JP5142540B2 - 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のＸ線装置の焦点‐検出器システムにおいて、焦点を備えたＸ線ビーム源と、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に位相シフト（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、しかしながら化学組成が類似し、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されない。

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を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、それゆえに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Ｘ線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の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Ｘ線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。

この種の焦点‐検出器組合せにおける問題として、検査対象内の各ビーム路上でＸ線の位相シフトを決定できるように、ビームごとに空間内で、分析格子をその都度僅かに移動させて複数回の測定を実施しなければならない。
"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、検査対象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ことができるようにするために、必要な測定の回数を減らし、もしくは各ビームについて単に１回の測定を実行すればよいことさえ可能とする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備えたＸ線ビーム源と、
線源格子に対して平行に配置された格子線を備え干渉パターンを作成する位相格子と、位相格子の後方でＸ線強度を測定するための平面状に配置された多数の検出素子を備えた検出器とを有する格子‐検出器装置と
を備え、
検出素子が、位相格子の格子線に対して平行に向いた多数の縦長の検出条帯から形成され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、従来使用された分析格子の代わりに、前置された位相格子の格子線方向において個々の検出素子を細分する多数の検出条帯を有する検出素子を使用することが可能であることを認識した。個々の検出条帯はグループごとに相互接続され、個々のグループは個々の検出条帯に入射する線量を読取られる。形成されるグループの数に応じて、かつ検出条帯が配置される周期に応じて、つまり個々の検出条帯の細かさに応じて、特のＸ線ビームを走査する測定の回数を著しく減らすことができるように、もしくは検出条帯の相応に高い分割において、グループごとに相互接続された検出条帯の１回の測定で、それぞれ検討したＸ線ビームの平均位相を直接決定できるように、個々のＸ線ビームを分解することが可能である。

本発明に係る焦点‐検出器システムの他の利点は、検査対象、特に患者に照射され使用された線量の全量が事実上測定に使用され、分析格子を利用する場合のように患者に照射された線量の一部が分析格子内で利用されることなく吸収されることがない点にある。

つまり本発明の基本的な考えによれば、検査対象を透過するビームのＸ線の位相シフト（位相のずれ）の測定は公知の位相格子を検出器側に配置することによって測定され、この位相格子は検査対象を通過する時のＸ線の位相シフトに基づいて干渉パターンを作成し、この干渉パターン内に位相シフトが描出される。検討した検出素子もしくは検討した相応のＸ線ビームで、同時に分析格子を非常に僅かに移動させながら強度変化を測定して位相シフトを決定するために、引き続き分析格子が取付けられる公知の変形例とは異なり、いまや、本来の検出器が分析格子の位置に設けられ、各検出素子は、従来使用された分析格子の周期のオーダを持つ多数の検出条帯で構成される。これによりいまや、これらの検出格子を交互に２回のステップにまとめ、こうして測定時に、前置された分析格子と同様に２つの線量情報を得ることが可能であり、両測定の間で分析格子が半周期だけ仮想的に移動される。

ところで検出条帯の分割、つまり検出条帯の幅が再度低減されると、検出条帯は検出素子当り３グループまたは４グループまたは多グループに分割することができ、検出グループに到来する線量のグループごとの読取りは、相応の検出素子に入射するＸ線ビームの位相シフトを直接に求めることができる。

焦点‐検出器システムの本発明に係るこの実施態様において指摘しておくなら、その空間的広がりの点で検出素子に一致するビームの内部で、もしくは焦点‐検出器システムがコンピュータ断層撮影装置に組み込まれて検査対象を回転走査する場合検出素子の通過する空間角に相応して、Ｘ線の平均位相シフトを当然測定することができ、この位相シフトは検討したこのＸ線ビームによって再生される。

本発明の基本的な考えに基づいて、いまや、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、このシステムが、
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備えたＸ線ビーム源と、
線源格子に対して平行に配置された格子線を備え干渉パターンを作成する位相格子と、位相格子の後方でＸ線強度を測定するための平面状に配置された多数の検出素子を備えた検出器とを有する格子‐検出器装置と
を備え、
検出素子が、位相格子の格子線に対して平行に向いた多数の縦長の検出条帯で形成される焦点‐検出器システムが提案される。

さらに、格子‐検出器装置が次の幾何学的条件を満足するように構成しかつ配置することが提案される。
ｐ₂＝ｋ×ｐ_DS
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＝検出条帯Ｄ_Sの大きな周期、分析格子後の干渉線の距離
ｐ_DS＝検出条帯Ｄ_Sの小さな周期、隣接検出条帯の中心線間の距離
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もしくは検出条帯ＤＳ_x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もしくは検出条帯ＤＳ_xとの距離
ｋ＝２、３、４、５、…
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

特に好ましくは、本発明に係る装置はいわゆる直接に変換する検出条帯として構成される検出条帯によって実施することができる。これらの検出条帯は、入射するＸ線もしくは光子が電荷を作成し、これらの電荷は事前に印加された電位を介して取出して検出されるという特性を有する。従って、電荷は入射するＸ線光子の数に比例している。このような検出装置は公知のようにエッチング法でウェハ上に相応の高い分解能で実現することができ、グループごとに配置された検出条帯に接続され後置された相応の数の電気回路が有効であり、電気回路は検出条帯に入射するＸ線をグループごとに測定する。検出条帯の配置距離でＸ線強度をこのように測定することによって、各Ｘ線ビームの位相シフト、より正確には平均位相シフトを直接決定することが可能である。

本発明によればさらに、検出素子のｎ個の検出条帯が、ｍ回のステップでＸ線強度を読取るためにｍ個の電子装置バスで交互にかつグループごとに読取り電子装置に接続され、２≦ｍ≪ｎであることが提案される。

検出条帯の分割の好ましい実施態様において、正確に２つまたは３つまたは４つの電子装置バスが設けられている。なお、指摘しておくなら、各Ｘ線ビームの位相シフトを精確に測定するために２つの電子装置バスを使用する場合、Ｘ線ビームの代わりに検出素子を僅かに移動させ、２回の測定によって、２つの電子装置バスを掛けて合計４回の測定が得られ、これでもって位相シフトを決定可能とすることが必要である。２つを超え、つまり３つ以上の電子装置バスを使用する場合、位相シフトまたは検出器の付加的ずれおよび付加的測定を決定することが可能である。

本発明者達はさらに、投影画像、つまりここでは位相コントラスト画像を作成するＸ線システムにおいて、前記焦点‐検出器システムが利用されることを提案する。他方で、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、このような焦点‐検出器システムを使用することも可能である。または第３の選択案として、このような焦点‐検出器システムはＸ線ＣＴシステムにおいて利用することができ、実質的に断層撮影による位相コントラスト画像が作成される。

さらに指摘しておくなら、このようなＸ線システム、つまりＣアームシステムまたはＣＴシステム用に、位相シフトを制御しかつ計算するための演算ユニットを設けることができる。一般にこの計算は相応のプログラムコードによって行われ、このプログラムコードは作動時に相応の方法を実行する。後に述べるこのような方法を実行するためのこのようなプログラムコードを実行する、Ｘ線システムの記憶媒体またはＸ線システム用の相応の記憶媒体も、本発明の範囲に含まれる。

本発明者達は、上述したような焦点‐検出器システムを用いて検査対象、好ましくは患者の投影によるＸ線画像を作成する方法において、少なくとも次の方法ステップが実行されることを提案する。
検査対象がビーム束によって透過され、各ビームが空間内で、方向および広がりに関して、焦点‐検出素子の接続線と検出素子の広がりとによって定められ、
微細に構造化された検出条帯によって、グループごとに接続されかつ互いにずらして配置されたまたは相互にずらして位置決めされた検出条帯でのＸ線の強度をビームごとに測定することによって、各ビームの平均位相シフトが測定され、
ビームの測定された平均位相シフトから位相コントラスト画像が作成され、画像のピクセル値がビームごとの平均位相シフトを表す。

本発明に係るこの方法によれば、検出素子の検出条帯が交互に２つの測定バスに接続され、検出素子の両測定バスを介して２グループの検出条帯で少なくとも２回の強度測定が、その測定中に検出器をずらすことなく実行され、引き続き少なくとも１回、これらのグループの検出条帯の位置の空間的ずれが生ぜしめられ、同じ空間ビームについてさらに２回の測定が実行される。

空間的にずらした少なくとも二重の測定に関して、グループの検出条帯の位置のこの空間的ずれを回路技術的に生ぜしめることが可能であり、またはグループの検出条帯の位置の空間的ずれを物理的に生ぜしめることが可能である。これは例えば圧電素子によって行うことができ、圧電素子は検出素子の検出条帯を載置したウェハを格子線に垂直に移動させる。

本発明の別の実施態様において、本発明者達はさらに、検出素子の検出条帯が交互に少なくとも３つの測定バスに接続され、１つのビームについて検出素子の少なくとも３つの測定バスを介して少なくとも３つのグループの検出条帯での少なくとも３回の強度測定が、その測定中に検出器をずらすことなく実行されることを提案する。

以下において本発明を優れた実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。
位相コントラスト測定の理解を助けるために、格子セットＧ₀〜Ｇ₂を有する焦点‐検出器システムが図１に概略的に示されている。第１格子Ｇ₀の前にある焦点Ｆ₁はその最大広がりに符号ｗを付されている。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の高さｈ₀とを備えている。同様に格子Ｇ₁，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。位相測定が機能するには、格子Ｇ₀，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Ｄ₁の検出素子Ｅ₁〜Ｅ_nと最後の格子Ｇ₂との距離は微小である。位相格子の溝の間に形成された突条部の高さｈ₁は、検討した波長、つまり検討した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るアノードの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、少なくともこのエネルギー範囲内に十分な光子数が提供されると有利である。現在一般的なタングステンアノードの場合、例えばＫα線を使用することができる。しかし、その横にあるＫβ線を使用することも可能である。別のアノード材料を選択する場合、相応の別のエネルギー、従って位相格子の別の寸法設定が必要である。

分析格子の溝の間に形成された突条部の高さｈ₂は、Ｘ線が透過する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。

格子Ｇ₀〜Ｇ₂の格子線の向きは、３つの全ての格子の格子線が互いに平行に延びるように規則的になされている。さらに、格子線がシステム軸線Ｓに対して平行またはそれに対して垂直に延びると有利であるが、しかし必ずしも必要ではない。格子Ｇ₀〜Ｇ₂は大抵平らに構成され、焦点中心点と検出器中心点との間の中心線に対して垂直に向けられている。しかし基本的に、各位置で格子が焦点と各検出素子との間のビーム結合によって垂直に切断されるように、格子の表面をビームコーンのビーム推移に整合することも可能であり、そのことから格子の相応の曲率が生じる。

格子Ｇ₀から到来して患者Ｐを透過する個々のコヒーレントＸ線が図２に再度示され、患者Ｐを透過した後に位相シフト現象が現れる。これにより、格子Ｇ₁を通過する時、灰色ハッチングで示した干渉パターンが作成され、この干渉パターンは格子Ｇ₂によって、引き続く検出器Ｄ₁およびその検出素子に、検出素子ごとに異なるＸ線強度をもたらし、そこにいわゆるモアレパターンが生じる。例えば、分析格子Ｇ₂のずれｘ_Gに依存した検出素子Ｅ_iを検討し、強度Ｉ（Ｅ_i（ｘ_G））を、強度Ｉにわたるずれｘ_Gの関数としてプロットすると、この検出素子Ｅ_iでの強度Ｉの正弦波状の上昇および下降が得られる。測定されたこのＸ線強度Ｉを各検出素子Ｅ_iもしくはＥ_jについてずれｘ_Gに依存してプロットすると、焦点と各検出素子との間に空間的Ｘ線ビームを最終的に形成するさまざまな検出素子について、関数Ｉ（Ｅ_i（ｘ_G））もしくはＩ（Ｅ_j（ｘ_G））は近似することができる。これらの関数から、各検出素子について相対的位相シフトφを決定することができる。次式が成り立つ。
φ＝２πｎ（ν／λ）
但し、νは検査対象内のボクセルもしくはピクセルの大きさに一致し、ｎはその屈折率、λはＸ線の波長である。

こうして各ビームについて空間内で分析格子をその都度ずらして少なくとも３回の測定によってビームごとに位相シフトを決定することができ、それから、投影によるＸ線撮影の場合投影画像のピクセル値を直接計算することができるか、またはＣＴ検査の場合位相シフトにそのピクセル値が一致した投影が作成され、それから、公知の再構成法によって、検査対象のどのボリューム要素に、測定された位相シフトのどの成分を属させるかを計算することができる。従って、それから、Ｘ線の位相シフトに関して検査対象の局部作用を反映するスライス画像またはボリュームデータが計算される。組成の僅かな差が既に位相シフトに対して強い作用を及ぼすので、これにより、比較的類似した材料、特に軟質組織の非常に詳細かつコントラストの強いボリュームデータを再生することができる。

多重にずらされた分析格子によって、検査対象を透過するＸ線ビームの位相シフトを検出し、かつ分析格子の後方にある検出素子でＸ線強度を測定する前記変形例は、各Ｘ線ビームについて分析格子をそれぞれずらして少なくとも３回の測定を実施しなければならないという欠点を有する。これにより、検査対象の走査が比較的緩慢になり、同時に線量率が増加する。付加的に、検出用のＸ線の一部は使用された分析格子により格子内で吸収されるので失われるという問題が生じる。

そこで本発明によれば、このような分析格子を省き、それに代えて、位相格子に続いて配置される検出素子を、少なくとも測定時に線量損失が現れないように構造化し、好ましくは検討したビーム中の位相シフトが１回の測定で決定できるように分割を選択することが提案される。

このような配置がコンピュータ断層撮影装置の焦点‐検出器システムの概略三次元図で図３に示されている。この図３は焦点Ｆ₁を示し、焦点Ｆ₁のビーム路中に線源格子Ｇ₀が配置され、検出器側には位相格子Ｇ₁がある。この位相格子Ｇ₁は後続の検出器Ｄによって測定される干渉現象を作成し、個々の検出素子はそれぞれＸ線の位相シフトを、より正確には平均位相シフトを、この検出素子にわたって測定することができる。この図３において、検出器側には多列検出器として構成されている検出器Ｄが示されている。多列検出器の各列は多数の検出素子を含み、位相格子Ｇ₁の格子構造体が各検出素子に前置されている。

格子と検出素子とのこの組合せが図４に拡大して示されている。ここでは検出素子が構造化して示され、この検出素子は多数の検出条帯ＤＳ₁〜ＤＳ₁₈からなり、各条帯ＤＳ₁〜ＤＳ₁₈の向きは位相格子Ｇ₁の格子線に対して平行に配列されている。指摘しておくなら、ここに示す分割は分割の基本原理を示す概略図にすぎず、実際において寸法設定は根本的にそれとは異なる。

実際においてこのような検出素子の寸法は１００〜１０００μｍの範囲内である。検出条帯の広がりは周期ｐ₂のオーダ内になければならないが、この周期ｐ₂は一般に約２μｍであり、個々の検出条帯はそれが２分割されている場合約１μｍである。

図５は分析格子Ｇ₂による位相シフト測定の基本原理を再度明らかとする。この図は位相格子の後方でタルボ距離を置いてｘ軸にわたるＸ線光子Φ_phの流れを概略的に示し、光子流Φ_ph（ｘ）の推移がｘ軸にわたってプロットされている。ｘ軸は格子線に対して垂直に延びている。引き続き示されている分析格子Ｇ₂は周期ｐ₂を有し、その突条部で光子を吸収し、各突条部の間に形成された溝においてのみ光子は下方に透過でき、最終的に、その背後にある検出素子Ｅ_iに入射し、そこでその強度が測定される。ところで格子Ｇ₂がｘ軸の方向に僅かに移動されると、その背後にある検出素子では、測定されるＸ線強度Ｉ_phの強い強度変動が生じ、Ｘ線強度は格子の移動路ｘ_Gにわたってプロットすることができる。分析格子Ｇ₂のずれｘ_Gに依存したＸ線強度曲線から各検出素子の位相φを決定することができる。

ところで本発明によれば、分析格子は検出素子に格子状構造を付与することによって置換することができ、多数の条帯を、格子線もしくは格子内の自由空間に相応してまとめることによって、格子を通過した強度、もしくは１つの格子の半周期のずれに一致した強度をそれぞれ測定することができる。このような状況が図６に示されている。ここでは再びまず上側に、位相格子によって引き起こされた干渉現象に基づく光子流がｘ軸にわたって示されている。異なる強度を有するこの光子流が検出素子Ｅ_iに入射する。この検出素子Ｅ_iは多数の検出条帯ＤＳ₁〜ＤＳ₆に分割されている。検出条帯ＤＳ₁〜ＤＳ₆は２つの異なるバスＡ，Ｂと交互にまとめられ、検出条帯ＤＳ₁，ＤＳ₃，ＤＳ₅…がバスＢを利用する一方、検出条帯ＤＳ₂，ＤＳ₄，ＤＳ₆…はバスＡを利用する。こうして、バスＡもしくはバスＢを介して測定された線量を検討することによって強度変化を測定することができ、この強度変化は、分析格子が図５に相応して半周期だけ移動されるときに生じる。

下側に破線で示唆するように検出器もしくは検出条帯を僅かに、１つの検出条帯の半幅だけ移動させて同じ測定を実行する場合、両方のバスで同じ測定を実行することができ、ここでは相応の強度が測定される。ところでバスＡ，Ｂの測定された強度もしくは検出器を僅かに移動させたときのバスＡ'，Ｂ'の測定された強度をｘ軸にわたってプロットすると、下側に示す図におけるように、これらの測定値を介して正弦線のフィッティングを行うことができ、それとともに、検出されたＸ線の位相φを決定することができる。

図６の変形例では検出条帯をそれぞれずらして少なくとも２回の測定を実行することがなお必要であり、この場合各測定時にバスＡ，Ｂによる２つの測定値が生じるのに対して、図７に示すような本発明に係る検出システムの改良された実施例において、検出素子によって検出されたＸ線の位相を１回の測定で直接決定することが可能である。図７は図６と同様に検出装置を示しているが、しかし検出条帯への検出素子の細分は、個々の検出条帯が相応の分析格子の周期の１／４を有するだけであるようになされている。こうしていまや、４つ目ごとの条帯が同じ電子装置バスに案内され、相応の検出条帯グループが形成されるように、検出条帯を相互接続することが可能である。ところでこのような検出器装置を用いて特定の位置で、つまり特定のＸ線ビームについて１回の測定を実施する場合、バスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを介して測定された強度から、位相に対応した強度をそれぞれ読取ることができ、これら４つの測定から、この検出素子に入射するＸ線の位相を直接決定することができる。これら４つの測定値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの評価がこの図の下に示されている。ここでも付記しておくなら、この測定は個々の検出条帯の領域におけるＸ線の例えば位相決定に相当するのでなく、検出素子の全面にわたる平均に相当する。この場合、検査対象、特に患者に照射され使用された全線量が測定時に評価に利用され、従って線量損失が生じないことは特に有利である。

つまり本発明の核心として、検出素子が多数の検出条帯に分割され、測定されたＸ線強度に関して条帯がグループごとに読取られ、分割は一方で相応の分析格子の周期ｐ₂に整合し、しかし同時に周期ごとに少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの検出条帯を有するようになされねばならず、こうして周期ごとに各グループの検出条帯が１回表されている。つまりこの種の分割によって、１周期の内部に２つ、３つ、４つ、５つまたはそれ以上の検出条帯を収容し、この分割を検出条帯の向きに垂直な方向で多重に並べることが可能であり、こうして測定グループの数は周期ｐ₂当りの検出条帯の数に一致する。

検出素子のこのような例示的実施例が図８に再度示され、ここでは検出条帯が２つのグループでバスＡ，Ｂに接続されている。

本発明に係る方法を実施するための完全コンピュータＣＴシステムが図９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乃至図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９に破線で示すＸ線管４と破線で示す検出器５とによって示唆されている。

補足的になお指摘するなら、図示した焦点‐検出器システムを用いてＸ線の位相シフトを測定できるだけでなく、これらのシステムはさらに、Ｘ線吸収を従来のように測定しかつ相応の吸収画像を再構成するのにも適している。場合によっては、吸収画像と位相コントラスト画像との複合画像も作成することができる。

さらに指摘しておくなら、実際の実施において線源格子を使用してコントラスト向上のために格子線間の空隙（溝）に高吸収性材料を充填しておくことができる。例えばこのため金を使用することができる。基本的に線源格子は、少なくともｅ^-1のコントラスト係数を達成するように構成されるべきであろう。

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。

線源格子と位相格子と分析格子とそれらの格子構造体が図示されている焦点‐検出器システムの縦断面図 干渉現象を表示するための位相格子と分析格子と検出器とを有するＣＴの焦点‐検出器システムの縦断面図 分析格子なしの本発明に係る焦点‐検出器システムの概略三次元図 位相格子を前置した単一の検出素子の三次元図 分析格子で位相シフトを検出する概略図 分析格子なしに、２グループの検出条帯を有する構造化検出素子で位相シフトを検出する概略図 ４グループに分割された検出条帯を有する検出素子で位相シフトを検出する概略図 ２グループに分割された検出条帯を有する検出素子の三次元図 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 制御兼演算ユニット
１１ 記憶装置
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ グループ成化された検出条帯の測定バス
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もしくは検出条帯ＤＳ_X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もしくは検出条帯ＤＳ_Xとの距離
Ｄ₁ 検出器
ＤＳ_X 検出条帯
Ｅ_i ｉ番目の検出素子
Ｆ₁ 焦点
Ｇ₀ 線源格子
Ｇ₁ 位相格子
Ｇ₂ 分析格子
ｈ₀，ｈ₁，ｈ₂ 格子突条部の高さ
Ｉ（Ｅ_i（ｘ_G）） 格子ずれｘ_Gにおいて検出素子Ｅ_iで測定された強度
Ｉ_ph 測定された光子流強度
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Ｇ₀の格子周期
ｐ₁ 位相格子Ｇ₁の位相格子
ｐ₂ 検出条帯Ｄ_Sの大きな周期、分析格子後の干渉線の距離
ｐ_DS 検出条帯Ｄ_Sの小さな周期、隣接する検出条帯の中心線間の距離
Ｐｒｇ_n プログラム
Ｓ システム軸線
Ｓ₁，Ｓ₂ Ｘ線ビーム
ｗ 焦点の広がり
ｘ_G 分析格子もしくは検出条帯のずれ
ｘ，ｙ，ｚ 直角座標
ν ボクセルの広がり
φ 位相シフト
φ_EX 検出素子Ｅ_Xの位相シフト
Φ_ph 光子流
Φ_ph（ｘ） 検出素子のｘ個所における光子流
λ 検討したＸ線の波長
γ Ｘ線

Claims (17)

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線装置の焦点‐検出器システム（２，３）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（Ｓ_i）の場を作成する焦点側線源格子（Ｇ₀）とを備えたＸ線ビーム源と、
   線源格子（Ｇ₀）に対して平行に配置された格子線を備え干渉パターンを作成する位相格子（Ｇ₁）と、位相格子（Ｇ₁）の後方でＸ線強度を測定するための平面状に配置された多数の検出素子（Ｅ_i）を備えた検出器（Ｄ₁）とを有する格子‐検出器装置と
   を備え、
   検出素子（Ｅ_i）が、位相格子（Ｇ₁）の格子線に対して平行に向いた多数の縦長の検出条帯（ＤＳ_x）から形成される
   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‐検出器装置が、次の幾何学的条件
   ｐ₂＝ｋ×ｐ_DS
   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＝検出条帯Ｄ_Sの大きな周期、分析格子後の干渉線の距離
   ｐ_DS＝検出条帯Ｄ_Sの小さな周期、隣接する検出条帯の中心線間の距離
   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もしくは検出条帯ＤＳ_x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もしくは検出条帯ＤＳ_xとの距離
   ｋ＝２、３、４、５、…
   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記載の焦点‐検出器システム。
3. 検出条帯（ＤＳ_x）が、Ｘ線によって電荷を作成しこれらの電荷を印加された電位に基づいて検出する検出条帯として構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の焦点‐検出システム。
4. 少なくとも１つの検出素子（Ｅ_i）のｎ個の検出条帯（ＤＳ_x）が、ｍ回のステップでＸ線強度を読取るためにｍ個の電子装置バスで交互にかつまたグループごとに読取り電子装置に接続され、２≦ｍ≪ｎであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の焦点‐検出器システム。
5. 正確に２つの電子装置バス（Ａ，Ｂ）が設けら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. 正確に３つ（Ａ，Ｂ，Ｃ）または４つ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の電子装置バスが設けら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。
7. 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６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（２，３）を有することを特徴とするＸ線システム。
8. 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る請求項１乃至６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。
9. 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、検査対象の周りを回転可能なガントリ上に配置される請求項１乃至６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（２，３）を有することを特徴とするＸ線ＣＴシステム。
10. 同じビームの複数回の強度測定を、各回毎に検出条帯を異なる位置にずらして行うことにより、位相シフト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７乃至９のいずれか１つに記載のＸ線システム。
11. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の焦点‐検出器システム（２，３）を用いて検査対象の投影によるＸ線画像を作成する方法において、
    検査対象（７）がビーム束によって透過され、各ビームが空間内で、方向および広がりに関して、焦点‐検出素子の接続線と検出素子（Ｅ_i）の広がりとによって定められ、
    微細に構造化された検出条帯（ＤＳ_x）によって、グループごとに接続されかつ互いにずらして配置されたまたは相互にずらして位置決めされた検出条帯（ＤＳ_x）でのＸ線の強度（Ｉ（Ｅ_i（ｘ_G）））をビームごとに測定することによって、各ビームの平均位相シフト（φ）が測定され、
    ビームの測定された平均位相シフト（φ）から位相コントラスト画像が作成され、画像のピクセル値がビームごとの平均位相シフト（φ）を表す
    ことを特徴とする検査対象の投影によるＸ線画像の作成方法。
12. 検出素子（Ｅ_i）の検出条帯（ＤＳ_x）が交互に２つの測定バス（Ａ，Ｂ）に接続され、検出素子（Ｅ_i）の両測定バス（Ａ，Ｂ）を介して２つのグループの検出条帯（ＤＳ_x）での少なくとも２回の強度測定が、その測定中に検出器をずらすことなく実行され、引き続き少なくとも１回、これらのグループの検出条帯（ＤＳ_x）の位置の空間的ずれ（ｘ _G ）が生ぜしめられ、同じ空間ビームについてさらに２回の測定が実行されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. グループの検出条帯（ＤＳ _x ）の位置の空間的ずれ（ｘ_G）が回路技術的に生ぜしめられることを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. グループの検出条帯（ＤＳ _x ）の位置の空間的ずれ（ｘ_G）が物理的に生ぜしめられることを特徴とする請求項１１記載の方法。
15. 検出素子（Ｅ_i）の検出条帯（ＤＳ_x）が交互に少なくとも３つの測定バス（Ａ，Ｂ，Ｃ）に接続され、１つのビームについて検出素子の３つの測定バス（Ａ，Ｂ，Ｃ）を介して３つのグループの検出条帯での少なくとも３回の強度測定が、その測定中に検出器をずらすことなく実行されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
16. 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１１乃至１５のいずれか１つに記載の方法を実行することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１つに記載のＸ線システム。
17. 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１１乃至１５のいずれか１つに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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