JP2011512187A - 位相コントラストイメージング用のｘ線検出器 - Google Patents

Abstract

本発明は、感受性素子のアレイＰ_{ｉ−１，ｂ}，Ｐ_ｉａ，Ｐ_ｉｂ，Ｐ_{ｉ＋１，ａ}，Ｐ_{ｉ＋１，ｂ}と、２つの異なる感受性素子の前に異なる位相及び／又は周期で配置される少なくとも２つのアナライザ格子Ｇ_２ａ，Ｇ_２ｂとを有するＸ線検出器３０に関する。好ましくは、感受性素子は例えば４つの隣接感受性素子のマクロピクセルΠ_ｉに組織化され、相互に異なる位相を持つアナライザ格子は上記感受性素子の前に配置される。検出器３０は特に位相コントラスト画像を生成するためのＸ線装置１００に適用されることができる。これはこうした装置によって生成される強度パターンＩを異なる位置において同時にサンプリングすることを可能にするためである。

Description

本発明は、Ｘ線検出器、かかる検出器を有するＸ線装置、及びＸ線強度パターンを分析するための方法、特に対象物の位相コントラストＸ線画像を生成するための方法に関する。

古典的なＸ線イメージングは対象物によって生じるＸ線の吸収を測定するが、一方位相コントラストイメージングは、対象物を通過する際にＸ線が受ける位相シフトの検出を目的とする。文献（Ｔ．Ｗｅｉｔｋａｍｐ ｅｔ ａｌ．，"Ｘ‐ｒａｙ ｐｈａｓｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｇｒａｔｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ"，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １３（１６），２００５）に記載されている設計によれば、対象物が（コヒーレント）Ｘ線を照射される際に強度の最大値と最小値の干渉パターンを生成するために、位相格子が対象物の後ろに置かれる。対象物によって導入されるＸ線波における任意の位相シフトは、干渉パターンにいくらかの特徴的な変位を生じる。従ってこれらの変位を測定することは、関心のある対象物の位相シフトを再構成することを可能にする。

上記のアプローチの問題点は、既存のＸ線検出器の実現可能なピクセルサイズが、干渉パターンの最大値と最小値の間の距離よりも（かなり）大きいことである。従ってこれらのパターンは直接的に空間分解されることができない。この問題に対処するため、検出器ピクセルのすぐ前に吸収格子を使用することで、干渉パターンの小さな小区分のみを検出器のピクセルで見ることが提案されている。ピクセルに対して吸収格子をシフトすることは、干渉パターンの構造（すなわち対象物なしのデフォルトパターンからのずれ）を回復することを可能にする。しかしながら光学素子の必要な動きは、位相コントラストイメージングが医学的環境において適用される場合に必要とされるように、特に高速かつ高精度でなされる必要がある場合には、容易ではない機械的作業である。

加えて、格子を異なる位置に置くことは時間がかかるので、動いている対象物（例えば拍動している心臓）のイメージングは、モーションアーチファクトのためにボケに悩まされる可能性がある。

この背景に基づいて、例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）など、医用画像における応用に特に適した、対象物のＸ線位相コントラスト画像を生成するための手段を提供することが、本発明の目的であった。

この目的は、請求項１に記載のＸ線検出器、請求項５に記載のＸ線装置、及び請求項１１に記載の方法によって実現される。好ましい実施形態は従属請求項に開示される。

第一の態様によれば、本発明は、位相コントラストイメージングに関連してＸ線強度パターンを分析するために特に（しかし排他的ではなく）使用され得るＸ線検出器に関する。該検出器は次の構成要素を有する。
ａ）Ｘ線感受性素子のアレイ、通常は"ピクセル"と呼ばれる。"アレイ"という用語は本明細書では最も一般的な意味で、対象物の任意の一次元、二次元、又は三次元の配列を意味する。多くの場合、アレイは一次元又は二次元の配列である。
ｂ）２つの異なる感受性素子の前に異なる位相（すなわち互いに対して位相シフトを持つ）及び／又は周期で配置される、少なくとも２つのアナライザ格子。この文脈において、"アナライザ格子"という用語は、そのＸ線特性、例えばその吸収係数又はその屈折率のいくらかの規則的変動を伴う光学部品を意味し、上記規則性はいくらかの繰り返し周期によってあらわされることができる。

上記Ｘ線検出器は、異なる特性の少なくとも２つのアナライザ格子を用いて同時に、衝突するＸ線（強度）パターンのサンプリングを可能にするという利点を持つ。以下でより詳細に記載されるように、かかるＸ線検出器は特に、２つの光学素子を互いに対して動かす必要なく、対象物の位相コントラストＸ線画像を生成するために使用されることができる。

本発明は２つのアナライザ格子のみが存在する場合を有するが、１つのアナライザ格子が各感受性素子の前に配置されることが好ましい。この場合アナライザ格子は感受性素子のアレイに対応するアレイを構成し、このアレイの少なくとも２つのアナライザ格子は異なる位相及び／又は周期を持つ。一般的に、全てのアナライザ格子のセットは、相互の間に同じ位相及び周期を持つアナライザ格子のサブセットに分解されることができ、異なるサブセットから任意に選ばれる２つのアナライザ格子の各々は異なる位相及び／又は周期を持つことになる。好ましい実施形態においては、サブセットはおよそ同じ数の素子を持つことになり、各サブセットの素子（アナライザ格子）はアナライザ格子のアレイ全体にわたってほぼ均一に広がる。従って各サブセット及びアレイ上の任意の位置に対して、上記位置の近傍に上記サブセットからのアナライザ格子を見つけ出すことが可能になる。

Ｘ線検出器の好ましい実施形態において、アナライザ格子は吸収格子として、特に、いくらかの周期（ピッチ）で繰り返され、その間に透明な縞を含む、複数の平行なＸ線吸収線から構成される線格子として実現される。

Ｘ線検出器の別の好ましい実施形態によれば、感受性素子のアレイは、以下"マクロピクセル"と呼ばれる、複数の感受性素子の少なくとも１つの集合を有し、上記感受性素子は、相互に異なる位相及び／又は周期を持つアナライザ格子をその前に持つ。従ってマクロピクセルの感受性素子は、異なる種類の前処理を経験したＸ線放射を受け、マクロピクセルは全体として、異なる情報量を持つ複数のセンサ信号を並行して提供する。マクロピクセルは好ましくは、特に矩形又は円形のような小型形状を持つ連接構造を構成する。さらに、感受性素子のアレイ全体がこうしたマクロピクセルに組織化されることが好ましく、これは異なる構成（例えば異なる数の感受性素子及び／又は異なって設計されたアナライザ格子）を持ってもよく、又は全て同じ設計をとってもよい。

マクロピクセルを持つ実施形態のさらなる発展例において、マクロピクセルのアナライザ格子は同じ周期を持つが、格子構造の１周期にわたって均一に分布する相互位相シフトを持つ。従って１周期の長さがマクロピクセルのアナライザ格子によって均一にサンプリング／処理される。

本発明はさらに、対象物の位相コントラスト画像、すなわち、像点の値が対象物によって送信Ｘ線に誘導される位相シフトに関連し、一方像点の位置は対象物に空間的に関連する（例えば投影又は断面マッピングを介する）ような画像、を生成するためのＸ線装置に関する。Ｘ線装置は次の構成要素を有する。
Ｘ線を生成するためのＸ線源。干渉パターンの生成を可能にするために、生成されるＸ線は十分に大きな空間的及び時間的コヒーレンスを持つべきである。
以下"ＤＯＥ"と略される回折光学素子。ＤＯＥはＸ線源にさらされる、すなわち、Ｘ線源がアクティブである場合にＸ線源の放射によって衝突されるように配置される。
上記の種類のＸ線検出器、すなわち、Ｘ線感受性素子のアレイと、２つの異なる感受性素子の前に異なる位相及び／又は周期で配置される少なくとも２つのアナライザ格子とを持つもの（アナライザ格子の位相はＸ線の位相とは別の変数であることに留意すべきである）。

上記Ｘ線装置は、ＤＯＥによって生成される強度パターンを、異なる特性のアナライザ格子を用いて同時に処理するという利点を持つ。従って、ＤＯＥと、感受性素子の前にある（全体的な）アナライザ格子との間の相対運動の要件が回避されることができる。

Ｘ線検出器におけるアナライザ格子の周期は、好ましくは、アナライザ格子の位置においてＸ線装置の使用中にＤＯＥによって生成される干渉パターンの周期に対応する。従って干渉パターンは通常はＤＯＥの周期に関連し、この要件は多くの場合、アナライザ格子とＤＯＥの周期が関連する（例えば同一であるか又は互いの整数倍である）と言うに等しい。アナライザ格子の周期は干渉パターンの周期に対応するので、上記パターンは特徴的な点（例えばその最小値、最大値、及び／又は中間の任意の特定位置）において、干渉パターンの周期よりもはるかに大きな延長部を持つ感受性素子を用いてサンプリングされることができる。

Ｘ線装置は好ましくは、Ｘ線源とＤＯＥの間のＸ線の経路内に配置される、対象物によって生じるＸ線における位相シフトを決定するための評価ユニットをさらに有する。評価ユニットは、専用電子機器、関連ソフトウェアを有するデジタルデータ処理ハードウェア、又は両者の混合物によって任意に実現され得る。評価ユニットは、対象物によって誘導される位相シフトと、ＤＯＥの後ろで観察されることができる干渉パターンに得られる変化との間に明確な関連性があるという事実を利用する。つまり、この関連性を反転させることは、対象物の所望の位相コントラスト画像を予測することを可能にする。

前述の実施形態のさらなる発展例において、評価ユニットはさらに、対象物の断面位相コントラスト画像を、異なる方向からとられた上記対象物の位相コントラスト投影から再構成するための再構成モジュールを有する。再構成モジュールは、吸収Ｘ線イメージングの分野の当業者に周知であるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）のアルゴリズムを適用し得る。

Ｘ線検出器及び／又はＸ線源は、これらが静止対象物、例えばＸ線検査される患者に対して（円状及び／又はらせん状に）回転することができるような方法で何らかの担体に任意に取り付けられ得る。Ｘ線検出器及びＸ線源は、特に同期回転のために共通の担体に結合され得る。このようにして主に知られているようなＣＴシステムが構築されることができる。

Ｘ線源がＤＯＥの後ろの干渉パターンの生成のために必要な時間的及び空間的コヒーレンスを持つべきであることは既に述べた。Ｘ線源は格子の前に配置される空間的に広がった放射体を任意に有してもよく、"〜の前"という用語はＸ線源の放射方向をあらわす（すなわち放射されたＸ線は格子を通過する）。広がった放射体は、従来のＸ線源において使用されるような標準的なアノードであることができ、単独で空間的にインコヒーレントであり得る。格子の助けを借りて、放射体は各々が（その長さに垂直な方向に）空間的にコヒーレントである複数の線放射体に効果的に分割される。

Ｘ線源は任意に、少なくとも１つのフィルタ、例えばＸ線源によって放射されるＸ線スペクトルの特定帯域を抑制するフィルタを有し得る。所望の位相コントラストイメージングのためには役に立たない、又はこうしたイメージングを妨げさえするようなＸ線スペクトルの部分は、こうしてフィルタ除去されることができる。これは対象物のＸ線放射への暴露を最小限にするために役立ち、このことは医学的応用において特に重要である。

本発明はさらに、Ｘ線強度パターン、特にほぼ周期的なパターンを分析するための方法に関し、上記方法は、相互に異なる位相及び／又は周期の少なくとも２つのアナライザ格子を用いる強度パターンの局所サンプリングを有する。

該方法は、強度パターンを局所的に異なる方法で同時に、すなわち異なる特性のアナライザ格子を用いて処理することを可能にする。上記の通り、これは、その最中に対象物がＸ線放射によって照射され、対象物の後ろに配置されるＤＯＥを用いて干渉パターンが生成されるような、対象物のＸ線位相コントラスト画像の生成において特に有利である。

Ｘ線装置（又は、より正確には、関連する制御及び評価ユニット）は、典型的にはプログラム可能であり、例えばマイクロプロセッサ又はＦＰＧＡを含んでもよい。従って、本発明はさらに、計算装置上で実行される際に本発明にかかる方法のいずれかの機能性を提供するコンピュータプログラムを含む。

さらに本発明は、コンピュータ製品を機械可読形式に保存し、データキャリアに保存されたプログラムが計算装置上で実行される際に本発明の方法の少なくとも１つを実行する、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、又はコンパクトディスク（ＣＤ‐ＲＯＭ）といったデータキャリアを含む。

現在、こうしたソフトウェアはしばしばダウンロード用にインターネット又は企業イントラネット上で提供されており、故に本発明はまた、本発明にかかるコンピュータ製品をローカルエリアネットワーク又は広域ネットワークを介して送信することも含む。計算装置はパーソナルコンピュータ又はワークステーションを含み得る。計算装置はマイクロプロセッサ及びＦＰＧＡのうちの１つを含み得る。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載される実施形態（群）から明らかとなり、これらを参照して説明される。これらの実施形態は添付の図面の助けを借りて例として説明される。

図１は対象物の位相コントラスト画像を生成するための本発明にかかるＸ線装置を概略的に図示する。 図２は図１の検出器の１つのマクロピクセル上の上面図を概略的に示す。 図３は図２に示された種類のマクロピクセルを用いる強度パターンのサンプリングを図示する。

図面中の類似する参照数字は同一又は同様の構成要素をあらわす。

Ｘ線ビームを小さな波長を持つ電磁波と考えると、横断するＸ線に対する物質の影響は、複素屈折率ｎ＝１−δ−ｉβによって記載されることができる。通常、Ｘ線イメージングは屈折率の虚数部ｉβをあらわし、すなわち検査中の対象物によるＸ線フルエンスの減衰が考慮される。

しかしながら、位相シフトδのＸ線イメージングもまた可能である。実際、位相シフトδに対する生物組織の影響は、吸収成分に対するよりもはるかに高い。これは軟部組織イメージングを位相コントラストイメージング（ＰＣＩ）の魅力的な応用とする。コントラストは吸収されたＸ線量と相関しないことを考慮することもまた重要である。これはＸ線イメージングを低線量モダリティにすることができ、このことはＸ線ＣＴにとって特に重要である。

何年もの間、ＰＣＩは研究活動においてのみ研究されてきた。そして、医用画像にも利用されることができるＰＣＩの単純な実現（より具体的には"ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＰＣＩ"）が示されている（Ｔ．Ｗｅｉｔｋａｍｐ ｅｔ ａｌ．，上記）。この設定は、対象物を横断するビームを生じるコヒーレントＸ線源から構成される。対象物の後にビームスプリッタ格子が配置される。得られる干渉パターンはＴａｌｂｏｔ効果として知られ、最小値と最大値（典型的には数μｍのオーダー）の相対位置におけるビーム位相シフトについての必須情報を含む。一般的なＸ線検出器（典型的な分解能が１５０μｍのオーダー）はこうした微細構造を解像することができないので、干渉は、干渉パターンと同様の周期を持つ送信及び吸収ストリップの周期パターンを特徴とする位相アナライザ格子（又は"吸収格子"）を用いてサンプリングされる。類似する周期は、格子の後ろにさらに大きな周期でモアレパターンを生じ、これは一般的なＸ線検出器によって検出可能である。"サンプリング"（又は"位相ステッピング"）という用語は、このアプローチにおいて格子ピッチｐ（典型的には１μｍのオーダー）の比率でアナライザ格子をステッピングすることをあらわす。位相シフトは、各サンプリング格子位置（例えば８サンプル）に対して測定された特定のモアレパターンから抽出されることができる。

コヒーレントＸ線源（微小焦点管又はシンクロトロン）は、過去にはＰＣＩの前提条件であったようだが、Ｘ線管、及び小さな開口部を通してコヒーレンスを確保する追加の線源格子によって置きかえられることができるということに触れることが重要である。さらに、硬Ｘ線を用いる位相シフトのコンピュータ断層撮影もまた文献に記載されている（Ｆ．Ｐｆｅｉｆｆｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．９８，１０８１０５（２００７））。

上記の新技術は、従来のＸ線イメージングと比較した際に、さらに少しの労力でＰＣＩへの大きな飛躍を意味するが、位相ステッピング法は医学的応用にとって主要な障害とみなされる。主に２つの理由がある。
（単一の投影図の）位相シフトに対する１つのデータ点は、複数の連続収集フレームから計算される。多くの医学的応用は、例えば患者の心臓の鼓動又は呼吸のため、長期の収集時間を許容しない。
相対位置がサブミクロンの範囲内に固定されなければならないため、機械的配列に対する要件が非常に高い。これは、Ｘ線源と検出器が回転するガントリ又はＣアームに取り付けられる断層撮影装置にとって大きな課題である。ＰＣＩにおいてはまた、２つの格子が機械的設定に組み込まれなければならない。さらに、画像装置の機構は位相ステッピングのためにアナライザ格子の並進運動を与えなければならない。

図１は、上記の問題を扱うＸ線装置１００の設計を図示する（縮尺通りではない）。Ｘ線装置１００はＸ線放射を生成するためのＸ線源１０を有する。Ｘ線源１０はケーシング内に空間的に広げられた放射体１１を有し、これは例えば標準的なＸ線源の焦点（アノード）によって実現されることができ、通常は光軸（ｚ軸）に垂直な数ミリメートルの延長部を持つ。格子Ｇ_０は、各々が横断（ｘ）方向に空間的にコヒーレントである線へと放射を分割するために、放射体１１の前に配置される。このアプローチについてのさらなる詳細は文献（例えば上記のＰｆｅｉｆｆｅｒ ｅｔ ａｌ．）に見られることができる。

明確さを目的として、格子Ｇ_０の１つのスリットの後ろにｚ方向に伝播する１つの円筒波のみが図面に図示される。円筒波は、装置１００によって画像化される例えば患者の身体などの対象物１を通過する。対象物１の材料はＸ線波に位相シフトを誘導し、対象物１の後ろに変更された（撹乱された）波面をもたらす。従って、光軸に垂直な各位置ｘに対して、位相シフトΦ（ｘ）は対応するＸ線経路に沿った材料特性に特徴的な波面に関連する。完全関数Φは関心のある対象物１の位相コントラスト投影画像である。

位相シフト関数Φを決定するために、回折光学素子（ＤＯＥ）が対象物１の後ろに配置される。示された実施例において、このＤＯＥは光軸に対して垂直に広がる位相格子Ｇ_１によって実現される（そのスリットは線源格子Ｇ_０のスリットに平行である）。格子Ｇ_１は、透過幾何学、すなわち対象物側と反対の空間において、干渉パターンを生成する。この干渉パターンは、固定座標ｙ及びｚにおいて（Ｘ線波長への依存を無視して）、関数
Ｉ＝Ｉ（ｘ，Φ（ｘ））
によって特徴付けられることができる。

ＤＯＥ格子Ｇ_１からの所定距離において、干渉パターンは図面に概略的に図示されるような強度の最大値と最小値の周期パターンに対応する。この干渉パターンをＸ線検出器３０で測定することは、対象物１によって導入された位相シフトΦ（ｘ）を推測することを可能にする。

しかし実際には、格子Ｇ_１の後ろの干渉パターンＩの測定は、２つの隣接する最大値又は最小値間の距離によって決定される所要空間分解能が、通常のＸ線検出器の感受性素子又はピクセルのサイズよりもはるかに小さいので、簡単な作業ではない。既に上述した通り、検出器ピクセルの前に吸収格子を置くことが文献において提案されており、上記格子は基本的に対象物の後ろの格子Ｇ_１と同じ周期を持つ。このような吸収格子は小さな窓を与える効果を持ち、これを通して検出器は、周期的干渉パターンＩの対応する小区分、例えば最大値の周囲の小領域を"見て"、こうしてこれらの小区分における強度を効果的に測定する。吸収格子をｘ方向にシフトすることによって、干渉パターンは複数の位置においてサンプリングされることができ、これは干渉パターンを完全に再構成することを可能にする。この格子ステッピングアプローチの問題は、複雑で正確な機構を必要とすることである。さらに、このステッピングは測定が異なる時間において連続的になされることを示唆し、これは対象物が動く場合、又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）再構成のために回転設定が使用される場合には不都合である。

これらの問題を回避するために、本明細書では、時間領域におけるサンプリング（すなわち格子ステッピング）を空間領域におけるサンプリングと置き換えることが提案される。これは図１に図示されたもののような検出器設計によって実現されることができる。検出器３０は（典型的には数千の）感受性素子又はピクセルのアレイ…，Ｐ_{（ｉ−１）ａ}，Ｐ_{（ｉ−１）ｂ}，Ｐ_ｉａ，Ｐ_ｉｂ，Ｐ_{（ｉ＋１）ａ}，Ｐ_{（ｉ＋１）ｂ}，…を有し、これらは衝突するＸ線放射の強度に対応する電気信号を生成する。これらのピクセルの各々は対応する局所アナライザ格子の後ろに配置される。例示を目的として、図１はこの点において、ピクセルのアレイ全体の前に互いに平行に配置される２つの"大域"格子Ｇ_２ａ，Ｇ_２ｂを示す。第一の格子Ｇ_２ａは２つのピクセルにつき１つ（Ｐ_{（ｉ−１）ａ},Ｐ_ｉａ，Ｐ_{（ｉ＋１）ａ}）の前にのみ吸収線を持ち、一方第二の格子Ｇ_２ｂは残りのピクセル（Ｐ_{（ｉ−１）ｂ}，Ｐ_ｉｂ，Ｐ_{（ｉ＋１）ｂ}）の前にのみ吸収線を持つ。さらに、２つの格子Ｇ_２ａ，Ｇ_２ｂは同じ周期又はピッチ（すなわちその吸収線間の距離）を持つが、その線パターンは互いに対して距離ｄ_ａｂだけシフトされる。従ってピクセルＰ_{（ｉ−１）ａ},Ｐ_ｉａ，Ｐ_{（ｉ＋１）ａ}は、ピクセルＰ_{（ｉ−１）ｂ}，Ｐ_ｉｂ，Ｐ_{（ｉ＋１）ｂ}以外の強度パターンＩの他の相対位置をサンプリングする。組み合わせて、隣接ピクセルの各ペア［Ｐ_{（ｉ−１）ａ}とＰ_{（ｉ−１）ｂ}］，［Ｐ_ｉａとＰ_ｉｂ］，［Ｐ_{（ｉ＋１）ａ}とＰ_{（ｉ＋１）ｂ}］は"マクロピクセル"Π_ｉ−１，Π_ｉ，Π_ｉ＋１を構成し、これは異なるサンプリング点において局所強度パターンＩの同時分析をもたらす。

図１においては、ピクセルＰ_{（ｉ−１）ａ}，…の線状配列のみが見られる。しかし一般的にはピクセルのアレイは二次元である。これは図２に図示され、例示的なピクセルアレイ上の上面図において、４つの隣接（サブ）ピクセルＰ_ｉａ，Ｐ_ｉｂ，Ｐ_ｉｃ，Ｐ_ｉｄから成る１つのマクロピクセルΠｉを示す。ピクセルＰ_ｉａ乃至Ｐ_ｉｄの各々の前には、対応するアナライザ格子Ｇ_ｉａ，Ｇ_ｉｂ，Ｇ_ｉｃ，Ｇ_ｉｄが配置される。アナライザ格子は同じピッチｐ（すなわち周期）を持つ。しかしながらアナライザ格子Ｇ_ｉＹの線パターンはアナライザ格子Ｇ_ｉＸの線パターンに対してゼロ以外の距離ｄ_ＸＹだけずらされる（Ｘ，Ｙは添え字ａ，ｂ，ｃ，ｄから選ばれ、距離は格子Ｇ_ｉＸの任意に選ばれた吸収ストリップの左端から、他の格子Ｇ_ｉＹの任意に選ばれた吸収ストリップの左端までと規定される）。このシフトは次のような格子Ｇ_ｉａに対する"有効"相対シフトをもたらす。
ｒ_ａｂ＝ｄ_ａｂＭＯＤｐ
ｒ_ａｃ＝ｄ_ａｃＭＯＤｐ
ｒ_ａｄ＝ｄ_ａｄＭＯＤｐ
"ｘＭＯＤｙ"とはモジュロ関数をあらわし、すなわちｘがｙで序されるときの余りであり、ｘ，ｙは実数である。ｄ_ａｂ，ｄ_ａｃ，ｄ_ａｄは、ｒ_ａｂ，ｒ_ａｃ，ｒ_ａｄがピッチｐにわたって均一に分布するように、すなわち位相サンプリングが２πにわたって均一に分布するように選ばれる。

これは、強度パターンＩの２つの例示的な周期を示す図３に図示される。示された周期は２つの異なるマクロピクセルΠ_ｉ，Π_ｉ＋１の上の異なるｘ位置に位置する。上記の通り、これらの２つのマクロピクセルは各々、強度パターンの４つの異なる位置ａ，ｂ，ｃ，ｄをサンプリングする４つの（サブ）ピクセルを有する（図は強度パターンの１周期におけるサンプリングしか示していないが、各サブピクセルは実際には多くの周期において対応する位置をサンプリングすることに留意すべきである）。位相ステッピングを伴う位相コントラストイメージングに関する従来技術からわかるように、サンプリング点から局所強度パターンＩが各マクロピクセルに対して再構成されることができ、その結果、検討されたマクロピクセルΠ_ｉ，Π_ｉ＋１の位置間の強度パターンＩにおける可能な（位相）シフトを明らかにする。従来技術からわかるように、所望の位相コントラスト画像は最終的に強度パターンにおけるこれらの（位相）シフトから推測されることができる。

要約すると、上記の装置及び方法は、強度パターンの（位相）シフトを決定するためにサブピクセレーションを利用する。１つのマクロピクセルの各サブピクセルは、強度パターンの異なるサンプリングをもたらす。これはピクセル検出器に対して固定位置をとる特殊なアナライザ格子によって達成される。この新しいアナライザ格子はピクセル検出器と同じ形状を持ち、すなわちサブ格子を特徴付ける。全サブ格子のピッチは従来のアナライザ格子の場合と同じである。しかしながら、マクロピクセル内においてサブ格子は互いに対してわずかにずらされる。１つのマクロピクセルのサブ格子間のオフセットは好ましくは、強度パターンの対応するサンプリング点が２πの全シフト間隔をカバーするように選ばれる。上記検出器は１ショットにおける投影のシフトを測定することができ、同じ投影図に対する吸収格子を用いる連続的な手順を実行する必要性を排除する。基本的に、時間領域におけるサンプリングは空間領域におけるサンプリングに置き換えられる。

前述の実施例は２×２のマクロピクセルを扱ったが、設計はＮ×Ｍのピクセル（Ｎ，Ｍ≧２）用に容易に拡張されることができる。例えば、Ｗｅｉｔｋａｍｐ ｅｔ ａｌ．の文献において十分であることが証明されているように、３×３のサブピクセルを持つマクロピクセルのサブ格子が８サンプリング用に設計されることができる。従って、１つのサブピクセルは重複情報を提供することになる。適切な処理を行えば該方法のロバスト性を向上させることができる。

本発明は、例えば５５μｍ幅ピクセルを持つＭｅｄｉｐｉｘ２計数モードＡＳＩＣ（Ｘ．Ｌｌｏｐａｒｔ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｎｕｃｌ．Ｓｃｉ．４９（５），２００２，２２７９‐２２８３）に基づく検出器など、高度に分割されたピクセル検出器を使用することができる。計数モード検出器を用いる位相コントラストイメージングは、Ｍ．Ｂｅｃｈ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｓｏｔｏｐｅｓ（２００７，ｄｏｉ：１０．１０１６／ｊ．ａｐｒａｄｉｓｏ．２００７．１０．００３）に報告されている。Ｘ線ＣＴ用途にとっては、典型的には３００μｍのピクセルピッチを持つ光子計数検出器もまた適している。従来の検出器のピクセルピッチは、技術的な理由から小さいことが多く、サブピクセルは信号処理の連鎖の後期においてより大きなマクロピクセルに再ビニングされる（ｒｅ‐ｂｉｎｎｅｄ）。

本発明にかかる３×３のサブピクセル構造は、例えば、１６５μｍピッチのマクロピクセルを形成するために５５μｍピッチの３つのピクセルを両次元においてグループ化することによって、上述の種類のＭｅｄｉｐｉｘ検出器を用いて得られることができる。これは、１６５μｍピッチのピクセルをもたらすために医用画像の従来用途においてなされるような３×３ビニングには対応しないことに留意すべきである。つまり、マクロピクセルの５５μｍサブピクセルは依然として独立して読み出されなければならない。

アナライザ格子の製造は従来技術において記載されたのと同じ方法で可能である。例えば、電子ビームリソグラフィ、シリコンへのディープエッチング、金の電気めっきを含む製造工程が報告されている（Ｔ．Ｗｅｉｔｋａｍｐ ｅｔ ａｌ．，上記）。記載された発明用にリソグラフィステップが修正される必要があり、すなわちリソグラフィマスクはサブピクセレーションを組み込む必要がある。

Ｘ線写真術、Ｘ線透視法、及びＸ線ＣＴは、記載された発明から特に利益を得る。従来のＸ線吸収イメージングと比較して、位相コントラストイメージングは軟部組織領域に対して高いコントラストを持つ画像を提供する。

最後に本出願において、"有する"という用語は他の要素又はステップを除外するものではなく、"ａ"又は"ａｎ"とは複数形を除外するものではなく、単一のプロセッサ又は他のユニットが複数の手段の機能を満たしてもよいことが指摘される。本発明は、新たな特徴的機構の一つ一つ、及び特徴的機構のありとあらゆる組み合わせに存在する。さらに、請求項における参照符号はその範囲を限定するものと解釈されてはならない。

Claims (12)

1. ａ）Ｘ線感受性素子のアレイと、
   ｂ）２つの異なるセンサ素子の前に異なる位相及び／又は周期で配置される少なくとも２つのアナライザ格子とを有する、Ｘ線検出器。
2. 前記アナライザ格子が吸収格子である、請求項１に記載のＸ線検出器。
3. 相互に異なる位相及び／又は周期を持つアナライザ格子をその前に持つ、複数の感受性素子からなる少なくとも１つのマクロピクセルを有する、請求項１に記載のＸ線検出器。
4. 前記マクロピクセルの前記アナライザ格子が同じ周期を持つが、１周期にわたって均一に分布する相互位相シフトを持つ、請求項３に記載のＸ線検出器。
5. 対象物の位相コントラスト画像を生成するためのＸ線装置であって、
   ａ）Ｘ線源と、
   ｂ）前記Ｘ線源にさらされる、ＤＯＥと呼ばれる回折光学素子と、
   ｃ）Ｘ線感受性素子のアレイと、２つの異なる感受性素子の前に異なる位相及び／又は周期で配置される少なくとも２つのアナライザ格子とを持つＸ線検出器とを有する、Ｘ線装置。
6. 前記Ｘ線検出器が請求項１乃至４のいずれか一項に従って設計される、請求項５に記載のＸ線装置。
7. 前記アナライザ格子の前記周期が、前記アナライザ格子の位置において前記回折光学素子によって生成される干渉パターンの周期に対応する、請求項５に記載のＸ線装置。
8. 前記Ｘ線源から前記Ｘ線検出器への経路においてＸ線に対象物によって引き起こされる位相シフトを決定するための評価ユニットを有する、請求項５に記載のＸ線装置。
9. 前記評価ユニットが、対象物の断面位相コントラストスライス画像を、異なる方向からとられた前記対象物のＸ線位相コントラスト投影から再構成するための再構成モジュールを有する、請求項８に記載のＸ線装置。
10. 前記Ｘ線検出器及び／又は前記Ｘ線源が、静止対象物に対して回転することができるように取り付けられる、請求項５に記載のＸ線装置。
11. Ｘ線強度パターンを分析するための方法であって、異なる位相及び／又は周期のアナライザ格子を用いる前記強度パターンの同時局所サンプリングを有する、方法。
12. Ｘ線強度パターンを分析するための命令を有するコンピュータプログラムであって、異なる位相及び／又は周期のアナライザ格子を用いる前記強度パターンの同時局所サンプリングを有する、コンピュータプログラム。

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