CN103052876A - 使用具有不等的狭缝宽度的光栅的x射线相衬成像 - Google Patents

Abstract

一种用于导出X射线吸收和相位信息的装置包括：用于在空间上分割X射线的分割元件；用于检测透过被检体的X射线的强度的检测器，X射线的强度根据X射线相位以及位置变化而改变；以及用于计算X射线透射率图像和作为相位信息的X射线微分相位衬度或相移衬度图像的计算单元。X射线通过具有不等的狭缝宽度的光栅而被分成具有不同宽度的两个或更多个X射线，并且，被发射到检测器单元上。而且，计算单元基于该两个或更多个X射线之间的在检测器单元中的X射线强度变化和X射线相位变化之间的相关关系方面的差异计算X射线吸收和相位信息。

Description

使用具有不等的狭缝宽度的光栅的X射线相衬成像

技术领域

本发明涉及X射线成像装置和X射线成像方法。

背景技术

使用放射线的非破坏性检验方法被用于从工业应用到医疗应用的宽范围的领域。

例如，X射线指的是具有约1pm～10nm（10^-12～10^-8m）的波长的电磁波。其中，具有短波长的X射线（约2keV或更大）被称为硬X射线，并且，具有长波长的X射线（约0.1keV～约2keV）被称为软X射线。

例如，已知存在吸收衬度方法，该方法通过利用X射线透过被检体时的透射率的差异获得吸收图像。利用高的X射线透射率的方法已被实际用于钢铁材料的内部裂纹检查和诸如行李检查的安全领域中的应用。

此时，当被检体由密度差太小以至于不能通过X射线吸收检测衬度的变化的物质制成时，X射线相衬成像对于检测通过被检体的X射线相移是有效的。例如，X射线相衬成像可望应用于共混聚合物的成像和医疗应用。

在各种X射线相衬成像方法中，在PTL1中公开的方法在利用折射效果以检测通过被X射线照射的被检体的相移方面是非常简单有效的。具体而言，该方法使得使用具有微焦点的X射线源；被检体与检测器相互分离；由此，被检体在其边缘由于通过被照射X射线的被检体的折射效果增强的情况下被检测。

另外，与许多X射线相衬成像方法不同，利用折射效果的方法的特征在于不总是需要诸如同步加速器辐射射束的高相干X射线射束。

此时，PTL2公开了在检测器的像素的边缘部分中安装X射线屏蔽罩（shielding mask）的成像装置。

在不存在被检体的情况下，当以向屏蔽罩的一部分发射X射线的方式执行设定时，由于被检体折射效果导致的X射线位置变化可被检测为强度变化。

引文列表

专利文献

PTL1：日本专利申请公开No.2002-102215

PTL2：国际专利公布No.WO2008/029107

发明内容

技术问题

不幸的是，在诸如PTL1和PTL2的常规的方法中，关于被照射X射线的被检体的吸收信息（X射线透射率图像）和相位信息（X射线微分相衬图像和X射线相移图像）没有被相互区分。

因此，常规的方法具有不能以单独和独立的方式获得吸收信息和相位信息的问题。

鉴于此，本发明的一个目的是提供如下这样的X射线装置和X射线测量方法，其能够获得作为单独和独立的信息的关于被照射X射线的被检体的吸收信息（X射线透射率图像）和相位信息（X射线微分相衬图像和X射线相移图像）。

问题的解决方案

本发明提供了具有以下的配置的X射线装置和X射线测量方法。

根据本发明的一个方面，一种用于导出要被检测的被检体的X射线吸收信息和X射线相位信息的X射线装置，包括：分割元件，用于在空间上分割由X射线产生单元产生的X射线；检测器单元，用于基于由分割元件分割并透过被检体的X射线检测X射线的强度，X射线的所述强度根据透过被检体期间的X射线相移改变，并且还根据X射线位置变化而改变；以及计算单元，用于计算作为X射线吸收信息的X射线透射率图像和作为X射线相位信息的X射线微分相衬图像或X射线相移图像，其中，分割元件将X射线分割成具有不同宽度的两个或更多个X射线，并且将该X射线发射到检测器单元上，并且，计算单元基于所述两个或更多个X射线之间的在检测器单元中的X射线的强度变化与X射线的相位变化之间的相关关系方面的差异计算所述X射线吸收信息和所述X射线相位信息。

根据本发明的另一方面，一种用于导出要被检测的被检体的X射线吸收信息和X射线相位信息的X射线测量方法，包括以下的步骤：在空间上将由X射线产生器产生的X射线分割成具有不同宽度的两个或更多个X射线；基于通过分割步骤分割的并且透过被检体的X射线检测X射线的强度，X射线的所述强度根据透过被检体期间的X射线相移改变，并且还根据X射线位置变化而改变；以及基于所述两个或更多个X射线之间的在检测器单元中的X射线的强度变化与X射线的相位变化之间的相关关系方面的差异计算被检体的X射线透射率和X射线位置变化。

本发明的有利效果

本发明可以提供能够获得作为单独和独立的信息的关于被检体的吸收信息（X射线透射率图像）和相位信息（X射线微分相衬图像和X射线相移图像）的X射线装置和X射线测量方法。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1是示出根据第一、第二和第三实施例的X射线装置的配置例子的示图。

图2是示出根据第一实施例的分割元件的配置例子的示图。

图3是示出根据第一实施例的X射线光学元件的配置例子的示图。

图4是示出在第一实施例中将描述的在具有不同的宽度的X射线透过X射线光学元件之后的X射线强度比与移动量之间的关系的曲线图。

图5是示出在第一实施例中将描述的计算单元的处理流程的流程图。

图6是示出在第二实施例中将描述的X射线光学元件的配置例子的示图。

图7是示出在第三实施例中将描述的X射线光学元件的配置例子的示图。

图8是示出在第四实施例中将描述的X射线光学元件的配置例子的示图。

图9是示出在第四实施例中将描述的X射线光学元件的配置例子的示图。

图10是示出在例子中将描述的装置的配置的示图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及利用通过被检体的相移的X射线装置，并且，将描述能够获得作为单独和独立的信息的关于被照射X射线的被检体的吸收信息和相位信息的X射线装置和X射线测量方法。

根据本发明的实施例的获得关于照射X射线的被检体的吸收信息（X射线透射率图像）和相位信息（X射线微分相衬图像和X射线相移图像）的X射线装置具有以下的配置。

X射线装置包括产生X射线的X射线产生器和在空间上分割由X射线产生器产生的X射线的分割元件。检测单元被配置为能够将X射线划分成具有两个或更多个宽度的X射线并且将该X射线发射到检测单元上。

因此，分割元件被配置为允许检测单元检测在具有两个或更多个宽度的X射线之间分别具有不同的X射线位置变化量与X射线强度变化量之间的相关关系的X射线，基于此，可以如下独立地获得吸收信息和相位信息。

具体而言，X射线装置包括如下这样的检测单元，该检测单元通过将基于被分割元件分割并透过被检体的X射线的相移的X射线的位置变化量转换成X射线强度变化量来检测X射线强度。此外，X射线装置包括如下这样的计算单元，该计算单元从由检测单元获得的X射线强度计算作为被检体吸收信息的X射线透射率图像和作为相位信息的X射线微分相衬图像或X射线相移图像。而且，计算单元被配置为能够基于通过检测单元检测的X射线的X射线强度变化量与X射线位置变化量之间的相关关系在具有两个或更多个宽度的X射线之间不同来执行计算。

检测单元具体地通过使用基于由于被检体导致的X射线折射效果将检测器上的X射线入射位置变化量转换成X射线强度变化量的X射线光学元件来检测X射线强度。

这里，将检测器上的X射线入射位置变化量转换成X射线强度变化量的X射线光学元件包含以下的元件。

例如，X射线光学元件包含X射线吸收量（透过量）根据X射线入射位置逐渐变化的元件和X射线灵敏闪烁体的发光量根据X射线入射位置逐渐变化的元件。

作为替代方案，X射线光学元件包含X射线屏蔽面积根据X射线入射位置逐渐变化的元件和由X射线灵敏闪烁体发射的光的吸收量（透过量）根据X射线入射位置逐渐变化的元件。

作为另一替代方案，X射线光学元件包含由闪烁体发射的光的屏蔽面积根据X射线入射位置逐渐变化的元件或由闪烁体发射的光的透射率根据X射线入射位置逐渐变化的元件。

可通过以逐渐或逐步的方式改变吸收体或闪烁体的形状，实现X射线吸收量（透过量）根据X射线入射位置逐渐变化的元件和由闪烁体发射的光的发光量逐渐变化的元件。

作为替代方案，该元件也可通过以逐渐或逐步的方式改变单位体积的X射线吸收量（透过量）实现。

注意，描述中的术语“逐渐”可包含“逐步”的概念。

此外，可通过对于由闪烁体发射的光或X射线使用诸如罩的光屏蔽元件，实现X射线屏蔽面积根据X射线入射位置逐渐变化的元件和由闪烁体发射的光的屏蔽面积逐渐变化的元件。

而且，可通过使用通过逐渐改变金属膜的厚度在基板上形成的减光元件，实现由闪烁体发射的光的吸收量（透过量）逐渐或逐步变化的元件。

使用在空间上分割入射于X射线光学元件上的X射线的X射线分割元件，使得通过X射线分割元件分割的X射线在检测器上具有两个或更多个宽度。

例如，X射线分割元件具有在其中交替布置两种类型的宽度的狭缝的狭缝阵列结构。

使用这种元件使得X射线位置变化量与X射线强度变化量之间的相关关系在具有两个或更多个宽度的X射线之间不同，基于此，可以独立地获得吸收信息和相位信息。具体的描述将如下。

第一实施例

参照图1，第一实施例将关注于能够通过使用X射线吸收量（透过量）根据X射线入射位置逐渐改变的元件作为X射线光学元件来独立地获得吸收信息和相位信息的X射线装置。

如图1所示，本实施例的X射线装置沿由作为X射线产生源的X射线源101发射的X射线的光路包括分割元件103、被检体104、X射线光学元件105和检测单元106。

注意，可以单独地设置使用步进马达以移动分割元件103、被检体104和X射线光学元件105的移动单元109、110和111。

被检体104可根据需要移动，并因此可以将被检体104的特定部分成像。

由X射线源101发射的X射线在空间上被分割元件103分割。具体而言，分割元件103用作在PTL2中描述的具有多个开口的采样罩（sample mask），因此，透过分割元件103的X射线变为X射线束。

分割元件103可具有具备线和空间的狭缝阵列形状，或者可具有二维布置的孔。

在图2中示出分割元件103的示意图。

分割元件可由具有以线和空间图案周期性布置的两个或更多个宽度的狭缝的阵列制成。

具体而言，分割元件103可包含基板201和具有不同的宽度并被交替布置的两种类型的狭缝202和203。

设置在基板201中的狭缝202和203可以不贯穿由光学元件制成的基板，只要X射线透过即可。

基板201的材料选自具有高的X射线吸收能力的Pt、Au、Pb、Ta和W等。

布置于检测通过分割元件103分割的X射线的检测单元106的位置处的线和空间的周期大于等于检测单元106的像素尺寸。

换句话说，形成检测单元的像素的尺寸小于等于检测单元106的位置处的X射线的空间周期。

在空间上通过分割元件103分割的片状X射线由被检体104吸收，并且其相位改变，从而导致折射。

各折射的X射线入射于X射线光学元件105上。通过检测单元106检测透过X射线光学元件105的各X射线的强度。

关于通过检测单元106获得的X射线的信息被计算单元107进行数值处理，并被输出到诸如监视器的显示单元108。

被检体104的例子包括人体，并且，作为人体以外的材料，包括无机材料和无机-有机复合材料。

检测单元106选自例如X射线平板检测器、X射线CCD照相机和直接转换X射线二维检测器等。

检测单元106可接近X射线光学元件105，或者可相互分开特定的距离。作为替代方案，X射线光学元件105可内置于检测单元106中。

注意，当使用单色X射线时，可以在X射线源101与分割元件103之间布置诸如与狭缝组合的单色器或X射线多层镜的单色单元102。为了减少由来自被检体104的散射X射线导致的图像模糊，可以在X射线光学元件105与检测器106之间或者在被检体104与X射线光学元件105之间插入用于X射线照相的格栅（grid）。

图3是描述图1中的X射线光学元件105的一部分的X射线光学元件303的示意图。

基准X射线301表示在不存在被检体104的情况下分割的X射线。X射线302表示在存在被检体104的情况下折射的X射线。移动量d表示基准X射线301和X射线302在X射线光学元件303上沿X方向（与X射线入射方向垂直的方向）的移动量。

由物质导致的X射线的折射角是非常小的，并且，d仅是μm量级的移动量。

X射线光学元件303具有厚度沿X方向改变的三角棱柱形状的阵列结构。

该结构改变在X射线光学元件303内沿X方向透过的X射线的光路长度。换句话说，X射线光学元件303具有使得X射线吸收量（透过量）根据X射线入射位置改变的吸收梯度。

注意，可通过加工板状部件实现X射线光学元件303。

图4是示出分割元件103将X射线分成具有不同的宽度的X射线并且分割的X射线透过X射线光学元件之后的X射线强度比与移动量之间的关系的曲线图。

图4绘制了在不存在被检体104的情况下分割元件103将X射线分成具有两个不同类型的宽度的X射线并且X射线光学元件303被分割的X射线照射之后的相对于基准位置的移动量和基准X射线301与X射线302之间的强度比。

从图4可以理解，这两者均在X射线移动量极小的区域中具有线性关系。

具有两种宽度的X射线的移动量d与基准X射线301的强度I1和I2以及X射线302的强度I1′和I2′之间的关系可由以下的数学式（1）表达。

$\frac{I{1}^{\′}}{I1}=a_{1}d+b_1$

$\frac{I{2}^{\′}}{I2}=a_{2}d+b_2$ 数学式（1）

这里，a₁、a₂、b₁和b₂是可通过拟合图4中的数据获得的常数。当测量被检体104时，考虑X射线透射率A，可以导出以下的数学式（2）。

$\frac{I{1}^{\′}}{\mathrm{AI}1}=a_{1}d+b_1$

数学式（2）

通过假定透过相邻的X射线光学元件105的X射线处于与被检体104基本上相同的位置，可以求解数学式（2）中的两个方程，以获得X射线移动量d和对于被检体104的X射线透射率A。

在这种情况下，使用关于两个相邻的元件（即X射线光学元件105的两个区域）中的X射线强度的信息以获得透射率A和X射线位置移动量d，由此，空间分辨率为二分之一（1/2）。

鉴于此，为了克服空间分辨率的降低，除了以上的测量以外，还可通过相对于已测量的被检体104的位置沿X方向将被检体104或分割元件103移动可通过使用具有另一宽度的X射线测量的长度，进行另一测量。

由此，可以在不降低空间分辨率的情况下获得信息。

使用分割元件103使得能够作为独立的信息获得X射线吸收信息和相位信息。

此外，使用X射线光学元件105使得能够检测小于等于检测单元106的像素尺寸的X射线位置变化量，由此缩短被检体与检测器之间的距离并实现装置的小型化。

在图5中示出计算单元107的流程图。首先，获得关于透过X射线光学元件105的各X射线的强度信息（S100）。

然后，使用关于各X射线的强度信息以计算X射线透射率A和关于基准X射线301的位置变化量d（S101）。

使用位置变化量d和被检体104与X射线光学元件105之间的距离Z，可由以下的数学式（3）表达各X射线折射角（Δθ）。

$\mathrm{\Δ\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{d}{Z}\right)$ 数学式（3）

使用数学式（3）以计算各X射线折射角（Δθ）（S102）。

折射角（Δθ）和微分相位（dΦ/dx）具有以下的数学式（4）的关系。

$\frac{\mathrm{d\φ}}{\mathrm{dx}}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\Δ\θ}$ 数学式（4）

这里，λ表示X射线波长，并且，当使用连续X射线时，λ表示有效波长。使用数学式（4）以计算各X射线微分相位（dΦ/dx）（S103）。

然后，通过沿X方向对获得的微分相位（dΦ/dx）中的每一个进行积分来计算相位（Φ）（S104）。

可以在显示单元108上显示由此计算的微分相位（dΦ/dx）和相位（Φ）（S105）。

该配置使得能够检测检测单元106的一个像素中的细微X射线位置变化，由此不需要保持被检体104与检测单元106之间的长距离并实现装置的小型化。因此，可以单独地获得被检体的X射线透射率图像、X射线微分相衬图像或X射线相移图像。

注意，选择保持被检体104与检测单元106之间的长距离的配置使得能够基于较小的折射测量X射线位置变化。

根据以上的配置，利用X射线折射效果以检测相移。因此，不总是需要高相干X射线，并且，可以获得吸收图像、X射线微分相衬图像或X射线相移图像。

注意，在以上的配置中，获得X射线微分相衬图像或X射线相移图像，但是，作为替代，可以在显示单元108上显示从吸收信息获得的透射率图像、X射线位置变化量和折射角。

第二实施例

在第二实施例中，将着重描述作为第一实施例的X射线光学元件的替代而使用包含具有发光量梯度的多个荧光体的荧光体阵列作为X射线光学元件的X射线装置。本实施例描述了X射线光学元件105与检测单元106接触的结构，但是，X射线光学元件105可以与检测单元106分开。

这里，具有发光量梯度的荧光体指的是其发光量根据X射线入射位置改变的荧光体。

可通过逐渐改变形状或者逐渐改变单位体积的发光量，实现荧光体。

注意，描述中的术语“逐渐”可包含“逐步”的概念。例如，在本发明中也包括逐步改变发光量。

装置配置与第一实施例相同。具体而言，分割元件103周期性地将X射线分成具有两个宽度的X射线，并且被检体104被X射线照射。透过的X射线入射于X射线光学元件105上。在图6中示出X射线光学元件105的一部分的示意图。

基准X射线601表示在不存在被检体104的情况下分割的X射线。X射线602表示在存在被检体104的情况下折射的X射线。荧光体阵列603具有发光量梯度。

荧光体阵列603由通过X射线照射而发射荧光的材料制成，并且，如图6所示，在元件中沿X方向具有逐渐不同的形状。作为结果，荧光体阵列603表现出荧光发光量分布。

荧光体阵列603的材料可选自例如通常用作X射线闪烁体的以下材料。

具体而言，荧光体阵列603的材料可选自NaI（Tl掺杂）、CsI（Tl掺杂）、CsI（Na掺杂）、CsI（未掺杂）、LSO（Ce掺杂）、YAP（Ce掺杂）和GSO（Ce掺杂）等。

可见光CCD和CMOS传感器可被用作检测单元106。当具有不同的宽度的X射线入射到X射线光学元件105上时，与第一实施例类似，荧光体阵列603关于相对于基准X射线601入射位置的X射线移动量的发光量变化比根据宽度不同。

在不存在被检体104的情况下，在移动分割元件103的同时初步获得发光量数据，由此对移动量和发光量变化比进行函数拟合。

然后，使用与第一实施例中相同的计算单元107从关于各X射线的发光信息计算X射线透射率A和相对于基准X射线601的位置变化量d，以计算微分相位量。

可通过沿X方向积分微分相位量，计算相位。

在这种情况下，使用关于两个相邻的元件即X射线光学元件105的两个区域中的X射线强度的信息以获得透射率A和X射线位置移动量d，由此，空间分分辨率为二分之一（1/2）。

鉴于此，为了克服空间分辨率的降低，除了以上的测量以外，还可通过相对于被检体104的已测量的位置沿X方向将被检体104或分割元件103移动可通过使用具有另一宽度的X射线测量的长度，进行另一测量。

由此，可以在不降低空间分辨率的情况下获得信息。

该配置使得能够检测检测单元106的一个像素中的细微X射线位置变化，由此不需要保持被检体104与检测单元106之间的长距离并实现装置的小型化。

因此，可以单独地获得被检体的X射线透射率图像、X射线微分相衬图像或X射线相移图像。

注意，选择保持被检体104与检测单元106之间的长距离的配置使得能够基于较小的折射测量X射线位置变化。

根据以上的配置，利用X射线折射效果以检测相移。因此，不总是需要高相干X射线，并且，可以获得吸收图像、X射线微分相衬图像或X射线相移图像。

注意，在以上的配置中，获得X射线微分相衬图像或X射线相移图像，但是，作为替代，可以在显示单元108上显示从吸收信息获得的透射率图像、X射线位置变化量和折射角。

第三实施例

在第三实施例中，将着重描述作为第一实施例的X射线光学元件105的替代使用包含用于屏蔽X射线的一部分的多个屏蔽件的屏蔽阵列作为X射线光学元件的X射线装置。

本实施例描述X射线光学元件105与检测单元106接触的结构，但是，X射线光学元件105可以与检测单元106分开。

在图7中示出X射线光学元件105的一部分的示意图。

具有两个宽度的基准X射线701和702表示在没有被检体104的部分中被分割并且入射以穿过像素705的中心部分的X射线。X射线706和707表示由被检体104折射并入射于从像素705的中心部分偏移的位置上的X射线。

屏蔽件704屏蔽基准X射线701和702及X射线706和707的一部分。

当X射线706和707相对于作为基准X射线701和702的入射位置的中心部分沿X方向移动时，X射线706和707的屏蔽面积从屏蔽件704的形状逐渐改变。因此，可从强度变化获得移动量。

与第一实施例类似，关于两个宽度的X射线移动量的强度变化比表现为具有两个梯度的线性变化。因此，使用与第一实施例相同的计算单元107。

因此，从关于各X射线的强度信息计算X射线透射率A和相对于基准X射线701和702的位置变化量d，以计算微分相位。

可通过沿X方向积分微分相位量来计算相位。在这种情况下，使用关于两个相邻的元件（即X射线光学元件105的两个区域）中的X射线强度的信息以获得透射率A和X射线位置移动量d，由此，空间分辨率为二分之一（1/2）。

鉴于此，为了克服空间分辨率的降低，除了以上的测量以外，还可通过相对于被检体104的已测量的位置沿X方向将被检体104或分割元件103移动可通过使用具有另一宽度的X射线测量的长度，进行另一测量。

由此，可以在不降低空间分辨率的情况下获得信息。

该配置使得能够检测检测单元106的一个像素中的细微X射线位置变化，由此不需要保持被检体104与检测单元106之间的长距离，并实现装置的小型化。

因此，可以单独地获得被检体的X射线透射率图像、X射线微分相衬图像或X射线相移图像。

注意，选择保持被检体104与检测单元106之间的长距离的配置使得能够基于较小的折射测量X射线位置变化。

根据以上的配置，利用X射线折射效果以检测相位改变。因此，不总是需要高相干X射线，并且，可以获得吸收图像、X射线微分相衬图像或X射线相移图像。

注意，在以上的配置中，获得X射线微分相衬图像或X射线相移图像，但是，作为替代，可以在显示单元108上显示从吸收信息获得的透射率图像、X射线位置变化量和折射角。

第四实施例

在第四实施例中，作为第一实施例的X射线光学元件105的替代，描述将关注于如下这样的光学元件，该光学元件在X射线通过荧光体变为可见光之后屏蔽可见光的一部分以便将X射线移动转换成检测的可见光的强度变化。

此外，描述将关注使用光学元件使得可见光透射率随着位置变化逐渐改变的X射线装置。

本实施例描述了X射线光学元件105与检测单元106接触的结构，但是，X射线光学元件105可以与检测单元106分开。

首先，参照图8，将描述用于减少光的X射线光学元件。具体而言，将描述本实施例中的X射线光学元件105和检测单元106。

图1中的X射线光学元件105和检测单元106在本例子中包含闪烁体806、光学元件803和光学检测器805。光学检测器805被二维布置，因此，各光学检测器805与检测的图像的像素对应。闪烁体806可对于X射线灵敏并由铯碘化物（CsI）等制成。

光学检测器805可在闪烁体的发光波长区域中灵敏，并由CCD或CMOS等制成。

注意，闪烁体806、光学元件803和光学检测器805可如图8所示的那样一体化形成，但也可以相互分开。

在图8中，基准X射线801表示在不存在被检体104的情况下分割的X射线，并且，X射线802表示在存在被检体104的情况下折射的X射线。

基准X射线801可被设定以穿过光学检测器805的像素的中心部分。

光学元件803包含多个滤光器804。滤光器804是使得光透射率沿X方向（与入射的X射线垂直的方向）逐渐变化的滤光器。

诸如通过利用逐渐改变膜厚在透光基板上层叠金属，形成滤光器804。注意，描述中的术语“逐渐”可包含“逐步”的概念。

根据这种配置，当X射线802相对于基准X射线801沿X方向移动时，由光学检测器805检测的强度改变。

因此，可以使用检测的强度以获得相对于基准X射线801的被检体104的位置变化量d。

类似地，在图9中示出用作X射线光学元件的光屏蔽件。

图9是从X射线入射方向观察的X射线光学元件105和检测单元106的示图。

首先，X射线通过安装于光屏蔽件904上的闪烁体903被转换成可见光。

闪烁体903可对于X射线灵敏并由铯碘化物（CsI）等制成。

具有两个宽度的基准X射线通过闪烁体被转换成可见光，并且，基准光束901和902入射以穿过像素905的中心部分。

光束906和907表示在X射线由被检体104折射并入射于位于从像素905的中心部分偏移的位置的闪烁体部分上之后被转换成可见光的光束。

光屏蔽件904屏蔽基准光束901和902及光束906和907的一部分。

当光束906和907相对于作为基准光束901和902的入射位置的中心部分沿X方向移动时，光束906和907的光屏蔽面积从光屏蔽件904的形状逐渐变化。因此，可从强度变化获得移动量。

实现减光方法和光屏蔽方法的X射线光学元件105检测通过分割元件103分割的具有两个宽度的X射线。检测的关于移动量的强度变化比表现出具有两个不同的梯度的线性变化。

因此，使用与第一实施例相同的计算单元107。具体而言，从关于各X射线的强度信息计算X射线透射率A和位置变化量d，以计算微分相位。可通过沿X方向积分微分相位来计算相位。

在这种情况下，使用关于两个相邻的元件即X射线光学元件105的两个区域中的X射线强度的信息以获得透射率A和X射线位置移动量d，由此，空间分辨率为二分之一（1/2）。

鉴于此，为了克服空间分辨率的降低，除了以上的测量以外，还可通过相对于被检体104的已测量的位置沿X方向将被检体104或分割元件103移动可通过使用具有另一宽度的X射线测量的长度，进行另一测量。

由此，可以在不降低空间分辨率的情况下获得信息。

该配置使得能够检测检测单元106的一个像素中的细微X射线位置变化，由此不需要保持被检体104与检测单元106之间的长距离，并实现装置的小型化。因此，可以单独地获得被检体的X射线透射率图像、X射线微分相衬图像或X射线相移图像。

注意，选择保持被检体104与检测单元106之间的长距离的配置使得能够基于较小的折射测量X射线位置变化。

根据以上的配置，利用X射线折射效果以检测相移。因此，不总是需要高相干X射线，并且，可以获得吸收图像、X射线微分相衬图像或X射线相移图像。

注意，在以上的配置中，获得X射线微分相衬图像或X射线相移图像，但是，作为替代，可以在显示单元108上显示从吸收信息获得的透射率图像、X射线位置变化量和折射角。

例子

参照图10，将描述根据本发明的例子的X射线装置和X射线测量方法。

作为X射线产生器，使用在X射线源1001中示出的具有Mo靶的旋转对阴极型的X射线产生器。

X射线在空间上被布置于与X射线源相隔100cm的位置的分割元件1003分割。通过交替布置具有100μm的厚度的钨（W）以及50μm和30μm的狭缝宽度，形成分割元件1003。

注意，作为材料，不仅可以使用w，而且可以使用Au、Pb、Ta和Pt。

通过分割元件1003分割的X射线被发射到被检体1004。透过被检体1004的X射线入射到X射线光学元件1005上。注意，在分割元件1003、被检体1004和X射线光学元件1005中设置均使用步进马达的移动单元1009、1010和1011。

通过在具有1mm的厚度、150μm的底长和75μm的高度的碳基板上布置Ni三角棱柱，形成X射线光学元件1005。

X射线检测器1006被布置为使得透过X射线光学元件1005的X射线以200μm的周期投射到X射线检测器1006上，并且，X射线强度被检测。

随后，通过使用移动单元1009使分割元件1005沿三角棱柱的周期方向移动100μm，以执行类似的测量。

X射线检测器1006是具有50μm×50μm的像素尺寸的平板检测器。对三角棱柱的周期方向的四个像素的X射线强度值求总和，以产生一个X射线光学元件的X射线强度。

在不存在被检体1004的情况下，在沿一个方向移动分割元件1003的同时初步获取X射线强度数据。由此，获得关于由分割元件1003分割的X射线和各X射线的X射线光学元件的、与位置变化量与X射线强度变化比之间的关系相关的数据。

进行函数拟合的数据被计算单元1007使用以计算各被照射X射线的被检体1004的位置变化量（d）和X射线透射率（A）。然后，通过数学式（3）计算折射角（Δθ）。

通过数学式（4）从折射角（Δθ）计算微分相位。从各X射线获得的微分相位在空间上被积分，以获得X射线相移图像。在计算微分相位时，使用作为Mo特征X射线的

作为波长。

在作为显示单元1008的PC监视器上显示通过计算单元1007获得的X射线透射率图像、X射线微分相衬图像和X射线相移图像。

本申请要求在2010年8月6日提交的日本专利申请No.2010-177062的权益，通过引用将其全文并入此。

Claims (9)

1.一种用于导出要被检测的被检体的X射线吸收信息和X射线相位信息的X射线装置，包括：

分割元件，用于在空间上分割由X射线产生器产生的X射线；

检测器单元，用于基于由分割元件分割并透过被检体的X射线检测X射线或光的强度，X射线或光的所述强度根据透过被检体期间的X射线相移改变，并且还根据X射线位置变化改变；以及

计算单元，用于通过使用X射线或光的所述强度计算作为X射线吸收信息的X射线透射率图像和作为X射线相位信息的X射线微分相衬图像或X射线相移衬度图像，其中，

分割元件将X射线分割成具有不同宽度的两个或更多个X射线，并且将该X射线发射到检测器单元上，并且，

计算单元基于所述两个或更多个X射线之间的在检测器单元中的X射线或光的强度变化与X射线相位变化之间的相关关系方面的差异计算所述X射线吸收信息和所述X射线相位信息。

2.根据权利要求1的X射线装置，其中，分割元件包含狭缝阵列，所述狭缝阵列通过线和空间形成，使得狭缝宽度在两个或更多个狭缝宽度之间周期性改变。

3.根据权利要求2的X射线装置，其中，通过线和空间形成的狭缝阵列是通过交替布置不同宽度的两个狭缝形成的。

4.根据权利要求1的X射线装置，还包括：

X射线光学元件，被布置于分割元件与检测器单元之间并且由用于将由通过被检体的相移产生的位置变化量转换成X射线的强度变化的元件形成。

5.根据权利要求4的X射线装置，其中，形成X射线光学元件的元件包含与X射线入射方向垂直地布置的吸收或透过X射线的多个部件，该部件形成为三角棱柱形状以具有吸收能力梯度，使得X射线吸收量或X射线透过量根据X射线入射位置改变。

6.根据权利要求4的X射线装置，其中，形成X射线光学元件的元件包含屏蔽X射线的一部分的多个屏蔽件，该多个屏蔽件与X射线入射方向垂直地布置，使得被屏蔽件屏蔽的面积根据X射线入射位置改变。

7.根据权利要求1的X射线装置，还包括布置于分割元件与检测器单元之间的光学元件，其中，形成所述光学元件的元件包含感测X射线的多个荧光体，该多个荧光体与X射线入射方向垂直地布置，以具有发光量梯度，使得荧光体的发光量根据X射线入射位置改变。

8.根据权利要求1的X射线装置，还包括布置于分割元件与检测器单元之间的光学元件，其中，形成所述光学元件的元件包含多个滤光器，该多个滤光器与X射线入射方向垂直地布置，使得滤光器的光透射率根据X射线入射位置改变。

9.一种用于导出要被检测的被检体的X射线吸收信息和X射线相位信息的X射线测量方法，包括以下的步骤：

在空间上将由X射线产生器产生的X射线分割成具有不同宽度的两个或更多个X射线；

基于通过分割步骤分割的并且透过被检体的X射线检测X射线或光的强度，X射线或光的所述强度根据透过被检体期间的X射线相移改变，并且还根据X射线位置变化而改变；以及

基于所述两个或更多个X射线之间的在检测器单元中的X射线或光的强度变化与X射线相位变化之间的相关关系方面的差异计算被检体的X射线透射率图像和X射线位置变化。

Images