JP5789613B2 - オンザフライ位相ステッピングを備えた非平行な格子装置、ｘ線システム及び使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、Ｘ線画像取得に関する。より詳しくは、本発明は、位相コントラストを使用する画像取得に関する。とりわけ、本発明は、位相コントラスト画像のための格子装置、Ｘ線システムに関し、Ｘ線システム、Ｘ線システムの送信、ＣＴシステム、及びトモシンセシス（tomosynthesis：断層統合）システムのうちの少なくとも１つにおける格子装置の使用に関する。

Ｘ線画像取得技術においては、検査される対象（例えば患者）は、Ｘ線発生装置又はＸ線源（例えばＸ線チューブ）とＸ線検出器との間に置かれる。扇形ビーム又は錐形ビームが、Ｘ線源によって、おそらくはコリメーション要素を使用して、Ｘ線検出器の方向に発生される。Ｘ線の経路に置かれる検査対象は、その内部構造に応じて、空間的にＸ線ビームを減衰する。空間的に減衰されたＸ線は、続いて、Ｘ線検出器に到達し、Ｘ線の強度分布は決定され、続いて、Ｘ線画像の更なる処理と表示のため電気的信号に変換される。

Ｘ線発生装置とＸ線検出器の双方は、検査対象の回転のためガントリーに取り付けられてもよい。対応する回転に、検査対象に関する様々な配置と方向の異なるＸ線画像の順次取得を供給することにより、対象物の内部組織の３次元再構成が得られてもよい。

しかし、或る対象は、その対象内部の異なる組織の内部でさえ、Ｘ線の小さな減衰又は減衰の違いだけしか有しないことがあり、それ故、低いコントラストを有するむしろ均一的に減衰したＸ線画像をもたらし、検査対象の内部の個々の要素を区別するのに邪魔になることがある。その対象内部の異なる領域が類似の減衰特性を有することがある一方で、その類似の減衰特性は、かなりの程度まで、その対象を貫通するＸ線の位相に影響を与えることがある。

それ故、位相コントラスト画像が、Ｘ線の位相情報の視覚化のために使用されてもよく、詳しくは、少なくとも部分的に、コヒーレントなＸ線は、検査対象を通過する。Ｘ線の振幅の減衰だけを考慮したＸ線伝達画像に加えて、位相コントラスト画像は、プロジェクションラインに沿った検査対象の吸収特性だけでなく、伝達されるＸ線の位相シフトも判定しても良い。従って、検出される位相シフトは、コントラスト強調のために使用されることのある追加情報を供給してもよく、物質組成を判断し、おそらくはＸ線吸収量の低減をもたらす。

波の位相は直接的に測定されなくてもよいので、２つ以上の波の干渉によって、位相シフトを強度変調に転換することが用いられてもよい。

差分位相コントラスト画像において、錐形ビームジオメトリ（geometry）の使用は、特に、位相及び／又は吸収格子が光軸に平行にトレンチにそって配置されるとき、Ｘ線検出要素の使用可能サイズを制限するかもしれない。Ｘ線源から約１ｍの距離では、画像システムの中央領域に対して位相感度が著しく落ちるポイントは、光軸から離れて約＋−３ｃｍである。この制限は、特に格子の特性、視認性、錐形ビーム又は扇形ビームの距離と角度に依存する。

幾つかの応用例、例えば、医用画像の応用、診断画像の応用、又は、セキュリティ画像の応用のため、６ｃｍより小さい視野の範囲は、少なくとも２次元Ｘ線画像の一方向においては、小さすぎて実行できるほどに合理的でないことがある。さらに、位相コントラスト画像には、画像情報の好ましい再構成のため、個別の位相ステッピング状態を有する。

それゆえ、位相コントラスト画像を使用して得られる画像の視野を増大する要望があるかもしれず、位相ステッピングのために必要な取得ステップを減少しつつ、画像情報を取得するものである。

従って、格子装置が提供され、その装置は、オンザフライの位相ステッピングを提供しつつ所望の視野をスキャンすることを可能にする。

本発明の例示的な一実施形態によれば、位相コントラスト画像のための格子装置が提供され、第１の格子要素と第２の格子要素とを有する。第１の格子要素と第２の格子要素の各々は、トレンチ構造を有し、そのトレンチ構造には、少なくとも１つのトレンチ領域と少なくとも１つのバリア領域とを有する。少なくとも１つのトレンチ領域と少なくとも１つのバリア領域とは、少なくとも局所的には、平行に配置され、そして、第１の格子要素と第２の格子要素とは、第１の格子要素のトレンチ構造と第２の格子要素のトレンチ構造とが角度αを有する非平行になるように配置される。

本発明の更なる例示的な一実施形態によれば、Ｘ線システムが提供され、そのＸ線システムは、Ｘ線源と本発明に従った格子装置とを有し、更に、Ｘ線検出要素を有する。対象は、Ｘ線源と格子装置との間に配置可能であり、Ｘ線源と格子装置とは、対象の位相コントラスト画像が得られるように動作可能に接続される。

本発明の更なる例示的な一実施形態によれば、本発明に従った格子装置が、Ｘ線システム、ＣＴシステム及びトモシンセシスシステムのうち少なくとも１つに使用される。

Ｘ線ビームの位相情報を取得するため、干渉計が使用されてもよい。好ましくは、コヒーレントなＸ線が、検査対象を通過し、続いて、Ｘ線検出器に到達する。位相情報は直接的に測定できないかもしれないので、２つ以上の波面の建設的又は破壊的な相互作用の関係が、おそらくは、Ｘ線検出器によって検出可能な強度変調をもたらし、使用されてもよい。

対応する干渉は、位相シフト格子又はビームスプリッタ格子を検査対象とＸ線検出器との間に提供することにより得られてもよい。従って、ビームスプリッタ格子を通過するＸ線は、ビームスプリッタ格子の後ろに干渉パターンをもたらし、最小値と最大値の相対位置でのＸ線ビーム内の位相シフトに関する情報、即ち、Ｘ線ビームのそれぞれの局所的強度、を含む。もたらされる強度パターンは、典型的には凡そ数マイクロメータの距離を有する最小値及び最大値を含む。

しかしながら、Ｘ線検出器は、凡そ５０から１５０μｍの解像度を有するだけで、それ故、生成される干渉パターンのこうした微細な構造を解像できないかもしれない。従って、位相アナライザ格子又は吸収格子が使用されてもよく、それらは伝達及び吸収ストリップ要素、又は、トレンチ領域及びバリア領域の周期的パターンを含み、干渉パターンの周期性と類似する周期性を有する。

ビームスプリッタ格子の照明だけで、干渉パターンがアナライザ格子の位置で生成されてもよい、後者がない場合でさえ生成されてもよい。故に、アナライザ格子は、使用されるＸ線検出要素のために必要とされるだけでよく、そのＸ線検出要素は、ビームスプリッタ格子の干渉パターン又はフリンジ（縞模様）を直接に検出するほど、高い空間周波数解像度を供給しない。このため、アナライザが使用されてもよい。或る位相ステッピング位置で、アナライザは、フリンジ最大値を検出器に通過させ、横方向移動の後に、その最大値は金のトレンチに吸収されても良い。

アナライザ格子の同様の周期性によって、強度変調パターンが、Ｘ線検出器の表面で、アナライザ格子の後ろに生成されてもよい。対応するパターンは、実質的により大きな周期性を有してもよく、その周期性は、従って、凡そ５０から１５０μｍの解像度を有するＸ線検出器によって検出されてもよい。Ｘ線検出要素ピクセルは、平均強度値として、干渉パターンを検出してもよい。位相コントラスト画像を得るため、詳しくは、差分位相シフトを得るため、アナライザ格子は、横方向にシフトされてもよく、即ち、アナライザ格子とビームスプリッタ格子の双方のグリッド又はストリップに対し垂直な方向にシフトされてもよく、それらの格子は、その格子ストリップに対して実質的に平行に格子ピッチｐの比率で配置され、それは凡そ１μｍでよい。例えば、或る格子ギャップ又はトレンチ領域から次の格子ギャップの位置は、例えば凡そ４倍又は８倍で変化しても良い。そうした格子ピッチｐの比率での横方向のシフトは、位相ステッピングとして参照されてもよい。従って、単一の位相ステッピングの例において、格子を通過するＸ線ビームは、個々の位相ステッピング状態を有する。

従って、位相シフトは、アナライザ格子の各位置に対して、例えば各位相ステッピング状態に対して、測定される位相ステッピングの間に双方のグリッドの後ろでＸ線検出要素に観察される強度変調から抽出されてもよい。詳しくは、複数の位置、例えば、異なる位相ステッピング状態を有する４又は８つの位置を測定することで、位相情報は得られても良い。Ｘ線の格子への入射角のため、視認性は、格子トレンチへの横方向の拡張に関して、より大きい軸外位置に対しては減少されるとみられる。充分な視認性と、従って、Ｘ線検出器によるＸ線位相の検出性を確保するため、視野は約６ｃｍのサイズに限定されてもよく、例えば、システム長についてＸ線源とＸ線検出要素の間の距離は約１ｍで、約２０−３０ｋＶｐのエネルギーで、平行構造を有するトレンチ構造である。視野を増大する１つの解決法は、Ｘ線検出器を移動させ、従って、視野の複数のサブ領域を引き続いて得ることにより見られる。Ｘ線検出器の各位置で、個々の位相ステッピング、即ち例えば、異なる位相ステッピング状態を有する４又は８つの個々の画像取得が必要とされるかもしれないので、対応する位相ステッピングと組み合わされたＸ線検出器の対応する動き、変位、傾き、又は回転は、長時間のプロセスになるかもしれない。

従来の吸収コントラスト照射画像においては、入射するＸ線の方向に沿った多数の対象構造は、伝達又は照射画像に重畳される。これは、しばしば、個々の構造を判定することを困難にするかもしれず、従って、対応するＸ線画像の可読性を損なうかもしれない。画像品質の向上は、対象の内部構造に関する深さ情報を向上するために、全体の放射線量を幾つかの角度の視野にわたって分配することにより、得られてもよい。対応する技術は、トモシンセシスとして参照されてもよく、特に、３次元の容積画像データを取得するために、使用されてもよい。対応するシステムは、Ｘ線源とＸ線検出器を必要としてもよく、それらは、検査対象の周りの回転のためガントリーに配置される。また、Ｘ線源は、シフトされてもよく、特に、検査対象に関して横方向にシフトされてもよい。

位相コントラスト画像においても、単一の照射が重畳構造を有してもよく、従って、操作のトモシンセシスモードが有効であってもよい。従って、トモシンセシスが可能な位相コントラストシステムを使用することは、解剖学的な構造の重畳により損なわれた可読性を克服することがある。

充分なフリンジの視認性の条件、例えば、位相コントラスト画像における充分に大きい強度変調、特に、差分位相コントラスト画像は、Ｘ線源と格子との間の相対運動の自由度に制限を加えるかもしれない。一般に、Ｘ線源の格子トレンチにそった相対運動は、許容されてもよい。それ故、格子のシリコングリッドのトレンチに平行な方向にトモシンセシスを移動させることにより、トモシンセシスと位相コントラスト画像との互換性が達成されてもよい。従って、トモシンセシススキャンの間、格子トレンチに対して垂直な平面の範囲内で測定される格子上へのＸ線の入射角が、所定のレベルを超えないことは有益であるとみられる。

Ｘ線検出器を移動させること、従って、Ｘ線検出器を視野を通してスキャンすることによって視野を拡張することは、視野の範囲内で、Ｘ線検出器の各位置に対して位相ステッピングを実行することを必要とする。例えば、特定の位置では、それぞれ異なる位相ステッピング状態を有する４又は８つの画像取得ステップの位相ステッピングが必要とされてもよい。続いて、Ｘ線検出器は、視野のサブ領域を取得するよう移動されてもよく、そのサブ領域は視野の範囲内で実質的に前回の配置に近接しており、続いて、視野の第２サブ領域の位相コントラスト画像情報を得る為、４又は８つの画像取得ステップと共に位相ステッピングを使用する。

しかしながら、Ｘ線検出器は、Ｘ線検出器の拡張の大きさで、又は、Ｘ線検出器それ自体の幅で移動されることは要求されないかもしれないが、むしろ、或る比率だけ、例えばＸ線検出器の拡張又はＸ線取得のアクティブ領域の１／４又は１／８で変位され、おそらくは、１つのＸ線検出要素ピクセルのみにより、同時の位相ステッピングでＸ線画像情報を取得し、そのＸ線画像情報は、視野の若干異なるサブ領域だけでなく、おそらくは以前のサブ領域と３／４又は７／８でオーバーラップしており、位相コントラストを使用するＸ線画像情報の引き続きの生成に必要とされる異なる位相ステッピング状態をも有する。ピクセルオフセットは、異なる位相ステッピング状態を可能にし、おそらくは若干異なる場所での同時検出を可能にする。１／４又は１／８の変位は、１ピクセルが、１／４又は１／８の位相ステップでの測定と同じような値を有するオフセットを取得したものとして解釈され、例えば対象が、サブピクセルを含む全体ピクセルのエリアで均一である場合である。これは、空間解像度を制限するかもしれない。所定のピクセル数による変位と減少された数の位相ステップとの組み合わせが、考えられるかもしれない、例えば、位相ステッピングでシーケンシャルなスキャンによるか、位相シフトされたサブピクセルで同時に全ステップを取得することによるか、又はその組み合わせのいずれかによる。

実際の視点からは、例えば、本発明に従った装置の製造方法に関して、格子のトレンチは、好ましくは、Ｘ線検出器の平面に対して垂直であってもよい。

通常、ビームスプリッタ格子とアナライザ格子とはシリコンウェハーから作製されてもよい。アナライザ格子には、トレンチを高吸収物質（例えば金）で充填するため、更なる電気メッキのプロセスが必要とされてもよい。製造プロセスは、例えば保護層の適用からはじめ、引き続いてエッチング処置を施してもよい。保護層によって覆われた領域は、エッチングプロセスによって影響をうけず、したがって、一般的に必要とされるトレンチパターンをもたらす。しかしながら、ウェハー表面に垂直な方向とは異なる方向でトレンチをエッチングすることは難しいかもしれない。錐形ビームのＸ線位相コントラストシステムは、エッチング方向は、ウェハー上の位置に強く依存し、そうしてトレンチは所定の位置にフォーカスされ、後でＸ線源の位置に合致するよう設計される。

対応する装置は、約６ｃｍの範囲で光軸から離れるとき、特に構造の視認性を低減するのに関与すると見られる。詳しくは、Ｘ線源とＸ線検出器の間の約１ｍの距離は、例えば約２０−３０ｋｅＶの場合に、検出器のサイズを約６ｃｍに限定してもよい。

位相コントラスト画像は、コヒーレントなＸ線源を少なくとも部分的に使用するとき、有利に実施されてもよい。しかしながら、コヒーレントなＸ線源は、詳しくは、例えばシンクロトロンによって供給されるだけなので、別の格子、線源格子（ソースグレーティング）が、複数の個々のコヒーレントなＸ線源を生成するため、Ｘ線源とＸ線のビームパスにある対象との間に使用されてもよく、例えば、格子要素を用いて、そのトレンチは吸収素材で満たされ、複数のμ―焦点Ｘ線スポット又はラインを相互に隣接して構築する。代替的に、複数の個々の実質的にコヒーレントなＸ線源、例えば、カーボンナノチューブベースのエミッタのようなや分散型のＸ線源が使用されてもよい。

次の位相コントラスト画像を得るため、詳しくは、位相コントラスト画像又は差分位相コントラスト画像を、取得した位相コントラスト画像情報から再構成可能にするために、
検出要素ピクセル又は少なくとも検出要素の行若しくは検出要素の列に関して、取得される各位相コントラスト画像に対して異なる位相ステッピング状態が必要とされる。換言すれば、固定された検出要素を考慮すると、次の位相コントラスト画像は、位相ステッピング状態の変化を必要とし、複数の取得画像情報のため、位相コントラスト画像の次の再構成を可能にする。固定された検出器の場合は、位相ステッピング状態の対応する差異、従って、個々の位相ステッピング状態は、ビームスプリッタ格子Ｇ_１をアナライザ格子Ｇ_２に対して格子周期ｐの比率で変位させることにより得られてもよい。

移動するＸ線検出要素の場合は、対応する位相ステッピング、従って、位相ステッピング状態の変化は、本発明によってオンザフライで達成することが可能である。

本発明によれば、各Ｘ線検出要素のピクセル、ピクセル行、又はピクセル列の個々の位相ステッピング状態は、格子要素のうちの１つのトレンチ構造を、他の格子のトレンチ構造に関して小角度αだけ傾けることにより得られる。詳しくは、角度αは、Ｘ線検出要素ピクセルのサイズ、格子ピッチ、及び必要な／所望の位相ステッピング状態の数といったパラメータに依存する。例えば、格子要素ピッチ変位は２μｍで８ピクセル行にわたり、例えば、８つの異なる個々の位相ステッピング状態に対し、α最大値は約０．１°であり、仮想のピクセルサイズは１５０μｍである。より小さいピクセルサイズの場合は、角度の値は増加する。

対応する格子装置が、或るトレンチ構造を有し、そのトレンチ構造が他のトレンチ構造の位相ステッピングに対して傾いているか又は回転していることは、検出要素と格子要素のユニット、従って格子装置を検出器行（ロー）側方へ移動することにより提供されると考えられ、視野のスキャンの間に発生しても良い。換言すれば、例えばＸ線検出器と格子装置を単一のユニットとして、１つのＸ線検出要素ピクセルのサイズで例えば単一の行又は列で、移動方向に応じて、変位させるとき、ビームスプリッタ格子Ｇ_１とアナライザ格子Ｇ_２の各配置は、Ｘ線検出器、詳しくは、単一のピクセル、行又は列の方向にＸ線源からみて、相互に異なる相対的な配列を有する。更に、横方向の別々のトレンチシフト、例えば各ピクセル行を備えたトレンチ構造を有する格子要素が実施されてもよい。対応する別々の横方向のトレンチシフトは、従って、個々の位相ステッピング状態を表してもよい。

例えば、検査対象の所定の構造が、ビームスプリッタ格子Ｇ_１とアナライザ格子Ｇ_２との規定配置を有するＸ線検出要素列（カラム）によって検出可能な場合は、スキャニング移動のシフト又は変位は、別のＸ線検出要素行（ロー）によって検出可能な同様の構造をもたらし（その変位のため）、そのＸ線検出要素行（ロー）は、互いに異なって配列される格子Ｇ_１とＧ_２を有する（その２つの格子の格子構造の傾き又は角度のため）。変位の対応するシフトは、詳しくは、線形のシフト又は回転の変位であってもよい。しかしながら、更なる任意の変位が考えられ、異なる位相ステッピング状態、例えば４又は８つの異なる位相ステッピング状態を有する２つの格子要素のアライメント位置を提供してもよい。

従って、視野よりも小さいサイズを有するＸ線検出器を有する格子装置が、より大きいＸ線画像を取得するため、視野を通じてスキャンされるか又は移動されるとき、位相ステッピング状態は、スキャニング移動とともにオンザフライで変更されるものと見られる。個々の、従って、単一Ｘ線検出要素ピクセル、行、又は列の完全に固有の位相ステッピング状態は必要とされなくてもよい。例えば、４，８又は９の個々の位相コントラスト画像が、Ｘ線画像の引き続きの計算のために取得される場合、４，８又は９の個々の異なる固有の位相ステッピング状態が充分であるかもしれない。しかしながら、この場合、格子装置とＸ線検出要素を変位させることが必要であり、検査対象の所定の構造は、格子装置とＸ線検出器に対して配置され、そうして、異なる位相ステッピング状態が連動する。

例えば、例示的な８つの個々の位相ステッピング状態が供給され、従って、個々のＸ線検出要素ピクセル、行又は列に対して、８の周期を有する格子装置の場合、格子装置とＸ線検出器をその周期に等しい又はその周期の倍数のピクセルによって変位することは避けられるべきである。例えば、８の周期の場合は、格子装置とＸ線検出要素を８ピクセルごとに変位させるスキャニング移動は避けられるべきであるが、同じ装置を９ピクセル、１１ピクセル、１３又は１５ピクセル等々で変位させることは好ましいかもしれない。検出器も、１，２，３，４，５，６又は７ピクセルで変位されてもよい。

更に、位相コントラスト画像は、１つの位相格子と１つの吸収格子の代わりに、２つの吸収格子を使用することによっても実行されてもよい。従って、本件特許出願に従った位相ステッピングが、同様に必要とされてもよい。

また、Ｘ線を、移動するＸ線検出要素に関して、動的にコリメートすることが必要とされてもよく、そうして検出されるＸ線だけが対象を通過することが保証される。

対象は、第１の格子要素と第２の格子要素との間に配置されてもよく、詳しくは、ビームスプリッタ格子とアナライザ格子との間に配置されてもよい。

Ｘ線検出要素の視野を通った又は越えたスキャニング又は変位の動きは、純粋に横方向の移動である必要はないが、円形の動き、正弦曲線の動き、ジグザグの動き、又は、おそらくはコンピュータシステムによって制御される任意的な動きでもよい。また、上述の組み合わせの変位（移動）が用いられても良い。以下では、本発明の更に例示的な実施形態が、特に、格子装置とＸ線システムに関して説明される。しかしながら、対応する説明は、格子装置、Ｘ線システム、および格子装置の使用の全てに適用されることは留意されるべきである。

クレームの、特に、クレームされたエンティティの間での単一又は複数の要素の任意の変形及び相互変換は考え得るものであり、本願発明の適用と開示の範囲内であることは留意されるべきである。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、第１の格子要素と第２の格子要素とは、実質的に平行に配置されても良い。本発明の更なる例示的な実施形態によれば、第１の格子要素は、ビームスプリッタ格子として供給されてもよく、及び／又は、第２の格子要素は、アナライザ格子として供給されてもよい。

ビームスプリッタ格子とアナライザ格子とを有する対応する装置は、位相コントラスト画像情報の取得を可能にしてもよい。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、格子装置は、検出器のサイズを有するＸ線検出要素を更に含み、そのＸ線検出要素は、第１の格子要素と第２の格子要素とのうちの少なくとも１つと実質的に垂直に配置されてもよい。

Ｘ線検出要素を格子装置に包含することは、コンパクトなユニットを供給することを可能にし、おそらくは、位相コントラスト画像情報を取得するため、個々の素子の相互の規定の関係を供給する。個々の素子は、互いに実質的に近接して配置されてもよく、又は、所定の距離を有して配置されてもよく、故に、個々の素子間のギャップが供給されてもよい。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、第１の格子要素と第２の格子要素とのうちの少なくとも１つは適用されて、電磁放射線の振幅と位相とのうちの少なくとも１つのパラメータに影響を与える。

従って、格子要素は、Ｘ線アクティブ要素として供給される。本発明の更なる例示的な実施形態によれば、αは、約１°から０．０１°の範囲内、好ましくは、０．１°、０．２°又は０．３°でよい。本発明の更なる例示的な実施形態によれば、Ｘ線検出要素は、Ｘ線検出要素ピクセルのアレイを有し、Ｘ線検出要素ピクセル、Ｘ線検出要素ピクセル行、及びＸ線検出要素ピクセル列のうちの少なくとも１つが、１つの個別の位相ステッピング状態を有しても良い。

換言すれば、Ｘ線検出要素の上に第１の格子要素と第２の格子要素を有する装置には、Ｘ線源と検査対象のそれぞれの方向からみたとき、個々の位相ステッピング状態が供給され、特に、Ｘ線検出要素ピクセル、Ｘ線検出要素ピクセル行、及び、Ｘ線検出要素ピクセル列の各々に固有の別個の位相ステッピング状態が供給される。しかしながら、１つの固有の位相ステッピング状態は必要とされず、むしろ、専用最小数の異なる位相ステッピング状態、例えば４又は８つで充分かもしれない。画像取得ステップの対応する数は、“準湾曲形状”曲線の強度値である場合のサンプリングとみられる。４つの異なる位相ステッピング状態で足り、より多くの個々のステップはより良い信号品質をもたらすが、取得に多くの時間間隔を要し、照射線量を増すかもしれない。使用される格子要素の形状（ジオメトリ）に応じて、複数の異なる位相ステッピング状態が同時に得られてもよい。

例えば、異なる位相ステッピング状態の取得は、同時にしかし異なる位置で実行されてもよい。例えば、１ピクセルを構成する４つの近接するサブピクセルは、４つの異なる位相ステッピング状態を含んでもよい。従って、そのピクセルには、４つの異なる位相ステッピング状態が取得されてもよいが、おそらくは空間解像度は低減する。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、Ｘ線システムは、検出器サイズよりも大きい視野を有する位相コントラスト画像を取得するために適用されてもよく、格子装置は変位可能でもよく、そして、その格子装置の変位（移動）によって、視野の位相コントラスト画像が得られてもよい。

従って、格子装置の移動によって、詳しくはオンザフライの位相ステッピングのスキャニング移動によって、検出器サイズよりも大きい視野の位相コントラスト画像が得られてもよい。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、Ｘ線検出要素は、視野のサブ領域を取得するために適用されても良い。

従って、視野領域の全体は、Ｘ線検出要素のサイズよりも大きくても良い。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、Ｘ線検出器及び／又は格子装置は、視野のスキャニングのために適用されてもよい。

従って、スキャニング移動により、或る視野が得られ、その視野はＸ線検出要素のサイズによっては限定されないが、むしろスキャニング移動の実施によって制限されるかもしれない。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、Ｘ線検出要素及び／又は格子装置は、第１のコントラスト画像情報を取得するための第１の位置及び／又は方向から、第２の位相コントラスト情報を取得する第２の位置及び／又は方向へ、変位してもよい。

従って、変位によって、その変位は実質的にＸ線検出要素又はそのフラクションの大きさであってもよく、例えば１／４、１／８、若しくは１／９であり、又はたった１つのＸ線検出ピクセルでさえよく、その変位によって、異なる位相コントラスト情報が取得され、引き続いて、視野のＸ線画像を生成するために使用される。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、Ｘ線システムは、更に、第３の格子要素を含んでもよく、詳しくは、線源格子又は線源格子要素である。

線源格子を、Ｘ線ビームの経路のＸ線源と検査対象との間に供給することにより、おそらくはインコヒーレントなＸ線源が位相コントラスト画像のために使用されてもよい。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、Ｘ線源及び／又は第３の格子要素は、第１の格子要素、第２の格子要素、及び第３の格子要素のうちの少なくとも１つに対して、変位可能でもよい。

ここで、スキャニング移動は、例えば対象に対するＸ線源及び／又は第３の格子要素の移動によって実現されてもよく、そうしてＸ線の様々なビュー又は照射を供給し、それは対象を通過し、格子に、続いて、Ｘ線検出器に到達する。

これらのそして他の本発明の側面は、本明細書で述べる実施形態群から明らかになり、その実施形態群を参照して明瞭になるだろう。

本発明の例示の実施形態群は、次の図面を参照して以下で説明されるだろう。

図面における表示は概略的なものである。異なる図面において、類似の又は同一の要素は類似の又は同一の参照番号が付される。

図面は原寸通りではないが、定性的な比率を表してもよい。

図１ａ乃至ｃを参照すると、本発明に従った位相コントラスト画像の装置に係る一つの例示的な実施形態が示される。

図１ａは、位相コントラスト画像の装置に係る一つの例示的な実施形態の３次元表示を示す。やや大きいＸ線源２は、線源格子４に近接して配置される。Ｘ線源２は、放射される放射線の波長に対するＸ線源のサイズのため、インコヒーレントであると考えられてもよいので、線源格子Ｇ_０４は、複数の単一コヒーレントＸ線源を供給するために使用され、それらは図１ｂの２つの矢印で示される。

Ｘ線５は、Ｘ線源２から光軸７の方向に放射され、おそらくはＸ線の扇ビーム又は錐形ビームを構成する。Ｘ線ビームのそれぞれの形状は、図１ａには示されない。

Ｘ線５は、対象６に到達し、対象６を透過して、次にビームスプリッタ格子Ｇ_１８に到達する。ビームスプリッタ格子８のトレンチ又はギャップは、ビームスプリッタ格子のソリッド範囲、バリア領域に対して、通過する電磁放射線の位相を変更する。従って、φの位相シフト、詳しくはπが実行される。バリア領域を通過するＸ線の減衰は、トレンチ領域を通過するＸ線に比較して、無視してもよい。線源格子４は、５０から２００μｍ、例えば５７μｍの格子周期を有してもよく、例えば金（Ａｕ）から作られる格子構造を有するシリコン基板で作製されてもよい。ビームスプリッタ格子８は、４μｍの周期の格子を有してもよく、またシリコンから作られる格子構造を有するシリコン基板で作製されてもよい。例えば、エッチングプロセスによって、物質を取り除いてトレンチ構造を構成してもよい。アナライザ格子１０は、２μｍの格子周期を有してもよく、またシリコンから作られる格子構造を有するシリコン基板から作製されてもよい。例えば、エッチングプロセスによって、物質を取り除いてトレンチ構造を構成し、そのギャップ又はトレンチは高インピーダンス物質例えば金（Ａｕ）で充填されてもよい。

アナライザ格子１０Ｇ_２は、ビームスプリッタ格子Ｇ_１８とＸ線検出器１２との間に配置される。ソース格子とビームスプリッタ格子８との間の距離は、ｌとして表されるが、ビームスプリッタ格子８とアナライザ格子１０との間の距離は距離ｄとして表される。ビームスプリッタ格子８Ｇ_１から由来する、Ｘ線検出器の方向への多重波は、アナライザ格子１０Ｇ_２に到達し、続いて、Ｘ線検出器１２の表面上で強度変調パターン（図２を参照）を発生する。

ビームスプリッタ格子８をアナライザ格子１０に対してシフトすることにより、従って、相互に格子を変位することにより、詳しくは格子周期ｐ_１又はｐ_２の比率で変位することにより、位相ステッピングにより導かれる複数の強度変調が、画像検出器１２によって得られてもよい。というのも、個々の位相ステッピング、即ちＧ_１対Ｇ_２の配列、の間で個々の位相ステッピング状態は異なるからである。従って、複数のモアレパターンによって、検査対象のＸ線画像が生成されてもよい。距離ｌは、凡そ５０−１５０ｃｍ、例えば８０ｃｍでもよいが、数メーターでもあり得るし、干渉計、放射線エネルギー、及び格子ピッチの設計において選択されるＴａｌｂｏｔ法則に応じて、距離ｄは凡そ２−２０ｃｍでもよい。第１のフラクショナルなＴａｌｂｏｔ距離は、１７ｋｅＶの放射線エネルギーで凡そ５０ｍｍか、２５ｋｅＶの放射線エネルギーで凡そ１２０ｍｍである。Ｔａｌｂｏｔ距離のより高い次数は、例えばｎ＝３，５，７は、これらの距離の整数倍である。第１のフラクショナルなＴａｌｂｏｔ距離の距離ｄは、等式１によって計算されてもよく、Ｍ＝ビーム形状による倍率ファクタ、ｐ_１＝位相格子Ｇ_１の格子ピッチ、λ＝位相コントラストに使用される平均放射線エネルギーの波長、である：

等式１．

図１ｃを参照すると、格子Ｇ_０からＧ_２までの例示的な断面図が示される。格子Ｇ_０とＧ_２とは、特に、金（Ａｕ）で充填されてもよい。格子Ｇ_１とＧ_２とは、シリコンベースの材料をエッチングし、格子のトレンチを供給することで実現されてもよい。線源格子の格子周期ｐ_０は凡そ２００μｍでも、より小さくてもよく、Ｇ_１の格子周期ｐ_１は例示的に２から６μｍの範囲内、特に４μｍでよく、そして、Ｇ_２の格子周期ｐ_２は例示的に１から３μｍの範囲内、特に２μｍでよい。

図２を参照すると、本発明に従った干渉パターンの例示的な一実施形態が示される。

図２は、ビームスプリッタ格子Ｇ_１８とアナライザ格子Ｇ_２１０との間に作り出される干渉パターンを示し、特徴的なｄ_１、ｄ_２及びｄ_３の距離で、格子の自己像効果を表している（Ｔａｌｂｏｔ効果）。最小値と最大値の相対位置は、特に、ビームスプリッタ格子Ｇ_１上の波面入射の位相シフトに依存してもよい。ｄ_１は、特に、数ｃｍのオーダーでもよい。単色平面波が、φの位相シフトを導くビームスプリッタ格子上に入射するなら、強度は２つの主要な回折次数に分離され、０次数はキャンセルされる。その干渉効果は、Ｇ_１から下流に不連続の距離で、Ｇ_１上への波面入射の自己像の効果をもたらす。この効果はＴａｌｂｏｔ効果として言及される。例えば、ｐ_１ ^２／８λの距離で、Ｇ_１によって導かれる入射波面の位相変調は、二倍の周波数を有する強度変調に変換される。アナライザ格子は、これらの変調をサンプリングし、対象によって位相ステッピングを介してｘ線波面上に導かれる位相勾配を測定することが可能になる。

図３ａ、ｂを参照すると、本発明に従った例示的な取得位相コントラスト画像が表される。

図３ａでは、例示的な４つの画像が或る対象から取得され、それらの画像は個々のバブルを有し、４つの位相ステップを使用した位相ステッピングによって、従って、４つの個々の位相ステッピング状態ａ―ｄによって取得される。距離ｘ_１−ｘ_４は、格子Ｇ_１対Ｇ_２の変位に関し、強度変調を作り出す。ｘ_１−ｘ_４の完全な移動は、格子Ｇ_２の１周期（＜２μｍ）の範囲内である。吸収格子又はアナライザ格子Ｇ_２１０は、格子平面と平行に、ｘ方向にシフトされる。２つの位置“１”と“２”での波面位相の相違は、測定される強度変調の位相シフトφ_１−φ_２から、例えば図３ａの４つのサンプリング位置ｘ_１−ｘ_４で、抽出されてもよい。

図４を参照すると、本発明に従った、干渉フリンジの視認性、対、検出要素ピクセルの軸外位置が例示的に表される。

検出ピクセルの軸外位置の関数として、フリンジの視認性の低下が図４から見て取れる。０．５又はそれ以上のフリンジ視認性は、画像形成と処理のために合理的な位相コントラストを供給するものと考えられてもよい。図４では、格子Ｇ_２の格子構造の高さＨ_２（図１ｃ参照）に応じて、３つの関数が示され、格子の深いトレンチ、例えば３５μｍの場合には、例えば１５μｍの浅い格子の深さＨ_２をこえて減少した軸外視認性をもたらす。図４から見て取れるように、両側のコリメーションは、６ｃｍ未満でなければならず、それ故、Δｘは＜３ｃｍであるべきであり、それにより、例えば、差分位相コントラストマンモグラフィのような位相コントラスト画像内の、使用可能な平面検出器のサイズは、約６ｃｍに制限される。

図５ａ、ｂを参照すると、本発明に従った、Ｘ線検出要素を有する格子装置の例示的な一実施形態が示される。

第１の格子要素、例えばビームスプリッタ格子８、及び、第２の格子要素、例えばアナライザ格子１０は、互いに対し及びＸ線検出要素１２に対して実質的に平行に配置される。ソース格子８とアナライザ格子１０のそれぞれは、ベース基板１１を含み、その上にバリア領域３が配置される。バリア領域３の間には、トレンチ領域９が配置される。バリア領域３とトレンチ領域９の連続は、格子要素８，１０のトレンチ構造又は格子構造を構成する。

図５ａでは、アナライザ格子１０のトレンチ構造は、ビームスプリッタ格子８の格子構造とＸ線検出要素アレイ配置に対して例示的に角度付けられる。しかしながら、アナライザ格子１０のトレンチ構造は、Ｘ線検出要素のアレイ構造に対して平行で、ビームスプリッタ格子８は角度αで傾いているということも考え得る。

図５ａでは、Ｘ線５が、例示的に錐形ビームとして表され、焦点１４を有するＸ線源２から放射される。対象６は、Ｘ線５の錐形ビーム内に配置され、Ｘ線は対象６を透過し、続いてビームスプリッタ格子８、アナライザ格子１０、そして最終的にはＸ線検出要素１２に到達し、位相コントラスト画像情報を生成する。

図５ｂを参照すると、格子装置１のスキャニング移動が表される。格子装置１は、スキャニング又は移動の方向、例えば直線的に移動する方向を有するスキャニング移動において変位する。スキャニング移動によって、Ｘ線検出器１２のサイズよりも大きい視野を有する画像を得ることができ、それはオンザフライの位相ステッピングを用いて、Ｘ線源と検査対象６に関して、ビームスプリッタ格子８とアナライザ格子１０との格子装置の関係を自動的に再配置することによる。

図６を参照すると、本発明に従った、格子要素の更なる例示的な実施形態が示される。

図６による格子要素は、例示的にはアナライザ格子１０であり、特に前述した特長に従うが、位相シフト格子であってもよい。図６のアナライザ格子１０の格子構造は、部分的に不連続なトレンチ構造を含み、そのトレンチ構造はバリア領域１３とトレンチ領域１９とを有する。トレンチ構造は、特に、高インピーダンス金属、例えば金（Ａｕ）を使用した充填で供給されてもよく、図６では分けて示されてはいない。バリア領域１３を構成する、個々の区分バリア領域は、部分的に分離して配置され、長さの延長部２０を有する。その延長部２０は、特に、おおよそ１，２，３，４，５，６，７，８又はそれ以上の検出ピクセルでもよい。

個々の区分バリア要素は、それぞれ、別の格子要素、例えばビームスプリッタ要素８、（図６には示さず）のトレンチ構造に対して実質的に平行に配列される。各部分的バリア要素は、インクリメントで、近接の区分バリア要素に変位され、従って、別の格子要素を使用するときは、異なる位相ステッピング状態をもたらしてもよい。図６の格子要素は、示される不連続のトレンチ構造を含むだけでなく、上述したように、別の格子要素に関して、追加的に角度付けられることが考えられてもよい。

図６の区分バリア要素の横方向の変位（移動）は、また正弦曲線又は曲線形状を含んでもよい。

用語「含む」は、他の要素又はステップを除外せず、「１つの」は複数を除外しないことを理解すべきである。また、異なる実施形態群に従って説明される要素群は、組み合わされてもよい。

請求項の中の参照番号は、請求項の適用範囲を制限するものとして解釈されるべきではないことも理解されるべきである。

本発明に従った位相コントラスト画像装置の例示的な実施形態を示す。 本発明に従った位相コントラスト画像装置の例示的な実施形態を示す。 本発明に従った位相コントラスト画像装置の例示的な実施形態を示す。 本発明に従った干渉パターンの例示的な実施形態を示す。 本発明に従った例示的な取得位相コントラスト画像を示す。 本発明に従った例示的な取得位相コントラスト画像を示す。 本発明に従った例示的な干渉フリンジの視認性、対検出要素ピクセルの軸外位置を示す。 本発明に従ったＸ線検出要素を有する格子装置の例示的な実施形態を示す。 本発明に従ったＸ線検出要素を有する格子装置の例示的な実施形態を示す。 本発明に従った格子装置の更なる例示的な実施形態を示す。

１ 格子装置
２ Ｘ線源
３ バリア領域
４ ソース（線源）格子Ｇ_０
５ Ｘ線
６ 対象
７ 光軸
８ ビームスプリッタ格子／位相格子Ｇ_１
９ トレンチ領域
１０ アナライザ格子／吸収格子Ｇ_２
１１ ベース基板
１２ Ｘ線検出要素（Ｘ線検出器）
１３ バリア領域／区分バリア要素
１４ 焦点
１６ 直線の移動
１９ トレンチ領域
２０ 区分バリア要素の延長部

Claims (13)

1. 位相コントラストのための格子装置であって、該格子装置は、
   第１の格子要素と、
   第２の格子要素と、
   検出器サイズを有するＸ線検出要素と
   を含み、
   前記第１の格子要素と前記第２の格子要素の各々は、トレンチ構造を含み、
   前記トレンチ構造は、少なくとも１つのトレンチ領域と少なくとも１つのバリア領域とを含み、
   前記少なくとも１つのトレンチ領域と前記少なくとも１つのバリア領域とは少なくとも局所的に平行に配置され、
   前記第１の格子要素と前記第２の格子要素とは、前記第１の格子要素の前記トレンチ構造と前記第２の格子要素の前記トレンチ構造とが少なくとも局所的に非平行に配されるように配置され、
   前記Ｘ線検出要素は、前記第１の格子要素と前記第２の格子要素のうちの少なくとも１つと実質的に平行に配置され、
   前記第１の格子要素と前記第２の格子要素と前記Ｘ線検出要素とは、コンパクトな単一ユニットとして供給され、該ユニットは、走査運動するように変位され、
   前記Ｘ線検出要素は、Ｘ線検出要素ピクセルのアレイを含み、
   Ｘ線検出要素ピクセルと、Ｘ線検出要素ピクセル行と、Ｘ線検出要素ピクセル列とのうち少なくとも１つが個別の位相ステッピング状態を構成する、
   格子装置。
2. 前記第１の格子要素と前記第２の格子要素とは、実質的に平行に配置される、請求項１記載の格子装置。
3. 前記第１の格子要素は、ビームスプリッタ格子として供給され、及び／又は、前記第２の格子要素は、アナライザ格子として供給される、請求項１又は２に記載の格子装置。
4. 前記第１の格子要素と前記第２の格子要素とのうちの少なくとも１つは、適用されて、電磁放射線の振幅と位相との少なくとも１つのパラメータに影響を及ぼす、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の格子装置。
5. 前記第１の格子要素の前記トレンチ構造と、前記第２の格子要素の前記トレンチ構造とは、角度αを有し、当該αは、約１°から０．０１°の範囲、好ましくは０．１°、０．２°又は０．３°である、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の格子装置。
6. Ｘ線システムであって、該Ｘ線システムは、
   Ｘ線源と、
   請求項１乃至５のいずれか１つに記載の格子装置と、を含み、
   対象が前記Ｘ線源と前記格子装置との間に配置されることが可能であり、
   前記Ｘ線源と前記格子装置とは、動作可能に接続されて、前記Ｘ線検出要素により前記対象の位相コントラスト画像が取得可能である、Ｘ線システム。
7. 前記Ｘ線システムは、前記検出器サイズよりも大きい視野を有し、適用されて、位相コントラスト画像を取得し、
   前記格子装置は単一ユニットとして変位可能であり、
   前記格子装置の変位によって、前記視野の位相コントラスト画像が得られる、請求項６記載のＸ線システム。
8. 前記Ｘ線検出要素は適用され、視野のサブ領域を取得する、請求項６又は７記載のＸ線システム。
9. 前記格子装置は、適用され、視野をスキャンする、請求項６乃至８のいずれか１つに記載のＸ線システム。
10. 前記格子装置は、第１位相コントラスト情報を取得するための第１位置及び／又は方向から、第２位相コントラスト情報を取得するための第２位置及び／又は方向へ変位可能である、請求項６乃至９のいずれか１つに記載のＸ線システム。
11. 第３の格子要素、好ましくは線源格子を更に含む、請求項６乃至１０のいずれか１つに記載のＸ線システム。
12. 前記Ｘ線源及び／又は前記第３の格子要素は、前記第１の格子要素と前記第２の格子要素と前記対象と前記Ｘ線検出要素とのうちの少なくとも１つに対して、変位可能である、請求項１１に記載のＸ線システム。
13. Ｘ線システムと、ＣＴシステムと、マンモグラフィＸ線システムと、診断Ｘ線システムと、セキュリティＸ線システムと、産業用Ｘ線システムと、トモシンセシスシステムとのうちの少なくとも１つのシステムにおいて、請求項１乃至５のうちいずれか１つに記載の格子装置を使用する方法であって：
    前記少なくとも１つのシステムを供する段階；
    前記少なくとも１つのシステム内において機能するように請求項１乃至５のうちいずれか１つに記載の格子装置を設置する段階；
    を有する方法。
    

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