专利名称：X射线成像装置和x射线成像方法
技术领域：
本发明涉及X射线成像装置和X射线成像方法。
背景技术：
使用放射线的非破坏性测试方法已经并且正被广泛用于从工业到医疗应用的各种领域中。X射线例如是具有约Ipm到10nm(10_12 10_8m)的波长的电磁波。具有短波长(约2keV )的X射线被称为硬X射线，而具有长波长(约0. IkeV 约2keV)的X射线被称为软X射线。被设计为通过使用X射线的高透射率利用相对于X射线的吸收功率的差异的吸收衬度技术可获得诸如钢材中的内部裂纹的检测和包括手提行李安全检查的安全措施的实际应用。另一方面，检测由检测物体导致的X射线的相位偏移的X射线相位衬度成像对于 提供很小的可归因于X射线吸收的衬度并因此表现小的密度差异的物体是有效的。使用X射线相位衬度成像的技术正被研究，以发现诸如聚合物材料的聚合物混合物的成像和医疗应用的应用。在各种X射线相位衬度成像技术中，下面列出的专利文献I提出利用由于由检测物体导致的相位偏移导致的折射效果的方法。在该方法中，X射线由X射线源产生，并且照射到检测物体上。然后，通过X射线光学部件，透过检测物体的X射线离散地聚焦于二维检测器上的覆盖两个或多于两个的像素的像素区域。在这种方法中，可从由聚焦的X射线覆盖的像素上的强度分布获得聚焦的X射线的重心位置。虽然由于检测物体导致的X射线的折射量非常小，但是，可通过比较不存在任何检测物体的状态下的聚焦X射线的重心位置与存在检测物体的状态下的重心位置并确定这两个位置之间的差异量，获得折射角度。然后，作为结果，可以获得与由于检测物体导致的X射线的相位偏移有关的图像。另外，由于上述的技术直接利用检测物体的对于X射线的折射影响，因此，与许多X射线相位衬度成像技术不同，它具有不需要诸如同步辐射的高度相干X射线的特征。引文列表专利文献专利文献I :日本专利申请公开No. 2008-200358公报
发明内容
但是，在专利文献I中描述的方法中，X射线被照射到检测物体的整个表面上以在大的程度上产生散射的X射线，这不利地影响通过测量获得的图像的质量。特别地，来自检测物体的这种散射X射线的影响在检测物体具有大的厚度时是明显的，并且变为医疗应用的严重问题。因此，鉴于上述的问题，本发明的目的是，与在专利文献I中描述的方法相比，提供可消除散射X射线对于获得的图像的影响的X射线成像装置和X射线成像方法。
问题的解决方案在本发明的一个方面中，通过提供一种X射线成像装置实现以上的目的，该X射线成像装置包括在空间上分离从X射线产生单元产生的X射线的分离元件；检测通过分离元件分离的并透过检测物体的分离X射线的各强度的检测单元；移动X射线产生单元、分离元件、检测物体或检测单元的传输单元；通过传输单元控制照射到检测物体上的X射线的扫描时间的传输控制单元；使X射线的扫描时间与检测单元的图像获取时间同步化的曝光控制单元；和从通过检测单元获取的信息计算检测物体的微分相位衬度图像或相位衬度图像的计算单元。在本发明的另一方面中，通过提供一种X射线成像方法实现以上的目的，该X射线成像方法包括通过分离元件在空间上分离从X射线产生单元产生的X射线；将空间分离的X射线照射到检测物体上，在使将X射线照射到检测物体 上的扫描时间与检测单元的图像获取时间同步化的同时，通过检测单元检测透过检测物体的X射线的强度；和从通过检测单元获取的信息计算检测物体的微分相位衬度图像或相位衬度图像。本发明的有利效果因此，根据本发明，提供与在专利文献I中描述的方法相比可减少散射的X射线对于获得的图像的影响的X射线成像装置和X射线成像方法。参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
图I是根据本发明的实施例I的X射线成像装置的配置例子的示意图。图2是实施例I的分离元件的示意图。图3是实施例I的检测器的一部分的示意图。图4是实施例I的检测器的一部分的示意图。图5是实施例I的计算处理方法的流程图。图6是根据本发明的实施例2的分离元件的示意图。图7是实施例2的检测器的一部分的示意图。图8是实施例2的计算处理方法的流程图。图9是根据本发明的实施例3的X射线成像装置的配置例子的示意图。图10是实施例3的X射线成像装置的检测器的操作的模式的示意图。图11是检测器的一部分的示意图。图12是分离元件的示意图。
具体实施例方式根据本发明，从通过使用检测单元检测通过分离元件被分离的并透过检测物体的分离X射线的强度所获得的信息，获取检测物体的X射线透射率衬度图像、微分相位衬度图像或相位衬度图像。然后，进行布置，使得透过检测物体的X射线中的每一个离散地在与光轴方向垂直的方向区域中被照射到具有多个像素的检测单元的两个或多于两个的像素的像素区域上。另外，进行布置，使得照射到检测物体上的X射线的扫描时间和检测单元的图像获取时间可被同步化。
这里使用的X射线扫描时间的表达方式指的是扫描检测物体的与希望的图像获取区域(例如，I个像素)对应的区域所需要的时间。因此，当在刚性地固定检测物体的同时移动X射线源、分离元件和检测器时，X射线扫描时间是用于将X射线源101等移动例如I个像素的移动时间。另一方面，当在刚性地固定X射线源、分离元件和检测器的同时移动检测物体时，X射线扫描时间是将检测物体104移动例如I个像素所需要的时间。这里使用的检测器的图像获取时间的表达方式指的是获取希望的图像获取区域(例如，I个像素)的图像所需要的时间。图像获取时间等于将希望的图像获取区域(例如，I个像素)曝光所需要的曝光时间。因此，如果X射线扫描时间与检测器的图 像获取时间同步化，那么可通过检测器的第一像素在时钟时间Tl拾取检测物体的一部分的图像，并且，也可通过紧接于第一像素之后的第二像素在时钟时间T2拾取与通过第一像素拾取图像的部分相同的该部分的另一图像。由于扫描微细分离的X射线，因此，上述的布置可减少检测物体104中的有助于散射的体积，以使得能够减少相对于获取的图像的散射X射线。实施例I作为实施例1，将描述通过使用分离元件和二维检测器从X射线的相位偏移获取图像的X射线成像装置的配置例子。图I是实施例I的X射线成像装置的配置例子的示意图。如图I所示，本实施例的X射线成像装置包括作为用于产生X射线并将X射线照射到检测物体104上的X射线产生源的X射线源101。分离元件103和检测器105被布置于X射线的光轴上。通过狭缝102等限制从作为X射线产生单元的X射线源101产生的X射线的发散。狭缝102可与X射线源101 —体化形成。发散受限制的X射线通过分离元件103在空间上沿与和X射线的光轴方向一致的Z方向垂直的X方向和Y方向分离，并且，分离的X射线中的一些透过检测物体104的一部分。注意，图I表示在空间上沿Y方向分离产生的X射线的情况。图2示意性地示出分离元件103。分离元件103的基材201提供阻挡X射线的效果，并由表现高的X射线吸收因子的Pt、Au、Pb、Ta或W等或它们中的任一个的化合物制成。作为替代方案，可通过考虑X射线的发散(扩展因子)在光轴上以不同的间隔布置不同尺寸的多个分离元件103。狭缝102将X射线的照射限制到基材201内。允许X射线通过的孔202沿Y轴的方向周期性地穿透基材201，但是，孔202可不必穿透光学元件的基材，只要X射线可透过它们即可。虽然孔202被设置为狭缝的阵列以形成线和空间图案，但是它们可替代性地为圆孔。当通过分离元件103分离产生的X射线时所产生的X射线通过检测物体104被折射。透过检测物体104的X射线然后被照射到具有空间分辨率的检测器105上。图3示意性示出检测器105。通过多个像素301形成检测器105。当通过分离元件103分离产生的X射线时所产生的X射线302中的每一个离散地被照射到沿Y方向布置的像素301中的2个像素上。检测器105在像素中的每一个处检测照射的X射线中的每一个的强度。X射线源101、分离元件103和检测器105具有各自的传输单元106、107和108。X射线检测器105具有用于控制图像获取速度的曝光控制单元109。因此，为了使照射到检测物体上的X射线的扫描时间与检测器的图像获取时间同步化，传输控制单元110和曝光控制单元109被操作，以使用于各图像获取的检测器105的图像获取时间与沿X方向的X射线源101、分离元件103和检测器105的移动时间同步化。作为结果，能够获得关于整个检测物体104的信息。通过传输单元106、107和108导致的移动可以为沿以X射线源101为中心的各圆的圆形移动。
作为替代方案，检测物体104可具有传输单元，并且，X轴上的检测物体104的移动时间和检测器105的图像获取时间可被同步化，以获得关于整个检测物体104的信息。并且，如果检测器105的视场覆盖检测物体104的观察区域，那么检测器105可被刚性保持，并且，可通过使X射线源101和分离元件103的移动时间与检测器105的图像获取时间同步化，获得关于整个检测物体104的信息。关于通过检测器105获得的X射线的信息被计算单元111进行数值处理并被输出到可以是监视器的显示单元112。检测物体104可以是人体或诸如无机材料或无机/有机复合材料的人体以外的物体。对于检测器105，可以使用包括间接类型和直接类型的各种检测器中的任一个。出于本发明的目的可使用的检测器的例子包括X射线平板检测器、X射线CCD照相机和其它的直接转换型二维X射线检测器、X射线线传感器和X射线TDI (时间延迟积分)检测器。X射线折射透镜阵列可被布置于检测物体104与检测器105之间。在X射线折射透镜阵列中以预定的周期循环地沿面内方向布置多个具有聚焦力的X射线折射透镜。可通过X射线折射透镜阵列减小检测器105上的X射线的斑点直径，以继而增加各X射线的相对于该X射线的入射位置的变化的强度变化。然后，作为结果，可以高的灵敏度测量X射线的折射量。现在，将描述由检测物体104导致的X射线的相位偏移的检测。图4是检测器105的一部分的示意图。图4表示沿图I中的X方向观察的检测器105的一部分。在图4中，基准X射线401是通过在不存在检测物体104的状态下进行分离产生的X射线。它们中的每一个被离散地照射到检测器105的像素403中的2个像素上。X射线402是在透过检测物体104时被折射的那些X射线。X射线402中的每一个相对于相应的基准X射线401被折射以改变X射线中的每一个入射到检测器105上并且表现出由于检测物体104的吸收而降低的积分强度的位置。如果通过被基准X射线401照射的2个像素检测的X射线强度分别是Itll和Itl2并且通过由相应的X射线402照射的该2个像素检测的X射线强度分别是I11和112，那么X射线透射率A由如下数学式(I)表达。数学式IΛ = -k+ ,丨2-(1、另一方面，关于位置变化量Λ Y,分离元件103或X射线源101和分离元件103在不存在检测物体104的状态下相对于检测器105沿Y方向移动，并且，通过各像素检测的X射线强度被记录。然后，制备如下这样的数据表，该数据表示出了关于检测器105上的沿Y方向的位置的变化量ΛΥ的由如下数学式(2)表达的代表通过各像素检测的强度与X射线的总强度的比的量B ( Λ Y)。这样，可从由于在存在检测物体104的状态下发生的折射导致的X射线的位置变化量Λ Y和通过相应的像素中的每一个检测的X射线的强度计算B (ΛΥ)的值。当制备数据表时，可以使用尺寸与分离元件103的孔径的尺寸相当的单个孔，并且，作为移动分离元件103的替代，可以在检测器105的各位置处检测透射的X射线的强度。数学式权利要求
1.一种X射线成像装置，包括 在空间上分离从X射线产生单元产生的X射线的分离元件； 检测通过分离元件分离的并透过检测物体的分离X射线的各强度的检测单元； 移动X射线产生单元、分离元件、检测物体或检测单元的传输单元； 通过传输单元控制照射到检测物体上的X射线的扫描时间的传输控制单元； 使X射线的扫描时间与检测单元的图像获取时间同步化的曝光控制单元；以及 从通过检测单元获取的信息计算检测物体的微分相位衬度图像或相位衬度图像的计算单元。
2.根据权利要求I的装置，其中，检测单元具有多个像素区域，并且检测单元被布置为使得通过分离元件分离的分离X射线中的每一个离散地照射到检测单元的两个或多于两个的像素区域上。
3.根据权利要求I或2的装置，其中，分离元件在空间上沿与X射线的光轴方向垂直的第一方向和与X射线的光轴方向和第一方向垂直的第二方向分离X射线。
4.根据权利要求3的装置，其中，检测单元是通过使用时间延迟积分型检测单元形成的。
5.根据权利要求4的装置，其中，X射线产生单元是通过使用用于产生脉冲整形的X射线的X射线产生单元形成的。
6.一种X射线成像方法，包括 通过分离元件在空间上分离从X射线产生单元产生的X射线； 将经空间分离的X射线照射到检测物体上，在使将X射线照射到检测物体上的扫描时间与检测单元的图像获取时间同步化的同时，通过检测单元检测透过检测物体的X射线的强度；和 从通过检测单元获取的信息计算检测物体的微分相位衬度图像或相位衬度图像。
7.根据权利要求6的方法，其中，检测单元具有多个像素区域，并且检测单元被布置为使得通过分离元件分离的分离X射线中的每一个离散地照射到检测单元的两个或多于两个的像素区域上。
8.根据权利要求6或7的方法，其中，分离元件在空间上沿与X射线的光轴方向垂直的第一方向和与X射线的光轴方向和第一方向垂直的第二方向分离X射线。
9.根据权利要求8的方法，其中，检测单元是用于逐列地垂直传送像素中的每一个的电荷的检测单元，并且，垂直传送的电荷传送速度和X射线的扫描速度被同步化。
10.根据权利要求9的方法，其中，产生的X射线是脉冲整形的X射线，并且，脉冲整形的X射线的脉冲的循环周期和检测单元的电荷传送的循环周期被同步化。
全文摘要
X射线成像装置和X射线成像方法可减轻散射的X射线对于获得的图像的影响。通过使用分离元件和使X射线扫描速度与检测单元的图像获取速度同步化的曝光控制单元，计算检测物体的微分相位衬度图像或相位衬度图像。
文档编号A61B6/00GK102639059SQ201080054070
公开日2012年8月15日 申请日期2010年11月29日 优先权日2009年12月4日
发明者向出大平, 渡边壮俊, 福田一德, 野间敬, 高田一广 申请人:佳能株式会社