[發明專利]用于X射線的源光柵、用于X射線相襯圖像的成像裝置和X射線計算層析成像系統

有效

• 申請號: 200980112851.2
• 申請日: 2009-04-13
• 公開（公告）號: CN102047344A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 伊藤英之助;市村好克;中村高士;今田彩
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: G21K1/02
• 分類號: G21K1/02;G21K7/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李穎

技術領域

本發明涉及用于X射線相襯(phase?contrast)成像的用于X射線的源光柵、用于X射線相襯圖像的成像裝置和X射線計算層析成像(tomography)系統。

背景技術

自二十世紀九十年代以來，已主要在同步加速器(synchrotron)輻射設施中進行關于使用X射線的相位差的相襯方法的研究。

并且，還進行了關于在實驗室中使用X射線管的相襯成像的研究，并且，大體上可執行將在下面描述的傳播方法、Talbot干涉方法。

傳播方法是這樣的方法，在該方法中，用從微焦點X射線源產生的X射線照射對象，并且，通過與被檢對象相距足夠距離的檢測器檢測被檢對象中折射的X射線。通過該方法，通過增強常規的吸收襯度(contrast)圖像的輪廓，可以獲取較清楚并且較容易觀察的圖像，但是，難以使被檢對象內部的軟組織成像。

同時，Talbot干涉方法是通過使用透射型衍射光柵從在一定的干涉條件下表現的干涉圖案恢復相位圖像的方法，如美國專利No.5812629中描述的。

對于通過Talbot干涉方法的成像來說，至少需要空間相干的X射線源、用于周期地調制X射線的相位的相位光柵、以及檢測器。

為了具有足夠的空間相干性，需要λ×(R/s)滿足相對于相位光柵的間距d足夠大的條件。

這里，λ代表X射線的波長，R代表X射線源和相位光柵之間的距離，s代表所述源的尺寸。在本說明書中，相位光柵的間距指的是布置光柵的周期。

如圖8的相位光柵的示意圖所示，它可以是某光柵和與其相鄰的光柵之間的中心部分之間的距離C，或者，可以是這些光柵的端面之間的距離C′。

在Talbot干涉中，在與相位光柵相距一定距離處出現反映相位光柵的形狀的干涉圖案。這被稱為自圖像(self?image)。

自圖像產生的位置為距離相位光柵(d²/λ)×n或(d²/λ)×(1/m)處，并且該位置被稱為Talbot位置。在這種情況下，n和m為整數。

這里，如果被檢對象被放置在相位光柵的前面，那么被照射的X射線由被檢對象折射。如果檢測通過透射通過被檢對象的X射線而形成的相位光柵的自圖像，那么可以獲得被檢對象的相位圖像。

但是，為了檢測以足夠襯度出現的自圖像，需要具有高的空間分辨率的X射線圖像檢測器，因此，通過使用吸收光柵來執行成像，所述吸收光柵是由吸收X射線并具有足夠厚度的材料制成的衍射光柵。

也就是說，如果吸收光柵被放置在作為透射通過相位光柵的X射線形成自圖像的位置的Talbot位置處，那么相位偏移的信息可被檢測作為莫爾條紋(moiréfringe)的變形，因此，如果用X射線圖像檢測器檢測莫爾條紋，那么被檢對象可被成像。

順便說一句，在Talbot干涉中，為了滿足相干性條件，使用高相干的同步加速器輻射和包括具有微焦斑尺寸的源的微焦點X射線管。

但是，從實用的觀點看，同步加速器輻射具有問題。微焦點X射線管雖然可被用于實驗室系統中，但是它具有小的焦斑尺寸，因此具有小的亮度。因此，微焦點X射線管具有不能依據成像的目的而獲得充分的亮度的問題。

由于這些原因，“Phase?retrieval?and?differential?phase-contrast?imaging?with?low-brilliance?X-ray?sources”(F.Pfeiffer等，April?2006/Vol.2/NATURE?PHYSICS)提出把源光柵直接放置在X射線源后面并且通過使用普通的X射線管來觀察Talbot干涉的X射線Talbot-Lau型干涉計。

這里，源光柵意指在一個方向或兩個方向上具有周期性結構的衍射光柵，并且通過透射X射線的區域和屏蔽X射線的區域而被配置。

并且，需要Talbot-Lau型干涉計滿足以下的條件。

g＝G·l/L

這里，g代表用于X射線的吸收光柵的間距，G代表用于X射線的源光柵的間距，l代表用于X射線的相位光柵和用于X射線的吸收光柵之間的距離，L代表用于X射線的源光柵和用于X射線的相位光柵之間的距離。

根據上面的X射線Talbot-Lau型干涉計，即使使用低相干的普通X射線管，也能夠觀察Talbot干涉。

發明內容

在Talbot干涉計中導致圖像模糊的X射線的空間相干性λ×(R/s)需要滿足相對于用于X射線的相位光柵的間距d足夠大的條件。

因此，為了增加空間相干性，X射線源的尺寸需要小。