专利名称：放射线图像摄影装置和放射线图像检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用格栅的放射线图像摄影装置和由放射线图像摄影装置使用的放射线图像检测器。
背景技术：
X射线具有根据形成物质的元素的原子数和该物质的密度和厚度而衰减的性质。因为这种性质，X射线用作用于研究被摄体的内部的探测器。使用X射线的摄影系统已经广泛应用于医疗诊断、无损检查等领域。利用传统X射线摄影系统，将被摄体放置在发射X射线的X射线源与检测X射线图像的X射线图像检测器之间，以拍摄被摄体的透过像。在这种情况下，从X射线源朝向该X射线图像检测器发射的各X射线，在该X射线进入该X射线图像检测器之前，衰减(被吸收)与存在于从X射线源到X射线图像检测器的路径中的被摄体的形成物质的特性差异(诸如原子数、密度以及厚度)相对应的量。因此，由X射线图像检测器检测到被摄体的X射线透过像并进行摄影。作为这种X射线图像检测器的示例，广泛地使用X射线增强屏和膜的组合、光可激励荧光体、以及使用半导体电路的平板检测器(FPD)。然而，形成物质的元素的原子数越小，该物质的X射线吸收能力越低。因此，软生物组织或者软材料之间的X射线吸收能力差别非常小，难以获得足够对比度的图像作为X射线透过像。例如，形成人体关节的关节软骨与软骨周围的滑液主要由水组成，并且他们之间的X射线吸收差异非常小。因此难以获得具有足够对比度的图像。近年来，已经研究了基于由于被摄体的折射率之间的差异而引起的X射线的相位变化，来获得相位对比图像的X射线相位对比摄影技术，来取代由于被摄体的吸收率之间的差异而引起的X射线的强度变化。凭借这种利用相位差的X射线相位对比摄影技术，即使在被摄体为具有低X射线吸收能力的物质的情况下，也可以获得高对比度图像。作为这种X射线相位对比摄影系统的示例，WO 2008/102654和日本待审专利公开No. 2010-190777(下文中分别称为专利文件I和2)中提出了一种放射线相位对比摄影装置，其中包括第一格栅和第二格栅的两个格栅按照预定间隔彼此平行排列，基于塔尔博特(Talbot)干涉效应,在第二格栅的位置处形成第一格栅的自身像(self image),并且利用第二格栅对第一格栅的自身像的强度进行调制，以提供放射线图像相位对比图像。在专利文件I和2中公开的放射线相位对比摄影装置中，执行条纹扫描方法，其中第二格栅定位为几乎与第一格栅的平面平行，并且在第一格栅或者第二格栅沿几乎与格栅的方向垂直的方向、相对彼此移位(平移)比格栅节距细的预定距离情况下，每次格栅移动时，执行拍摄多个图像的多次摄影操作，并且基于所述多个图像获得由于与被摄体相互作用而引起的X射线的相位变化量(相移微分)。随后，可以基于所述相位微分来获得被摄体的相位对比图像。 然而，利用专利文件I和2中公开的放射线相位对比摄影装置，仅可以获得关于与格栅方向垂直的方向的相位信息，因此不可能获得具有足够图像质量的相位对比图像。
此外，关于WO 2010/050483(下文中称为专利文件3)中公开的放射线相位对比摄影装置，其提出了利用其内排列有大量十字和点的格栅来获得二维相位信息。然而，这些格栅需要具有非常窄的节距，所以非常难制造。例如，在格栅上具有大量十字的情况下，由十字形成的矩形的角不够锐，并因此导致空间频率信息劣化和图像质量劣化。
另一方面，关于专利文件I和2中公开的放射线相位对比摄影装置，需要以比格栅节距细的节距来精确地平移第一格栅或者第二格栅。格栅节距通常为几微米，因此需要以高精确度平移格栅。这需要高精确度的移动机构，因此导致机构复杂和成本增加。此外，在每次移动格栅执行摄影时，在获得相位对比图像的一系列摄影操作期间，被摄体与摄影系统之间的位置关系可能由于被摄体的移动或者装置的振动而发生改变。在这种情况下，不可能正确得出X射线的由于与被摄体相互作用而引起的相位变化，因此不可能获得良好的相位对比图像。
发明内容
在上述背景下，本发明致力于提供一种能够获得具有二维相位信息的高质量相位对比图像的放射线图像摄影装置以及由放射线图像摄影装置使用的放射线图像检测器。本发明还致力于提供一种可以在单次摄影操作中获得上述具有二维相位信息的相位对比图像的放射线图像摄影装置和放射线图像检测器。本发明的放射线图像摄影装置的一个方面是这样一种放射线图像摄影装置，其包括第一格栅，其具有周期性排列的格栅结构并且允许从放射线源发射的放射线透过以形成第一周期图案图像；第二格栅，其具有周期性排列的格栅结构以接收第一周期图案图像并且形成第二周期图案图像；放射线图像检测器，其包括二维排列像素部，以检测由所述第二格栅形成的所述第二周期图案图像；以及图像生成单元，其基于表示所述放射线图像检测器检测到的所述第二周期图案图像的图像信号，来生成相位对比图像，其中所述第一格栅和第二格栅中的一个格栅包括在与形成所述相位对比图像的各像素相对应的预定范围内排列的多个单位格栅，其中所述单位格栅由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部件的组形成，并且所述图像生成单元基于与所述预定范围内的所述单位格栅相对应的所述像素部所检测到的多个检测信号，来生成所述相位对比图像的各像素的像素信号。在本发明的放射线图像摄影装置中，另一格栅包括排列在该格栅中的多个副单位格栅，各副单位格栅可由比所述单位格栅小并且分别与所述像素部相对应的单位形成，并且在与各单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅排列成沿与所述单位格栅的延伸方向垂直的方向、相对于所述单位格栅平行平移不同距离，并且所述图像生成单元可基于与排列在与所述单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅相对应的所述像素部检测到的检测信号，来生成各单位格栅的检测信号。在本发明的装置中，所述第一格栅可包括排列在该第一格栅中的所述多个单位格栅，而所述第二格栅可包括排列在该第二格栅中的所述多个副单位格栅，并且在与所述第一格栅的各单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅可排列成相对于所述第一格栅的图像以P/M为增量平行平移不同距离，其中P是所述第二格栅的节距，而M是预先设置的用于生成形成所述相位对比图像的各像素的相位信息的条数。在本发明的装置中，所述第二格栅可包括排列于该第二格栅中的所述多个单位格栅，而所述第一格栅可包括排列于该第一格栅中的所述多个副单位格栅，并且在与所述第二格栅的各单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅的图像可排列成相对于所述第二格栅以P/M为增量平行平移不同距离，其中P是所述第二格栅的节距，而M是预先设置的用于生成形成所述相位对比图像的各像素的相位信息的条数。在本发明的装置中，所述单位格栅可由沿彼此垂直的方向延伸的单位格栅部件的组形成。在本发明的装置中，在所述预定范围内的所述单位格栅可排列成交替图案。 在本发明的装置中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅可包括在所述预定范围内具有相等面积比的、不同类型的单位格栅。在本发明的装置中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅可包括由沿相同方向延伸的所述单位格栅部件形成的两个以上单位格栅，其中所述两个以上单位格栅彼此具有不同排列节距的所述单位格栅部件。在本发明的装置中，在与各单位格栅相对应的范围内排列的所述副单位格栅可包括具有不同排列节距的、不同类型的副单位格栅。在本发明的装置中，所述第二格栅可位于与所述第一格栅相距塔尔博特干涉距离处，并且可对所述第一格栅的通过塔尔博特干涉效应形成的第一周期图案图像施加强度调制。在本发明的装置中，所述第一格栅可以是吸收型格栅，并且允许放射线作为投影图像透过而形成所述第一周期图案图像，并且所述第二格栅可对所述第一周期图案图像施加强度调制，所述第一周期图案图像是透过所述第一格栅的所述投影图像。在本发明的装置中，所述第二格栅可位于与所述第一格栅相距比最小塔尔博特干涉距离短的距离处。本发明的放射线图像摄影装置的另一方面是这样一种放射线图像摄影装置，其包括格栅，其具有周期性排列的格栅结构，并且允许从放射线源发射的放射线透过以形成周期图案图像；放射线图像检测器，其包括第一电极层，其使由所述格栅形成的所述周期图案图像透过；光导电层，其在暴露于透过所述第一电极层的所述周期图案图像时生成电荷；电荷积蓄层，其积蓄在所述光导电层处生成的电荷；以及第二电极层，其包括使读取光透过的多个线状电极，上述层按此顺序形成，其中通过利用所述读取光进行扫描来读出与各线状电极相对应的各像素部的检测信号；以及图像生成单元，其基于表示所述放射线图像检测器检测到的所述周期图案图像的图像信号来生成相位对比图像，其中，所述电荷积蓄层具有格栅图案，所述格栅图案具有比所述线状电极的排列节距细的节距，所述格栅包括在与形成所述相位对比图像的各像素相对应的预定范围内排列的多个单位格栅，其中，所述单位格栅由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部件的组形成，并且所述图像生成单元基于与所述预定范围内的所述单位格栅相对应的所述像素部所检测到的多个检测信号，来生成所述相位对比图像的各像素的像素信号。在本发明的放射线图像摄影装置中，所述电荷积蓄层可包括排列在该电荷积蓄层中的多个副单位格栅图案，各副单位格栅图案可由比所述单位格栅小并且分别与所述像素部相对应的单位形成，并且在与各所述单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅图案可排列成沿与所述单位格栅的延伸方向垂直的方向、相对于所述单位格栅平行平移不同距离，并且所述图像生成单元可基于与排列在与所述单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅相对应的所述像素部检测到的检测信号，来生成各单位格栅的检测信号。在本发明的装置中，在与所述格栅的各单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅图案可排列成相对于所述格栅的图像以P/M为增量平行平移不同距离，其中P是所述副单位格栅图案的节距，而M是预先设置的用于生成形成所述相位对比图像的各像素的相位信息的条数。在本发明的装置中，所述单位格栅可由沿彼此垂直的方向延伸的单位格栅部件的组形成。在本发明的装置中，在所述预定范围内的所述单位格栅可排列成交替图案。
在本发明的装置中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅可包括在所述预定范围内具有相等面积比的、不同类型的单位格栅。在本发明的装置中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅可包括由沿相同方向延伸的所述单位格栅部件形成的两个以上单位格栅，其中所述两个以上单位格栅彼此具有不同排列节距的所述单位格栅部件。在本发明的装置中，在与各单位格栅相对应的范围内排列的所述副单位格栅图案可包括具有不同排列节距的、不同类型的副单位格栅。在本发明的装置中，所述放射线图像检测器可位于与所述格栅相距塔尔博特干涉距离处，并且可对所述格栅的通过塔尔博特干涉效应形成的所述周期图案图像施加强度调制。在本发明的装置中，所述格栅可以是吸收型格栅，并且可允许放射线作为投影图像透过而形成所述周期图案图像，并且所述放射线图像检测器可对所述周期图案图像施加强度调制，所述周期图像图案是透过所述格栅的所述投影图像。在本发明的装置中，所述放射线图像检测器可位于与所述格栅相距比最小塔尔博特干涉距离短的距离处。本发明的放射线图像摄影装置的又一方面是这样一种放射线图像摄影装置，其包括格栅，其具有周期性排列的格栅结构，并且允许从放射线源发射的放射线透过以形成周期图案图像；放射线图像检测器，其包括第一电极层，其使由所述格栅形成的所述周期图案图像透过；光导电层，其在暴露于透过所述第一电极层的所述周期图案图像时生成电荷；电荷积蓄层，其积蓄在所述光导电层处生成的所述电荷；以及第二电极层，其包括使读取光透过的多个线状电极，上述层按此顺序形成，其中通过利用所述读取光进行扫描来读出与各线状电极相对应的各像素部的检测信号；以及图像生成单元，其基于表示所述放射线图像检测器检测到的所述周期图案图像的图像信号，来生成相位对比图像，其中，所述电荷积蓄层包括在与形成所述相位对比图像的各像素相对应的预定范围内排列的多个单位格栅图案，其中，所述单位格栅图案由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部的组形成，并且所述图像生成单元基于由与所述预定范围内的所述单位格栅图案相对应的所述像素部检测到的多个检测信号，来生成所述相位对比图像的各像素的像素信号。在本发明的放射线图像摄影装置中，所述格栅可包括排列在该格栅中的多个副单位格栅，各副单位格栅可由比所述单位格栅图案小并且分别与所述像素部相对应的单位形成，并且在与各单位格栅图案相对应的范围内的所述副单位格栅可排列成沿与所述单位格栅图案的延伸方向垂直的方向、相对于所述单位格栅图案平行平移不同距离，并且所述图像生成单元可基于与排列在与所述单位格栅图案相对应的范围内的所述副单位格栅相对应的所述像素部检测到的检测信号，来生成各单位格栅图案的检测信号。在本发明的装置中，在与所述电荷积蓄层的各单位格栅图案相对应的范围内的所述副单位格栅的图像可排列成相对于所述单位格栅图案以P/M为增量平行平移不同距离，其中P是所述单位格栅图案的节距，而M是预先设置的用于生成形成所述相位对比图像的各像素的相位信息的条数。在本发明的装置中，所述单位格栅图案可由沿彼此垂直的方向延伸的单位格栅部的组形成。 在本发明的装置中，在所述预定范围内的所述单位格栅图案可排列成交替图案。
在本发明的装置中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅图案可包括在所述预定范围内具有相等面积比的、不同类型的单位格栅图案。在本发明的装置中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅图案可包括由沿相同方向延伸的所述单位格栅部形成的两个以上单位格栅图案，其中所述两个以上单位格栅图案可以彼此具有不同排列节距的单位格栅部。在本发明的装置中，在与各单位格栅图案相对应的范围内排列的所述副单位格栅可包括具有不同排列节距的、不同类型的副单位格栅。在本发明的装置中，所述放射线图像检测器可位于与所述格栅相距塔尔博特干涉距离处，并且可对所述格栅的通过塔尔博特干涉效应形成的所述周期图案图像施加强度调制。在本发明的装置中，所述格栅可以是吸收型格栅，并且可允许放射线作为投影图像透过而形成所述周期图案图像，并且所述放射线图像检测器可对所述周期图案图像施加强度调制，所述周期图案图像是透过所述格栅的所述投影图像。在本发明的装置中，所述放射线图像检测器可位于与所述格栅相距比最小塔尔博特干涉距离短的距离处。本发明的放射线图像检测器的一个方面是这样一种放射线图像检测器，其包括第一电极层，其发射放射线；光导电层，其在暴露于透过所述第一电极层的放射线时生成电荷；电荷积蓄层，其积蓄在所述光导电层处生成的所述电荷；以及第二电极层，其包括使读取光透过的多个线状电极，上述层按此顺序形成，其中通过利用读取光进行扫描来读出与各线状电极相对应的各像素部的检测信号，其中，所述电荷积蓄层包括在预定范围内排列的多个单位格栅图案，其中所述单位格栅图案由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部的组形成。根据本发明的放射线图像摄影装置，第一格栅和第二格栅之一包括在与形成相位对比图像的各像素相对应的预定范围内排列的多个单位格栅，其中单位格栅由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部件的组形成，并且相位对比图像的各像素的像素信号是基于与预定范围内的单位格栅相对应的像素部所检测到的多个检测信号生成的。因此，不需要使用如上述的具有十字或者点的传统格栅，可以获得具有二维信息的高质量相位对比图像。在以下情况中，其它格栅包括排列于其中的多个副单位格栅，各副单位格栅由比单位格栅小的单位形成并且分别与像素部相对应，并且在与各单位格栅相对应的范围内的副单位格栅排列成沿与单位格栅的延伸方向垂直的方向、相对于单位格栅平行平移不同距离，并且各单位格栅的检测信号是基于与排列在与单位格栅相对应的范围内的副单位格栅相对应的像素部所检测到的检测信号生成的，可以在单次摄影操作中获得具有不同类型的相位信息的检测信号，而无需如现有技术的装置那样需要高精确度的平移机构来对第二格栅进行平移，因此可以在单次摄影操作中获得相位对比图像。在预定范围内的单位格栅排列成交替图案的情况下，可以按照良好平衡的方式获得关于不同方向在预定范围内的相位信息。 另外，在排列在预定范围内的单位格栅包括在预定范围内具有相同面积比的、不同类型的单位格栅的情况下，可以按照良好平衡的方式获得关于不同方向在预定范围内的 相位信息。在排列在预定范围内的单位格栅包括由沿相同方向延伸的单位格栅部件形成的两个以上单位格栅，其中两个以上单位格栅彼此具有不同排列节距的单位格栅部件的情况下，可以获得具有不同类型的频率信息的检测信号，并且例如通过计算不同类型的频率信息之间的差异，可以获得能量减影相位对比图像。另外，在排列在与各单位格栅相对应的范围内的副单位格栅包括具有不同排列节距的、不同类型的副单位格栅的情况下，可以获得具有不同类型的频率信息的检测信号。此外，放射线图像检测器的电荷积蓄层可以具有用于为放射线图像检测器提供第二格栅的功能的格栅图案。在这种情况下，无需提供需要形成为具有高深宽比从而难以制造的格栅，这有利于放射线图像检测器的制造。
图I是例示出根据本发明的第一实施方式的放射线图像相位对比摄影装置的示意配置的图；图2是图I所示的所述放射线图像相位对比摄影装置的平面图；图3是例示出放射线发射单元的二维格栅的一个示例的图；图4是第一格栅的局部放大图；图5是第二格栅的局部放大图；图6是例示出各单位格栅的自身像与形成所述第二格栅的副格栅之间的位置关系的图；图7是例示出TFT读取系统的放射线图像检测器的示意结构的图；图8是例示出相对于X方向，根据被摄体的相移分布O (X)而折射的一条放射线路径的不例的图；图9是用于说明如何生成相位对比图像的图；图10是例示出与各单位格栅的范围相对应的副单位格栅的另一配置的图；图11是例示出光学读取系统的放射线图像检测器的示意结构的图；图12是用于说明利用图11所示的放射线图像检测器进行的记录操作的图；图13是用于说明从图11所示的放射线图像检测器进行的读取操作的图；图14是用于说明如何生成吸收图像和小角度散射图像的图；图15是例示出具有第二格栅的功能的放射线图像检测器的一个实施方式的示意结构的图；图16是例示出图15所示的放射线图像检测器中的电荷积蓄层的副单位格栅图案的一个示例的图；图17是用于说明利用图15所示的放射线图像检测器进行的记录操作的图；图18是用于说明从图15所示 的放射线图像检测器进行的读取操作的图；图19是例示出具有第二格栅的功能的放射线图像检测器的另一实施方式的示意结构的图；图20是用于说明利用图19所示的放射线图像检测器进行的记录操作的图；图21是用于说明从图19所示的放射线图像检测器进行的读取操作的图；以及图22是例示出具有第二格栅的功能的放射线图像检测器的又一实施方式的示意结构的图。
具体实施例方式此后，下面参照附图对采用本发明的放射线图像摄影装置的第一实施方式的放射线图像相位对比摄影装置进行描述。图I示出了根据第一实施方式的放射线图像相位对比摄影装置的示意结构。图2示出了图I所示的放射线图像相位对比摄影装置的平面图(沿X-Z平面截取的截面图)。与图2的平面垂直的方向对应于图I中的Y方向。如图I所示，放射线图像相位对比摄影装置包括放射线发射单元1，其朝向被摄体10发射放射线；第一格栅2，其允许从放射线发射单元I发射的放射线透过以形成第一周期图案图像；第二格栅3，其对第一格栅2形成的第一周期图案图像施加强度调制，以形成第二周期图案图像；放射线图像检测器4，其用检测由第二格栅3所形成的第二周期图案图像；以及图像生成单元5，其基于由放射线图像检测器4所检测到的第二周期图案图像来获得图像信号，并且基于所获得的图像信号来生成相位对比图像。放射线发射单元I包括朝向被摄体10发射放射线的放射线源Ia和二维格栅lb，二维格栅Ib包括透射从放射线源Ia发射的放射线的区域和遮挡放射线的区域。放射线的空间相干性使得在向第一格栅2施加放射线时会发生塔尔博特干涉效应。如图3所示，二维格栅Ib是二维放射线吸收格栅，其中沿着X方向延伸的放射线遮挡部沿着Y方向周期性地排列，而沿着Y方向延伸的放射线遮挡部沿着X方向周期性地排列。二维格栅Ib通过部分地遮挡从放射线源Ia的焦点发射的放射线，可以相对于X方向和Y方向减少实际焦点尺寸，并且可以沿X方向和Y方向形成大量微焦点光源。在放射线源Ia能够发射相干平行光(诸如放射线，微焦点X射线源)的情况下，二维格栅Ib不是必须的。需要确定二维格栅Ib的格栅节距Ptl是否满足下列表达式(I):P。= P2XZ3/Z2... (I)其中P2是第二格栅3的节距，Z3是从二维格栅Ib到第一格栅2的距离，并且Z2是从第一格栅2到第二格栅3的距离。如图I所示，第一格栅2包括主要透过放射线的基板21，和设置在基板21上的大量单位格栅UG。图4示出图I所示的第一格栅2的局部放大图。如图4所示，第一格栅2包括第一单位格栅UGl，其具有沿着Y方向延伸并且沿着X方向排列的大量矩形单位格栅部件22 ；和第二单位格栅UG2，其具有沿着与Y方向垂直的X方向延伸并且沿着Y方向排列的大量矩形单位格栅部件22。在本实施方式中，第一单位格栅UGl和第二单位格栅UG2沿着X方向和Y方向交替排列以形成交替图案。形成单位格栅部件22的材料可以是诸如金或者钼的金属。期望第一格栅2是所谓的对施加到该格栅的放射线施加大约90°或者约180°的相位调制的相位调制格栅。如果单位格栅部件22由例如金制成，则用于常规医疗诊断用X射线能量区域的单位格栅部件22在Z方向上的必要厚度在Iiim到IOiim的量级。另选的是，可以使用幅度调制格栅。在这种情况下，单位格栅部件22需要具有足以吸收放射线的厚度。如果单位格栅部件22由例如金制成，则用于常规医疗诊断用X射线能量区域的单位格栅部件22的必要厚度在十微米到几百微米的量级。在本实施方式中，图4所示的四个单位格栅的范围对应于相位对比图像的一个像素。就是说，通过使用各包括彼此相邻的第一单位格栅UGl和第二单位格栅UG2的两组单位格栅，来生成相位对比图像的各像素的像素信号。虽然图4仅仅示出与相位对比图像的一个像素相对应的四个单位格栅，但实际上，图4所示的四个单位格栅沿着X方向和Y方向
重复排列。如图I所示，与第一格栅2类似，第二格栅3包括主要透过放射线的基板31和设置在基板31上的大量副单位格栅SUG。图5是图I所示的第二格栅3的局部放大图。图5中粗线围绕的上侧九个副单位格栅SUGlA到SUG5A与图4所示的左上方的第二单位格栅UG2的范围相对应，而下侧九个子单位格栅SUGlB到SUG5B与图4所示的左下方的第一单位格栅UGl的范围相对应。就是说，在放射线透过图4所示的左上方的第二单位格栅UG2时所形成的第二单位格栅UG2的自身像G2被施加至图5所示的上侧九个副单位格栅SUGlA到SUG5A，而在放射线透过图4所示的左下方的第一单位格栅UGl时所形成的第一单位格栅UGl的自身像Gl被施加至图5所示的下侧九个副单位格栅SUGlB到SUG5B。图5仅示出了与图4所示的左侧两个单位格栅相对应的副单位格栅。与图4所示的右侧两个单位格栅相对应的副单位格栅按照如下方式排列，即图5所示的上侧九个副单位格栅位于下侧，而图5所示的下侧九个副单位格栅位于上侧。接着，沿着X方向和Y方向重复排列如下四个副单位格栅的组包括图5所示的两个副单位格栅的组，和与图5所示的副单位格栅具有相反位置关系的两个副单位格栅的组。随后通过使用四个副单位格栅的组来生成相位对比图像的一个像素的像素信号。图5所示的上侧副单位格栅SUGlA到SUG5A各通过沿着Y方向排列沿着X方向延伸的大量矩形副单位格栅部件32而形成。图5所示的上侧九个副单位格栅包括两个副单位格栅SUG1A、两个副单位格栅SUG2A、两个副单位格栅SUG3A、两个副单位格栅SUG4A以及一个副单位格栅SUG5A。形成各副单位格栅SUG1A、SUG2A、SUG3A、SUG4A或者SUG5A的各组副单位格栅部件32，与形成其他副单位格栅的其他组副单位格栅部件32沿Y方向以预定节距为增量平移不同距离。下面详细描述副单位格栅SUGlA到SUG5A的结构。 图5所示的下侧副单位格栅SUGlB到SUG5B通过沿着X方向排列沿着Y方向延伸的大量矩形副单位格栅部件32而形成。图5所示的下侧九个副单位格栅包括两个副单位格栅SUG1B、两个副单位格栅SUG2B、两个副单位格栅SUG3B、两个副单位格栅SUG4B以及一个副单位格栅SUG5B。形成各副单位格栅SUG1B、SUG2B、SUG3B、SUG4B或者SUG5B的各组副单位格栅部件32与形成其他副单位格栅的其他组副单位格栅部件32沿X方向上、以预定节距为增量平移不同距离。下面详细描述副单位格栅SUGlB到SUG5B的结构。形成副单位格栅部件32的材料可以是诸如金或者钼的金属。期望第二格栅3是幅度调制格栅。在这种情况下，副单位格栅32需要具有足以吸收放射线的厚度。如果副单位格栅部件32由例如金制成，则用于常规医疗诊断用X射线能量区域的副单位格栅部件32的必要厚度在十微米到几百微米的量级上。 在本实施方式中，基于放射线图像检测器4所检测到的第二周期图案图像获得彼此不同的多条相位信息，并且基于这多条相位信息生成相位对比图像。在此假设基于第二周期图案图像生成五条相位信息，并且基于五条相位信息生成相位对比图像。现在来描述用于生成五条相位信息的第一格栅2和第二格栅3的详细结构。图6是例示出当放射线透过图4所示的左侧的第一单位格栅UGl和第二单位格栅UG2，以及图5所示的副单位格栅SUGlA到SUG5A和SUGlB到SUG5B的副单位格栅部件32时，在第二格栅3的位置处形成的自身像Gl与G2之间的位置关系的图。在图6中，为了便于理解，使得自身像Gl和G2的长度比实际长度长。自身像Gl和G2的实际长度是在图6所示的粗线所围绕的各范围内的长度。如图6所示，五种类型的副单位格栅SUGlA到SUG5A排列成沿Y方向与第二单位格栅UG2的自身像G2的距离不同。具体来说，副单位格栅SUGlA的副单位格栅部件32与自身像G2距离为0以排列节距P2排列，副单位格栅SUG2A的副单位格栅部件32与自身像G2距离为P2/5以排列节距P2排列，副单位格栅SUG3A的副单位格栅部件32与自身像G2距离为(2XP2)/5以排列节距P2排列，副单位格栅SUG4A的副单位格栅部件32与自身像G2距离为(3XP2)/5以排列节距P2排列，而副单位格栅SUG5A的副单位格栅部件32与自身像G2距离为(4XP2)/5以排列节距P2排列。副单位格栅部件32之间的间隔为d2。随后，放射线图像检测器4的各像素电路40 (稍后将描述)检测透过如图6所示配置的五种类型的副单位格栅SUGlA到SUG5A的第二单位格栅UG2的自身像G2，以获得相对于Y方向的五条不同相位信息的检测信号。此外，如图6所示，五种类型的副单位格栅SUGlB到SUG5B排列成沿X方向与第一单位格栅UGl的自身像Gl的距离不同。具体来说，副单位格栅SUGlB的副单位格栅部件32与自身像Gl距离为0以排列节距P2排列，副单位格栅SUG2B的副单位格栅部件32与自身像Gl距离为P2/5以排列节距P2排列，副单位格栅SUG3B的副单位格栅部件32与自身像Gl距离为(2 X P2)/5以排列节距P2排列，副单位格栅SUG4B的副单位格栅部件32与自身像Gl距离为(3XP2)/5以排列节距P2排列，而副单位格栅SUG5B的副单位格栅部件32与自身像Gl距离为(4XP2)/5以排列节距P2排列。副单位格栅部件32之间的间隔为d2。随后，放射线图像检测器4的各像素电路40 (稍后将描述)检测透如图6所示配置的五种类型的副单位格栅SUGlB到SUG5B的第一单位格栅UGl的自身像Gl，以获得相对于X方向的五条不同相位信息的检测信号。下面将详细描述基于上述获得的、相对于X方向的五条不同相位信息的检测信号和相对于Y方向的五条不同相位信息的检测信号，来生成相位对比图像的各像素信号的方法。在从放射线发射单元I发射的放射线并非平行束而是锥形束的情况下，由透过第一格栅2的放射线形成的第一格栅的自身像Gl和G2被按照与放射线发射单元I的距离成比例地放大。因此，如图2所示，假设从放射线源Ia的焦点到第一格栅2的距离是Z1而从第一格栅2到第二格栅3的距离是Z2,则确定出图4所示的第一单位格栅UGl和第二单位格栅UG2的节距P1和图5和图6所示的副单位格栅SUGlA到SUG5A和SUGlB到SUG5B的节距P2，满足下面表达式(2)所限定的关系 Zi HF
I+Zj n
L0103J |-2 = Tl = ~ j ' Pi(2)其中P/是第一单位格栅UGl和第二单位格栅UG2在第二格栅3的位置处的自身像Gl和G2的节距。另选的是，在第一格栅2是施加180°的相位调制的相位调制格栅的情况下，确定出节距P1和P2满足下面表达式(3)所限定的关系
rfl-i I ..:...1.: 2PIP2 = Pj = ^^ ~2~... (3)应该注意在从放射线发射单元I发射的放射线是平行束的情况下，如果第一格栅2是90°相位调制格栅或者幅度调制格栅，则确定出节距P1和P2满足P2 = P1,或者如果第一格栅2是180°相位调制格栅，则确定出节距P1和P2满足P2 = P1/^随后，形成放射线图像相位对比摄影装置，其可以如上所述地利用放射线发射单元I、第一格栅2、第二格栅3以及放射线图像检测器4来获得相位对比图像。为了使得此结构起到塔尔博特干涉计的作用，还几乎必须要满足一些条件。现在来描述这些条件。首先，需要第一格栅2和第二格栅3的栅格面与图I所示的X-Y平面平行。此外，如果第一格栅2是施加90°相位调制的相位调制格栅，则第一格栅2与第三格栅3之间的距离Z2几乎必须满足以下条件Zj = (m+ 4.) 1 '* "…(4)
JmfJt w其中\是放射线的波长(通常为有效波长)，m是0或者正整数，P1是第一格栅2的单位格栅部件22的上述排列节距，而P2是第二格栅3的副单位格栅部件32的上述排列节距。另选的是，如果第一格栅2是施加180°相位调制的相位调制格栅，则第一格栅2与第三格栅3之间的距离Z2几乎必须满足以下条件^2 = (111+4-)- ^ …(5)其中\是放射线的波长(通常为有效波长)，m是0或者正整数，P1是第一格栅2的单位格栅部件22的上述排列节距，而P2是第二格栅3的副单位格栅部件32的上述排列节距。仍然另选的是，如果第一格栅2是幅度调制格栅，则第一格栅2与第三格栅3之间的距离Z2几乎必须满足以下条件
权利要求
1.一种放射线图像摄影装置，所述放射线图像摄影装置包括 第一格栅，其具有周期性排列的格栅结构，并且允许从放射线源发射的放射线透过以形成第一周期图案图像； 第二格栅，其具有周期性排列的格栅结构，以接收所述第一周期图案图像并且形成第二周期图案图像； 放射线图像检测器，其包括二维排列的像素部，以检测由所述第二格栅形成的所述第二周期图案图像；以及 图像生成单元，其基于表示所述放射线图像检测器检测到的所述第二周期图案图像的图像信号，来生成相位对比图像， 其中，所述第一格栅和所述第二格栅中的一个格栅包括在与形成所述相位对比图像的各像素相对应的预定范围内排列的多个单位格栅，其中所述单位格栅由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部件的组形成，并且 所述图像生成单元基于与所述预定范围内的所述单位格栅相对应的所述像素部所检测到的多个检测信号，来生成所述相位对比图像的各像素的像素信号。
2.根据权利要求I所述的放射线图像摄影装置，其中，另一格栅包括排列在该格栅中的多个副单位格栅，各副单位格栅由比所述单位格栅小并且分别与所述像素部相对应的单位形成，并且在与各单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅排列成沿与所述单位格栅的延伸方向垂直的方向、相对于所述单位格栅平移不同距离，并且 所述图像生成单元基于与排列在与所述单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅相对应的所述像素部检测到的检测信号，来生成各单位格栅的检测信号。
3.根据权利要求2所述的放射线图像摄影装置，其中，所述第一格栅包括排列在该第一格栅中的所述多个单位格栅，而所述第二格栅包括排列在该第二格栅中的所述多个副单位格栅，并且 在与所述第一格栅的各单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅排列成相对于所述第一格栅的图像以P/M为增量平移不同距离，其中P是所述第二格栅的节距，而M是预先设置的用于生成形成所述相位对比图像的各像素的相位信息的条数。
4.根据权利要求2所述的放射线图像摄影装置，其中 所述第二格栅包括排列于该第二格栅中的所述多个单位格栅，而所述第一格栅包括排列于该第一格栅中的所述多个副单位格栅，并且 在与所述第二格栅的各单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅的图像排列成相对于所述第二格栅以P/M为增量平移不同距离，其中P是所述第二格栅的节距，而M是预先设置的用于生成形成所述相位对比图像的各像素的相位信息的条数。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，所述单位格栅由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部件的组形成。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，在所述预定范围内的所述单位格栅排列成交替图案。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅包括在所述预定范围内具有相等面积比的、不同类型的单位格栅。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅包括由沿相同方向延伸的所述单位格栅部件形成的两个以上单位格栅，其中所述两个以上单位格栅彼此具有不同排列节距的所述单位格栅部件。
9.根据权利要求2所述的放射线图像摄影装置，其中，在与各单位格栅相对应的范围内排列的所述副单位格栅包括具有不同排列节距的、不同类型的副单位格栅。
10.根据权利要求I至9中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，所述第二格栅位于与所述第一格栅相距塔尔博特干涉距离处，并且对所述第一格栅的通过塔尔博特干涉效应形成的所述第一周期图案图像施加强度调制。
11.根据权利要求I至9中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，所述第一格栅是吸收型格栅，并且允许放射线作为投影图像透过而形成所述第一周期图案图像，并且 所述第二格栅对所述第一周期图案图像施加强度调制，所述第一周期图案图像是透过所述第一格栅的所述投影图像。
12.根据权利要求11所述的放射线图像摄影装置，其中，所述第二格栅位于与所述第一格栅相距比最小塔尔博特干涉距离短的距离处。
13.一种放射线图像摄影装置，所述放射线图像摄影装置包括 格栅，其具有周期性排列的格栅结构，并且允许从放射线源发射的放射线透过以形成周期图案图像； 放射线图像检测器，其包括第一电极层，其使由所述格栅形成的所述周期图案图像透过；光导电层，其在暴露于透过所述第一电极层的所述周期图案图像时生成电荷；电荷积蓄层，其积蓄在所述光导电层处生成的电荷；以及第二电极层，其包括使读取光透过的多个线状电极，上述层按此顺序形成，其中通过利用所述读取光进行扫描来读出与各线状电极相对应的各像素部的检测信号；以及 图像生成单元，其基于表示所述放射线图像检测器检测到的所述周期图案图像的图像信号来生成相位对比图像， 其中，所述电荷积蓄层具有格栅图案，所述格栅图案具有比所述线状电极的排列节距细的节距， 所述格栅包括在与形成所述相位对比图像的各像素相对应的预定范围内排列的多个单位格栅，其中，所述单位格栅由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部件的组形成，并且 所述图像生成单元基于与所述预定范围内的所述单位格栅相对应的所述像素部所检测到的多个检测信号，来生成所述相位对比图像的各像素的像素信号。
14.根据权利要求13所述的放射线图像摄影装置，其中，所述电荷积蓄层包括排列在该电荷积蓄层中的多个副单位格栅图案，各副单位格栅图案由比所述单位格栅小并且分别与所述像素部相对应的单位形成，并且在与各所述单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅图案排列成沿与所述单位格栅的延伸方向垂直的方向、相对于所述单位格栅平移不同距离，并且 所述图像生成单元基于与排列在与所述单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅图案相对应的所述像素部检测到的检测信号，来生成各单位格栅的检测信号。
15.根据权利要求14所述的放射线图像摄影装置，其中，在与所述格栅的各单位格栅相对应的范围内的所述副单位格栅图案排列成相对于所述格栅的图像以P/M为增量平移不同距离，其中P是所述副单位格栅图案的节距，而M是预先设置的用于生成形成所述相位对比图像的各像素的相位信息的条数。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，所述单位格栅由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部件的组形成。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，在所述预定范围内的所述单位格栅排列成交替图案。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅包括在所述预定范围内具有相等面积比的、不同类型的单位格栅。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅包括由沿相同方向延伸的所述单位格栅部件形成的两个以上单位格栅，其中所述两个以上单位格栅彼此具有不同排列节距的所述单位格栅部件。
20.根据权利要求14所述的放射线图像摄影装置，其中，在与各单位格栅相对应的范围内排列的所述副单位格栅图案包括具有不同排列节距的、不同类型的副单位格栅图案。
21.根据权利要求13至20中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，所述放射线图像检测器位于与所述格栅相距塔尔博特干涉距离处，并且对所述格栅的通过塔尔博特干涉效应形成的所述周期图案图像施加强度调制。
22.根据权利要求13至20中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，所述格栅是吸收型格栅，并且允许放射线作为投影图像透过而形成所述周期图案图像，并且 所述放射线图像检测器对所述周期图案图像施加强度调制，所述周期图像图案是透过所述格栅的所述投影图像。
23.根据权利要求22所述的放射线图像摄影装置，其中，所述放射线图像检测器位于与所述格栅相距比最小塔尔博特干涉距离短的距离处。
24.一种放射线图像摄影装置，所述放射线图像摄影装置包括 格栅，其具有周期性排列的格栅结构，并且允许从放射线源发射的放射线透过以形成周期图案图像； 放射线图像检测器，其包括第一电极层，其使由所述格栅形成的所述周期图案图像透过；光导电层，其在暴露于透过所述第一电极层的所述周期图案图像时生成电荷；电荷积蓄层，其积蓄在所述光导电层处生成的所述电荷；以及第二电极层，其包括使读取光透过的多个线状电极，上述层按此顺序形成，其中通过利用所述读取光进行扫描来读出与各线状电极相对应的各像素部的检测信号；以及 图像生成单元，其基于表示所述放射线图像检测器检测到的所述周期图案图像的图像信号，来生成相位对比图像， 其中，所述电荷积蓄层包括在与形成所述相位对比图像的各像素相对应的预定范围内排列的多个单位格栅图案，其中，所述单位格栅图案由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部的组形成，并且 所述图像生成单元基于由与所述预定范围内的所述单位格栅图案相对应的所述像素部检测到的多个检测信号，来生成所述相位对比图像的各像素的像素信号。
25.根据权利要求24所述的放射线图像摄影装置，其中，所述格栅包括排列在该格栅中的多个副单位格栅，各副单位格栅由比所述单位格栅图案小并且分别与所述像素部相对应的单位形成，并且在与各单位格栅图案相对应的范围内的所述副单位格栅排列成沿与所述单位格栅图案的延伸方向垂直的方向、相对于所述单位格栅图案平移不同距离，并且 所述图像生成单元基于与排列在与所述单位格栅图案相对应的范围内的所述副单位格栅相对应的所述像素部检测到的检测信号，来生成各单位格栅图案的检测信号。
26.根据权利要求25所述的放射线图像摄影装置，其中，在与所述电荷积蓄层的各单位格栅图案相对应的范围内的所述副单位格栅的图像排列成相对于所述单位格栅图案以P/M为增量平移不同距离，其中P是所述单位格栅图案的节距，而M是预先设置的用于生成形成所述相位对比图像的各像素的相位信息的条数。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，所述单位格栅图案由沿彼此垂直的方向延伸的单位格栅部的组形成。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，在所述预定范围内的所述单位格栅图案排列成交替图案。
29.根据权利要求24至28中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅图案包括在所述预定范围内具有相等面积比的、不同类型的单位格栅图案。
30.根据权利要求24至29中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，在所述预定范围内排列的所述单位格栅图案包括由沿相同方向延伸的所述单位格栅部形成的两个以上单位格栅图案，其中所述两个以上单位格栅图案彼此具有不同排列节距的单位格栅部。
31.根据权利要求25所述的放射线图像摄影装置，其中，在与各单位格栅图案相对应的范围内排列的所述副单位格栅包括具有不同排列节距的、不同类型的副单位格栅。
32.根据权利要求24至31中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，所述放射线图像检测器位于与所述格栅相距塔尔博特干涉距离处，并且对所述格栅的通过塔尔博特干涉效应形成的所述周期图案图像施加强度调制。
33.根据权利要求24至31中任一项所述的放射线图像摄影装置，其中，所述格栅是吸收型格栅，并且允许放射线作为投影图像透过而形成所述周期图案图像，并且 所述放射线图像检测器对所述周期图案图像施加强度调制，所述周期图案图像是透过所述格栅的所述投影图像。
34.根据权利要求33所述的放射线图像摄影装置，其中，所述放射线图像检测器位于与所述格栅相距比最小塔尔博特干涉距离短的距离处。
35.一种放射线图像检测器，所述放射线图像检测器包括 第一电极层，其发射放射线； 光导电层，其在暴露于透过所述第一电极层的放射线时生成电荷； 电荷积蓄层，其积蓄在所述光导电层处生成的所述电荷；以及 第二电极层，其包括使读取光透过的多个线状电极， 上述层按此顺序形成，其中，通过利用读取光进行扫描，来读出与各线状电极相对应的各像素部的检测信号， 其中，所述电荷积蓄层包括在预定范围内排列的多个单位格栅图案，其中所述单位格栅图案由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部的组形成。
全文摘要
本发明涉及放射线图像摄影装置和放射线图像检测器。尤其涉及用于通过使用包括第一格栅和第二格栅的两个格栅来获得相位对比图像的放射线图像摄影装置，其中第一格栅和第二格栅之一包括排列在与形成所述相位对比图像的各像素相对应的预定范围内的多个单位格栅，其中所述单位格栅由彼此沿不同方向延伸的单位格栅部件的组形成，并且基于与所述预定范围内的所述单位格栅相对应的所述像素部所检测到的多个检测信号，来生成所述相位对比图像的各像素的像素信号。
文档编号A61B6/00GK102613982SQ20121002002
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月21日 优先权日2011年1月26日
发明者金子泰久 申请人:富士胶片株式会社