专利名称：放射线照相系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及放射线照相系统。
背景技术：
由于X射线随着构成物质的元素的原子数以及物质的密度和厚度而衰减，其用作透视被照对象内部的探头。在医疗诊断、非破坏性检查等领域中，广泛使用X射线进行成像。在一般的X射线成像系统中，将被照对象布置在辐照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，且捕捉被照对象的透射图像。在该情况下，从X射线源向X射线图像检测器辐照的X射线受到衰减(吸收)，然后入射到X射线图像检测器中，所述衰减(吸收)量值取决于在到X射线图像检测器的路径上存在的物质属性(例如，原子数、密度和厚度)的差异。因此，由X射线图像检测器来检测和捕捉被照对象的X射线透射图像。作为χ射线图像检测器，除了 χ射线强化屏幕和膜以及辉尽性荧光体(蓄积性荧光体)之外，还普遍使用采用了半导体电路的平板检测器(FPD)。然而，如果构成物质的元素的原子数较小，则减少了 X射线的吸收能力。相应地，对于柔软的生物组织或柔软的物质，X射线吸收能力的差异很小，且因此对于X射线透射图像不能获取足够的图像对比。例如，构成身体的关节的软骨部和关节液主要由水构成。因此，由于其X射线吸收量的差异很小，难以获得图像对比。迄今，可以通过使用MRI (核磁共振成像)对软组织进行成像。然而，需要几十分钟来执行成像，且图像的分辨率较低，例如约1mm。因此，由于成本效率原因，难以在定期身体检查(例如体格检查)中使用MRI。对于上述问题，取代被照对象对X射线的强度改变，近些年来已积极开展了对X射线相位成像的研究，X射线相位成像基于被照对象对X射线的相位改变(折射角改变)来获得图像(下文中称作相位对比图像)。一般而言，已知在X射线入射物体时，X射线的相位而不是X射线的强度显示出更大的相互作用。因此，在使用相位差的X射线相位成像中，即使对具有低χ射线吸收能力的弱吸收物质，也可能获得高对比的图像。迄今，对于χ射线相位成像，已经有可能通过使用采用了加速器的大规模同步加速器放射线设施等(例如SPring-8)来产生具有波长和相位的X射线，以执行成像。然而，由于该设施过于巨大，不可能在一般的医院中使用。作为解决上述问题的X射线相位成像，最近提出了如下X射线成像系统其使用具有两个透射衍射光栅(相位型光栅和吸收型光栅)以及一个X射线图像检测器的X射线iTalbot干涉仪(例如，参见专利文献1 (JP-A-2008-200360))。X射线Talbot干涉仪包括第一衍射光栅(相位型光栅或吸收型光栅)，被布置在被照对象的后侧；第二衍射光栅(吸收型光栅)，被布置在下游由第一衍射光栅的栅线间距和X射线波长所确定的特定距离处；以及X射线图像检测器，被布置在第二衍射光栅的后侧。Talbot干涉距离是已通过第一衍射光栅的X射线通过Talbot干涉效应而形成自身像的距离。由被布置在X射线源和第一衍射光栅之间的被照对象和X射线的相互作用(相位改变)来调制自身像(self-image)。
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根据条纹(fringe)扫描法，当第二衍射光栅在与第一衍射光栅的平面实质上平行且与第一衍射光栅的光栅方向(条带方向)实质上垂直的方向上，相对于第一衍射光栅平移时，使用通过将栅线间距等分所获得的扫描间距来执行多次成像。然后，根据在X射线图像检测器中获得的相应像素的信号值的改变，获取在被照对象处折射的X射线的角度分布(相移的微分像)。基于所获取的角度分布，有可能获得被照对象的相位对比图像。根据X射线相位成像，如上所述，有可能捕捉在X射线吸收图像中看不到的软骨或软组织的图像。因此，有可能通过X射线快速且容易地诊断膝关节炎(约一半老人(约3千万人)被视为具有膝关节炎)、关节疾病(比如，由于运动失调而导致的半月板损伤)、风湿病、跟腱损伤、椎间盘突出以及软组织(比如，乳腺)肿块。因此，希望能够对潜在病人的早期诊断和早期治疗以及医疗护理成本的减少做出贡献。FPD包括光电转换单元和读出电路，每个光电转换单元直接或间接地将X射线转换为电荷，并且每个光电转换单元被提供给每个像素，读出电路读出在相应像素中产生的电荷，并将其转换和输出为数字图像数据。构成图像数据的每个像素的信号值包括由于像素的暗电流或读出电路的温度漂移所引起的偏移量分量。一般而言，执行偏移量校正以移除偏移量分量。专利文献1公开的放射线照相系统也执行针对图像数据的偏移量校正。专利文献1并未具体公开偏移量校正。然而，根据一般的偏移量校正，在成像之前，在不辐照X射线的情况下读出FPD的相应像素，以获得用于校正的数据。该用于校正的数据反映了由于像素的暗电流或读出电路的温度漂移所引起的偏移量。通过从图像数据中减去该用于校正的数据，来执行对通过成像获取的图像数据的偏移量校正。此处，由于像素的暗电流或读出电路的温度漂移所引起的偏移量取决于像素或读出电路的温度。根据条纹扫描法，如上所述，在第二光栅平移预定扫描间距时，连续执行多次成像，在成像期间，像素或读出电路的温度倾向增加，并可能引起偏移量变化。基于X射线的折射角度分布，来产生相位对比图像，X射线的折射角度分布是根据通过多次成像获得的相应像素的信号值的改变来计算的。此时，由X射线的相移/折射率的改变引起的X射线的位置偏差很小(例如大约lym)，x射线的相移/折射率的改变是在X射线穿透被照对象时引起的。同样地，如上所述，在第二光栅平移预定扫描间距时，执行多次成像，且根据在X射线图像检测器中获得的相应像素的信号值的微小改变，通过计算来重构相位对比图像。因此，成像期间的偏移量变化引起在计算折射角度分布时的计算误差。该计算误差降低了相位对比图像的对比度或分辨率，并引起伪像(artifact)，使得诊断和检查准确度严重恶化，在所述伪像中，未充分移除莫尔(干涉)条纹或产生不稳定的非均勻性。类似地，相比于X射线的一般静态图像或相比于不是根据图像的微小改变通过计算来重构图像的运动画面成像，偏移量变化对相位对比图像的影响要高得多。同样地，即使相比于以下执行多次成像的技术，偏移量变化对相位对比图像的上述影响也是非常大的，在所述执行多次成像的技术中，在改变X射线对被照对象的入射角度然后重构图像(比如CT或断层合成)时，很大程度上改变被照对象的图像。原因如下。在相位对比图像中，在平移第二光栅且不改变X射线对被照对象的入射角度时，将由于X射线的相移/折射率改变而引起的X射线微小的位置偏差(例如1 μ m)捕捉为被照对象图像上的莫尔(干涉)叠加。然而，被照对象的图像本身发生微小的改变，使得根据图像之间的微小的图像改变来重构相位对比图像。因此，即使相比于执行重构的图像捕捉(比如根据多个图像来计算重构图像的CT或断层合成，在所述多个图像中，由于X射线的入射角度改变，被照对象的图像发生很大程度上的改变)，在相位对比图像中，微小的图像改变的影响也很大。同样地，在能量减少成像技术中，成像能量在能量减少图像中不同，使得图像之间的被照对象对比度发生很大程度上的改变，所述能量减少成像技术根据具有相同X射线入射角度的不同能量的被照对象图像来重构能量吸收分布，并分离软组织、骨组织等。因此，偏移量变化高度影响相位对比图像。为了移除在成像期间的偏移量变化的影响，可以考虑每次成像时获取用于校正的数据。在该情况下，延长了完成多次成像所需的时间。当被照对象是生物体时，被照对象容易在成像期间移动。特别地，在相对于X射线相位成像执行多次成像时，应当在短时间中执行成像，因为病人一般由于疾病不能长时间保持静止，且因此容易移动。当被照对象在成像期间移动时，在相位对比图像中产生伪像，且对比度和分辨率显著恶化。
发明内容
本发明的目的是充分抑制在成像期间的偏移量变化，且从而改进相位对比图像的质量。根据本发明的一方面，一种放射线照相系统包括第一光栅；第二光栅，具有与放射线图像的图案周期实质上一致的周期，所述放射线图像是由已通过所述第一光栅的放射线形成的；放射线图像检测器，检测由所述第二光栅遮蔽的放射线图像，并输出检测到的放射线图像的图像数据；以及控制单元，执行在第一模式和第二模式之间的切换，在所述第一模式中，在所述第二光栅位于相对于所述放射线图像具有不同相位的相对位置处的情况下，执行多次成像，在所述第二模式中，在没有放射线曝光的情况下驱动所述放射线图像检测器。所述控制单元在所述第二模式中反复驱动所述放射线图像检测器，直到所述放射线图像检测器处于稳定状态，并且所述控制单元在所述放射线图像检测器处于稳定状态之后，转至所述第一模式。使用上述配置，在第二模式下反复驱动放射线图像检测器，使得将放射线图像检测器置于稳定状态下。在放射线图像检测器处于稳定状态下之后，放射线照相系统转至第一模式，以执行多次成像。在稳定状态下，抑制了放射线图像检测器的温度变化和取决于温度的偏移量变化。从而，有可能避免在第一模式下的多次成像期间，从放射线图像检测器输出的图像数据的相应像素的信号值由于偏移量变化而改变，且有可能基于第二光栅的位移，安全地获取相应像素的信号值的改变。从而，有可能改进相位对比图像的质量。
图1是示出了用于说明本发明的说明性实施例的放射线照相系统的配置的示例的视图。图2是图1的放射线照相系统的控制框图。图3是示出了图1的放射线照相系统的放射线图像检测器的配置的视图。图4是图1的放射线照相系统的成像单元的立体图。图5是图1的放射线照相系统的成像单元的侧视图。图6A至6C是分别示出了用于改变因第一和第二光栅的叠加导致的莫尔条纹周期的机构的视图。图7是示出了被照对象对放射线的折射的视图。图8是示出了条纹扫描法的视图。图9是示出了根据条纹扫描的放射线图像检测器的像素信号的图。图10是示出了图1的放射线成像系统中的成像过程的流程图。图11是示出了用于说明本发明的说明性实施例的放射线照相系统的另一示例中的、确定放射线图像检测器的稳定状态的方法的视图。图12是示出了用于说明本发明的说明性实施例的放射线照相系统的配置的另一示例的视图。图13是示出了图10的放射线照相系统的修改后的实施例的配置的视图。图14是示出了用于说明本发明的说明性实施例的放射线照相系统的配置的另一示例的视图。图15是示出了根据用于说明本发明的说明性实施例的放射线照相系统的另一示例的计算处理单元的配置的框图。图16是示出了放射线图像检测器的像素信号的图，用于说明图15所示的放射线照相系统的计算单元中的过程。
具体实施例方式图1示出了用于说明本发明的说明性实施例的放射线照相系统的配置的示例，且图2是图1的放射线照相系统的控制框图。X射线成像系统10是在病人站立时对被照对象(病人)H执行成像的X射线诊断装置，且包括x射线源11，对被照对象H进行X射线辐照；成像单元12，与X射线源11相对，检测来自X射线源11的已穿透被照对象H的X射线，并从而产生图像数据；以及控制台13，基于操作者的操作，控制X射线源11的曝光操作和成像单元12的成像操作，计算通过成像单元12获取的图像数据，并从而产生相位对比图像。通过悬挂在天花板的X射线源保持设备14来保持X射线源11，使得其可以沿上下方向(X方向)移动。通过安装在底部上的直立支架15来保持成像单元12，可以沿上下方向移动成像单元12。X射线源11包括X射线管18，基于X射线源控制单元17的控制，响应于从高压产生器16施加的高压而产生X射线；以及准直仪单元19，具有限制辐照场以屏蔽从X射线管18产生的一部分X射线的可移动准直仪19a，所述一部分射线不对被照对象H的检查区域做出贡献。X射线管18是旋转阳极型射线管，从作为电子发射源(阴极)的丝极(filament，图中未示出)发射电子束，并使该电子束与以预定速度旋转的旋转阳极18a碰撞，从而产生X射线。旋转阳极18a的电子束碰撞部分是X射线焦点18b。X射线源保持设备14包括滑架单元14a，适于通过在天花板上安装的天花板轨道(未示出)在水平方向(ζ方向)上移动；以及多个支柱单元14b，在上下方向上连接。滑架单元Ha具有马达(未示出)，所述马达使支柱单元14b展开和收缩，以在上下方向上改变X射线源11的位置。直立支架15包括主体15a，安装在底部上；以及保持单元15b，保持成像单元12并附接至主体15a以在上下方向上移动。保持单元1 连接至环带15d，环带15d在上下间隔的两个滑轮15c之间延伸，并由马达(未示出)驱动，马达使滑轮15c旋转。控制台13 (稍后将描述)的控制设备20基于操作者的设置操作来控制马达的驱动。同样地，直立支架15具有位置传感器(未示出)，比如电位计，其测量滑轮15c或环带15d的移动量，并从而检测成像单元12在上下方向上的位置。将位置传感器的检测值通过电缆等提供给X射线源保持设备14。X射线源保持设备14基于检测值来展开和收缩支柱单元14b，并从而移动X射线源11，使其跟随成像单元12的垂直移动。控制台13具有控制设备20，控制设备20包括CPU、ROM、RAM等。控制设备20连接到输入设备21、计算处理单元22、存储单元23监视器M以及接口(I/F)25，操作者使用输入设备21输入成像指令及其指令内容；计算处理单元22计算由成像单元12获取的图像数据，并从而产生X射线图像；存储单元23存储X射线图像；监视器M显示X射线图像等；接口(I/F)25经由总线沈连接到X射线成像系统10的相应单元。作为输入设备21，可以使用例如开关、触摸板、鼠标、键盘等。通过操作输入设备21，输入放射线照相条件(比如X射线管电压、X射线辐照时间等)、成像定时等。监视器M由液晶显示器等构成，且在控制设备20的控制下显示诸如放射线照相条件的字符和X射线图像。成像单元12具有平板检测器(FPD) 30，具有半导体电路；以及第一吸收型光栅31和第二吸收型光栅32，检测被照对象H对X射线的相位改变(角度改变)，并执行相位成像。FPD 30具有被布置为与从X射线源11辐照的X射线的光轴A相正交的检测面。如下面具体描述的，第一和第二吸收型光栅31、32被布置在FPD 30和X射线源11之间。同样地，成像单元12具有扫描机构33，其在上下(X方向)平移第二吸收型光栅32，并从而改变第二吸收型光栅32与第一吸收型光栅31的相对位置关系。扫描机构33由例如致动器(比如，压电设备)构成。图3示出了在图1的放射线照相系统中包括的放射线图像检测器的配置。作为放射线图像检测器的FPD 30包括图像接收单元41，具有将X射线转换为电荷并蓄积该电荷的多个像素40，该多个像素40在xy方向上被二维布置在有源矩阵基板上；扫描电路42，控制从图像接收单元41中读出电荷的定时；读出电路43，读出在相应像素40中蓄积的电荷，并将电荷转化和存储在图像数据中；以及数据发送电路44，将图像数据通过控制台13的I/F 25发送到计算处理单元22。同样地，通过每行中的扫描线45将扫描电路42和相应的像素40相连，且通过每列中的信号线46将读出电路43和相应的像素40相连。每个像素40可以被配置为直接转换型单元，利用由非晶硒等制成的转换层(未示出)将X射线直接转换为电荷，并在连接到下电极的电容器(未示出)中蓄积该转换后的电荷。每个像素40连接有TFT (TFT 薄膜晶体管)开关(未示出)，且TFT开关的栅极连接到扫描线45，源极连接到电容器，且漏极连接到信号线46。当通过来自信号线46的驱动脉冲接通TFT开关时，将电容器中蓄积的电荷读出到信号线46。同时，每个像素40还可以被配置为间接转换型的X射线检测单元，其使用由铽掺杂钆硫氧化物(terbium-doped gadolinium oxysulfide (Gd2O2S: Tb))、铊掺杂碘化铯(thallium-doped cesium iodide (CsI Tl)等制成的闪烁器(未示出)将X射线转换为可见光，并用光电二极管(未示出)将转换后的可见光转换为电荷并加以蓄积。同样地，X射线图像检测器不限于基于TFT面板的FPD。例如，还可以使用基于固体成像设备(比如CXD传感器、CMOS传感器等等)的各种X射线图像检测器。读出电路43包括未示出的积分放大电路、A/D转换器、校正电路和图像存储器。积分放大电路对从相应像素40通过信号线46输出的电荷进行积分并转换为电压信号(图像信号)，并将其输入A/D转换器。A/D转换器将输入的图像信号转换为数字图像数据，并将其输入到校正电路。校正电路对图像数据执行例如偏移量校正、增益校正以及线性校正，并在图像存储器中存储校正后的图像数据。同时，校正电路的校正过程可以包括对X射线的曝光量和曝光分布(所谓的遮光(shading))的校正、取决于FPD 30的控制条件(驱动频率、读出周期等等)的图形噪声(例如TFT开关的泄漏信号)的校正等等。图4和5示出了图1的放射线照相系统的成像单元。第一吸收型光栅31具有基板31a和布置在基板31a上的多个X射线屏蔽单元31b。类似地，第二吸收型光栅32具有基板3 和布置在基板3 上的多个X射线屏蔽单元32b。基板31a、3h由射线可穿透的元件(例如玻璃)构成，X射线穿透这些射线可穿透的元件。X射线屏蔽单元31b、32b由线性元件构成，该线性元件在平面内的一个方向上(在所示示例中，与X和Z方向正交的y方向上)延伸，所述一个方向与从X射线源11辐照的X射线的光轴A正交。作为相应X射线屏蔽单元31b、32b的材料，具有极佳的X射线吸收能力的材料是优选的。例如，诸如金、钼等的重金属是优选的。可以通过金属电镀或沉积方法来形成X射线屏蔽单元31b、32b。X射线屏蔽单元31b被布置在与X射线的光轴A正交的平面内，且在与所述一个方向正交的方向(X方向)上具有恒定间距P1和预定间隔屯。类似地，X射线屏蔽单元32b被布置在与X射线的光轴A正交的平面内，且在与所述一个方向正交的(χ方向)上具有恒定间距P2和预定间隔d2。由于第一和第二吸收型光栅31、32提供了具有强度差异而不是相位差异的入射X射线，也将它们称作振幅型光栅。同时，缝(slit)(间隔Cl1或屯的区域)可以不是空的。例如，可以用X射线低吸收材料(比如高分子或轻金属)来填充该空隙。无论Talbot干涉效应如何，第一和第二吸收型光栅31、32适于对已通过缝的X射线进行几何投影。具体地，将间隔dp d2设置为充分大于从X射线源11辐照的X射线的峰值波长，使得在辐照的X射线中包括的大部分X射线能够透过缝，同时保持其线性，而不在缝中发生衍射。例如，在旋转阳极18a由钨制成且管电压是50kV时，X射线的峰值波长约为0.4 A。在该情况下，当间隔dl、d2被设置为约1至10 μ m时，将大部分X射线几何投影到缝中，而不发生衍射。由于从X射线源11辐照的X射线是以X射线焦点18b作为发射点的锥形束，而不是平行束，因此与到X射线焦点18b的距离成比例地放大已通过第一吸收型光栅31且被投影的投影像(下文中，称作Gl像)。确定第二吸收型光栅32的栅线间距P2和间隔d2，使得缝与Gl像在第二吸收型光栅32的位置处的明亮部分的周期性图案实质一致。即，当从X射线焦点18b到第一吸收型光栅31的距离是L1,且从第一吸收型光栅31到第二吸收型光栅32的距离是L2时，确定栅线间距P2和间隔d2，以满足以下公式(1)和(2)。[公式1]
权利要求
1.一种放射线照相系统，包括第一光栅；第二光栅，具有与放射线图像的图案周期实质上一致的周期，所述放射线图像是由已通过所述第一光栅的放射线形成的；放射线图像检测器，检测由所述第二光栅遮蔽后的放射线图像，并输出检测到的放射线图像的图像数据；以及控制单元，执行在第一模式和第二模式之间的切换，在所述第一模式中，在所述第二光栅被定位在与所述放射线图像具有不同相位的相对位置处的情况下，执行多次成像，在所述第二模式中，在没有放射线曝光的情况下驱动所述放射线图像检测器，其中，所述控制单元以所述第二模式反复驱动所述放射线图像检测器，直到所述放射线图像检测器处于稳定状态，并且所述控制单元在所述放射线图像检测器处于稳定状态之后，转至所述第一模式。
2.根据权利要求1所述的放射线照相系统，其中所述控制单元基于所述放射线图像检测器的输出电路单元的温度，来确定所述放射线图像检测器是否处于稳定状态，所述输出电路单元输出所述图像数据。
3.根据权利要求2所述的放射线照相系统，其中当在驱动所述放射线图像检测器之前和之后的所述输出电路单元的温度差小于或等于预设阈值时，所述控制单元确定所述放射线图像检测器处于稳定状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的放射线照相系统，其中所述控制单元基于构成所述图像数据的一个或多个像素的信号值，确定所述放射线图像检测器是否处于稳定状态。
5.根据权利要求4所述的放射线照相系统，其中所述控制单元在所述一个或多个像素的信号值的变化率小于或等于预设阈值时，确定所述放射线图像检测器处于稳定状态。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的放射线照相系统，其中，在所述第二模式中所述放射线图像检测器的驱动频率高于在所述第一模式中所述放射线图像检测器的驱动频率。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的放射线照相系统，其中，在所述第二模式中所述放射线图像检测器的驱动电压高于在所述第一模式中所述放射线图像检测器的驱动电压。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的放射线照相系统，还包括计算处理单元，根据在所述第一模式中所述放射线图像检测器获取的多个图像数据，计算入射到所述放射线图像检测器上的放射线的折射角度分布，以及基于所述折射角度分布，产生相位对比图像。
9.根据权利要求8所述的放射线照相系统，还包括校正单元，针对在所述第一模式中由所述放射线图像检测器获取的多个图像数据中的每个图像数据，执行偏移量校正，其中，所述校正单元基于用于校正的公共数据，针对所述多个图像数据中的每个图像数据执行偏移量校正。
10.根据权利要求9所述的放射线照相系统，其中，所述计算处理单元根据由所述校正单元进行了偏移量校正的多个图像数据，产生吸收图像。
全文摘要
一种放射线照相系统包括第一光栅；第二光栅，具有与放射线图像的图案周期实质上一致的周期，所述放射线图像是由已通过所述第一光栅的放射线形成的；放射线图像检测器，检测由所述第二光栅遮蔽的放射线图像，并输出检测到的放射线图像的图像数据；以及控制单元，执行在第一模式和第二模式之间的切换，在所述第一模式中，在所述第二光栅位于相对于所述放射线图像具有不同相位的相对位置处的情况下，执行多次成像，在所述第二模式中，在没有放射线曝光的情况下驱动所述放射线图像检测器。所述控制单元在所述第二模式中反复驱动所述放射线图像检测器，直到所述放射线图像检测器处于稳定状态，并且所述控制单元在所述放射线图像检测器处于稳定状态之后，转至所述第一模式。
文档编号A61B6/00GK102551764SQ201110402328
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月30日 优先权日2010年12月7日
发明者岩切直人 申请人:富士胶片株式会社