DE69730550T2

DE69730550T2 - Phasenkontrast-Röntgenabbildungssystem

Info

Publication number: DE69730550T2
Application number: DE69730550T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Hiki-Gun Momose
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: US5881126A; EP0799600A3; EP0799600A2; EP0799600B1; DE69730550D1; US5930325A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Phasenkontrast-Röntgenabbildungssystem und insbesondere auf ein Röntgenabbildungssystem, das die Tatsache nutzt, dass die Empfindlichkeit eines von einem Phasenkontrast-Röntgenabbildungssystem gelieferten Bildes sehr hoch ist verglichen mit dem eines herkömmlichen Röntgenabbildungsverfahrens auf der Grundlage des Absorptionskontrasts. Die vorliegende Erfindung eignet sich für die Beobachtung von biologischen Weichteilen und dergleichen, deren Röntgenabsorptionsvermögen gering ist, und weil ein relativ großes Beobachtungsfeld sichergestellt werden kann, kann die vorliegende Erfindung für ein medizinisches Diagnosegerät benutzt werden.
Beschreibung des Stands der Technik
Alle derzeit bekannten Röntgenabbildungssysteme erzielen einen Bildkontrast basierend auf der Menge der absorbierten Röntgenstrahlen. Je schwerer ein Element ist, desto mehr Röntgenstrahlen werden absorbiert, und je mehr schwere Elemente in einem Gegenstand enthalten sind, desto einfacher kann der Schatten eines Röntgenstrahls gebildet werden. Eine Substanz aus leichten Elementen, die nicht so viele Röntgenstrahlen absorbiert, ist jedoch zu transparent für Röntgenstrahlen, so dass kein ausreichender Kontrast erzielt werden kann. Für ein medizinisches Röntgendiagnosesystem wird ein Verfahren zur Verstärkung des Bildkontrasts von Weichteilen benutzt, die schwierig zu beobachten sind, bei dem Kontrastmittel, die schwere Elemente enthalten, in ein Körperteil injiziert werden, wenn diese Methode zulässig ist. Wenn es keine geeigneten Kontrastmittel für ein Röntgendiagnosesystem (Mammographie) zur Diagnose von Brustkrebs gibt, wird versucht, die Empfindlichkeit eines Bildes, wenn auch nur geringfügig, zu verstärken, indem Röntgenstrahlen mit relativ niedriger Energie benutzt werden. Dies liegt daran, dass die Röntgenabsorption umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Röntgenenergie ist und ein Kontrast ohne weiteres erzielt werden kann. Weil die Dosis der Röntgenstrahlen ebenfalls umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Röntgenenergie ist, muss jedoch die Zunahme der Röntgenstrahlendosis aufgrund der Verwendung von niederenergetischen Röntgenstrahlen zugestanden werden. Es kann nicht gesagt werden, dass ein für die Diagnose ausreichendes Bild erhalten werden kann.
Inzwischen gibt es ein bildgebendes Verfahren zur Erzielung eines Kontrasts durch Phasenverschiebung anstelle von Röntgenabsorption. Weil bei leichten Elementen der Pha senwechselwirkungsquerschnitt der Röntgenphasenverschiebung etwa tausendmal größer als der Wechselwirkungsquerschnitt der Röntgenabsorption ist, ist eine Beobachtung möglich, die einige hundertmal empfindlicher als zuvor ist. Dies zeigt, dass ein Gegenstand, dessen Röntgenstrahlschatten mit einem herkömmlichen Verfahren nur schwer zu erzeugen ist, ohne Verwendung besonderer Kontrastmittel beobachtet werden kann, was in einem Versuch bewiesen wird. Ein Phasenkontrast-Röntgenbild wird mit einem Röntgeninterferometer beobachtet, aber weil die Größe eines Interferometers fertigungstechnisch begrenzt ist, weist es ein schmales Beobachtungsfeld auf und seine Anwendung als solches in einem medizinischen Diagnosesystem ist schwierig. Als Beispiel für das Gesichtsfeld von einigen wenigen Millimetern können „Phase-contrast X-ray radiography" (A. Momose, et al., Med. Phys., 22, 375–380 (1995)) und „Phase-contrast computed tomography" (A. Momose, et al., Rev. Sci. Instrum. 66, 1434–1436 (1995), die US-Patentanmeldung 5,173,928) angeführt werden.
Die derzeit bekannten Röntgeninterferometer werden durch monolithisches Ausschneiden des Körpers aus einem Kristallrohblock aus Silicium und dergleichen hergestellt, wie in 1 gezeigt. Drei Kristallplatten 1 bis 3 sind parallel und im gleichen Abstand zueinander angeordnet. Wenn ein einfallender Röntgenstrahl 4 die Beugungsbedingung einer Gitterebene 5 erfüllt, wird der einfallende Röntgenstrahl 4 in zwei Strahlen 6a und 7a aufgeteilt, und jeder Strahl wird in gleicher Weise durch eine zweite Kristallplatte 2 erneut in zwei Strahlen 6b und 6c und in zwei Strahlen 7b und 7c aufgeteilt, wobei die Strahlen 6b und 7b durch eine dritte Kristallplatte 3 verbunden werden und miteinander interferieren. Das bedeutet, dass die drei Kristallplatten 1 bis 3 als Röntgenhalbspiegel wirken. Wird ein Gegenstand 8 in den Pfad eines Strahls eingefügt, zum Beispiel in den Strahl 6b, wird die Phase des Röntgenstrahls verschoben, und aus den Röntgenstrahlen 6d und 7d wird mit einer dritten Kristallplatte 3 ein Interferenzmuster gebildet. Weil die Größe eines Beobachtungsfelds der Dicke eines Röntgenstrahls durch ein Interferometer entspricht und die beiden in einem Interferometer gebildeten Strahlen vollständig voneinander getrennt sein müssen, das heißt sich nicht überlappen dürfen, muss das gesamte Interferometer vergrößert werden, um einen dickeren Strahl zu erhalten. Unter Berücksichtigung dessen, dass das gesamte Interferometer aus einem einzelnen Kristallrohblock ausgeschnitten wird und die Größe eines derzeit erhältlichen Siliciumrohblocks begrenzt ist, weist ein sicheres Beobachtungsfeld im günstigsten Fall eine Größe von etwa 2 Quadratzentimetern auf.
Ein Röntgeninterferometer, bei dem die Röntgenhalbspiegel durch zwei getrennte Kristalleinheiten gebildet werden, ist 1974 von P. Becker und U. Bonse in Vol. 7 des J. Appl. Cryst. auf den Seiten 593 bis 598 beschrieben worden. Diese Arbeit beschreibt ein Phasenkontrast-Röntgenabbildungssystem nach dem ersten Teil von Anspruch 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Phasenkontrast-Röntgenabbildungssystems, das für die Phasenkontrast-Mammographie, Phasenkontrast-Angiographie und Phasenkontrast-Röntgen-Computertomographie geeignet ist.
Dieser Zweck wird mit der in Anspruch 1 charakterisierten Erfindung erreicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein bekanntes integriertes Röntgeninterferometer.
2(a) bis 2(d) zeigen den grundlegenden Strahlengang in einem Röntgeninterferometer mit einem getrennten Röntgenhalbspiegel.
3(a) bis 3(c) zeigen die unterschiedliche Art der Beugung aufgrund des Unterschieds eines Winkels α zwischen einer Kristalloberfläche und einer Gitterebene.
4 zeigt die Form einer Röntgenhalbspiegeleinheit in einer ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung und ihre Justierachsen.
5 zeigt einen Zustand, bei dem die in 4 gezeigte Röntgenhalbspiegeleinheit aus einem zylindrischen Siliciumrohblock geschnitten ist.
6 zeigt eine Aufsicht und eine Seitenansicht eines Beispiels für den Aufbau eines piezoelektrischen Antriebsgestells für eine Rotationsachse θ in der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Aufsicht und eine Seitenansicht eines Beispiels für den Aufbau eines piezoelektrischen Antriebsgestells für eine Rotationsachse ω in der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung.
8(a) bis 8(d) zeigen den Aufbau einer Phasenplatte für ein Streifenabtastverfahren.
9 ist eine Aufsicht, die den gesamten Aufbau eines Phasenkontrast-Mammographiesystems entsprechend der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Perspektivansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem das Phasenkontrast-Mammographiesystem entsprechend der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung mit einer Kammer versehen ist.
11 ist eine Perspektivansicht, die schematisch den inneren Aufbau der mit Maßnahmen zur Verhinderung von Schwingungen versehenen Kammer des Phasenkontrast-Mammographiesystems entsprechend der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 zeigt die Form eines Röntgenhalbspiegels bei einer zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung und seine Justierachsen.
13 zeigt einen Zustand, bei dem der in 12 gezeigte Röntgenhalbspiegel aus einem zylindrischen Siliciumrohblock geschnitten ist.
14 zeigt eine Aufsicht eines Beispiels für den Aufbau eines piezoelektrischen Antriebsgestells für eine Parallelverschiebungsachse x in der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt den gesamten Aufbau eines Phasenkontrast-Mammographiesystems entsprechend der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt ein Blockdiagramm für den Antrieb und die Steuerung des Phasenkontrast-Mammographiesystems.
17 zeigt ein Beispiel für den Aufbau einer Röntgenstrahlenquelle als lineare Lichtquelle und die Positionsbeziehung zwischen der Röntgenstrahlenquelle und einem Interferometer.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
2 zeigt einige grundlegende Beispiele für den Strahlengang in einem Röntgeninterferometer mit getrennten Röntgenhalbspiegeln. 2(a) zeigt ein Beispiel, bei dem die in 1 gezeigten Halbspiegel 1 bis 3 einfach voneinander getrennt sind, 2(b) zeigt ein Beispiel, bei dem der mittlere Halbspiegel weiter aufgeteilt ist in zwei getrennte Halbspiegel 2a und 2b und der Platz zum Einfügen eines Gegenstands (der Abstand zwischen dem Halbspiegel 2a und dem Halbspiegel 3) vergrößert wird, indem sie in Gegenrichtung verschoben werden, und 2(c) zeigt ein Beispiel, bei dem die beiden Halbspiegel 1 und 2a bzw. die beiden Halbspiegel 2b und 3 in dem in 2(b) gezeigten Beispiel jeweils zu einer Gruppe zusammengefasst sind und als Ganzes zwei getrennte Gruppen von Halbspiegeln durch die Einheiten 9 und 9' gebildet werden. Betrachtet man dieses Beispiel nur hinsichtlich der Form der angeordneten Halbspiegel, so geht es auf Arbeiten von P. Becker et al. zurück. Weiter zeigt 2(d) ein Beispiel, bei dem Röntgenstrahl-Umlenkspiegel 10 und 10' anstelle des mittleren Halbspiegels 2 benutzt werden. Weil die in 2(a) bis 2(c) gezeigten Halbspiegel 2, 2a und 2b nur als Spiegel zur eigentlichen Umkehrung der Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlen dienen, werden die Umlenkspiegel wie in 2(d) gezeigt so verwendet, dass ein Verlust an Strahlintensität durch einen Halbspiegel verhindert wird.
3(a) bis 3(c) sind Schemazeichnungen, die die unterschiedliche Art der Beugung je nach dem Unterschied eines Winkels α zwischen einer Kristalloberfläche und einer Gitterebene und den Unterschied zwischen dem Röntgenstrahl-Umlenkspiegel und dem Röntgenhalbspiegel aufgrund eines Kristalls zeigen. Jede Zeichnung zeigt den Ausschnitt eines Kristalls, und die Gitterebene eines Kristalls ist in den Zeichnungen durch einer Querlinie dargestellt. Wenn der Beugungswinkel zwischen einer Kristalloberfläche 11 und einer Gitter ebene 5 ,α' ist, wie in 3(a) gezeigt, wirkt der Spiegel wie ein Röntgenstrahl-Umlenkspiegel, wie in 3(b) gezeigt (α = 0 Grad in diesem Fall), wenn der Braggsche Beugungswinkel θB und α < θB ist. Ist α > θB, wirkt der Spiegel wie ein Röntgenhalbspiegel, wie in 3(c) gezeigt (α = 90 Grad in diesem Fall). Eine durchgehende Linie mit einem Pfeil gibt in diesen Zeichnungen einen einfallenden oder austretenden Röntgenstrahl an. In dem in 3(b) gezeigten Fall wird ein Röntgenstrahl, der die Braggsche Beugungsbedingung erfüllt, mit einem Reflexionsgrad von 80 bis 90% reflektiert und der Wirkungsgrad als Spiegel ist ausgezeichnet; im Vergleich zu dem in 3(c) gezeigten Fall besteht jedoch ein Nachteil darin, dass eine lange Reflexionsfläche nötig ist, um den Strahl aufzuweiten wie bei der vorliegenden Erfindung.
Der Ausbau eines Interferometers kann auch anders sein, wobei er jedoch so zu wählen ist, dass die Länge der beiden Strahlengänge im Wesentlichen gleich ist. Dies liegt daran, dass die Kohärenz eines Röntgenstrahls im Allgemeinen nicht vollständig ist: Je größer der Unterschied in der Länge der Strahlengänge, desto mehr nimmt die Kohärenz ab und desto stärker verschlechtert sich die Sichtbarkeit eines beobachteten Interferenzmusters.
Im Falle eines Aufbaus nach 2 muss die relative Position zwischen jedem Röntgenhalbspiegel oder zwischen jedem Röntgenstrahl-Umlenkspiegel mit einer höheren Präzision als die Wellenlänge eines Röntgenstrahls justiert werden. Ein Mechanismus zum Justieren eines Winkels, so dass die Braggsche Beugungsbedingung erfüllt ist, ist ebenfalls erforderlich.
Erste Ausführungsform
4 zeigt die Form einer Röntgenhalbspiegeleinheit und ihre Justierachsen entsprechend einer ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung für ein Phasenkontrast-Mammographiesystem bestehend aus den Einheiten 9 und 9' auf einem gemeinsamen Träger, der durch die jeweiligen Gruppen der beiden Röntgenhalbspiegel 1 und 2a bzw. der beiden Röntgenhalbspiegel 2b und 3 in 2(c) gebildet wird. Eine dicke durchgezogene Linie mit einem Pfeil in 4 zeigt einen Röntgenstrahl, der auf die Mitte des Halbspiegels fällt und an der Mitte austritt. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet repräsentativ einen Teil der Gitterebene eines Kristalls, wobei die Richtung einer Senkrechten auf der Gitterebene 5 die x-Achse, die Richtung einer Senkrechten auf einer Streuebene (eine Ebene mit einem Pfeil, der die Ausbreitungsrichtung eines Röntgenstrahls in der Zeichnung angibt) die y-Achse und eine Achse senkrecht zur x- und y-Achse die z-Achse ist. Die Rotationsachsen um die x-, yund z-Achsen sind die ϕ-Achse, die θ-Achse bzw. die ω-Achse. Wenn eine Einheit mit diesem Aufbau verwendet wird, besteht ein Vorteil darin, dass die parallele Bewegung entlang der x-, y- und z-Achsen keine Auswirkung auf die Kohärenz hat und kein Justieren erforderlich ist. Dies liegt daran, dass eine Wirkung auf die Phase eines Röntgenstrahls aufgeho ben wird, wenn die beiden Röntgenhalbspiegel gleichzeitig parallel bewegt werden. Für die Drehung um die θ-Achse wird Reflexion (440) verwendet, und wenn der Abstand zwischen den Röntgenhalbspiegeln der Einheit 80 cm beträgt, ist eine Genauigkeit von nicht mehr als 1 × 10–10 rad erforderlich. Für die Drehung um die ω-Achse wird Reflexion (440) verwendet, und wenn der Abstand zwischen den Röntgenhalbspiegeln der Einheit 80 cm, die Wellenlänge eines Röntgenstrahls 0,2 Å und der Abstand zwischen einer Röntgenstrahlenquelle und der Abbildungsvorrichtung (Abstand zwischen einer Röntgenstrahlenquelle 33 und einem zweidimensionalen Röntgenstrahlsensor 59 bei einer in 9 gezeigten Ausführungsform) 10 m beträgt, ist eine Genauigkeit von nicht mehr als 1 × 10^–7 rad erforderlich. Für die ϕ-Achse ist keine besondere Feinjustierung erforderlich. Daher muss nur die Drehung um die ω-Achse und die θ-Achse justiert werden.
5 zeigt einen Zustand, bei dem die jeweiligen Gruppen der beiden Röntgenhalbspiegel 1 und 2a und der beiden Röntgenhalbspiegel 2b und 3 als die Einheiten 9 und 9' auf einem gemeinsamen Träger aus einem Rohblock 32 geschnitten sind. Wenn die wirksame Fläche des Röntgenhalbspiegels bei Verwendung von FZ-Silicium mit einem Durchmesser von nominell 6 Zoll [15,24 cm] 10 cm² beträgt, ist es, wie in 5 gezeigt, einfach, einen Abstand von ca. 80 cm zwischen den Röntgenhalbspiegeln zu erhalten. Weil sich ein Strahl im Wesentlichen entlang der jeweiligen Längsrichtungen der, wie in 2(c) gezeigt, aus den Röntgenhalbspiegeln bestehenden Einheiten 9 bzw. 9' ausbreiten muss, gelten für die Wachstumsachse des Rohblocks und die Gitterebene im Hinblick auf die Beugung Einschränkungen, wenn die Einheiten 9 und 9' aus einem zylindrischen monokristallinen Siliciumrohblock ausgeschnitten sind. Wenn zum Beispiel ein in einer um 6 Grad von der <111>-Achse zur <110>-Achse geneigten Richtung gewachsener Rohblock mit einem Röntgenstrahl von 60 keV für die Reflexion (440) verwendet wird, kann ein großes Beobachtungsfeld effizient sichergestellt werden.
6 zeigt eine Aufsicht und eine Seitenansicht eines Beispiels für den Aufbau eines Drehgestells 100 zur Steuerung der θ-Achse in der ersten Ausführungsform. Zwei dicke Platten sind durch ein Verbindungsteil 103, das als Lagerpunkt für die Drehung dient, und ein Verbindungsteil 104, das als Feder dient, so miteinander verbunden, dass eine der beiden dicken Platten als feststehendes Teil 101 und die anderer dicke Platte als drehbares Teil 102 dient. Diese Konstruktion wird zum Beispiel durch Drahtschneiden einer dicken Platte hergestellt. Ein Halteelement 105 ist an der Seite des feststehenden Teils 101 nahe dem Verbindungsteil 104 mit einer Halteschraube 106 befestigt. Ein piezoelektrisches Element 108 ist zwischen der Seite des drehbaren Teils 102 nahe dem Verbindungsteil 104 und dem Halteelement 105 vorgesehen. Das piezoelektrische Element 108 ist so eingestellt, dass das drehbare Teil 102 sich in einem Zustand befindet, in dem es auf der rechten Seite der Zeich nung etwas zusammengedrückt ist, wenn keine Steuerspannung anliegt. Daher wird zum Beispiel, wenn die aus den Röntgenhalbspiegeln bestehenden Einheiten 9 bzw. 9' auf der Oberseite des drehbaren Teils 102 angebracht sind, wie durch eine gestrichelte Linie in 6 gezeigt, und die Polarität und Stärke der an dem piezoelektrischen Element 108 anliegenden Spannung geregelt wird, das piezoelektrische Element 108 entsprechend der Polarität und Stärke der anliegenden Spannung gedehnt bzw. zieht sich zusammen, das drehbare Teil 102 wird bezogen auf das feststehende Teil 101 in der durch den Pfeil angegebenen Richtung verschoben und das drehbare Teil 102 kann mit dem Verbindungsteil 103 in der Mitte gedreht werden.
Das feststehende Teil 101 und das drehbare Teil 102 sind so beschaffen, dass die Unterseite des drehbaren Teils 102 gegenüber der Unterseite des feststehenden Teils 101 etwas angehoben ist, wie die Seitenansicht zeigt. Dadurch kann das drehbare Teil 102 leicht gedreht werden. Weiterhin kann jede dicke Platte des feststehenden Teils 101 und des drehbaren Teils 102 durch eine getrennte dicke Platte gebildet werden. In diesem Fall müssen die Teile anstelle der Verbindungsteile 103 und 104 mit einem Verbindungselement verbunden werden, das mit einem Lagerpunkt versehen ist und die Funktion einer Feder hat, wie in Zusammenhang mit dem in 7 gezeigten Aufbau beschrieben.
7 zeigt eine Aufsicht und eine Seitenansicht eines Beispiels für den Aufbau eines Drehgestells zur Steuerung der ω-Achse in der ersten Ausführungsform. Die Seite jeder dicken Platte ist mit einem Verbindungselement 203 verbunden, so dass eine der beiden dicken Platten als feststehendes Teil 201 und die andere dicke Platte als drehbares Teil 202 dient. Das Verbindungselement 203 verbindet beide Teile mit einer Schraube 207, und in der Mitte ist ein schmales Teil 204 so ausgebildet, dass das Verbindungselement als der Lagerpunkt für die Drehung dient und die Funktion einer Feder hat. Ein piezoelektrisches Element 205 ist zwischen gegenüberliegenden Seiten an der Rückseite des Verbindungselements 203 jeder dicken Platte vorgesehen. Das piezoelektrische Element 205 ist so eingestellt, dass das drehbare Teil 202 gegenüber der Unterseite etwas angehoben ist, wie in der Seitenansicht in 7 gezeigt, wenn keine Steuerspannung anliegt. Daher wird zum Beispiel, wenn die aus den Röntgenhalbspiegeln bestehenden Einheiten 9 bzw. 9' auf der Oberseite des drehbaren Teils 202 angebracht sind, wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt, und die Polarität und Stärke der an dem piezoelektrischen Element 205 anliegenden Spannung geregelt wird, das piezoelektrische Element 205 entsprechend der Polarität und Stärke der anliegenden Spannung gedehnt bzw. zieht sich zusammen, das drehbare Teil 202 wird bezogen auf das feststehende Teil 201 in der durch den Pfeil angegebenen Richtung verschoben und das drehbare Teil 202 kann mit dem schmalen Teil 204 des Verbindungselements 203 als Lagerpunkt gedreht werden.
Wie vorstehend beschrieben, sind bei dieser Ausführungsform die Feinjustierachsen, die für einen Röntgenhalbspiegel wichtig sind, die θ-Achse und ω-Achse, und wenn sie einzeln justiert werden, können die in 6 und 7 gezeigten Gestelle benutzt werden. Wenn jedoch die θ-Achse und die ω-Achse eines Röntgenhalbspiegels justiert werden sollen, müssen die in 6 und 7 gezeigten Gestelle gekoppelt werden, wodurch beide Achsen einzeln justiert werden können. Das feststehende Teil 201 des in 7 gezeigten Gestells 200 wird zum Beispiel auf dem beweglichen Teil 102 des in 6 gezeigten Gestells 100 befestigt, wobei die Länge und Richtung aufeinander abgestimmt werden, und die aus den Röntgenhalbspiegeln bestehende Einheit 9 oder 9' wird auf der Oberseite des beweglichen Teils 202 des Gestells 200 befestigt, wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt, wobei die Einheit um 6 Grad geneigt wird. Die Einheit muss mit einer Neigung von 6 Grad befestigt werden, weil die aus den Röntgenhalbspiegeln bestehende Einheit 9 oder 9' aus einem in einer um 6 Grad von der <111>-Achse zur <110>-Achse geneigten Richtung gewachsenen Rohblock für die Reflexion (440) ausgeschnitten ist. Als Ergebnis wird zum Beispiel das bewegliche Teil 102 des unteren Gestells 100 entsprechend der θ-Achse und das bewegliche Teil 202 des oberen Gestells 200 entsprechend der ω-Achse gesteuert.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Gewinnen von diagnostischen Informationen auf der Grundlage eines Interferenzmusters beschrieben. Im Falle eines herkömmlichen Verfahrens unter Nutzung des Absorptionskontrasts variiert ein Kontrast grundsätzlich nicht abhängig von dem optischen System und wird außerdem nie umgekehrt. Dies liegt daran, dass die Projektion eines Röntgenabsorptionskoeffizienten als typische Größe einer Substanz den Kontrast eines Bildes bestimmt. Im Falle eines Phasenkontrastverfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird ein Bild mit einem Kontrast, das die Verteilung einer typischen Größe (Reflexionsindex) einer Substanz zeigt, auch als Interferenzmuster erhalten, wenn ein optisches System einen idealen Aufbau aufweist. Im Falle eines Phasenkontrastverfahrens wird ein Bild mit einem Kontrast, das die Verteilung eines Reflexionsindex zeigt, jedoch nicht immer erhalten, und wenn ein solches Bild nicht erhalten werden kann, kann dieses Bild nicht zur Diagnose benutzt werden. In der Zwischenzeit kann, wenn ein Bild, das die Verteilung der Phasenverschiebung zeigt, erhalten werden kann, wenn die Projektion eines Reflexionsindex als der Röntgenphasenverschiebung gleichwertig angesehen wird, das Bild immer zur Diagnose benutzt werden. Daher ist ein Verfahren zum Erhalten eines Bildes nötig, das die Verteilung der Phasenverschiebung auf der Basis eines Röntgeninterferenzmusters zeigt. Einige Verfahren zur Bestimmung der Phasenverschiebung auf der Basis eines Interferenzmusters sind im Bereich der Forschung über die Interferenz von Licht bekannt, und eines davon, das für ein Röntgeninterferometer benutzt werden kann, ist ein Streifenabtastverfahren (J. H. Bruning, et al., Appl. Opt., 33, 2693–2673 (1974)). Hierbei handelt es sich um ein Verfahren zum Erhalten eines Bildes, das die Verteilung der Phasenverschiebung durch Berechnung anhand mehrerer Interferenzmuster zeigt, die durch Ändern der relativen Phasendifferenz von zwei miteinander interferierenden Röntgenstrahlen um einen bestimmten Gradwert erhalten werden. Nach dem Prinzip eines Streifenabtastverfahrens kann, wenn der Ablenkungswinkel eines Ausdrucks
berechnet wird, wenn M Interferenzmuster durch Ändern der Phasendifferenz um 2π/M erhalten werden, ein Bild erhalten werden, das die Verteilung der Phasenverschiebung zeigt. In dem vorstehenden Ausdruck bezeichnet Ik ein Interferenzmuster, das erhalten wird, wenn die Phasendifferenz mit
angesetzt wird, und i bezeichnet eine imaginäre Einheit.
8 zeigt Beispiele für Phasenplatten in dem Strahlengang eines Röntgeninterferometers für das Streifenabtastverfahren, wobei die Phasendifferenz durch Verschieben der Platten eingestellt werden kann. 8(a) nutzt eine keilförmige Phasenplatte 25 zum Verschieben eines Strahlengangs in der geneigten Richtung des Keils 25 durch Einfügen in einen Strahlengang des Röntgeninterferometers. Wird der Keil 25 in Pfeilrichtung in 8 bewegt, kann, weil die Größe der Phasenverschiebung durch eine Röntgen-Phasenplatte proportional zur Dicke der Röntgen-Phasenplatte ist, die Dicke an der Position, die ein Röntgenstrahl durchsetzt, geändert werden, und eine Phasendifferenz proportional zur Größe der Bewegung des Keils 25 kann erhalten werden. Eine derartige Phasenplatte verursacht jedoch „phase grade" in einem Röntgenstrahl und erzeugt dadurch ein Interferenzmuster mit einem gleichen Abstand. Es liegt kein Problem in dem Prinzip vor, weil ein gewünschtes Bild (ein Bild, das die Verteilung der Phasenverschiebung eines Gegenstands zeigt) erhalten wird, wenn dieser „phase grade" von einem Bild subtrahiert wird, das die Verteilung der mit dem vorstehenden Streifenabtastverfahren erhaltenen Phasenverteilung zeigt. Ist die Genauigkeit der Streifenabtastung jedoch mangelhaft, tritt ein Fehler auf, dass ein Interferenzmuster von dem Keil 25 als Spur in einem Bild zurückbleibt, das die Verteilung der Phasenverschiebung zeigt, und eine streifenförmige Störung entsteht. 8(b) zeigt ein Verfahren zum Ändern der Dicke einer Phasenplatte durch Drehen der Phasenplatte 26, wie durch den Pfeil angedeutet, und Einstellen der Phasendifferenz. Weil die Phasenplatte 26 selbst kein Interferenzmuster erzeugt, besteht keine Gefahr, dass eine Störung wie bei Verwendung der keilförmigen Phasenplatte 25 entsteht. Stattdessen müssen, weil der Drehwinkel einer Phasenplatte nicht proportional zu der erzeugten Phasendifferenz ist, der Drehwinkel und die Phasendifferenz zuvor kalibriert werden. 8(c) zeigt einen Zustand, bei dem Keile 27 und 27' mit gleicher Form in einer antiparallelen Anordnung über einander gelegt sind, und ein Verfahren, bei dem die Phasendifferenz durch Bewegen mindestens eines Keils in der geneigten Richtung eingestellt wird. Dieses Verfahren bietet die beiden Vorteile, (a) dass die Größe der Bewegung des Keils proportional zur erzeugten Phasendifferenz ist und (b) dass keine Gefahr besteht, dass eine streifenförmige Störung entsteht. In jedem der vorstehenden Fälle (a), (b) und (c) kann die vorstehend beschriebene Phasenplatte in jeden der Strahlengänge 6a, 6b, 7a und 7b in 1 eingefügt werden. Eine in 8(d) gezeigte Phasenplatte wird ebenfalls für denselben Zweck wie in 8(c) benutzt, wobei jedoch 8(d) ein Verfahren zeigt, bei dem jede der keilförmigen Phasenplatten 28 und 28' mit der gleichen Form in der gleichen Richtung in zwei Strahlengänge, zum Beispiel die Strahlengänge 6a und 7a in 1 eingefügt wird. Zum Einstellen der Phasendifferenz muss mindestens ein Keil nur in der durch den Pfeil angedeuteten geneigten Richtung bewegt werden.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Röntgeninterferometers, bei dem ein dicker Röntgenstrahl benutzt werden kann und der Abstand zwischen den Spiegeln groß genug ist, und es zu ermöglichen, die vorliegenden Erfindung für ein medizinisches Diagnosesystem nach einem Phasenkontrast-Röntgenabbildungsverfahren anzuwenden. Weil in bestimmten Fällen ein Röntgeninterferenzmuster als solches nicht für die Diagnose verwendet werden kann, wird ein solches Röntgeninterferenzmuster entwickelt, dass ein Bild, das die Verteilung der Phasenverschiebung zeigt, auf der Basis des Röntgeninterferenzmusters erhalten werden kann, und ein Bild mit demselben Kontrast kann immer erzeugt werden, ohne dass dies vom Grad der Justierung einer Vorrichtung abhängig ist. Ein neues Diagnoseverfahren wie zum Beispiel die Phasenkontrast-Mammographie und die Phasenkontrast-Angiographie kann mit einem System nach der vorliegenden Erfindung realisiert werden, und außerdem kann die Phasenkontrast-Röntgen-Computertomographie durch Erzeugen eines Bildes realisiert werden, das die Verteilung der Phasenverschiebung aus mehreren Projektionsrichtungen zeigt, indem ein Gegenstand gedreht wird und die erhaltenen Bilder verarbeitet werden. Ein Weichteil wie zum Beispiel ein Tumor in einem lebenden Körper, der mit herkömmlichen Methoden schwer zu diagnostizieren ist, kann mit diesen Mitteln mit etwa tausendmal höherer Empfindlichkeit diagnostiziert werden. Außerdem kann die Menge der Röntgenstrahlen, mit denen ein Körper bestrahlt wird, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren deutlich verringert werden. Weil ein Röntgenstrahl durch ein Röntgeninterferometer im Wesentlichen eine ebene Welle ist, ist das Bild kaum abgeschwächt, und ein Bild mit einem räumlichen Auflösungsvermögen von 50 μm oder weniger kann erhalten werden.
9 zeigt den gesamten Aufbau eines Mammographiesystems mit der aus den in Zusammenhang mit 4 beschriebenen Röntgenhalbspiegeln bestehenden Einheit. Jede Ein heit ist auf Gestellen 36 und 37 befestigt. Bei dieser Ausführungsform wird das in 6 gezeigte Drehgestell zum Justieren der θ-Achse als das Gestell 36 benutzt, und das durch Koppeln des in 6 gezeigten Drehgestells zum Justieren der θ-Achse und des in 7 gezeigten Drehgestells 200 zum Justieren der ω-Achse gebildete Gestell zum Justieren der θ-Achse und der ω-Achse gemäß der vorstehenden Beschreibung wird als das Gestell 37 benutzt. Weil das Justieren der θ-Achse und der ω-Achse relativ erfolgt, kann der relative Drehwinkel der Einheiten 9 und 9' in gleicher Weise eingestellt werden, auch wenn die Beziehung zwischen der θ-Achse und der ω-Achse umgekehrt ist. Die Gestelle 36 und 37 sind auf einem Tisch 39 angeordnet, und außerdem ist das gesamte System in einer Kammer 51 untergebracht. Das Bezugszeichen 51 zeigt jedoch nur die Außenbegrenzung der Kammer. Die Seiten der Einheiten 9 und 9' sind Spiegel, und die Grobjustierung der relativen Drehwinkel θ und ω der Einheit 9' (die Röntgenhalbspiegel 2b und 3) und der Einheit 9 (die Röntgenhalbspiegel 1 und 2a) erfolgt mit einem Autokollimator 307 auf der Grundlage des von diesen Spiegeln reflektierten Lichts vor der Untersuchung. Das von dem Autokollimator 307 emittierte Licht 308 wird an der Seite der Einheit 9 reflektiert und zurückgeworfen, und das Licht 309 wird an der Seite der Einheit 9' über rechtwinklige Prismen 310 und 311 reflektiert und zurückgeworfen. Ein Signal zum Grobjustieren der Winkel θ und ω wird durch Untersuchung der Positionen erhalten, an denen das Licht 308 und 309 zurückgeworfen wird. Alle Spiegelebenen und Kristallgitterebenen der beiden Einheiten sind so beschaffen, dass die jeweiligen Winkel jeder Einheit möglichst gleich sind; die Verschiebung zwischen beiden Einheiten wird jedoch zuvor mit Röntgenstrahlen untersucht, und die Grobjustierung muss unter Berücksichtigung der Verschiebung vorgenommen werden. Weil die beiden Einheiten voneinander entfernt sind, wird der optische Pfad mit einem Prisma und einem Spiegel geändert; ein dabei auftretender Effekt eines optischen Elements wird zuvor gemessen und muss entsprechend korrigiert werden. Der Ablauf der Grobjustierung wird nachstehend beschrieben.
Ein auf den Röntgenhalbspiegel 1 der Einheit 9 einfallender Röntgenstrahl wird mit einem Röntgenhalbspiegel 1 in die Strahlen 6a und 7a zerlegt, und der Strahl 6a wird mit einem Röntgenhalbspiegel 2a in die Strahlen 6b und 6c zerlegt. Der Strahl 7a wird mit einem Röntgenhalbspiegel 2b in die Strahlen 7b und 7c zerlegt. Die Strahlen 6b und 7b interferieren durch einen Röntgenhalbspiegel 3 miteinander und werden als die Strahlen 6d und 7d ausgegeben. Der zu untersuchende Teil 50 eines Gegenstands 49 wird in den Pfad des Strahls 6b gebracht. Dabei ist an einem Teil der Kammer 51, auf den der Strahl 6c trifft, eine Abschirmplatte 53 vorgesehen, damit der Strahl nicht auf den Gegenstand 49 fallen kann. Wenn der Gegenstand 49 in dem Pfad des Strahls 7b angeordnet wird, kann dieselbe Diagnose durchgeführt werden, und in diesem Fall ist ein konkaver Abschnitt auf der Seite des Strahls 7b vorgesehen. Vor dem Aufnehmen eines Bildes wird ein zu untersuchender Teil (eine Brust) 50 mit einem Halter 54 in eine vorbestimmte Position gedrückt, so dass die Dicke des zu untersuchenden Teils fest und er zum Beispiel zeitweise auf einem Bett fixiert ist. Es ist jedoch wünschenswert, dass der Halter 54 einen bestimmten Freiheitsgrad aufweist, damit er ein wenig parallel bewegt und ein wenig gedreht werden kann, und die Flexibilität zum Aufnehmen eines Bildes sichergestellt ist. Die Bezugszeichen 55 bzw. 56 bezeichnen eine Phasenplatte und ihre Antriebseinheit, und die vorstehende Phasenplatte und ihre Antriebseinheit sind in dem Pfad des Strahls 7a angeordnet, damit wenn die Diagnose in Form eines Interferenzmusters schwierig ist, eine Diagnose aufgrund eines Bildes möglich ist, das die Verteilung der Phasenverschiebung nach einem Streifenabtastverfahren zeigt. Die Antriebseinheit 56 ist vorgesehen, um die Übertragung von Schwingungen auf den Tisch 39 zu verhindern, und ist an der Decke der Kammer 51 befestigt. Die Phasenplatte wird mit einem Signal von einem Controller 328 auf Anweisung durch einen Computer 60 angesteuert. Die Bezugszeichen 57 und 58 bezeichnen Röntgenintensitätsmonitore, die so angeordnet sind, dass sie den Strahl 7c bzw. 7d empfangen. Weiter bezeichnet auch das Bezugszeichen 81 einen Röntgenintensitätsmonitor, der jedoch am Ende einer vorbestimmten Position des Strahls 7a angeordnet ist und Röntgenstrahlen am Ende von Strahl 7a empfängt. Für diese Röntgenintensitätsmonitore 57, 58 und 81 wird zum Beispiel ein PIN-Diodendetektor verwendet, und folglich wird ein Verfahren zur Messung des Stromflusses beim Auftreffen eines Röntgenstrahls ermöglicht. Die Grobjustierung vor der Untersuchung erfolgt anhand der Ausgangssignale dieser Röntgenintensitätsmonitore 57, 58 und 81. Die mit den Strahlen 6d und 7d erhaltenen Interferenzmuster des zu untersuchenden Teils 50 sind im Wesentlichen identisch, und bei dieser Ausführungsform wird das Interferenzmuster mit dem zweidimensionalen Röntgensensor 59 erfasst, der so angeordnet ist, dass der Strahl 7d empfangen werden kann. Der Röntgenintensitätsmonitor 58 kann jedoch auch als zweidimensionaler Röntgensensor benutzt werden, um das Röntgeninterferenzmuster zu erhalten. Bei dem in 9 gezeigten Beispiel wird der Röntgenintensitätsmonitor 58 als der zweidimensionale Röntgensensor benutzt, und ein Signal von ihm wird als Rückkopplungssignal zum Stabilisieren eines Interferometers abweichend von dem mit dem zweidimensionalen Röntgensensor 59 erzeugten Röntgeninterferenzmuster benutzt. Die zweidimensionalen Röntgensensoren 58 und 59 werden von Kamera-Controllern 63' und 63 angesteuert, und die Kamera-Controller 63' und 63 werden von dem Computer 60 gesteuert. Das Aufnehmen eines Bildes erfolgt auf Anweisung eines Steuerprogramms, das auf dem Computer 60 läuft, und ein erzeugtes Bild wird über die Kamera-Controller 63' und 63 in dem Speicher des Computers 60 gespeichert. Die Diagnose erfolgt anhand der in diesem Speicher gespeicherten Bilddaten, und ein Steuersignal zur Stabilisierung mittels Rückkopplung wird an den Controller 325 ausgegeben. Ein spannungsgeregeltes Signal wird an das piezoelektrische Element des Gestells 37 angelegt, in dem die beiden Gestelle gekoppelt sind, und mit einem Signal von dem Controller 325, der eine Anweisung von dem Computer 60 erhält, wird die Rückkopplung von θ und ω ausgeführt. Dieses konkrete Beispiel wird nachstehend ausführlich beschrieben.
Es ist erwünscht, dass ein auf den Röntgenhalbspiegel 1 der Einheit 9 einfallender Röntgenstrahl von einer Röntgenstrahlenquelle 33 geliefert wird, die in einer mit einer Trennwand 52 abgetrennten Kammer angeordnet ist. Hiermit kann unnötige Strahlung auf den Gegenstand 49 verhindert werden, und außerdem kann verhindert werden, dass die von der Röntgenstrahlenquelle 33 verursachten Vibrationen auf des Röntgeninterferometer übertragen werden.
Die spezifische Energie des Röntgenstrahls 4 wird mit einem Monochromator 34 aus einem von der Röntgenstrahlenquelle 33 emittierten Röntgenstrahl extrahiert und einem Bilddetektor zugeführt. Der Monochromator 34 erweitert gleichzeitig die Breite des Strahls 4 durch asymmetrische Reflexion (der Fall von 0 < α < θ in 3(a)). Es ist erwünscht, dass der Beugungsindex derselbe wie der des Röntgenhalbspiegels ist, und (220), (440), (400), (422) und andere sind ebenfalls erwünscht. Die längeren Seiten der Röntgenstrahlenquelle 33, wie in 9 gezeigt, sind vorteilhaft für das Erweitern der Breite eines Strahls mit dem Monochromator 34, und hierdurch kann dem Interferometer ein starker Röntgenstrahl zugeführt werden. Ein Verschluss 35 ist unmittelbar hinter dem Monochromator 34 vorgesehen, um zu verhindern, dass unnötig Röntgenstrahlen außer für Aufnahmen abgestrahlt werden. Dieser Verschluss 35 kann auch direkt hinter der Röntgenstrahlenquelle 33 angeordnet werden.
Als Nächstes wird die Rückkopplungssteuerung für die Grobjustierung vor der Untersuchung und zur Stabilisierung des Interferometers beschrieben.
Zuerst wird das Ausgangssignal des Röntgenintensitätsmonitors 81 beschrieben. Wenn ,θ' des Röntgenhalbspiegels 1 nicht geeignet ist, weil der Röntgenhalbspiegel normalerweise nur funktioniert, wenn er eine Beugungsbedingung erfüllt, wird kein geeigneter Röntgenstrahl durch den Röntgenhalbspiegel durchgelassen. Weil der Röntgenintensitätsmonitor 81 am Ende des Strahls 7a angeordnet ist, wird praktisch kein Röntgenstrahl erfasst, wenn ,θ' ungeeignet ist. Wenn der Röntgenintensitätsmonitor 81 daher praktisch keinen Röntgenstrahl erfasst, wird ein Signal zur Korrektur von ,θ', damit das Ausgangssignal des Röntgenintensitätsmonitors 81 im Wesentlichen ein Maximum erreicht, an das Gestell 36 gegeben. Danach wird ein Signal zum Justieren der Winkel θ und ω an das Gestell 37 gesendet, damit das reflektierte Licht auf den jeweiligen Seiten der Einheit 9 (die Röntgenhalbspiegel 1 und 2a) und der Einheit 9' (die Röntgenhalbspiegel 2b und 3) des von dem Autokollimator 307 ausgesendeten Lichts 308 und 309 parallelisiert wird. Nach der vorstehenden Grobjustierung werden die beiden piezoelektrischen Elemente des Gestells 37 geregelt, bis ein Interferenzmuster von einem Röntgenbildsensor 59 erfasst wird, und ein Interferenzmuster wird durch Abtasten von zwei Rotationsachsen (θ und ω) gefunden. Wenn ein Interferenzmuster erhalten wird, kann die Untersuchung durch Steuern der beiden Rotationsachsen (θ und ω) gestartet werden, so dass dieses Interferenzmuster optimal ist.
Wenn die θ-Achse und die ω-Achse, die eine hoch präzise Justierung erfordern, verschoben werden, nachdem ein Interferenzstreifen erhalten wird und die Untersuchung gestartet werden kann, ändert sich ein Interferenzmuster. Während ein Gegenstand untersucht wird, kann das Röntgeninterferometer daher durch Beobachten eines mit dem Röntgenbildsensor 58 erfassten Interferenzmusters stabilisiert werden. Wenn die θ-Achse und die ω-Achse verschoben werden, verändert sich ein Interferenzmuster, wobei jedoch sein Zustand je nach Achse unterschiedlich ist. Im Falle der θ-Achse ändert sich die scheinbare Phasendifferenz zwischen den beiden Strahlen 6b und 7b, während im Falle einer Verschiebung der ω-Achse ein streifenartiges Moiré-Muster erzeugt wird und je nach der Größe der Verschiebung der ω-Achse gestreckt wird oder sich zusammenzieht. Daher ist eine stabile Untersuchung durch Rückkopplungssteuerung möglich, so dass die Änderung eines mit dem Röntgenbildsensor 58 erfassten Interferenzmusters durch Verarbeitung mit dem Computer 60 über den Kamera-Controller 63' aufgehoben wird.
Wenn ein Bild nach dem Streifenabtastverfahren aufgenommen werden muss, weist das Steuerprogramm, das auf dem Computer 60 läuft, die Antriebseinheit 56 der Phasenplatte und den Kamera-Controller 63 an, mehrere Bilder (ein Interferenzmuster) mit geänderter Phasendifferenz aufzunehmen. Der Computer 60 verarbeitet die aufgenommenen Bilder wie in Ausdruck (1) gezeigt, und das erzeugte Bild, das die Verteilung der Phasenverschiebung zeigt, wird auf dem Display des Computers 60 angezeigt.
10 ist eine Perspektivansicht, die den vorstehenden Aufbau nach der ersten Ausführungsform in einem Zustand zeigt, in dem er in einer Kammer 51 angeordnet ist. Der Strahl 6b wird durch ein Fenster 71 einmal aus der Kammer 51 herausgeführt. Nachdem der Strahl den zu untersuchenden nicht gezeigten Teil 50 des Gegenstands 49 passiert hat, tritt er durch ein Fenster 72 wieder in die Kammer 51 ein, und die Interferenzstrahlen 6d und 7d werden durch ein Fenster 73 aus der Kammer 51 herausgeführt und gemessen. Die Fenster 71 bis 73 zum Abtrennen der Kammer 51, die außerdem verhindern, dass die von dem Gegenstand 49 erzeugte Wärme, zum Beispiel durch seine Körpertemperatur und das Atmen, das optische System beeinflusst, bestehen aus einer Kunststoffplatte, die einen Röntgenstrahl nur geringfügig absorbiert usw. In 10 ist der einfallende Röntgenstrahl nicht gezeigt.
11 zeigt den Umriss einer Ausführungsform eines Röntgeninterferometers mit demselben Aufbau wie bei der vorstehenden ersten Ausführungsform, bei dem Maßnahmen gegen Schwingungen wie zum Beispiel durch schnelles Schwanken getroffen sind.
Weil ein Röntgeninterferenzmuster räumlich mit einer hohen Frequenz schwankt, wenn die aus den Röntgenhalbspiegeln gebildeten Einheiten 9 bzw. 9' relativ vibrieren, kann sich die Sichtbarkeit eines Interferenzmusters scheinbar verschlechtern, und ein Interferenzmuster kann unsichtbar sein. Daher ist eine Vorrichtung erforderlich, damit keine Schwingungen auf die Einheiten 9 und 9' übertragen werden. Bei dieser Ausführungsform sind, wie in 10 gezeigt, die Röntgenhalbspiegel 1, 2a, 2b und 3 in einem Becken 450 angeordnet, das mit einer Flüssigkeit hoher Viskosität wie zum Beispiel Öl gefüllt und so beschaffen ist, dass sich nur die Röntgenhalbspiegel 1, 2a, 2b und 3 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befinden. Das Becken 450 steht auf dem Tisch 39, und der gesamte Aufbau ist in der Kammer 51 angeordnet. Hierdurch wird das Schwingen einer Hochfrequenzkomponente verhindert und die Sichtbarkeit eines Interferenzmusters verbessert. Platten aus Beryllium sind an den Fenstern 452, 453, 454 und 455 in den Wänden der Kammer 51 angebracht, die Röntgenstrahlen durchsetzen, um zu verhindern, dass Luft von außen in die Kammer strömt. Außerdem kann eine Polymerfolie, eine dünne Aluminiumplatte und eine Glasplatte verwendet werden.
Diese Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem der Teil eines Interferometers unter den Röntgenhalbspiegeln in eine Flüssigkeit hoher Viskosität eingetaucht ist, zusätzlich zu einer schalldichten Kammer, einer Schallschutzwand und einem Tisch, wie sie normalerweise verwendet werden.
Bei der ersten Ausführungsform kann, wenn das in 11 gezeigte Becken nicht verwendet wird, der Raum der Kammer 51 im Wesentlichen mit einem Unterdruck oder Vakuum beaufschlagt werden, um zu verhindern, dass sich die Temperaturregulierung usw. von der Umgebung auf die Röntgenhalbspiegel überträgt.
Zweite Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform wird ein Röntgeninterferometer aus drei getrennten Röntgenhalbspiegeln 1 bis 3 gebildet, wie in 2(a) gezeigt. 12 zeigt die erforderlichen Freiheitsgrade zum Justieren der Röntgenhalbspiegel bei dieser Ausführungsform. Der Fall eines Röntgenstrahl-Umlenkspiegels ist ebenfalls ähnlich. Wie bereits in Zusammenhang mit der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform beschrieben, zeigt eine dicke durchgezogene Linie mit einem Pfeil in 12 einen Röntgenstrahl, der auf die Mitte eines Halbspiegels fällt und an der Mitte austritt. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet repräsentativ einen Teil einer Beugungsgitterebene eines Kristalls, wobei die Richtung der Senkrechten auf der Beugungsgitterebene 5 die x-Achse, die Richtung einer Senkrechten auf einer Streuebene (eine Ebene mit einem Pfeil, der die Ausbreitungsrichtung eines Röntgenstrahls in 12 angibt) die y-Achse und eine Achse senkrecht zur x- und y-Achse die z-Achse ist. Die Rotationsachsen um die x-, y- und z-Achsen sind die ϕ-Achse, die θ-Achse bzw. die ω-Achse. Für die Parallelbewegung eines Röntgenhalbspiegels ist eine hohe Präzision der x-Achse mit einer Genauigkeit von höchstens 1 dividiert durch wenige Angström erforderlich. Für die z-Achse reicht eine Genauigkeit von 1 μm aus, und für die y-Achse ist keine besonders präzise Feinjustierung erforderlich. Für die Drehung ist die θ-Achse eine Achse bezogen auf die Braggsche Beugungsbedingung und eine Genauigkeit von einer Zehntel Sekunde oder weniger ist erforderlich. Für die ω-Achse, die rechtwinklig zur θ-Achse und senkrecht zu einer Kristalloberfläche ist, ist eine Genauigkeit von einer Hundertstel Sekunde oder weniger erforderlich. Für die ϕ-Achse ist keine besonders präzise Feinjustierung erforderlich. Daher sind wichtige Achsen, die eine Feinjustierung erfordern, die x-, z-, ω- und θ-Achsen.
Wie in 13 gezeigt, wird jeder Röntgenhalbspiegel 1 bis 3 aus einem zylindrischen Siliciumrohblock 32 ausgeschnitten, der in Längsrichtung geteilt wird. Eine Kristallplatte 30, die als Röntgenhalbspiegel wirkt, wird so aus einem als gestrichelte Linie gezeigten Rohblock 32 ausgeschnitten, dass er mit einem Fuß 31 integriert ist. Die Beugungsflächen der Röntgenhalbspiegel 1 bis 3 sind vorzugsweise (220), (440), (400), (422) usw.
14 zeigt in der Mitte eine Aufsicht und rechts und links Seitenansichten für einen beispielhaften Aufbau eines in Richtung der x-Achse beweglichen Gestells 300 zur Positionssteuerung um höchstens 1 dividiert durch wenige Angström. Das Gestell 300 ist parallel zu einer Achse beweglich und durch Drahtschneiden aus einer dicken Stahlplatte geschnitten. Ein Gestellbefestigungsteil 301 und ein bewegliches Teil 302 sind parallel zueinander angeordnet und durch Stützteile 303 und 304 verbunden. Die Stützteile 303 und 304 sind über die jeweiligen schmalen Teile A bis D verbunden. Ein umgekehrt L-förmiger piezoelektrischer Elementhalter 305 ist an einem Ende des Gestellbefestigungsteils 301 vorgesehen. Ein Ende eines Hebels 306 ist über ein schmales Teil F mit einem Ende des beweglichen Teils 302 verbunden. Ein piezoelektrisches Element 310 ist zwischen dem anderen Ende des Hebels 306 und dem piezoelektrischen Elementhalter 305 angeordnet. Ein schmales Teil E ist nahe dem schmalen Teil F ausgebildet, wobei ein Ende auf dem Hebel 306 und das andere Ende auf dem Gestellbefestigungsteil 301 ruht. Elektroden 312a und 312b sind zwischen der Rückseite der Oberfläche, an der ein piezoelektrisches Element 310 vorgesehen ist, des Hebels 306 und dem Gestellbefestigungsteil 301 angeordnet. Die schmalen Teile A bis F können elastisch verformt werden. Wenn die Polarität und Stärke der an dem piezoelektrischen Element 310 anliegenden Spannung geregelt wird, wird das piezoelektrische Element 310 entsprechend der Regelung gedehnt bzw. zieht sich zusammen, und das bewegliche Teil 302 wird in der durch den Pfeil angegebenen Richtung verschoben. Da die Punkte E und F dabei einem Lagerpunkt und einem Einwirkungspunkt entsprechen, verringert sich die Länge des gedehnten bzw. zusammengezogenen piezoelektrischen Elementes 310 nach diesem Prinzip, und die Position des beweglichen Teils 302 kann fein geregelt werden. Das Untersetzungsverhältnis wird durch Auswählen des Verhältnisses der Strecke a/b bestimmt. Die Größe des gedehnten oder zusammengezogenen piezoelektrischen Elementes 310 kann durch Messen der elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden 312a und 312b beobachtet werden. Wie aus den beiden Seitenansichten in 14 ersichtlich, sind die jeweiligen Unterseiten des beweglichen Teils 302, der Stützteile 303 und 304 und des Hebels 306 ein ganz klein wenig höher als die Unterseite des Gestellbefestigungsteils 301 und außerdem ist die Oberseite des beweglichen Teils 302 ein ganz klein wenig höher als die jeweiligen Oberseiten der übrigen Teile. Dadurch kann das bewegliche Teil 302 leicht bewegt werden, und wenn die Gestelle gekoppelt sind, kann das bewegliche Teil auch ohne Schwierigkeit gesteuert werden.
Bei dieser Ausführungsform ist auch eine Steuerung der ω-Achse und der θ-Achse erforderlich, und ein Drehgestell, das dafür benutzt werden kann, ist nötig. Weil jedoch die in 6 und 7 gezeigten Drehgestelle für die jeweiligen Rotationsachsen verwendet werden können, ist in der Zeichnung kein Beispiel für den Aufbau eines Drehgestells bei dieser Ausführungsform gezeigt.
Weil die x-, z-, ω- und θ-Achsen, wie in 12 gezeigt, wichtige Achsen sind, die für Röntgenhalbspiegel fein justiert werden müssen, sind die in 14, 6 und 7 gezeigten Gestelle gekoppelt, und die gekoppelten Gestelle können einen unabhängigen Röntgenhalbspiegel tragen, der mit ihrer Hilfe justierbar ist. Zum Beispiel wird angenommen, dass das in 14 gezeigte Gestell um 90 Grad verschoben und vertikal gekoppelt ist, dass das Gestellbefestigungsteil 301 des unteren Gestells an dem gemeinsamen Sockel für jeden unabhängigen Röntgenhalbspiegel befestigt ist und dass das Gestellbefestigungsteil 301 des oberen Gestells auf dem beweglichen Teil 302 des unteren Gestells befestigt ist. Wenn zum Beispiel das bewegliche Teil des unteren Gestells in Richtung der x-Achse verstellt wird, bewegt sich das bewegliche Teil des oberen Gestells in Richtung der z-Achse. Wenn die in 6 und 7 gezeigten Drehgestelle wie bei der ersten Ausführungsform gekoppelt sind, können bei dieser Ausführungsform auch die ω-Achse und die θ-Achse in gleicher Weise gesteuert werden. Wenn eine dicke Platte 101 auf der festen Seite des unteren Gestells der in 6 und 7 gezeigten Drehgestelle an dem beweglichen Teil des oberen Gestells des in 14 gezeigten Gestells befestigt ist, wird die dicke Platte 202 auf der sich drehenden Seite des in 7 gezeigten Gestells entsprechend den vier Achsen, das heißt den x-, z-, ωund θ-Achsen, gesteuert.
Bei dieser Ausführungsform müssen im Unterschied zu der ersten Ausführungsform unabhängige Röntgenhalbspiegel 1 bis 3 individuell eingestellt werden. Ein Gestell 36 zum Justieren der θ-Achse ist an dem Röntgenhalbspiegel 1 vorgesehen, ein aus zwei Gestellen zum Justieren der θ-Achse und der ω-Achse gekoppeltes Gestell 37 ist an dem Röntgenhalbspiegel 2 vorgesehen, ein aus vier Gestellen bestehend aus den vorstehenden Drehgestellen zum Justieren der θ-Achse und der ω-Achse und parallel zur x-Achse und y-Achse beweglichen Gestellen gekoppeltes piezoelektrisches Gestell 38 ist an dem Röntgenhalbspiegel 3 vorgesehen, und die vorstehenden Gestelle sind über diese auf dem Tisch 39 angeordnet. Ein Laserinterferometer 42 ist ebenfalls auf dem Tisch 39 angeordnet, um eine Verschiebung in einer der x-Achse in 12 entsprechenden Richtung festzustellen. Ein von dem Laserinterferometer 42 emittierter Laserstrahl 45 wird von einem Umlenkspiegel 48 wie zum Beispiel einem an dem piezoelektrischen Elementgestell 38 angebrachten Corner-Cube reflektiert und zu dem Laserinterferometer 42 zurückgeführt. An dem Tisch 39 ist ein konkaver Abschnitt vorgesehen, damit der zu untersuchende Teil 50 eines Gegenstands 49 in den Pfad 6b eines Röntgenstrahls gebracht werden kann. Wenn ein Gegenstand 49 in dem Pfad des Strahls 7b angeordnet ist, ist eine ähnliche Beobachtung möglich, und in diesem Fall entsteht ein konkaver Abschnitt an der Seite des Strahls 7b. Zur Stabilisierung des Betriebs eines Röntgeninterferometers und eines Laserinterferometers und zur Sicherheit für einen Gegenstand 49 ist eine Kammer 51 entsprechend der Form des Tisches 39 vorgesehen, um zu verhindern, dass das Röntgeninterferometer und das Laserinterferometer mit der Außenseite in Berührung kommen; ein Röntgenschutzschirm 53 ist vorgesehen, um zu verhindern, dass ein Gegenstand 49 mit anderen als den benötigten Röntgenstrahlen bestrahlt wird, und vor dem Aufnehmen eines Bildes wird ein zu untersuchender Teil (eine Brust) 50 mit einem Halter 54 in eine vorbestimmte Position gedrückt, so dass die Dicke fest und er zum Beispiel zeitweise auf einem Bett fixiert ist. Wie bei der ersten Ausführungsform weist der Halter 54 einen bestimmten Freiheitsgrad auf, damit er ein wenig parallel bewegt und ein wenig gedreht werden kann, und es ist wünschenswert, die Flexibilität zum Aufnehmen eines Bildes sicherzustellen. Die Bezugszeichen 55 bzw. 56 bezeichnen eine Phasenplatte und ihre Antriebseinheit, und wenn die Diagnose als Interferenzmuster schwierig ist, sind sie in dem Pfad des Strahls 7a angeordnet, wie bei der ersten Ausführungsform, damit eine Diagnose aufgrund eines Bildes möglich ist, das die Verteilung der Phasenverschiebung nach dem Streifenabtastverfahren zeigt. Die Phasenplatte wird mit einem Signal von einem Controller 328 angesteuert, der eine Anweisung von einem Computer 60 erhält. Die Bezugszeichen 57, 58 und 81 bezeichnen Intensitätsmonitore, die wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet sind und für die Grobjustierung der Röntgenhalbspiegel 1 bis 3 verwendet werden. Im Wesentlichen werden dieselben Interferenzmuster des zu untersuchen den Teils 50 in den Pfaden der Strahlen 6d und 7d beobachtet, wobei jedoch bei dieser Ausführungsform wie bei der ersten Ausführungsform ein zweidimensionaler Röntgensensor 59, der so angeordnet ist, dass er den Strahl 7d empfangen kann, auch ein Interferenzmuster erfasst.
Die Grobjustierung der Röntgenhalbspiegel 1 bis 3 mit den Intensitätsmonitoren 57, 58 und 81 wird nachstehend beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird wie bei der ersten Ausführungsform auch ,θ' des Röntgenhalbspiegels 1 grob justiert, so dass das Ausgangssignal des Intensitätsmonitors 81 im Wesentlichen maximal ist. Danach wird ,θ' des Röntgenhalbspiegels 2 grob justiert, so dass das Ausgangssignal des Intensitätsmonitors 57 im Wesentlichen maximal ist. Anschließend wird ,θ' des Röntgenhalbspiegels 3 grob justiert, so dass das Ausgangssignal des Intensitätsmonitors 58 im Wesentlichen maximal ist.
Nach der vorstehenden Grobjustierung werden die beiden Rotationsachsen, θ-Achse und ω-Achse, abgetastet, um die beiden piezoelektrischen Elemente des Gestells 37 zu steuern, bis ein Interferenzmuster mit einem Röntgenbildsensor 59 erfasst wird, und die beiden Rotationsachsen, θ-Achse und ω-Achse, und die z-Achse werden abgetastet, um die drei piezoelektrischen Elemente des Gestells 38 zu steuern, um ein Interferenzmuster zu finden. Nachdem ein Interferenzmuster erhalten worden ist, werden die beiden Rotationsachsen, θ-Achse und ω-Achse, so gesteuert, dass dieses Interferenzmuster optimal wird und die Untersuchung gestartet werden kann.
Die zweidimensionalen Röntgensensoren 58 und 59 werden durch die Kamera-Controller 63' und 63 angesteuert, und die Kamera-Controller 63' und 63 werden von dem Computer 60 gesteuert. Das Aufnehmen eines Bildes erfolgt auf Anweisung eines Steuerprogramms, das auf dem Computer 60 läuft, und die erzeugten Bilder werden über die Kamera-Controller 63' und 63 in dem Speicher des Computers 60 gespeichert. Die Diagnose erfolgt anhand der in dem Speicher gespeicherten Bilddaten, und ein Steuersignal zur Stabilisierung mittels Rückkopplung wird an den Controller 325 ausgegeben. Ein spannungsgeregeltes Signal wird an die jeweiligen piezoelektrischen Elemente des Gestells 36, des aus zwei Gestellen gekoppelten Gestells 37 und des aus vier Gestellen gekoppelten Gestells 38 angelegt, entsprechend einem Signal von dem Controller 325, der eine Anweisung von dem Computer 60 erhält, und die Rückkopplung der θ-, ω- und x-Achsen wird ausgeführt. Dieses konkrete Beispiel wird nachstehend beschrieben.
Wenn die θ-, ω- und x-Achsen, die eine hoch präzise Justierung erfordern, verschoben werden, nachdem ein Interferenzmuster erhalten worden ist und die Untersuchung gestartet werden kann, ändert sich ein Interferenzmuster. Wie bei der ersten Ausführungsform kann, während ein Gegenstand untersucht wird, das Röntgeninterferometer durch Beobachten eines mit dem Röntgenbildsensor 58 erfassten Interferenzmusters stabilisiert werden.
Die Verschiebung der θ-Achse und der ω-Achse ist in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben, und wenn die x-Achse auch verschoben wird wie die θ-Achse, ändert sich die scheinbare Phasendifferenz zwischen den beiden Strahlen 6b und 7b. Daher ist eine stabile Untersuchung durch Rückkopplungssteuerung möglich, so dass die Änderung eines mit dem Röntgenbildsensor 58 erfassten Interferenzmusters durch Verarbeitung mit dem Computer 60 über den Kamera-Controller 63' aufgehoben wird.
Wenn ein Bild nach dem Streifenabtastverfahren aufgenommen werden muss, ist es wünschenswert, dass ein wie bei der ersten Ausführungsform erzeugtes Bild, das die Verteilung der Phasenverschiebung zeigt, auf dem Display des Computers 60 angezeigt wird.
16 ist ein Blockdiagramm der Situation, wenn das Gestell 38 bestehend aus vier Gestellen einer in 15 gezeigten Vorrichtung mit einem Computer angetrieben und gesteuert wird. Die Steuerung der Gestelle 36 und 37 ist in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben und wird hier nicht erneut beschrieben. Das piezoelektrische Elementgestell 38 für den Röntgenhalbspiegel 3 wird durch Kombinieren der parallel beweglichen Gestelle 65a und 65b mit dem in 14 gezeigten Aufbau und der Drehgestelle 64a und 64b mit dem in 6 und 7 gezeigten Aufbau wie vorstehend beschrieben gebildet, um die in Zusammenhang mit 12 beschriebenen x-, z-, ω- und θ-Achsen zu justieren. Das piezoelektrische Elementgestell 38 wird von einem piezoelektrischen Element-Controller 61 mit mehreren Kanälen angesteuert. Wenn das piezoelektrische Elementgestell 38 mit einem Ausgangssignal von dem piezoelektrischen Element-Controller 61 angesteuert wird, erfasst der piezoelektrische Element-Controller 61 die Änderung des Ausgangssignals der elektrostatischen Kapazitätssensoren 312a und 312b entsprechend der Bewegung des beweglichen Teils der parallel beweglichen Gestelle 65a und 65b und gibt das erzeugte Spannungssignal durch Korrektur der Hysterese des piezoelektrischen Elementes an das piezoelektrische Element aus. Das Ausgangssignal des Sensors wird ebenfalls an den Computer 60 gegeben. Das Laserinterferometer 42 emittiert einen Laserstrahl 45, der zusammen mit dem Röntgenhalbspiegel 3 auf dem piezoelektrischen Elementgestell 38 installierte Umlenkspiegel 48 reflektiert den Laserstrahl 45 und gibt ihn an das Laserinterferometer 42 zurück. Wenn die Position (in Richtung der x-Achse) des piezoelektrischen Elementgestells 38 geändert wird, erfasst das Laserinterferometer 42 die Änderung, gibt ein Signal mit der Information über die Änderung aus und sendet es über einen A/D-Wandler 62 an den Computer 60. Ein Steuerprogramm, das auf dem Computer 60 läuft, verarbeitet das gesendete Signal und weist den piezoelektrischen Element-Controller 61 an, die an dem piezoelektrischen Element als Rückkopplungssignal anliegende Spannung zu ändern. Signale von den Intensitätsmonitoren 57 und 58 werden zum Einstellen eines Rückkopplungssignals als Hilfsdaten für das Steuerprogramm verwendet, das auf dem Computer 60 läuft. Der zweidimensionale Röntgensensor 59 wird durch den Kamera-Controller 63 angesteuert, und der Kamera-Controller 63 wird von dem Computer 60 gesteuert. Das Aufnehmen eines Bildes erfolgt auf Anweisung des Steuerprogramms, das auf dem Computer 60 läuft, und die erzeugten Bilder werden über den Kamera-Controller 63 in dem Speicher des Computers 60 gespeichert.
Wenn ein Bild nach dem Streifenabtastverfahren aufgenommen werden muss, werden mehrere Bilder (Interferenzmuster) mit geänderter Phasendifferenz aufgenommen wie bei der ersten Ausführungsform, und der Computer 60 verarbeitet die aufgenommenen Bilder wie in Ausdruck (1) gezeigt, und das erzeugte Bild, das die Verteilung der Phasenverschiebung zeigt, wird auf dem Display des Computers 60 angezeigt.
Wie die Gegenüberstellung von 15 und 16 zeigt, ist in 16 ein Teil der Linien, die die Übertragung eines Signals an den Computer zur Steuerung und die Übertragung eines Steuersignals von dem Computer zur Steuerung an jedes Gestell zeigen, weggelassen, um die Abbildung zu vereinfachen.
Bei dieser Ausführungsform ist an jedem Röntgenhalbspiegel 1 bis 3 ein Justiergestell vorgesehen, aber da die Justierung dieser Spiegel relativ erfolgt, ist offensichtlich, dass einer der drei Spiegel feststehend sein kann.
Als transformiertes Beispiel der ersten und zweiten Ausführungsformen kann ein Gegenstand 49 in den Pfad von Strahl 7a gebracht werden. In diesem Fall besteht ein Vorteil darin, dass die bei der zweiten Ausführungsform erforderliche Abschirmplatte 53 weggelassen werden kann. Da die Menge der Röntgenstrahlen, mit denen ein Gegenstand 49 bestrahlt wird, bei der vorliegenden Erfindung nur verdoppelt ist, auch wenn die Abschirmplatte 53 weggelassen wird, ist die Menge der abgestrahlten Röntgenstrahlen bei weitem geringer als bei dem herkömmlichen Verfahren. Je geringer jedoch die Menge der Röntgenstrahlen, mit denen ein Gegenstand bestrahlt wird, desto besser, und im Wesentlichen kann dieselbe Leistung für das Röntgeninterferometer erwartet werden, auch wenn die Seite, auf der ein Röntgenstrahl einfällt, und die Seite, von der ein Röntgenstrahl austritt, invertiert sind, wobei ein Gegenstand 49 in den Pfad von Strahl 7a gebracht werden kann. In gleicher Weise kann auch bei der ersten Ausführungsform ein Gegenstand in den Pfad von Strahl 6a gebracht werden. Weil in diesem Fall jedoch ein Röntgenstrahl, der den zu untersuchenden Teil 50 durchsetzt, auch die beiden Röntgenhalbspiegel 2 und 3 passiert, bis er den zweidimensionalen Detektor 59 erreicht, ist das räumliche Auflösungsvermögen eines erhaltenen Bildes etwas schlechter. Bei dieser Ausführungsform ist der Platz, den ein Gegenstand 49 benutzen kann, größer, und es ist für einen Gegenstand 49 leichter, eine bestimmte Stellung für die Aufnahme einzunehmen. Die Größe der gesamten Vorrichtung kann ebenfalls ver ringert werden. Eine Phasenplatte zum Anwenden eines Streifenabtastverfahrens kann in jeden Pfad eingefügt werden.
17 zeigt ein Beispiel einer für ein Röntgeninterferometer geeigneten Röntgenstrahlenquelle.
Weil ein Röntgeninterferometer einen quasi monochromen Röntgenstrahl erzeugt, ist es vorteilhaft, eine relativ starke Röntgenstrahlenquelle zu benutzen, um ein Bild schnell aufzunehmen. Wenn bei den vorstehenden Ausführungsformen ein optisches System verwendet wird, muss die Form der Röntgenstrahlenquelle in senkrechter Richtung dünn sein, während sie in waagerechter Richtung lang sein kann. Wenn daher eine von einem Elektronenstrahl oder einem Laserstrahl angeregte Strahlungsquelle verwendet wird, ist es sinnvoll und praktisch, die Strahlungsquelle wie in 17 gezeigt aufzubauen.
Wie in 17 gezeigt, bezeichnen die Bezugszeichen 540 ein Target, 541 eine Rotationsachse, 542 ein röntgenstrahlgeneriertes Teil, 543 eine Elektronstrahlenquelle oder eine Laserstrahlenquelle, 544 einen Elektronenstrahl oder einen Laserstrahl, 545 einen Röntgenstrahl und 546 einen Filter. In 17 ist auch die Aufsicht des Targets 540 gezeigt. Nach diesem Aufbau wird ein Elektronenstrahl oder ein Laserstrahl 544 linear über das Target 540 geführt, und eine Röntgenstrahlenquelle mit längeren Seiten kann gebildet werden. Weil hierdurch die dem Target zugeführte Wärme relativ verteilt werden kann, können mehr Röntgenstrahlen zum Röntgeninterferometer durchgelassen werden.
Obwohl in der Abbildung nicht gezeigt, ist es auch möglich, dass die Richtung, in die ein Kristall 34 reflektiert, bei jeder Ausführungsform unterschiedlich ist und eine monochrome Vorrichtung verwendet wird, bei der zwei oder mehr Kristall kontinuierlich reflektiert werden, um dem Röntgeninterferometer einen besseren Röntgenstrahl zuzuführen.
Bei den vorstehenden in 9 und 15 gezeigten Ausführungsformen sind wir nicht auf ein Distanzstück zum Justieren der Höhe des Halbspiegels eingegangen. Die Höhe des Halbspiegels sollte jedoch mit einem Distanzstück entsprechend der Anzahl von piezoelektrischen Antriebsgestellen justiert werden.
Weil ein Bild nach der vorliegenden Erfindung mit guter Empfindlichkeit aufgenommen werden kann, müssen normalerweise keine Kontrastmittel injiziert werden; wenn jedoch der Kontrast eines bestimmten zu untersuchenden Teils verstärkt werden muss, können Kontrastmittel verwendet werden. In diesem Fall sind keine Kontrastmittel mit schweren Elementen wie bei dem herkömmlichen Verfahren nötig, und Kontrastmittel, die aus einer Vielzahl von Stoffen bestehen, können verwendet werden.
Nach der vorliegenden Erfindung kann ein hoch empfindliches Phasenkontrast-Röntgenabbildungssystem mit einem großen Beobachtungsfeld erhalten werden.

Claims

Phasenkontrast-Röntgenabbildungssystem, umfassend ein Interferometer mit einem ersten Halbspiegel (1) zum Aufteilen eines einfallenden Röntgenstrahls in zwei miteinander interferierende Strahlen, und einem zweiten Halbspiegel (3) zum Verbinden eines Strahls, der durch Einfügen eines Gegenstands (50) in den Pfad eines (6b) der beiden Strahlen entsteht, mit dem anderen Strahl (7b), einen Detektor (59) zum Erfassen eines von dem zweiten Halbspiegel (3) verbundenen Strahls, und einem Verarbeitungsteil (60) zum Erzeugen des Bildes des Gegenstandes (50) aufgrund des Ausgangssignals des Detektors (59), wobei mindestens einer der beiden Halbspiegel (1, 3) auf einem Tisch (39) über einen Spiegeljustiermechanismus (40, 41) zum Justieren der relativen Positionsbeziehung zwischen den Halbspiegeln (1, 3) montiert ist, so dass ein Beobachtungsfeld von über 2 cm × 2 cm erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgeninterferometer in einer Kammer (51) mit einem konkaven Abschnitt untergebracht ist, der es gestattet, dass einer (6b) der interferierende Röntgenstrahlen außerhalb der Kammer verläuft und einen Teil des Gegenstands (50) in dem konkaven Abschnitt außerhalb der Kammer durchsetzt.
System nach Anspruch 1, wobei das Röntgeninterferometer aus zwei Kristallblöcken aufgebaut ist, die jeweils von Kristallrohblöcken (32) monolithisch ausgeschnitten sind und zwei als Röntgenhalbspiegel wirkende Wafer aufweisen, wobei die Kristallblöcke auf Gestellen plaziert sind, die auf einem gemeinsamen Tisch in der Kammer (51) angeordnet sind und Mechanismen zum Justieren der relativen Position zwischen den beiden Kristallblöcken zum Erzeugen von Interferenz aufweisen.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Pfad mindestens eines der interferierenden Röntgenstrahlen ein abstimmbarer Phasenschieber angeordnet ist, und wobei aus Röntgeninterferenzmustern der interferierenden Röntgenstrahlen ein Bild erzeugt wird, das die Verteilung einer durch den Gegenstand bewirkten Röntgenphasenverschiebung zeigt.
System nach Anspruch 2 mit ferner einem Becken, in dem das Röntgeninterferometer angeordnet ist und das mit einer Flüssigkeit hoher Viskosität derart gefüllt ist, dass sich die Wafer der Kristallblöcke oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Becken befinden.
System nach Anspruch 4, wobei die Justiergestelle ebenfalls in dem Becken angeordnet sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit ferner einer Einrichtung zum Abpumpen von Luft aus dem Innern der Kammer (51).
System nach Anspruch 2 mit ferner einer zum Vorjustieren des Röntgeninterferometers dienenden optischen Einrichtung, die aus den Kristallblöcken derart gebildet ist, dass die Kristallblöcke in eine geeignete Stellung gebracht werden, um bei Beobachtung polierter Facetten der beiden Kristallblöcke mit der optischen Einrichtung Interferenz zu erzeugen.
System nach Anspruch 2 mit Strahlintensitätsmonitoren zum Justieren der Kristallblöcke sowie Bildsensoren zum Beobachten von Interferenzmustern, die sowohl eine Diagnose des Gegenstands als auch die Erzeugung von Rückkopplungssignalen gestatten, die den Justiergestellen zugeführt werden, so dass Verschiebungen in Interferenzstreifen kompensiert werden.
System nach Anspruch 1, wobei das Röntgeninterferometer zwei Kristallblöcke aufweist, die jeweils aus Kristallrohblöcken monolithisch ausgeschnitten sind und Wafer aufweisen, die als Röntgenhalbspiegel wirken, umfassend Gestelle zum Justieren der beiden Kristallblöcke auf eine geeignete Position, in der Interferenz entsteht, eine optische Einrichtung zum Vorjustieren der beiden Kristallblöcke derart, dass diese im wesentlichen in eine geeignete Position gebracht werden, die eine Brechungsbedingung der Röntgenhalbspiegel bei Beobachten polierter Facetten der beiden Kristallblöcke mit der optischen Einrichtung erfüllt, Röntgenintensitätsmonitoren zum Justieren der beiden Kristallblöcke derart, dass die Beugungsbedingung der Röntgenhalbspiegel erfüllt wird, einen im Pfad mindestens eines der interferierenden Röntgenstrahlen angeordneten abstimmbaren Röntgenphasenschieber zum Erzielen eines Bildes, das die Verteilung einer durch Einfügen des Gegenstands in einen der Pfade der interferierenden Röntgenstrahlen bewirkten Phasenverschiebung zeigt, wobei die Justiergestelle, der Tisch, die Röntgenstrahl-Intensitätsmonitoren und der abstimmbare Röntgenphasenschieber in der Kammer (51) angeordnet sind, ferner Röntgenbildsensoren zum Erzeugen von Röntgeninterferenzmustern der interferierenden Röntgenstrahlen und einen Computer zum Steuern des abstimmbaren Röntgenphasenschiebers, der Justiergestelle und der Röntgenbildsensoren, um beobachtete Röntgeninterferenzmuster zu analysieren und dadurch Rückkopplungssignale zu erzeugen, die den Justiergestellen zugeführt werden, um Verschiebungen in Interferenzstreifen zu kompensieren.