光的量，其中，所述光透射限制單元被配置為使得在每個所述光檢測器處檢測到的光強度響應(yīng)于當(dāng)X射線束透射通過測試對象時所發(fā)生的X射線強度分布的改變而改變。
全文摘要
一種在不使用X射線的遮光掩模的情況下獲取測試對象的微分相位對比度圖像的X射線成像裝置。所述裝置包括X射線源、分離元件和閃爍器，所述分離元件被配置為對從X射線源發(fā)射的X射線進(jìn)行空間分割，所述閃爍器被配置為當(dāng)在所述分離元件處被分割的分割的X射線束入射在所述閃爍器上時發(fā)射光。所述裝置還包括光透射限制單元和多個光檢測器，所述光透射限制單元被配置為限制從所述閃爍器發(fā)射的光的透射量，每個所述光檢測器被配置為檢測透射通過所述光透射限制單元的光量。所述光透射限制單元被配置為使得在每個所述光檢測器處檢測到的光強度響應(yīng)于所述X射線束的入射位置的改變而改變。
文檔編號G01T1/29GK102713679SQ201180006593
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29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