专利名称：放射线照相相衬成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用光栅的放射线照相相衬成像设备。
背景技术：
X射线具有下述特性:它们依赖于形成衬底的元素的原子数与衬底的密度和厚度而衰减。因为该特性，X射线被用作探针以调查被摄体的内部。使用X射线的成像系统已经被广泛地用在医疗诊断、无损测试等的领域中。利用典型的X射线成像系统，将被摄体放置在发射X射线的X射线源和检测X射线图像的X射线图像检测器之间，以拍摄被摄体的透射图像。在该情况下，从X射线源向X射线图像检测器发射的每一个X射线在X射线进入X射线图像检测器之前衰减(被吸收)依赖于在从X射线源向X射线图像检测器的路径上存在的形成被摄体的物质特性(诸如原子数、密度和厚度)差别的量。结果，通过X射线图像检测器来检测和成像被摄体的X射线透射图像。作为这样的X射线图像检测器的示例，广泛地使用X射线增强屏幕和胶片的组合、光激励荧光体(存储荧光体)和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，则该物质的X射线吸收能力越低。因此，在软生物组织或软材料之间仅存在X射线吸收能力的小差别，并且难以获得足够对比度的图像来作为X射线透射图像。例如，形成人体关节的关节软骨和围绕该软骨的关节液大部分由水组成，并且因此，在其间仅存在X射线吸收的小差别，并且难以获得具有足够对比度的图像。近些年来，取代因为在被摄体的吸收系数之间的差别导致的X射线的强度变化，已经研究了用于基于因为被摄体的折射率之间的差别导致的X射线的相转变而获得相衬图像的X射线相衬成像。利用该使用相差的X射线相衬成像，可以即使在被摄体是具有低X射线吸收能力的物质的情况下获得高对比度图像。作为这样的X射线相衬成像系统的一个示例，已经在专利文件I和2中提出了放射线照相相衬成像设备，其中，以预定间隔彼此平行地布置了包括第一光栅和第二光栅的两个光栅，因为第一光栅的塔尔博特(Talbot)干涉效应导致在第二光栅的位置处形成第一光栅的自我图像，并且，使用第二光栅来调制该自我图像的强度以提供放射线照相相衬图像。利用在专利文件I和2中公开的放射线照相相衬成像设备，执行条纹扫描方法，其中，与第一光栅的平面几乎平行地定位第二光栅，并且，第一光栅或第二光栅在几乎与光栅的方向正交的方向上平移比光栅节距小的预定量。通过每次平移光栅时执行成像操作，拍摄多个图像。基于这些图像，获得通过与被摄体的交互而生成的X射线的相转变(相移差)的量。然后，基于该相移差，可以获得被摄体的相衬图像。专利文件专利文件1:W02008/102654专利文件2:日本未审查专利公布N0.2010-19077
发明内容
然而，利用在专利文件I和2中公开的放射线照相相衬成像设备，需要精确地以小于其光栅节距的节距来移动第一或第二光栅。该光栅节距通常是几μ m，并且，对于光栅的平移需要更高的精度。这要求极高精度的移动机构，导致复杂的机构和增大的成本。而且，存在下述问题:当每次平移光栅时执行成像操作时，在被摄体和成像系统之间的位置关系可能因为在用于获得相衬图像的一系列成像操作期间的被摄体运动和/或设备振动而被改变。结果，这妨碍了正确地得出通过与被摄体的交互而生成的X射线的相转变，并且妨碍了获得量化的相衬图像。鉴于上述情况，本发明涉及提供一种放射线照相相衬成像设备，该设备允许通过单次成像操作而获得良好的相衬图像，而不要求高精度移动机构。本发明的放射线照相相衬成像设备是一种放射线照相相衬成像设备，包括:辐射线源；第一光栅，所述第一光栅具有周期地布置的光栅结构，并且允许从所述辐射线源发射的辐射线从中通过，以形成周期性图案图像；第二光栅，所述第二光栅具有周期地布置的光栅结构，所述光栅结构包括透射由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像的区域和屏蔽所述周期性图案图像的区域；以及，放射线照相图像检测器，所述放射线照相图像检测器包括二维布置的像素，用于检测透射通过所述第二光栅的辐射线，其中，当由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像和所述第二光栅彼此叠加时，所述第一光栅和所述第二光栅适于形成莫尔图案，并且，所述放射线照相相衬成像设备进一步包括:相衬图像生成单元，所述相衬图像生成单元用于基于由所述放射线照相图像检测器检测的所述莫尔图案的图像信号来获得多个条纹图像的图像信号，以及基于所获得的所述条纹图像的图像信号来生成相衬图像，其中，所述条纹图像与相对于预定方向位于彼此不同位置的不同像素组相对应，每一个像素组包括像素，所述像素在所述预定方向上以预定数目像素的间隔布置，从每一个像素组的所述像素读出的图像信号被获得作为每一个条纹图像的所述图像信号，以及，所述预定方向是与所述莫尔图案的周期方向平行的方向、或者是除与所述莫尔图案的周期方向正交方向之外的与所述莫尔图案的周期方向相交的方向。
在本发明的放射线照相相衬成像设备中，可以将所述第一光栅和所述第二光栅定位为使得由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像延伸的方向和所述第二光栅延伸的方向相对于彼此倾斜。第一光栅和第二光栅可以被构成为使得莫尔图案的周期T具有满足下面表达式的值:
权利要求
1.一种放射线照相相衬成像设备，包括: 辐射线源； 第一光栅，所述第一光栅具有周期地布置的光栅结构，并且允许从所述辐射线源发射的辐射线从中通过，以形成周期性图案图像； 第二光栅，所述第二光栅具有周期地布置的光栅结构，所述光栅结构包括透射由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像的区域和屏蔽所述周期性图案图像的区域；以及， 放射线照相图像检测器，所述放射线照相图像检测器包括二维布置的像素，用于检测透射通过所述第二光栅的辐射线， 其中，当由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像和所述第二光栅彼此叠加时，所述第一光栅和所述第二光栅适于形成莫尔图案，并且，所述放射线照相相衬成像设备进一步包括: 相衬图像生成单元，所述相衬图像生成单元用于基于由所述放射线照相图像检测器检测的所述莫尔图案的图像信号来获得多个条纹图像的图像信号，以及基于所获得的所述条纹图像的图像信号来生成相衬图像，其中，所述条纹图像与相对于预定方向位于彼此不同位置的不同像素组相对应，每一个像素组包括像素，所述像素在所述预定方向上以预定数目像素的间隔布置，从每一个像素组的所述像素读出的图像信号被获得作为每一个条纹图像的所述图像信号，以及， 所述预定方向是与所述莫尔图案的周期方向平行的方向、或者是除与所述莫尔图案的周期方向正交方向之外的与所述莫尔图案的周期方向相交的方向。
2.根据权利要求1所述的放射线照相相衬成像设备，其中，将所述第一光栅和所述第二光栅定位为使得由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像延伸的方向和所述第二光栅延伸的方向相对于彼此倾斜。
3.根据权利要求2所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述第一光栅和所述第二光栅被构成为使得所述莫尔图案的周期T具有满足下面表达式的值:
4.根据权利要求2所述的放射线照相相衬成像设备，进一步包括: 多缝，所述多缝被设置在所述辐射线源和所述第一光栅之间，所述多缝由吸收型光栅形成，所述吸收型光栅包括以预定节距布置的多个辐射线屏蔽构件，用于以区域选择方式屏蔽从所述辐射线源施加的辐射线， 其中，所述第一光栅和所述第二光栅被构成为使得所述莫尔图案的周期T具有满足下面表达式的值:
5.根据权利要求4所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述多缝的节距P3具有满足下面表达式的值:
6.根据权利要求2所述的放射线照相相衬成像设备，其中，在由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像和所述第二光栅之间的相对倾斜角度Θ被设置为满足下面表达式的值:
7.根据权利要求2至6中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中， 所述第一光栅是施加90°相位调制的相位调制光栅或者是振幅调制光栅，以及 在所述第二光栅的位置处的所述周期性图案图像的节距P/和所述第二光栅的节距P2具有满足下面表达式的值:
8.根据权利要求2至6中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中， 所述第一光栅是施加180°相位调制的相位调制光栅，以及， 在所述第二光栅的位置处的所述周期性图案图像的节距P/和所述第二光栅的节距P2具有满足下面表达式的值:
9.根据权利要求2至8中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中， 所述放射线照相图像检测器包括像素，所述像素被二维地布置在彼此正交的第一方向和第二方向上，以及， 由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像延伸的方向或者所述第二光栅延伸的方向平行于所述第一方向。
10.根据权利要求9所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述相衬图像生成单元依赖于在由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像延伸的方向和所述第二光栅延伸的方向之间的相对倾斜，基于从在所述第一方向上的预定数目像素读出的图像信号，来获得所述条纹图像的图像信号。
11.根据权利要求1所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述第一光栅和所述第二光栅被构成为使得在所述第二光栅的位置处的所述周期性图案图像的节距与所述第二光栅的节距不同。
12.根据权利要求11所述的放射线照相相衬成像设备，其中，由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像延伸的方向平行于所述第二光栅延伸的方向。
13.根据权利要求11或12所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述第一光栅和所述第二光栅被构成为使得所述莫尔图案的周期T具有满足下面表达式的值:
14.根据权利要求11或12所述的放射线照相相衬成像设备，进一步包括: 多缝，所述多缝被设置在所述辐射线源和所述第一光栅之间，所述多缝由吸收型光栅形成，所述吸收型光栅包括以预定节距布置的多个辐射线屏蔽构件，用于以区域选择方式屏蔽从所述辐射线源施加的辐射线， 其中，所述第一光栅和所述第二光栅被构成为使得所述莫尔图案的周期T具有满足下面表达式的值:
15.根据权利要求14所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述多缝的节距P3具有满足下面表达式的值:
16.根据权利要求11至15中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述第一光栅是施加90°相位调制的相位调制光栅或者是振幅调制光栅，以及 在所述第二光栅的位置处的所述周期性图案图像的所述节距P/具有满足下面表达式的值:
17.根据权利要求11至15中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述第一光栅是施加180°相位调制的相位调制光栅，以及 在所述第二光栅的位置处的所述周期性图案图像的节距P/具有满足下面表达式的值:
18.根据权利要求1至17中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述放射线照相图像检测器包括像素，所述像素被二维地布置并且提供有用于读出图像信号的开关元件。
19.根据权利要求1至17中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，进一步包括用于发射线性读取光的线性读取光源， 其中，通过扫描所述线性读取光源，来实现从所述放射线照相图像检测器读取所述图像信号。
20.根据权利要求1至19中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述相衬图像生成单元获得从在所述预定方向上彼此邻接的像素读出的图像信号，作为不同条纹图像的所述图像信号。
21.根据权利要求1至20中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述相衬图像生成单元获得从在每一个像素组在所述预定方向上以至少两个像素的间隔布置的像素读出的图像信号，作为每一个条纹图像的所述图像信号，并且获得从不同的像素组读出的图像信号，作为不同条纹图像的所述图像信号。
22.根据权利要求1至21中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述第二光栅被定位在距所述第一光栅的塔尔博特干涉距离处，并且向由所述第一光栅的塔尔博特干涉效应形成的所述周期性图案图像施加强度调制。
23.根据权利要求1至7、9至16和18至21中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述第一光栅是吸收型光栅，所述吸收型光栅允许辐射线作为投影图像从中通过，以形成所述周期性图案图像，以及， 所述第二光栅向所述周期性图案图像施加强度调制，所述周期性图案图像是透射通过所述第一光栅的所述投影图像。
24.根据权利要求23所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述第二光栅被定位于距所述第一光栅比最小塔尔博特干涉距离短的距离处。
25.根据权利要求1至24中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，在所述预定方向上的像素大小小于在与所述预定方向正交的方向上的像素大小。
26.根据权利要求1至25中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述辐射线源和所述放射线照相图像检测器被定位为在水平方向上彼此面对，并且所述放射线照相相衬成像设备适于能够对在直立位置中的被摄体成像。
27.根据权利要求1至25中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述辐射线源和所述放射线照相图像检测器被定位为在垂直方向上彼此面对，并且所述放射线照相相衬成像设备适于能够对在仰卧位置中的被摄体成像。
28.根据权利要求1至25中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述辐射线源和所述放射线照相图像检测器被枢转臂保持，并且，所述放射线照相相衬成像设备适于能够对在直立位置中的被摄体成像和对在仰卧位置中的被摄体成像。
29.根据权利要求1至25中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，其中，所述放射线照相相衬成像设备是适于能够对作为被摄体的乳房成像的乳腺摄影设备。
30.根据权利要求 1至25中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，进一步包括: 移动机构，所述移动机构用于在第一位置和第二位置之间移动所述辐射线源，辐射线从所述第一位置从第一方向被施加到所述放射线照相图像检测器，辐射线从所述第二位置从与所述第一方向不同的第二方向被施加到所述放射线照相图像检测器，其中，所述相衬图像生成单元基于由所述放射线照相图像检测器在所述第一位置和所述第二位置中的每一个处检测到的所述图像信号来生成相衬图像；以及， 立体图像形成单元，所述立体图像形成单元用于基于与所述第一位置对应的相衬图像和与所述第二位置对应的相衬图像来形成立体图像。
31.根据权利要求1至25中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，进一步包括: 绕转机构，所述绕转机构用于使得所述辐射线源和所述放射线照相图像检测器围绕被摄体绕转，其中，所述相衬图像生成单元在由所述绕转结构提供的每一个旋转角度处，基于由所述放射线照相图像检测器在所述旋转角度处检测到的所述图像信号，来生成相衬图像；以及， 三维图像形成单元，所述三维图像形成单元用于基于在所述旋转角度处的所述相衬图像来形成三维图像。
32.根据权利要求1至31中的任何一项所述的放射线照相相衬成像设备，进一步包括:旋转机构，所述旋转机构用于将所述第一光栅和第二光栅从所述光栅延伸所沿着的方向围绕旋转轴旋转90°的角度，所述旋转轴与所述第一光栅和第二光栅的光栅表面正交地延伸。
33.根据权利要求1至31中的任何一项的放射线照相相衬成像设备，其中，所述第一光栅和第二光栅被构成为二维光栅。
34.一种放射线照相相衬成像设备，包括: 辐射线源； 第一光栅，所述第一光栅具有周期地布置的光栅结构，并且允许从所述辐射线源发射的辐射线从中通过，以形成周期性图案图像； 第二光栅，所述第二光栅具有周期地布置的光栅结构，所述光栅结构包括透射由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像的区域和屏蔽所述周期性图案图像的区域；以及， 放射线照相图像检测器，所述放射线照相图像检测器包括被二维布置的像素，用于检测透射通过所述第二光栅的辐射线， 其中，当由所述第一光栅形成的所述周期性图案图像和所述第二光栅彼此叠加时，所述第一光栅和所述第二光栅适于形成莫尔图案，并且，所述放射线照相相衬成像设备进一步包括: 相衬图像生成单元，所述相衬图像生成单元用于基于由所述放射线照相图像检测器检测的所述莫尔图案的图像信号来获得多个条纹图像的图像信号，以及基于所获得的所述条纹图像的图像信号来生成相衬图像、小角度散射图像和吸收图像中的至少一种，其中，所述条纹图像与相对于预定 方向位于彼此不同位置处的不同像素组相对应，每一个像素组包括像素，所述像素在所述预定方向上以预定数目像素的间隔布置，获得从每一个像素组的所述像素读出的图像信号作为每一个条纹图像的所述图像信号，以及，所述预定方向是与所述莫尔图案的周期方向平行的方向，或者是除与所述莫尔图案的周期方向正交的方向之外的与所述莫尔图案的周期方向相交的方向。
全文摘要
为了获得多个条纹图像以便在相衬放射线成像装置中借助单次曝光来获得相衬放射线图像，在该相衬放射线成像装置中，以规定间隔来平行布置第一栅格和第二栅格，并且使用该栅格来获得相衬放射线图像。第一栅格和第二栅格用于通过叠加由第一栅格形成的周期性图案图像和第二栅格来生成莫尔图案，并且基于由放射线图像检测器检测的莫尔图案的图像信号，获得已经从像素组读出的图像信号来作为用于单个条纹图像的图像信号，该像素组被设置为使得在平行于或莫尔图案的循环方向或与该循环方向相交的规定方向(除了正交方向之外)上以规定数目的像素间隔。通过获得用于在上述规定方向上设置在彼此不同的位置处的像素组的图像信号来获得与每一个像素组对应的用于条纹图像的图像信号，并且基于已经获得的用于条纹图像的多个图像信号来生成相衬图像。
文档编号G01T7/00GK103188996SQ20118005249
公开日2013年7月3日 申请日期2011年10月28日 优先权日2010年10月29日
发明者村越大, 阿贺野俊孝, 伊藤渡, 今井真二 申请人:富士胶片株式会社