專利名稱：放射線圖像攝影裝置和放射線圖像檢測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用格柵的放射線圖像攝影裝置和由放射線圖像攝影裝置使用的放射線圖像檢測器。
背景技術：
X射線具有根據形成物質的元素的原子數和該物質的密度和厚度而衰減的性質。因為這種性質，X射線用作用于研究被攝體的內部的探測器。使用X射線的攝影系統已經廣泛應用于醫療診斷、無損檢查等領域。利用傳統X射線攝影系統，將被攝體放置在發射X射線的X射線源與檢測X射線圖像的X射線圖像檢測器之間，以拍攝被攝體的透過像。在這種情況下，從X射線源朝向該X射線圖像檢測器發射的各X射線，在該X射線進入該X射線圖像檢測器之前，衰減(被吸收)與存在于從X射線源到X射線圖像檢測器的路徑中的被攝體的形成物質的特性差異(諸如原子數、密度以及厚度)相對應的量。因此，由X射線圖像檢測器檢測到被攝體的X射線透過像并進行攝影。作為這種X射線圖像檢測器的示例，廣泛地使用X射線增強屏和膜的組合、光可激勵熒光體、以及使用半導體電路的平板檢測器(FPD)。然而，形成物質的元素的原子數越小，該物質的X射線吸收能力越低。因此，軟生物組織或者軟材料之間的X射線吸收能力差別非常小，難以獲得足夠對比度的圖像作為X射線透過像。例如，形成人體關節的關節軟骨與軟骨周圍的滑液主要由水組成，并且他們之間的X射線吸收差異非常小。因此難以獲得具有足夠對比度的圖像。近年來，已經研究了基于由于被攝體的折射率之間的差異而引起的X射線的相位變化，來獲得相位對比圖像的X射線相位對比攝影技術，來取代由于被攝體的吸收率之間的差異而引起的X射線的強度變化。憑借這種利用相位差的X射線相位對比攝影技術，即使在被攝體為具有低X射線吸收能力的物質的情況下，也可以獲得高對比度圖像。作為這種X射線相位對比攝影系統的示例，WO 2008/102654和日本待審專利公開No. 2010-190777(下文中分別稱為專利文件I和2)中提出了一種放射線相位對比攝影裝置，其中包括第一格柵和第二格柵的兩個格柵按照預定間隔彼此平行排列，基于塔爾博特(Talbot)干涉效應,在第二格柵的位置處形成第一格柵的自身像(self image),并且利用第二格柵對第一格柵的自身像的強度進行調制，以提供放射線圖像相位對比圖像。在專利文件I和2中公開的放射線相位對比攝影裝置中，執行條紋掃描方法，其中第二格柵定位為幾乎與第一格柵的平面平行，并且在第一格柵或者第二格柵沿幾乎與格柵的方向垂直的方向、相對彼此移位(平移)比格柵節距細的預定距離情況下，每次格柵移動時，執行拍攝多個圖像的多次攝影操作，并且基于所述多個圖像獲得由于與被攝體相互作用而引起的X射線的相位變化量(相移微分)。隨后，可以基于所述相位微分來獲得被攝體的相位對比圖像。 然而，利用專利文件I和2中公開的放射線相位對比攝影裝置，僅可以獲得關于與格柵方向垂直的方向的相位信息，因此不可能獲得具有足夠圖像質量的相位對比圖像。
此外，關于WO 2010/050483(下文中稱為專利文件3)中公開的放射線相位對比攝影裝置，其提出了利用其內排列有大量十字和點的格柵來獲得二維相位信息。然而，這些格柵需要具有非常窄的節距，所以非常難制造。例如，在格柵上具有大量十字的情況下，由十字形成的矩形的角不夠銳，并因此導致空間頻率信息劣化和圖像質量劣化。
另一方面，關于專利文件I和2中公開的放射線相位對比攝影裝置，需要以比格柵節距細的節距來精確地平移第一格柵或者第二格柵。格柵節距通常為幾微米，因此需要以高精確度平移格柵。這需要高精確度的移動機構，因此導致機構復雜和成本增加。此外，在每次移動格柵執行攝影時，在獲得相位對比圖像的一系列攝影操作期間，被攝體與攝影系統之間的位置關系可能由于被攝體的移動或者裝置的振動而發生改變。在這種情況下，不可能正確得出X射線的由于與被攝體相互作用而引起的相位變化，因此不可能獲得良好的相位對比圖像。

發明內容
在上述背景下，本發明致力于提供一種能夠獲得具有二維相位信息的高質量相位對比圖像的放射線圖像攝影裝置以及由放射線圖像攝影裝置使用的放射線圖像檢測器。本發明還致力于提供一種可以在單次攝影操作中獲得上述具有二維相位信息的相位對比圖像的放射線圖像攝影裝置和放射線圖像檢測器。本發明的放射線圖像攝影裝置的一個方面是這樣一種放射線圖像攝影裝置，其包括第一格柵，其具有周期性排列的格柵結構并且允許從放射線源發射的放射線透過以形成第一周期圖案圖像；第二格柵，其具有周期性排列的格柵結構以接收第一周期圖案圖像并且形成第二周期圖案圖像；放射線圖像檢測器，其包括二維排列像素部，以檢測由所述第二格柵形成的所述第二周期圖案圖像；以及圖像生成單元，其基于表示所述放射線圖像檢測器檢測到的所述第二周期圖案圖像的圖像信號，來生成相位對比圖像，其中所述第一格柵和第二格柵中的一個格柵包括在與形成所述相位對比圖像的各像素相對應的預定范圍內排列的多個單位格柵，其中所述單位格柵由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部件的組形成，并且所述圖像生成單元基于與所述預定范圍內的所述單位格柵相對應的所述像素部所檢測到的多個檢測信號，來生成所述相位對比圖像的各像素的像素信號。在本發明的放射線圖像攝影裝置中，另一格柵包括排列在該格柵中的多個副單位格柵，各副單位格柵可由比所述單位格柵小并且分別與所述像素部相對應的單位形成，并且在與各單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵排列成沿與所述單位格柵的延伸方向垂直的方向、相對于所述單位格柵平行平移不同距離，并且所述圖像生成單元可基于與排列在與所述單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵相對應的所述像素部檢測到的檢測信號，來生成各單位格柵的檢測信號。在本發明的裝置中，所述第一格柵可包括排列在該第一格柵中的所述多個單位格柵，而所述第二格柵可包括排列在該第二格柵中的所述多個副單位格柵，并且在與所述第一格柵的各單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵可排列成相對于所述第一格柵的圖像以P/M為增量平行平移不同距離，其中P是所述第二格柵的節距，而M是預先設置的用于生成形成所述相位對比圖像的各像素的相位信息的條數。在本發明的裝置中，所述第二格柵可包括排列于該第二格柵中的所述多個單位格柵，而所述第一格柵可包括排列于該第一格柵中的所述多個副單位格柵，并且在與所述第二格柵的各單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵的圖像可排列成相對于所述第二格柵以P/M為增量平行平移不同距離，其中P是所述第二格柵的節距，而M是預先設置的用于生成形成所述相位對比圖像的各像素的相位信息的條數。在本發明的裝置中，所述單位格柵可由沿彼此垂直的方向延伸的單位格柵部件的組形成。在本發明的裝置中，在所述預定范圍內的所述單位格柵可排列成交替圖案。 在本發明的裝置中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵可包括在所述預定范圍內具有相等面積比的、不同類型的單位格柵。在本發明的裝置中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵可包括由沿相同方向延伸的所述單位格柵部件形成的兩個以上單位格柵，其中所述兩個以上單位格柵彼此具有不同排列節距的所述單位格柵部件。在本發明的裝置中，在與各單位格柵相對應的范圍內排列的所述副單位格柵可包括具有不同排列節距的、不同類型的副單位格柵。在本發明的裝置中，所述第二格柵可位于與所述第一格柵相距塔爾博特干涉距離處，并且可對所述第一格柵的通過塔爾博特干涉效應形成的第一周期圖案圖像施加強度調制。在本發明的裝置中，所述第一格柵可以是吸收型格柵，并且允許放射線作為投影圖像透過而形成所述第一周期圖案圖像，并且所述第二格柵可對所述第一周期圖案圖像施加強度調制，所述第一周期圖案圖像是透過所述第一格柵的所述投影圖像。在本發明的裝置中，所述第二格柵可位于與所述第一格柵相距比最小塔爾博特干涉距離短的距離處。本發明的放射線圖像攝影裝置的另一方面是這樣一種放射線圖像攝影裝置，其包括格柵，其具有周期性排列的格柵結構，并且允許從放射線源發射的放射線透過以形成周期圖案圖像；放射線圖像檢測器，其包括第一電極層，其使由所述格柵形成的所述周期圖案圖像透過；光導電層，其在暴露于透過所述第一電極層的所述周期圖案圖像時生成電荷；電荷積蓄層，其積蓄在所述光導電層處生成的電荷；以及第二電極層，其包括使讀取光透過的多個線狀電極，上述層按此順序形成，其中通過利用所述讀取光進行掃描來讀出與各線狀電極相對應的各像素部的檢測信號；以及圖像生成單元，其基于表示所述放射線圖像檢測器檢測到的所述周期圖案圖像的圖像信號來生成相位對比圖像，其中，所述電荷積蓄層具有格柵圖案，所述格柵圖案具有比所述線狀電極的排列節距細的節距，所述格柵包括在與形成所述相位對比圖像的各像素相對應的預定范圍內排列的多個單位格柵，其中，所述單位格柵由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部件的組形成，并且所述圖像生成單元基于與所述預定范圍內的所述單位格柵相對應的所述像素部所檢測到的多個檢測信號，來生成所述相位對比圖像的各像素的像素信號。在本發明的放射線圖像攝影裝置中，所述電荷積蓄層可包括排列在該電荷積蓄層中的多個副單位格柵圖案，各副單位格柵圖案可由比所述單位格柵小并且分別與所述像素部相對應的單位形成，并且在與各所述單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵圖案可排列成沿與所述單位格柵的延伸方向垂直的方向、相對于所述單位格柵平行平移不同距離，并且所述圖像生成單元可基于與排列在與所述單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵相對應的所述像素部檢測到的檢測信號，來生成各單位格柵的檢測信號。在本發明的裝置中，在與所述格柵的各單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵圖案可排列成相對于所述格柵的圖像以P/M為增量平行平移不同距離，其中P是所述副單位格柵圖案的節距，而M是預先設置的用于生成形成所述相位對比圖像的各像素的相位信息的條數。在本發明的裝置中，所述單位格柵可由沿彼此垂直的方向延伸的單位格柵部件的組形成。在本發明的裝置中，在所述預定范圍內的所述單位格柵可排列成交替圖案。

在本發明的裝置中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵可包括在所述預定范圍內具有相等面積比的、不同類型的單位格柵。在本發明的裝置中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵可包括由沿相同方向延伸的所述單位格柵部件形成的兩個以上單位格柵，其中所述兩個以上單位格柵彼此具有不同排列節距的所述單位格柵部件。在本發明的裝置中，在與各單位格柵相對應的范圍內排列的所述副單位格柵圖案可包括具有不同排列節距的、不同類型的副單位格柵。在本發明的裝置中，所述放射線圖像檢測器可位于與所述格柵相距塔爾博特干涉距離處，并且可對所述格柵的通過塔爾博特干涉效應形成的所述周期圖案圖像施加強度調制。在本發明的裝置中，所述格柵可以是吸收型格柵，并且可允許放射線作為投影圖像透過而形成所述周期圖案圖像，并且所述放射線圖像檢測器可對所述周期圖案圖像施加強度調制，所述周期圖像圖案是透過所述格柵的所述投影圖像。在本發明的裝置中，所述放射線圖像檢測器可位于與所述格柵相距比最小塔爾博特干涉距離短的距離處。本發明的放射線圖像攝影裝置的又一方面是這樣一種放射線圖像攝影裝置，其包括格柵，其具有周期性排列的格柵結構，并且允許從放射線源發射的放射線透過以形成周期圖案圖像；放射線圖像檢測器，其包括第一電極層，其使由所述格柵形成的所述周期圖案圖像透過；光導電層，其在暴露于透過所述第一電極層的所述周期圖案圖像時生成電荷；電荷積蓄層，其積蓄在所述光導電層處生成的所述電荷；以及第二電極層，其包括使讀取光透過的多個線狀電極，上述層按此順序形成，其中通過利用所述讀取光進行掃描來讀出與各線狀電極相對應的各像素部的檢測信號；以及圖像生成單元，其基于表示所述放射線圖像檢測器檢測到的所述周期圖案圖像的圖像信號，來生成相位對比圖像，其中，所述電荷積蓄層包括在與形成所述相位對比圖像的各像素相對應的預定范圍內排列的多個單位格柵圖案，其中，所述單位格柵圖案由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部的組形成，并且所述圖像生成單元基于由與所述預定范圍內的所述單位格柵圖案相對應的所述像素部檢測到的多個檢測信號，來生成所述相位對比圖像的各像素的像素信號。在本發明的放射線圖像攝影裝置中，所述格柵可包括排列在該格柵中的多個副單位格柵，各副單位格柵可由比所述單位格柵圖案小并且分別與所述像素部相對應的單位形成，并且在與各單位格柵圖案相對應的范圍內的所述副單位格柵可排列成沿與所述單位格柵圖案的延伸方向垂直的方向、相對于所述單位格柵圖案平行平移不同距離，并且所述圖像生成單元可基于與排列在與所述單位格柵圖案相對應的范圍內的所述副單位格柵相對應的所述像素部檢測到的檢測信號，來生成各單位格柵圖案的檢測信號。在本發明的裝置中，在與所述電荷積蓄層的各單位格柵圖案相對應的范圍內的所述副單位格柵的圖像可排列成相對于所述單位格柵圖案以P/M為增量平行平移不同距離，其中P是所述單位格柵圖案的節距，而M是預先設置的用于生成形成所述相位對比圖像的各像素的相位信息的條數。在本發明的裝置中，所述單位格柵圖案可由沿彼此垂直的方向延伸的單位格柵部的組形成。 在本發明的裝置中，在所述預定范圍內的所述單位格柵圖案可排列成交替圖案。
在本發明的裝置中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵圖案可包括在所述預定范圍內具有相等面積比的、不同類型的單位格柵圖案。在本發明的裝置中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵圖案可包括由沿相同方向延伸的所述單位格柵部形成的兩個以上單位格柵圖案，其中所述兩個以上單位格柵圖案可以彼此具有不同排列節距的單位格柵部。在本發明的裝置中，在與各單位格柵圖案相對應的范圍內排列的所述副單位格柵可包括具有不同排列節距的、不同類型的副單位格柵。在本發明的裝置中，所述放射線圖像檢測器可位于與所述格柵相距塔爾博特干涉距離處，并且可對所述格柵的通過塔爾博特干涉效應形成的所述周期圖案圖像施加強度調制。在本發明的裝置中，所述格柵可以是吸收型格柵，并且可允許放射線作為投影圖像透過而形成所述周期圖案圖像，并且所述放射線圖像檢測器可對所述周期圖案圖像施加強度調制，所述周期圖案圖像是透過所述格柵的所述投影圖像。在本發明的裝置中，所述放射線圖像檢測器可位于與所述格柵相距比最小塔爾博特干涉距離短的距離處。本發明的放射線圖像檢測器的一個方面是這樣一種放射線圖像檢測器，其包括第一電極層，其發射放射線；光導電層，其在暴露于透過所述第一電極層的放射線時生成電荷；電荷積蓄層，其積蓄在所述光導電層處生成的所述電荷；以及第二電極層，其包括使讀取光透過的多個線狀電極，上述層按此順序形成，其中通過利用讀取光進行掃描來讀出與各線狀電極相對應的各像素部的檢測信號，其中，所述電荷積蓄層包括在預定范圍內排列的多個單位格柵圖案，其中所述單位格柵圖案由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部的組形成。根據本發明的放射線圖像攝影裝置，第一格柵和第二格柵之一包括在與形成相位對比圖像的各像素相對應的預定范圍內排列的多個單位格柵，其中單位格柵由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部件的組形成，并且相位對比圖像的各像素的像素信號是基于與預定范圍內的單位格柵相對應的像素部所檢測到的多個檢測信號生成的。因此，不需要使用如上述的具有十字或者點的傳統格柵，可以獲得具有二維信息的高質量相位對比圖像。在以下情況中，其它格柵包括排列于其中的多個副單位格柵，各副單位格柵由比單位格柵小的單位形成并且分別與像素部相對應，并且在與各單位格柵相對應的范圍內的副單位格柵排列成沿與單位格柵的延伸方向垂直的方向、相對于單位格柵平行平移不同距離，并且各單位格柵的檢測信號是基于與排列在與單位格柵相對應的范圍內的副單位格柵相對應的像素部所檢測到的檢測信號生成的，可以在單次攝影操作中獲得具有不同類型的相位信息的檢測信號，而無需如現有技術的裝置那樣需要高精確度的平移機構來對第二格柵進行平移，因此可以在單次攝影操作中獲得相位對比圖像。在預定范圍內的單位格柵排列成交替圖案的情況下，可以按照良好平衡的方式獲得關于不同方向在預定范圍內的相位信息。 另外，在排列在預定范圍內的單位格柵包括在預定范圍內具有相同面積比的、不同類型的單位格柵的情況下，可以按照良好平衡的方式獲得關于不同方向在預定范圍內的 相位信息。在排列在預定范圍內的單位格柵包括由沿相同方向延伸的單位格柵部件形成的兩個以上單位格柵，其中兩個以上單位格柵彼此具有不同排列節距的單位格柵部件的情況下，可以獲得具有不同類型的頻率信息的檢測信號，并且例如通過計算不同類型的頻率信息之間的差異，可以獲得能量減影相位對比圖像。另外，在排列在與各單位格柵相對應的范圍內的副單位格柵包括具有不同排列節距的、不同類型的副單位格柵的情況下，可以獲得具有不同類型的頻率信息的檢測信號。此外，放射線圖像檢測器的電荷積蓄層可以具有用于為放射線圖像檢測器提供第二格柵的功能的格柵圖案。在這種情況下，無需提供需要形成為具有高深寬比從而難以制造的格柵，這有利于放射線圖像檢測器的制造。


圖I是例示出根據本發明的第一實施方式的放射線圖像相位對比攝影裝置的示意配置的圖；圖2是圖I所示的所述放射線圖像相位對比攝影裝置的平面圖；圖3是例示出放射線發射單元的二維格柵的一個示例的圖；圖4是第一格柵的局部放大圖；圖5是第二格柵的局部放大圖；圖6是例示出各單位格柵的自身像與形成所述第二格柵的副格柵之間的位置關系的圖；圖7是例示出TFT讀取系統的放射線圖像檢測器的示意結構的圖；圖8是例示出相對于X方向，根據被攝體的相移分布O (X)而折射的一條放射線路徑的不例的圖；圖9是用于說明如何生成相位對比圖像的圖；圖10是例示出與各單位格柵的范圍相對應的副單位格柵的另一配置的圖；圖11是例示出光學讀取系統的放射線圖像檢測器的示意結構的圖；圖12是用于說明利用圖11所示的放射線圖像檢測器進行的記錄操作的圖；圖13是用于說明從圖11所示的放射線圖像檢測器進行的讀取操作的圖；圖14是用于說明如何生成吸收圖像和小角度散射圖像的圖；圖15是例示出具有第二格柵的功能的放射線圖像檢測器的一個實施方式的示意結構的圖；圖16是例示出圖15所示的放射線圖像檢測器中的電荷積蓄層的副單位格柵圖案的一個示例的圖；圖17是用于說明利用圖15所示的放射線圖像檢測器進行的記錄操作的圖；圖18是用于說明從圖15所示 的放射線圖像檢測器進行的讀取操作的圖；圖19是例示出具有第二格柵的功能的放射線圖像檢測器的另一實施方式的示意結構的圖；圖20是用于說明利用圖19所示的放射線圖像檢測器進行的記錄操作的圖；圖21是用于說明從圖19所示的放射線圖像檢測器進行的讀取操作的圖；以及圖22是例示出具有第二格柵的功能的放射線圖像檢測器的又一實施方式的示意結構的圖。
具體實施例方式此后，下面參照附圖對采用本發明的放射線圖像攝影裝置的第一實施方式的放射線圖像相位對比攝影裝置進行描述。圖I示出了根據第一實施方式的放射線圖像相位對比攝影裝置的示意結構。圖2示出了圖I所示的放射線圖像相位對比攝影裝置的平面圖(沿X-Z平面截取的截面圖)。與圖2的平面垂直的方向對應于圖I中的Y方向。如圖I所示，放射線圖像相位對比攝影裝置包括放射線發射單元1，其朝向被攝體10發射放射線；第一格柵2，其允許從放射線發射單元I發射的放射線透過以形成第一周期圖案圖像；第二格柵3，其對第一格柵2形成的第一周期圖案圖像施加強度調制，以形成第二周期圖案圖像；放射線圖像檢測器4，其用檢測由第二格柵3所形成的第二周期圖案圖像；以及圖像生成單元5，其基于由放射線圖像檢測器4所檢測到的第二周期圖案圖像來獲得圖像信號，并且基于所獲得的圖像信號來生成相位對比圖像。放射線發射單元I包括朝向被攝體10發射放射線的放射線源Ia和二維格柵lb，二維格柵Ib包括透射從放射線源Ia發射的放射線的區域和遮擋放射線的區域。放射線的空間相干性使得在向第一格柵2施加放射線時會發生塔爾博特干涉效應。如圖3所示，二維格柵Ib是二維放射線吸收格柵，其中沿著X方向延伸的放射線遮擋部沿著Y方向周期性地排列，而沿著Y方向延伸的放射線遮擋部沿著X方向周期性地排列。二維格柵Ib通過部分地遮擋從放射線源Ia的焦點發射的放射線，可以相對于X方向和Y方向減少實際焦點尺寸，并且可以沿X方向和Y方向形成大量微焦點光源。在放射線源Ia能夠發射相干平行光(諸如放射線，微焦點X射線源)的情況下，二維格柵Ib不是必須的。需要確定二維格柵Ib的格柵節距Ptl是否滿足下列表達式(I):P。= P2XZ3/Z2... (I)其中P2是第二格柵3的節距，Z3是從二維格柵Ib到第一格柵2的距離，并且Z2是從第一格柵2到第二格柵3的距離。如圖I所示，第一格柵2包括主要透過放射線的基板21，和設置在基板21上的大量單位格柵UG。圖4示出圖I所示的第一格柵2的局部放大圖。如圖4所示，第一格柵2包括第一單位格柵UGl，其具有沿著Y方向延伸并且沿著X方向排列的大量矩形單位格柵部件22 ；和第二單位格柵UG2，其具有沿著與Y方向垂直的X方向延伸并且沿著Y方向排列的大量矩形單位格柵部件22。在本實施方式中，第一單位格柵UGl和第二單位格柵UG2沿著X方向和Y方向交替排列以形成交替圖案。形成單位格柵部件22的材料可以是諸如金或者鉬的金屬。期望第一格柵2是所謂的對施加到該格柵的放射線施加大約90°或者約180°的相位調制的相位調制格柵。如果單位格柵部件22由例如金制成，則用于常規醫療診斷用X射線能量區域的單位格柵部件22在Z方向上的必要厚度在Iiim到IOiim的量級。另選的是，可以使用幅度調制格柵。在這種情況下，單位格柵部件22需要具有足以吸收放射線的厚度。如果單位格柵部件22由例如金制成，則用于常規醫療診斷用X射線能量區域的單位格柵部件22的必要厚度在十微米到幾百微米的量級。在本實施方式中，圖4所示的四個單位格柵的范圍對應于相位對比圖像的一個像素。就是說，通過使用各包括彼此相鄰的第一單位格柵UGl和第二單位格柵UG2的兩組單位格柵，來生成相位對比圖像的各像素的像素信號。雖然圖4僅僅示出與相位對比圖像的一個像素相對應的四個單位格柵，但實際上，圖4所示的四個單位格柵沿著X方向和Y方向
重復排列。如圖I所示，與第一格柵2類似，第二格柵3包括主要透過放射線的基板31和設置在基板31上的大量副單位格柵SUG。圖5是圖I所示的第二格柵3的局部放大圖。圖5中粗線圍繞的上側九個副單位格柵SUGlA到SUG5A與圖4所示的左上方的第二單位格柵UG2的范圍相對應，而下側九個子單位格柵SUGlB到SUG5B與圖4所示的左下方的第一單位格柵UGl的范圍相對應。就是說，在放射線透過圖4所示的左上方的第二單位格柵UG2時所形成的第二單位格柵UG2的自身像G2被施加至圖5所示的上側九個副單位格柵SUGlA到SUG5A，而在放射線透過圖4所示的左下方的第一單位格柵UGl時所形成的第一單位格柵UGl的自身像Gl被施加至圖5所示的下側九個副單位格柵SUGlB到SUG5B。圖5僅示出了與圖4所示的左側兩個單位格柵相對應的副單位格柵。與圖4所示的右側兩個單位格柵相對應的副單位格柵按照如下方式排列，即圖5所示的上側九個副單位格柵位于下側，而圖5所示的下側九個副單位格柵位于上側。接著，沿著X方向和Y方向重復排列如下四個副單位格柵的組包括圖5所示的兩個副單位格柵的組，和與圖5所示的副單位格柵具有相反位置關系的兩個副單位格柵的組。隨后通過使用四個副單位格柵的組來生成相位對比圖像的一個像素的像素信號。圖5所示的上側副單位格柵SUGlA到SUG5A各通過沿著Y方向排列沿著X方向延伸的大量矩形副單位格柵部件32而形成。圖5所示的上側九個副單位格柵包括兩個副單位格柵SUG1A、兩個副單位格柵SUG2A、兩個副單位格柵SUG3A、兩個副單位格柵SUG4A以及一個副單位格柵SUG5A。形成各副單位格柵SUG1A、SUG2A、SUG3A、SUG4A或者SUG5A的各組副單位格柵部件32，與形成其他副單位格柵的其他組副單位格柵部件32沿Y方向以預定節距為增量平移不同距離。下面詳細描述副單位格柵SUGlA到SUG5A的結構。 圖5所示的下側副單位格柵SUGlB到SUG5B通過沿著X方向排列沿著Y方向延伸的大量矩形副單位格柵部件32而形成。圖5所示的下側九個副單位格柵包括兩個副單位格柵SUG1B、兩個副單位格柵SUG2B、兩個副單位格柵SUG3B、兩個副單位格柵SUG4B以及一個副單位格柵SUG5B。形成各副單位格柵SUG1B、SUG2B、SUG3B、SUG4B或者SUG5B的各組副單位格柵部件32與形成其他副單位格柵的其他組副單位格柵部件32沿X方向上、以預定節距為增量平移不同距離。下面詳細描述副單位格柵SUGlB到SUG5B的結構。形成副單位格柵部件32的材料可以是諸如金或者鉬的金屬。期望第二格柵3是幅度調制格柵。在這種情況下，副單位格柵32需要具有足以吸收放射線的厚度。如果副單位格柵部件32由例如金制成，則用于常規醫療診斷用X射線能量區域的副單位格柵部件32的必要厚度在十微米到幾百微米的量級上。 在本實施方式中，基于放射線圖像檢測器4所檢測到的第二周期圖案圖像獲得彼此不同的多條相位信息，并且基于這多條相位信息生成相位對比圖像。在此假設基于第二周期圖案圖像生成五條相位信息，并且基于五條相位信息生成相位對比圖像。現在來描述用于生成五條相位信息的第一格柵2和第二格柵3的詳細結構。圖6是例示出當放射線透過圖4所示的左側的第一單位格柵UGl和第二單位格柵UG2，以及圖5所示的副單位格柵SUGlA到SUG5A和SUGlB到SUG5B的副單位格柵部件32時，在第二格柵3的位置處形成的自身像Gl與G2之間的位置關系的圖。在圖6中，為了便于理解，使得自身像Gl和G2的長度比實際長度長。自身像Gl和G2的實際長度是在圖6所示的粗線所圍繞的各范圍內的長度。如圖6所示，五種類型的副單位格柵SUGlA到SUG5A排列成沿Y方向與第二單位格柵UG2的自身像G2的距離不同。具體來說，副單位格柵SUGlA的副單位格柵部件32與自身像G2距離為0以排列節距P2排列，副單位格柵SUG2A的副單位格柵部件32與自身像G2距離為P2/5以排列節距P2排列，副單位格柵SUG3A的副單位格柵部件32與自身像G2距離為(2XP2)/5以排列節距P2排列，副單位格柵SUG4A的副單位格柵部件32與自身像G2距離為(3XP2)/5以排列節距P2排列，而副單位格柵SUG5A的副單位格柵部件32與自身像G2距離為(4XP2)/5以排列節距P2排列。副單位格柵部件32之間的間隔為d2。隨后，放射線圖像檢測器4的各像素電路40 (稍后將描述)檢測透過如圖6所示配置的五種類型的副單位格柵SUGlA到SUG5A的第二單位格柵UG2的自身像G2，以獲得相對于Y方向的五條不同相位信息的檢測信號。此外，如圖6所示，五種類型的副單位格柵SUGlB到SUG5B排列成沿X方向與第一單位格柵UGl的自身像Gl的距離不同。具體來說，副單位格柵SUGlB的副單位格柵部件32與自身像Gl距離為0以排列節距P2排列，副單位格柵SUG2B的副單位格柵部件32與自身像Gl距離為P2/5以排列節距P2排列，副單位格柵SUG3B的副單位格柵部件32與自身像Gl距離為(2 X P2)/5以排列節距P2排列，副單位格柵SUG4B的副單位格柵部件32與自身像Gl距離為(3XP2)/5以排列節距P2排列，而副單位格柵SUG5B的副單位格柵部件32與自身像Gl距離為(4XP2)/5以排列節距P2排列。副單位格柵部件32之間的間隔為d2。隨后，放射線圖像檢測器4的各像素電路40 (稍后將描述)檢測透如圖6所示配置的五種類型的副單位格柵SUGlB到SUG5B的第一單位格柵UGl的自身像Gl，以獲得相對于X方向的五條不同相位信息的檢測信號。下面將詳細描述基于上述獲得的、相對于X方向的五條不同相位信息的檢測信號和相對于Y方向的五條不同相位信息的檢測信號，來生成相位對比圖像的各像素信號的方法。在從放射線發射單元I發射的放射線并非平行束而是錐形束的情況下，由透過第一格柵2的放射線形成的第一格柵的自身像Gl和G2被按照與放射線發射單元I的距離成比例地放大。因此，如圖2所示，假設從放射線源Ia的焦點到第一格柵2的距離是Z1而從第一格柵2到第二格柵3的距離是Z2,則確定出圖4所示的第一單位格柵UGl和第二單位格柵UG2的節距P1和圖5和圖6所示的副單位格柵SUGlA到SUG5A和SUGlB到SUG5B的節距P2，滿足下面表達式(2)所限定的關系 Zi HF
I+Zj n
L0103J |-2 = Tl = ~ j ' Pi(2)其中P/是第一單位格柵UGl和第二單位格柵UG2在第二格柵3的位置處的自身像Gl和G2的節距。另選的是，在第一格柵2是施加180°的相位調制的相位調制格柵的情況下，確定出節距P1和P2滿足下面表達式(3)所限定的關系
rfl-i I ..:...1.: 2PIP2 = Pj = ^^ ~2~... (3)應該注意在從放射線發射單元I發射的放射線是平行束的情況下，如果第一格柵2是90°相位調制格柵或者幅度調制格柵，則確定出節距P1和P2滿足P2 = P1,或者如果第一格柵2是180°相位調制格柵，則確定出節距P1和P2滿足P2 = P1/^隨后，形成放射線圖像相位對比攝影裝置，其可以如上所述地利用放射線發射單元I、第一格柵2、第二格柵3以及放射線圖像檢測器4來獲得相位對比圖像。為了使得此結構起到塔爾博特干涉計的作用，還幾乎必須要滿足一些條件。現在來描述這些條件。首先，需要第一格柵2和第二格柵3的柵格面與圖I所示的X-Y平面平行。此外，如果第一格柵2是施加90°相位調制的相位調制格柵，則第一格柵2與第三格柵3之間的距離Z2幾乎必須滿足以下條件Zj = (m+ 4.) 1 '* "…(4)
JmfJt w其中\是放射線的波長(通常為有效波長)，m是0或者正整數，P1是第一格柵2的單位格柵部件22的上述排列節距，而P2是第二格柵3的副單位格柵部件32的上述排列節距。另選的是，如果第一格柵2是施加180°相位調制的相位調制格柵，則第一格柵2與第三格柵3之間的距離Z2幾乎必須滿足以下條件^2 = (111+4-)- ^ …(5)其中\是放射線的波長(通常為有效波長)，m是0或者正整數，P1是第一格柵2的單位格柵部件22的上述排列節距，而P2是第二格柵3的副單位格柵部件32的上述排列節距。仍然另選的是，如果第一格柵2是幅度調制格柵，則第一格柵2與第三格柵3之間的距離Z2幾乎必須滿足以下條件
權利要求
1.一種放射線圖像攝影裝置，所述放射線圖像攝影裝置包括 第一格柵，其具有周期性排列的格柵結構，并且允許從放射線源發射的放射線透過以形成第一周期圖案圖像； 第二格柵，其具有周期性排列的格柵結構，以接收所述第一周期圖案圖像并且形成第二周期圖案圖像； 放射線圖像檢測器，其包括二維排列的像素部，以檢測由所述第二格柵形成的所述第二周期圖案圖像；以及 圖像生成單元，其基于表示所述放射線圖像檢測器檢測到的所述第二周期圖案圖像的圖像信號，來生成相位對比圖像， 其中，所述第一格柵和所述第二格柵中的一個格柵包括在與形成所述相位對比圖像的各像素相對應的預定范圍內排列的多個單位格柵，其中所述單位格柵由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部件的組形成，并且 所述圖像生成單元基于與所述預定范圍內的所述單位格柵相對應的所述像素部所檢測到的多個檢測信號，來生成所述相位對比圖像的各像素的像素信號。
2.根據權利要求I所述的放射線圖像攝影裝置，其中，另一格柵包括排列在該格柵中的多個副單位格柵，各副單位格柵由比所述單位格柵小并且分別與所述像素部相對應的單位形成，并且在與各單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵排列成沿與所述單位格柵的延伸方向垂直的方向、相對于所述單位格柵平移不同距離，并且 所述圖像生成單元基于與排列在與所述單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵相對應的所述像素部檢測到的檢測信號，來生成各單位格柵的檢測信號。
3.根據權利要求2所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述第一格柵包括排列在該第一格柵中的所述多個單位格柵，而所述第二格柵包括排列在該第二格柵中的所述多個副單位格柵，并且 在與所述第一格柵的各單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵排列成相對于所述第一格柵的圖像以P/M為增量平移不同距離，其中P是所述第二格柵的節距，而M是預先設置的用于生成形成所述相位對比圖像的各像素的相位信息的條數。
4.根據權利要求2所述的放射線圖像攝影裝置，其中 所述第二格柵包括排列于該第二格柵中的所述多個單位格柵，而所述第一格柵包括排列于該第一格柵中的所述多個副單位格柵，并且 在與所述第二格柵的各單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵的圖像排列成相對于所述第二格柵以P/M為增量平移不同距離，其中P是所述第二格柵的節距，而M是預先設置的用于生成形成所述相位對比圖像的各像素的相位信息的條數。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述單位格柵由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部件的組形成。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在所述預定范圍內的所述單位格柵排列成交替圖案。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵包括在所述預定范圍內具有相等面積比的、不同類型的單位格柵。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵包括由沿相同方向延伸的所述單位格柵部件形成的兩個以上單位格柵，其中所述兩個以上單位格柵彼此具有不同排列節距的所述單位格柵部件。
9.根據權利要求2所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在與各單位格柵相對應的范圍內排列的所述副單位格柵包括具有不同排列節距的、不同類型的副單位格柵。
10.根據權利要求I至9中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述第二格柵位于與所述第一格柵相距塔爾博特干涉距離處，并且對所述第一格柵的通過塔爾博特干涉效應形成的所述第一周期圖案圖像施加強度調制。
11.根據權利要求I至9中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述第一格柵是吸收型格柵，并且允許放射線作為投影圖像透過而形成所述第一周期圖案圖像，并且 所述第二格柵對所述第一周期圖案圖像施加強度調制，所述第一周期圖案圖像是透過所述第一格柵的所述投影圖像。
12.根據權利要求11所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述第二格柵位于與所述第一格柵相距比最小塔爾博特干涉距離短的距離處。
13.一種放射線圖像攝影裝置，所述放射線圖像攝影裝置包括 格柵，其具有周期性排列的格柵結構，并且允許從放射線源發射的放射線透過以形成周期圖案圖像； 放射線圖像檢測器，其包括第一電極層，其使由所述格柵形成的所述周期圖案圖像透過；光導電層，其在暴露于透過所述第一電極層的所述周期圖案圖像時生成電荷；電荷積蓄層，其積蓄在所述光導電層處生成的電荷；以及第二電極層，其包括使讀取光透過的多個線狀電極，上述層按此順序形成，其中通過利用所述讀取光進行掃描來讀出與各線狀電極相對應的各像素部的檢測信號；以及 圖像生成單元，其基于表示所述放射線圖像檢測器檢測到的所述周期圖案圖像的圖像信號來生成相位對比圖像， 其中，所述電荷積蓄層具有格柵圖案，所述格柵圖案具有比所述線狀電極的排列節距細的節距， 所述格柵包括在與形成所述相位對比圖像的各像素相對應的預定范圍內排列的多個單位格柵，其中，所述單位格柵由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部件的組形成，并且 所述圖像生成單元基于與所述預定范圍內的所述單位格柵相對應的所述像素部所檢測到的多個檢測信號，來生成所述相位對比圖像的各像素的像素信號。
14.根據權利要求13所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述電荷積蓄層包括排列在該電荷積蓄層中的多個副單位格柵圖案，各副單位格柵圖案由比所述單位格柵小并且分別與所述像素部相對應的單位形成，并且在與各所述單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵圖案排列成沿與所述單位格柵的延伸方向垂直的方向、相對于所述單位格柵平移不同距離，并且 所述圖像生成單元基于與排列在與所述單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵圖案相對應的所述像素部檢測到的檢測信號，來生成各單位格柵的檢測信號。
15.根據權利要求14所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在與所述格柵的各單位格柵相對應的范圍內的所述副單位格柵圖案排列成相對于所述格柵的圖像以P/M為增量平移不同距離，其中P是所述副單位格柵圖案的節距，而M是預先設置的用于生成形成所述相位對比圖像的各像素的相位信息的條數。
16.根據權利要求13至15中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述單位格柵由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部件的組形成。
17.根據權利要求13至16中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在所述預定范圍內的所述單位格柵排列成交替圖案。
18.根據權利要求13至17中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵包括在所述預定范圍內具有相等面積比的、不同類型的單位格柵。
19.根據權利要求13至18中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵包括由沿相同方向延伸的所述單位格柵部件形成的兩個以上單位格柵，其中所述兩個以上單位格柵彼此具有不同排列節距的所述單位格柵部件。
20.根據權利要求14所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在與各單位格柵相對應的范圍內排列的所述副單位格柵圖案包括具有不同排列節距的、不同類型的副單位格柵圖案。
21.根據權利要求13至20中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述放射線圖像檢測器位于與所述格柵相距塔爾博特干涉距離處，并且對所述格柵的通過塔爾博特干涉效應形成的所述周期圖案圖像施加強度調制。
22.根據權利要求13至20中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述格柵是吸收型格柵，并且允許放射線作為投影圖像透過而形成所述周期圖案圖像，并且 所述放射線圖像檢測器對所述周期圖案圖像施加強度調制，所述周期圖像圖案是透過所述格柵的所述投影圖像。
23.根據權利要求22所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述放射線圖像檢測器位于與所述格柵相距比最小塔爾博特干涉距離短的距離處。
24.一種放射線圖像攝影裝置，所述放射線圖像攝影裝置包括 格柵，其具有周期性排列的格柵結構，并且允許從放射線源發射的放射線透過以形成周期圖案圖像； 放射線圖像檢測器，其包括第一電極層，其使由所述格柵形成的所述周期圖案圖像透過；光導電層，其在暴露于透過所述第一電極層的所述周期圖案圖像時生成電荷；電荷積蓄層，其積蓄在所述光導電層處生成的所述電荷；以及第二電極層，其包括使讀取光透過的多個線狀電極，上述層按此順序形成，其中通過利用所述讀取光進行掃描來讀出與各線狀電極相對應的各像素部的檢測信號；以及 圖像生成單元，其基于表示所述放射線圖像檢測器檢測到的所述周期圖案圖像的圖像信號，來生成相位對比圖像， 其中，所述電荷積蓄層包括在與形成所述相位對比圖像的各像素相對應的預定范圍內排列的多個單位格柵圖案，其中，所述單位格柵圖案由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部的組形成，并且 所述圖像生成單元基于由與所述預定范圍內的所述單位格柵圖案相對應的所述像素部檢測到的多個檢測信號，來生成所述相位對比圖像的各像素的像素信號。
25.根據權利要求24所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述格柵包括排列在該格柵中的多個副單位格柵，各副單位格柵由比所述單位格柵圖案小并且分別與所述像素部相對應的單位形成，并且在與各單位格柵圖案相對應的范圍內的所述副單位格柵排列成沿與所述單位格柵圖案的延伸方向垂直的方向、相對于所述單位格柵圖案平移不同距離，并且 所述圖像生成單元基于與排列在與所述單位格柵圖案相對應的范圍內的所述副單位格柵相對應的所述像素部檢測到的檢測信號，來生成各單位格柵圖案的檢測信號。
26.根據權利要求25所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在與所述電荷積蓄層的各單位格柵圖案相對應的范圍內的所述副單位格柵的圖像排列成相對于所述單位格柵圖案以P/M為增量平移不同距離，其中P是所述單位格柵圖案的節距，而M是預先設置的用于生成形成所述相位對比圖像的各像素的相位信息的條數。
27.根據權利要求24至26中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述單位格柵圖案由沿彼此垂直的方向延伸的單位格柵部的組形成。
28.根據權利要求24至27中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在所述預定范圍內的所述單位格柵圖案排列成交替圖案。
29.根據權利要求24至28中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵圖案包括在所述預定范圍內具有相等面積比的、不同類型的單位格柵圖案。
30.根據權利要求24至29中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在所述預定范圍內排列的所述單位格柵圖案包括由沿相同方向延伸的所述單位格柵部形成的兩個以上單位格柵圖案，其中所述兩個以上單位格柵圖案彼此具有不同排列節距的單位格柵部。
31.根據權利要求25所述的放射線圖像攝影裝置，其中，在與各單位格柵圖案相對應的范圍內排列的所述副單位格柵包括具有不同排列節距的、不同類型的副單位格柵。
32.根據權利要求24至31中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述放射線圖像檢測器位于與所述格柵相距塔爾博特干涉距離處，并且對所述格柵的通過塔爾博特干涉效應形成的所述周期圖案圖像施加強度調制。
33.根據權利要求24至31中任一項所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述格柵是吸收型格柵，并且允許放射線作為投影圖像透過而形成所述周期圖案圖像，并且 所述放射線圖像檢測器對所述周期圖案圖像施加強度調制，所述周期圖案圖像是透過所述格柵的所述投影圖像。
34.根據權利要求33所述的放射線圖像攝影裝置，其中，所述放射線圖像檢測器位于與所述格柵相距比最小塔爾博特干涉距離短的距離處。
35.一種放射線圖像檢測器，所述放射線圖像檢測器包括 第一電極層，其發射放射線； 光導電層，其在暴露于透過所述第一電極層的放射線時生成電荷； 電荷積蓄層，其積蓄在所述光導電層處生成的所述電荷；以及 第二電極層，其包括使讀取光透過的多個線狀電極， 上述層按此順序形成，其中，通過利用讀取光進行掃描，來讀出與各線狀電極相對應的各像素部的檢測信號， 其中，所述電荷積蓄層包括在預定范圍內排列的多個單位格柵圖案，其中所述單位格柵圖案由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部的組形成。
全文摘要
本發明涉及放射線圖像攝影裝置和放射線圖像檢測器。尤其涉及用于通過使用包括第一格柵和第二格柵的兩個格柵來獲得相位對比圖像的放射線圖像攝影裝置，其中第一格柵和第二格柵之一包括排列在與形成所述相位對比圖像的各像素相對應的預定范圍內的多個單位格柵，其中所述單位格柵由彼此沿不同方向延伸的單位格柵部件的組形成，并且基于與所述預定范圍內的所述單位格柵相對應的所述像素部所檢測到的多個檢測信號，來生成所述相位對比圖像的各像素的像素信號。
文檔編號A61B6/00GK102613982SQ20121002002
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月21日 優先權日2011年1月26日
發明者金子泰久 申請人:富士膠片株式會社