JP2007203064A - X線装置の焦点‐検出器装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位相格子G1がその突条部S間の間隙L内に、当該エネルギー範囲において突条部の減弱係数よりも高い線形減弱係数を持つ充填材料Bを有し、間隙L内での充填材料Bの高さは、位相シフトの測定に利用されたエネルギーおよび波長λのX線がX線の位相シフトを生成し、位相格子後に、突条部Sを透過したビーム(a)が、充填材料Bを有する間隙Lを透過するビームbに対して半波長だけ位相シフトしているように設定され、X線の減弱が、少なくとも位相シフトの測定に利用されたエネルギーに関して、突条部Sを通過する時と充填材料Bを通過する時とで同じになるように設定されている。
【選択図】 図8
Description
実験室X線線源(例えばX線管、二次ターゲット、プラズマ源、X線源)からのX線光子の放出、および第一乃至第三世代の従来のシンクロトロンX線源からのX線光子の放出は、確率的プロセスに基づいている。それゆえに、放出されたX線は空間的コヒーレンスを持たない。しかし、線源が観察者もしくは対象、格子または検出器に対して現れる観察角が十分に小さい場合、X線線源のX線は位相コントラストラジオグラフィー、位相コントラスト断層撮影法もしくは任意の干渉実験において空間的コヒーレントX線として挙動する。拡張されたX線線源の空間的または横方向コヒーレンスの尺度とすることができるのはいわゆる空間的コヒーレンス長LCである。
LC=λ(a/s)。 (1)
但し、λはX線の波長、sは横方向線源寸法、aは線源‐観察点間の距離である。幾人かの専門家は上で定義した値の半分も空間的コヒーレンス長と称している。厳密な値は二次的なことである。重要なのは、ビームが互いに干渉する空間領域の(横方向)寸法に比較してコヒーレンス長LCが大きいことである。
g0/g2=l/d (2)
に従って適切に調整すると、少なくとも定在波場の最大と最小との強度的に正しい重なりが可能である。
間隙内での充填材料の高さは、
一方で、位相シフトの測定に利用されたエネルギーおよび波長のX線がX線の位相シフトを生成し、位相格子後に、突条部を透過したビームが、充填材料を有する間隙を透過するビームに対して半波長だけ位相シフトしているように設定され、
他方で、X線の減弱が、少なくとも位相シフトの測定に利用されたエネルギーに関して、突条部を通過する時と充填材料を通過する時とで同じになるように設定されていることによって解決される。
本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
X線を生成しかつ検査対象に照射するためのX線源と、
ビーム路中で検査対象の後方に配置されX線の予め定められたエネルギー範囲内にX線の干渉パターンを生成する位相格子と、
位相格子によって生成された干渉パターンを少なくともその位相シフトに関して位置分解して検出する分析‐検出器システムとから少なくとも構成されるX線装置の公知の焦点‐検出器装置において、
位相格子がその突条部間の間隙内に、当該エネルギー範囲内において突条部の減弱係数よりも高い線形減弱係数を持つ充填材料を有し、
間隙内での充填材料の高さは一方で、位相シフトの測定に利用されたエネルギーのX線がX線内に位相シフトを生成し、位相格子後に、突条部を透過したビームが、充填材料を有する間隙を透過するビームに対してこのX線の半波長だけ位相シフトしているように設定され、
間隙内での充填材料の高さは他方で、X線の減弱が、少なくとも位相シフトの測定に利用されたエネルギーに関して、突条部を通過する時と充填材料を通過する時とで同じになるように設定されていることを提案する。
δFhF=δShS+λ/2 (3)
但し、δFもしくはδSは充填材料もしくは突条部材料の屈折率の実際の減少分、hFもしくはhSは充填材料もしくは突条部の高さ、λは検討するX線の波長である。
μFhF=μShS (4)
但し、μFもしくはμSは充填材料もしくは突条部材料の吸収係数、hFもしくはhSは充填材料の高さである。この場合厳密には吸収係数のエネルギー依存性も考慮しなければならない。
少なくとも1つの部分格子が突条部の高さに充填材料を有し、
少なくとも1つの部分格子が間隙内に充填材料を有しておらず、
全ての部分格子の上下に配置された間隙内の全充填材料の高さは全体として、一方で、位相シフトの測定に利用されたエネルギーのX線がX線中にλ/2の位相シフトを生成するように設定され、
全ての部分格子の間隙内の充填材料の高さは他方で、全ての部分格子を通過した後、ビーム方向に前後に配置された突条部の全体を透過したビームが、充填材料付きおよび充填材料なしでビーム方向に前後に配置された間隙の全体を透過するビームと比べて同じ強度損失を受けるように設定されている。
なお次の符号が使用されている。1:コンピュータ断層撮影システム、2:第1X線管、3:第1検出器、4:第2X線管、5:第2検出器、6:ガントリハウジング、7:患者、8:患者寝台、9:システム軸線、10:制御および演算ユニット、11:記憶装置、A:格子材料、a:格子材料Aを通過した後のX線ビーム、B:格子間隙内の充填材料、b:格子間隙および充填材料Bを通過した後のX線ビーム、d:位相格子G1と分析格子G2との距離、D1:検出器、E:エネルギー、Ei:i番目の検出素子、F1:焦点、G1:位相格子、G2:分析格子、G11,G12,G13:部分格子、h1S,h1F,h11F,h12F,h13F,h11S,h12S,h13S:突条部高さ、I(Ei(xG)):格子ずれxGにおいて検出素子Eiで測定した強度、Iph:測定された光子流強度、LC:コヒーレンス長、L:格子内の間隙、Prgn:プログラム、S:格子の突条部、Si:X線ビーム、xG:分析格子もしくは検出条帯のずれ、x,z:直角座標、φEx:検出素子Exでの正弦波状強度分布の位相、φij:検出素子Ei,Ej間の相対的位相シフト、λ:波長。
位相格子G1の周期と分析格子G2の周期は、コーンビームジオメトリの場合次式によって互いに結合されている。
g2=(1/2){(r1+d)/r1}g1 (5)
但し、
dは格子間の距離、
r1は線源と第1格子との間の距離、
g2は分析格子G2の周期(定在波場の横周期に等しい)
g1は位相格子G1の周期である。
分析格子の格子線が定在波場に対して(従ってビームスプリッタ格子の格子線に対して)平行でない場合、分析格子の後方に配置された検出器には、干渉パターンではなく、格子突条部に対して垂直な陰影線からなるいわゆる捩れモアレパターンが生じる。格子は、このパターンが消えるように位相格子を回転させることによって平行に位置合せすることができる。
2 第1X線管
3 第1検出器
4 第2X線管
5 第2検出器
6 ガントリハウジング
7 患者
8 患者寝台
9 システム軸線
10 制御および演算ユニット
11 記憶装置
A 格子材料
a 格子材料A通過した後のX線ビーム
B 格子間隙内の充填材料
b 格子間隙および充填材料Bを通過した後のX線ビーム
d 位相格子G1と分析格子G2との距離
D1 検出器
E エネルギー
Ei i番目の検出素子
F1 焦点
G1 位相格子
G2 分析格子
G11,G12,G13 部分格子
h1S,h1F,h11F,h12F,h13F,h11S,h12S,h13S 突条部高さ
I(Ei(xG)) 格子ずれxGにおいて検出素子Eiで測定した強度
Iph 測定された光子流強度
LC コヒーレンス長
L 格子内の間隙
Prgn プログラム
S 格子の突条部
Si X線ビーム
xG 分析格子もしくは検出条帯のずれ
x、z 直角座標
φEx 検出素子Exでの正弦波状強度分布の位相
φij 検出素子Ei、Ej間の相対的位相シフト
λ 波長
Claims (14)
- 検査対象(7,P)の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために、
X線を生成しかつ検査対象(7,P)に照射するためのX線源(2)と、
ビーム路中で検査対象(7,P)の後方に配置されX線の予め定められたエネルギー範囲(E)内にX線の干渉パターンを生成する位相格子(G1)と、
位相格子(G1)によって生成された干渉パターンを少なくともその位相シフトに関して位置分解して検出する分析‐検出器システムと
から少なくとも構成されているX線装置(1)の焦点‐検出器装置(F1,D1)において、
位相格子(G1)がその突条部(S)間の間隙(L)内に、当該エネルギー範囲において突条部の減弱係数よりも高い線形減弱係数を持つ充填材料(B)を有し、
間隙(L)内での充填材料(B)の高さ(hxF,hxyF)は、
一方で、位相シフトの測定に利用されたエネルギーおよび波長(λ)のX線がX線の位相シフト(φ)を生成し、位相格子(G1)後に、突条部(S)を透過したビーム(a)が、充填材料(B)を有する間隙(L)を透過するビーム(b)に対して半波長(λ/2)だけ位相シフトしているように設定され、
他方で、X線の減弱が、少なくとも位相シフト(φ)の測定に利用されたエネルギーに関して、突条部(S)を通過する時と充填材料(B)を通過する時とで同じになるように設定されている
ことを特徴とするX線装置の焦点‐検出器装置。 - 位相格子(G1)が、直接前後に配置された複数の部分格子(G11,G12,G13)から構成されていることを特徴とする請求項1記載の焦点‐検出器装置。
- 位相シフトの測定に利用されたエネルギーのX線がX線の半波長(λ/2)の位相シフトを生成するように間隙(L)内の充填材料(B)の高さが設定されていることが、各部分格子(G11,G12,G13)に個別に適用されることを特徴とする請求項2記載の焦点‐検出器装置。
- 少なくとも1つの部分格子(G11,G12,G13)が突条部(S)の高さに充填材料(B)を有し、
少なくとも1つの部分格子(G11,G12,G13)が間隙(L)内に充填材料(B)を有しておらず、
全ての部分格子(Gxy)の上下に配置された間隙(L)内の全充填材料(B)の高さ(hxF,hxyF)は全体として、
一方で、位相シフトの測定に利用されたエネルギーのX線がX線の半波長(λ/2)の位相シフトを生成するように設定され、
他方で、全ての部分格子(G11,G12,G13)を通過した後、ビーム方向に前後に配置された突条部(S)全体を透過したビーム(a)が、充填材料(B)付きおよび充填材料(B)なしでビーム方向に前後に配置された間隙(L)全体を透過するビーム(b)と比べて同じ強度損失を受けるように設定されている
ことを特徴とする請求項3記載の焦点‐検出器装置。 - 使用されたX線がファンビームまたはコーンビームを有し、
ビーム方向に前後に配置された部分格子(G11,G12,G13)が異なる格子周期(g1-1,g12,g13)を有し、
ビーム束のビームが格子間隙(L)のみまたは格子突条部(S)のみを透過するように、格子周期(g11,g12,g13)の周期間隔が少なくとも1つの部分格子(G11)から少なくとも1つの後続の部分格子(G12)へ向かって大きくなり、かつ部分格子(G11,G12,G13)が互いに位置合せして配置されいることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1つに記載の焦点‐検出器装置。 - 少なくとも1つの格子(Gx,Gxy)が平坦に構成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の焦点‐検出器装置。
- 全ての格子(Gx,Gxy)が平坦に構成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の焦点‐検出器装置。
- 少なくとも1つの格子(Gx,Gxy)が少なくとも1つの平面で放射原点を中心に湾曲していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の焦点‐検出器装置。
- 全ての格子(Gx,Gxy)が少なくとも1つの平面で放射原点を中心に湾曲していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の焦点‐検出器装置。
- 少なくとも1つの格子(Gx,Gxy)が、ビーム方向に向けられている突条部(S)および間隙(L)を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の焦点‐検出器装置。
- 全ての格子(Gx,Gxy)が、ビーム方向に向けられている突条部(S)および間隙(L)を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の焦点‐検出器装置。
- 投影による位相コントラスト画像を作成するためのX線システムにおいて、X線システムが請求項1乃至11のいずれか1つに記載の焦点‐検出器装置(F1,D1)を有することを特徴とするX線システム。
- 投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのX線Cアームシステムにおいて、X線Cアームシステムが請求項1乃至11のいずれか1つに記載の焦点‐検出器装置(F1,D1)を有することを特徴とするX線Cアームシステム。
- 断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのX線コンピュータ断層撮影システムにおいて、X線コンピュータ断層撮影システムが請求項1乃至11のいずれか1つに記載の焦点‐検出器装置(F1,D1)を有することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影システム。
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