专利名称：X射线成像设备和x射线成像方法
技术领域：
本发明涉及使用χ射线的χ射线成像设备和χ射线成像方法。
背景技术：
使用X射线的非破坏性测试技术被广泛用于工业乃至医疗中。X射线是具有在约 Ipm IOnm(约10_12 10_8m)的范围内的波长的电磁波。具有短波长的X射线(大于约 2keV)为称为“硬X射线”。相反，具有长波长的X射线(约0. IkeV ^eV)为称为“软X 射线”。吸收对比方法被用于例如钢材料的内部裂纹检查和诸如行李检查的安全应用。与此相反，对于低密度的要被检查的物体，由于X射线的吸收导致的衬度小至可忽略不计。因此，对于这种物体，检测由检测物体导致的相位的变化的X射线相位成像方法是有利的。多种X射线相位成像方法中的一种是在PTLl中描述的折射对比方法。折射对比方法利用由检测物体引起的X射线的相位偏移所导致的折射效果。在折射对比方法中，使用具有微焦点的X射线源，并且，检测物体和检测器之间的距离被设为大。因此，图像被捕获。根据折射对比方法，通过使用由检测物体导致的X射线的折射效果增强检测物体的图像的轮廓。另外，由于折射对比方法利用折射效果，因此，与其它的X射线相位成像方法不同，折射对比方法不必须需要诸如同步放射线的具有高干涉特性的X射线。引文列表专利文献PTL 1 日本专利公开 No. 2002-102215
发明内容
技术问题但是，在PTLl所描述的折射对比方法中，由检测物体导致的折射效果中的X射线的折射角度明显小。因此，为了获得具有增强的轮廓的图像，检测物体和检测器之间的距离需要足够大。作为结果，当使用在PTLl中描述的方法时，设备的尺寸增加。因此，本发明提供了能够解决折射对比方法的问题的X射线成像设备和X射线成像方法。问题的解决方案根据本发明的实施例，X射线成像设备包括被配置为空间分离由X射线产生器单元产生的X射线的分离元件；包含布置于其中的多个第一闪烁体的闪烁体阵列，这里，使得分离的X射线入射到第一闪烁体上；和被配置为检测从闪烁体阵列发射的荧光的强度的检测器。第一闪烁体中的每一个被配置为具有荧光发射强度梯度，其中由X射线引起的荧光的强度根据X射线的入射位置改变。本发明的有利效果根据本发明，可以提供能够解决折射对比方法的问题的X射线成像设备和X射线成像方法。
图1示出根据本发明的第一实施例的X射线成像设备的示例性配置。图2是根据本发明的第一实施例的闪烁体阵列的一部分的示意图。图3示出根据本发明的第二实施例的X射线成像设备的示例性配置。图4是根据本发明的第二实施例的闪烁体阵列的一部分的示意图。图5是根据本发明的第二实施例的计算过程的流程图。图6是根据本发明的第三实施例的闪烁体阵列的一部分的示意图。图7示出根据本实施例的第四实施例的计算断层照相法(CT)。图8是根据本实施例的第四实施例的计算过程的流程图。图9是根据本发明的第五实施例的闪烁体阵列的一部分的示意图。图10根据本发明的第五实施例的检测物体的吸收效果的示意图。图11是根据本发明的第五实施例的计算过程的流程图。图12是根据本发明的第六实施例的闪烁体阵列的一部分的示意图。图13是根据本发明的第六实施例的计算过程的流程图。图14示出根据本发明的第一例子的X射线成像设备的示例性配置。图15示出根据本发明的第二例子的X射线成像设备的示例性配置。图16是根据本发明的第三例子的闪烁体阵列的一部分的示意图。图17是在X射线透过物质时出现的X射线的折射的示意图。
具体实施例方式根据本发明的实施例，通过使用具有多个具有荧光发射强度梯度的闪烁体的闪烁体阵列，获取关于由折射效果导致的强度分布变化和位置变化的信息。如这里使用的那样， 术语“具有荧光发射强度梯度的闪烁体”指的是其荧光发射强度根据X射线的入射位置以连续的方式改变的闪烁体(第一闪烁体)。这种闪烁体可通过使得其形状以连续的方式或以阶段(stepwise)的方式改变而被制成。作为替代方案，可通过使单位体积的荧光发射强度以连续或阶段的方式改变，制成这种闪烁体。注意，以下，在一些情况下，术语“连续方式” 包含“阶段方式”的意思。另外，如果考虑检测物体的吸收需要相位偏移的更精确的信息，则可以使用沿入射X射线移动的方向具有恒定的荧光发射强度的闪烁体(第二闪烁体)。在下文参照第五实施例更详细地描述这种闪烁体。作为替代方案，如果考虑检测物体的吸收需要相位偏移的更精确的信息，则可以使用沿入射X射线的移动方向具有荧光发射强度的不同的变化或荧光发射强度的不同的增加和减小趋势的闪烁体(第三闪烁体)。在下文参照第六实施例更详细地描述这种闪烁体。以下描述根据本发明的示例性实施例的X射线成像设备和X射线成像方法。第一实施例根据第一实施例，描述通过使用X射线的相位偏移捕获图像的X射线成像设备的示例性配置。图17是在X射线透过物质时出现的X射线的折射的示意图。关于物质的X射线的折射率比1稍低。因此，在图17所示的情况下，在物质1702与空的空间之间的边界处进入物质1702的X射线1706沿离开物质1702向外的方向折射。此时，在物质的边界处折射的 X射线1706与在物质1702外侧行进的X射线1701重叠，并且X射线的强度在检测器1704 上增加。相反，折射的X射线的沿入射X射线的延长线的部分的强度降低。作为结果，如图 17所示，获得的透过X射线强度分布1703具有物质1702的增强轮廓。在这种情况下，X射线的折射角度θ明显小。因此，由于检测器的小的像素尺寸， 因此，除非物质与检测器之间的距离被设为大，否则，难以检测到轮廓的增强。因此，在PTLl 描述的折射对比方法中，为了检测到轮廓的增强，检测物体和检测器被设置使得其间的距离足够大，并且图像被放大。因此，设备的尺寸增加。S卩，如果检测物体和检测器之间的距离小，则检测器1704的像素1705的尺寸比透过X射线强度分布1703的强弱图案大。因此，在像素内，强图案和弱图案的强度抵消。因此，不能获得具有增强的轮廓的图像。因此，为了即使在检测物体和检测器之间的距离被设为小时也充分地获得X射线的相位偏移信息，本实施例使用具有荧光发射强度梯度的闪烁体。图1示出根据本实施例的X射线成像设备的示例性配置。通过X射线源101产生X射线。X射线的相位由检测物体104改变。结果，X射线被折射。使得折射的X射线入射到闪烁体阵列105上。闪烁体阵列105由于入射的X射线产生荧光。检测器106检测从闪烁体阵列105的闪烁体中的每一个发射的荧光的强度。关于通过检测器106获得的X射线的信息被输出到诸如监视器的显示单元108。检测物体104的例子包括人体、非有机材料和非有机/有机复合材料。注意，为了移动检测物体104，可附加地设置移动单元(未示出)。由于可通过移动单元适当地移动检测物体104，因此可获得检测物体104的希望的部分的图像。作为检测器106，可以使用各种光检测器。例如，对于紫外光或可见光选择诸如使用Si的CCD图像传感器或CMOS图像传感器的固态成像元件。另外，对于红外光选择使用诸如MSb或CdHgTe的化合物半导体的固态成像元件。检测器106可被设置成接近闪烁体阵列105。作为替代方案，检测器106可被设置成与闪烁体阵列105分开预定的距离。作为另一替代方案，闪烁体阵列105可被集成到检测器106中。注意，当使用单色X射线时，可在X射线源101和检测物体104之间设置单色化单元2。作为单色化单元2，可以使用与狭缝或X射线多层反射镜组合的单色仪。下面描述闪烁体阵列105。图2是闪烁体阵列105的一部分的示意图。闪烁体阵列105包含布置在其中的多个闪烁体204。多个闪烁体204中的每一个具有沿与入射的X 射线垂直的方向(-X方向)具有增加的厚度的三角柱形状。闪烁体204的这种结构提供了导致荧光发射强度根据X射线的入射位置沿X方向改变的荧光发射强度梯度。注意，可通过将平面的闪烁体加工成布置的闪烁体204来制成闪烁体阵列105。在图2中，示出基准X射线强度分布201。基准X射线强度分布201是当不设定检测物体104时入射到闪烁体204上的X射线的强度分布。另外，示出X射线强度分布202。 X射线强度分布202是由于折射而改变的X射线的强度的分布，当设定检测物体104时该X射线的强度入射到闪烁体204上。只要积分强度相同，不管入射到检测器的任一个像素上的X射线的强度分布如何，检测到的荧光发射强度都相同。但是，如果设置具有根据X射线的入射位置沿X方向改变的荧光发射强度的闪烁体204，则由于由检测物体104导致的X射线的折射所导致的X射线强度分布的变化可被转换成荧光发射强度分布的变化。例如，在图2中，如果X射线强度分布202的具有增加的强度的一部分向上偏移，则荧光强度降低。相反，如果X射线强度分布202的具有增加的强度的一部分向下偏移，则荧光强度增加。因此，通过比较当不设定检测物体104时所检测到的荧光强度与当设定检测物体104时所检测到的荧光强度，即使轻微的折射效果也可被检测到。由于通过使用这种配置即使检测器106的像素中的荧光发射强度分布的轻微变化也可被检测，因此，可使得检测物体104和检测器106之间的距离小。因此，可实现设备的小型化。另外，如果使用检测物体104和检测器106之间的距离大的配置，则由更轻微的折射效果导致的荧光发射强度分布的变化可被检测到。并且，由于该方法为了检测相位偏移而使用X射线折射效果，因此可不需要具有高的相干性的X射线。虽然参照分别具有相同的有效荧光发射强度并具有以连续的方式改变的形状的闪烁体描述了以上的配置，但是，可以使用具有荧光发射强度梯度使得由X射线导致的荧光发射强度沿给定的方向改变的任何闪烁体。例如，如图4所示，在根据本实施例的X射线成像设备中可以使用具有每单位面积改变的荧光发射强度分布(照射相同的量的X射线时出现的荧光发射强度)的闪烁体。可通过改变闪烁体的密度分布或闪烁体中的掺杂剂的密度分布获得这种荧光发射强度分布。注意，图2所示的沿X方向的荧光发射强度分布也被称为“沿与入射的X射线垂直的方向的荧光发射强度分布”。荧光发射强度梯度不需要如图2所示的那样是连续的，而可以阶段式改变。例如， 闪烁体的形状可以以阶段的方式改变，或者，闪烁体的荧光发射强度分布可以阶段式改变。另外，闪烁体的荧光发射强度梯度可具有多个方向。例如，如果在单个闪烁体中提供X方向的荧光发射强度梯度和Y方向的荧光发射强度梯度，则可以测量两个维度的方向的相位梯度。这种形状的例子包括角锥形或圆锥。作为替代方案，可通过使用这样的闪烁体阵列测量两个维度的方向的相位梯度， 在该闪烁体阵列的平面上交替布置具有X方向的梯度的闪烁体和具有Y方向的梯度的闪烁体。作为又一替代方案，可以使用在具有X方向的梯度的闪烁体上层叠具有Y方向的梯度的闪烁体的闪烁体阵列。即，可以在第一层中设置具有X方向的梯度的闪烁体阵列，并且，可以在第二层中设置具有Y方向的梯度的闪烁体。作为又一替代方案，为了防止图像由于从检测物体104输出的散射X射线变模糊，可以在闪烁体阵列105和检测器106之间设置用于X射线机的格栅。第二实施例(包括分离元件的配置的例子)在本发明的第二实施例中，描述了从X射线的相位偏移获得相位图像的X射线成像设备和方法。第二实施例与第一实施例的不同在于，第二实施例包括分离X射线的元件。图3示出根据本实施例的X射线成像设备。从X射线源301发射的X射线在空间上通过分离元件303被分离。S卩，已穿过分离元件303的X射线形成X射线的射束。分离元件303可具有带有线和空间的狭缝阵列形状或二维配置的孔。另外，在分离元件303中形成的狭缝不需要完全穿过基板。分离元件 303的材料可选自具有高的X射线吸收系数的Pt、Au、Pb、Ta和W。作为替代方案，可以使用这些材料中的任一种的合金。通过分离元件303分离的X射线的线和空间的周期大于等于检测器306的像素的尺寸。即，检测由于X射线而发射的荧光的强度的检测器306的像素的尺寸小于等于通过分离元件303分离的X射线的周期。通过分离元件303空间分离的X射线通过检测物体304被折射。经折射的X射线中的每一个入射到闪烁体阵列305上。X射线通过闪烁体阵列305被转换成荧光，并且，各荧光的强度通过检测器306被检测到。通过计算单元307数学处理关于通过检测器306获得的荧光的信息，并且在诸如监视器的显示单元308上显示结果。另外，希望检测器306通过使用诸如透镜或反射镜的光学部件与闪烁体阵列305 连接。通过组合这些光学部件与闪烁体阵列305和检测器306，可以防止透过闪烁体阵列 305的X射线和散射的X射线入射到检测器306上。因此，可以增加检测数据的S/N比。注意，为了精确地测量由检测物体304的存在导致的X射线的位置的变化，可通过使用纤维板将闪烁体和检测器集成在一起。另外，由例如步进马达形成分别用于移动分离元件303、检测物体304和闪烁体阵列305的移动单元309、310和311。因此，可以根据需要移动检测物体304。因此，可以捕获检测物体304的特定部分的图像。注意，单色化单元302、检测物体304、闪烁体阵列305、 检测器306和格栅可由在第一实施例中使用的那些形成。下面更详细地描述闪烁体阵列305。图4示出根据本实施例的闪烁体阵列。在图4中，示出基准X射线401 (当不设定检测物体304时行进的X射线)的光路和被检测物体304折射的X射线402的光路。另外， 示出闪烁体阵列403、闪烁体404和由于X射线而从闪烁体404发射的荧光405。闪烁体404由当闪烁体404被X射线照射时发射荧光405的材料形成。闪烁体 404具有沿图4所示的元件内的X方向连续改变的荧光405的荧光发射强度分布。图4的右侧表示闪烁体404沿X方向具有连续的荧光发射强度分布。例如，可以使用NaI (Tl掺杂),CsI (Tl或Na掺杂),LSO(Ce掺杂),YAP(Ce掺杂) 或GS0(Ce掺杂)作为发光材料。通过改变闪烁体404的荧光发射材料的浓度，可以提供具有梯度的荧光发射强度分布。作为替代方案，通过改变有助于荧光发射的掺杂剂的量，可以提供荧光发射强度梯度。以这种方式，如图4所示，可以产生关于X射线的入射位置的荧光 405的荧光发射强度(J(X))。如果闪烁体404的荧光发射强度梯度是已知的，则可通过使用关于基准X射线401 和X射线402的荧光强度之间的关系计算由折射导致的X射线的位置的变化(ΔΧ)。为了计算位置的变化(ΔΧ)，可以在计算单元307或存储单元中预存储表示闪烁体404上的X射线的入射位置(X)与荧光发射强度(J(X))之间的相应关系的数据表。然后，可通过使用测量的荧光强度计算位置的变化(△ X)。可从通过在不设定检测物体304时扫描分离元件303或闪烁体阵列305、即改变入射到闪烁体404上的X射线的位置所获取的数据产生这种数据表。当产生数据表时，可通过使用具有与分离元件303的狭缝宽度相同的宽度的单个狭缝而不是移动分离元件303，检测闪烁体404的各位置处的荧光发射强度。下面描述根据本实施例的用于由计算单元307执行的计算的示例性方法。图5是计算过程的流程图。首先，在步骤SlOO中，获取关于从闪烁体阵列305发射的荧光的强度信息。随后，在步骤SlOl中，通过使用关于由于各X射线而发射的荧光的强度信息，计算各X射线关于基准X射线401的位置的变化(ΔΧ)。例如，通过参照预先产生的闪烁体 404的各位置处的荧光发射强度(J(X))的数据库和实际测量的强度信息，计算位置的变化 (ΔΧ)。在步骤S102中，计算各X射线的折射角度(Δ θ )。通过使用位置的变化(Δ X)和检测物体304与闪烁体阵列305之间的距离Ζ，各X射线的折射角度(Δ θ )可被表达如下。[数学1]
权利要求
1.一种用于获取由检测物体导致的X射线的相位偏移信息的X射线成像设备，包括分离元件，被配置用于在空间上分离由X射线产生器单元产生的X射线；闪烁体阵列，包含布置于其中的多个第一闪烁体，经分离的X射线入射到第一闪烁体上；以及检测器，被配置用于检测从闪烁体阵列发射的荧光的强度，其中，每一个第一闪烁体被配置成使得由X射线引起的荧光的强度根据X射线的入射位置而改变。
2.根据权利要求1的X射线成像设备，还包括计算单元，被配置用于通过使用由所述检测器检测到的荧光发射强度信息计算所述检测物体的微分相位图像和相位图像中的一个。
3.根据权利要求1或2的X射线成像设备，其中，每一个第一闪烁体具有沿与入射的X 射线垂直的方向连续改变的厚度。
4.根据权利要求1 3中的任一项的X射线成像设备，其中，对于每一个第一闪烁体， 该第一闪烁体的每单位体积的荧光发射强度沿与入射的X射线垂直的方向连续改变。
5.根据权利要求1 4中的任一项的X射线成像设备，其中，所述闪烁体阵列包含沿同一面内方向的第一闪烁体和第二闪烁体，并且，不管X射线的入射位置如何，每一个第二闪烁体具有恒定的荧光发射强度。
6.根据权利要求5的X射线成像设备，其中，每一个第二闪烁体沿与入射的X射线垂直的方向具有均勻的厚度。
7.根据权利要求5的X射线成像设备，其中，每一个第二闪烁体沿与入射的X射线垂直的方向具有恒定的每单位体积的荧光发射强度。
8.根据权利要求1 4中的任一项的X射线成像设备，其中，闪烁体阵列包含第一闪烁体和第三闪烁体，所述第一闪烁体和第三闪烁体均被配置为使得其的由X射线引起的荧光发射强度根据X射线的入射位置改变，并且，第一闪烁体和第三闪烁体关于入射的X射线的移动方向具有不同的荧光发射强度的变化或不同的荧光发射强度的增减趋势。
9.根据权利要求1 8中的任一项的X射线成像设备，还包括移动单元，被配置用于以同步的方式移动闪烁体阵列和检测器。
10.一种用于X射线成像设备的X射线成像方法，包括以下的步骤空间分离X射线；和通过使用闪烁体阵列从荧光发射强度分布获取由检测物体导致的X射线的相位偏移信息，所述闪烁体阵列包含布置于其中的多个闪烁体，由X射线引起的每一个闪烁体的荧光发射强度根据X射线的入射位置改变。
11.一种X射线成像设备，包括闪烁体阵列，包含布置于其中的多个闪烁体，每一个闪烁体根据当X射线透过检测物体时导致的X射线的强度分布的变化而改变由X射线引起的荧光的强度；和检测器，被配置用于检测从闪烁体阵列发射的荧光的强度。
12.一种用于X射线成像设备的X射线成像方法，包括以下的步骤通过使用闪烁体阵列检测从所述闪烁体阵列发射的荧光的强度，所述闪烁体阵列包含布置于其中的多个闪烁体，对于每一个闪烁体，由X射线引起的荧光的强度根据X射线透过检测物体时的X射线的强度分布的变化而改变。
全文摘要
提供X射线成像设备和用于X射线成像设备的X射线成像方法。X射线成像设备包括被配置为空间分离由X射线产生器单元产生的X射线的分离元件和包含布置于其中的多个第一闪烁体的闪烁体阵列，这里，使得分离的X射线入射到第一闪烁体上。第一闪烁体中的每一个被配置为根据X射线的入射位置改变由X射线引起的荧光的强度。X射线成像设备还包括被配置为检测从闪烁体阵列发射的荧光的强度的检测器。
文档编号G01T1/202GK102472823SQ201080032288
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月23日 优先权日2009年7月24日
发明者向出大平, 渡边壮俊, 福田一德, 高田一广 申请人:佳能株式会社