CN103876761B

CN103876761B - X射线成像装置和x射线成像方法

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Publication number: CN103876761B
Application number: CN201410089754.9A
Authority: CN
Inventors: 长井健太郎; 田透; 大内千种; 伊藤英之助
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: US8520799B2; EP2343537B1; JPWO2010050483A1; JP5595473B2; US8340243B2; EP2343537A1; US20100290590A1; US20110158493A1; JP2013106962A; EP2342551A1; WO2010050611A1; JP2012507690A; US8009797B2; JP5174180B2; KR20110079742A; US8681934B2; CN103876761A; KR101258927B1; US20110280368A1; US20130070893A1

Abstract

公开了能够至少通过单个成像操作获取被检体的微分相位图像或相位图像的X射线成像装置和X射线成像方法。X射线成像装置包括相位光栅（130）、吸收光栅（150）、检测器（170）和算术单元（180）。算术单元（180）执行通过对于由检测器获取的波纹图案的强度分布的傅立叶变换来获取空间频率谱的傅立叶变换处理。算术单元还执行使与载波频率对应的谱与由傅立叶变换处理获取的空间频率谱分离并然后使用逆傅立叶变换来获取微分相位图像的相位恢复处理。

Description

X射线成像装置和X射线成像方法

本申请是于2009年10月27日提交的、题为“X射线成像装置和X射线成像方法”的国际申请号为PCT/JP2009/068434、国家申请号为200980142837.7的专利申请的分案申请。

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

由于X射线具有高的物质透过性并且可以用高的空间分辨率执行成像，因此，例如，X射线在工业用途中被用于物体的非破坏性检查，以及在医疗用途中用于放射线照相（radiography）。在这些情况下，根据物质或活体的构成元素或者由于物质或活体的密度差，通过利用当X射线透射通过物质或活体时物质或活体的X射线吸收系数的差来形成对比度图像。这种成像方法被称为X射线吸收对比度方法。但是，轻元素以非常少的量吸收X射线。难以通过X射线吸收对比度方法来对由作为活体的构成元素的碳、氢、氧等构成的活体软组织或软材料进行成像。

与此相反，作为用于清楚地对甚至由轻元素构成的组织进行成像的方法，自20世纪90年代以来研究了使用X射线的相位差的X射线相位对比度方法。

开发了大量的X射线相位对比度方法。这些方法中的一个可以是作为能够使用常规的X射线管的方法的使用Talbot干涉的X射线相位对比度方法（专利文献1）。

在专利文献1中描述的使用Talbot干涉的方法包括产生X射线的X射线管、调制X射线的相位并且产生干涉强度分布的相位光栅、将干涉强度分布转变成波纹（Moiré）的强度分布的吸收光栅和检测干涉强度分布的X射线检测器。

在专利文献1中所描述的方法中，通过沿光栅周期的方向扫描吸收光栅来执行成像。通过该扫描，被检测的波纹移动。当扫描长度达到吸收光栅的一个周期时，波纹的图像恢复到原来的状态。通过在扫描期间使用图像数据的至少三个图像来执行算术处理，并由此获取微分相位图像。

引用列表

专利文献

专利文献1：美国专利No.7180979

发明内容

技术问题

在专利文献1中描述的方法通过对于至少三个图像执行成像来获取微分相位图像，并且从微分相位图像计算相位图像。

由于专利文献1中描述的方法必须对于至少三个图像执行成像，因此，如果被检体在成像期间移动，那么图像质量会劣化。

而且，如果用于成像的时间段增加，那么对于被检体的X射线剂量增加。这对于医疗用途来说是不希望的。

因此，本发明的一个目的是，提供可至少通过单个成像操作获取被检体的微分相位图像或相位图像的X射线成像装置和X射线成像方法。

问题的解决方案

根据本发明的X射线成像装置包括：X射线源；相位光栅，用于透射来自X射线源的X射线并通过Talbot效应形成干涉强度分布；吸收光栅，用于部分遮蔽由相位光栅形成的干涉强度分布并产生波纹；检测器，用于检测由吸收光栅产生的波纹的强度分布；和算术单元，用于根据由检测器检测的波纹的强度分布来将被检体的信息成像并输出该信息。算术单元执行包含以下的步骤的处理：傅立叶变换步骤，用于对于由检测器获取的波纹的强度分布执行傅立叶变换并获取空间频率谱；以及相位恢复步骤，用于使与载波频率对应的谱与在傅立叶变换步骤中获取的空间频率谱分离，对于所分离的谱执行逆傅立叶变换以及获取微分相位图像。

本发明的有益效果

通过本发明，可以提供可至少通过单个成像操作获取被检体的微分相位图像或相位图像的X射线成像装置和X射线成像方法。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的X射线成像装置的说明图。

图2提供根据本发明的第二和第三实施例的二维相位光栅的说明图。

图3提供根据本发明的第一和第二实施例的二维相位光栅的说明图。

图4示出干涉强度分布的谱图案。

图5示出使用二维相位光栅时的波纹的强度分布和谱图案。

图6是根据本发明的由算术单元执行的分析方法的流程图的说明图。

图7提供根据本发明的第二实施例的波纹的强度分布和空间频率谱的说明图。

图8提供根据本发明的第三实施例的波纹的强度分布和空间频率谱的说明图。

图9是根据本发明的第四实施例的变焦机构的说明图。

具体实施方式

（第一实施例）

图1示出使用Talbot干涉的X射线成像装置的示例性配置。将详细描述通过使用X射线成像装置获取相位图像的过程。

（X射线源）

由X射线源110产生的X射线111透射通过被检体120。当X射线111透射通过被检体120时，X射线111的相位改变并且X射线111根据被检体120的成分、形状等被吸收。

X射线可以是连续X射线或特征X射线。在从约的范围中选择X射线的波长。可在X射线源110的下游设置波长选择滤波器和/或源用光栅。

（相位光栅）

透射通过被检体120的X射线111透射通过相位光栅130。然后，X射线111通过Talbot效应形成干涉强度分布140。

相位光栅130被布置在被检体120的上游或下游。

相位光栅130包含通过周期性改变X射线透射部件的厚度形成的相位超前部分131和相位滞后部分132。可以形成相位超前部分131和相位滞后部分132，使得透射通过相位超前部分131的X射线的相位与透射通过相位滞后部分132的X射线的相位不同。例如，透射通过相位超前部分131的X射线的相位相对于透射通过相位滞后部分132的X射线的相位超前π。由要被使用的X射线的波长和部件确定厚度的变化量。

相位光栅130一般相对于透射通过相位滞后部分132的X射线的相位将透射通过相位超前部分131的X射线的相位调制π或π/2。前一种光栅可被称为π相位光栅，后一种光栅可被称为π/2相位光栅。相位的调制量只需要是周期性的。例如，调制可以为π/3调制。

相位光栅130可具有一维线性形状。作为替代方案，相位光栅130可具有图2（A）所示的二维棋盘设计图案（checkerboarddesignedpattern）。作为另一替代方案，相位光栅130可具有图2（B）所示的格栅状图案。参照图2，附图标记d表示周期，201表示二维相位光栅，210表示相位超前部分，220表示相位滞后部分。

各相位超前部分210或各相位滞后部分220的形状在图2（A）和图2（B）中为正方形，但是，其外边缘可通过制造变形为圆形形状。即使当形状变形为圆形形状时，变形的部分也可被用作相位光栅。

如果相位光栅130具有一维周期，那么获取仅沿被检体120的一维方向的相位梯度信息。相反，如果相位光栅130具有二维周期，那么可以获取沿二维方向的相位梯度信息，这是有利的。

相位光栅130的材料希望为透射X射线的物质。例如，材料可以为硅。

在X射线透射通过相位光栅130之后形成的干涉强度分布最明显地在当Z₀为从X射线源到相位光栅130的距离并且Z₁为从相位光栅130到吸收光栅150的距离时距离Z₁满足下式（1）的位置处。这里，“干涉强度分布”是反映相位光栅130的光栅周期的周期性强度分布。

在式（1）中，λ是X射线的波长并且d是相位光栅130的光栅周期。

\frac{1}{Z_{0}} + \frac{1}{Z_{1}} = \frac{1}{N} \frac{λ}{d^{2}} \cdot \cdot \cdot (1)

值N根据相位光栅的形式改变，并且为可如下表示的实数。应当注意，值n是自然数。

一维阵列中的π相位光栅：N＝n/4-1/8

一维阵列中的π/2相位光栅：N＝n-1/2

二维阵列中的具有棋盘设计图案的π相位光栅：N＝n/4-1/8

二维的具有棋盘设计图案的π/2相位光栅：N＝n/2-1/4

（吸收光栅）

干涉强度分布的周期一般比X射线检测器170的像素尺寸小。由此，不能在该状态中检测干涉强度分布。因此，使用吸收光栅150以产生具有比X射线检测器170的像素尺寸大的周期的波纹，使得X射线检测器170检测波纹的强度分布。希望吸收光栅150被设置在与相位光栅130分开距离Z₁的位置处。

吸收光栅150包含被周期性地排列和布置的透射部分151和遮光部分152以部分遮蔽由相位光栅130形成的干涉强度分布140的明部。各透射部分151不必具有贯穿吸收光栅150的开口，只要透射部分151可部分透射X射线就行。吸收光栅150的材料不被特别限制，只要材料对于X射线具有高的吸收性就行。材料例如可以为金。

吸收光栅150的周期与干涉强度分布的周期相当或者稍有不同。

如果使用具有相当于干涉强度分布的周期的周期的吸收光栅，那么由吸收光栅的面内旋转产生波纹。当干涉强度分布的周期由D表示并且在干涉强度分布中的明部和暗部的取向和吸收光栅的取向之间限定的角度由θ表示（这里，θ<<1）时，波纹的周期Dm为D/θ。

相反，如果使用具有与干涉强度分布的周期稍有不同的周期的吸收光栅，那么在没有吸收光栅的面内旋转的情况下产生波纹。当吸收光栅的周期由Da=D+δ表示（这里，δ<<D）时，波纹的周期Dm为D²/δ。

在吸收光栅150中，透射部分151可以被一维或二维排列。

例如，如果使用具有如图2（A）所示的具有棋盘设计图案的π相位光栅，那么使用具有如图3（A）所示的那样二维排列透射部分351和遮光部分352的格栅状图案的吸收光栅300。如果使用具有图2（A）所示的棋盘设计图案的π/2相位光栅，那么使用具有如图3（B）所示的那样二维排列透射部分351和遮光部分352的棋盘设计图案的吸收光栅300。

相位光栅和吸收光栅的上述组合仅是例子，并且，可以进行各种组合。

（检测器）

通过X射线检测器170，透射通过吸收光栅140的X射线的干涉强度分布的信息被检测为波纹的强度分布。X射线检测器170是可检测X射线的干涉强度分布的信息的元件。例如，可以使用能够进行向数字信号的转变的平板检测器（FPD）。

（算术单元）

由X射线检测器170检测的波纹的强度分布的信息通过将在后面描述的分析方法通过算术单元180而被分析，以将微分相位图像或相位图像成像。获取的微分相位图像或相位图像是将在显示单元190上显示的输出图像。算术单元180例如包含中央处理单元（CPU）。

以下描述用于从由检测器获取的波纹的强度分布的信息获取相位图像的分析方法。然后，描述由算术单元执行的处理步骤。

（分析方法）

当形成干涉强度分布时，衍射光的许多光线叠加并相互干涉。由此，干涉强度分布包含基频（以下，称为载波频率）和载波频率的大量的谐波分量。波纹具有干涉强度分布中的载波频率分量在空间上扩展的形状。当使用刻线与x轴正交的一维相位光栅时，波纹可由式（2）表示：

g(x，y)＝a(x，y)+b(x，y)cos(2πf₀x+φ(x，y))…(2)

相反，当使用二维相位光栅时，在式（2）的结果上叠加y方向的载波频率分量。

在式（2）中，波纹由背景第一项和周期性第二项的和表示。这里，a(x,y)表示背景，并且，b(x,y)表示载波频率分量的振幅。并且，值f₀表示干涉条纹的载波频率，并且，φ(x,y)表示载波频率分量的相位。

当使用具有棋盘设计图案的π/2相位光栅作为相位光栅130时，由于0次衍射光和+1次衍射光之间的干涉以及0次衍射光和-1次衍射光之间的干涉，产生载波频率分量。当使用具有棋盘设计图案的π相位光栅作为相位光栅130时，由于+1次衍射光和-1次衍射光之间的干涉，产生载波频率分量。

对于0次衍射光和1次衍射光，在相位光栅130上相互叠加彼此分开距离Nd的光线。对于+1次衍射光和-1次衍射光，在相位光栅130上相互叠加彼此分开距离2Nd的光线。即，这种干涉是在π/2相位光栅的情况下具有与Nd对应的剪切量s的剪切干涉或者是在π相位光栅的情况下具有与2Nd对应的剪切量s的剪切干涉。

当相位光栅130的位置处的被检体120的相位图像是W(x,y)时，相位φ(x,y)和相位图像W(x,y)具有以下的关系。

φ(x，y)＝W(x+s，y)-W(x，y)

值s一般非常小。因此，获得以下的关系：

φ (x, y) &cong; s \frac{&PartialD;}{&PartialD; x} W (x, y) \cdot \cdot \cdot (3)

关于式（3），发现相位φ(x,y)是通过对被检体120的相位图像W(x,y)进行微分而获取的信息。因此，可通过对φ(x,y)进行积分来获取被检体120的相位图像W(x,y)。

同时，可通过傅立叶变换从式（2）获取相位φ(x,y)。即，式（2）可被如下表示。

g(x，y）＝a(x，y)+c(x，y)exp(2πif_Ox)+c^*(x，y)exp(-2πif₀x)…(4)

这里，获得以下的关系。

c (x, y) = \frac{1}{2} b (x, y) \exp [iφ (x, y)] \cdot \cdot \cdot (5)

因此，可通过从干涉条纹提取c(x,y)的分量或c*(x,y)的分量获取相位φ(x,y)的信息。

这里，通过傅立叶变换，式（4）如下。

G(f_x，f_y)＝A(f_x，f_y)+C(f_x-f₀，f_y)+C^*(f_x+f₀，f_y)…(6)

这里，G(f_x,f_y)、A(f_x,f_y)和C(f_x,f_y)是对于g(x,y)、a(x,y)和c(x,y)的二维傅立叶变换。

图4是使用一维光栅时的干涉强度分布的谱图案。一般地，如图4所示，产生三个峰值。中心峰值是主要从A(f_x,f_y)得到的峰值。与之对照的是，两边的峰值是从C(f_x,f_y)和C*(f_x,f_y)得到的载波频率峰值。在±f₀的位置上产生这些峰值。

然后，提取包含从C(f_x,f_y)或C*(f_x,f_y)得到的峰值的区域。例如，通过提取从A(f_x,f_y)得到的峰值的周边和从C(f_x,f_y)或C*(f_x,f_y)得到的峰值的周边，从C(f_x,f_y)或C*(f_x,f_y)得到的峰值被分离。

然后，从C(f_x,f_y)或C*(f_x,f_y)得到的分离的峰值移动到频率空间中的原点，并且，执行逆傅立叶变换。通过逆傅立叶变换，获取复数信息。通过该复数信息，获取相位φ(x,y)，即微分相位信息。

图5（A）是使用具有棋盘设计图案（图2（A））的π/2相位光栅和具有格栅状图案（图3（A））的吸收光栅或具有棋盘设计图案（图3（B））的吸收光栅时的波纹的强度分布的例子。附图标记510表示波纹的明部，520表示波纹的暗部。应当注意，即使当使用具有棋盘设计图案（图2（A））的π相位光栅和具有棋盘设计图案（图3（B））的吸收光栅时，在斜的方向上也产生波纹的强度分布。

图5（B）是使用具有棋盘设计图案（图2（A））的π相位光栅和具有格栅状图案（图3（A））的吸收光栅时的波纹的强度分布的例子。附图标记530表示波纹的明部，540表示波纹的暗部。在这种情况下，沿垂直方向和水平方向产生波纹的强度分布。

应当注意，即使当使用具有格栅状图案（图2（B））的相位光栅时，也产生波纹的强度分布。

图5（C）和图5（D）示出通过由作为一种类型的傅立叶变换的快速傅立叶变换（FFT）对于图5（A）和图5（B）所示的波纹的强度分布执行处理而获取的空间频率谱。当P是X射线检测器170的像素周期时，可由FFT计算的最大空间频率是1/(2P)。

分别处于相互正交的位置处的两个峰值570和571以及峰值580和581的周边以与一维配置类似的方式被提取，并且被移动到原点以执行逆傅立叶变换。提取的区域由虚线表示。通过逆傅立叶变换，获取复数信息。通过该复数信息，获取相互正交的两个方向的微分相位信息。

这里，在图5（C）中，获取±45度的方向的微分相位信息。在图5（D）中，获取X方向和Y方向的微分相位信息。

在许多情况下，由此获取的微分相位信息被折叠成（被卷绕成）2π的区域。特别地，当屏幕上的任意点的真实相位为φ(x,y)并且卷绕相位为φ_wrap(x,y)时，建立以下的关系。

φ_wrap(x，y)＝φ(x，y)+2πn(x，y)…(7)

这里，n是整数，它被确定以使得φ_wrap(x,y)被布置在具有2π的宽度的区域（例如从0到2π的区域或从-π到+π的区域）中。

通过这种信息，对于φ(x,y)_wrap执行相位展开以将该值恢复到原φ(x,y)。

可通过对由式（8）恢复的φ(x,y)进行积分来获取被检体的相位图像W(x,y)。

W (x, y) = \frac{1}{s} &Integral; φ (x, y) dx \cdot \cdot \cdot (8)

当使用一维光栅时，积分方向可仅是与光栅刻线方向正交的方向。由此，为了正确地测量相位图像W(x,y)，用不透射通过被检体120的X射线照射X射线检测器170的与刻线方向平行的边，使得事先获取相位图像W(x,y)中的识别部分。

当使用二维光栅时，可以沿两个方向执行积分。即使以透射通过被检体120的X射线完全照射X射线检测器170，也可正确地测量相位图像W(x,y)。

（算术单元的处理步骤）

关于上述的描述，将在图6中示出由算术单元180执行的处理流程的例子。

首先，从X射线检测器170获取波纹的强度分布的信息（S610）。

然后，执行傅立叶变换步骤（S620），使得对于在S610中获取的波纹的强度分布的信息执行傅立叶变换，并且获取空间频率谱。

然后，执行峰值分离步骤（S631），使得从在S620中获取的频率空间提取与载波频率对应的谱（具有相位信息的谱）。如果难以提取与载波频率对应的谱，那么提取谱的周边区域的信息。

然后，在S631中提取的谱移动到频率空间中的原点，并且，执行逆傅立叶变换（S632）。因此，可以获取具有相位信息的复数信息。

然后，从在S632中获取的复数信息获取作为微分相位信息的相位φ(x,y)（S633）。应当注意，步骤S631、S632和S633可被统称为相位恢复步骤（S630）。

然后，当φ(x,y)被卷绕时，执行展开，并且获取真实φ(x,y)（S640）。该步骤可被称为相位展开步骤。如果φ(x,y)未被卷绕，那么步骤S640可被省略。这里，φ(x,y)是微分相位信息（微分相位图像）。

然后，通过对φ(x,y)进行积分，获取相位图像W(x,y)（S650）。

通过以上的配置，可以提供可至少通过单个成像操作获取被检体的相位图像的X射线成像装置和X射线成像方法。另外，可以提供使计算机执行以上步骤的程序。

（第二实施例）

将参照图7描述根据本发明的第二实施例的X射线成像装置。在本实施例中，增大空间分辨率，而不是在第一实施例中描述的如图5（C）所示的空间频率谱。

图7（B）示出在本实施例中描述的空间频率谱。为了获取这种频率谱，从干涉强度分布和吸收光栅得到的二维波纹的基本周期被确定为关于X射线检测器的像素周期实现以下的比。

2 \sqrt{2}

倍

并且，波纹的取向被调整为关于像素阵列以45度倾斜。

图7（A）示出这种状态下的X射线检测器上的波纹的强度分布。附图标记710表示X射线检测器的光接收面，720表示波纹的明部，d表示波纹的周期，P表示X射线检测器的像素周期。在本实施例中，使用具有棋盘设计图案（图2（A））的π/2相位光栅和具有棋盘设计图案（图3（B））的吸收光栅。但是，可以使用其它的相位光栅和其它的吸收光栅，只要产生的波纹的强度分布等同就行。

图7（B）是通过对于图7（A）所示的波纹的强度分布执行FFT获取的空间频率谱。当阵列中的像素的数量对于垂直的边和水平的边中的每一个为n时，由FFT获取的谱空间为n×n的离散数据。当P是X射线检测器170的像素周期时，可表示的最大频率为1/(2P)。

在本实施例中，波纹的基本周期如下。

2 \sqrt{2} P

因此，具有该频率的载波频率的绝对值如下。

1 / (2 \sqrt{2} P)

并且，由于波纹的取向以45度倾斜，因此，在以下的位置上产生载波峰值711。

频率坐标

(fx, fy) = (&PlusMinus; \frac{1}{4 P}, &PlusMinus; \frac{1}{4 P})

载波峰值711是与波纹的强度分布的载波频率对应的峰值。

在四个载波峰值711中包含的两个相邻的峰值用以45度倾斜的正方形区域的形式被提取，该正方形区域各自具有如下表示的边。

1 / (2 \sqrt{2} P)

在提取正方形区域之后，执行在第一实施例中描述的处理。因此，可以恢复被检体的相位图像。

如果尽可能地以大的区域提取谱区域，那么可以增大空间分辨率。但是，除了载波频率的峰值以外，在谱空间中存在不必要的峰值721。不必要的峰值721是高频分量和DC分量的峰值，并且位于与载波频率分量的峰值坐标的和值或差值对应的位置。

如果提取区域太大，那么可能包含不必要的峰值721周围的区域。由于不必要的峰值721的影响，因此不再提供正确的相位图像。因此，要提取的谱区域是关于载波频率的峰值和不必要的峰值721之间的中间线位于内侧的提取区域731。

要在本实施例中恢复的相位图像的空间频率是提取区域731的尺寸的1/2。因此，从图7（B）可以看出，像素阵列方向的最大频率为1/(4P)，并且，45度方向的最大频率被如下确定。

1 / (4 \sqrt{2} P)

为了表示可用作为分辨率的值恢复的基于像素的最小周期，最小周期是最大频率的倒数。因此，像素阵列方向的最小周期是4个像素，并且，45度的方向的最小周期如下。

个像素≈5.7个像素

与图5（C）中的提取区域相比，图7（B）中的提取区域比图5（C）中的提取区域大，由此，可恢复的空间频率更大。因此，通过本实施例，与上述的实施例相比，可以增大空间频率。

（第三实施例）

参照图8描述根据本发明的第三实施例的X射线成像装置。在本实施例中，增大空间分辨率，而不是在第一实施例中描述的图5（D）所示的空间频率谱。

图8（B）示出在本实施例中描述的空间频率谱。为了获取这种频率谱，从干涉强度分布和吸收光栅得到的二维波纹的基本周期被确定为X射线检测器的像素周期的三倍，并且，波纹的取向与像素阵列对准。

图8（A）示出这种状态下的X射线检测器上的波纹的强度分布。附图标记810表示X射线检测器的光接收面，820表示波纹的明部，d表示波纹的周期，P表示X射线检测器的像素周期。在本实施例中，使用具有棋盘设计图案（图2（A））的π相位光栅和具有格栅状图案（图3（A））的吸收光栅。但是，可以使用其它的相位光栅和其它的吸收光栅，只要产生的波纹的强度分布等同就行。

图8（A）是通过对于图8（B）所示的波纹的强度分布执行FFT获取的空间频率谱。由于波纹的基本周期在本实施例中为3P，因此，载波频率的绝对值为1/(3P)。因此，载波峰值811在以下的位置产生。

频率坐标

(fx, fy) = (&PlusMinus; \frac{1}{3 P}, 0)

或

(0, &PlusMinus; \frac{1}{3 P})

载波峰值811是与波纹的强度分布的载波频率对应的峰值。与第二实施例类似，对于包含于四个载波峰值811中的两个相邻的峰值提取各自具有1/(3P)的边的正立（erecting）正方形区域。在提取正方形区域之后，执行在第一实施例中描述的处理。因此，可以恢复被检体的相位图像。

但是，在本实施例中，除了载波频率的峰值以外，在谱空间中存在不必要的峰值821。不必要的峰值821是高频分量和DC分量的峰值，并且位于与载波频率分量的峰值坐标的和值或差值对应的位置上。因此，提取的谱区域是关于载波频率的峰值和不必要的峰值821之间的中间线位于内侧的提取区域831。

在本实施例中恢复的相位图像的空间频率是提取区域831的尺寸的1/2。因此，参照图8（B），像素阵列方向的最大频率是1/(6P)，并且，45度的方向的最大频率被确定如下。

1 / (3 \sqrt{2} P)

为了表示通过作为分辨率的上述值所恢复的基于像素的最小周期，最小周期为最大频率的倒数。因此，像素阵列方向的最小周期为6个像素，并且，45度的方向的最小周期如下。

个像素≈4.2个像素

因此，本实施例中的关于像素阵列的45度方向的空间分辨率比第二实施例好。

（第四实施例）

参照图9描述根据本发明的第三实施例的X射线成像装置。本实施例的X射线成像装置是根据第一到第三实施例中的任一个的X射线成像装置，其包含被检体移动装置900。被检体移动装置900可沿X射线的光轴移动被检体920。

X射线检测器具有L1/L2的对于被检体920的成像倍率，这里，L1是从X射线源910到吸收光栅940的距离，L2是从X射线源910到被检体920的距离。

因此，随着被检体920移动为更接近相位光栅930，L2变大，并且，可以用低倍率执行成像。相反，随着被检体920移动为更接近X射线源910，L2变小，并且可以用高倍率执行成像。

附图标记列表

110X射线源

111X射线

120被检体

130相位光栅

150吸收光栅

151透射部分

152遮光部分

170X射线检测器

180算术单元

Claims

1.一种用于对被检体进行成像的X射线成像装置，其特征在于包括：

相位光栅，用于透射来自X射线源的X射线以用于通过Talbot效应形成干涉强度分布；

吸收光栅，用于部分遮蔽由相位光栅形成的干涉强度分布以用于产生波纹；

检测器，用于检测由吸收光栅产生的波纹的强度分布的信息；和

算术单元，用于通过对由检测器所检测的波纹的强度分布的信息执行傅立叶变换来计算被检体的微分相位信息，

其中，具有二维周期的相位光栅包括相位超前部分和相位滞后部分，

其中，相位超前部分和相位滞后部分是二维排列的，

其中，具有二维周期的吸收光栅包括透射部分和遮蔽部分，

其中，透射部分和遮蔽部分是二维排列的，

其中，检测器检测在两个方向上具有周期的波纹，以及

其中，算术单元通过对由检测器获取的波纹的强度分布的信息执行傅立叶变换从与载波频率对应的谱计算在所述两个方向上的微分相位信息。

2.根据权利要求1所述的X射线成像装置，其中，算术单元对微分相位信息进行积分并获取相位图像的信息。

3.根据权利要求1所述的X射线成像装置，其中，算术单元展开微分相位信息。

4.根据权利要求1所述的X射线成像装置，其中，以棋盘设计图案布置相位超前部分和相位滞后部分。

5.根据权利要求1所述的X射线成像装置，其中，相位光栅被配置为使得透射通过相位超前部分的X射线的相位和透射通过相位滞后部分的X射线的相位之间的差值为π/2或π。

6.根据权利要求1所述的X射线成像装置，

其中，相位光栅、吸收光栅和检测器被调整，使得在通过对波纹的强度分布的信息执行傅立叶变换所获取的波纹的频率空间中，峰值在如下表示的位置处产生，

频率坐标

(f x, f y) = (&PlusMinus; \frac{1}{4 P}, &PlusMinus; \frac{1}{4 P})

其中，P是检测器的像素周期。

7.根据权利要求6所述的X射线成像装置，

其中，吸收光栅提供如下表示的波纹的周期，

2 \sqrt{2} P

波纹的周期的方向对于检测器的像素阵列以45度被布置，并且，

其中，算术单元执行对检测结果执行傅立叶变换、从所获取的波纹的频率空间提取两个正方形区域以用于将峰值与波纹的强度分布的空间频率谱分离并使用所述两个正方形区域从而获取被检体的微分相位信息的步骤，所述正方形区域中的每一个具有如下表示的边，

1 / (2 \sqrt{2} P)

所述正方形区域对于检测器的像素阵列方向以45度倾斜。

8.根据权利要求1所述的X射线成像装置，

频率坐标

(f x, f y) = (&PlusMinus; \frac{1}{3 P}, 0)

或

其中，P是检测器的像素周期。

9.根据权利要求8所述的X射线成像装置，

其中，吸收光栅被布置，使得波纹的周期为3P，并且波纹的周期的方向与检测器的像素阵列对准，并且，

其中，算术单元执行对于检测结果执行傅立叶变换、从所获取的波纹的频率空间提取两个正方形区域以用于将峰值与波纹的强度分布的空间频率谱分离并使用所述两个正方形区域从而获取被检体的微分相位信息的步骤，所述正方形区域中的每一个关于检测器的像素阵列方向正立并且具有1/(3P)的边。

10.根据权利要求1所述的X射线成像装置，还包括能够沿X射线的光轴方向移动被检体的被检体移动装置。