专利名称：X射线成像装置和x射线成像方法
技术领域：
本发明涉及一种使用X射线的图像拾取装置和成像方法。
背景技术：
使用放射线的无损检测用于从工业用途到医学用途的大范围领域中。例如，X射线是具有大约Ipm至IOnm (10_12m至10_8m)的范围内的波长的电磁波。在这样的X射线之中，具有较短波长的那些X射线被称为硬X射线，具有较长波长的那些X射线被称为软X射线。使用透射通过测试对象的X射线的透射率差的吸收率对比度方法通过将高穿透力的X射线应用于使用该方法获取的吸收率图像中而在安全相关领域中投入实际使用，所 述安全相关领域诸如对钢铁执行的内部裂纹检查和行李检查。对于由具有类似密度并且具有较小的因X射线吸收而引起的对比度的材料构成的测试对象，检测由于测试对象而导致的X射线相位偏移的X射线相位对比度成像是有效的。作为一种类型的X射线相位对比度成像，在PTL I中公开了使用分离元件分割X射线束并且包括在检测器中的像素的边缘(像素边界)处阻挡X射线束的掩模的X射线成像装置。在该装置中，当测试对象不存在时，单元被设置为使得X射线束入射在X射线屏蔽掩模的一部分上。然后，当部署了测试对象时，X射线束在测试对象处折射，并且入射在X射线屏蔽掩模上的X射线束的位置改变。因为被X射线屏蔽掩模阻挡的X射线量响应于该X射线束的位移量而改变，所以测试对象处的折射可被检测为X射线强度的改变。结果，可检测到由于测试对象而导致的X射线相位偏移。引文列表专利文献PTL I 国际公开 No. 2008-02910
发明内容
技术问题关于PTL I中所述的X射线成像装置，阻挡X射线的掩模设置在检测器的每个像素中。然而，当考虑X射线通过对象的透射率时，必须使用诸如金和钼的重元素作为掩模的材料,因此生产成本提高。PTL I中所述的X射线成像装置中所使用的掩模必须具有高的长宽比，以确保遮光能力。然而，这样的高长宽比的掩模难以制造。掩模壁处的X射线扩散会影响图像质量。因此，本发明提供一种X射线成像装置和X射线成像方法，其不使用X射线屏蔽掩模，并且将X射线束在测试对象处的折射检测为X射线强度的改变。问题的解决方案根据本发明的X射线成像装置包括分离元件，其被配置为对从X射线源发射的X射线进行空间分割；闪烁器，其被配置为当在所述分离元件处被分割的分割X射线束入射在所述闪烁器上时发射光；光透射限制单元，其被配置为限制从所述闪烁器发射的光的透射量；和多个光检测器，每个光检测器被配置为检测透射通过所述光透射限制单元的光量，其中，所述光透射限制单元被配置为使得在每个光检测器处检测到的光强度响应于所述X射线束的入射位置的改变而改变。根据本发明的X射线成像方法包括以下步骤对从X射线源发射的X射线进行空间分割；当空间分割的X射线束入射在闪烁器上时，发射光；使用光透射限制单元来获取关于由于测试对象而导致的X射线束相位偏移的信息，所述光透射限制单元被配置为使得在每个光检测器处检测到的光强度响应于所述X射线束的入射位置的改变而改变。本发明的有益效果本发明提供一种X射线成像装置和X射线成像方法，其不使用X射线屏蔽掩模，并且将X射线束在测试对象处的折射检测为X射线强度的改变。·
图I是根据本发明的第一实施例、第二实施例、第三实施例、第四实施例、第五实施例和第六实施例的X射线成像装置的示意图。图2是根据本发明的第一实施例的检测单元的示意图。图3是示出根据本发明的第一实施例和第二实施例的由计算单元执行的处理的流程图。图4是根据本发明的第二实施例的检测单元的示意图。图5是根据本发明的第三实施例的遮光单元的示意图。图6是示出根据本发明的第三实施例、第四实施例、第五实施例和第六实施例的由计算单元执行的处理的流程图。图7是根据本发明第四实施例的遮光单元的示意图。图8是根据本发明的第五实施例的检测单元的示意图。图9是根据本发明的第六实施例的检测单元的示意图。图10是根据本发明的第七实施例的X射线成像装置的示意图。图11是根据本发明的第八实施例的X射线成像装置的示意图。图12示出在对象处折射的X射线束。图13是根据本发明的第八实施例的检测单元的示意图。
具体实施例方式根据本发明的实施例的X射线成像装置被配置为基于当X射线束透射通过测试对象时所发生的X射线位移量或X射线强度分布的改变来获取X射线相位偏移信息。这样的X射线成像装置的配置被设置为使得当使用由于测试对象而导致的X射线束中的相位偏移时X射线束移动的检测范围和X射线强度分布的改变是足够的。具体地讲，限制从闪烁器发射的光透射的量的光透射限制单元用于检测由于X射线束在测试对象处的折射而导致的微小的X射线位移或微小的X射线强度分布改变。光透射限制单元例如为具有用于阻挡从闪烁器发射的光的一部分的遮光掩膜的遮光单元或具有使光衰减的滤光器的光衰减单元。这样的遮光单元和光衰减单元能够基于入射X射线的位移或X射线强度分布的改变来改变透射通过与单个像素对应的区域的光量。因此，通过检测已通过遮光单元或光衰减单元的光量，可获取与入射X射线束的位移和强度分布的改变相关联的信息。如第三实施例中所述，检测X射线移动方向上的不同的每单位长度光强度改变量的、具有两种不同类型的遮光掩模的遮光单元可用于获取考虑测试对象的X射线吸收率信息(透射率)的微分相位对比度图像等。例如，可使用第一遮光掩模和第二遮光掩模，当X射线入射位置沿预先确定的方向移动时，所述第一遮光掩模透射更多量的光，所述第二遮光掩模透射更少量的光。在这样的情况下，期望包含第一遮光掩模的第一区域和包含第二遮光掩模的第二区域彼此邻接。如第四实施例中所述，包括包含遮光掩模的第一区域和不包含遮光掩模的第二区域的遮光单元可用于获取考虑测试对象的X射线吸收率信息(透射率)的微分相位对比度图像等。在这样的情况下，期望第一区域和第二区域彼此邻接。 如第五实施例中所述，对其遮蔽入射光的一部分的第一检测像素和不对其遮蔽入射光的第二检测像素可用于获取考虑测试对象的X射线吸收率信息(透射率)的微分相位对比度图像等。如第六实施例中所述，提供X射线束移动方向上的不同的每单位位移的检测光强度改变的、包括包含两种不同类型的滤光器的区域的光衰减单元可用于获取考虑测试对象的X射线吸收率信息(透射率)的微分相位对比度图像等。例如，第一滤光器被配置为使得当X射线入射位置沿预先确定的方向移动时透光率增大，而第二滤光器被配置为使得透光率减小。在这样的情况下，期望包含第一滤光器的第一区域和包含第二滤光器的第二区域彼此邻接。如第七实施例中所述，包括包含滤光器的第一区域和不包含滤光器的第二区域的光衰减单元可用于获取考虑测试对象的X射线吸收率信息(透射率)的微分相位对比度图像等。在这种情况下，期望第一区域和第二区域彼此邻接。以下将参照附图详细描述实施例。第一实施例使用光衰减单元的X射线成像装置和成像方法将参照图I来描述获取与测试对象中的相位偏移相关联的图像(比如，微分相位对比度图像和相位对比度图像)的X射线成像装置。如图I所示，根据本实施例的X射线成像装置包括分离元件103、测试对象104和检测单元105，分离元件103设置在从X射线源101发射的X射线束的光路上。另外，可提供移动分离元件103、测试对象104和检测单元105的输送单元108、109和110，诸如步进马达。例如，因为可使用输送单元109适当地移动测试对象104，所以可获取测试对象104的特定部分的图像。在X射线源101处产生的X射线在分离元件103处被空间分割。具体地讲，分离元件103用作PTL I中所述的具有多个孔径的采样掩模，并且透射通过分离元件103的X射线形成X射线通量。分离元件103例如为具有线条和空间的狭缝阵列。作为替代，分离元件103可以是针孔阵列。X射线束透射通过的区域可以被一维或两维地布置。
分离元件103中的狭缝可以不穿透分离元件的基板，只要X射线透射通过即可。分离元件103的材料可选自具有高X射线吸收率的材料，诸如Pt、Au、Pb、Ta或W。该材料可以替代地为含有这些材料的化合物。被分离元件103分割并且入射在检测单元105的位置上的X射线的线条和空间图案的间隔大于检测单元105的像素尺寸。具体地讲，检测单元105中所包括的像素的尺寸小于在分离元件103处被分割并且投射在检测单元105上的X射线的空间间隔。通过分离元件103处的空间分割而获得的X射线束的相位由于测试对象104而偏移，并且X射线束被折射。检测单元105检测折射的X射线束。计算单元106对与检测单元105所获取的X射线束相关的信息执行信号处理。然后，经过处理的信息输出到显示单元107，诸如监视器。
测试对象104可以是动物、植物、人、有机材料、无机材料或者有机/无机复合物。当使用单色X射线时，与狭缝组合的单色化单元102 (诸如单色仪或X射线多层反射镜(multilayer mirror))可设置在X射线源101与分离元件103之间。用于X射线成像的网格可设置在测试对象104与检测单元105之间，以减小被测试对象104散射的X射线束所形成的图像的模糊(ambiguity)。参照图2，将描述根据本实施例的检测单元105。检测单元105包括闪烁器206、光衰减单元203和光检测器205。因为光检测器205被两维地布置，所以每个光检测器205等效于检测图像的像素。闪烁器206对X射线敏感，并且将X射线束转换为光检测器205可检测的光。例如，碘化铯(CsI)用作闪烁器206。光检测器205对闪烁器的发光波长范围敏感,并且例如为包括半导体(诸如单晶硅或多晶硅)的光电转换元件。闪烁器206、光衰减单元203和光检测器205可以如图2所示集成为一个单元，或者可彼此分开地设置。在图2中，基准X射线束201是当没有部署测试对象104时的分割X射线束，X射线束202是被测试对象104折射的X射线束。期望设置这些单元，以使得基准X射线束201透射通过光检测器205的中心。光衰减单元203包括多个滤光器204。每个滤光器204的光透射率在X方向(与入射X射线束正交的方向)上以连续或步进的方式逐渐改变。滤光器204由叠置在光透射基板上的、具有连续不同厚度的金属板构成。以下，术语“连续”包括“步进”的概念。通过这样的配置，当X射线束202在X方向上相对于基准X射线束201移位时，在光检测器205处检测到的信号强度改变。因此，可从所检测到的强度获取由于测试对象104而导致的相对于基准X射线束201的位移。例如，当Itl表示光检测器205检测到的基准X射线束201的强度并且I表示与相对于基准X射线束201的位移Λ X对应的X射线束202的强度时，以及当这些强度之间的关系例如为线性时，光检测器205检测到的强度I用表达式I定义。I=I0+aAx (I)其中，a表示常数。通过使用该表达式，可从检测到的强度I获取X射线束的位移。这里，不考虑测试对象104的X射线吸收率。图3中示出了计算处理。首先，获取每个X射线束的光强度信息(S100)。接着，从在每个光检测器205处检测到的光强度I计算相对于基准X射线束201的位移AX(S101)。作为替代，位移Λ X可通过基于所测量的强度查阅下述数据表来确定，所述数据表存储在计算单元106或另一存储器中，并且包含当没有部署测试对象104时检测到的光强度与X射线束的位置X之间的对应关系。接着，使用表达式2来计算每个X射线束的折射角Λ Θ (S102)。ΔΘ = tan-1 — (2)
K Z J这里，Λ X表示相对于基准X射线束201的位移，ζ表示从测试对象104到检测单元105的距离。使用表达式3，计算光检测器(像素)205的微分相位d Φ /dx,以获取微分相位信息(S103)。
「φ 2π Λη—=——ΔΘ (3) dx λ这里，λ表示X射线束的波长，并且当使用连续X射线时，表示有效波长。接着,通过在X方向上对所获取的微分相位(ΙΦ/dx进行积分来计算相位Φ ,以获取相位信息(S104)。显示单元107可显示图像，诸如以这种方式计算的位移ΛΧ的图像、微分相位对比度图像(ΙΦ/dx和X射线相位对比度图像Φ、以及测量强度分布图像(S105)。通过上述配置，因为不需要使用阻挡X射线的重元素的X射线屏蔽掩模，所以不增加生产成本。此外，不需要难以制造的、具有高的长宽比的X射线屏蔽掩模。此外，可减小X射线屏蔽掩模处的散射的影响，因此，可形成高质量图像。参照图2，描述了纸面上所指示的具有X方向上的透射率梯度的滤光器。作为替代，可使用具有与纸面垂直的方向(Y方向)的透射率梯度的滤光器。通过使用两维针孔阵列作为分离元件103并且使用具有X方向和Y方向上的透射率梯度的滤光器，可两维地检测相位梯度。可通过叠置具有X方向上的透射率梯度的滤光器和具有Y方向上的透射率梯度的滤光器来两维地检测相位梯度。第二实施例使用遮光单元的X射线成像装置和成像方法在第二实施例中，将描述使用遮光单元(而不是第一实施例的光衰减单元203)的X射线成像装置和成像方法。具体地讲，在本实施例中，将使用与第一实施例中所述的检测单元105不同的检测单元105。其它单元的配置与第一实施例的配置相同。图4示出了检测单元105的一部分，并且是与X射线入射方向正交的方向上的视图。具体地讲，参照图4，X射线束403从顶部进入底部，并且X射线束的位置由于折射而在横跨方向上改变。参照图4，遮光掩模402设置在光检测器401的边缘(即，光检测器的边界)上。遮光掩模402阻挡从闪烁器404发射的光的一部分。遮光单兀405包括遮光掩模402阵列。遮光掩模402阻挡从闪烁器404发射的光的波长范围内的光，并且例如由塑料膜构成，在该塑料膜上，印刷了黑色遮光图案，或者沉积了金属遮光图案。期望设置这些单元，以使得X射线束403入射在闪烁器404上，以使得X射线束403在X方向上的中心在X方向上与遮光掩模402的边缘对准。这里，w表示X射线束403的宽度。
通过这样的布置，当X射线束入射在测试对象104上时，入射X射线束403在闪烁器404上的位置由于折射而改变。因为从闪烁器404发射的光的检测强度由于该位移而改变，所以该位移可被检测为光强度的改变。当X射线束403在测试对象104处折射并且在X方向上移位Λ χ时光检测器401检测到的光强度I可用例如表达式4表示。
权利要求
1.一种X射线成像装置，包括 分离元件，所述分离元件被配置为对从X射线源发射的X射线进行空间分割； 闪烁器，所述闪烁器被配置为当在所述分离元件处被分割的分割X射线束入射在所述闪烁器上时发射光； 光透射限制单元，所述光透射限制单元被配置为限制从所述闪烁器发射的光的透射量；和 多个光检测器，每个所述光检测器被配置为检测透射通过所述光透射限制单元的光的量， 其中，所述光透射限制单元被配置为使得在每个所述光检测器处检测到的光强度响应于所述X射线束的入射位置的改变而改变。
2.根据权利要求I所述的X射线成像装置， 其中，所述光透射限制单元包括光衰减单元，所述光衰减单元被配置为使从所述闪烁器发射的光衰减，并且 其中，所述光衰减单元包括多个滤光器，每个所述滤光器被配置为响应于所述X射线束的入射位置来连续地改变检测到的光强度量。
3.根据权利要求2所述的X射线成像装置，其中，每个所述滤光器被配置为使得在与入射X射线束正交的方向上检测到的光强度量改变。
4.根据权利要求I所述的X射线成像装置， 其中，所述光透射限制单元包括遮光单元，所述遮光单元被配置为阻挡从所述闪烁器发射的光，并且 其中，所述遮光单元包括多个遮光掩模，每个所述遮光掩模被配置为阻挡从所述闪烁器发射的光的一部分。
5.根据权利要求4所述的X射线成像装置，其中，所述遮光掩模设置在光学检测器之间的边界上。
6.根据权利要求4所述的X射线成像装置， 其中，所述遮光单元包括两种不同类型的遮光掩模，当所述X射线束的入射位置沿预先确定的方向移动时，所述两种不同类型的遮光掩模具有不同的检测到的每单位距离光强度改变量，并且 其中，所述两种不同类型的遮光掩模彼此邻接。
7.根据权利要求4所述的X射线成像装置， 其中，所述遮光单元包括第一区域和第二区域，所述第一区域包括第一遮光掩模，所述第一遮光掩模被配置为使得当所述X射线束的入射位置沿预先确定的方向移动时在光学检测器处检测到的光强度增大，所述第二区域包含第二遮光掩模，所述第二遮光掩模被配置为使得当所述X射线束的入射位置沿预先确定的方向移动时在光学检测器处检测到的光强度减小，并且 其中，所述第一区域和所述第二区域彼此邻接。
8.根据权利要求4所述的X射线成像装置， 其中，所述遮光单元包括第一区域和第二区域，所述第一区域包含所述遮光掩模，所述第二区域不包含遮光掩模，并且其中，所述第一区域和所述第二区域彼此邻接。
9.根据权利要求4所述的X射线成像装置，其中，包含遮光掩模的区域和不包含遮光掩模的区域设置在所述光检测器的边界上。
10.根据权利要求2所述的X射线成像装置， 其中，所述光衰减单元包括两种不同类型的滤光器，当所述X射线束的入射位置沿预先确定的方向移动时，所述两种不同类型的滤光器具有不同的检测到的每单位距离光强度改变量，并且 其中，所述两种不同类型的滤光器彼此邻接。
11.根据权利要求2所述的X射线成像装置， 其中，所述光衰减单元包括第一区域和第二区域，所述第一区域包含第一滤光器，所述第一滤光器被配置为使得当所述X射线束的入射位置沿预先确定的方向移动时在光学检测器处检测到的光强度增大，所述第二区域包含第二滤光器，所述第二滤光器被配置为使得当所述X射线束的入射位置沿预先确定的方向移动时在光学检测器处检测到的光强度减小，并且 其中，所述第一区域和所述第二区域彼此邻接。
12.根据权利要求2所述的X射线成像装置， 其中，所述光衰减单元包括第一区域和第二区域，所述第一区域包含所述滤光器，所述第二区域不包含滤光器，并且 其中，所述第一区域和所述第二区域彼此邻接。
13.根据权利要求I所述的X射线成像装置，还包括 计算单元，所述计算单元被配置为从所述检测单元检测到的光强度计算与所述X射线束在所述测试对象上的相位偏移相关联的图像。
14.一种X射线成像方法，包括以下步骤 对从X射线源发射的X射线进行空间分割； 当被空间分割的X射线束入射在闪烁器上时发射光；和 使用光透射限制单元来获取关于由于测试对象而导致的X射线束的相位偏移的信息，所述光透射限制单元被配置为使得在每个所述光检测器处检测到的光强度响应于所述X射线束的入射位置的改变而改变。
15.一种X射线成像装置，包括 闪烁器，所述闪烁器被配置为当X射线束入射在所述闪烁器上时发射光； 光透射限制单元，所述光透射限制单元被配置为响应于当X射线束透射通过测试对象时所发生的X射线强度分布的改变来限制从所述闪烁器发射的光的透射量；和 多个光检测器，每个所述光检测器被配置为检测透射通过所述光透射限制单元的光的量。
16.一种X射线成像方法，包括以下步骤 当X射线束入射在闪烁器上时发射光；和 检测透射通过光透射限制单元的光的量，其中，所述光透射限制单元被配置为使得在每个所述光检测器处检测到的光强度响应于当X射线束透射通过测试对象时所发生的X射线强度分布的改变而改变。
全文摘要
一种在不使用X射线的遮光掩模的情况下获取测试对象的微分相位对比度图像的X射线成像装置。所述装置包括X射线源、分离元件和闪烁器，所述分离元件被配置为对从X射线源发射的X射线进行空间分割，所述闪烁器被配置为当在所述分离元件处被分割的分割的X射线束入射在所述闪烁器上时发射光。所述装置还包括光透射限制单元和多个光检测器，所述光透射限制单元被配置为限制从所述闪烁器发射的光的透射量，每个所述光检测器被配置为检测透射通过所述光透射限制单元的光量。所述光透射限制单元被配置为使得在每个所述光检测器处检测到的光强度响应于所述X射线束的入射位置的改变而改变。
文档编号G01T1/29GK102713679SQ201180006593
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年1月29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