CN102525541A - 用于放射线图像摄影的栅格及制造方法和放射线成像*** - Google Patents

用于放射线图像摄影的栅格及制造方法和放射线成像*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于放射线图像摄影的栅格及制造方法和放射线成像***。在第二栅格的制造方法中，在传送期间在条状的X射线透过片的顶面上形成X射线吸收层，而在其背面上形成缓冲层。之后，将X射线透过片卷绕成卷，以将X射线吸收层露在外侧。因此，X射线透过片和X射线吸收层由缓冲层粘结而层叠。将叠层结构的卷沿其径向方向切片成叠层片，该叠层片具有叠成多层的缓冲层、X射线透过片和X射线吸收层。在对叠层片的切片面进行抛光之后，由按压装置对叠层片进行按压，使得第二栅格弯曲成近似圆柱形状。

Description

用于放射线图像摄影的栅格及制造方法和放射线成像***
技术领域
本发明涉及一种用于放射线图像摄影的栅格(grid)、该栅格的制造方法、以及使用该栅格的放射线成像***。
背景技术
当例如X射线的放射线入射到物体上时，X射线的强度和相位由于X射线和物体之间的相互作用而改变。此时，已知的是X射线的相位变化大于强度变化。利用X射线的这些性质，积极研发X射线相位成像技术。在X射线相位成像技术中，即使样本具有低X射线吸收性，也可基于由样本导致的X射线的相位变化(角度变化)，来获得样本的高对比度图像(以下称为相位对比度图像)。
已设计出一种X射线成像***，其利用由两个透射型衍射格栅所生成的Talbot(塔尔博特)效应来进行X射线相位成像(参见例如日本专利特许公开No.2009-240378，以及2002年10月“Applied Physics Letters”第81卷第17期第3287页(由C.David等人撰写))。在该X射线成像***中，从X射线源这侧观看时，第一栅格设置在样本后面，第二栅格设置在第一栅格下游相距Talbot距离处。在第二栅格后面设置有X射线图像检测器(FPD：平板检测器)以检测X射线并生成相位对比度图像。作为一维格栅的第一栅格和第二栅格各具有窄的X射线吸收部和X射线透过部，这些X射线吸收部和X射线透过部彼此平行排列且边缘对齐。Talbot距离是指已穿过第一栅格的X射线通过Talbot效应形成自身图像(条纹图像)的距离。
在上述X射线成像***中，通过条纹扫描法检测由第二栅格在第一栅格的自身图像上的叠加(强度调制)而生成的条纹图像，以根据由样本引起的条纹图像变化来获得样本的相位信息。在条纹扫描法中，每当第二栅格相对于第一栅格在近似平行于第一栅格的表面且近似正交于第一栅格的栅格方向的方向上平移扫描间距(其是栅格间距的整因数)时，拍摄图像。从X射线图像检测器所检测到的每一像素值的变化，获得被样本折射的X射线的角度分布(相移的差分图像)。然后，基于该角度分布获得样本的相位对比度图像。条纹扫描法还可用在使用激光的成像***中(参见例如1998年9月“Applied Optics”第37卷第26期第6227页(由Hector Canabal等人撰写))。
第一栅格和第二栅格具有细微结构，其中X射线吸收部的宽度和间距为例如几微米。除此之外，第一栅格和第二栅格在其X射线吸收部处需要高X射线吸收性。第二栅格尤其需要比第一栅格更高的X射线吸收性，以可靠地对条纹图像施加强度调制。因此，第一栅格和第二栅格的X射线吸收部由具有高原子量的金(Au)制成。另外，第二栅格的X射线吸收部需要在X射线的传播方向上具有相对大的厚度，换言之，具有高纵横比(X射线吸收部的厚度除以其宽度所得的值)。
由于第一栅格和第二栅格的尺寸限制要拍摄的相位对比度图像的尺寸，所以期望增大栅格的尺寸。另一方面，从X射线源发出的X射线发散成锥形光束。因此，如果栅格的尺寸增大，则在栅格的周边部分X射线的渐晕成为问题。为了减小由栅格引起的X射线的渐晕，也期望X射线吸收部和X射线透过部倾斜，以会聚于X射线的焦点处。
传统上，已知有一种制造栅格的方法，其中将具有不同X射线吸收性的两类片材交替层叠以形成叠层结构，并且将该叠层结构切片以形成栅格(参见例如日本专利特许公开No.2009-240378)。根据该方法，可通过调节叠层结构的切片厚度来形成具有高纵横比的栅格。
然而，日本专利特许公开No.2009-240378中所描述的方法具有难以处理片材的问题，因为不得不层叠厚度为几微米的极薄的片材。如果例如片材在层叠时扭结、弯曲或松弛，则无法没有间隙地整齐层叠这些片材。在这种情况下，在完成的栅格中X射线吸收部和X射线透过部具有不规则的宽度和间距，从而导致相位对比度图像的图像质量下降。
另外，当通过日本专利特许公开No.2009-240378的方法制造的栅格被制成会聚型结构时，栅格必须弯曲成凹形。然而，由于弯曲会在栅格中产生应力，所以X射线吸收部和X射线透过部有时会彼此剥离，或者栅格有时会断裂。另外，当栅格弯曲时，用于使栅格保持弯曲状态的附加部件变得必不可少，这将使栅格的尺寸和成本增大。
更糟糕的是，当栅格由于X射线的照射而被加热时，由金等制成的X射线吸收部有时会由于热反应而扩散到X射线透过部中。例如，当金扩散到X射线透过部中时，X射线吸收部和X射线透过部之间的分界线变得不清晰。因此，穿过X射线透过部的X射线的强度轮廓也变得不清晰，因此栅格性能变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高纵横比并且在弯曲或变形时耐损坏的栅格。
为了实现上述和其他目的，根据本发明的用于放射线图像摄影的栅格包括：在与放射线传播方向正交的平面内交替排列的放射线吸收部和放射线透过部；和缓冲层，其设置在放射线吸收部和放射线透过部之间。缓冲层粘结放射线吸收部和放射线透过部。
缓冲层优选是用于粘结放射线吸收部和放射线透过部的粘合剂，并构成放射线透过部的一部分。缓冲层可包括：粘合剂，其用于粘结放射线吸收部和放射线透过部；和放射线吸收材料，其分散于所述粘合剂中。缓冲层构成放射线吸收部的一部分。
放射线吸收部、放射线透过部和缓冲层优选地倾斜，以会聚于放射线焦点，放射线从所述放射线焦点发出。当第一表面表示栅格在放射线焦点侧的表面，第二表面表示与所述第一表面相对的表面时，放射线吸收部、放射线透过部和缓冲层各个的宽度在放射线吸收部和放射线透过部的排列方向上从所述第二表面到所述第一表面渐缩。放射线吸收部、放射线透过部和缓冲层优选地沿着与放射线吸收部和放射线透过部的排列方向正交的方向延伸。
根据本发明的用于放射线图像摄影的栅格的制造方法包括以下步骤：在传送条状的放射线透过材料的同时，在所述放射线透过材料的一个表面上形成放射线吸收层；在所述传送期间，在放射线透过材料的另一表面上或在所述放射线吸收层上形成缓冲层；将放射线透过材料、放射线吸收层和缓冲层叠成多层以形成叠层结构，同时放射线吸收层经由缓冲层粘结到放射线透过材料；沿层叠方向将叠层结构切片成叠层片；以及对叠层片的切片表面进行抛光，使得放射线吸收层形成为放射线吸收部，放射线透过材料形成为放射线透过部。
在层叠步骤中，放射线透过材料可卷绕成卷。为了使放射线透过材料的卷恒定地旋转，在放射线吸收层和缓冲层的形成步骤中放射线透过材料的传送速度与在放射线透过材料的层叠步骤中的卷绕速度之间可存在不同。
在层叠步骤，放射线透过材料被置于平面上并以预定宽度间隔交替反转折叠方向折叠。所述栅格制造方法还可包括以下步骤：当放射线透过材料折叠了预定次数时，或者当放射线透过材料的层叠达到预定高度时，在层叠方向上按压叠层结构，以消除放射线透过材料的折叠部分中留下的间隙。
所述栅格制造方法还可包括以下步骤：在切片步骤之前，由具有相对于放射线透过材料的层叠方向倾斜的一对按压面的按压装置在层叠方向按压叠层结构，使得叠层结构中放射线透过材料、缓冲层和放射线吸收层的层叠方向和厚度不均匀地分布。
根据本发明的放射线成像***使用上述栅格。
根据本发明的栅格，缓冲层设置在放射线吸收部和放射线透过部之间并将粘结它们。当栅格弯曲成会聚型结构时，缓冲层吸收栅格中出现的应力。这防止了栅格破损，例如放射线吸收部和放射线透过部之间剥离，以及栅格断裂。缓冲层还防止在栅格由于放射线的照射而被加热时，放射线吸收部由于热反应而扩散到放射线透过部中。因此，X射线吸收部和X射线透过部之间的分界线不会变得不清晰，可保持栅格性能高。
另外，由于缓冲层构成放射线透过部的一部分或放射线吸收部的一部分，所以设置缓冲层不会使栅格性能变差。
此外，放射线吸收部、放射线透过部和缓冲层倾斜，以会聚于发射放射线的放射源，并具有从放射源侧的第一表面到与第一表面相对的第二表面逐渐增大的宽度。因此，X射线的锥形光束透过栅格而没有过度的渐晕。另外，不再需要将栅格弯曲成会聚型结构可简化栅格的结构。
根据本发明的栅格制造方法，在传送期间放射线吸收层和缓冲层形成在条状的放射线透过材料上。将由放射线透过材料的叠层构成的叠层结构沿其层叠方向切片。因此，可容易地制造具有高纵横比的栅格。条状的放射线透过材料卷绕成卷，或以预定宽度间隔交替反转折叠方向地折叠。因此，可防止在层叠期间放射线透过材料中出现扭结、弯曲或松弛，有助于制造高精度栅格，所述高精度栅格包括具有高精度宽度和间距的放射线吸收部和放射线透过部。此外，仅通过按压放射线透过材料以改变其形状，形成具有会聚型结构的平面栅格。根据本发明的放射线成像***，利用高精度栅格提高了相位对比度图像的图像质量。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点，现在将结合附图进行下面的描述，其中：
图1是X射线成像***的示意图；
图2A是根据第一实施方式的第二栅格的顶平面图；
图2B是沿图2A的线I-I截取的第二栅格的截面图；
图3是栅格制造过程中的层形成步骤和层叠步骤的说明图；
图4是通过层叠步骤形成的卷的侧视图；
图5是从卷上已切下的叠层片的横截面图；
图6是第二栅格的X射线透过部的最小半径的说明图；
图7是栅格制造过程的弯曲步骤的说明图；
图8A是根据第二实施方式的第二栅格的顶平面图；
图8B是沿图8A的线II-II截取的第二栅格的截面图；
图9A是根据第三实施方式的第二栅格的顶平面图；
图9B是沿图9A的线III-III截取的第二栅格的截面图；
图10是第三实施方式的栅格制造过程中制成的卷的侧视图，并示出将从卷上切下的部分；
图11是根据第三实施方式的栅格制造过程的按压步骤的说明图；
图12是根据第四实施方式的栅格制造过程中的层形成步骤和层叠步骤的说明图；
图13是第四实施方式的层叠步骤中所形成的叠层结构的截面图；
图14是示出了叠层结构的折叠部的截面图；以及
图15是根据第四实施方式的栅格制造过程中的按压步骤的说明图。
具体实施方式
(第一实施方式)
如图1所示，X射线成像***10由沿Z方向(X射线传播方向)排列的X射线源11、源栅格12、第一栅格13、第二栅格14和X射线图像检测器15构成。X射线源11具有例如旋转阳极型X射线管以及用于限制X射线的放射线场的准直器，并且X射线源11向样本H施加X射线的锥形光束。X射线图像检测器15是由例如半导体电路构成的平板检测器(FPD)，并设置在第二栅格14后面。X射线图像检测器15连接至相位对比度图像生成部(计算单元)16，该相位对比度图像生成部16根据X射线图像检测器15所检测的图像数据生成相位对比度图像。
源栅格12、第一栅格13和第二栅格14是X射线吸收栅格，并且在Z方向上与X射线源11相对。第一栅格13设置在距离源栅格12一定距离处，以将样本H置于第一栅格13与源栅格12之间。第一栅格13和第二栅格14之间的距离被设置为等于或小于最小Talbot距离。换言之，根据此实施方式的第一栅格13在不产生Talbot效应的情况下将X射线投射向第二栅格14。
第二栅格14和扫描机构(扫描单元)18构成本发明的强度调制单元。在执行条纹扫描方法的顺序步骤时，扫描机构18使第二栅格14平移扫描间距，所述扫描间距是栅格间距的等分(例如，1/5)。参照图2A和图2B，第二栅格14以通过X射线焦点并沿Y方向延伸的轴线为中心弯曲成近似圆柱形状。第二栅格14设置有沿Y方向延伸的多个X射线吸收部19和X射线透过部20。X射线吸收部19和X射线透过部20在与Z方向和Y方向正交的X方向上交替排列，以形成一维格栅。
X射线吸收部19由具有高X射线吸收性的金属制成，例如金、铂、银或铅。X射线透过部20由X射线透过片20a和缓冲层20b构成。X射线透过片20ad在其的一个表面上结合到X射线吸收部19。缓冲层20b将X射线透过片20a的另一表面连接至X射线吸收部19。X射线透过片20a和缓冲层20b均由具有高X射线透过性的材料制成。
缓冲层20b由具有弹性的粘合剂制成。缓冲层20b吸收弯曲的第二栅格14中所出现的应力，以防止第二栅格14破损，更具体地讲，防止X射线透过部20和X射线吸收部19剥离，或防止第二栅格14断裂。另外，缓冲层20b具有防止在第二栅格14被X射线照射而被加热时，X射线吸收部19由于热反应而扩散到X射线透过部20中的功能。
第二栅格14形成弯曲形状，使得X射线吸收部19和X射线透过部20形成为会聚型结构。在会聚型结构中，X射线吸收部19和X射线透过部20在YZ平面内倾斜，以会聚于X射线源11的X射线焦点(未示出)处，X射线从所述X射线焦点发出。因此，从X射线源11发射的X射线的锥形光束通过第二栅格14而没有过度的渐晕，因此可防止由第二栅格14的渐晕引起的X射线量减少。
在X射线源11侧的X射线吸收部19的宽度W2和排列间距P2取决于源栅格12和第一栅格13之间的距离、第一栅格13和第二栅格14之间的距离和第一栅格13的X射线吸收部的排列间距等。例如，宽度W2为约2至20μm，而排列间距P2在4至40μm的量级。通常，X射线吸收部19在Z方向上的厚度T2越厚，X射线吸收性变得越高。然而，考虑到从X射线源11发射的X射线的锥形光束的渐晕，X射线吸收部19的厚度T2例如在100μm的量级。在此实施方式中，例如，第二栅格14的宽度W2为2.5μm，排列间距P2为5μm，厚度T2为100μm，而X射线吸收部19的纵横比为40。
像第二栅格14一样，源栅格12和第一栅格13各以通过X射线源11的X射线焦点的Y方向轴线为中心弯曲成凹形。源栅格12和第一栅格13各设置有沿Y方向延伸并在X方向上交替排列的X射线吸收部和X射线透过部。与第二栅格14的情况一样，源栅格12和第一栅格13具有会聚型结构，其中X射线吸收部和X射线透过部在YZ平面内倾斜，以会聚于X射线焦点11a处。如上所述，除了X射线吸收部和X射线透过部在X方向上的宽度和排列间距及在Z方向上的厚度之外，源栅格12和第一栅格13具有与第二栅格14结构大致相同的结构，因此将省略其详细描述。
接下来，将以第二栅格14为例描述根据本发明的栅格制造过程。如图3所示，在第一步骤中，在沿箭头方向传送条状的X射线透过片20a的同时，在X射线透过片20a的顶面上形成X射线吸收层22，在X射线透过片20a的背面上形成缓冲层20b。具有X射线吸收层22和缓冲层20b的X射线透过片20a以使X射线吸收层22暴露于外侧的方式卷绕成卷。由此，X射线透过片20a和X射线吸收层22经由缓冲层20b粘附，从而将缓冲层20b、X射线透过片20a和X射线吸收层22层叠。
采用此层叠方法，换言之，与层叠薄片的传统方法相比，将X射线透过片20a卷绕成卷，将在X射线透过片20a中较少地引起扭结、弯曲或松弛，并且有助于X射线透过片20a的紧密层叠而不会出现间隙。注意，缓冲层20b比X射线透过片20a和X射线吸收层22薄得多。
X射线透过片20a由具有X射线透过性的有机材料制成，例如PET、聚乙烯、芳香族聚酰胺(芳族聚酰胺)、丙烯酸树脂、聚酯、聚丙烯、聚酰亚胺、PEN、聚乳酸(polyactic acid)和聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)等，或者由具有X射线透过性的金属制成，例如铝等。缓冲层20b由例如具有X射线透过性的有机粘合剂制成，并由设置在X射线透过片20a的传送路径下方的喷涂器24施加到X射线透过片20a的背面。X射线透过片20a和缓冲层20b的厚度之和等于或大于X射线透过部20在X方向上的厚度。
X射线吸收层22由例如金、铂或银胶体溶液制成。X射线吸收层22由设置在X射线透过片20a的传送路径上方的喷涂器26施加到X射线透过片20a，并被干燥。X射线吸收层22的厚度被设置为等于或大于第二栅格14的X射线吸收部19的宽度W2。注意，X射线吸收层22可以通过蒸镀具有X射线吸收性的金属(例如，金、铂或银)或通过狭缝式涂布来形成。
可以想到，X射线透过片20a以及形成在X射线透过片20a上的缓冲层20b和X射线吸收层22在被卷绕成卷时由于层叠负荷而被按压并变薄。出于此原因，优选的是X射线透过片20a的卷恒定地旋转，以防止层叠负荷仅施加在卷的一部分上。为了使X射线透过片20a的卷恒定地旋转，优选的是在形成缓冲层20b和X射线吸收层22期间X射线透过片20a的传送速度被设置为比其卷绕速度快，并且在层形成部和卷绕部之间设置用于吸收速度差的速度缓冲部。
如图4所示，在下一步骤中，沿如双点划线所示的径向方向切割X射线透过片20a卷成叠层结构的卷28，以形成图5所示的叠层片29。叠层片29由从卷28的内周侧按照以下顺序层叠成多层的缓冲层20b、X射线透过片20a和X射线吸收层22构成。在从卷28切下叠层片29时，X射线透过片20a、缓冲层20b和X射线吸收层22的切片面变碎。因此，在切片之后对切片面进行抛光。考虑到要抛去的部分，将叠层片29切成厚度大于上述厚度T2。注意，以最少的浪费由单个卷28形成多个叠层片29。
在叠层片29中，由X射线吸收层22构成的X射线吸收部19以及由X射线透过片20a和缓冲层20b构成的X射线透过部20弯曲。如果X射线吸收部19和X射线透过部20的曲率半径太小，则X射线透过性和X射线吸收性变差，导致栅格性能恶化。因此，X射线吸收部19和X射线透过部20的最小曲率半径优选地根据要制造的栅格来确定。
图6示出了叠层片29的最内层的X射线透过部20。最内层的X射线透过部20具有栅格厚度“t”、栅格宽度“d”和栅格半径“R”。“a”表示栅格宽度“d”的容差，而最内层的X射线透过部20起到栅格的一部分的作用处的最小容许宽度由“a×d”来获得。“θ”表示连接栅格半径“R”的中心“C”和X射线透过部20在栅格厚度“t”方向上的一端的基线“L”与连接中心“C”和X射线透过部20在圆周方向上的中点“m”的线所形成的角度。
在具有上述最内层的X射线透过部20的叠层片29中，例如，角度“θ”由下式(1)获得，而最小栅格半径“R”由下式(2)获得。
θ＝tan-1(a·d/t)          ...(1)
R≥t/(2·sinθ·cosθ)     ...(2)
例如，当栅格厚度“t”为100μm，栅格宽度“d”为2.5μm，容差“a”为0.1，则栅格半径“R”为20mm以上。因此，为了将卷28的最内周用作栅格，卷28的最小半径被设置为20mm以上。另一方面，当卷28的最小半径过小而无法用作栅格时，使用从卷28的沿径向方向的中间延伸并且半径为20mm以上的部分层。
在下一步骤，如图7所示，通过设置有一对分别具有圆柱形按压面31a和32a的按压板31和32的按压装置(按压单元)33对叠层片29进行按压，使得第二栅格14弯曲成近似圆柱形状。此时，在叠层片29中，缓冲层20b吸收第二栅格14中出现的应力。这防止了X射线吸收部19和X射线透过部20剥离，或者防止了第二栅格14断裂。注意，第二栅格14可被夹在由具有X射线透过性的材料制成的弯曲支撑板等中。
由于源栅格12和第一栅格13以与第二栅格14类似的方式制造，所以将省略其详细描述。
接下来，将描述X射线成像***10的操作。从X射线源11发射的X射线被源栅格12的X射线吸收部部分地阻挡，以缩小X方向上的有效焦点尺寸，并在X方向上形成许多线光源(分散光源)。当来自源栅格12所形成的许多线光源中的每个线光源的X射线通过样本H时，X射线中出现相位差。随后，当X射线透过第一栅格13时，形成条纹图像(第一周期性图案图像)。该条纹图像包括样本H的透过相位信息，该透过相位信息由样本H的折射率和透过光路的长度确定。每个线光源的条纹图像被投射到第二栅格14上，并在第二栅格14位置处组合(叠加)。
第二栅格14对条纹图像的强度进行调制。然后，通过例如条纹扫描法检测强度调制之后的条纹图像(第二周期性图案图像)。在条纹扫描法中，扫描机构18把第二栅格14相对于第一栅格13在关于X射线焦点沿着栅格表面的方向平移扫描间距，所述扫描间距是栅格间距的等分(例如，1/5)。每当第二栅格14平移时，X射线源11向样本H施加X射线，并且X射线图像检测器15拍摄条纹图像。然后，相位对比度图像生成部16根据X射线图像检测器15所检测的各像素的像素数据的相移量(存在样本H的情况和不存在样本H的情况之间的相位偏移量)生成差分相位图像(对应于由样本H折射的X射线的角度分布)。沿着条纹扫描方向对差分相位图像进行积分，以获得样本H的相位对比度图像。
如上所述，根据该实施方式的源栅格12、第一栅格13和第二栅格14具有会聚型结构，其中X射线吸收部19和X射线透过部20在YZ平面内倾斜，以会聚于X射线焦点11a处。因此，可减小X射线的锥形光束的渐晕。结果，在使用本发明的源栅格12、第一栅格13和第二栅格14的X射线成像***10中，相位对比度图像的图像质量提高。
另外，在该实施方式的源栅格12、第一栅格13和第二栅格14中，缓冲层20b吸收栅格的应力。这防止了第二栅格14破损，例如X射线吸收部19和X射线透过部20之间剥离，或者第二栅格14断裂。另外，缓冲层20b防止在栅格由于放射线照射而被加热时，由于热反应导致X射线吸收部19扩散到X射线透过部20中。因此，X射线吸收部19和X射线透过部20之间的分界线不会变得不清晰，保持了高栅格性能。
根据本发明的栅格制造方法，上面形成有缓冲层20b和X射线吸收层22的X射线透过片20a卷绕成卷，从该卷切片出叠层片29，以形成栅格。该方法能够容易地制造具有高纵横比的栅格。另外，当栅格弯曲并形成会聚型结构时，缓冲层20b吸收栅格的应力，防止栅格在弯曲步骤中破损。另外，栅格由于缓冲层20b而柔性弯曲，因此可形成具有精细弯曲形状的栅格。
在上述实施方式中，缓冲层20b形成在X射线透过片20a上，但是作为替代，缓冲层20b也可形成在X射线吸收层22上。在这种情况下，X射线吸收层22可施加在X射线透过片20a上并被干燥，然后可暂时将X射线透过片20a卷起。之后，可再将X射线透过片20a展开以在X射线吸收层22上形成缓冲层20b。
(第二实施方式)
在上述第一实施方式中，X射线透过部20由X射线透过片20a和缓冲层20b构成。然而，作为替代，如图8A和图8B的第二栅格40所示，X射线吸收部41可由X射线吸收层22和缓冲层42构成。在这种情况下，由金、铂、银或铅制成的X射线吸收材料被分散到用于形成缓冲层42的粘合剂中，以使缓冲层42具有X射线吸收性。X射线透过片20a形成为具有与X射线透过部43的厚度对应的厚度。X射线吸收层22和缓冲层42的厚度之和与X射线吸收部41的厚度对应。除了X射线吸收部41和X射线透过部43的层结构之外，第二实施方式的第二栅格40具有与第一实施方式的第二栅格14相同的结构，因此将省略其详细描述。
根据该实施方式的第二栅格40，与第一实施方式的第二栅格14的情况一样，可减小X射线的锥形光束的渐晕，提高相位对比度图像的图像质量。另外，缓冲层42通过吸收栅格中所出现的应力来防止栅格在制造或使用期间破损，并且还防止X射线吸收层22扩散到X射线透过部43中。
(第三实施方式)
在上述实施方式中，通过使从卷切下的叠层片29弯曲来形成具有会聚型结构的栅格，但是可形成具有会聚型结构的平面栅格。下面将描述本发明的第三实施方式。在下面的描述中，与第一实施方式和第二实施方式中相同的标号指代相同部件，并且将省略其详细描述。
如图9A和图9B所示，根据第三实施方式的第二栅格50具有沿Y方向延伸并在X方向上交替排列的多个X射线吸收部19和多个X射线透过部20。X射线透过部20由X射线吸收片20a和缓冲层20b构成。第二栅格50具有会聚型结构，其中X射线吸收部19和X射线透过部20在YZ平面内倾斜，以会聚于X射线源11的X射线焦点处，并且具有从位于X射线源11侧的第一表面到位于X射线图像检测器15侧、与第一表面相对的第二表面逐渐增大的宽度。因此，从X射线源11发射的X射线的锥形光束透过第二栅格50而没有过度的渐晕，因此可防止由于第二栅格50的渐晕而导致X射线量的减少。
接下来，将描述第二栅格50的制造方法。如图10所示，在该实施方式中，卷28被切成比第一实施方式的叠层结构29厚的叠层结构52。注意，根据卷28的尺寸，由单个卷28形成一个或多个叠层结构29。
如图11中(A)所示，在下一步骤中，通过具有一对按压件54和55的按压装置(按压单元)56将叠层结构52按压成渐缩(tapered)形状。所述一对按压件54和55可从叠层结构52顶部和底部沿沿如箭头所示、彼此靠近的方向移动。按压件54和55分别具有相对于按压件54和55的移动方向倾斜的按压面54a和55a。叠层结构52以X射线透过片20a等的层叠方向与一对按压件54和55的移动方向一致的方式设置在一对按压件54和55之间。
当按压件54和55沿箭头方向移动以彼此靠近时，按压面54a和55a对叠层结构52进行按压，使其改变为梯形形状。因此，X射线透过片20a、缓冲层20b和X射线吸收层22中的厚度分布改变，使得X射线透过片20a、缓冲层20b和X射线吸收层22每一个的厚度从梯形的平行短边到其平行长边逐渐增大。另外，X射线透过片20a、缓冲层20b和X射线吸收层22倾斜以会聚于X射线焦点处。
在下一步骤中，如图11中(B)的右侧所示，梯形形状的叠层结构52被切片(如双点划线J所示)，并且切片表面被抛光。例如，考虑到要抛去的部分，切片的宽度比第二栅格50的厚度T2更厚。以这样的方式，完成平面会聚型结构的第二栅格50，并且该第二栅格50具有由X射线吸收层22构成的X射线吸收部19以及由X射线透过片20a和缓冲层20b构成的X射线透过部20。
根据该实施方式的第二栅格50，与第一实施方式和第二实施方式的情况一样，可减小X射线的锥形光束的渐晕，提高相位对比度图像的图像质量。另外，缓冲层20b吸收栅格50的应力，防止栅格50在制造和使用期间破损。缓冲层20b还防止X射线吸收层22扩散到X射线透过部20中。
由于源栅格和第一栅格以类似方式制造，所以将省略其详细描述。在该实施方式的栅格中，与第二实施方式的情况一样，X射线吸收部可由X射线吸收层和分散有X射线吸收材料的缓冲层构成。
(第四实施方式)
在上述各实施方式中，X射线透过片20a被卷绕成卷。作为替代，可将X射线透过片20a折叠，以层叠X射线透过片20a、缓冲层20b和X射线吸收层22。下面将描述折叠X射线透过片20a的实施方式。在下面的描述中，与第一实施方式至第三实施方式中相同的标号指代相同部件，并将省略其详细描述。
如图12所示，在该实施方式中，在沿箭头方向传送条状的X射线透过片20a的同时，由喷涂器26在X射线透过片20a的顶面上形成X射线吸收层22，而由喷涂器24在X射线透过片20a的背面上形成缓冲层(粘合剂层)20b。
将形成有X射线吸收层22和缓冲层20b的X射线透过片20a置于示出的平台上。然后，将X射线透过片20a以预定间隔反转折叠方向折叠，使得X射线吸收层22和缓冲层20b交替面向下朝内侧。更具体地讲，如图13所示，缓冲层20b、X射线透过片20a和X射线吸收层22首先按此顺序从底部堆叠，然后X射线吸收层22、X射线透过片20a和缓冲层20b按此顺序从底部堆叠。以这样的方式，一边反转X射线透过片20a的折叠方向，一边堆叠层。根据此方法，X射线吸收层22位于自身顶部上，缓冲层20b位于自身顶部上。因此，X射线吸收层22的厚度优选被设置为要制造的X射线吸收部厚度的一半。X射线透过片20a和缓冲层20b之和的厚度优选被设置为要制造的X射线透过部厚度的一半。
由于X射线透过片20a和X射线吸收层22具有高刚度，所以在X射线透过片20a的折叠部B中留下间隙S，如图14所示。因此，当X射线透过片20a折叠预定次，或者X射线透过片20a的叠堆达到预定高度时，如图12所示，将按压板60压向X射线透过片20a叠堆的最顶层，以消除X射线透过片20a和X射线吸收层22的折叠部B中留下的间隙S。按压板60在X射线透过片20a上施加的按压力F通过下式(3)获得，
F≥N×FA            ...(3)
其中FA表示将X射线透过片20a的单个折叠部B折叠以消除间隙S所需的力，而N表示X射线透过片20a的折叠次数，即，折叠部B的数量。
在X射线透过片20a层叠之后，可由按压装置56对X射线透过片20a的叠层结构进行按压，使其形成梯形形状，并且可将梯形叠层结构切片，以形成具有会聚型结构的第二栅格50，这与第三实施方式的情况一样。在另一种情况下，如图15中(A)所示，可由沿着X射线透过片20a的层叠方向以相对方式设置的多对楔形按压件63，对X射线透过片20a的叠层结构62进行按压。在由楔形按压件63进行按压时，叠层结构62被制成波状形状。如图15中(B)所示，叠层结构62的各层根据按压件63的形状而倾斜，每一层的厚度分布以各层在被对置的按压件63的顶端按压的部分处变为最薄的方式改变。
将按压之后的叠层结构62切片(如双点划线U所示)，并对切片面进行抛光。例如，考虑到要被抛去的部分，切片的厚度比第二栅格50的厚度T2更厚。以这样的方式，可制造具有会聚型结构的第二栅格50，其中X射线吸收部19由X射线吸收层22构成，而X射线透过部20由X射线透过片20a和缓冲层20b构成，X射线吸收部19和X射线透过部20会聚于X射线焦点11a处并具有沿着X射线传播方向逐渐增大的宽度。
根据该实施方式，由于X射线透过片20a、缓冲层20b和X射线吸收层22没有弯曲，所以与第一实施方式和第二实施方式相比，可以制造具有高X射线透过性和高X射线吸收性的栅格。源栅格和第一栅格可以类似方式制造，因此将省略其详细描述。另外，在该实施方式的栅格中，与第二实施方式的情况一样，X射线吸收部可由X射线吸收层和分散有X射线吸收材料的缓冲层构成。
在该实施方式中，通过按压并改变叠层结构62的形状，来形成具有会聚型结构的第二栅格50。然而，可以不执行按压步骤，与第一实施方式的情况一样形成平行栅格，然后可以使平行栅格弯曲。在这种情况下，由于在该实施方式中X射线透过片20a等堆叠在平面上，所以没有必要考虑在将X射线吸收部和X射线透过部堆叠成卷时出现的弯曲。
以具有沿一个方向延伸并沿着与延伸方向正交的排列方向交替排列的X射线吸收部和X射线透过部的条纹的一维栅格为例描述了上述实施方式。然而，本发明适用于二维栅格，其中X射线吸收部和X射线透过部沿两个方向排列。另外，在上述实施方式中，样本设置在X射线源和第一栅格之间。然而，如果样本设置在第一栅格和第二栅格之间，则可以类似方式生成相位对比度图像。X射线成像***具有源栅格，但是本发明也适用于没有使用源栅格的X射线成像***。上述实施方式可彼此组合，只要不产生矛盾即可。
在上述实施方式中，第一栅格将通过其X射线透过部的X射线线性投射，但是本发明不限于这种结构。第一栅格可衍射X射线，并产生所谓的Talbot效应(参见国际公布No.WO2004/058070)。在这种情况下，第一栅格和第二栅格之间距离必须被设置为Talbot距离。第一栅格可为具有相对低纵横比的相位栅格，而非吸收栅格。
在上述实施方式中，在第二栅格对条纹图像施加强度调制之后，通过条纹扫描方法检测条纹图像，以生成相位对比度图像。然而，已知有一种X射线成像***，其通过单个图像拍摄操作生成相位对比度图像。例如，根据国际公布No.WO2010/050483中所公开的X射线成像***，由X射线图像检测器检测由第一栅格和第二栅格生成的叠栅云纹(moiré)。对检测的叠栅云纹的强度分布应用傅里叶变换，以获得空间频谱。从该空间频谱分离出与载频对应的谱，对分离出的谱应用逆傅里叶变换，以获得相位差分图像。本发明的栅格可用作此类型的X射线成像***的第一栅格和第二栅格中的至少一种。
在根据单个图像拍摄操作生成相位对比度图像的另一种X射线成像***中，直接转换型X射线图像检测器用作强度调制单元，而不是第二栅格。直接转换型X射线图像检测器设置有用于将X射线转换为电荷的转换层、以及用于收集转换层所转换的电荷的电荷收集电极。在此X射线成像***中，各像素的电荷收集电极由彼此异相排列的多个线性电极组构成。各线性电极组包括以与第一栅格所形成的条纹图像的周期性图案近似一致的周期排列的线性电极，并且这些线性电极彼此电连接。通过分别控制所述多个线性电极组并收集电荷，在单个图像拍摄操作中获得多个条纹图像。基于所述多个条纹图像生成相位对比度图像(参见与日本专利特许公布No.2009-133823对应的美国专利No.7,746,981)。
在单个图像拍摄操作中生成相位对比度图像的另一种类型的X射线成像***中，第一栅格和第二栅格设置为，使得X射线吸收部和X射线透过部的延伸方向相对倾斜预定角度。由于倾斜而在延伸方向上出现的叠栅云纹部分被分割，拍摄各分割部分的图像。由此，利用第一栅格和第二栅格之间的不同相对位置获得多个条纹图像，并根据所述多个条纹图像生成相位对比度图像。本发明的栅格可用作此类型的X射线成像***的第一栅格和第二栅格中的至少一种。
还有另一种类型的X射线成像***，其使用光学读取型X射线图像检测器，代替第二栅格。该***使用光学读取型X射线图像检测器作为强度调制单元。光学读取型X射线图像检测器由依次堆叠的第一电极层、光电导层、电荷累积层和第二电极层构成，第一电极层用于透射第一栅格所形成的周期性图案图像，光电导层用于在接收到透过第一电极层的周期性图案图像的入射时产生电荷，电荷累积层用于累积光电导层中所产生的电荷，在第二电极层中排列有用于透射读取光的许多线性电极。通过用读取光扫描，读出与各线性电极对应的各像素的图像信号。如果电荷累积层形成为间距比线性电极的排列间距更精细的格栅，则电荷累积层可用作第二栅格。本发明的栅格可用作此类型的X射线成像***的第一栅格。
上述实施方式不仅适用于医疗诊断用放射线成像***，而且还适用于用于工业用途、无损检查等的其他类型的放射线成像***。本发明还适用于移除放射线图像摄影中的散射光的栅格。另外，在本发明中，代替X射线，伽马射线可用作放射线。
尽管已参照附图通过本发明的优选实施方式充分描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，各种变型和修改将是明显的。因此，除非这些变型和修改脱离了本发明的范围，否则其应该被解释为包括在本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种用于放射线图像摄影的栅格，其包括：
放射线吸收部和放射线透过部，该放射线吸收部和该放射线透过部在与放射线传播方向正交的平面内交替排列；以及
缓冲层，该缓冲层设置在所述放射线吸收部和所述放射线透过部之间，该缓冲层用于粘结所述放射线吸收部和所述放射线透过部。
2.根据权利要求1所述的栅格，其中，所述缓冲层是用于粘接所述放射线吸收部和所述放射线透过部的粘合剂，并构成所述放射线透过部的一部分。
3.根据权利要求1所述的栅格，其中，所述缓冲层包括：
粘合剂，该粘合剂用于粘结所述放射线吸收部和所述放射线透过部；以及
放射线吸收材料，该放射线吸收材料分散于所述粘合剂中；
其中所述缓冲层构成所述放射线吸收部的一部分。
4.根据权利要求1所述的栅格，其中，所述放射线吸收部、所述放射线透过部和所述缓冲层倾斜以会聚于发射放射线的放射线焦点。
5.根据权利要求4所述的栅格，其中，当第一表面表示所述栅格在所述放射线焦点一侧的表面，而第二表面表示与所述第一表面相对的表面时，所述放射线吸收部、所述放射线透过部和所述缓冲层各自的宽度在所述放射线吸收部和所述放射线透过部的排列方向上从所述第二表面到所述第一表面渐缩。
6.根据权利要求1所述的栅格，其中所述放射线吸收部、所述放射线透过部和所述缓冲层沿着与所述放射线吸收部和所述放射线透过部的排列方向正交的方向延伸。
7.一种用于放射线图像摄影的栅格的制造方法，所述方法包括以下步骤：
放射线吸收层形成步骤，在传送条状的放射线透过材料的同时，在所述放射线透过材料的一个表面上形成放射线吸收层；
缓冲层形成步骤，在传送期间，在所述放射线透过材料的另一表面上或在所述放射线吸收层上形成缓冲层；
层叠步骤，将所述放射线透过材料、所述放射线吸收层和所述缓冲层层叠成多层，以形成叠层结构，同时所述放射线吸收层经由所述缓冲层粘结到所述放射线透过材料；
切片步骤，沿层叠方向将所述叠层结构切片成叠层片；以及
抛光步骤，对所述叠层片的切片面进行抛光，使得所述放射线吸收层形成为放射线吸收部，而所述放射线透过材料形成为放射线透过部。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述层叠步骤中，所述放射线透过材料卷绕成卷。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述放射线透过材料在所述放射线吸收层形成步骤和所述缓冲层形成步骤中的传送速度与所述放射线透过材料在所述层叠步骤中的卷绕速度之间存在差异，以使所述放射线透过材料的所述卷恒定地旋转。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述层叠步骤中，所述放射线透过材料被置于平面上并以预定宽度间隔交替反转折叠方向折叠。
11.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括以下步骤：
当所述放射线透过材料折叠了预定次数时，或者当所述放射线透过材料的叠层达到预定高度时，沿所述层叠方向按压所述叠层结构，以消除所述放射线透过材料的折叠部中留下的间隙。
12.根据权利要求7所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在所述切片步骤之前，由具有相对于所述放射线透过材料的所述层叠方向倾斜的一对按压表面的按压单元，在所述层叠方向按压所述叠层结构，使得所述叠层结构中所述放射线透过材料、所述缓冲层和所述放射线吸收层的所述层叠方向和厚度不均匀地分布。
13.根据权利要求7所述的方法，其中所述缓冲层是用于粘结所述放射线透过材料和所述放射线吸收层的粘合剂，并构成所述放射线透过部的一部分。
14.根据权利要求7所述的方法，其中所述缓冲层包括：
粘合剂，该粘合剂用于粘结所述放射线透过材料和所述放射线吸收层；以及
放射线吸收材料，该放射线吸收材料分散于所述粘合剂中；
其中所述缓冲层构成所述放射线吸收部的一部分。
15.一种放射线成像***，该放射线成像***包括：
(A)第一栅格，其用于使从放射源发射的放射线通过，并形成第一周期性图案图像，所述第一栅格包括：
放射线吸收部和放射线透过部，该放射线吸收部和该放射线透过部在与所述放射线的传播方向正交的平面内交替排列；以及
缓冲层，该缓冲层设置在所述放射线吸收部和所述放射线透过部之间，
该缓冲层用于粘结所述放射线吸收部和所述放射线透过部；
(B)强度调制单元，该强度调制单元用于在与所述第一周期性图案图像的图案异相的至少一个相对位置中，对所述第一周期性图案图像施加强度调制；
(C)放射线图像检测器，该放射线图像检测器用于检测由所述强度调制单元产生的第二周期性图案图像；以及
(D)计算单元，其用于基于所述放射线图像检测器所检测的所述第二周期性图案图像生成相位信息的图像。
16.根据权利要求15所述的放射线成像***，其中所述强度调制单元包括：
第二栅格，其用于对所述第一周期性图案图像施加强度调制，该第二栅格包括：
放射线吸收部和放射线透过部，该放射线吸收部和该放射线透过部在与所述放射线的所述传播方向正交的所述平面内交替排列；以及
缓冲层，该缓冲层设置在所述放射线吸收部和所述放射线透过部之间，该缓冲层用于粘接所述放射线吸收部和所述放射线透过部；以及
扫描单元，该扫描单元用于使所述第一栅格和所述第二栅格之一向所述第一栅格和所述第二栅格的栅格构造的周期性方向移动预定间距；
其中，所述扫描单元使所述第一栅格和所述第二栅格之一移动到与所述相对位置对应的位置。
17.根据权利要求15所述的放射线成像***，该放射线成像***还包括：
第三栅格，该第三栅格设置在所述放射源和所述第一栅格之间，该第三栅格用于部分地阻挡从所述放射源发射的所述放射线，以形成许多线光源，所述第三栅格包括：
放射线吸收部和放射线透过部，该放射线吸收部和该放射线透过部在与所
述放射线的所述传播方向正交的所述平面内交替排列；以及
缓冲层，该缓冲层设置在所述放射线吸收部和所述放射线透过部之间，该缓冲层用于粘结所述放射线吸收部和所述放射线透过部。
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