EP3042383A1 - Phase contrast x-ray imaging device and phase grating therefor - Google Patents

Phase contrast x-ray imaging device and phase grating therefor

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Publication number
EP3042383A1
EP3042383A1 EP14784015.1A EP14784015A EP3042383A1 EP 3042383 A1 EP3042383 A1 EP 3042383A1 EP 14784015 A EP14784015 A EP 14784015A EP 3042383 A1 EP3042383 A1 EP 3042383A1
Authority
EP
European Patent Office
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grating
phase
grid
phase grating
ray
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14784015.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Oliver PREUSCHE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens Healthcare GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Healthcare GmbH filed Critical Siemens Healthcare GmbH
Publication of EP3042383A1 publication Critical patent/EP3042383A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
    • G21K1/067—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators using surface reflection, e.g. grazing incidence mirrors, gratings
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/40—Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4035—Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis the source being combined with a filter or grating
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42—Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4291—Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis the detector being combined with a grid or grating
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K2207/00—Particular details of imaging devices or methods using ionizing electromagnetic radiation such as X-rays or gamma rays
    • G21K2207/005—Methods and devices obtaining contrast from non-absorbing interaction of the radiation with matter, e.g. phase contrast

Definitions

  • the invention relates to a phase contrast X-ray imaging device, ie an X-ray device for phase contrast imaging.
  • the invention further relates to a phase grating for such.
  • the device and the phase grating are in particular for a
  • a Talbot-Lau interferometer For metrological detection of the phase shift typically a Talbot-Lau interferometer is used, as it For example, in "X-ray phase imaging with a grating interferometer, T. Weitkamp et al. , August 8, 2005 / Vol. 13, No. 16 / OPTICS EXPRESS "is described.
  • a coherence grid Go is additionally arranged between the X-ray source and the phase grating, which serves to ensure sufficient spatial coherence of the X-ray radiation.
  • the coherence grating can be dispensed with if the X-ray source can already be considered in a sufficiently good approximation as punctiform.
  • an optical component is generally referred to as a phase grating, which changes the phase position of a radiation beam incident thereon transversely to the propagation direction of the radiation in a spatially periodic manner, as a result of which the
  • Radiation after passing through the phase grating on the analysis grid a - usually stripe - forms interference pattern.
  • the period length of the coherence of the grating is ⁇ art chosen such that the maxima of the interference in each case emanating from the individual columns of the lattice coherence light beams are mapped to each other.
  • the known phase grating has a uniform striped structure of lattice webs of an optically comparatively thin base material (here silicon) and intermediate Intervals on.
  • the interspaces are either empty (air-filled) or filled with non-metallic material such as photoresist in conventional Pha ⁇ sengittern.
  • the real part of the refractive index in all ma- terialien is less than one, make the spaces for X-rays - unlike visible light - in comparison ⁇ equal to the grid bars always the optically denser medium is the term "optical” is here. and in the following also used in the sense of "X-ray optical", thus also refers to the wave propagation of X-radiation.
  • the grating webs form a structure of juxtaposed grating strips in a transversal surface to be aligned transversely to the direction of incidence of the x-ray radiation.
  • the base material in each of these grating strips has a constant thickness (material height h) in the direction of incidence of the x-ray radiation between adjacent grid strips is always different.
  • the material height has a positive value.
  • the material height against it regularly has the Be ⁇ contractual zero.
  • the phase angle of the incident X-ray radiation is affected by the varying height of material such that the Rönt ⁇ -radiation after passing through the phase grating (of transition effects apart) in exactly two sub-beams but with each other is divided different phase position in each case the same.
  • the commonly employed Phasengit ⁇ ter produce a phase shift between the two sub-bundles, corresponding to half or a quarter of the wavelength in the rule.
  • Phase gratings of the former type are also referred to as ⁇ -grating, phase grating of the latter type also called ⁇ / 2 lattice.
  • the intensity distribution of the interference pattern is detected.
  • the period of the interference pattern caused by the phase grating is typically much smaller than the size of the pixels of the X-ray detector, so that a direct detection of the Interfe ⁇ ence pattern with the X-ray detector is not possible regularly.
  • the X-ray detector is therefore usually preceded by the analysis grid, with the aid of which the interference pattern can be scanned by a spatial-periodic suppression of X-radiation.
  • the analysis grid is displaced in a plane perpendicular to the optical axis and the structure of the interference pattern.
  • the coherence grating or the phase grating can also be shifted.
  • the phase contrast imaging is the examined
  • the object can also be positioned between the phase grating and the analysis grating.
  • the Whether ⁇ ject causes a location-dependent varying phase shift of the X-ray radiation that alters the interference pattern generated by the phase grating measurable.
  • the altered Interfe ⁇ ence pattern is detected in the above described manner by means of the X-ray detector. From the measured intensity ⁇ distribution of the interference pattern is then calculated back to the ortsab ⁇ dependent phase shift.
  • the image information is either obtained directly from the phase. Alternatively, the image information also from the
  • phase-contrast X-ray imaging is that structures in the soft tissue (in particular ⁇ tissue, water and body fats) in phase contrast usually stand out more strongly than in the absorption contrast.
  • Talbot-Lau interferometer cause because of the necessary grid - depending on the absorption behavior of the gratings - either a comparatively strong intensity loss (and therefore subject to a high X-ray dose) or a ver ⁇ tively poor visibility of the interference pattern (and thus a bad resolution of the Phasenkontrastmes- solution ).
  • Talbot-Lau interferometer have due to the lattice often a comparatively strong chromatic Selek ⁇ tivity.
  • the grids work well only in a narrow wavelength range around a particular design wavelength for which the particular grating is designed.
  • An ⁇ parts of the X-radiation with aberrant wavelengths (and quantum energies) are often not usable here for imaging or reduce the image quality.
  • Optimization of the optical properties of conventional phase gratings is limited by the fact that complex grating structures often can not be produced, or at least can not be produced with justifiable effort.
  • the invention has for its object to improve the phase contrast X-ray imaging.
  • phase grating for a phase contrast X-ray imaging apparatus, this object is achieved by the features of claim 1.
  • a phase-contrast X-ray imaging apparatus this object is achieved by the features of at ⁇ entitlement 8.
  • Advantageous and partly per se erfinderi- see embodiments and further developments of the invention are set forth in the dependent claims and the description below.
  • the phase grating according to the invention has a transverse surface which is spanned by an x-axis and a y-axis perpendicular thereto, and which is to be aligned substantially (ie exactly or at least approximately) transversely to a radiation incident direction.
  • the intended radiation incident direction defines a z-axis of the phase grating, which is aligned in the intended installation position of the phase grating, in particular parallel to an optical axis of the x-ray imaging device.
  • the transverse surface can hereby (as a mathematically abstract structure) be defined at any z-position (ie position along the z-axis) within the space volume occupied by the phase grating. For example only, it is assumed below that the transverse surface is formed by the "front" end face of the phase grating over which the radiation is incident into the phase grating.
  • the axes introduced above span a Cartesian coordinate system.
  • orientation (direction of arrow) of the x-, y- and z-axis defined spatial directions are referred to as (positive) x-, y- and z-direction ⁇ be distinguished.
  • the respective opposite spatial directions are designated as (negative) x, y or z direction.
  • Positions on the x, y, and z axes are labeled as x, y, and z positions, respectively.
  • the phase grating according to the invention also has a plurality of grating webs made of an optically comparatively thin base material, these grating webs being separated by optically denser intermediate spaces.
  • the lattice webs are formed such that they divide the transverse surface into elongated lattice strands, which are lined up next to each other in parallel in the x-direction and in each case in the y-direction over the entire transversal surface pull.
  • grating strips are characterized in that the phase grating in each grating strip along the z-axis (and therefore in the direction of incidence of the X-ray radiation) has a homogeneous (ie the same everywhere) total thickness of the base material, but which is always different between adjacent grating strips.
  • the total thickness of the existing above a certain point of the transverse surface along the z-axis of the base material is also referred to as "material level.”
  • the Mate ⁇ rialffle here denotes the optical path length of Pha ⁇ scorching itters at the associated point of the transverse surface.
  • phase grating of the grid bars In contrast to conventional phase gratings are in the inventive phase grating of the grid bars and
  • the grating strips of cross-self ⁇ shaft extends forcibly to all the grid webs (with the exception of edge effects, namely any grid bars at the edges of the transverse surface, which can only extend over a grid strip due to their peripheral location).
  • all grating webs preferably extend over a multiplicity of grating strips, in particular over all grating strips, again, apart from edge effects.
  • the idea of forming the lattice webs of the phase lattice across grids makes it possible, as is known, to construct lattice structures with a complex spatial distribution of the height of the material above the transversal surface conventional design could not or at most be made with great effort.
  • the grid stripe-cross layout of the grid webs with the result that it is in the grating strips of the phase grating according to the invention - is to mathematically abstract structures forms ⁇ not usually UNMIT ⁇ telbar bring by physical structures of the phase grating - unlike conventional phase gratings. Rather, the grating strips are defined solely by the above-described spatial distribution of the grating height and the associated optical properties of the phase grating.
  • the grating strips ha ⁇ ben preferably in the x-direction, a homogeneous (that is the same for all lattice stripes) in simple embodiments of the invention grating width.
  • the grid strips may also have different widths. As shown below, such execution ⁇ shape of the phase grating are even more advantageous in certain specifications.
  • the grid bars are preferably formed of gold, nickel or Sili ⁇ zium.
  • the gaps are (ei ⁇ nem solid thus with X-ray comparatively large real part of the refractive index) optionally substituted by (air or liquid filled) voids or by intermediate webs from an optically comparatively dense solid, for example, of photoresist is formed.
  • the phase grating is preferably produced in a photolithographic production method, in particular the so-called LIGA (lithographic electroplating-molding) method or by means of reactive ion etching.
  • LIGA lithographic electroplating-molding
  • phase gratings A limiting factor for the production of the phase gratings is the limited by manufacturing process
  • the grid bars are formed such that they extend within the transverse surface with diagonal (ie in a 0 ° überstei- constricting and 90 ° below border angle to the y-axis ste ⁇ budding) preferential direction over a plurality of grid strips.
  • the preferred direction is formed by the averaged over a plurality of grid strips orientation of the grid bars within the transverse surface.
  • the grid bars can also run parallel to the x-axis or the y-axis.
  • the lattice web extending diagonally across the transversal surface with respect to its preferred direction can be composed in a step-like manner of sections which are aligned alternately parallel to the x-axis or the y-axis.
  • the above-described dia ⁇ gonal layout of the grid bars for a given grid height and given diffraction properties of the grid strip particularly large minimum distances between the side walls of the grid bars - both within the grid bars and between adjacent grid bars - be maintained.
  • This in turn allows the production of phase gratings with a particularly large grid height in the z-direction or particularly small width of the grid strip.
  • Such phase gratings enable the realization of phase-contrast X-ray imaging devices with a particularly short installation length and particularly high sensitivity.
  • the grid bars are each after
  • the phase grating is produced in particular by a photolithographic method, in particular LIGA, under oblique exposure of the photoresist layer by X-radiation.
  • the base and the opposite deck ⁇ surface of the prism have here usually each one complex, polygonal shape.
  • the lattice webs on the side edges of the phase lattice may be cut off to form z-directional edge surfaces, as distinct from a pure prismatic shape.
  • the grid strips are particularly constructed and arranged to ⁇ that in each grid strip results in a y-direction with a y-period length repetitive material ⁇ structure.
  • the grid webs are thus designed such that they always occupy parallel-displaced, congruent and uniformly spaced surface sections in a grid strip.
  • the grid strips are so inclined in the y direction, that the opposite to the base deck ⁇ area of each grid bar opposite the base by a whole number of period lengths, and in particular to a period length is exactly offset.
  • the two ge ⁇ genschreibicide disturb in the z-direction end surfaces of the phase grating thus have an identical layout, so an identical, formed from Gitterste ⁇ gene and spaces material structure.
  • the side surfaces of the lattice webs on the adjacent grid strips to the adjacent intermediate spaces in each case alternately formed of first surface portions, which are pa ⁇ rallel aligned to the y axis, and second partial surfaces, which are aligned parallel or diagonal to the x-axis are.
  • the first and second partial surfaces are preferably each formed by flat (non-curved) surface sections.
  • the second surface portions extend in the transverse surface ⁇ ner endeavour advantageously always a whole number of grid strips.
  • the transition between the first and second partial surfaces of a side surface thus preferably coincides with the transition between two lattice strips .
  • Partial areas of the grid webs against the x-axis is advantageous ⁇ way, especially as thus comparatively flat angle Zvi ⁇ 's first and second surface portions of the same grid bar resulting, whereby the manufacturing technology by
  • Corner rounding conditional disturbance of the lattice structure is kept small.
  • This gradient g is also referred to below as "offset slope.”
  • all second subareas ie, the second subareas of all grid webs traversing this grid strip
  • the second partial areas of the grid bars may have different offset slopes in different grid strips, since the offset slope affects the two material edges of a grid bar in a grid strip equally, it does not change the phase shift coded in this grid bar.
  • each grating web runs within the transverse surface in al ⁇ ternierenden sections with diagonal preferred direction in the positive y-direction and in the negative y-direction.
  • the grid bars thus have kinks.
  • Git ⁇ TerStege at regular intervals along the x-axis are preferably kinked alternately oppositely, so that the respective grating ⁇ web meander within the transverse surface running around the x axis.
  • the phase grating according to the invention can be configured as a binary (two-stage) grating in which the material height in the x-direction (ie with the sequence of the adjacent rows of lattice stripes) alternately jump back and forth between exactly two values.
  • the invention shown SSE phase grating is provided as a multi-level grating abandonedbil ⁇ det.
  • the term "multistage” is used here and below in the sense of "more than two stages” and thus designates ⁇ with a phase grating in which the material height changes between at least three values. With a multi-stage phase grating, it is recognized that particularly favorable optical properties can be achieved.
  • Sun can be achieved than for conventional binary phase grating ⁇ a higher value for the product of sensitivity and visibility of such a phase grating.
  • the chromatic selectivity of the phase grating can be kept particularly low .
  • Phase lattice visibility can be increased because the Pha ⁇ sengitter polychromatic X-ray better tolerated.
  • the sensitivity can be increased without impairing the visibility in comparison with a conventional phase grating. Since the time necessary to achieve a given image quality x-ray dose men accommodate square together ⁇ with the product of sensitivity and visibility, the inventive design of the Pha ⁇ scorching itters allows a considerable reduction of the X-ray dose without that this will be caused by a loss of image quality in purchase genome ⁇ men would.
  • phase grating or the so-equipped phase contrast X-ray imaging apparatus further comprises one or realized more of the design features described above to the optical properties of the phase grating to optimization ⁇ ren: (1) reduction of the period of coherence grating:
  • the phase grating is designed such that it (when irradiated by means of a punctiform X-ray radiation) source) narrow interference maxima generated in the plane of the analysis ⁇ grating, the width of a quarter of the period length P 2 of the analyzer grating below.
  • the coherence grating is thus staltet ⁇ ge such that the interference maxima of two ver of adjacent columns of the lattice coherency of outgoing radiation beam ⁇ sets to each other on the analyzer grating are illustrated. As a result, between every two interference maxima of a
  • Multiplicity m called - increasing number of interference maxima generated per period of Pha ⁇ scorching itters. This increases the sensitivity without the width of the spectrum would be limited ⁇ .
  • the period length is compared to the typical construction ei ⁇ ner conventional phase contrast X-ray imaging device po of Ko Schm ⁇ ence lattice (halved what a doubling of
  • the Periodenlän ⁇ ge P 2 of the analyzer grating is halved, whereas the distance d 2 is preferably maintained between the phase grating and the analyzer grating. This doubles the sensitivity S and quadruples the sensitivity factor f of the phase grating.
  • phase gratings which are suitable for this construction often initially have only e.g. half
  • phase grating having 7 strips of equal width Pi / 7 per period length pi can beispielswei ⁇ se on the analysis grid 2 or 3 interference maxima per period of the phase grating cause (in dependence on the selected distance di 2) ⁇
  • Optimal material heights and strip widths may differ slightly from the analytically determined material heights and strip widths. This can be useful to better adapt the structure to the specific tube spectrum.
  • polychromatic X-ray radiation also the material height of such lattice strips, already original have a nonzero material height to increase one or more times the height interval Ah.
  • 1 is a rough schematic sectional view of a Phasenkontrast-
  • FIG 2 is a schematic view of a transversal cut-out area by way ⁇ a layout for the Pha ⁇ scorching itter, wherein the transverse surface of diagonally extending grid strips of a base material and interposed spaces is traversed, and wherein the
  • Transversal surface is divided into a number of parallel grid strip, wherein the phase grid in each grid strip in the direction of radiation propagation direction has a constant total thickness (material height) between adjacent grid strips on the base material,
  • FIG. 3 to 17 show an illustration according to FIG. 2 alternative layouts for the phase grating, FIG.
  • FIG 18 in three superposed diagrams of X-ray intensity on the y-axis, the in ⁇ interference pattern of the phase grating shown in FIG 9 (middle panel) and a three-stage comparison grating (upper diagram) as well as the phase grating shown in FIG 9, the interference pattern with half the grating period of the Konos ⁇ rence grating (bottom graph),
  • FIG 19 in two superimposed diagrams shown in FIG 18, the interference pattern of the phase grating shown in FIG 15 at standard according Git ⁇ terkonstante the coherence grating (upper slide ⁇ gram) as well as gedrittelter lattice constant of the coherence grating (bottom graph), and
  • FIG. 20 shows a diagram according to FIG. 18 of the interference pattern of the phase grating according to FIG. 17.
  • the (phase-contrast X-ray imaging) device 2 shown schematically in FIG. 1 comprises an X-ray source 4, a coherence grating Go, a phase grating d, an analysis grating G2 and an X-ray detector 6 constructed from a multiplicity of pixels P.
  • Assign axis z (hereinafter referred to as z-axis or optical axis 8), which in the case of the embodiment in a z-direction is rich ⁇ tet.
  • the individual optical elements of the X-ray device 2 are configured in a planar manner, arranged along this optical axis 8 and aligned in each case perpendicularly thereto.
  • the X-ray device 2 is provided for obtaining medical phase contrast images.
  • a patient is positioned between the coherence grating Go and the phase grating Gi, preferably immediately in front of the phase grating Gi.
  • the metrological detection or rather the determination of the spatial distribution of the phase shift caused by the patient takes place in the case of the X-ray apparatus 2 presented here according to a known per se and, for example, in X-ray phase imaging with a grating interferometer, T.
  • the coherence grating Go serves to ensure sufficient spatial coherence of the X-radiation used for the interferometric measuring method. It has a grid structure made of - preferably gold existing - Gitterste ⁇ gene having a (measured in the z-direction) grating height H 0, and arranged between the grid strips arranged slots, wherein the grid webs and slots ner parallel to ei ⁇ - perpendicular to the axis z standing and directed vertically out of the plane of the drawing of Figure 1 - y axis
  • a spatially extended X-ray source 4 is a point-shaped in a good approximation X-ray source is turned ⁇ sets that already emits sufficiently coherent X-radiation. In this case, the coherence grid Go is omitted.
  • the X-ray source 4 ⁇ X-rays emitted with a photon energy up to about 100 keV.
  • the phase grating d (only roughly schematically indicated in FIG. 1) is arranged at a distance doi in the z-direction offset from the coherence grating Go. This serves as a forth ⁇ conventional Talbot-Lau interferometer for producing a strip-shaped interference pattern, wherein the (Interfe ⁇ renz-) strips extend parallel to one another, this interference pattern in the y direction.
  • the grating constant Po of the coherence grating in the standard design of the device 2 is dimensioned in such a way that interference maxima of Sub-beams R, which emanate from adjacent columns of the coherence grid Go, are mapped to each other.
  • the phase grating d (described in more detail below) has a grating height Hi and, in order to produce the interference pattern, has a strip-shaped, in the x-direction with a lattice constant (period length) pi periodic variation of the optical
  • the analysis grid G 2 is positioned, having a measured in the z-direction grid height H 2 and a lattice constant (period length) P2.
  • the analysis grid G 2 like the coherence grid Go, consists of strip-shaped grid bars made of gold and stripe-shaped spaces formed therebetween.
  • the dimensions of the grids Gi and G 2 in the x-direction and in the y-direction are essentially the same in the exemplary embodiment according to FIG. Deviating from the schematic representation according to FIG. 1, the extent of the analysis grid G 2 in the x-direction and in the y-direction actually corresponds approximately to the extent of the x-ray detector 6, more precisely the detector surface spanned by the pixels P of the x-ray detector 6.
  • the geometry of the phase grating Gi is characterized by three axes x, y and z, which coincide in the intended orientation of the phase grating Gi in the device 2 with the above-introduced axes x, y and z of the device 2.
  • the phase grating Gi in the context of the device 2 is thus arranged such that its axis z is arranged parallel to the optical axis 8, and thus to the averaged radiation propagation direction of the device 2.
  • the axes x and y of the phase grating Gi span a transversal surface 10 extending perpendicular to the radiation incident direction.
  • the end face of the phase grating Gi with the transverse surface 10, that of the X-ray source is identified by way of example 4 and at the thus the X-radiation is incident in the phase grating d.
  • the transversal surface 10 of the phase grating Gi shown in detail in FIG. 2 is divided into individual elongate lattice strips 12 (FIG. 2) which extend over the entire transverse surface 10 in the y direction and which in FIG x-direction are lined up next to each other in parallel.
  • the phase grating Gi is formed from a number of approximately parallel grating webs 14 made of a base material (eg nickel, silicon or gold), between which intermediate spaces 16 are formed.
  • the spaces 16 are air-filled gaps. Alternatively, however, the gaps 16 can also be filled by intermediate webs from Pho ⁇ tolack.
  • the lattice webs 14 and the given ⁇ existing intermediate webs are constructed on a base plate 17 (FIG 1) of the phase grating Gi, which is aligned parallel to the transverse surface 10 and in the example shown in FIG 1 by way of example the rear (abge ⁇ from the X-ray source 4) Forming face of the phase grating Gi.
  • the phase grating Gi is preferably produced by means of the LIGA
  • a yield strahlungsabsorbie- mask (for example made of gold) is positioned over a layer applied to the base plate 17 and with X-ray photoresist layer ⁇ radiation (exposure beam) exposed.
  • X-ray photoresist layer ⁇ radiation (exposure beam) exposed.
  • the structure of the mask used in the LIGA method corresponds to the material structure that is visible on the transverse surface 10 of the finished phase grating Gi.
  • An example of this material structure (also referred to below as the layout) is shown in section in FIG.
  • the (corresponding to the gold structures of the mask) lattice webs 14 are shown here as hatched areas.
  • the spaces 16 corresponding to the gaps in the mask are shown as white areas.
  • the grating strips 12 of the phase grating Gi are characterized defi ⁇ defined that the phase grating Gi in the area of each grid strip 12 (that is, over each pixel of the delimited by the grid ⁇ stripes 12 area of the transverse surface 10) in the z-direction (optionally in total several material ⁇ sections) everywhere has the same total thickness of the base material ⁇ al. This total thickness is also referred to below as the respective grating strip 12 associated material height h. In contrast, the material height h is always different between different grid strips.
  • the (conceived as a mathematical ⁇ specific function of the x and y position within the transverse surface 10) material height h so changes at the transition between two adjacent grating strips 12 by leaps and bounds the amount.
  • the material height h correlates the optical path traveled by each sub-beam of the incident X-ray radiation within the phase grating Gi, and thus the phase position of the respective sub-beam when exiting the phase grating Gi. Due to the periodic variation of the material height h in the x-direction with the lattice constant pi, the phase lattice thus likewise generates a periodic modification of the phase of the x-ray radiation in the x direction. This is the basis grid generating the interference effect of the Phasengit ⁇ ters Gi. As can be seen from FIG. 2, that of each is
  • Grid web 14 within the transverse surface 10 each ⁇ taken area not congruent with one of the grid strip 12.
  • the grid bars 14 and the intermediate spaces 16 are not consistently in the y direction. Rather, the grating bars extend 14 and the intermediate spaces 16 with a diagonal preferred direction over the transverse surface 10. All grid bars 14 have up on any edge effects (ie, cut part ⁇ volumes at the edges of the phase grating Gi) of the same shape. Likewise, all interstices 16 have the same shape except for any edge effects (ie cut-off partial volumes at the edges of the phase grating Gi).
  • the grating bars 14 and spaces 16 are arranged to each other so that the material ⁇ structure in the transverse surface 10 having a periodicity having a period length p y in the embodiment of FIG 1 in the transverse surface 10 in the y-direction paral ⁇ lelverschoben.
  • This embodiment of the grid webs 14 described above is also referred to below as "diagonal layout”.
  • the two side surfaces 18, over which each grid web 14 is delimited from the adjacent gap 16, are divided by a sequence of first sub-areas 20, which are aligned in the y direction, and second sub-areas 22, which in the exemplary embodiment according to FIG are in the x direction being directed ⁇ .
  • first sub-areas 20 and second partial surfaces 22 follow one another alternately.
  • the second partial surfaces 22 each extend over the full width of an integral number of grid strips 12, so that the first partial surfaces 20 always run along the boundaries between two grid strips 12.
  • exposure angle a 15 °.
  • the mask is exposed with exposure radiation whose beam course is aligned obliquely in the yz plane.
  • the lattice webs 14 each have the shape of a (oblique) prism inclined in the y-direction. Apart from edge effects (that is to say cut-off partial volumes at the edges of the phase grating Gi), the grating webs 14 therefore have in the transverse plane 10 and the end face of the phase grating Gi -the opposite side in the z-direction
  • the edges of the side surfaces 18 are inclined in the yz plane by an angle corresponding to the angle of incidence of the exposure radiation. This inclination is matched to the grating height Hi such that the edges of the side surfaces 18 extend in y-direction over exactly one period length p y .
  • the phase grating Gi is designed as a merely binary grating in which the material height h changes periodically in the x direction between only two discrete values.
  • the period length p y is 8.12 ⁇ .
  • nickel is provided here.
  • the intermediate ⁇ spaces 16 are filled with air.
  • the material height h changes depending ⁇ wells at the transition between adjacent lattice strips 12 PE riodisch between 26 56 ⁇ (87.7% ⁇ Hi) and 3,73 ⁇ (12.3% ⁇
  • phase grating Gi acts as a ⁇ -grating. Partial bundle of X-rays, the pass through adjacent grating strip of the phase grating Gi, thus leaving the phase grating Gi with a retardation of half a wavelength (corresponding to a phase difference of the amount ⁇ ).
  • FIG. 3 shows a variant of the above-described grid layout.
  • the phase grating Gi shown in FIG 3 is similar in structure and optical properties - unless otherwise stated below - the embodiment of FIG 2.
  • the variant according to FIG 3 is a binary ⁇ grid for ei ⁇ ne Design Energy of 62keV.
  • FIGS. 4 to 6 show variants of the phase grating Gi according to FIG. 3, again with corresponding optical properties, but in contrast to FIG. 3 kinks DK are provided in the diagonal layout (with different frequencies), so that the grating webs 14 are in the transverse plane 10 Meander around the x-axis and thus alternately ab ⁇ cut diagonally in the positive y-direction and in the negative y-direction. Due to the kinks, the grid bars 14 are advantageously stabilized. Simulation results for specific embodiments of the Pha ⁇ scorching itters Gi: According to the illustrated embodiments below of the phase grating Gi is shown that the above-
  • the optical properties of the grating Gi in the device 2 according to FIG. 1 were determined by simulation for these embodiments of the phase grating Gi.
  • Sensitivity factor f For the coherence grid Go, an opening fraction (duty cycle) of 30 ⁇ 6 was assumed. Corresponding simulations are labeled "V30.” Part of the coherence grid was Go
  • V50 Corresponding simulations are designated by the designation "V50.” Again, alternatively, a punctiform radiation source was assumed.These simulations are identified by the designation "V0".
  • tungsten anode and an x-ray voltage of 100 kVp were always assumed for the x-ray source 4.
  • the simulations were partly based on the unfiltered X-ray spectrum, screened in 3keV steps. These simulations are identified by the suffix "U.” Part of the filtering of the irradiated X-radiation by a 200 ⁇ m Rhenium (Re) filter, followed by a 20 ⁇ Gold (Au) filter. These simulations are labeled with the suffix "F.”
  • the spectrum of the filtered radiation was also rasterized in 3keV increments.
  • V50F thus refers to a simulation that was based on filtered X-ray radiation and an opening fraction of 50% for the coherence grating Go. For the simulation, it was assumed that the X-ray detector 6 is a quantum-counting detector.
  • the transverse surface 10 of the layout to be generated was first divided into parallel, aligned in the y direction layout strips, each of which a group of 4, 8 and 14 layout strips in the x direction - depending on the desired diffraction properties of the Layouts - extends over one or two grating periods p 1 . According to the value of their calculation
  • Each of these layout strips was assigned a calculated phase deviation, which was then converted into a corresponding material height h for the layout.
  • the layout strips are not necessarily
  • Phase grating Gi generates the interference maxima (in projection along the z axis) centered with respect to a layout stripe or between two layout stripes, is the above
  • Interference maxima per grating period pi is generated, this plurality is in the grid or simulation designation following the letter “c” or “b” by the abbreviation "x2" (for 2 interference maxima per grating period pi), "x3" (for 3 Interference maxima per grating period Pi), etc.
  • x2 for 2-d T
  • x3 for 3-d T
  • the actual sensitivity factor f gives
  • the phase grating d is multistage, then the number of stages is indicated by an abbreviation "L3" (for a three-level grid), "L4" for a four-level grid, etc.
  • binary grids can optionally be designated with the abbreviation "L2.” However, the number of stages in the designation of binary grids is generally omitted.
  • Phase grating Gi and the simulation thus carried out so that the phase grating Gi a from a periodic sequence of eight layout strips, each with a constant material height h
  • L3 three-stage (L3), ie fluctuates between three different levels of material height h.
  • FIGS. 7 to 17 show, as explained below
  • phase grating Gi shown in FIG. 7 is based on the simulation with the designation "% 4c 0.50"
  • Phase grating Gi is a binary ⁇ / 2 grating.
  • phase grating Gi shown in FIG. 8 lies with the simulations with the designations "% 4cx2_0, 50",
  • the phase grating Gi is a binary ⁇ -grating.
  • phase grating Gi is also a binary grid in which
  • adjacent grating strips 12 have one
  • the layouts of the phase grating Gi shown in FIGS. 10 to 12 are the simulations with the designation
  • Each of the three layouts will produce one layout layout consisting of 8 layout strips (four layout strips per grid period pi),
  • Grating strip 12 of the layout is increased, so that there is a 2 ⁇ increased phase shift.
  • the phase deviation thus changes from (l, 0,2,0) / 2 ⁇ 2 ⁇ to (l, 0,4,0) / 2 ⁇ 2 ⁇ (see TAB 1.1 in Appendix 1).
  • Material height h of the first and third layout strip (corresponding to the first and third respectively
  • Phase-shifting sequence (2, 1, 5, 1) / 2 ⁇ 2 ⁇ thus changes into (0, 1, 3, 1) / 2 ⁇ 2 ⁇ (see TAB 1.1 in Appendix 1).
  • FIGS. 13 and 14 are variants of the layout according to FIG. 12
  • Grid bars 14 are provided with kinks DK.
  • Phase grating Gi are the layouts according to FIGS. 13 and 14
  • phase grating Gi shown in FIG. 15 is given to the simulations labeled "% 14b 0.14 L4_inv",
  • FIGS. 16 and 17 are the layouts shown in FIGS. 16 and 17.
  • Grating period pi is a phase sweep sequence of
  • the middle diagram of FIG. 18 shows, in the same representation, the interference pattern which is suitable for a
  • Coherence grating Go outgoing, diffracted partial beams R overlap each other in this interference pattern, whereby good visibility and narrow "shoulders" of the polychromatic intensity profile are achieved.
  • the layouts according to FIGS 12 to 14 (“% 8cx2_l, 00x3_L3_adj -100") have a sensitivity at 3 times Talbot distance, which would have a ⁇ -sliding grid at 6 times the distance 14 but a visibility that reaches a ⁇ -sliding grating at 3 times the distance.Thus, the layouts according to FIG 12 to 14 with a ⁇ -sliding grid even at
  • FIG 19 shows - analogous to the
  • Diagrams of FIG. 18 show the interference pattern that results from the simulant O ⁇ "614b 0.14 L4 inv" for the layout according to FIG was won.
  • the lower diagram of FIG. 19 shows, for the same layout, the interference pattern resulting from the simulation
  • Lattice constant po (“% 14bx2_0, 57 L4_inv") is suggested by weak side maxima, which can be seen in the upper diagram of FIG.
  • FIG. 20 shows - again analogous to the diagrams of FIG. 18 - the interference pattern resulting from the simulation
  • Appendix 1 Properties of the layouts of the phase grating Gi according to FIGS. 7 to 17
  • TAB 1.1 lattice constant pi and geometry of the layout stripes (sequence of phase shifts in the design energy, based on 2 ⁇ , stripe width, based on the lattice constant pi)
  • TAB 1.2 maximum material height h max , base material
  • Annex 3 Performance data of the layouts according to FIGS. 7 to 17 from simulation
  • TAB 3.1 Visibility S for "VOF” (point source, filtered X-ray spectrum), "V50F” (coherence grid Go with 50% aperture, filtered X-ray spectrum) and "V50U” (coherence grid Go with 50% aperture, unfiltered X-ray spectrum) Designation Transmission T
  • the noise represented by the standard deviation ⁇ ⁇ ) is proportional to
  • V - (Imax - Imin) / (Imax - Imin) the values I max and I m i n denote the maxima ⁇ len / minimum intensities depending on the x position of a displaceable Go: ⁇ ⁇ 2 x 1 / (At Io V 2 T), whereby visibility V and the transmission T can each vary within the limits 0-100%.

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Abstract

A phase contrast X-ray imaging device and a phase grating (Gi) therefor are specified. The phase grating (Gi) comprises a transverse surface (10) which is to be aligned substantially transversely with respect to a radiation incidence direction and which is spanned by an x-axis (x) and a y-axis (y) perpendicular thereto. The phase grating (Gi) is formed from a multiplicity of grating webs (14) composed of a basic material, which are arranged alternately with optically denser interspaces (16). The grating webs (14) are embodied in such a way that they subdivide the transverse surface (10) into grating strips (12) which are in each case elongated in the y-direction and which are lined up parallel alongside one another in the x-direction. The phase grating (Gi) has in each grating strip (12) along a z-axis (z) - oriented perpendicularly to the transverse plane (10) - a homogeneous total thickness (h) of the basic material which always differs between adjacent grating strips (12). At least one grating web (14) extends within the transverse surface (10) over a plurality of grating strips (12).

Description

Beschreibung description
Phasenkontrast-Röntgenbildgebungsvorrichtung und Phasengitter für eine solche Phase-contrast X-ray imaging device and phase grating for such
Die Erfindung betrifft eine Phasenkontrast-Röntgenbild- gebungsvorrichtung, also eine Röntgenvorrichtung für eine Phasenkontrastbildgebung . Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Phasengitter für eine solche. Die Vorrichtung und das Phasengitter sind dabei insbesondere für eine The invention relates to a phase contrast X-ray imaging device, ie an X-ray device for phase contrast imaging. The invention further relates to a phase grating for such. The device and the phase grating are in particular for a
Phasenkontrastbildgebung im Medizinbereich vorgesehen. Phase contrast imaging in the medical field provided.
Die Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung im Allgemeinen, und Röntgenstrahlung im Speziellen, mit einem Medi- um wird üblicherweise durch Angabe eines komplexen Brechungs¬ index beschrieben. Realteil und Imaginärteil des Brechungsin¬ dex sind dabei jeweils abhängig von der materiellen Zusammensetzung des Mediums, dem der komplexe Brechungsindex zugeord¬ net ist. Während der Imaginärteil die Absorption der elektro- magnetischen Strahlung in dem Medium wiedergibt, beschreibt der Realteil des Brechungsindex die materialabhängige Phasen¬ geschwindigkeit, und damit die Brechung der elektromagneti¬ schen Strahlung. Derzeit eingesetzte Röntgenbildgebungsvorrichtungen detektie- ren meist ausschließlich die materialabhängige Strahlungsab¬ sorption in einem zu untersuchenden Objekt, wobei die Intensität der durch das Objekt transmittierten Röntgenstrahlung ortsaufgelöst aufgezeichnet wird. The interaction of electromagnetic radiation in general, and X-rays in particular, with a medi- to a complex refractive index ¬ is usually described by specifying. Real and imaginary parts of the Brechungsin ¬ dex are each dependent on the material composition of the medium to which the complex refractive index is zugeord ¬ net. While the imaginary part represents the absorption of electromagnetic radiation in the medium, the real part of the refractive index describes the material-dependent phases ¬ speed, and thus the refraction of the electromagnetic radiation ¬ rule. Currently used X-ray imaging devices usually detect only the material- dependent radiation absorption in an object to be examined, whereby the intensity of the X-ray radiation transmitted through the object is recorded spatially resolved.
Weniger verbreitet ist derzeit noch die Ausnutzung der von dem Objekt verursachten Brechung und der damit einhergehenden materialabhängigen Phasenverschiebung zum Zweck der At present, the utilization of the refraction caused by the object is less widespread and the associated material-dependent phase shift for the purpose of
Bildgebung. Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen werden derzeit entwickelt. Imaging. Corresponding methods and devices are currently being developed.
Zur messtechnischen Erfassung der Phasenverschiebung wird typischerweise ein Talbot-Lau-Interferometer eingesetzt, wie es beispielsweise in „X-ray phase imaging with a grating inter- ferometer, T. Weitkamp at al . , 8. August 2005/ Vol. 13, No . 16/OPTICS EXPRESS" beschrieben ist. Bei dem bekannten Talbot-Lau-Interferometer sind entlang einer optischen Achse eine Röntgenstrahlungsquelle, ein Phasen¬ gitter (oder Beugungsgitter) d, ein Analysegitter (oder Absorptionsgitter) G2 und ein aus einer Vielzahl von Pixeln aufgebauter Röntgendetektor angeordnet. Häufig ist zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Phasengitter zusätzlich ein Kohärenzgitter Go angeordnet, das zur Sicherstellung einer ausreichenden räumlichen Kohärenz der Röntgenstrahlung dient. Das Kohärenzgitter kann entfallen, wenn die Röntgenstrahlungsquelle bereits von Haus aus in hinreichend guter Näherung als punktförmig betrachtet werden kann. For metrological detection of the phase shift typically a Talbot-Lau interferometer is used, as it For example, in "X-ray phase imaging with a grating interferometer, T. Weitkamp et al. , August 8, 2005 / Vol. 13, No. 16 / OPTICS EXPRESS "is described. In the known Talbot-Lau interferometer are arranged along an optical axis of an X-ray source, a phase ¬ grid (or diffraction grating) d, an analysis grid (or absorption grating) G2, and a built-up from a plurality of pixels X-ray detector Frequently, a coherence grid Go is additionally arranged between the X-ray source and the phase grating, which serves to ensure sufficient spatial coherence of the X-ray radiation.The coherence grating can be dispensed with if the X-ray source can already be considered in a sufficiently good approximation as punctiform.
Als Phasengitter wird dabei allgemein ein optisches Bauteil bezeichnet, das die Phasenlage eines darauf einfallenden Strahlungsbündels quer zur Ausbreitungsrichtung der Strahlung in einer räumlich periodischen Weise verändert, wodurch dieIn this case, an optical component is generally referred to as a phase grating, which changes the phase position of a radiation beam incident thereon transversely to the propagation direction of the radiation in a spatially periodic manner, as a result of which the
Strahlung nach dem Durchlaufen des Phasengitters auf dem Analysegitter ein - in der Regel streifenförmiges - Interferenzmuster bildet. Die Periodenlänge des Kohärenzgitters ist der¬ art gewählt, dass die Interferenzmaxima der von den einzelnen Spalten des Kohärenzgitters jeweils ausgehenden Lichtbündel aufeinander abgebildet werden. Radiation after passing through the phase grating on the analysis grid a - usually stripe - forms interference pattern. The period length of the coherence of the grating is ¬ art chosen such that the maxima of the interference in each case emanating from the individual columns of the lattice coherence light beams are mapped to each other.
Das Analysegitter ist in einem Abstand di2 zu dem Phasengit¬ ter angeordnet, der dem Ein- oder Mehrfachen des Talbot- Abstands dT entspricht (di2 = k-dT; mit k = 1,2,3,...) . Hier¬ durch wird mittels des durch das Phasengitter erzeugten Interferenzmusters (sofern das Phasengitter durch eine ebene Welle bestrahlt wird) die Struktur des Phasengitters auf das Analysegitter abgebildet. The analysis grid is arranged at a distance di 2 from the phase grid , which corresponds to one or more times the Talbot distance d T (di 2 = kd T , where k = 1,2,3,. (Provided that the phase grating is illuminated by a plane wave) mapped the structure of the phase grating to the analyzer grating here ¬ through by means of the generated by the phase grating interference pattern.
Das bekannte Phasengitter weist eine gleichmäßige gestreifte Struktur aus Gitterstegen aus einem optisch vergleichsweisen dünnen Basismaterial (hier Silizium) und dazwischenliegenden Zwischenräumen auf. Die Zwischenräume sind bei üblichen Pha¬ sengittern entweder leer (luftgefüllt) oder mit nichtmetallischem Material wie z.B. Photolack gefüllt. Da für Röntgenstrahlen der Realteil des Brechungsindex in allen Ma- terialien kleiner als Eins ist, stellen die Zwischenräume für Röntgenstrahlen - anders als für sichtbares Licht - im Ver¬ gleich zu den Gitterstegen stets das optisch dichtere Medium dar. Der Begriff „optisch" wird hier und im Folgenden auch im Sinne von „röntgenoptisch" verwendet, bezieht sich somit auch auf die Wellenausbreitung von Röntgenstrahlung. The known phase grating has a uniform striped structure of lattice webs of an optically comparatively thin base material (here silicon) and intermediate Intervals on. The interspaces are either empty (air-filled) or filled with non-metallic material such as photoresist in conventional Pha ¬ sengittern. As for X-rays, the real part of the refractive index in all ma- terialien is less than one, make the spaces for X-rays - unlike visible light - in comparison ¬ equal to the grid bars always the optically denser medium is the term "optical" is here. and in the following also used in the sense of "X-ray optical", thus also refers to the wave propagation of X-radiation.
Bei dem bekannten Phasengitter bilden die Gitterstege mit den dazwischenliegenden Zwischenräumen in einer quer zur Einfallrichtung der Röntgenstrahlung auszurichtenden Transversalflä- che eine Struktur aus nebeneinanderliegenden Gitterstreifen, wobei das Basismaterial in jedem dieser Gitterstreifen in Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung eine konstante Stärke (Materialhöhe h) aufweist, die aber zwischen benachbarten Gitterstreifen stets verschieden ist. In den von den Gitter- Stegen gebildeten Gitterstreifen hat die Materialhöhe einen positiven Wert. In den von den Zwischenräumen gebildeten Gitterstreifen hat die Materialhöhe dagegen regelmäßig den Be¬ trag Null. Bei den üblicherweise eingesetzten Phasengittern handelt es in der Regel um binäre (zweistufige) Gitter, bei denen alle Gitterstege eine gleiche (erste) Materialhöhe aufweisen, und bei dem alle Zwischenräume eine gleiche (zweite) Materialhöhe (insbesondere h=0) aufweisen. Bei einem solchen Gitter wird die Phasenlage der einfallenden Röntgenstrahlung durch die variierende Materialhöhe derart beeinflusst, dass die Rönt¬ genstrahlung nach dem Durchlauf durch das Phasengitter (von Übergangseffekten abgesehen) in genau zwei Teilbündel mit jeweils gleicher, untereinander aber verschiedener Phasenlage geteilt wird. Die herkömmlicherweise eingesetzten Phasengit¬ ter erzeugen in der Regel einen Phasenhub zwischen den beiden Teilbündeln, der der Hälfte oder einem Viertel der Wellenlänge entspricht. Phasengitter des erstgenannten Typs werden auch als π-Gitter, Phasengitter des letztgenannten Typs auch als π/2-Gitter bezeichnet. In the case of the known phase grating, the grating webs form a structure of juxtaposed grating strips in a transversal surface to be aligned transversely to the direction of incidence of the x-ray radiation. The base material in each of these grating strips has a constant thickness (material height h) in the direction of incidence of the x-ray radiation between adjacent grid strips is always different. In the lattice strips formed by the grid webs, the material height has a positive value. In the space formed by the interspaces grating strips the material height against it regularly has the Be ¬ contractual zero. The phase grids commonly used are usually binary (two-stage) grids, in which all grid webs have an equal (first) material height, and in which all spaces have an equal (second) material height (in particular h = 0). In such a lattice, the phase angle of the incident X-ray radiation is affected by the varying height of material such that the Rönt ¬-radiation after passing through the phase grating (of transition effects apart) in exactly two sub-beams but with each other is divided different phase position in each case the same. The commonly employed Phasengit ¬ ter produce a phase shift between the two sub-bundles, corresponding to half or a quarter of the wavelength in the rule. Phase gratings of the former type are also referred to as π-grating, phase grating of the latter type also called π / 2 lattice.
Mittels des Röntgendetektors wird die Intensitätsverteilung des Interferenzmusters detektiert. Die Periode des durch das Phasengitter verursachten Interferenzmusters ist allerdings typischerweise deutlich kleiner als die Größe der Pixel des Röntgendetektors, so dass eine direkte Erfassung des Interfe¬ renzmusters mit dem Röntgendetektor regelmäßig nicht möglich ist. Um dennoch das Interferenzmuster vermessen zu können, ist dem Röntgendetektor daher üblicherweise das Analysegitter vorgeschaltet, mit dessen Hilfe das Interferenzmuster durch eine räumlich-periodische Ausblendung von Röntgenstrahlung abgetastet werden kann. Hierzu wird das Analysegitter in ei- ner Ebene senkrecht zur optischen Achse und der Struktur des Interferenzmusters verschoben. Alternativ zu dem Analysegit¬ ter können auch das Kohärenzgitter oder das Phasengitter verschoben werden. Für die Phasenkontrastbildgebung wird das zu untersuchendeBy means of the X-ray detector, the intensity distribution of the interference pattern is detected. However, the period of the interference pattern caused by the phase grating is typically much smaller than the size of the pixels of the X-ray detector, so that a direct detection of the Interfe ¬ ence pattern with the X-ray detector is not possible regularly. In order to still be able to measure the interference pattern, the X-ray detector is therefore usually preceded by the analysis grid, with the aid of which the interference pattern can be scanned by a spatial-periodic suppression of X-radiation. For this purpose, the analysis grid is displaced in a plane perpendicular to the optical axis and the structure of the interference pattern. As an alternative to the analysis grid , the coherence grating or the phase grating can also be shifted. For the phase contrast imaging is the examined
Objekt zwischen der Röntgenstrahlungsquelle (und dem gegebe¬ nenfalls vorhandenen Kohärenzgitter) einerseits und dem Phasengitter andererseits positioniert. Alternativ hierzu kann das Objekt auch zwischen dem Phasengitter und dem Analysegit- ter positioniert werden. In beiden Fällen verursacht das Ob¬ jekt eine ortsabhängig variierende Phasenverschiebung der Röntgenstrahlung, die das durch das Phasengitter erzeugte Interferenzmuster messbar verändert. Das veränderte Interfe¬ renzmuster wird auf die oben beschriebene Weise mittels des Röntgendetektors detektiert. Aus der gemessenen Intensitäts¬ verteilung des Interferenzmusters wird dann auf die ortsab¬ hängige Phasenverschiebung zurückgerechnet. Object between the X-ray source (and the gegebe ¬ appropriate, existing coherence grid) on the one hand and the phase grating on the other hand positioned. Alternatively, the object can also be positioned between the phase grating and the analysis grating. In both cases, the Whether ¬ ject causes a location-dependent varying phase shift of the X-ray radiation that alters the interference pattern generated by the phase grating measurable. The altered Interfe ¬ ence pattern is detected in the above described manner by means of the X-ray detector. From the measured intensity ¬ distribution of the interference pattern is then calculated back to the ortsab ¬ dependent phase shift.
Die Bildinformation wird entweder unmittelbar aus der Phase gewonnen. Alternativ kann die Bildinformation auch aus derThe image information is either obtained directly from the phase. Alternatively, the image information also from the
Dichte (d.h. der integrierten Phase) oder der Winkelstreuung (Dunkelfeld) ermitteln werden. Ferner wird mitunter das Pha- senkontrastbild mit dem gleichzeitig gewonnenen Absorptions¬ kontrastbild verrechnet, um das Bildrauschen zu reduzieren. Density (ie the integrated phase) or the angular spread (dark field). Furthermore, sometimes the phase vertical contrast image with the simultaneously obtained absorption ¬ contrast image calculated to reduce the image noise.
Der gewünschte Vorteil der Phasenkontrast-Röntgenbildgebung besteht darin, dass sich Strukturen im Weichteilgewebe (ins¬ besondere Gewebe, Wasser und Körperfette) im Phasenkontrast in der Regel stärker voneinander abheben als im Absorptionskontrast . Allerdings verursachen Talbot-Lau-Interferometer aufgrund der nötigen Gitter - je nach Absorptionsverhalten der Gitter - entweder einen vergleichsweise starken Intensitätsverlust (und bedingen somit eine hohe Röntgendosis ) oder eine ver¬ gleichsweise schlechte Sichtbarkeit des Interferenzmusters (und somit eine schlechte Auflösung der Phasenkontrastmes- sung) . Zudem weisen Talbot-Lau-Interferometer aufgrund der Gitter häufig eine vergleichsweise starke chromatische Selek¬ tivität auf. Typischerweise funktionieren die Gitter nur in einem engen Wellenlängenbereich um eine bestimmte Design- Wellenlänge gut, für die das jeweilige Gitter ausgelegt. An¬ teile der Röntgenstrahlung mit abweichenden Wellenlängen (und Quantenenergien) sind hierbei häufig nicht für die Bildgebung nutzbar oder vermindern die Bildqualität. Einer Optimierung der optischen Eigenschaften von herkömmlichen Phasengittern sind enge Grenzen gesetzt dadurch, dass komplexe Gitterstrukturen oft nicht oder zumindest nicht mit zu rechtfertigendem Aufwand herstellbar sind. Der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Phasenkontrast- Röntgenbildgebung zu verbessern. The desired advantage of the phase-contrast X-ray imaging is that structures in the soft tissue (in particular ¬ tissue, water and body fats) in phase contrast usually stand out more strongly than in the absorption contrast. However, Talbot-Lau interferometer cause because of the necessary grid - depending on the absorption behavior of the gratings - either a comparatively strong intensity loss (and therefore subject to a high X-ray dose) or a ver ¬ tively poor visibility of the interference pattern (and thus a bad resolution of the Phasenkontrastmes- solution ). In addition, Talbot-Lau interferometer have due to the lattice often a comparatively strong chromatic Selek ¬ tivity. Typically, the grids work well only in a narrow wavelength range around a particular design wavelength for which the particular grating is designed. An ¬ parts of the X-radiation with aberrant wavelengths (and quantum energies) are often not usable here for imaging or reduce the image quality. Optimization of the optical properties of conventional phase gratings is limited by the fact that complex grating structures often can not be produced, or at least can not be produced with justifiable effort. The invention has for its object to improve the phase contrast X-ray imaging.
Bezüglich eines Phasengitters für eine Phasenkontrast- Röntgenbildgebungsvorrichtung wird diese Aufgabe erfindungs- gemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich einer Phasenkontrast-Röntgenbildgebungsvorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des An¬ spruchs 8. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderi- sehe Ausgestaltungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Das erfindungsgemäße Phasengitter weist eine Transversalflä¬ che auf, die durch eine x-Achse und eine hierzu senkrechte y- Achse aufgespannt wird, und die im Wesentlichen (d.h. exakt oder zumindest näherungsweise) quer zu einer Strahlungseinfallrichtung auszurichten ist. Die vorgesehene Strahlungs- einfallrichtung definiert eine z-Achse des Phasengitters, die in der vorgesehenen Einbauposition des Phasengitters insbesondere parallel zu einer optischen Achse der Röntgenbildge- bungsvorrichtung ausgerichtet ist. Die Transversalfläche kann hierbei (als mathematisch abstrakte Struktur) innerhalb des von dem Phasengitter eingenommenen Raumvolumens grundsätzlich an beliebiger z-Position (d.h. Position entlang der z-Achse) definiert werden. Lediglich beispielhaft wird im Folgenden angenommen, dass die Transversalfläche durch die „vordere" Stirnfläche des Phasengitters gebildet ist, über die die Strahlung in das Phasengitter einfällt. Respect of a phase grating for a phase contrast X-ray imaging apparatus, this object is achieved by the features of claim 1. For a phase-contrast X-ray imaging apparatus, this object is achieved by the features of at ¬ entitlement 8. Advantageous and partly per se erfinderi- see embodiments and further developments of the invention are set forth in the dependent claims and the description below. The phase grating according to the invention has a transverse surface which is spanned by an x-axis and a y-axis perpendicular thereto, and which is to be aligned substantially (ie exactly or at least approximately) transversely to a radiation incident direction. The intended radiation incident direction defines a z-axis of the phase grating, which is aligned in the intended installation position of the phase grating, in particular parallel to an optical axis of the x-ray imaging device. The transverse surface can hereby (as a mathematically abstract structure) be defined at any z-position (ie position along the z-axis) within the space volume occupied by the phase grating. For example only, it is assumed below that the transverse surface is formed by the "front" end face of the phase grating over which the radiation is incident into the phase grating.
Die vorstehend eingeführten Achsen spannen ein karthesisches Koordinatensystem auf. Die durch die Orientierung (Pfeilrichtung) der x-, y- und z-Achse definierten Raumrichtungen sind dabei nachfolgend als (positive) x-, y- bzw. z-Richtung be¬ zeichnet. Die jeweils entgegengesetzten Raumrichtungen sind als (negative) x-, y- bzw. z-Richtung bezeichnet. Positionen auf der x-, y- und z-Achse sind als x-, y, bzw. z-Positionen bezeichnet . The axes introduced above span a Cartesian coordinate system. By the orientation (direction of arrow) of the x-, y- and z-axis defined spatial directions are referred to as (positive) x-, y- and z-direction ¬ be distinguished. The respective opposite spatial directions are designated as (negative) x, y or z direction. Positions on the x, y, and z axes are labeled as x, y, and z positions, respectively.
Analog zu herkömmlichen Phasengittern weist auch das erfindungsgemäße Phasengitter eine Vielzahl von Gitterstegen aus einem optisch vergleichsweise dünnen Basismaterial auf, wobei diese Gitterstege durch optisch dichtere Zwischenräume ge- trennt sind. An sich ebenso wie bei herkömmlichen Phasengit¬ tern sind die Gitterstege derart ausgebildet, dass sie die Transversalfläche in langgestreckte Gitterstreifen gliedern, die in x-Richtung parallel nebeneinander aufgereiht sind und sich in y-Richtung jeweils über die gesamte Transversalfläche ziehen. Diese Gitterstreifen sind dabei dadurch charakterisiert, dass das Phasengitter in jedem Gitterstreifen entlang der z-Achse (und somit in Einfallsrichtung der Röntgenstrah- lung) eine homogene (d.h. überall gleiche) Gesamtstärke an dem Basismaterial aufweist, die aber zwischen benachbarten Gitterstreifen stets verschieden ist. Wie bereits eingangs eingeführt, ist die Gesamtstärke des über einem bestimmten Punkt der Transversalfläche entlang der z-Achse vorhandenen Basismaterials auch als „Materialhöhe" bezeichnet. Die Mate¬ rialhöhe kennzeichnet hierbei die optische Weglänge des Pha¬ sengitters an dem zugehörigen Punkt der Transversalfläche. Analogous to conventional phase gratings, the phase grating according to the invention also has a plurality of grating webs made of an optically comparatively thin base material, these grating webs being separated by optically denser intermediate spaces. In itself, as well as in conventional Phasengit ¬ tern the lattice webs are formed such that they divide the transverse surface into elongated lattice strands, which are lined up next to each other in parallel in the x-direction and in each case in the y-direction over the entire transversal surface pull. These grating strips are characterized in that the phase grating in each grating strip along the z-axis (and therefore in the direction of incidence of the X-ray radiation) has a homogeneous (ie the same everywhere) total thickness of the base material, but which is always different between adjacent grating strips. As already introduced above, the total thickness of the existing above a certain point of the transverse surface along the z-axis of the base material is also referred to as "material level." The Mate ¬ rialhöhe here denotes the optical path length of Pha ¬ scorching itters at the associated point of the transverse surface.
Abweichend von herkömmlichen Phasengittern sind bei dem er- findungsgemäßen Phasengitter die von den Gitterstegen undIn contrast to conventional phase gratings are in the inventive phase grating of the grid bars and
Zwischenräumen innerhalb der Transversalfläche jeweils einge¬ nommenen Flächenbereiche aber nicht deckungsgleich mit den Gitterstreifen. Mit anderen Worten existiert keine Eins-zuEins-Zuordnung zwischen Gitterstreifen einerseits und Gitter- Stegen bzw. Zwischenräumen andererseits. Vielmehr erstreckt sich innerhalb der Transversalfläche mindestens einer der Gitterstege über mehrere Gitterstreifen. Spaces within the transverse surface respectively selected ¬ recessed surface regions but not congruent with the grating strips. In other words, there is no one-to-one association between lattice stripes on the one hand and lattice lands or gaps on the other. Rather, at least one of the lattice webs extends over a plurality of lattice strips within the transverse surface.
Da die Gitterstege, bedingt durch die einzuhaltenden Zwi- schenräume, zumindest näherungsweise parallel verlaufen müs¬ sen, erstreckt sich die gitterstreifen-übergreifende Eigen¬ schaft zwangsweise auf alle Gitterstege (mit Ausnahme von Randeffekten, nämlich etwaigen Gitterstegen an den Rändern der Transversalfläche, die sich aufgrund ihrer Randlage nur über einen Gitterstreifen erstrecken können) . Vorzugsweise erstrecken sich insbesondere - wiederum von Randeffekten abgesehen - alle Gitterstege regelmäßig über eine Vielzahl von Gitterstreifen, insbesondere über alle Gitterstreifen. Die Idee, die Gitterstege des Phasengitters gitterstreifen- übergreifend auszubilden, ermöglicht erkanntermaßen die Konstruktion von Gitterstrukturen mit komplexer räumlicher Verteilung der Materialhöhe über der Transversalfläche, die in herkömmlichem Design nicht oder allenfalls mit hohem Aufwand gefertigt werden könnten. Das gitterstreifen-übergreifende Layout der Gitterstege hat zur Folge, dass es sich bei den Gitterstreifen des erfindungsgemäßen Phasengitters - anders als bei herkömmlichen Phasengittern - um mathematischabstrakte Strukturen handelt, die in der Regel nicht unmit¬ telbar durch körperliche Strukturen des Phasengitters abge¬ bildet werden. Die Gitterstreifen sind vielmehr ausschließlich durch die vorstehend beschriebene räumliche Verteilung der Gitterhöhe und die damit verbundenen optischen Eigenschaften des Phasengitters definiert. Die Gitterstreifen ha¬ ben in einfachen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gitters vorzugsweise in x-Richtung eine homogene (d.h. für alle Gitterstreifen gleiche) Breite. Allerdings können im Rahmen der Erfindung die Gitterstreifen auch unterschiedliche Breite aufweisen. Wie nachfolgend gezeigt, sind solche Ausführungs¬ formen des Phasengitters unter bestimmten Vorgaben sogar besonders vorteilhaft. Die Gitterstege sind vorzugsweise aus Gold, Nickel oder Sili¬ zium gebildet. Die Zwischenräume sind wahlweise durch (luft- oder flüssigkeitsgefüllte) Lücken oder durch Zwischenstege aus einem optisch vergleichsweise dichten Feststoff (also ei¬ nem Feststoff mit für Röntgenstrahlen vergleichsweise großem Realteil des Brechungsindex), z.B. aus Photolack, gebildet. As the grid bars, conditioned, the spaces between the to be maintained intermediate, run at least approximately parallel Müs ¬ sen, the grating strips of cross-self ¬ shaft extends forcibly to all the grid webs (with the exception of edge effects, namely any grid bars at the edges of the transverse surface, which can only extend over a grid strip due to their peripheral location). In particular, all grating webs preferably extend over a multiplicity of grating strips, in particular over all grating strips, again, apart from edge effects. The idea of forming the lattice webs of the phase lattice across grids makes it possible, as is known, to construct lattice structures with a complex spatial distribution of the height of the material above the transversal surface conventional design could not or at most be made with great effort. The grid stripe-cross layout of the grid webs with the result that it is in the grating strips of the phase grating according to the invention - is to mathematically abstract structures forms ¬ not usually UNMIT ¬ telbar abge by physical structures of the phase grating - unlike conventional phase gratings. Rather, the grating strips are defined solely by the above-described spatial distribution of the grating height and the associated optical properties of the phase grating. The grating strips ha ¬ ben preferably in the x-direction, a homogeneous (that is the same for all lattice stripes) in simple embodiments of the invention grating width. However, within the scope of the invention, the grid strips may also have different widths. As shown below, such execution ¬ shape of the phase grating are even more advantageous in certain specifications. The grid bars are preferably formed of gold, nickel or Sili ¬ zium. The gaps are (ei ¬ nem solid thus with X-ray comparatively large real part of the refractive index) optionally substituted by (air or liquid filled) voids or by intermediate webs from an optically comparatively dense solid, for example, of photoresist is formed.
Das Phasengitter ist vorzugsweise in einem photolithographischen Herstellungsverfahren, insbesondere dem sogenannten LIGA (Lithographie-Galvanik-Abformung- ) -Verfahren oder mittels reaktivem Ionen-Ätzen hergestellt. The phase grating is preferably produced in a photolithographic production method, in particular the so-called LIGA (lithographic electroplating-molding) method or by means of reactive ion etching.
Ein einschränkender Faktor für die Herstellung der Phasengitter ist dabei das durch Herstellungsverfahren begrenzte A limiting factor for the production of the phase gratings is the limited by manufacturing process
Aspektverhältnis, das bei gegebener Gitterhöhe in z-Richtung durch die einzuhaltenden Minimalabstände zwischen den Seitenwänden der Gitterstege bestimmt ist, nämlich durch die mini¬ male Stärke der Gitterstege sowie die minimale Stärke der Zwischenräume . In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind die Gitterstege dabei derart ausgebildet, dass sie innerhalb der Transversalfläche mit diagonaler (also in einem 0° überstei- genden und 90° unterschreitenden Winkel zu der y-Achse ste¬ hender) Vorzugsrichtung über mehrere Gitterstreifen verlaufen. Die Vorzugsrichtung ist dabei durch die über mehrere Gitterstreifen gemittelte Orientierung der Gitterstege innerhalb der Transversalfläche gebildet. Lokal, d.h. innerhalb eines einzelnen Gitterstreifens, können die Gitterstege auch parallel zu der x-Achse oder der y-Achse verlaufen. Insbesondere kann der hinsichtlich seiner Vorzugsrichtung diagonal über die Transversalfläche verlaufende Gittersteg stufenartig aus Abschnitten zusammengesetzt sein, die alternierend paral- lel zu der x-Achse bzw. der y-Achse ausgerichtet sind. Aspect ratio, which is determined at a given grid height in the z direction by the minimum distances between the side walls of the grid bars to be observed, namely by the mini ¬ male strength of the grid bars and the minimum thickness of the spaces. In an expedient embodiment of the invention, the grid bars are formed such that they extend within the transverse surface with diagonal (ie in a 0 ° überstei- constricting and 90 ° below border angle to the y-axis ste ¬ budding) preferential direction over a plurality of grid strips. The preferred direction is formed by the averaged over a plurality of grid strips orientation of the grid bars within the transverse surface. Locally, ie within a single grid strip, the grid bars can also run parallel to the x-axis or the y-axis. In particular, the lattice web extending diagonally across the transversal surface with respect to its preferred direction can be composed in a step-like manner of sections which are aligned alternately parallel to the x-axis or the y-axis.
Erkanntermaßen können durch das vorstehend beschriebene dia¬ gonale Layout der Gitterstege bei gegebener Gitterhöhe und gegebenen Beugungseigenschaften der Gitterstreifen besonders große Minimalabstände zwischen den Seitenwänden der Gitterstege - sowohl innerhalb der Gitterstege als auch zwischen benachbarten Gitterstegen - eingehalten werden. Dies ermöglicht wiederum die Fertigung von Phasengittern mit besonders großer Gitterhöhe in z-Richtung oder besonders geringer Brei- te der Gitterstreifen. Solche Phasengitter ermöglichen die Realisierung von Phasenkontrast-Röntgenbildgebungs- vorrichtungen mit besonders geringer Einbaulänge und besonders hoher Empfindlichkeit. In bevorzugter Ausführung sind die Gitterstege jeweils nachAs can be seen, the above-described dia ¬ gonal layout of the grid bars for a given grid height and given diffraction properties of the grid strip particularly large minimum distances between the side walls of the grid bars - both within the grid bars and between adjacent grid bars - be maintained. This in turn allows the production of phase gratings with a particularly large grid height in the z-direction or particularly small width of the grid strip. Such phase gratings enable the realization of phase-contrast X-ray imaging devices with a particularly short installation length and particularly high sensitivity. In a preferred embodiment, the grid bars are each after
Art von in y-Richtung geneigten schiefen Prismen geformt, deren Grundfläche und Deckfläche jeweils in den zur Transver¬ salfläche parallelen Stirnflächen des Phasengitters liegen. In dieser Ausführung wird das Phasengitter insbesondere durch ein photolithographisches Verfahren, insbesondere LIGA, unter Schrägbelichtung der Photolackschicht durch Röntgenstrahlung hergestellt. Die Grundfläche und die gegenüberliegende Deck¬ fläche des Prismas haben hierbei in der Regel jeweils eine komplexe, polygonale Form. An den Seitenrändern des Phasengitters können die Gitterstege im Rahmen der Erfindung - abweichend von einer reinen Prismenform - zur Bildung von in z- Richtung ausgerichteten Randflächen abgeschnitten sein. Kind of inclined in the y direction oblique prisms formed, whose base and top surface each lying in the plane parallel to the Transver ¬ salfläche end surfaces of the phase grating. In this embodiment, the phase grating is produced in particular by a photolithographic method, in particular LIGA, under oblique exposure of the photoresist layer by X-radiation. The base and the opposite deck ¬ surface of the prism have here usually each one complex, polygonal shape. In the context of the invention, the lattice webs on the side edges of the phase lattice may be cut off to form z-directional edge surfaces, as distinct from a pure prismatic shape.
Die Gitterstege sind insbesondere derart ausgebildet und an¬ geordnet, dass in jedem Gitterstreifen eine sich in y- Richtung mit einer y-Periodenlänge wiederholende Material¬ struktur ergibt. Die Gitterstege sind also derart gestaltet, dass sie in einem Gitterstreifen stets parallelverschobene, kongruente und gleichmäßig beabstandete Flächenabschnitte einnehmen. Die Gitterstege sind dabei derart in y-Richtung geneigt, dass die zu der Grundfläche entgegengesetzte Deck¬ fläche eines jeden Gitterstegs gegenüber der Grundfläche um eine ganze Anzahl von Periodenlängen, insbesondere um genau eine Periodenlänge versetzt ist. Die beiden in z-Richtung ge¬ genüberliegenden Stirnflächen des Phasengitters weisen somit ein identisches Layout, also eine identische, aus Gitterste¬ gen und Zwischenräumen gebildete Materialstruktur auf. The grid strips are particularly constructed and arranged to ¬ that in each grid strip results in a y-direction with a y-period length repetitive material ¬ structure. The grid webs are thus designed such that they always occupy parallel-displaced, congruent and uniformly spaced surface sections in a grid strip. The grid strips are so inclined in the y direction, that the opposite to the base deck ¬ area of each grid bar opposite the base by a whole number of period lengths, and in particular to a period length is exactly offset. The two ge ¬ genüberliegenden in the z-direction end surfaces of the phase grating thus have an identical layout, so an identical, formed from Gitterste ¬ gene and spaces material structure.
Vorzugweise sind die Seitenflächen der Gitterstege, über die die Gitterstege an die benachbarten Zwischenräume angrenzen, jeweils alternierend gebildet aus ersten Teilflächen, die pa¬ rallel zur y-Achse ausgerichtet sind, und zweiten Teilflä- chen, die parallel oder diagonal zur x-Achse ausgerichtet sind. Die ersten und zweiten Teilflächen sind hierbei vorzugsweise jeweils durch ebene (ungekrümmte) Flächenabschnitte gebildet. Die zweiten Flächenabschnitte erstrecken sich in¬ nerhalb der Transversalfläche zweckmäßigerweise stets über eine ganze Anzahl von Gitterstreifen. Der Übergang zwischen ersten und zweiten Teilflächen einer Seitenfläche fällt somit vorzugsweise jeweils mit dem Übergang zwischen zwei Gitter¬ streifen zusammen. Die vorstehend erwähnte diagonale Anstellung der zweitenPreferably, the side surfaces of the lattice webs on the adjacent grid strips to the adjacent intermediate spaces, in each case alternately formed of first surface portions, which are pa ¬ rallel aligned to the y axis, and second partial surfaces, which are aligned parallel or diagonal to the x-axis are. The first and second partial surfaces are preferably each formed by flat (non-curved) surface sections. The second surface portions extend in the transverse surface ¬ nerhalb advantageously always a whole number of grid strips. The transition between the first and second partial surfaces of a side surface thus preferably coincides with the transition between two lattice strips . The aforementioned diagonal employment of the second
Teilflächen der Gitterstege gegen die x-Achse ist vorteil¬ haft, zumal sich hierdurch vergleichsweise flache Winkel zwi¬ schen ersten und zweiten Teilflächen desselben Gitterstegs ergeben, wodurch die fertigungstechnisch durch Partial areas of the grid webs against the x-axis is advantageous ¬ way, especially as thus comparatively flat angle Zvi ¬'s first and second surface portions of the same grid bar resulting, whereby the manufacturing technology by
Eckenverrundung bedingte Störung der Gitterstruktur klein gehalten wird. Der den Anstellwinkel der Gitterstege gegen die die x-Achse charakterisierende Gradient g = Δγ/Δχ in der Transversalfläche ist hierbei vorzugsweise derart gewählt, dass sein Absolutbetrag 0,5 nicht überschreitet (0 < |g| < 0,5) . Dieser Gradient g ist nachfolgend auch als „Offset- Steigung" bezeichnet. Innerhalb desselben Gitterstreifens verlaufen zweckmäßigerweise alle zweiten Teilflächen (d.h. die zweiten Teilflächen aller Gitterstege, die diesen Gitterstreifen durchqueren) parallel, also in x-Richtung oder diagonal mit gleicher Offset- Steigung. In verschiedenen Gitterstreifen können die zweiten Teilflächen der Gitterstege im Rahmen der Erfindung allerdings unterschiedliche Offset-Steigungen aufweisen. Da die Offset-Steigung hierbei jeweils die beiden Materialkanten eines Gitterstegs in einem Gitterstreifen gleichermaßen betrifft, ändert sie die in diesem Gitterstreifen codierte Pha- senverschiebung nicht.  Corner rounding conditional disturbance of the lattice structure is kept small. The angle of attack of the lattice webs against the gradient g = Δγ / Δχ in the transverse surface characterizing the x-axis is hereby preferably selected such that its absolute value does not exceed 0.5 (0 <| g | <0.5). This gradient g is also referred to below as "offset slope." Within the same grid strip, all second subareas (ie, the second subareas of all grid webs traversing this grid strip) expediently run parallel, ie in the x direction or diagonally with the same offset pitch. In the case of the invention, however, the second partial areas of the grid bars may have different offset slopes in different grid strips, since the offset slope affects the two material edges of a grid bar in a grid strip equally, it does not change the phase shift coded in this grid bar.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform des Phasengitters verläuft jeder Gittersteg innerhalb der Transversalfläche in al¬ ternierenden Abschnitten mit diagonaler Vorzugsrichtung in positiver y-Richtung und in negativer y-Richtung. Die Gitterstege weisen also Knickstellen auf. Bevorzugt sind die Git¬ terstege in regelmäßigen Abständen entlang der x-Achse alternierend gegensätzlich geknickt, so dass der jeweilige Gitter¬ steg innerhalb der Transversalfläche mäandrieren um die x- Achse läuft. Durch das ein- oder mehrfach geknickte Layout für die Gitterstege werden bei der Herstellung des Phasengit¬ ters im LIGA-Verfahren die zunächst durch Belichtung mit Röntgenstrahlung und anschließende Entwicklung herausgearbei¬ teten Zwischenstege aus Photolack mechanisch stabilisiert. In an expedient embodiment of the phase grating, each grating web runs within the transverse surface in al ¬ ternierenden sections with diagonal preferred direction in the positive y-direction and in the negative y-direction. The grid bars thus have kinks. Git ¬ TerStege at regular intervals along the x-axis are preferably kinked alternately oppositely, so that the respective grating ¬ web meander within the transverse surface running around the x axis. By mono- or polysubstituted folded layout for the grid webs, the mechanically stabilized in the preparation of Phasengit ¬ ters in the LIGA process, first by exposure to X-radiation and subsequent development herausgearbei ¬ ended intermediate webs of photoresist.
Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Phasengitter als binäres (zweistufiges) Gitter ausgestaltet sein, bei dem die Materialhöhe in x-Richtung (d.h. mit der Abfolge der aneinan- dergereihten Gitterstreifen) alternierend zwischen genau zwei Werten hin- und herspringt. Bevorzugt ist das erfindungsgemä¬ ße Phasengitter allerdings als mehrstufiges Gitter ausgebil¬ det. Der Begriff „mehrstufig" ist hier und im Folgenden im Sinne von „mehr als zweistufig" gebraucht und bezeichnet so¬ mit ein Phasengitter, bei dem die Materialhöhe zwischen mindestens drei Werten wechselt. Mit einem mehrstufigen Phasengitter lassen sich erkanntermaßen besonders günstige optische Eigenschaften erzielen. So lässt sich für ein solches Phasen- gitter ein höherer Wert für das Produkt aus Empfindlichkeit und Sichtbarkeit erzielen als für herkömmliche binäre Phasen¬ gitter. Insbesondere lässt sich bei einem mehrstufigen Gitter die chromatische Selektivität des Phasengitters besonders ge¬ ring halten. Es kann somit einerseits bei gegebener Empfind- lichkeit durch die vorstehend beschriebene Gestaltung desIn principle, the phase grating according to the invention can be configured as a binary (two-stage) grating in which the material height in the x-direction (ie with the sequence of the adjacent rows of lattice stripes) alternately jump back and forth between exactly two values. Preferably, however, the invention shown SSE phase grating is provided as a multi-level grating ausgebil ¬ det. The term "multistage" is used here and below in the sense of "more than two stages" and thus designates ¬ with a phase grating in which the material height changes between at least three values. With a multi-stage phase grating, it is recognized that particularly favorable optical properties can be achieved. Sun can be achieved than for conventional binary phase grating ¬ a higher value for the product of sensitivity and visibility of such a phase grating. In particular, in the case of a multistage grating, the chromatic selectivity of the phase grating can be kept particularly low . Thus, on the one hand, given its sensitivity, it can be achieved by the above-described design of the
Phasengitters die Sichtbarkeit erhöht werden, weil das Pha¬ sengitter polychromatische Röntgenstrahlung besser toleriert. Andererseits kann die Empfindlichkeit erhöht werden, ohne im Vergleich zu einem herkömmlichen Phasengitter die Sichtbar- keit zu beeinträchtigen. Da die für die Erzielung einer vorgegebenen Bildqualität erforderliche Röntgendosis quadratisch mit dem Produkt aus Empfindlichkeit und Sichtbarkeit zusam¬ menhängt, ermöglicht die erfindungsgemäße Gestaltung des Pha¬ sengitters eine erhebliche Reduzierung der Röntgendosis, ohne dass dies durch einen Verlust an Bildqualität in Kauf genom¬ men werden müsste. Phase lattice visibility can be increased because the Pha ¬ sengitter polychromatic X-ray better tolerated. On the other hand, the sensitivity can be increased without impairing the visibility in comparison with a conventional phase grating. Since the time necessary to achieve a given image quality x-ray dose menhängt square together ¬ with the product of sensitivity and visibility, the inventive design of the Pha ¬ scorching itters allows a considerable reduction of the X-ray dose without that this will be caused by a loss of image quality in purchase genome ¬ men would.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind bei dem Phasengitter oder der damit ausgestatteten Phasenkontrast- Röntgenbildgebungsvorrichtung ferner ein oder mehrere der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungsmerkmale verwirklicht, um die optischen Eigenschaften des Phasengitters zu optimie¬ ren : (1) Reduzierung der Periode des Kohärenzgitters: In preferred embodiments of the invention, in the phase grating or the so-equipped phase contrast X-ray imaging apparatus further comprises one or realized more of the design features described above to the optical properties of the phase grating to optimization ¬ ren: (1) reduction of the period of coherence grating:
Vorzugsweise ist das Phasengitter derart gestaltet, dass es (bei Bestrahlung mittels einer punktförmigen Röntgenstrahlen- quelle) schmale Interferenzmaxima in der Ebene des Analyse¬ gitters erzeugt, deren Breite ein Viertel der Periodenlänge P2 des Analysegitters unterschreitet. Dies ermöglicht es, die Periodenlänge o des Kohärenzgitters im Vergleich zu üblichen Designs auf einen Bruchteil zu reduzieren (z.B. zu halbieren, zu dritteln, etc.) . Das Kohärenzgitter wird somit derart ge¬ staltet, dass die Interferenzmaxima zweier von benachbarten Spalten des Kohärenzgitters ausgehender Strahlungsbündel ver¬ setzt zueinander auf das Analysegitter abgebildet werden. Hierdurch werden zwischen je zwei Interferenzmaxima einesPreferably, the phase grating is designed such that it (when irradiated by means of a punctiform X-ray radiation) source) narrow interference maxima generated in the plane of the analysis ¬ grating, the width of a quarter of the period length P 2 of the analyzer grating below. This makes it possible to reduce the period length o of the coherence grating to a fraction (eg to halve, to divide, etc.) compared to conventional designs. The coherence grating is thus staltet ¬ ge such that the interference maxima of two ver of adjacent columns of the lattice coherency of outgoing radiation beam ¬ sets to each other on the analyzer grating are illustrated. As a result, between every two interference maxima of a
Strahlungsbündels eine entsprechende Anzahl von weiteren In¬ terferenzmaxima erzeugt. Mithin wird die - auch als Radiation bundle generates a corresponding number of other In ¬ terferenzmaxima. Thus, the - as well as
Multiplizität m bezeichnete - Anzahl der pro Periode des Pha¬ sengitters erzeugten Interferenzmaxima erhöht. Dies erhöht die Empfindlichkeit, ohne dass die Breite des Spektrums ein¬ geschränkt würde. Multiplicity m called - increasing number of interference maxima generated per period of Pha ¬ scorching itters. This increases the sensitivity without the width of the spectrum would be limited ¬ .
Beispielsweise wird im Vergleich zu dem typischen Aufbau ei¬ ner herkömmlichen Phasenkontrast- Röntgenbildgebungsvorrichtung die Periodenlänge po des Kohä¬ renzgitters halbiert (was einer Verdoppelung der For example, the period length is compared to the typical construction ei ¬ ner conventional phase contrast X-ray imaging device po of Kohä ¬ ence lattice (halved what a doubling of
Multiplizität entspricht) . Entsprechend wird die Periodenlän¬ ge P2 des Analysegitters halbiert, wohingegen der Abstand di2 zwischen dem Phasengitter und dem Analysegitter vorzugsweise beibehalten wird. Hierdurch werden die Empfindlichkeit S verdoppelt und der Empfindlichkeitsfaktor f des Phasengitters vervierfacht . Multiplicity corresponds). Accordingly, the Periodenlän ¬ ge P 2 of the analyzer grating is halved, whereas the distance d 2 is preferably maintained between the phase grating and the analyzer grating. This doubles the sensitivity S and quadruples the sensitivity factor f of the phase grating.
Die Phasengitter, die sich für diese Konstruktion eignen, ha- ben oft zunächst nur z.B. den halben The phase gratings which are suitable for this construction often initially have only e.g. half
Empfindlichkeitsfaktor f=k/4 im Vergleich zu herkömmlichen π- Gittern ( für die f=k/2 gilt) . Durch die Halbierung von p0 und P2 erreichen diese Phasengitter jedoch mit f=k im Vergleich zu π-Gittern den doppelten Empfindlichkeitsfaktor. Sensitivity factor f = k / 4 compared to conventional π-gratings (for which f = k / 2 applies). By halving p 0 and P 2 , however, these phase gratings with f = k reach twice the sensitivity factor in comparison to π gratings.
Detail-Hinweise : - Die Streifenanzahl des Phasengitters pro Periode und die Anzahl der von dem Phasengitter auf dem Analysegitter pro Periode des Phasengitters erzeugten Interferenzmaxi- ma (bei paralleler Beleuchtung) müssen keine gemeinsamen Teiler aufweisen. Ein Phasengitter mit 7 Streifen gleicher Breite Pi/7 pro Periodenlänge pi kann beispielswei¬ se auf dem Analysegitter 2 oder 3 Interferenzmaxima pro Periode des Phasengitters hervorrufen (im Abhängigkeit von dem gewählten Abstand di2) · Detail notes: The number of fringes of the phase grating per period and the number of interference maxima generated by the phase grating on the analysis grating per period of the phase grating (with parallel illumination) need not have any common divisors. A phase grating having 7 strips of equal width Pi / 7 per period length pi can beispielswei ¬ se on the analysis grid 2 or 3 interference maxima per period of the phase grating cause (in dependence on the selected distance di 2) ·
- Materialhöhen können zunächst derart bestimmt oder aus¬ legt werden, dass in dem Abstand di2 alle Strahlen an einer x-Position mit derselben Phase eintreffen. Bei fester x-Position auf dem Analysegitter gilt dies für alle Perioden des Phasengitters. Je mehr Streifen es pro Gitterperiode gibt, desto mehr ähnelt diese Konstruktion einer diskretisierten Linse. Diese x-Stelle auf dem Ana¬ lysegitter kann (wiederum bei paralleler Beleuchtung) auf dem Phasengitter z.B. einer Streifenmitte („c" = „center") oder einer Streifengrenze („b" = „border") entsprechen. Interessanterweise ergeben sich auch sinnvolle Gitter mit zum Teil größerem Empfindlichkeitsfaktor f, wenn man „einen Vorzeichenfehler begeht" und die Phasenverschiebungen ΔΦ jedes Streifens ersetzt durch 2π—ΔΦ. Hat man für k=l eine Gitter-Geometrie, so kann es sinnvoll werden, diese bei k>l jeweils lokal für eine Änderung zu optimieren, nacheinander Streifenbreiten unterschiedlich zu wählen oder Phasenverschiebungen je Streifen anzupassen. Diese lokalen Optimierungen werden insbesondere angewendet, um das Phasengitter an ein kon¬ kret vorgegebenes polychromatischem Spektrum der einzustrahlenden Röntgenstrahlung anzupassen. - Material heights can first be determined or laid out ¬ lays that arrive at the distance di 2 all the rays at an x-position with the same phase. For a fixed x-position on the analysis grid, this applies to all periods of the phase grating. The more stripes there are per grating period, the more this construction resembles a discretized lens. These x-position on the Ana ¬ lysegitter can (again with parallel light) on the phase grating, for example, a strip center ( "c" = "center") corresponding to a strip or border ( "b" = "border"). Interestingly enough, meaningful grids with partly greater sensitivity factor f result if one "commits a sign error" and the phase shifts ΔΦ of each strip are replaced by 2π-ΔΦ for a change to optimize for k> l each locally to choose different successively strip widths or adjust phase shifts per strip. These local optimizations are used in particular to adjust the phase grating to a kon ¬ kret predetermined polychromatic spectrum of be irradiated X-rays.
- Optimale Materialhöhen und Streifenbreiten können, insbesondere wenn der Abstand di2 zwischen dem Phasengitter und dem Analysegitter einem Mehrfachen des Talbot- Abstandes entspricht (k > 1), leicht von den analytisch ermittelten Materialhöhen und Streifenbreiten abweichen. Dies kann sinnvoll sein, um den Aufbau besser an das konkrete Röhrenspektrum anzupassen. - Optimal material heights and strip widths, especially if the distance di 2 between the phase grating and the analysis grid corresponds to a multiple of the Talbot distance (k> 1), may differ slightly from the analytically determined material heights and strip widths. This can be useful to better adapt the structure to the specific tube spectrum.
- Die Reduzierung der Periode des Kohärenzgitters ist auch dann möglich (und sogar besonders sinnvoll) , wenn zwi¬ schen den ursprünglichen schmalen, aber intensiven - The reduction of the period of coherence grid is also possible (and even especially useful) when Zvi ¬ reflect the original narrow but intense
Hauptmaxima des Interferenzmusters noch weitere schwä¬ chere Interferenzmaxima vorkommen, die aber bei Reduzie¬ rung der Periode des Kohärenzgitters mit den verschobe- nen Hauptmaxima zusammenfallen (und damit plötzlich positiv zur Sichtbarkeit beitragen) . Main maxima of the interference pattern still occur more schwä ¬ chere interference maxima, but coincide with Reduzie ¬ tion of the period of consistency with the grid verschobe- nen major peaks (and thus suddenly positively contribute to the visibility).
Die vorstehend beschriebene Reduzierung der Periode des Kohärenzgitters stellt eine eigenständige Erfindung dar, die grundsätzlich auch vorteilhaft bei Phasenkontrast- Röntgenbildgebungsvorrichtungen mit andersartigen (nicht erfindungsgemäßen) Phasengittern einsetzbar ist, sofern diese Phasengitter hinreichend schmale Interferenzmaxima erzeugen . The above-described reduction of the period of the coherence grating constitutes an independent invention, which can in principle also be used advantageously in phase-contrast X-ray imaging devices with different (not according to the invention) phase grids, provided that these phase grids produce sufficiently narrow interference maxima.
(2) Reduktion von Farbfehlern durch Verschieben der Phase um Mehrfache von 2π: (2) Reduction of chromatic aberrations by shifting the phase by multiples of 2π:
Wird die Materialhöhe an bestimmten Gitterstreifen um ein Höhenintervall Ah = δ · λ0 erhöht oder erniedrigt (wobei δ ein Dekrement im komplexen Brechungsindex des Basismaterials mit n = Ι-δ+iß ist) , so wird die Phase eines durch diese Gitter¬ streifen transmittierten Teilstrahls von Röntgenstrahlung der Design-Energie λ0 um 2π gegenüber einem Teilstrahl, der eine um Ah geringere bzw. größere Materialhöhe durchläuft, ver¬ schoben. Entsprechend wird die Wellenfront des durch den er¬ höhten Gitterstreifen transmittierten Teilstrahls um eine Wellenlänge verschoben. Diese Modifikation lässt die opti¬ schen Eigenschaften des Phasengitters bei der Design-Energie unverändert. Allerdings verhält sich das solchermaßen modifi¬ zierte Gitter bei abweichenden Energien (bzw. Wellenlängen) der Röntgenstrahlung anders. Da lediglich Unterschiede der Materialhöhe zwischen den be¬ nachbarten Gitterstreifen zählen, kann die Materialhöhe aller Gitterstreifen dabei stets verkürzt werden, so dass die Git¬ terstreifen mit der geringsten Materialhöhe eine verschwin- dende Materialhöhe (h « 0) erhalten. If the height of material at certain grating strips to a height interval Ah = δ · λ 0 is increased or decreased (where δ a decrement in the complex refractive index of the base material with n = Ι-δ + is ISS), the phase of a transmitted strip through this grating ¬ Partial beam of X-rays of the design energy λ 0 by 2π compared to a partial beam, which passes through a lower or greater material height Ah, ver pushed. Accordingly, the wavefront of light transmitted through he grating strips ¬ creased partial beam is shifted by one wavelength. This modification allows the opti ¬ rule properties of the phase grating in the design of energy unchanged. However, the thus-modifi ed ¬ grating at different energies (or wavelengths) of the X-ray radiation behaves differently. Since only differences in the height of material between the be ¬ neighboring lattice strips include that material height of all lattice strips so that the Git ¬ terstreifen with the least material height one disappear Dende material height (h «0) can always be reduced about to receive.
Beispielsweise sei angenommen, dass die Gitterstreifen des Phasengitters in regelmäßiger Abfolge die drei Materialhöhen h0 = 0, hi = ΙΟμη und h2 = 30μη aufweisen, und dass das Höhen- intervall Ah den Wert 50μη hat. For example, assume that the lattice stripes of the phase lattice have the three material heights h 0 = 0, hi = ΙΟμη and h 2 = 30μη in a regular sequence, and that the height interval Ah has the value 50μη.
In diesem Fall kann die Materialhöhe h0 um das Höhenintervall Ah auf h0 = 50μη erhöht werden. In einem weiteren Schritt können die Materialhöhen h0, hi, h2 um je ΙΟμη gekürzt werden, so dass die Materialhöhe hi den Wert Null annimmt: h0 = 40μιη, hi = 0 und h2 = 20μιη. In ähnlicher Weise können in weiteren Schritten die Materialhöhe hi um das Höhenintervall Ah auf hi = 50μη erhöht, und die Materialhöhen h0, hi, h2 um je 20μm ge¬ kürzt werden, so dass die Materialhöhe h2 den Wert Null an- nimmt: h0 = 20μιη, hi = 30μm und h2 = 0. Alle vorstehend be¬ schriebenen Modifikationen der Gitterstruktur können hierbei vorgenommen werden, ohne die optischen Eigenschaften des Phasengitters bei der Design-Wellenlänge zu ändern. Bei einem L-stufigen Phasengitter, bei dem die Gitterstreifen des Phasengitters L (mit L = 2,3,4,...) verschiedene Material¬ höhen aufweisen, sind auf diese Weise L verschiedene Modifi¬ kationen desselben Gittertyps erzeugbar. Selbst bei binären Phasengittern (mit L = 2) - allerdings nicht bei π-Gittern und π/2-Gittern - wirkt das modifizierte Gitter anders aufIn this case, the material height h 0 at the height interval Ah to h = 0 50μη can be increased. In a further step, the material heights h 0 , hi, h 2 can be shortened by ΙΟμη, so that the material height hi assumes the value zero: h 0 = 40μιη, hi = 0 and h 2 = 20μιη. Similarly, in further steps, the material height hi to the height interval Ah increased to hi = 50μη, and the material height h 0, hi, 2 are ge ¬ shortened to each 20 .mu.m h, so that the material height h 2 assumes the value zero Toggle : h 0 = 20μιη, hi = 30μm and h 2 = 0. All above-described ¬ modifications of the lattice structure can be made here, without changing the optical properties of the phase grating at the design wavelength. In a L-level phase grating in which the grating strips of the phase grating L (L = 2,3,4, ...) have different material ¬ heights, various modifi cations ¬ same lattice type can be produced in this way L. Even with binary phase gratings (with L = 2) - but not with π-gratings and π / 2-gratings - the modified lattice works differently
Röntgenstrahlung mit von der Design-Wellenlänge abweichender Wellenlänge als das ursprüngliche Phasengitter. X-radiation with wavelength different from the design wavelength than the original phase grating.
Mitunter hat es sich ferner als vorteilhaft für die Sichtbar- keit unter Bestrahlung des Phasengitters mit At times, it has also been found to be advantageous for the visibility under irradiation of the phase grating
polychromatischer Röntgenstrahlung herausgestellt, auch die Materialhöhe solcher Gitterstreifen, die bereits ursprünglich eine von Null verschiedene Materialhöhe aufweisen, um das Ein- oder Mehrfache des Höhenintervalls Ah zu überhöhen. polychromatic X-ray radiation, also the material height of such lattice strips, already original have a nonzero material height to increase one or more times the height interval Ah.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
FIG 1 in einer grob schematischen Schnittdarstellung eine Phasenkontrast-1 is a rough schematic sectional view of a Phasenkontrast-
Röntgenbildgebungsvorrichtung mit einem Phasen- gitter, X-ray imaging device with a phase grating,
FIG 2 in schematischer Ansicht auf eine Transversal¬ fläche ausschnitthaft ein Layout für das Pha¬ sengitter, wobei die Transversalfläche von dia- gonal verlaufenden Gitterstegen aus einem Basismaterial und dazwischen angeordneten Zwischenräumen durchzogen ist, und wobei die FIG 2 is a schematic view of a transversal cut-out area by way ¬ a layout for the Pha ¬ scorching itter, wherein the transverse surface of diagonally extending grid strips of a base material and interposed spaces is traversed, and wherein the
Transversalfläche in eine Anzahl paralleler Gitterstreifen gegliedert ist, wobei das Pha- sengitter in jedem Gitterstreifen in Strah- lungsausbreitungsrichtung eine konstante, zwischen benachbarten Gitterstreifen aber verschiedene Gesamtstärke (Materialhöhe) an dem Basismaterial aufweist,  Transversal surface is divided into a number of parallel grid strip, wherein the phase grid in each grid strip in the direction of radiation propagation direction has a constant total thickness (material height) between adjacent grid strips on the base material,
FIG 3 bis 17 in Darstellung gemäß FIG 2 alternative Layouts für das Phasengitter, 3 to 17 show an illustration according to FIG. 2 alternative layouts for the phase grating, FIG.
FIG 18 in drei übereinander angeordneten Diagrammen der Röntgenintensität über der y-Achse das In¬ terferenzmuster des Phasengitters gemäß FIG 9 (mittleres Diagramm) und eines dreistufigen Vergleichsgitters (oberes Diagramm) sowie für das Phasengitter gemäß FIG 9 das Interferenz- muster bei halbierter Gitterperiode des Kohä¬ renzgitters (unteres Diagramm) , FIG 19 in zwei übereinander angeordneten Diagrammen gemäß FIG 18 das Interferenzmuster des Phasengitters gemäß FIG 15 bei standardgemäßer Git¬ terkonstante des Kohärenzgitters (oberes Dia¬ gramm) sowie bei gedrittelter Gitterkonstante des Kohärenzgitters (unteres Diagramm) , und FIG 18 in three superposed diagrams of X-ray intensity on the y-axis, the in ¬ interference pattern of the phase grating shown in FIG 9 (middle panel) and a three-stage comparison grating (upper diagram) as well as the phase grating shown in FIG 9, the interference pattern with half the grating period of the Kohä ¬ rence grating (bottom graph), FIG 19 in two superimposed diagrams shown in FIG 18, the interference pattern of the phase grating shown in FIG 15 at standard according Git ¬ terkonstante the coherence grating (upper slide ¬ gram) as well as gedrittelter lattice constant of the coherence grating (bottom graph), and
FIG 20 in einem Diagramm gemäß FIG 18 das Interferenzmuster des Phasengitters gemäß FIG 17. 20 shows a diagram according to FIG. 18 of the interference pattern of the phase grating according to FIG. 17.
Einander entsprechende Teile, Größen und Strukturen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts, sizes and structures are always provided with the same reference numerals in all figures.
Die in FIG 1 schematisch dargestellte ( Phasenkontrast-Rönt- genbildgebungs- ) Vorrichtung 2 umfasst eine Röntgenquelle 4, ein Kohärenzgitter Go, ein Phasengitter d, ein Analysegitter G2 sowie einen aus einer Vielzahl von Pixeln P aufgebauten Röntgendetektor 6. Dem Aufbau lässt sich dabei eine Achse z (nachfolgend als z- Achse oder optische Achse 8 bezeichnet) zuordnen, welche im Falle des Ausführungsbeispiels in einer z-Richtung ausgerich¬ tet ist. Die einzelnen optischen Elemente der Röntgenvorrich- tung 2 sind im Ausführungsbeispiel eben ausgestaltet, entlang dieser optischen Achse 8 angeordnet und jeweils senkrecht zu dieser ausgerichtet. The (phase-contrast X-ray imaging) device 2 shown schematically in FIG. 1 comprises an X-ray source 4, a coherence grating Go, a phase grating d, an analysis grating G2 and an X-ray detector 6 constructed from a multiplicity of pixels P. Assign axis z (hereinafter referred to as z-axis or optical axis 8), which in the case of the embodiment in a z-direction is rich ¬ tet. In the exemplary embodiment, the individual optical elements of the X-ray device 2 are configured in a planar manner, arranged along this optical axis 8 and aligned in each case perpendicularly thereto.
Die Röntgenvorrichtung 2 ist zur Gewinnung medizinischer Pha- senkontrastbilder vorgesehen. Zur Bildaufnahme wird ein Pati- ent zwischen dem Kohärenzgitter Go und dem Phasengitter Gi, bevorzugt unmittelbar vor dem Phasengitter Gi, positioniert. Die messtechnische Erfassung oder vielmehr die Ermittlung der durch den Patienten verursachten räumlichen Verteilung der Phasenverschiebung erfolgt bei der hier vorgestellten Rönt- genvorrichtung 2 nach an sich bekanntem und beispielsweise in „X-ray phase imaging with a grating interferometer, T. The X-ray device 2 is provided for obtaining medical phase contrast images. For imaging, a patient is positioned between the coherence grating Go and the phase grating Gi, preferably immediately in front of the phase grating Gi. The metrological detection or rather the determination of the spatial distribution of the phase shift caused by the patient takes place in the case of the X-ray apparatus 2 presented here according to a known per se and, for example, in X-ray phase imaging with a grating interferometer, T.
Weitkamp at al . , 8. August 2005/ Vol. 13, No . 16/OPTICS Weitkamp at al. , August 8, 2005 / Vol. 13, No. 16 / OPTICS
EXPRESS" beschriebenen Prinzip. Das Kohärenzgitter Go dient zur Sicherstellung einer ausreichenden räumlichen Kohärenz der für die interferometrische Messmethode genutzten Röntgenstrahlung. Es weist eine Gitter- struktur aus - vorzugsweise aus Gold bestehenden - Gitterste¬ gen mit einer (in z-Richtung gemessenen) Gitterhöhe H0, sowie zwischen den Gitterstegen angeordneten angeordneten Schlitzen auf, wobei sich die Gitterstege und Schlitze parallel zu ei¬ ner - senkrecht auf die Achse z stehenden und senkrecht aus der Zeichnungsebene der FIG 1 herausgerichteten - Achse yEXPRESS "described principle. The coherence grating Go serves to ensure sufficient spatial coherence of the X-radiation used for the interferometric measuring method. It has a grid structure made of - preferably gold existing - Gitterste ¬ gene having a (measured in the z-direction) grating height H 0, and arranged between the grid strips arranged slots, wherein the grid webs and slots ner parallel to ei ¬ - perpendicular to the axis z standing and directed vertically out of the plane of the drawing of Figure 1 - y axis
(auch y-Achse) erstrecken. In Richtung einer - wiederum senkrecht auf die Achsen z und y stehenden - Achse x (auch x- Achse) bilden die Gitterstege und Schlitze des Kohärenzgit¬ ters Go eine periodische Struktur mit einer Gitterkonstante (Periodenlänge) po- Das Kohärenzgitter Go ist typischerweise in einem Abstand von etwa 10cm zur Röntgenquelle 4 positio¬ niert . (also y-axis) extend. In the direction of a - in turn perpendicular to the axes z and y property - x-axis (also the x-axis) form the grid webs and slots of the Kohärenzgit ¬ ters Go a periodic structure with a lattice constant (period length) po- The coherence grid Go is typically in a Distance of about 10 cm to the X-ray source 4 positio ¬ ned.
In alternativer Ausgestaltung der Vorrichtung 2 ist anstelle einer räumlich ausgedehnten Röntgenstrahlungsquelle 4 eine in guter Näherung punktförmige Röntgenstrahlungsquelle einge¬ setzt, die bereits hinreichend kohärente Röntgenstrahlung emittiert. In diesem Fall entfällt das Kohärenzgitter Go . Im Betrieb der Vorrichtung 2 emittiert die Röntgenstrahlungs¬ quelle 4 Röntgenstrahlung mit einer Photonenenergie bis etwa 100keV. In an alternative embodiment of the device 2, instead of a spatially extended X-ray source 4 is a point-shaped in a good approximation X-ray source is turned ¬ sets that already emits sufficiently coherent X-radiation. In this case, the coherence grid Go is omitted. In operation of the device 2, the X-ray source 4 ¬ X-rays emitted with a photon energy up to about 100 keV.
In einem Abstand doi in z-Richtung versetzt zum Kohärenzgit- ter Go ist das (in FIG 1 nur grob schematisch angedeutete) Phasengitter d angeordnet. Dieses dient wie bei einem her¬ kömmlichen Talbot-Lau-Interferometer zur Erzeugung eines streifenförmigen Interferenzmusters, wobei sich die (Interfe¬ renz- ) Streifen dieses Interferenzmusters parallel zueinander in y-Richtung erstrecken. Wie in FIG 1 durch gestrichelte Linien lediglich grob angedeutet ist, ist die Gitterkonstante Po des Kohärenzgitters in der standardgemäßen Ausbildung der Vorrichtung 2 derart bemessen, dass Interferenzmaxima von Teilstrahlen R, die von benachbarten Spalten des Kohärenzgitters Go ausgehen, aufeinander abgebildet werden. The phase grating d (only roughly schematically indicated in FIG. 1) is arranged at a distance doi in the z-direction offset from the coherence grating Go. This serves as a forth ¬ conventional Talbot-Lau interferometer for producing a strip-shaped interference pattern, wherein the (Interfe ¬ renz-) strips extend parallel to one another, this interference pattern in the y direction. As is indicated only roughly by dashed lines in FIG. 1, the grating constant Po of the coherence grating in the standard design of the device 2 is dimensioned in such a way that interference maxima of Sub-beams R, which emanate from adjacent columns of the coherence grid Go, are mapped to each other.
Das (nachfolgend näher beschriebene) Phasengitter d hat eine Gitterhöhe Hi und weist zur Erzeugung des Interferenzmusters eine streifenförmige, in x-Richtung mit einer Gitterkonstante (Periodenlänge) pi periodische Variation der optischen The phase grating d (described in more detail below) has a grating height Hi and, in order to produce the interference pattern, has a strip-shaped, in the x-direction with a lattice constant (period length) pi periodic variation of the optical
Weglänge auf. In einem Abstand di2 in z-Richtung versetzt zu dem Phasengit¬ ter Gi ist das Analysegitter G2 positioniert, das eine in z- Richtung gemessene Gitterhöhe H2 sowie eine Gitterkonstante (Periodenlänge) p2 aufweist. Das Analysegitter G2 besteht ebenso wie das Kohärenzgitter Go aus streifenförmigen Gitter- Stegen aus Gold und dazwischen gebildeten, streifenförmigen Zwischenräumen . Path length up. At a distance di 2 in the z-direction offset from the Phasengit ¬ ter Gi, the analysis grid G 2 is positioned, having a measured in the z-direction grid height H 2 and a lattice constant (period length) P2. The analysis grid G 2 , like the coherence grid Go, consists of strip-shaped grid bars made of gold and stripe-shaped spaces formed therebetween.
Die Ausdehnungen der Gitter Gi und G2 in x-Richtung und in y- Richtung sind im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 im Wesentli- chen gleich. Abweichend von der schematischen Darstellung gemäß FIG 1 entspricht die Ausdehnung des Analysegitters G2 in x-Richtung und in y-Richtung tatsächlich etwa der Ausdehnung des Röntgendetektors 6, genauer der von den Pixeln P des Röntgendetektors 6 aufgespannten Detektorfläche. The dimensions of the grids Gi and G 2 in the x-direction and in the y-direction are essentially the same in the exemplary embodiment according to FIG. Deviating from the schematic representation according to FIG. 1, the extent of the analysis grid G 2 in the x-direction and in the y-direction actually corresponds approximately to the extent of the x-ray detector 6, more precisely the detector surface spanned by the pixels P of the x-ray detector 6.
Die Geometrie des Phasengitters Gi ist charakterisiert durch drei Achsen x,y bzw. z, die in der bestimmungsgemäßen Orientierung des Phasengitters Gi in der Vorrichtung 2 mit den vorstehend eingeführten Achsen x, y und z der Vorrichtung 2 zusammenfallen. Bestimmungsgemäß wird das Phasengitter Gi im Rahmen der Vorrichtung 2 also derart angeordnet, dass seine Achse z parallel zur optischen Achse 8, und somit zu der ge- mittelten Strahlungsausbreitungsrichtung der Vorrichtung 2 angeordnet ist. Die Achsen x und y des Phasengitters Gi span- nen eine sich senkrecht zur Strahlungseinfallrichtung erstreckende Transversalfläche 10 auf. Wie vorstehend erwähnt, wird exemplarisch diejenige Stirnfläche des Phasengitters Gi mit der Transversalfläche 10 identifiziert, die der Röntgenquelle 4 zugewandt ist und an der somit die Röntgenstrahlung in das Phasengitter d einfällt. The geometry of the phase grating Gi is characterized by three axes x, y and z, which coincide in the intended orientation of the phase grating Gi in the device 2 with the above-introduced axes x, y and z of the device 2. According to the invention, the phase grating Gi in the context of the device 2 is thus arranged such that its axis z is arranged parallel to the optical axis 8, and thus to the averaged radiation propagation direction of the device 2. The axes x and y of the phase grating Gi span a transversal surface 10 extending perpendicular to the radiation incident direction. As mentioned above, the end face of the phase grating Gi with the transverse surface 10, that of the X-ray source, is identified by way of example 4 and at the thus the X-radiation is incident in the phase grating d.
Entsprechend der Gitterkonstante pi ist die in FIG 2 aus- schnitthaft in größerem Detail dargestellte Transveralflache 10 des Phasengitters Gi in einzelne langgestreckte Gitter¬ streifen 12 (FIG 2) gegliedert, die sich in y-Richtung jeweils über die gesamte Transversalfläche 10 erstrecken und die in x-Richtung parallel nebeneinander aufgereiht sind. Corresponding to the lattice constant pi, the transversal surface 10 of the phase grating Gi shown in detail in FIG. 2 is divided into individual elongate lattice strips 12 (FIG. 2) which extend over the entire transverse surface 10 in the y direction and which in FIG x-direction are lined up next to each other in parallel.
Zur Beeinflussung der Phasenlage der eingestrahlten Röntgenstrahlung ist das Phasengitter Gi aus einer Anzahl von näherungsweise parallelen Gitterstegen 14 aus einem Basismaterial (z.B. Nickel, Silizium oder Gold) gebildet, zwischen denen Zwischenräume 16 gebildet sind. Bei den Zwischenräumen 16 handelt es sich um luftgefüllte Lücken. Alternativ können die Zwischenräume 16 allerdings auch durch Zwischenstege aus Pho¬ tolack ausgefüllt sein. Die Gitterstege 14 und die gegebenen¬ falls vorhandenen Zwischenstege sind auf einer Grundplatte 17 (FIG 1) des Phasengitters Gi aufgebaut, die parallel zu der Transversalfläche 10 ausgerichtet ist und im Beispiel gemäß FIG 1 exemplarisch die hintere (von der Röntgenquelle 4 abge¬ wandte) Stirnfläche des Phasengitters Gi bildet. Das Phasengitter Gi wird vorzugsweise mittels des LIGA-In order to influence the phase position of the irradiated X-ray radiation, the phase grating Gi is formed from a number of approximately parallel grating webs 14 made of a base material (eg nickel, silicon or gold), between which intermediate spaces 16 are formed. The spaces 16 are air-filled gaps. Alternatively, however, the gaps 16 can also be filled by intermediate webs from Pho ¬ tolack. The lattice webs 14 and the given ¬ existing intermediate webs are constructed on a base plate 17 (FIG 1) of the phase grating Gi, which is aligned parallel to the transverse surface 10 and in the example shown in FIG 1 by way of example the rear (abge ¬ from the X-ray source 4) Forming face of the phase grating Gi. The phase grating Gi is preferably produced by means of the LIGA
Verfahrens hergestellt. Hierzu wird eine strahlungsabsorbie- rende Maske (z.B. aus Gold) über einer auf die Grundplatte 17 aufgebrachten Photolackschicht positioniert und mit Röntgen¬ strahlung (Belichtungsstrahlung) belichtet. Durch anschlie- ßende Entwicklung lösen sich aus der Photolackschicht Füllbe¬ reiche in Form von Löchern oder Gräben heraus, die eine Negativform für die herzustellenden Gitterstege 14 bilden. Diese Füllbereiche werden in einem nachfolgenden Galvanik- Prozessschritt mit dem Basismaterial aufgefüllt. Der in den Zwischenräumen 16 verbleibende Photolack kann nach der Herstellung der Gitterstege 14 zur Bildung der Zwischenstege be¬ lassen oder zur Bildung der Lücken herausgelöst werden. Die Struktur der im LIGA-Verfahren verwendeten Maske entspricht der Materialstruktur, die an der Transversalfläche 10 des fertigen Phasengitters Gi sichtbar ist. Ein Beispiel für diese (nachfolgend auch als Layout bezeichnete) Material- struktur ist ausschnitthaft in FIG 2 dargestellt. Die (den Goldstrukturen der Maske entsprechenden) Gitterstege 14 sind hierbei als schraffierte Flächen dargestellt. Die (den Lücken der Maske) entsprechenden Zwischenräume 16 sind als weiße Flächen dargestellt. Process produced. For this purpose, a yield strahlungsabsorbie- mask (for example made of gold) is positioned over a layer applied to the base plate 17 and with X-ray photoresist layer ¬ radiation (exposure beam) exposed. By subse- sequent development Füllbe ¬ rich disengage from the photoresist layer in the form of holes or trenches out, forming a negative mold for the products to be grid webs 14th These filling areas are filled with the base material in a subsequent electroplating process step. The remaining in the spaces 16 photoresist can be after the preparation of the grid bars 14 to form the intermediate webs be ¬ or be removed to form the gaps. The structure of the mask used in the LIGA method corresponds to the material structure that is visible on the transverse surface 10 of the finished phase grating Gi. An example of this material structure (also referred to below as the layout) is shown in section in FIG. The (corresponding to the gold structures of the mask) lattice webs 14 are shown here as hatched areas. The spaces 16 corresponding to the gaps in the mask are shown as white areas.
Die Gitterstreifen 12 des Phasengitters Gi sind dadurch defi¬ niert, dass das Phasengitter Gi in dem Bereich eines jeden Gitterstreifens 12 (also über jedem Punkt des von dem Gitter¬ streifen 12 abgegrenzten Bereichs der Transversalfläche 10) in z-Richtung (gegebenenfalls in Summe über mehrere Material¬ abschnitte) überall dieselbe Gesamtstärke an dem Basismateri¬ al aufweist. Diese Gesamtstärke ist nachfolgend auch als die dem jeweiligen Gitterstreifen 12 zugeordnete Materialhöhe h bezeichnet. Zwischen verschiedenen Gitterstreifen ist die Ma- terialhöhe h dagegen stets verschieden. Die (als mathemati¬ sche Funktion der x- und y-Position innerhalb der Transversalfläche 10 aufgefasste) Materialhöhe h wechselt also am Übergang zwischen zwei benachbarten Gitterstreifen 12 sprunghaft den Betrag. Mit der Materialhöhe h korreliert der opti- sehe Weg, den jedes Teilbündel der einfallenden Röntgenstrahlung innerhalb des Phasengitters Gi zurücklegt, und somit die Phasenlage des jeweiligen Teilbündels beim Austritt aus dem Phasengitter Gi . Durch die in x-Richtung mit der Gitterkonstante pi periodische Variation der Materialhöhe h wird somit durch das Phasengitter eine ebenso in x-Richtung periodische Modifizierung der Phase der Röntgenstrahlung erzeugt. Hierauf beruht die interferenzerzeugende Gitterwirkung des Phasengit¬ ters Gi. Wie aus der FIG 2 ersichtlich ist, ist die von einem jedenThe grating strips 12 of the phase grating Gi are characterized defi ¬ defined that the phase grating Gi in the area of each grid strip 12 (that is, over each pixel of the delimited by the grid ¬ stripes 12 area of the transverse surface 10) in the z-direction (optionally in total several material ¬ sections) everywhere has the same total thickness of the base material ¬ al. This total thickness is also referred to below as the respective grating strip 12 associated material height h. In contrast, the material height h is always different between different grid strips. The (conceived as a mathematical ¬ specific function of the x and y position within the transverse surface 10) material height h so changes at the transition between two adjacent grating strips 12 by leaps and bounds the amount. The material height h correlates the optical path traveled by each sub-beam of the incident X-ray radiation within the phase grating Gi, and thus the phase position of the respective sub-beam when exiting the phase grating Gi. Due to the periodic variation of the material height h in the x-direction with the lattice constant pi, the phase lattice thus likewise generates a periodic modification of the phase of the x-ray radiation in the x direction. This is the basis grid generating the interference effect of the Phasengit ¬ ters Gi. As can be seen from FIG. 2, that of each is
Gittersteg 14 innerhalb der Transversalfläche 10 jeweils ein¬ genommene Fläche nicht deckungsgleich mit einem der Gitterstreifen 12. Insbesondere verlaufen die Gitterstege 14 und die zwischengeordneten Zwischenräume 16 nicht durchwegs in y- Richtung. Vielmehr erstrecken sich die Gitterstege 14 und die zwischengeordneten Zwischenräume 16 mit diagonaler Vorzugsrichtung über die Transversalfläche 10. Alle Gitterstege 14 haben bis auf etwaige Randeffekte (d.h. abgeschnittene Teil¬ volumina an den Rändern des Phasengitters Gi ) die gleiche Form. Ebenso haben auch alle Zwischenräume 16 bis auf etwaige Randeffekte (also abgeschnittene Teilvolumina an den Rändern des Phasengitters Gi ) die gleiche Form. Die Gitterstege 14 und Zwischenräume 16 sind dabei im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 innerhalb der Transversalfläche 10 in y-Richtung paral¬ lelverschoben zueinander angeordnet, so dass die Material¬ struktur in der Transversalfläche 10 eine Periodizität mit einer Periodenlänge py aufweist. Diese vorstehend beschriebe- ne Ausführung der Gitterstege 14 ist nachfolgend auch als „diagonales Layout" bezeichnet. Grid web 14 within the transverse surface 10 each ¬ taken area not congruent with one of the grid strip 12. In particular, the grid bars 14 and the intermediate spaces 16 are not consistently in the y direction. Rather, the grating bars extend 14 and the intermediate spaces 16 with a diagonal preferred direction over the transverse surface 10. All grid bars 14 have up on any edge effects (ie, cut part ¬ volumes at the edges of the phase grating Gi) of the same shape. Likewise, all interstices 16 have the same shape except for any edge effects (ie cut-off partial volumes at the edges of the phase grating Gi). The grating bars 14 and spaces 16 are arranged to each other so that the material ¬ structure in the transverse surface 10 having a periodicity having a period length p y in the embodiment of FIG 1 in the transverse surface 10 in the y-direction paral ¬ lelverschoben. This embodiment of the grid webs 14 described above is also referred to below as "diagonal layout".
Die beiden Seitenflächen 18, über die jeder Gittersteg 14 von dem benachbarten Zwischenraum 16 abgegrenzt ist, sind geglie- dert durch eine Abfolge von ersten Teilflächen 20, die in y- Richtung ausgerichtet sind, und zweiten Teilflächen 22, die in dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 in x-Richtung ausge¬ richtet sind. In jeder der Seitenflächen 18 folgen die ersten Teilflächen 20 und zweiten Teilflächen 22 alternierend aufeinander. Die zweiten Teilflächen 22 erstrecken sich dabei jeweils über die volle Breite einer ganzzahligen Anzahl von Gitterstreifen 12, so dass die ersten Teilflächen 20 stets entlang der Grenzen zwischen zwei Gitterstreifen 12 laufen. The two side surfaces 18, over which each grid web 14 is delimited from the adjacent gap 16, are divided by a sequence of first sub-areas 20, which are aligned in the y direction, and second sub-areas 22, which in the exemplary embodiment according to FIG are in the x direction being directed ¬. In each of the side surfaces 18, the first partial surfaces 20 and second partial surfaces 22 follow one another alternately. The second partial surfaces 22 each extend over the full width of an integral number of grid strips 12, so that the first partial surfaces 20 always run along the boundaries between two grid strips 12.
Das Phasengitter Gi ist im LIGA-Verfahren unter Schrägbelichtung (Belichtungswinkel a=15°) hergestellt. Die Maske wird hierbei mit Belichtungsstrahlung belichtet, deren Strahlver- lauf schräg in der yz-Ebene ausgerichtet ist. The phase grating Gi is produced in the LIGA method under oblique exposure (exposure angle a = 15 °). In this case, the mask is exposed with exposure radiation whose beam course is aligned obliquely in the yz plane.
Im dreidimensionalen Raum haben die Gitterstege 14 jeweils die Form eines in y-Richtung geneigten (schrägen) Prismas. Bis auf Randeffekte (also abgeschnittene Teilvolumina an den Rändern des Phasengitters Gi ) haben die Gitterstege 14 daher in der Transversalebene 10 und der dieser in z-Richtung gegenüberliegenden Stirnfläche des Phasengitters Gi - der In three-dimensional space, the lattice webs 14 each have the shape of a (oblique) prism inclined in the y-direction. Apart from edge effects (that is to say cut-off partial volumes at the edges of the phase grating Gi), the grating webs 14 therefore have in the transverse plane 10 and the end face of the phase grating Gi -the opposite side in the z-direction
Grundfläche und Deckfläche eines Prismas entsprechend - pa¬ rallele, kongruente und polygonale Flächenabschnitte, die zu¬ einander in y-Richtung verschoben sind. Die Kanten der Seitenflächen 18 sind in der yz-Ebene um einen dem Einstrahlwinkel der Belichtungsstrahlung entsprechenden Winkel geneigt. Diese Neigung ist derart auf die Gitterhöhe Hi abgestimmt, dass sich die Kanten der Seitenflächen 18 in y-Richtung über genau eine Periodenlänge py erstrecken. Hierdurch ergibt sich in der Transversalfläche 10 und der gegenüberliegenden Stirnfläche des Phasengitters Gi eine identische, in Blickrichtung entlang der z-Achse exakt überlappende (fluchtende) Material¬ struktur. Somit wird sichergestellt, dass die Materialhöhe h in jedem Gitterstreifen 12 jeweils konstant ist. Base surface and top surface of a prism corresponding - pa ¬ rallele, congruent and polygonal surface sections that are shifted to ¬ each other in the y direction. The edges of the side surfaces 18 are inclined in the yz plane by an angle corresponding to the angle of incidence of the exposure radiation. This inclination is matched to the grating height Hi such that the edges of the side surfaces 18 extend in y-direction over exactly one period length p y . This results in the transverse surface 10 and the opposite end face of the phase grating Gi an identical, in the viewing direction along the z-axis exactly overlapping (aligned) material ¬ structure. This ensures that the material height h in each grid strip 12 is constant in each case.
In der einfachen Ausführungsform gemäß FIG 2 ist das Phasen- gitter Gi als lediglich binäres Gitter ausgebildet, bei dem die Materialhöhe h in x-Richtung zwischen lediglich zwei diskreten Werten periodisch wechselt. Die Gitterstreifen 12 des Phasengitters Gi weisen zudem in dieser Ausführungsform eine einheitliche Streifenbreite sL auf, so dass die Streifenbrei- te sL der Hälfte der Gitterkonstante px entspricht (sL = In the simple embodiment according to FIG. 2, the phase grating Gi is designed as a merely binary grating in which the material height h changes periodically in the x direction between only two discrete values. In this embodiment, the grating strips 12 of the phase grating Gi also have a uniform stripe width s L , so that the stripe width s L corresponds to half the grating constant p x (s L =
0, 5·ρχ) . 0, 5 · ρ χ ).
In einer geeigneten Dimensionierung hat das Phasengitter Gi gemäß FIG 2 eine Gitterhöhe Ηι=30, 29μιη, eine Gitterkonstante (und entsprechend einer Streifenbreite In a suitable dimensioning, the phase grating Gi according to FIG. 2 has a grating height Ηι = 30, 29μιη, a grating constant (and according to a stripe width
Die Periodenlänge py beträgt 8,12μιη. Als Basismaterial für die Gitterstege 14 ist hier Nickel vorgesehen. Die Zwischen¬ räume 16 sind luftgefüllt. Die Materialhöhe h wechselt je¬ weils am Übergang zwischen benachbarten Gitterstreifen 12 pe- riodisch zwischen 26, 56μιη (87,7% · Hi ) und 3,73μη (12,3% ·The period length p y is 8.12 μιη. As the base material for the grid bars 14 nickel is provided here. The intermediate ¬ spaces 16 are filled with air. The material height h changes depending ¬ weils at the transition between adjacent lattice strips 12 PE riodisch between 26 56μιη (87.7% · Hi) and 3,73μη (12.3% ·
Hi ) . In Auslegung auf eine Design-Energie der Röntgenstrahlung von 62keV wirkt das solchermaßen dimensionierte Phasengitter Gi als π-Gitter. Teilbündel der Röntgenstrahlung, die benachbarte Gitterstreifen des Phasengitters Gi durchlaufen, verlassen das Phasengitter Gi somit mit einem Gangunterschied von einer halben Wellenlänge (entsprechend einem Phasenunterschied des Betrags π) . Hi ) . In design to a design energy of the X-ray radiation of 62keV, the thus dimensioned phase grating Gi acts as a π-grating. Partial bundle of X-rays, the pass through adjacent grating strip of the phase grating Gi, thus leaving the phase grating Gi with a retardation of half a wavelength (corresponding to a phase difference of the amount π).
In FIG 3 ist eine Variante des vorstehend beschriebenen Git¬ ter-Layouts dargestellt. Das in FIG 3 gezeigte Phasengitter Gi gleicht hinsichtlich des Aufbaus und der optischen Eigenschaften - sofern nicht nachfolgend anders beschrieben - der Ausführungsform gemäß FIG 2. Insbesondere handelt es sich auch der Variante gemäß FIG 3 um ein binäres π-Gitter für ei¬ ne Design-Energie von 62keV. Im Unterschied zu der Ausfüh¬ rungsform gemäß FIG 2 sind bei dem Phasengitter Gi gemäß FIG 3 die zweiten Teilflächen 22 der Seitenflächen 18 der Gitter- Stege 14 nicht parallel zu der x-Achse ausgerichtet, sondern schräg (mit einer Offset-Steigung von g=0,5 · Δγ/Δχ ) zu der x-Achse angestellt, wodurch die Zwischenwinkel zwischen den ersten Teilflächen 20 und zweiten Teilflächen 22 und die fertigungstechnisch bedingte Eckenverrundung im Bereich dieser Zwischenwinkel reduziert werden. FIG. 3 shows a variant of the above-described grid layout. The phase grating Gi shown in FIG 3 is similar in structure and optical properties - unless otherwise stated below - the embodiment of FIG 2. In particular, also the variant according to FIG 3 is a binary π grid for ei ¬ ne Design Energy of 62keV. In contrast to the exporting ¬ approximate shape as shown in FIG 2 22 of the side surfaces 18 of the grid bars 14, the second partial surfaces are at the phase grating Gi of Figure 3 are not aligned parallel to the x-axis, but at an angle (with an offset slope of g = 0.5 · Δγ / Δχ) to the x-axis, whereby the intermediate angles between the first partial surfaces 20 and second partial surfaces 22 and the production-related corner rounding in the range of these intermediate angles are reduced.
Da alle zweiten Teilflächen 22 (zumindest innerhalb eines Gitterstreifens 12) in gleicher Weise gegen die x-Achse ange¬ stellt sind und somit parallel zueinander verlaufen, lässt die Schrägstellung der zweiten Teilflächen 22 die optischen Eigenschaften des Phasengitters Gi (insbesondere die durch das Phasengitter Gi hervorgerufene Phasenunterschiede) unbe¬ rührt . Die FIG 4 bis 6 zeigen Varianten des Phasengitters Gi gemäß FIG 3 mit wiederum entsprechenden optischen Eigenschaften, bei denen aber im Unterscheid zu FIG 3 (in unterschiedlicher Häufigkeit) Knickstellen DK in dem diagonalen Layout vorgesehen sind, so dass die Gitterstege 14 in der Transversalebene 10 um die x-Achse mäandrieren und somit alternierend ab¬ schnittsweise diagonal in positive y-Richtung und in negative y-Richtung verlaufen. Durch die Knickstellen werden die Gitterstege 14 vorteilhafterweise stabilisiert. Simulationsergebnisse für konkrete Ausführungsformen des Pha¬ sengitters Gi : Anhand der nachfolgend dargestellten Ausführungsformen des Phasengitters Gi wird gezeigt, dass der vorstehend Since all the second surface portions 22 are (at least within a grid strip 12) in the same manner against the x-axis being ¬ represents and thus extend parallel to each other, the inclination of the second part surfaces 22 allows the optical properties of the phase grating Gi (particularly by the phase grating Gi caused phase differences) unbe ¬ stems. FIGS. 4 to 6 show variants of the phase grating Gi according to FIG. 3, again with corresponding optical properties, but in contrast to FIG. 3 kinks DK are provided in the diagonal layout (with different frequencies), so that the grating webs 14 are in the transverse plane 10 Meander around the x-axis and thus alternately ab ¬ cut diagonally in the positive y-direction and in the negative y-direction. Due to the kinks, the grid bars 14 are advantageously stabilized. Simulation results for specific embodiments of the Pha ¬ scorching itters Gi: According to the illustrated embodiments below of the phase grating Gi is shown that the above-
beschriebene Aufbau des Phasengitters Gi zur Reduzierung der Röntgendosis bei einer Phasenkontrast-Röntgenbildgebung vorteilhaft ist, zum dieser Aufbau eine vergleichsweise einfache Realisierung von Gitterstrukturen mit verbesserter Effizienz η erlaubt. described construction for reducing the X-ray dose in a phase-contrast X-ray imaging is advantageous for this structure allows a relatively simple realization of grating structures with improved efficiency η.
Für diese Ausführungsformen des Phasengitters Gi wurden jeweils die optischen Eigenschaften des Gitters Gi in der Vorrichtung 2 gemäß FIG 1 durch Simulation ermittelt. In each case, the optical properties of the grating Gi in the device 2 according to FIG. 1 were determined by simulation for these embodiments of the phase grating Gi.
Für die Abstände doi und di2 wurden dabei feste Werte von 1000mm bzw. 200mm angenommen ( . Die Gitterkonstanten p0, P i und P2 wurden in den einzelnen Fixed distances of 1000mm and 200mm were assumed for the distances doi and di 2 ( , The lattice constants p 0 , P i and P2 were in the individual
Simulationen verändert. Hierdurch ist insbesondere die Simulations changed. This is in particular the
Empfindlichkeit S proportional zur Quadratwurzel des Sensitivity S proportional to the square root of the
Empfindlichkeitsfaktors f. Für das Kohärenzgitter Go wurde teils ein Öffnungsanteil (Duty Cycle) von 30 ~6 angenommen . Entsprechende Simulationen sind mit der Bezeichnung „V30" gekennzeichnet. Teils wurde für das Kohärenzgitter Go Sensitivity factor f. For the coherence grid Go, an opening fraction (duty cycle) of 30 ~ 6 was assumed. Corresponding simulations are labeled "V30." Part of the coherence grid was Go
alternativ ein Offnungsanteil von 50 ~6 angenommen . Alternatively, an opening rate of 50 ~ 6 adopted.
Entsprechende Simulationen sind mit der Bezeichnung „V50" gekennzeichnet. Wiederum alternativ wurde eine punktförmige Strahlungsquelle angenommen. Diese Simulationen sind mit der Bezeichnung „V0" gekennzeichnet. Corresponding simulations are designated by the designation "V50." Again, alternatively, a punctiform radiation source was assumed.These simulations are identified by the designation "V0".
Für die Simulation wurden für die Röntgenquelle 4 stets eine Wolfram-Anode und eine Röntgenspannung von 100 kVp (peak kilovoltage) angenommen. Den Simulationen wurde teils das ungefilterte Röntgenspektrum, gerastert in 3keV-Schritten zugrundegelegt. Diese Simulationen sind mit dem Suffix „U" gekennzeichnet. Teils wurde eine Filterung der eingestrahlten Röntgenstrahlung durch einen 200μη Rhenium (Re) -Filter, gefolgt von einem 20μη Gold (Au) -Filter angenommen. Diese Simulationen sind mit dem Suffix „F" gekennzeichnet. Das Spektrum der gefilterten Strahlung wurde ebenfalls in 3keV- Schritten gerastert. For the simulation, a tungsten anode and an x-ray voltage of 100 kVp (peak kilovoltage) were always assumed for the x-ray source 4. The simulations were partly based on the unfiltered X-ray spectrum, screened in 3keV steps. These simulations are identified by the suffix "U." Part of the filtering of the irradiated X-radiation by a 200 μm Rhenium (Re) filter, followed by a 20μη Gold (Au) filter. These simulations are labeled with the suffix "F." The spectrum of the filtered radiation was also rasterized in 3keV increments.
Die Bezeichnung „V50F" bezeichnet somit eine Simulation, der gefilterte Röntgenstrahlung und ein Öffnungsanteil von 50% für das Kohärenzgitter Go zugrundegelegt wurde. Für die Simulation wurde angenommen, dass der Röntgendetektor 6 ein quantenzählender Detektor ist. The term "V50F" thus refers to a simulation that was based on filtered X-ray radiation and an opening fraction of 50% for the coherence grating Go. For the simulation, it was assumed that the X-ray detector 6 is a quantum-counting detector.
Es wurde stets eine Design-Energie der Röntgenstrahlung von 62keV zugrundegelegt. It was always based on a design energy of x-ray radiation of 62keV.
Für eine strukturierte Entwicklung komplexer Gitterstrukturen für das Phasengitter d wurden die zur Erzielung eines gewünschten Interferenzmusters bei der Design-Energie For a structured development of complex grating structures for the phase grating d, those for achieving a desired interference pattern in the design energy
erforderlichen Phasenhübe der die Transversalfläche 10 durchdringenden Teilbündel der Röntgenstrahlung mittels modularer ganzzahliger Arithmetik (mod N mit N = 2,3,4,...) berechnet. Hierbei hat sich herausgestellt, dass sich für N=4, 8 und 14 besonders einfache, regelmäßige Phasenhubfolgen ergeben. Entsprechend wurde die Transversalfläche 10 des zu erzeugenden Layouts zunächst in parallele, in y-Richtung ausgerichtete Layout-Streifen gegliedert, von denen sich jeweils eine Gruppe von 4, 8 bzw. 14 Layout-Streifen in x- Richtung - je nach den gewünschten Beugungseigenschaften des Layouts - über eine oder zwei Gitterperioden p1 erstreckt. Entsprechend dem Wert des bei ihrer Berechnung required phase strokes of the transversal surface 10 penetrating part bundle of X-rays by means of modular integer arithmetic (mod N with N = 2,3,4, ...) calculated. It has been found that for N = 4, 8 and 14 particularly simple, regular Phasenhubfolgen arise. Accordingly, the transverse surface 10 of the layout to be generated was first divided into parallel, aligned in the y direction layout strips, each of which a group of 4, 8 and 14 layout strips in the x direction - depending on the desired diffraction properties of the Layouts - extends over one or two grating periods p 1 . According to the value of their calculation
zugrundegelegten Divisors N sind die Layouts im Folgenden mit der Grundbezeichnung „%4", „%8" oder „%14" versehen. Underlying Divisors N, the layouts below are given the basic designation "% 4", "% 8" or "% 14".
Jedem dieser Layout-Streifen wurde hierbei ein berechneter Phasenhub zugeordnet, der dann in eine korrespondierende Materialhöhe h für das Layout umgerechnet wurde. Die Layout-Streifen sind dabei nicht notwendigerweise Each of these layout strips was assigned a calculated phase deviation, which was then converted into a corresponding material height h for the layout. The layout strips are not necessarily
identisch mit den Gitterstreifen 12 des fertigen Layouts. Vielmehr können mehrere benachbarte Layout-Streifen mit dem gleichen Phasenhub versehen sein und somit einen gemeinsamen Gitterstreifen 12 bilden. identical to the grid strips 12 of the finished layout. Rather, several adjacent layout strips can be provided with the same phase deviation and thus form a common grid strip 12.
Je nachdem, ob die jeweilige Ausführungsform des Depending on whether the particular embodiment of the
Phasengitters Gi die Interferenzmaxima (in Projektion entlang der z-Achse) zentriert bezüglich eines Layout-Streifens oder zwischen zwei Layout-Streifen erzeugt, ist der obigen Phase grating Gi generates the interference maxima (in projection along the z axis) centered with respect to a layout stripe or between two layout stripes, is the above
Grundbezeichnung des Phasengitters Gi einer der Buchstaben „c" (für „center") oder „b" (für „border") nachgestellt.  Basic designation of the phase grating Gi one of the letters "c" (for "center") or "b" (for "border") readjusted.
Sofern durch das Phasengitter Gi - intrinisch oder durch Reduzierung der Gitterkonstante po - eine Mehrzahl von If, by the phase grating Gi - intrinically or by reducing the lattice constant po - a plurality of
Interferenzmaxima pro Gitterperiode pi erzeugt wird, ist diese Mehrzahl in der Gitter- bzw. Simulationsbezeichnung in Anschluss an den Buchstaben „c" oder „b" durch das Kürzel „x2" (für 2 Interferenzmaxima pro Gitterperiode pi) , „x3" (für 3 Interferenzmaxima pro Gitterperiode Pi) , etc.  Interference maxima per grating period pi is generated, this plurality is in the grid or simulation designation following the letter "c" or "b" by the abbreviation "x2" (for 2 interference maxima per grating period pi), "x3" (for 3 Interference maxima per grating period Pi), etc.
vermerkt . noted.
Dem schließt sich in der Gitter- bzw. Simulationsbezeichnung eine Angabe zu dem Wert des Empfindlichkeitsfaktors f des Phasengitters Gi in einfachem Talbot-Abstand an, z.B. 1,00 This is followed in the lattice or simulation designation an indication of the value of the sensitivity factor f of the phase grating Gi in simple Talbot distance, for example, 1.00
Wird das Phasengitter Gi in mehrfachem Talbot-Abstand If the phase grating Gi in multiple Talbot distance
verwendet, so wird dies durch ein wiederum nachgestelltes Kürzel „x2" (für 2-dT) , „x3" (für 3-dT) , etc. is used, this is followed by an abbreviated "x2" (for 2-d T ), "x3" (for 3-d T ), etc.
angegeben. Dabei ist zu berücksichtigen, das bei komplexen Phasengittern Gi der Abstand di2 auch in einem ungeradzahligen Verhältnis zu dem Talbot-Abstand stehen kann, z.B. „x0,57" (für di2= 0,57-dT). Der tatsächliche Empfindlichkeitsfaktur f ergibt sich hierbei aus dem Produkt des für einfachen Talbot- Abstands angegebenen Werts und des Abstands di2 im Verhältnis zu dem Talbot-Abstand. Aus der Angabe „1,00x3" folgt somit f = 1,00-3 = 3. Ist das Phasengitter d mehrstufig, so wird die Stufenzahl durch ein Kürzel „L3" (für ein dreistufiges Gitter) , „L4" für ein vierstufiges Gitter), etc. vermerkt. Binäre Gitter können in diesem Fall optional mit dem Kürzel „L2" bezeichnet sein. In der Regel wird die Stufenzahlangabe bei der Bezeichnung von binären Gittern aber weggelassen. specified. It should be noted that for complex phase gratings Gi, the distance d i2 may also be in an odd-numbered relationship to the Talbot distance, eg "x0.57" (for di2 = 0.57-d T ) The actual sensitivity factor f gives Hereby, the product of the value given for simple Talbot distance and the distance d i2 in relation to the Talbot distance results from the statement "1.00x3" f = 1.00-3 = 3. If the phase grating d is multistage, then the number of stages is indicated by an abbreviation "L3" (for a three-level grid), "L4" for a four-level grid, etc. In this case, binary grids can optionally be designated with the abbreviation "L2." However, the number of stages in the designation of binary grids is generally omitted.
Die beispielhafte Gitter- bzw. Simulationsbezeichnung The exemplary grid or simulation designation
„%8cx2_l, 00x3_L3" charakterisiert das so bezeichnete "% 8cx2_l, 00x3_L3" characterizes the so-called
Phasengitter Gi und die damit durchgeführte Simulation somit dahingehend, dass das Phasengitter Gi ein aus einer periodischen Abfolge von acht Layout- Streifen mit jeweils konstanter Materialhöhe h  Phase grating Gi and the simulation thus carried out so that the phase grating Gi a from a periodic sequence of eight layout strips, each with a constant material height h
gebildetes Layout aufweist (%8),  formed layout (% 8),
pro Gitterperiode pi zwei streifenzentrierte  pi two stripe-centered per grating period
Interferenzmaxima erzeugt (cx2),  Interference maxima generated (cx2),
für einfachen Talbot-Abstand einen  for easy Talbot distance one
Empfindlichkeitsfaktor k=l,00 aufweist,  Sensitivity factor k = 1.00,
für dreifachen Talbot-Abstand simuliert wurde, woraus ein tatsächlicher Empfindlichkeitsfaktor von  was simulated for triple Talbot distance, resulting in an actual sensitivity factor of
k=l, 00-3=3, 00 resultiert, sowie  k = l, 00-3 = 3, 00 results, as well
dreistufig ist (L3) , also zwischen drei verschiedenen Niveaus der Materialhöhe h fluktuiert.  is three-stage (L3), ie fluctuates between three different levels of material height h.
Zur Realisierung eindeutiger Bezeichnungen sind den To realize unique names are the
solchermaßen konstruierten Bezeichnungen teilweise weitere Suffixe, z.B. „inv", „inv-100", „inv-200" oder „adj-100" hinzugefügt, die verschiedene Modifikationen desselben such designations partially construct further suffixes, e.g. Added "inv", "inv-100", "inv-200" or "adj-100", the various modifications of the same
Gittertyps kennzeichnen. Mark the grid type.
Die FIG 7 bis 17 zeigen, wie nachfolgend erläutert FIGS. 7 to 17 show, as explained below
ausgewählte Layouts, für die die optischen Eigenschaften des Phasengitters Gi simuliert wurden. Der Eigenschaften des jeweiligen Layouts ergeben sich im Einzelnen TAB 1.1 und TAB 1.2 (Anhang 1) . Die Randbedingungen der jeweiligen Simulation sind im Einzelnen in TAB 2.1 (Anhang 2) niedergelegt. Die aus der Simulation erhaltenen Leistungsdaten der Layouts sind in TAB 3.1 bis TAB 3.3 (Anhang 3) zusammengefasst . selected layouts for which the optical properties of the phase grating Gi have been simulated. The properties of the respective layout are shown in detail in TAB 1.1 and TAB 1.2 (Appendix 1). The boundary conditions of the respective simulation are laid down in detail in TAB 2.1 (Annex 2). From The performance data of the layouts obtained in the simulation are summarized in TAB 3.1 to TAB 3.3 (Annex 3).
Das in FIG 7 gezeigte Layout des Phasengitters Gi liegt der Simulation mit der Bezeichnung „%4c 0,50" zugrunde. Bei demThe layout of the phase grating Gi shown in FIG. 7 is based on the simulation with the designation "% 4c 0.50"
Phasengitter Gi handelt es sich hier um ein binäres π/2- Gitter . Phase grating Gi is a binary π / 2 grating.
Das in FIG 8 gezeigte Layout des Phasengitters Gi liegt den Simulationen mit den Bezeichnungen „%4cx2_0, 50", The layout of the phase grating Gi shown in FIG. 8 lies with the simulations with the designations "% 4cx2_0, 50",
„%4cx2_0, 50x3", „%4cx2_0, 50x5", „%4cx2_0 , 50x7" und  "% 4cx2_0, 50x3", "% 4cx2_0, 50x5", "% 4cx2_0, 50x7" and
„%4cx2_0 , 50x9" zugrunde. Bei dem Phasengitter Gi handelt es sich hier um ein binäres π-Gitter. Das in FIG 9 gezeigte Layout des Phasengitters Gi liegt der The phase grating Gi is a binary π-grating.The layout of the phase grating Gi shown in FIG
Simulation mit der Bezeichnung „%8c 0,25_L2" und Simulation named "% 8c 0,25_L2" and
„%8cx2_l, 00_L2" zugrunde. Bei dem Phasengitter Gi handelt es sich hier ebenfalls um ein binäres Gitter, bei dem  "% 8cx2_l, 00_L2". The phase grating Gi is also a binary grid in which
benachbarte Gitterstreifen 12 allerdings eine however, adjacent grating strips 12 have one
unterschiedliche Streifenbreite sL aufweisen. have different stripe width s L.
Die in FIG 10 bis 12 gezeigten Layouts des Phasengitters Gi liegen den Simulationen mit der Bezeichnung The layouts of the phase grating Gi shown in FIGS. 10 to 12 are the simulations with the designation
„%8cx2 1, 00x3_L3_inv-100" bzw. „%8cx2 1 , 00x3_L3_inv-200" bzw. „%8cx2 1, 00x3_L3_adj -100" zugrunde. Die in den FIG 10 bis 12 dargestellten Layouts entsprechen dabei drei  Based on "% 8cx2 1, 00x3_L3_inv-100" or "% 8cx2 1, 00x3_L3_inv-200" or "% 8cx2 1, 00x3_L3_adj -100" The layouts shown in FIGS 10 to 12 correspond to three
Modifikationen desselben Gittertyps (d.h. Phasengittern Gi mit gleichen optischen Eigenschaften bei der Design- Wellenlänge λ0) . Modifications of the same type of lattice (ie, phase gratings Gi having the same optical properties at the design wavelength λ 0 ).
Alle drei Layouts geben jeweils ein aus 8 Layout-Streifen (je vier Layout-Streifen pro Gitterperiode pi) erzeugtes, Each of the three layouts will produce one layout layout consisting of 8 layout strips (four layout strips per grid period pi),
dreistufiges Gitter wieder, wobei die einzelnen three-stage grid again, with the individual
Modifikationen durch Erhöhung oder Erniedrigung der Modifications by increasing or decreasing the
Materialhöhe h in einzelnen Gitterstreifen 12 um ein Material height h in each grid strip 12 to a
Höhenintervall von Ah = δ · λ0 sowie gleichmäßige Erhöhung der Materialhöhe h in allen Gitterstreifen 12 auseinander abgeleitet sind. Konkret ist das Layout gemäß FIG 10 („%8cx2 l,00x3_L3_ invlOO") pro Gitterperiode pi aus vier Layout-Streifen mit der Phasenhub-Abfolge (l,0,2,0)/2 · 2π und Breiten von Height interval of Ah = δ · λ 0 and uniform increase in the material height h in all grid strips 12 are derived apart. Concretely, the layout of FIG. 10 ("% 8cx 2 l, 00x3_L3_ invlOO") per grating period pi is composed of four layout stripes having the phase-up sequence (l, 0,2,0) / 2 x 2π and widths of
(2,l,4,l)/8 · Pi erzeugt (siehe TAB 1.1 im Anhang 1). (2, l, 4, l) / 8 · Pi generated (see TAB 1.1 in Appendix 1).
Das Layout gemäß FIG 11 („%8cx2 1 , 00x3_L3_inv-200" ) wird aus de Layout gemäß FIG 10 („%8cx2 1, 00x3_L3_inv-100") The layout according to FIG. 11 ("% 8cx2 1, 00x3_L3_inv-200") becomes the layout according to FIG. 10 ("% 8cx2 1, 00x3_L3_inv-100")
abgeleitet, indem die Materialhöhe h des dritten Layout- Streifens (hier identisch mit dem jeweils dritten Derived by the material height h of the third layout strip (here identical to the respective third
Gitterstreifen 12 des Layouts) erhöht wird, so dass sich ein um 2π vergrößerter Phasenhub ergibt. Die Phasenhubabfolge ändert sich somit von (l,0,2,0)/2 · 2π auf (l,0,4,0)/2 · 2π (vgl. TAB 1.1 im Anhang 1).  Grating strip 12 of the layout) is increased, so that there is a 2π increased phase shift. The phase deviation thus changes from (l, 0,2,0) / 2 · 2π to (l, 0,4,0) / 2 · 2π (see TAB 1.1 in Appendix 1).
Das Layout gemäß FIG 12 („%8cx2 1, 00x3_L3_adj -100") wird wiederum wie folgt aus dem Layout gemäß FIG 11 The layout according to FIG. 12 ("% 8cx2 1, 00x3_L3_adj -100") again becomes as follows from the layout according to FIG. 11
(„%8cx2 1, 00x3_L3_inv-200") abgeleitet: - In einem ersten Schritt wird zunächst die Materialhöhe h aller Layout-Streifen und Gitterstreifen 12) zunächst rechnerisch einheitlich erhöht, so dass sich ein um π vergrößerter Phasenhub ergibt. Die Phasenabfolge ("% 8cx2 1, 00x3_L3_inv-200"): In a first step, first the material height h of all layout stripes and grid stripes 12) is first uniformly increased in a computational manner, so that the phase shift is increased by π
(l,0,4,0)/2 · 2π geht somit über in (2,l,5,l)/2 · 2π.  (l, 0,4,0) / 2 · 2π thus changes into (2, l, 5, l) / 2 · 2π.
- In einem zweiten Schritt wird anschließend die - In a second step, the
Materialhöhe h des ersten und dritten Layout-Streifens (entsprechend dem jeweils ersten und dritten  Material height h of the first and third layout strip (corresponding to the first and third respectively
Gitterstreifen 12) rechnerisch reduziert, so dass sich ein um 2π verringerter Phasenhub ergibt. Die  Grid strip 12) reduced mathematically, so that there is a reduced by 2π phase deviation. The
Phasenhubabfolge (2,l,5,l)/2 · 2π geht somit über in (0,l,3,l)/2 · 2π (vgl. TAB 1.1 im Anhang 1).  Phase-shifting sequence (2, 1, 5, 1) / 2 · 2π thus changes into (0, 1, 3, 1) / 2 · 2π (see TAB 1.1 in Appendix 1).
Von diesen Modifikationen des Layouts bleiben die optischen Eigenschaften des Phasengitters Gi bei der Design-Wellenlänge λ0, wie vorstehend erläutert, unbeeinflusst . Die den FIG 13 und 14 sind Varianten des Layouts gemäß FIG 12Of these modifications of the layout, the optical properties of the phase grating Gi remain unaffected at the design wavelength λ 0 as explained above. FIGS. 13 and 14 are variants of the layout according to FIG. 12
(„%8cx2 1, 00x3_L3_adj -100") dargestellt, bei denen die ("% 8cx2 1, 00x3_L3_adj -100") where the
Gitterstege 14 mit Knickstellen DK versehen sind.  Grid bars 14 are provided with kinks DK.
Hinsichtlich der Phasenhübe der aufeinanderfolgenden With regard to the phase shifts of the successive ones
Gitterstreifen 12 und der optischen Eigenschaften des Grid strip 12 and the optical properties of
Phasengitters Gi sind die Layouts gemäß FIG 13 und 14 Phase grating Gi are the layouts according to FIGS. 13 and 14
identisch mit dem Layout gemäß FIG 12. identical to the layout according to FIG. 12.
Das in FIG 15 gezeigte Layout des Phasengitters Gi liegt den Simulationen mit den Bezeichnung „%14b 0,14 L4_inv",The layout of the phase grating Gi shown in FIG. 15 is given to the simulations labeled "% 14b 0.14 L4_inv",
„%14bx2_0,57 L4_inv" und „%14bx2_l,29 L4_inv" zugrunde.Based on "% 14bx2_0.57 L4_inv" and "% 14bx2_l, 29 L4_inv".
Die in FIG 16 und 17 gezeigten Layouts liegen den The layouts shown in FIGS. 16 and 17 are
Simulationen mit der Bezeichnung „%14bx2_0 , 57x2 , 5_L4" bzw. „%14bx3_l, 29x1, 33_L4" zugrunde . Based on simulations named "% 14bx2_0, 57x2, 5_L4" or "% 14bx3_l, 29x1, 33_L4".
Im oberen Diagramm der FIG 18 ist ein Interferenzmuster eines dreistufigen Phasengitters Gi dargestellt, das pro In the upper diagram of FIG. 18, an interference pattern of a three-stage phase grating Gi is shown, which is per
Gitterperiode pi eine Phasenhubabfolge der Grating period pi is a phase sweep sequence of
aufeinanderfolgenden Gitterstreifen 12 von (0,l,4,l)/8 · 2π aufweist. Dargestellt ist hierbei konkret der has successive grid strips 12 of (0, l, 4, l) / 8 · 2π. It is specifically shown here
Intensitätsverlauf der von dem Phasengitter Gi gebeugten Röntgenstrahlung in x-Richtung, wie er sich aus einer  Intensity curve of the diffracted by the phase grating Gi X-ray in the x-direction, as it turns out
Simulation „%8c 0,25_L3" ergibt. Eingetragen sind der  Simulation "% 8c 0.25_L3" results
Intensitätsverlauf für die Design-Energie 62keV  Intensity curve for the design energy 62keV
(durchgezogene Linie) , sowie für abweichende Quantenenergien der Röntgenstrahlung von 56keV (gestrichelte Linie) und 50keV (gepunktete Linie) . Das mittlere Diagramm der FIG 18 zeigt in gleicher Darstellung das Interferenzmuster, das sich für eine(solid line), as well as for different quantum energies of the X-rays of 56keV (dashed line) and 50keV (dotted line). The middle diagram of FIG. 18 shows, in the same representation, the interference pattern which is suitable for a
Simulation „%8c 0,25_L2" mit einem binären Vergleichsgitter (wie 8cx2_l , 00_L2" , aber mit po=21,9um) ergibt. Simulation "% 8c 0,25_L2" with a binary comparison grid (like 8cx2_l, 00_L2 ", but with po = 21,9um).
Nach dem oberen Diagramm der FIG 18 beleuchtet das After the upper diagram of FIG 18 that illuminates
dreistufige Gitter („%8c_0, 25_L3") bei der Design-Energie einen Streifen einer Breite, die einem Viertel der three-tier grids ("% 8c_0, 25_L3") at design power a strip of a width that is one fourth of the
Gitterkonstante p2 des Analysegitters G2 entspricht. DieLattice constant p 2 of the analysis grid G2 corresponds. The
Mitte zwischen den Interferenzmaxima ist relativ dunkel. Für abweichende Quantenenergien ist das Interferenzmaximum aber deutlich verbreitert. Nahe des Interferenzmaximums bilden sich somit „Schultern" des polychromatischen Middle between the interference maxima is relatively dark. For aberrant quantum energies, however, the interference maximum is significantly widened. Form near the interference maximum thus "shoulders" of the polychromatic
Intensitätsprofils. Intensity profile.
Das Interferenzmuster des vereinfachten binären Gitter The interference pattern of the simplified binary grid
(„%8c 0,25_L2") zeigt gemäß dem mittleren Diagramm der FIG("% 8c 0,25_L2") shows according to the middle diagram of FIG
18 in der Mitte zwischen den intensiven Interferenzmaxima noch ein schwächeres Nebenmaximum. Dafür sind jedoch die Bereiche zwischen den Haupt- und Nebenmaxima dunkler als im oberen Diagramm (die Interferenzmaxima haben also schmälere „Schultern") . 18 in the middle between the intense interference maxima still a weaker secondary maximum. However, the areas between the main and secondary maxima are darker than in the upper diagram (the interference maxima therefore have narrower "shoulders").
Wird das binäre Gitter durch ein Kohärenzgitter Go mit halber Gitterkonstante p0 beleuchtet („%8cx2_l, 00_L2") , so ergibt sich das im unteren Diagramm der FIG 18 dargestellte If the binary grating is illuminated by a coherence grating Go with half grating constant p 0 ("% 8cx2_l, 00_L2"), this results in the lower diagram of FIG
Interferenzmuster, das durch eine halbierte p2-Periode gekennzeichnet ist. Haupt- und Nebenmaxima der von dem Interference pattern characterized by a halved p 2 period. Main and secondary maxima of the
Kohärenzgitter Go ausgehenden, gebeugten Teilstrahlen R überdecken sich in diesem Interferenzmuster wechselweise, wodurch gute Sichtbarkeit und schmale „Schultern" des polychromatischen Intensitätsprofils erreicht werden. Coherence grating Go outgoing, diffracted partial beams R overlap each other in this interference pattern, whereby good visibility and narrow "shoulders" of the polychromatic intensity profile are achieved.
Wird dieses Gitter im 3-fachen Talbot-Abstand abgetastet (statt im einfachen Talbot-Abstand gemäß „%8cx2_l, 00_L2") , so sinkt die durchschnittliche Sichtbarkeit erheblich. If this grid is scanned in 3 times Talbot distance (instead of the simple Talbot distance according to "% 8cx2_l, 00_L2"), the average visibility decreases considerably.
Allerdings zeigt sich, dass eine Korrektur möglich ist, indem auf der Breite von px/2 Material hinzugefügt wird, der einen Phasenhub von -2π oder -4π erzeugt. Dieser Kniff ist However, it can be seen that a correction is possible by adding material on the width of p x / 2 that produces a phase shift of -2π or -4π. This trick is
überraschend erfolgreich (s. TAB 3.1 bis 3.3) . Während die solchermaßen kreierten Layouts gemäß FIG 10surprisingly successful (see TAB 3.1 to 3.3). While the layouts thus created according to FIG 10
(„%8cx2_l, 00x3_L3_inv-100") und 11 („%8cx2_l, 00x3_L3_inv- 200") eine relativ schwer durch Schrägbelichtung zu ("% 8cx2_l, 00x3_L3_inv-100") and 11 ("% 8cx2_l, 00x3_L3_inv-200") are relatively heavy due to oblique exposure
fertigende Struktur besitzen (deshalb wird hier anstelle von Nickel vorzugsweise Gold als Basismaterial benutzt, was eine geringere Transmission und damit eine geringere Leistung bedingt) , ermöglicht das modifizierte Layout gemäß FIG 12 („%8cx2_l, 00x3_L3_adj -100") eine vergleichsweise einfache Fertigung des Phasengitters Gi . Der Belichtungswinkel für das Layout gemäß FIG 12 wurde aus darstellungstechnischen Gründen reduziert auf 12°. Für die Layouts gemäß FIG 13 und 14 wurde der Belichtungswinkel weiter reduziert auf 4°. Die Layouts gemäß FIG 12 bis 14 („%8cx2_l, 00x3_L3_adj -100") haben bei 3-fachem Talbot-Abstand eine Empfindlichkeit, die ein π-schiebendes Gitter beim 6-fachen Abstand aufweisen würde. Gleichzeitig haben die Layouts gemäß FIG 12 bis 14 aber eine Sichtbarkeit, die ein π-schiebendes Gitter beim 3- fachen Abstand erreicht. Dadurch können die Layouts gemäß FIG 12 bis 14 mit einem π-schiebenden Gitter selbst bei have produced structure (therefore, instead of nickel preferably gold is used as the base material, which causes a lower transmission and thus a lower power), allows the modified layout of FIG 12 ("% 8cx2_l, 00x3_L3_adj -100") a comparatively simple production of Phase grating Gi. The exposure angle for the Layout according to FIG 12 was reduced for illustrative technical reasons to 12 °. For the layouts according to FIGS. 13 and 14, the exposure angle was further reduced to 4 °. The layouts according to FIGS 12 to 14 ("% 8cx2_l, 00x3_L3_adj -100") have a sensitivity at 3 times Talbot distance, which would have a π-sliding grid at 6 times the distance 14 but a visibility that reaches a π-sliding grating at 3 times the distance.Thus, the layouts according to FIG 12 to 14 with a π-sliding grid even at
Verwendung des letzeren in 9-fachem Talbot-Abstand mithalten oder es deutlich übertreffen. Das obere Diagramm der FIG 19 zeigt - analog zu den Compete with the latter in 9 times Talbot distance or significantly surpass it. The upper diagram of FIG 19 shows - analogous to the
Diagrammen der FIG 18 - das Interferenzmuster, das aus der SimulatΪ OΠ "614b 0,14 L4 inv" für das Layout gemäß FIG 15 unter Berücksichtigung von gewonnen wurde. Das untere Diagramm der FIG 19 zeigt für dasselbe Layout das Interferenzmuster, das aus der Simulation Diagrams of FIG. 18 show the interference pattern that results from the simulant OΪ "614b 0.14 L4 inv" for the layout according to FIG was won. The lower diagram of FIG. 19 shows, for the same layout, the interference pattern resulting from the simulation
,,„%14bx3_l , 29 L4_inv" für eine auf ein Drittel reduzierte ,, "% 14bx3_l, 29 L4_inv" for one third reduced
Gitterkonstante erhalten wurde. lattice constant was obtained.
Die Diagramme zeigen, dass das nach dem Layout The diagrams show that after the layout
„%14b 0,14 L4_inv" gefertigte Phasengitter d die "% 14b 0,14 L4_inv" produced phase grating d the
Interferenzmaxima auf einen schmalen Streifen fokussiert, dessen Breite einem Siebtel der Gitterkonstante p2 Interference maxima focused on a narrow strip whose width is one-seventh of the lattice constant p 2
entspricht, so dass es eine Halbierung oder sogar Drittelung der Gitterkonstante po möglich ist. Die Halbierung der so that halving or even doubling the lattice constant po is possible. Halving the
Gitterkonstante po („%14bx2_0 , 57 L4_inv") wird nahegelegt durch schwache Nebenmaxima, die in dem oberen Diagramm der FIG 19 erkennbar sind. Lattice constant po ("% 14bx2_0, 57 L4_inv") is suggested by weak side maxima, which can be seen in the upper diagram of FIG.
FIG 20 zeigt - wiederum analog zu den Diagrammen der FIG 18 - das Interferenzmuster, das aus der Simulation FIG. 20 shows - again analogous to the diagrams of FIG. 18 - the interference pattern resulting from the simulation
„%14bx3_l , 29x1 , 33_L4" für das Layout gemäß FIG 17 gewonnen wurde. Dieses Layout sowie das der Simulation  "% 14bx3_l, 29x1, 33_L4" for the layout according to FIG 17. This layout as well as that of the simulation
„%14bx2_0 , 57x2 , 5_L4" zugrundeliegende Layout (FIG 16) haben invertierte Phasenhübe und wirken bei längeren Abständen. Die Abbildung zeigt, dass bei diesen Layouts nur jedes zweite oder dritte Interferenzmaximum einander gleicht. Die in den FIG 16 und 17 dargestellten Layouts sind "% 14bx2_0, 57x2, 5_L4" underlying layout (FIG 16) have inverted phase strokes and act at longer distances. The figure shows that in these layouts, only every second or third interference maximum is equal to each other. The layouts shown in FIGS. 16 and 17 are
vergleichsweise einfach fertigbar. Aspektverhältnisse von 55 bzw. 59 sind realisierbar. comparatively easy to manufacture. Aspect ratios of 55 and 59 are feasible.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Aus- führungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Va¬ rianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. The invention is not limited to the exemplary embodiments described above. Rather, other Va ¬ variants of the invention to those skilled in can be derived therefrom without departing from the scope of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways, without departing from the subject matter of the invention.
Anhang 1 : Eigenschaften der Layouts des Phasengitters Gi gemäß FIG 7 bis 17 Appendix 1: Properties of the layouts of the phase grating Gi according to FIGS. 7 to 17
Bezeichnung Pi/ Streifen-Geometrie : Name Pi / stripe geometry:
ym  ym
Phasenhub Breite  Phase swing width
[... 2π] [... pl] [... 2π] [... pl]
%4c 0, 50 2, 582 (0,1) /4 (1,1) /2% 4c 0, 50 2, 582 (0,1) / 4 (1,1) / 2
%4bx2 0,50 5, 164 (0,1,1,0) 12 (1,1,1,1) /4% 4bx2 0.50 5, 164 (0,1,1,0) 12 (1,1,1,1) / 4
%4bx2 0 , 50x3 2, 981 (0,1,1,0) 12 (1,1,1,1) /4% 4bx2 0, 50x3 2, 981 (0,1,1,0) 12 (1,1,1,1) / 4
%4bx2 0 , 50x5 2,309 (0,1,1,0) 12 (1,1,1,1) /4% 4bx2 0, 50x5 2.309 (0,1,1,0) 12 (1,1,1,1) / 4
%4bx2 0, 50x7 1, 952 (0,1,1,0) /2 (1,1,1,1) /4% 4bx2 0, 50x7 1, 952 (0,1,1,0) / 2 (1,1,1,1) / 4
%4bx2 0, 50x9 1,721 (0,1,1,0) 12 (1,1,1,1) /4% 4bx2 0, 50x9 1,721 (0,1,1,0) 12 (1,1,1,1) / 4
%8c 0 r 25 L3 3, 651 (0,l,4,l)/8 (1,1,1,1) /4% 8c 0 r 25 L3 3, 651 (0, l, 4, l) / 8 (1,1,1,1) / 4
%8cx2 1, 00 L2 3, 651 (0,1,1,1) /2 (1,1,1,1) /4% 8cx2 1, 00 L2 3, 651 (0,1,1,1) / 2 (1,1,1,1) / 4
%8cx2 1 , 00x3 L3 inv- 100 2,108 (1,0,2,0) 12 (2,l,4,l)/8% 8cx2 1, 00x3 L3 inv-100 2,108 (1,0,2,0) 12 (2, l, 4, l) / 8
%8cx2 1 , 00x3 L3 inv- 200 2,108 (l,0,4,l)/2 (2,l,4,l)/8% 8cx2 1, 00x3 L3 inv- 200 2,108 (l, 0,4, l) / 2 (2, l, 4, l) / 8
%8cx2 1 , 00x3 L3 adj - 100 2,108 (0,1,3,1) /2 (2,l,4,l)/8% 8cx2 1, 00x3 L3 adj - 100 2,108 (0,1,3,1) / 2 (2, l, 4, l) / 8
%14b 0, 14 L4 inv 4, 830 (4,5,0,3,0,5,4) /7 (1, 1,.··, 1) n% 14b 0, 14 L4 inv 4, 830 (4,5,0,3,0,5,4) / 7 (1, 1, ··· 1) n
%14bx2 0,57 L4 inv 4, 830 (4,5,0,3,0,5,4) /7 (1, 1,.··, 1) /7% 14bx2 0.57 L4 inv 4, 830 (4,5,0,3,0,5,4) / 7 (1, 1, ··, 1) / 7
%14bx3 1,29 L4 inv 4, 830 (4,5,0,3,0,5,4) /7 (1, 1,.··, 1) n% 14bx3 1,29 L4 inv 4, 830 (4,5,0,3,0,5,4) / 7 (1, 1, ··, 1) n
%14bx2 0 , 57x2 , 5 L4 3, 055 (6,5,3,0,3,5, 6) /7 (1, 1,.··, 1) /7% 14bx2 0, 57x2, 5 L4 3, 055 (6,5,3,0,3,5, 6) / 7 (1, 1, ··, 1) / 7
%14bx3 1^23x1^33 L4 4,183 (6,5,3,0,3,5, 6) /7 (1, 1,..., 1) /7 % 14bx3 1 ^ 23x1 ^ 33 L4 4,183 (6,5,3,0,3,5,6) / 7 (1, 1, ..., 1) / 7
TAB 1.1: Gitterkonstante pi und Geometrie der Layout-Streifen (Abfolge der Phasenhübe bei der Design-Energie, bezogen auf 2π; Streifenbreite, bezogen auf die Gitterkonstante pi) TAB 1.1: lattice constant pi and geometry of the layout stripes (sequence of phase shifts in the design energy, based on 2π, stripe width, based on the lattice constant pi)
Bezeichnung Basis¬ Hi R Designation Basis ¬ Hi R
[ym] material [ym]  [ym] material [ym]
%4c 0,50 10, 9 Ni 20° 16, 4 21 % 4c 0,50 10, 9 Ni 20 ° 16, 4 21
%4bx2 0,50 21,8 Ni 20° 27,3 35% 4bx2 0,50 21,8 Ni 20 ° 27,3 35
%4bx2 0 , 50x3 21,8 Ni 20° 27,3 35% 4bx2 0, 50x3 21,8 Ni 20 ° 27,3 35
%4bx2 0 , 50x5 21,8 Ni 20° 27,3 35% 4bx2 0, 50x5 21,8 Ni 20 ° 27,3 35
%4bx2_0, 50x7 21,8 Ni 20° 27,3 35% 4bx2_0, 50x7 21,8 Ni 20 ° 27,3 35
%4bx2_0, 50x9 21,8 Ni 20° 27,3 35 % 4bx2_0, 50x9 21,8 Ni 20 ° 27,3 35
%8c 0,25 L3 21,8 Ni 20° 27,3 35% 8c 0.25 L3 21.8 Ni 20 ° 27.3 35
%8cx2 1,00 L2 21,8 Ni 20° 27,3 35% 8cx2 1.00 L2 21.8 Ni 20 ° 27.3 35
%8cx2 1,00x3 L3 inv-100 24,7 Au 20° 40,5 85% 8cx2 1.00x3 L3 inv-100 24.7 Au 20 ° 40.5 85
%8cx2 1,00x3 L3 inv-200 49, 4 Au 20° 66,6 133% 8cx2 1.00x3 L3 inv-200 49, 4 Au 20 ° 66.6 133
%8cx2 1 , 00x3 L3 adj-100 65, 3 Ni 12° 74, 1 95 % 8cx2 1, 00x3 L3 adj-100 65, 3 Ni 12 ° 74, 1 95
%14b 0, 14 L4_inv 31, 1 Ni 20° 35, 6 55% 14b 0, 14 L4_inv 31, 1 Ni 20 ° 35, 6 55
%14bx2 0,57 L4 inv 31, 1 Ni 20° 35, 6 55% 14bx2 0.57 L4 inv 31, 1 Ni 20 ° 35, 6 55
%14bx3_l, 29 L4_inv 31, 1 Ni 20° 35, 6 55% 14bx3_l, 29 L4_inv 31, 1 Ni 20 ° 35, 6 55
%14bx2_0, 57x2, 5_L4 37, 3 Ni 12° 45, 8 59% 14bx2_0, 57x2, 5_L4 37, 3 Ni 12 ° 45, 8 59
%14bx3_l, 29x1, 33_L4 37, 3 Ni 12° 45, 8 59 % 14bx3_l, 29x1, 33_L4 37, 3 Ni 12 ° 45, 8 59
TAB 1.2: Maximale Materialhöhe hmax, Basismaterial, TAB 1.2: maximum material height h max , base material,
Belichtungswinkel a, Gitterhöhe Hi und Aspektverhältnis Exposure angle a, grid height Hi and aspect ratio
Anhang 2: Randbedingungen für die Simulationen Annex 2: Boundary conditions for the simulations
Bezeichnung Po P2 f Designation Po P2 f
[ym] [ym]  [ym] [ym]
%4c 0, 50 15,5 3, 098 0,50 % 4c 0, 50 15.5 3, 098 0.50
%4bx2 0,50 15,5 3, 098 0,50% 4bx2 0.50 15.5 3, 098 0.50
%4bx2 0 , 50x3 8, 9 1,789 1,50% 4bx2 0, 50x3 8, 9 1,789 1,50
%4bx2 0 , 50x5 6, 9 1,386 2,50% 4bx2 0, 50x5 6, 9 1.386 2.50
%4bx2 0, 50x7 5, 9 1, 171 3,50% 4bx2 0, 50x7 5, 9 1, 171 3.50
%4bx2 0, 50x9 5,2 1, 033 4,50 % 4bx2 0, 50x9 5.2 1, 033 4.50
%8c 0 , 25 L3 21, 9 4, 382 0,25% 8c 0, 25 L3 21, 9 4, 382 0.25
%8cx2 1, 00 L2 11,0 2,191 1,00% 8cx2 1, 00 L2 11,0 2,191 1,00
%8cx2 1 , 00x3 L3 inv- 100 6, 3 1, 265 3, 00% 8cx2 1, 00x3 L3 inv- 100 6, 3 1, 265 3, 00
%8cx2 1 , 00x3 L3 inv- 200 6, 3 1, 265 3, 00% 8cx2 1, 00x3 L3 inv- 200 6, 3 1, 265 3, 00
%8cx2 1 , 00x3 L3 adj - 100 6, 3 1, 265 3, 00 % 8cx2 1, 00x3 L3 adj - 100 6, 3 1, 265 3, 00
%14b 0, 14 L4 inv 29, 0 5,796 0,14% 14b 0, 14 L4 inv 29, 0 5,796 0.14
■%14bx2 _0, 57 L4_inv 14,5 2, 898 0, 57 ■ % 14bx2 _0, 57 L4_inv 14.5 2, 898 0, 57
%14bx3 1,29 L4 inv 9,7 1, 932 1,29% 14bx3 1.29 L4 inv 9.7 1, 932 1.29
%14bx2 _0, 57x2, 5_L4 9,2 1, 833 1,43% 14bx2 _0, 57x2, 5_L4 9.2 1, 833 1.43
%14bx3 1 29x1 ^ 33 L4 8,4 1, 673 1,71 % 14bx3 1 29x1 ^ 33 L4 8.4 1, 673 1.71
Tab 2.1: Gitterkonstanten p0 und P2 sowie Leistungsfaktor f Table 2.1: Grid constants p 0 and P 2 and power factor f
Anhang 3: Leistungsdaten der Layouts gemäß FIG 7 bis 17 aus Simulation Annex 3: Performance data of the layouts according to FIGS. 7 to 17 from simulation
Bezeichnung Sichtbarkeit V Designation Visibility V
v=vA v=vB v=vc v = v A v = v B v = v c
VOF V50F V50UVOF V50F V50U
%4c 0,50 79, 4% 48,2% 40,8%% 4c 0.50 79, 4% 48.2% 40.8%
%4bx2_0, 50 77,3% 47,2% 38,0%% 4bx2_0, 50 77.3% 47.2% 38.0%
%4bx2 0 , 50x3 63,2% 41,8% 29, 4%% 4bx2 0, 50x3 63.2% 41.8% 29, 4%
%4bx2_0, 50x5 56, 8% 37, 3% 27, 6%% 4bx2_0, 50x5 56, 8% 37, 3% 27, 6%
%4bx2_0, 50x7 50,5% 33, 4% 28,1%% 4bx2_0, 50x7 50.5% 33, 4% 28.1%
%4bx2_0, 50x9 44,2% 29, 7% 27,0% % 4bx2_0, 50x9 44.2% 29, 7% 27.0%
%8c 0,25 L3 86, 5% 65, 9% 46, 1%% 8c 0.25 L3 86, 5% 65, 9% 46, 1%
%8cx2_l, 00 L2 77,8% 49, 6% 42, 6%% 8cx2_l, 00 L2 77.8% 49, 6% 42, 6%
%8cx2 1,00x3 L3 inv-100 63,2% 40,8% 28,5%% 8cx2 1.00x3 L3 inv-100 63.2% 40.8% 28.5%
%8cx2 1 , 00x3 L3 inv-200 70,4% 46, 3% 33,6%% 8cx2 1, 00x3 L3 inv-200 70.4% 46, 3% 33.6%
%8cx2 1,00x3 L3 adj -100 70,3% 44, 6% 34, 5% % 8cx2 1.00x3 L3 adj -100 70.3% 44, 6% 34, 5%
%14b 0, 14 L4_inv 86, 3% 72, 9% 56, 4%% 14b 0, 14 L4_inv 86, 3% 72, 9% 56, 4%
%14bx2 0,57 L4 inv 85, 0% 62,5% 53, 1%% 14bx2 0.57 L4 inv 85, 0% 62.5% 53, 1%
%14bx3_l, 29 L4_inv 73, 9% 48, 6% 39, 3%% 14bx3_l, 29 L4_inv 73, 9% 48, 6% 39, 3%
%14bx2_0, 57x2, 5_L4 66, 7% 46, 8% 28,7%% 14bx2_0, 57x2, 5_L4 66, 7% 46, 8% 28.7%
%14bx3_l, 29x1, 33_L4 70, 6% 46, 4% 29, 4% % 14bx3_l, 29x1, 33_L4 70, 6% 46, 4% 29, 4%
TAB 3.1: Sichtbarkeit S für „VOF" (punktförmige Strahlungs- quelle, gefiltertes Röntgenspektrum) , „V50F" (Kohärenzgitter Go mit 50% Öffnungsanteil, gefiltertes Röntgenspektrum) und „V50U" (Kohärenzgitter Go mit 50% Öffnungsanteil, ungefilter- tes Röntgenspektrum) Bezeichnung Transmission T TAB 3.1: Visibility S for "VOF" (point source, filtered X-ray spectrum), "V50F" (coherence grid Go with 50% aperture, filtered X-ray spectrum) and "V50U" (coherence grid Go with 50% aperture, unfiltered X-ray spectrum) Designation Transmission T
T=TF T=Tn T = T F T = T n
F U  F U
%4c 0,50 99,0% 98,4%  % 4c 0.50 99.0% 98.4%
%4bx2___0, 50 98,4% 97,7%  % 4bx2 ___ 0, 50 98.4% 97.7%
%4bx2_0, 50x3 98,2% 97,6% % 4bx2_0, 50x3 98.2% 97.6%
%4bx2 0 , 50x5 97,8% 97,2% % 4bx2 0, 50x5 97.8% 97.2%
%4bx2_0, 50x7 97,6% 96,1% % 4bx2_0, 50x7 97.6% 96.1%
%4bx2_0, 50x9 97,4% 96,9% % 4bx2_0, 50x9 97.4% 96.9%
%8c 0,25 L3 98,5% 97,7% % 8c 0.25 L3 98.5% 97.7%
%8cx2_l, 00 L2 97,6% 96,5%  % 8cx2_l, 00 L2 97.6% 96.5%
%8cx2 1,00x3 L3 inv-100 86,9% 81,6%  % 8cx2 1.00x3 L3 inv-100 86.9% 81.6%
%8cx2 1,00x3 L3 inv-200 79,7% 73,0% % 8cx2 1.00x3 L3 inv-200 79.7% 73.0%
%8cx2 1,00x3 L3 adj -100 93,6% 90,7% % 8cx2 1.00x3 L3 adj -100 93.6% 90.7%
%14b 0, 14 L4 inv 97,3% 95,9% % 14b 0, 14 L4 inv 97.3% 95.9%
%14bx2 0, 57 L4 inv 97,0% 95,8% % 14bx2 0, 57 L4 inv 97.0% 95.8%
%14bx3 1,29 L4 inv 97,1% 95,9% % 14bx3 1,29 L4 inv 97,1% 95,9%
%14bx2 0,57x2,5 L4 95,1% 93,0% % 14bx2 0.57x2.5 L4 95.1% 93.0%
%14bx3_l, 29x1, 33_L4 96,1% 94,2% % 14bx3_l, 29x1, 33_L4 96.1% 94.2%
Tab 3.2: Transmission T für „F" (gefiltertes Röntgenspektrum) bzw. „U" (ungefiltertes Röntgenspektrum) Table 3.2: Transmission T for "F" (filtered X-ray spectrum) or "U" (unfiltered X-ray spectrum)
Bezeichnung Effizienz (S-V)2T Designation Efficiency (SV) 2 T
f-VA 2TF f-VB 2TF f-Vc 2"Tu VOF V50F V50UfV A 2 T F fV B 2 T F fV c 2 " Tu VOF V50F V50U
%4c 0,50 31,2% 11,5% 8,2%% 4c 0.50 31.2% 11.5% 8.2%
%4bx2_0, 50 29,4% 11,0% 7,1% %4bx2 0 , 50x3 58,9% 25,8% 12,7% %4bx2 0 , 50x5 78,8% 34,0% 18,6% %4bx2_0, 50x7 87,2% 38,1% 26,5% %4bx2 0 , 50x9 85,6% 38,7% 31,8% % 4bx2_0, 50 29.4% 11.0% 7.1%% 4bx2 0, 50x3 58.9% 25.8% 12.7%% 4bx2 0, 50x5 78.8% 34.0% 18.6% % 4bx2_0, 50x7 87.2% 38.1% 26.5%% 4bx2 0, 50x9 85.6% 38.7% 31.8%
%8c 0,25 L3 18,4% 10,7% 5,2%% 8c 0.25 L3 18.4% 10.7% 5.2%
%8cx2_l, 00 L2 59,1% 24,0% 17,5%% 8cx2_l, 00 L2 59.1% 24.0% 17.5%
%8cx2 1,00x3 L3 inv-100 104,3% 43,3% 19,8% %8cx2 1,00x3 L3 inv-200 118,3% 51,3% 24,7% %8cx2 1,00x3 L3 adj -100 138,6% 55,9% 32,4% % 8cx2 1.00x3 L3 inv-100 104.3% 43.3% 19.8%% 8cx2 1.00x3 L3 inv-200 118.3% 51.3% 24.7%% 8cx2 1.00x3 L3 adj - 100 138.6% 55.9% 32.4%
%14b 0, 14 L4 inv 10,4% 7,4% 4,4% %14bx2 0,57 L4 inv 40,1% 21,6% 15,4% %14bx3 1,29 L4 inv 68,2% 29,5% 19,1% %14bx2_0, 57x2, 5_L4 60,4% 29,7% 10,9% %14bx3 1, 29x1, 33 L4 82,2% 35,4% 13,9% % 14b 0, 14 L4 inv 10.4% 7.4% 4.4%% 14bx2 0.57 L4 inv 40.1% 21.6% 15.4%% 14bx3 1.29 L4 inv 68.2% 29 , 5% 19.1%% 14bx2_0, 57x2, 5_L4 60.4% 29.7% 10.9%% 14bx3 1, 29x1, 33 L4 82.2% 35.4% 13.9%
TAB 3.3: Effizienz für „VOF" (punktförmige Strahlungsquelle, gefiltertes Röntgenspektrum; V=VA; T=TF) , „V50F" (Kohärenz- gitter Go mit 50% Öffnungsanteil, gefiltertes Röntgenspekt¬ rum; V=VB; T=TF) und „V50U" (Kohärenzgitter G0 mit 50% Öff¬ nungsanteil, ungefiltertes Röntgenspektrum; V=VC; T— J-u) ; we i terhin wurde für konstanten Abstand di2 geltende Beziehung Socf1 2 eingesetzt Anhang 4: Physikalische Grundlagen TAB 3.3: Efficiency "VOF" (point source of radiation, filtered X-ray spectrum; V = V A T = T F), "V50F" (coherence grid Go with 50% opening ratio, filtered Röntgenspekt ¬ rum; V = V B; T = T F) and "V50U" (coherence grid G 0 50% Publ ¬ voltage component, unfiltered X-ray spectrum; V = V C; T- Ju); we i terhin was applicable to constant distance di 2 1 2 SOCF relationship used Appendix 4: Physical Basics
Der Phasenkontrast einer Röntgenaufnahme visualisiert unter¬ schiedliche Phasengeschwindigkeiten cp = Co (1+δ) aufgrund des materialabhängigen Brechungsindex n = Ι-δ+iß. The phase contrast of an x-ray visualized ¬ schiedliche phase velocities c p = Co (1 + δ) due to the material-dependent refractive index n = Ι-δ + iβ.
Die Transmission T hinter dem Patienten ist durch das Intensitätsverhältnis T = I / Io bestimmt, wobei Io die durchschnitt¬ liche Intensität ohne Gi und G2 ist. Das Rauschen (repräsen- tiert durch die Standardabweichung σφ) ist proportional zuThe transmission T behind the patient is determined by the intensity ratio of T = I / Io, where Io is the average intensity ¬ Liche without Gi and G. 2 The noise (represented by the standard deviation σ φ ) is proportional to
(At Ιο ) ~2 · Um das Rauschen zu halbieren, wird also die vierfa¬ che Dosis At Io benötigt. Bei differentiellem Phasenkontrast (sowie auch bei Dunkelfeldaufnahmen) ergibt sich eine proportionale Abhängigkeit des Rauschens σφ von der Streifen-Phase φ (dabei ist V die ( Streifen- ) Sichtbarkeit oder Visibilität mit (At Ιο) ~ 2 · To halve the noise so the vierfa ¬ che dose At Io is required. In differential phase contrast (as well as in dark field recordings), there is a proportional dependence of the noise σ φ on the strip phase φ (where V is the (stripe) visibility or visibility
V — ( Imax — Imin ) / ( Imax — Imin ) Die Größen Imax und Imin bezeichnen dabei die maxima¬ len/minimalen Intensitäten abhängig von der x-Position eines verschiebbaren Go : σφ 2 x 1/ (At Io V2 T) , wobei Sichtbarkeit V und die Transmission T jeweils in den Grenzen 0-100% variieren können. V - (Imax - Imin) / (Imax - Imin), the values I max and I m i n denote the maxima ¬ len / minimum intensities depending on the x position of a displaceable Go: σ φ 2 x 1 / (At Io V 2 T), whereby visibility V and the transmission T can each vary within the limits 0-100%.
Um das Rauschen auf einem bestimmten Wert zu halten, muss al- so At Io v2 T unverändert bleiben. Es kann ein Wirkungsgrad ηφ der Optik hinter dem Patienten definiert werden als: ηφ = V2 T mit ηφ e [ 0 ; 1 ] Ein Ziel der vorliegenden Anmeldung ist, ηφ zu optimieren, d.h., eine Dosisminimierung bei gegebenem σφ (im Unterschied zu σφ' oder σφ) zu erreichen, wobei Φ die Phase der tatsäch- liehen Wellenfront und Φλ deren räumliche Änderung Φλ = δΦ/δχ bezeichnen. Φλ ist gegeben durch In order to keep the noise at a certain value, At Io v2 T must remain unchanged. An efficiency η φ of the optics behind the patient can be defined as: η φ = V 2 T with η φ e [0; 1] An object of the present application is to optimize η φ , ie to achieve a dose minimization given σ φ (as opposed to σφ ' or σφ), where Φ is the phase of the actual borrow wave front and Φ λ denote their spatial change Φ λ = δΦ / δχ. Φ λ is given by
Mit der Definition der Empfindlichkeit S als S = di2 / P2 gilt bei gegebener Design-Wellenlänge λ = λ0 σΦ> oc σφ / S With the definition of the sensitivity S as S = di 2 / P 2 , for a given design wavelength λ = λ 0, σ Φ > oc σ φ / S
Je höher die Empfindlichkeit, desto geringer ist somit das Rauschen. Aus σΦ<2 oc σφ 2 / S2 oc l/(At I0S2V2T) folgt wie oben bei vorgegebenem Rauschen θφ ι dass die Dosis At-Io proportional ist zu der Effizienz η = ηφ< = S2V2T The higher the sensitivity, the lower the noise. From σ Φ < 2 oc σ φ 2 / S 2 oc l / (At I 0 S 2 V 2 T) follows as above with given noise θφ ι that the dose At-Io is proportional to the efficiency η = η φ <= S 2 V 2 T
Der Empfindlichkeitsfaktor f des Phasengitters Gi ergibt sich aus di2 = f · Ρ2 2/λ0 und ist mit der Empfindlichkeit S über S = f · Ρ2/λ0 verknüpft. The sensitivity factor f of the phase grating Gi results from di 2 = f · 2 2 / λ 0 and is linked to the sensitivity S via S = f · 2 / λ 0 .

Claims

Patentansprüche claims
1. Phasengitter (d) für eine Phasenkontrast-Röntgenbild- gebungsvorrichtung (2), mit einer im Wesentlichen quer zu einer Strahlungseinfallrichtung auszurichtenden Transversalfläche (10), die durch eine x-Achse (x) und eine hier¬ zu senkrechte y-Achse (y) aufgespannt ist, mit einer Vielzahl von Gitterstegen (14) aus einem Basismaterial, die alternierend mit optisch dichteren Zwischenräumen (16) angeordnet sind, wobei die Gitterstege (14) derart ausgebildet sind, dass sie die Transversalfläche (10) in jeweils in y-Richtung langgestreckte Gitterstreifen (12) gliedern, die in x-Richtung parallel nebeneinander aufgereiht sind, wobei das Phasengitter ( Gi ) in jedem Gitter- streifen (12) entlang einer senkrecht zu der Transversalebene (10) ausgerichteten z-Achse (z) eine homogene, zwi¬ schen benachbarten Gitterstreifen (12) verschiedene Gesamtstärke (h) an dem Basismaterial aufweist, 1. Phase grating (d) gebungsvorrichtung for a phase-contrast X-ray image (2), with a substantially transversely aligned to a radiation incident direction transverse surface (10) defined by an x-axis (x) and here ¬ to vertical y-axis ( y) is clamped, with a plurality of grid webs (14) of a base material, which are arranged alternately with optically denser gaps (16), wherein the grid webs (14) are formed such that they the transverse surface (10) in each case in y -Lichtung elongated grid strip (12), which are lined up next to each other in parallel in the x-direction, wherein the phase grating (Gi) in each grid strip (12) along a perpendicular to the transverse plane (10) aligned z-axis (z) a having homogeneous, Zvi ¬ rule adjacent grid strip (12) different overall thickness (h) to the base material,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass sich mindestens ein Gittersteg (14) innerhalb der that at least one grid web (14) within the
Transversalfläche (10) über mehrere Gitterstreifen (12) erstreckt . Transverse surface (10) over a plurality of grid strip (12).
2. Phasengitter ( Gi ) nach Anspruch 1, 2. phase grating (Gi) according to claim 1,
wobei die Gitterstege (14) jeweils nach Art von in y- wherein the grid bars (14) each in the manner of in y-
Richtung geneigten schiefen Prismen geformt sind, deren Grundfläche und Deckfläche in den zur Transversalfläche (10) parallelen Stirnflächen des Phasengitters ( Gi ) lie¬ gen . Direction oblique oblique prisms are formed, the base surface and top surface lie in the transverse surface (10) parallel faces of the phase grating (Gi) lie ¬ conditions.
3. Phasengitter ( Gi ) nach Anspruch 2, 3. phase grating (Gi) according to claim 2,
wobei die Gitterstege (14) derart ausgebildet und ange¬ ordnet sind, dass in jedem Gitterstreifen (12) eine sich in y-Richtung mit einer y-Periodenlänge (py) wiederholen- de Materialstruktur ergibt, und wobei die Gitterstegewherein the grid webs (14) formed and attached ¬ arranged that in each lattice strip (12) has a material structure results in y-direction with a y-period length (p y) Retry de, and wherein the grating bars
(14) derart in y-Richtung geneigt sind, dass die zu der Grundfläche entgegengesetzte Deckfläche eines jeden Git¬ terstegs (14) gegenüber der Grundfläche um eine ganze An- zahl von Periodenlängen (py) , insbesondere genau eine Periodenlänge (py) versetzt ist. (14) are inclined in the y direction, that the opposite to the base deck surface of each Git ¬ terstegs (14) opposite the base to an entire arrival number of period lengths (p y ), in particular exactly one period length (p y ) is offset.
Phasengitter ( Gi ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder Gittersteg (14) durch jeweils zwei Seitenflä¬ chen (18) an die zwischen den Gitterstegen (14) angeordneten Zwischenräume (16) angrenzt, und wobei die Seiten¬ flächen (18) alternierend aus ersten Teilflächen (20), die parallel zur y-Achse (y) ausgerichtet sind, und zwei¬ ten Teilflächen (22), die parallel oder diagonal zu der x-Achse (x) ausgerichtet sind. Phase grating (Gi) according to one of claims 1 to 3, wherein each grid web (14) by two Seitenflä ¬ chen (18) adjacent to the between the grid bars (14) intermediate spaces (16) adjacent, and wherein the side ¬ surfaces (18 ) alternately from first partial surfaces (20), which are aligned parallel to the y-axis (y), and two ¬ th partial surfaces (22) which are aligned parallel or diagonally to the x-axis (x).
Phasengitter ( Gi ) nach Anspruch 4, Phase grating (Gi) according to claim 4,
wobei jede zweite Teilfläche (22) sich in x-Richtung über eine ganze Anzahl von Gitterstreifen (12) erstreckt. wherein each second sub-area (22) extends in the x-direction over a whole number of grid strips (12).
Phasengitter ( Gi ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder Gittersteg (12) innerhalb der Transversalflä¬ che (10) in alternierenden Abschnitten mit jeweils diagonaler Vorzugsrichtung in positiver y-Richtung und in negativer y-Richtung verläuft. Phase grating (Gi) according to one of claims 1 to 5, wherein each grid web (12) within the Transversalflä ¬ che (10) in alternating sections each having a diagonal preferential direction in the positive y-direction and in the negative y-direction.
Phasengitter ( Gi ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die entlang der z-Achse (z) gemessene Gesamtstärke (h) an dem Basismaterial zwischen mindestens drei diskre¬ ten Werten variiert. Phase grating (Gi) according to any one of claims 1 to 6, wherein the measured along the z-axis (z) Total thickness (h) of the base material between at least three diskre ¬ th values varied.
Phasenkontrast-Röntgenbildgebungsvorrichtung (2) mit einer Röntgenstrahlungsquelle (4), mit einem Röntgendetek- tor (6), der eine eindimensionale oder zweidimensionale Anordnung von Pixeln (P) aufweist sowie mit einem zwischen der Röntgenstrahlungsquelle (4) und dem Röntgende- tektor (6) angeordneten Phasengitter ( Gi ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Phase-contrast X-ray imaging device (2) with an X-ray source (4), with an X-ray detector (6) having a one-dimensional or two-dimensional arrangement of pixels (P) and with one between the X-ray source (4) and the X-ray detector (6 ) arranged phase grating (Gi) according to one of claims 1 to 7.
Phasenkontrast-Röntgenbildgebungsvorrichtung (2) nach spruch 8, mit einem zusätzlichen Kohärenzgitter ( Go ) , das der Rönt¬ genstrahlungsquelle (4) und dem Phasengitter ( Gl ) ZWl schengeschaltet ist. Phase-contrast X-ray imaging device (2) according to claim 8, with an additional coherence grid (Go) corresponding to the Rönt ¬ genstrahlungsquelle (4) and the phase grating (Gl) is ZWL rule switched.
Phasenkontrast-Röntgenbildgebungsvorrichtung (2) nach Anspruch 8 oder 9, mit einem zusätzlichen Analysegitter Phase-contrast x-ray imaging device (2) according to claim 8 or 9, with an additional analysis grid
( G2 ) , das dem Phasengitter ( GL ) und dem Röntgendetektor(G 2 ), the phase grating (G L ) and the X-ray detector
(6) zwischengeschaltet ist. (6) is interposed.
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