JP5142539B2 - Ｘ線装置の焦点‐検出器システム - Google Patents

Description

本発明は、投影および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、１つの焦点を備えたビーム源と、Ｘ線を検出するための検出器装置と、Ｘ線が検査対象内を通過する時の位相シフト（位相のずれ）を決定するためのＸ線光学格子セットとから構成されるＸ線装置の焦点‐検出器システムに関する。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）法において一般に、検査対象、特に患者の断層撮影は、検査対象を透過するＸ線ビームの吸収測定によって行われ、一般にＸ線源は検査対象の周りを円形または螺旋状に動かされ、Ｘ線源とは反対側で検出器、大抵は多数の検出素子を有する多列検出器が、検査対象を通過する時のＸ線の吸収を測定する。断層撮影で画像を作成するために、測定された全ての空間ビームの測定された吸収データから断層撮影によるスライス画像またはボリュームデータが再構成される。これらのコンピュータ断層撮影でもって対象内のごく鮮明な吸収差を表示することができるが、しかし化学組成が類似し、当然に類似の吸収挙動も有する区域は細部を十分に表示できない。

さらに、ビームが検査対象内を通過するときの位相シフトの作用はＸ線を透過させる材料の吸収作用よりもはるかに強いことが知られている。このような位相シフトは周知のように２つの干渉格子を使用することによって測定される。この干渉測定法に関して例えば非特許文献１を参照するように指示する。この方法では、コヒーレントＸ線が検査対象を透過し、引き続き格子対に通され、第２格子の直後にＸ線強度が測定される。第１格子が作成する干渉パターンは第２格子によって、その背後にある検出器上にモアレパターンを描出する。第２格子が僅かに移動されると、そこからやはりモアレパターンの移動、つまり背後にある検出器内で位置強度の変化が生じる。この強度は第２格子の移動に対して相対的に決定することができる。この格子の各検出素子について、すなわち各ビームについて、第２格子の移動路に依存した強度変化をプロットすると、各ビームの位相シフトは決定することができる。干渉パターンを形成するのにコヒーレントＸ線が必要であるので、この方法が非常に小さなＸ線源を必要とすることは、問題であり、それゆえ大きな対象のコンピュータ断層撮影法の実務に応用可能でない。

非特許文献１に示された方法は極端に小さな焦点を有するＸ線源を必要とし、使用されたＸ線中に十分な程度に空間的コヒーレンスが存在する。しかしその場合、このように小さい焦点を使用すると、大きな対象を検査するのに十分な線量率はやはり与えられていない。しかし、単色コヒーレント放射、例えばシンクロトロン放射をビーム源として使用することも可能であるが、しかしこれによりＣＴシステムは構造がきわめて高価となり、幅広いファン状応用が可能でない。

この問題は、焦点‐検出器組合せの内部のビーム路中に、焦点に直接接続して、第１吸収格子を配置することによって回避することができる。格子線の向きは検査対象後に続く干渉格子の格子線と平行である。

第１格子の条溝は特定エネルギーの個々のコヒーレントビームの場を作成し、この場はビーム方向で対象の背後に配置された位相格子によって公知の干渉パターンを作成するのに十分である。

こうして、ＣＴシステムもしくは透過光Ｘ線システム内の通常のＸ線管に一致した広がりを有するビーム源を使用することが可能であり、例えば一般医療診断学の分野においてＸ線機器によっていまや十分に細分された軟質組織撮影を行うこともできる。

例えば患者等の大きな対象での位相シフトを測定するためのこのようなＸ線装置を実現するとき、このような検査時に必要な大きな検出器を覆うことができるように十分に大きな位相格子および分析格子を製造することに根本的に問題のあることが判明した。他の問題は、特に検出器が高速で回転するコンピュータ断層撮影装置内で使用するとき、分析格子を移動させるための所要のメカニズムが取扱い困難であり、過度に大きなＸ線光学格子において格子自体の不安定性からだけでも大きな運動が生じることがあり、位相シフトの撮影時に強い誤差を生じることがある。
"X-ray phase imaging with a grating interferometer, T. Weitkamp et al., 8. August 2005 / Vol. 12, No. 16 / OPTICS EXPRESS"

本発明の課題は、小さな寸法のＸ線光学格子で十分であり、同時に格子の機械的安定性に対する要求も厳しくない、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線装置の焦点‐検出器システムを提供することである。

この課題は、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線装置の焦点‐検出器システムにおいて、
焦点とビーム路中に配置されかつビームごとにコヒーレントＸ線ビームの場を作成する焦点側線源格子とを有するビーム源と、
並んで配置された多数の格子‐検出器モジュールを有する検出器装置と
を少なくとも備え、
格子‐検出器モジュールが、それぞれビーム方向に連続的に配置された、
第１干渉パターンを作成するための少なくとも１つの位相格子と、
他の干渉パターンを作成するための分析格子と、
平面状に配置された検出素子とを有し、
全ての格子の個々の格子線が互いに平行に向い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。

本発明者達は、一方で準コヒーレント放射を作成するための単一の線源格子が焦点のビーム路中で使用され、モジュールに構成された位相格子と分析格子とのセットが検出器側で使用され、通常のウェハ生産を介して問題なく製造可能な寸法を個々の格子が有するように、焦点‐検出器システムをモジュールに構成することが可能であることを認識した。一般に当該寸法は、約５×５ｃｍ²のウェハ寸法、もしくは類似に構成され１５×２ｃｍ²の大きさを持つウェハ寸法である。このようにコンパクトな格子を使用して、焦点側の位相格子と、後続の分析格子と、分析格子の直後に配置された部分検出器とからなる個別モジュールを構成することが可能である。部分検出器はやはり多数の個別検出素子からなる。

格子‐検出器モジュールの構造に応じて、検査対象を貫通するビームの位相シフトを測定するためにこのモジュールの分析格子を個々に移動させることが可能である。しかし、一連の検出器モジュールについて、そこに配置された分析格子用の共通の駆動装置を設けることも可能である。しかしながら、駆動装置は本発明に係る格子‐検出器モジュールにとって必ずしも前提条件でないことを指摘する。というのも、十分に位置分解する検出器の場合、位相シフトを測定するために分析格子を移動させることは必ずしも必要ではないからである。

本発明の基本的な考えに基づいて、本発明者達は、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線装置の焦点‐検出器システムにおいて、
焦点とビーム路中に配置されかつビームごとにコヒーレントＸ線ビームの場を作成する焦点側線源格子とを有するビーム源と、
並んで配置された多数の格子−検出器モジュールを有する検出器装置とを少なくとも備え、格子−検出器モジュールは、それぞれビーム方向に連続的に配置された、
第１干渉パターンを作成するための少なくとも１つの位相格子と、
他の干渉パターンを作成するための分析格子と、
平面状に配置された検出素子とを有し、
全ての格子の個々の格子線が互いに平行に向いていることを提案する。

上述したように、焦点‐検出器システムのこのような構造は、一般的なウェハ生産を介して問題なく製造可能である比較的小さなＸ線光学格子の使用を可能にする。

基本的に、モジュール変形例をさまざまに実施することが可能であり、例えば、モジュールの位相格子と分析格子との、格子線によって形成された格子面は互いに平行に向けることができる（第１変形例）、または焦点から検出器モジュールへ延びて格子面に交差するビームに対して格子面をそれぞれ垂直に向けることが可能である（第２変形例）。

一番目に述べた第１変形例において、こうして、位相格子用にも、位相格子の後に続く分析格子用にも、場合によっては分析格子の後に続く検出器アレイ用にも、共通の格子面が得られる。このような実施態様は特にＣアームシステムで使用するとき、または投影画像を作成するためのＸ線システム内で使用するときに有利である。その場合の問題は、比較的大きな１つの検出器システムの全モジュールを同一に構成することができないことである。すなわち、同一の格子システムを使用することは確かに可能ではあるが、しかしさまざまに構成されたハウジング内に個々の格子を「実装」することが必要である。

二番目に述べた第２変形例が提供する可能性として、例えばＣＴ検出器において個々の格子平面は焦点を中心とする球または円筒面に接線方向で配置される。例えば、この配置は、格子面にそれぞれ垂直に交差するビームが、格子面の各中心点で格子面に交差するそれぞれの中央ビームであるように行うことができる。

配置の他の変形例によれば、格子‐検出器モジュールは、全ての位相格子面の中心点が焦点に対して等距離を有するように配置されていてよい。すなわち、格子‐検出器モジュールはつまり、特定の一部分を越えて、焦点を中心に球状に配置される。その場合に有利で有り得る１実施態様において、個々のモジュールの全ての位相格子面の中心点および／または全ての分析格子面の中心点および／または全ての検出器面の中心点が焦点に対して等距離を有する。この変形例ではそれぞれ、格子面がそれ自体平らに構成されていることが前提になる。しかし、個々の格子‐検出器モジュールの位相格子面、分析格子面および検出器面のうちの少なくとも１つの面が、焦点を中心点とする球表面の一部を構成することも可能である。

本発明に係る焦点‐検出器システムの他の変形例では、少なくとも１つの分析格子を位相格子に対してビーム方向に垂直かつ格子線の長手方向に垂直に相対移動させるための少なくとも１つの装置が設けられ、この装置が少なくとも２つの格子‐検出器モジュールの少なくとも２つの分析格子に作用するようにすることができる。これはつまり、焦点‐検出器システム内に、異なる検出器モジュールの少なくとも２つの分析格子を駆動する駆動装置または調整装置が設けられることを意味する。このような実施態様は、例えば、同じ半径上もしくは同じ平面上に複数の分析格子が配置され、１つの分析格子がその平面または球に配置された別の分析格子のずれと同時に移動される場合に使用される。

別の変形例では、格子‐検出器モジュールごとに、分析格子用の専用の駆動装置が設けられ、この駆動装置もこの分析格子を動かすようにすることができる。駆動装置に関して、電動駆動装置の他に例えば圧電素子を使用することもできる。この圧電素子は一方ではきわめて正確な移動経路を可能とし、他方ではＣＴ検出器内に作用する高い遠心力を僅かしか受けない。

焦点‐検出器システム内での個々の格子‐検出器モジュールの配置を検討すると、これらは例えばチェス盤状に配置することができる。これは、Ｃアームシステム用に使用されまたは投影画像を作成するためのＸ線システム内で使用されるような焦点‐検出器システムにとって好ましい変形例となる。

ガントリ内に組み込まれる検出器を有するＣＴシステムにとって特別好ましい配置では、個々の格子‐検出器モジュールが焦点からの投影で見て単一の列を形成する。このような検出器モジュールは正方形の構成またはほぼ正方形の構成を有しておらず、むしろＣＴシステムのｚ方向に向けられている。それゆえ、検出素子が多列に並置されることにより多列検出器またはマルチライン検出器としても構成される検出器は検出器モジュールに単一の列を有するだけである。しかし、本発明の範囲内で他の構造も可能であることを指摘しておく。

本発明によれば、格子‐検出器モジュールは、各格子‐検出器モジュールおよびその格子が、特に焦点側の線源格子と合せても、次の幾何学的関係を満足するように構成されかつ配置されていなければならないであろう。
ｐ₀＝ｐ₂×（ｌ／ｄ）
ｐ₁＝２×｛ｐ₀×ｐ₂／（ｐ₀＋ｐ₂）｝
ｄ’＝（１／２）×｛ｐ₁ ²／（４λ）｝としてｄ＝（ｌ×ｄ’）／（ｌ−ｄ’）
ｈ₁＝λ／｛２（ｎ−１）｝
但し、
ｐ₀＝線源格子Ｇ₀の格子周期
ｐ₁＝位相格子Ｇ₁の格子周期
ｐ₂＝分析格子Ｇ₂の格子周期
ｄ＝ファンビームジオメトリにおける位相格子Ｇ₁と分析格子Ｇ₂との距離
ｄ’＝平行ジオメトリのもとでの位相格子Ｇ₁と分析格子Ｇ₂との距離
ｌ＝線源格子Ｇ₀と位相格子Ｇ₁との距離
λ＝選択されたＸ線波長
ｈ₁＝ビーム方向における位相格子Ｇ₁の突条部高さ
ｎ＝位相格子の格子材料の屈折率

本発明の基本的な考えに基づいて、本発明者達は、上記焦点‐検出器システムが、例えば少なくとも１つの焦点‐検出器システムを備え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使用されることを提案する。

このような焦点‐検出器システムはさらに、投影および断層撮影による位相コントラスト画像を作成するのに使用することができるＣアームシステムにおいて利用することができる。

さらに、そして特別好ましくは、本発明者達は、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ＣＴシステムにおいて、前記焦点‐検出器システムを利用することを提案し、このＸ線ＣＴシステムは前述した少なくとも１つの焦点‐検出器システム、または複数の焦点‐検出器システムを有することができ、焦点‐検出器システムは回転可能なガントリ上に配置されている。複数の焦点‐検出器システムが使用される場合、これらは角度をずらしても、またＣＴシステムのシステム軸線の方向へずらしても配置することができる。この点についての組合せはやはり本発明の範囲内に含まれる。

検査対象、主に患者の断層撮影による画像を作成する方法も本発明の範囲に含まれ、少なくとも次の方法ステップが実行される。
モジュールに構成された前述の少なくとも１つの焦点‐検出器システムを用いて、検査対象が円形または螺旋状に走査され、それぞれずらして配置された分析格子での少なくとも３回の強度測定によって、対象内を通過する時のビームの位相シフトが求められ、
検出器がジュールに構成されていることにより測定できないかまたは正確には測定できないビームについて、位相シフトが隣接値によって補間され、
測定されかつ補間によって求められたビーム位相シフトから、断層撮影による位相コントラスト画像が再構成される。

このような焦点‐検出器システムのモジュール構造ではパッケージ密度が任意でないので検出器モジュールの突合せ面領域で多少不均一な走査が起きるが、この問題はこうして補償される。測定されないこれらの値を相応に補間することによって、相応の補償を提供することができる。

以下において本発明を優れた実施例に基づいて図を参照しながら説明する。図には本発明を理解するために必要な特徴のみが示されている。
図１は、ビーム路中に横たわる患者Ｐを検査対象とするＸ線ＣＴの焦点‐検出器システムの概略三次元図である。焦点Ｆ₁と検出器Ｄは、ここに詳しくは図示しないガントリ上に配置されており、システム軸線Ｓを中心に円形に動く。さらに、焦点‐検出器システムの回転中にシステム軸線方向へ患者Ｐの直線運動が実行されると、患者Ｐは公知の如くに螺旋状に走査される。焦点‐検出器システムのビーム路中に３つのＸ線光学格子Ｇ_0,Ｇ_1,Ｇ₂が配置されており、線源格子とも呼ばれる第１格子Ｇ₀は焦点Ｆ₁の直ぐ近くに取付けられており、Ｘ線によって透過される。Ｘ線の伝搬方向において次に本来の検査対象つまり患者Ｐがいる。システム軸線Ｓの反対側にある検出器Ｄの前にはまず、位相格子と呼ばれる第２格子Ｇ₁がある。放射方向において次に分析格子と呼ばれる第３格子Ｇ₂があり、これは検出器Ｄの直前に配置されていると好ましい。検出器Ｄは多数の検出素子を有する少なくとも１つの列を備えている。検出器Ｄは、多列検出器またはマルチライン検出器として構成され、それぞれ多数の検出素子を有する多数の平行配置された検出器列を備えていると好ましい。焦点Ｆ₁と個々の検出素子とを結ぶ接続線は走査時、空間内に配置された各１つのＸ線ビームを表し、その強度変化が各検出素子によって測定される。

指摘しておくなら、ここで説明するＣＴシステムの分類にも含まれるいわゆるＣアーム機器の場合検出器Ｄは図示したように焦点Ｆ₁を中心とする円筒の一部として構成されているのでなく、平らな形状を有する。走査中に検査対象を中心とする運動を実行しない投影式Ｘ線システムの場合、一般に検出器Ｄはやはり平らに構成されている。

格子Ｇ₀〜Ｇ₂の線方位は、３つの全格子の格子線が互いに平行に延びるように構成されている。さらにこれらの格子線がシステム軸線Ｓに対して平行または垂直に向けられていると有利であるが、必ずしも必要ではない。図示された変形例において格子Ｇ₀〜Ｇ₂は平らに構成され、焦点中心と検出器中心との間の中央線に対して垂直に向けられている。

第１格子Ｇ₀は格子線の周期ｐ₀と格子の溝の間に形成された突条部（以下においては格子突条部とも呼ばれる）の高さｈ₀とを備えている。同様に格子Ｇ_1,Ｇ₂も、高さｈ₁もしくはｈ₂と周期ｐ₁もしくはｐ₂とを備えている。本発明に係る方法が機能するには、格子Ｇ_0,Ｇ₁間の距離ｌと格子Ｇ₁，Ｇ₂間の距離ｄが特定の関係にあることが必要である。その際次式が成り立つ。
ｐ₀＝ｐ₂×（ｌ／ｄ）

検出器Ｄの検出素子と最後の格子Ｇ₂との距離は微小である。位相格子の突条部高さｈ₁は、検討する波長、つまり検討するＸ線エネルギーに相応して、そして各格子材料に関して次式が成り立つように選択すべきであろう。
ｈ₁＝λ／｛２（ｎ−１）｝
但し、ｎは格子材料の屈折率、λは位相シフト（位相のずれ）を測定されねばならないＸ線ビームの波長である。この格子は、使用されたアノードのＸ線スペクトル内の特性線に一致したエネルギーに調整されると有利である。

分析格子の高さｈ₂は、Ｘ線が透過した突条部と格子の十分な欠落個所（溝）との間に有効吸収差を生成して裏側に相応のモアレパターンを提供するのに十分でなければならない。

さらに、格子セット内で次の幾何学的関係も成り立つ。
ｐ₁＝２×｛（ｐ₀×ｐ₂）／（ｐ₀＋ｐ₂）｝
ｄ’＝（１／２）×｛ｐ₁ ²／（４λ）｝としてｄ＝（ｌ×ｄ’）／（ｌ−ｄ’）
但し、ｄ’は平行ジオメトリの仮定のもとで位相格子Ｇ₁と分析格子Ｇ₂との距離、ｄはファンビームジオメトリにおける位相格子Ｇ₁と分析格子Ｇ₂との距離である。

この表示から明らかとなるように、位相格子Ｇ₁および分析格子Ｇ₂の寸法が占める大きさは通常のウェハ生産を介して殆ど表示可能ではなく、または少なくともコスト的に手頃に実施可能ではない。それゆえに、本発明に即して、格子Ｇ₁，Ｇ₂をモジュールに分割することが提案される。これは例えば図１に示したように行うことができる。つまり格子Ｇ₁，Ｇ₂は縦長の格子素子が生じるようにシステム軸線の方向に細分することができるが、しかしながらその場合これらの格子素子はモジュールごとに焦点‐検出素子内に固着されねばならない。図１のこの概略図において個々の位相格子および分析格子は、全ての位相格子の合計が共通平面に一緒に位置すると共に、モジュールの分析格子が同様に１つの共通な格子平面を形成するように配置されている。

図２には別の変形例が示されている。ここでは図示された焦点‐検出器システム内に、図１におけるのと同様に、やはり単一の線源格子Ｇ₀が示されている。しかし検出器側の焦点‐検出器システムは３つの格子‐検出器モジュールからなり、各モジュールの位相格子、分析格子、検出素子の面は互いに平行に向いており、３つの全ての格子‐検出器モジュールは焦点Ｆ₁に対してファン状に配置されている。個々の各モジュールは位相格子Ｇ_1Xと、ビーム方向に続く分析格子Ｇ_2Xと、その直後に続く検出器モジュールＤ_Xとからなり、個々の各検出器モジュールはチェス盤状に配置された多数の検出素子からなるが、しかしながらここでは検出素子が図示されていない。

焦点‐検出器システムのこのような構造をより細かくして、一層多くの検出器モジュールが使用されるようにすると、焦点からの投影で見て、図３に示すような格子‐検出器モジュールの配置が得られる。ここにはファン状に配置された８つの格子‐検出器モジュールが示されており、この格子‐検出器モジュール内での格子線の向きはシステム軸線に対して垂直である。

この配置をシステム軸線に対して垂直に切ると、図４に示す図が得られる。この図４は８つの格子‐検出器モジュールＧＤ₁〜ＧＤ₈のファン状配置を示しており、格子‐検出器モジュールＧＤ₁〜ＧＤ₈はこの断面図において長方形に構成され、それぞれ位相格子Ｇ_1Xと後続の分析格子Ｇ_2Xと検出器モジュールＤ_Xとを有する。この図から明らかとなるように、この構成において焦点とは反対側で検出器モジュールＤ_Xの領域にそれぞれ隙間が生じる。類似の隙間は例えばモジュールハウジングの有限厚さのみによって発生することがある。そのような隙間は走査時に隙間も生じ、または少なくとも走査誤差およびアーチファクトを生じる。そのためこのような領域は補間によって橋絡し、もしくは画像化のときアーチファクトが避けられるように互いに調整されると有利である。これは好ましくは完全な投影データセットの作成時に既に行うことができ、または完成したボリュームデータセットを相応に処理することもできる。

図３および図４には環状ガントリを備えるＣＴシステム用の検出器の構成が示され、図５にはＣアームシステム用または単純な投影式Ｘ線システム用の焦点‐検出器システムの構造が示されている。ここでは個々の格子‐検出器モジュールがチェス盤状に配置されており、使用された全格子の格子線の向きは同じであり、線源格子の向きに一致している。

焦点‐検出器システム全体におけるこのような格子‐検出器モジュールの配置が図６に示されている。この図に示された本発明に係る焦点‐検出器モジュールは平らでほぼ正方形に構成された検出器Ｄを有し、この検出器Ｄは多数の格子‐検出器モジュールからなる。格子‐検出器モジュールは全体として位相格子Ｇ₁の面および後続の分析格子Ｇ₂の面を形成する。

図７は分析格子の領域における格子‐検出器モジュールを格子線に対して垂直な断面で示す細部図である。分析格子Ｇ₂は両側が格子‐検出器モジュールの壁体１４内に挟持されており、片側では分析格子Ｇ_2iと壁体１４との間に圧電素子１２が配置され、反対側にはばね要素１３がある。圧電素子１２に相応の電圧を印加されると、分析格子Ｇ_2iの長手移動Ｘ_Gが起きる。この長手移動Ｘ_Gは、分析格子の異なる変位における少なくとも３回の測定によってこの位置でのビームの位相シフトを決定するのに必要とされる。

本発明に係る方法を実施するための完全なコンピュータＣＴシステムが図８に示されている。この図に示されたＣＴシステム１はＸ線管２と反対側の検出器３とを有する第１焦点‐検出器システムを備えており、Ｘ線管２と検出器３とはガントリハウジング６内の詳しくは図示しないガントリ上に配置されている。第１焦点‐検出器システム２，３のビーム路中に図１〜図３による格子システムが配置されており、患者７は、システム軸線９に沿って移動可能な患者寝台８上に横たわり、第１焦点‐検出器システムのビーム路内を動かすことができ、そこで走査される。ＣＴシステムの制御は演算および制御ユニット１０によって実行され、演算および制御ユニット１０の記憶装置１１に記憶されているプログラムＰｒｇ₁〜Ｐｒｇ_nは本発明に係る前記方法を実行し、測定されビームに依存する位相シフトと吸収とから相応の断層撮影画像を再構成する。

選択的に、単一の焦点‐検出器システムの代わりに、第１焦点‐検出器システムに追加して第２焦点‐検出器システムをガントリハウジング内に配置することができる。そのことが図８に破線で示すＸ線管４と破線で示す検出器５とによって示されている。

自明のことであるが、本発明の前記特徴はその都度記載した組合せにおいてだけでなく、別の組合せや単独でも、本発明の範囲から逸脱することなく応用可能である。

位相シフトを決定するための格子セットを有する焦点‐検出器システムの概略三次元図 ３つの格子‐検出器モジュールを有する焦点‐検出器システムの概略三次元図 ８つの格子‐検出器モジュールからなるＣＴ検出器の平面図 図３のＣＴ検出器の格子‐検出器モジュールをシステム軸線に垂直に見た横断面 ８×６のチェス盤状に構成された格子‐検出器モジュールからなり、投影による位相コントラスト画像を作成するための検出器の平面図 平らな格子と平らな検出器とを有するＣアームシステムの焦点‐検出器システムの三次元図 移動装置を有する分析格子の断面図 本発明に係る焦点‐検出器システムを有するＸ線ＣＴシステムの三次元図

符号の説明

１ ＣＴ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
１２ 圧電素子
１３ ばね要素
１４ 格子‐検出器モジュールの壁体
Ｄ 検出器全体
Ｄ_i 格子‐検出器モジュールの検出器
Ｄ_X 検出器モジュール
ｄ ファンビームジオメトリにおける位相格子Ｇ₁と分析格子Ｇ₂との距離
ｄ’ 平行ジオメトリのもとでの位相格子Ｇ₁と分析格子Ｇ₂との距離
Ｆ₁ 焦点
Ｇ₀ 線源格子
Ｇ₁，Ｇ_1i 位相格子
Ｇ₂，Ｇ_2i 分析格子
ＧＤ_X 格子‐検出器モジュール
ｈ₀ 線源格子の突条部高さ
ｈ₁ 位相格子の突条部高さ
ｈ₂ 分析格子の突条部高さ
ｌ 線源格子Ｇ₀と位相格子Ｇ₁との距離
ｎ 位相格子の格子材料の屈折率
Ｐ 患者
ｐ₀ 線源格子の格子周期
ｐ₁ 位相格子の格子周期
ｐ₂ 分析格子の格子周期
Ｐｒｇ_X プログラム
Ｓ システム軸線
Ｘ_G 分析格子のずれ
λ Ｘ線ビームの波長

Claims (22)

1. 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線装置（１）の焦点‐検出器システム（Ｆ_1,Ｄ）において、
   焦点（Ｆ₁）とビーム路中に配置されかつビームごとにコヒーレントＸ線ビームの場を作成する焦点側線源格子（Ｇ₀）とを有するビーム源（２）と、
   並んで配置された多数の格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）を有する検出器装置とを少なくとも備え、
   格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）が、それぞれビーム方向に連続的に配置された、
   第１干渉パターンを作成するための少なくとも１つの位相格子（Ｇ_1X）と、
   他の干渉パターンを作成するための分析格子（Ｇ_2X）と、
   平面状に配置された検出素子（Ｄ_X）とを有し、
   全ての格子（Ｇ_0,Ｇ_1X,Ｇ_2X）の個々の格子線が互いに平行に向いていることを特徴とするＸ線装置の焦点‐検出器システム。
2. 格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）の位相格子および分析格子の、格子線によって形成された格子面が互いに平行に向いていることを特徴とする請求項１記載の焦点‐検出器システム。
3. 格子面が、焦点から格子‐検出器モジュールへ延びて格子面に交差するビームに対してそれぞれ垂直に向いていることを特徴とする請求項１記載の焦点‐検出システム。
4. 格子面にそれぞれ垂直に交差するビームが、格子面の各中心点で格子面に交差する中央ビームであることを特徴とする請求項３記載の焦点‐検出器システム。
5. 格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）は、全ての位相格子面の中心点が焦点（Ｆ₁）に対して等距離を有するように配置されていることを特徴とする請求項４記載の焦点‐検出器システム。
6. 格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）は、全ての分析格子面の中心点が焦点（Ｆ₁）に対して等距離を有するように配置されていることを特徴とする請求項４または５記載の焦点‐検出器システム。
7. 格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）は、平面状に配置された検出素子の合計からなる全ての検出器面の中心点が焦点（Ｆ₁）に対して等距離を有するように配置されていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１つに記載の焦点‐検出器システム。
8. 位相格子面がそれぞれ、焦点（Ｆ₁）を中心点とする球表面の一部を構成していることを特徴とする請求項４記載の焦点‐検出器システム。
9. 分析格子面がそれぞれ、焦点（Ｆ₁）を中心点とする球表面の一部を構成していることを特徴とする請求項４または８記載の焦点‐検出器システム。
10. 格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）の、平面状に配置された検出素子の合計からなる検出器面が、それぞれ、焦点（Ｆ₁）を中心点とする球表面の一部を構成していることを特徴とする請求項４，８，９のいずれか１つに記載の焦点‐検出器システム。
11. 少なくとも１つの分析格子（Ｇ_2X）を位相格子（Ｇ_1X）に対してビーム方向に垂直かつ格子線の長手方向に垂直に相対移動させるための少なくとも１つの装置（１２，１３）が設けられ、この装置（１２，１３）が少なくとも２つの格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）の少なくとも２つの分析格子（Ｇ_2X）に作用することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の焦点‐検出器システム。
12. 格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）ごとに、この格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）の分析格子を格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）の位相格子に対してビーム方向に垂直かつ格子線の長手方向に垂直に相対移動させるための装置が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の焦点‐検出器システム。
13. 格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）が焦点（Ｆ₁）からの投影で見てチェス盤状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の焦点‐検出器システム。
14. 格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）が焦点（Ｆ₁）からの投影で見て単一の列を形成することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の焦点‐検出器システム。
15. 格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）は、各格子‐検出器モジュール（ＧＤ_X）およびその格子（Ｇ_1X,Ｇ_2X）が次の幾何学的関係
    ｐ₀＝ｐ₂×（ｌ／ｄ）
    ｐ₁＝２×｛（ｐ₀×ｐ₂）／（ｐ₀＋ｐ₂）｝
    ｄ’＝（１／２）×｛ｐ₁ ²／（４λ）｝としてｄ＝（ｌ×ｄ’）／（ｌ−ｄ’）
    ｈ₁＝λ／｛２（ｎ−１）｝
    （但し、
    ｐ₀＝線源格子Ｇ₀の格子周期、
    ｐ₁＝位相格子Ｇ₁の格子周期、
    ｐ₂＝分析格子Ｇ₂の格子周期、
    ｄ＝ファンビームジオメトリにおける位相格子Ｇ₁と分析格子Ｇ₂との距離、
    ｄ’＝平行ジオメトリのもとでの位相格子Ｇ₁と分析格子Ｇ₂との距離、
    ｌ＝線源格子Ｇ₀と位相格子Ｇ₁との距離、
    λ＝選択されたＸ線波長、
    ｈ₁＝ビーム方向における位相格子Ｇ₁の突条部高さ、
    ｎ＝位相格子の格子材料の屈折率）
    を満足するように構成されかつ配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の焦点‐検出器システム。
16. 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、請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の少なくとも１つの焦点‐検出器システム（Ｆ_1,Ｄ）を有することを特徴とするＸ線システム。
17. 投影および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、検査対象の周りを回転可能なＣアーム上に配置された請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の焦点‐検出器システムを有することを特徴とするＸ線Ｃアームシステム。
18. 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ＣＴシステム（１）において、検査対象（７）の周りを回転可能なガントリ上に配置された請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の少なくとも１つの焦点‐検出器システムを有することを特徴とするＸ線ＣＴシステム。
19. 同じビームの複数回の強度測定を、各回毎に分析格子（Ｇ _2X ）を異なる位置にずらして行うことにより、位相シフト（φ）を計算するための演算ユニット（１０）が設けられていることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１つに記載のＸ線システム。
    
20. 検査対象（７）の断層撮影による画像を作成する方法において、
    モジュール状に構成された請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の少なくとも１つの焦点‐検出器システム（Ｆ_1,Ｄ）を用いて、検査対象（７）が円形または螺旋状に走査され、それぞれずらして配置された分析格子（Ｇ_2X）での少なくとも３回の強度測定によって、検査対象（７）内を通過する時のビームの位相シフト（φ）が求められ、
    検出器（Ｄ）がモジュール状に構成されていることにより測定できないかまたは正確には測定できないビームについて、位相シフト（φ）が隣接値によって補間され、
    測定されかつ補間によって求められたビーム位相シフト（φ）から、断層撮影による位相コントラスト画像が再構成される
    ことを特徴とする断層撮影による画像の作成方法。
21. Ｘ線システムが演算および制御ユニット（１０）を有し、このユニットに含まれたプログラムコード（Ｐｒｇ_X）が、作動時に、請求項２０記載の方法を実行することを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれか１つに記載のＸ線システム。
22. Ｘ線システムの記憶媒体またはＸ線システム用の記憶媒体において、記憶媒体（１１）がプログラムコード（Ｐｒｇ_X）を含み、このプログラムコードがＸ線システムの作動時に、請求項２０記載の方法を実行することを特徴とする記憶媒体。

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