УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01T1/29 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству получения изображения и к способу формирования изображения с использованием рентгеновского излучения.

Уровень техники

Неразрушающее испытание с использованием излучения используется в разнообразных областях применения от промышленности до медицины. Например, рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны, имеющие длину волны в диапазоне приблизительно от 1 пм до 10 нм (от 10^-12 до 10^-8 м). Более коротковолновое рентгеновское излучение называется жестким рентгеновским излучением, а более длинноволновое называется мягким рентгеновским излучением.

Способ, основанный на контрасте поглощения, с использованием различия в коэффициенте пропускания рентгеновского излучения, прошедшего через испытуемый объект, применяется на практике в областях, связанных с безопасностью, например, при контроле внутренних трещин, осуществляемом на стали и при досмотре багажа, за счет высокой проникающей способности рентгеновского излучения в изображениях на основе поглощения, получаемых с использованием способа.

Для испытуемого объекта, состоящего из материалов, имеющих близкие значения плотности, и имеющего меньшую контрастность при поглощении рентгеновского излучения, эффективным является формирование фазоконтрастного рентгеновского изображения, при котором детектируется сдвиг фазы рентгеновского излучения вследствие наличия испытуемого объекта.

В качестве одного типа формирования фазоконтрастного рентгеновского изображения устройство формирования рентгеновского изображения, которое использует разделяющий элемент, делит пучок рентгеновского излучения и включает в себя маску для блокирования пучка рентгеновского излучения на краях (границах пикселя) пикселей в детекторе, раскрыто в PTL 1. В этом устройстве блоки установлены так, что пучок рентгеновского излучения падает на часть экранирующей маски для рентгеновского излучения в отсутствие испытуемого объекта. Затем, при размещении испытуемого объекта пучок рентгеновского излучения испытывает преломление на испытуемом объекте, и местоположения пучка рентгеновского излучения, падающего на экранирующую маску для рентгеновского излучения изменяется. Поскольку количество рентгеновского излучения, блокируемого экранирующей маской для рентгеновского излучения, изменяется в соответствии с величиной смещения пучка рентгеновского излучения, преломление на испытуемом объекте можно детектировать как изменение интенсивности рентгеновского излучения. В результате, можно детектировать сдвиг фазы рентгеновского излучения вследствие наличия испытуемого объекта.

Библиография

Патентные источники

PTL 1 международная публикация №2008-029107

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

В устройстве формирования рентгеновского изображения, описанном в PTL 1, маска, которая блокирует рентгеновское излучение, располагается в каждом пикселе детектора. Однако, при рассмотрении коэффициента пропускания рентгеновского излучения через объекты, приходится использовать тяжелые элементы, например, золото и платину в качестве материала масок, и, таким образом, производственные затраты возрастают.

Маски, используемые в устройстве формирования рентгеновского изображения, описанном в PTL 1, должны иметь высокое аспектное отношение для обеспечения способности к экранированию света. Однако такие маски с высоким аспектным отношением сложны в производстве. Рассеяние рентгеновского излучения на стенке маски может влиять на качество изображения. Соответственно, настоящее изобретение предусматривает устройство формирования рентгеновского изображения и способ формирования рентгеновского изображения, который не использует экранирующие маски для рентгеновского излучения и не детектирует преломление пучка рентгеновского излучения на испытуемом объекте при изменении интенсивности рентгеновского излучения.

Решение проблемы

Устройство формирования рентгеновского изображения согласно настоящему изобретению включает в себя разделяющий элемент, выполненный с возможностью пространственного разделения рентгеновского излучения, излучаемого из источника рентгеновского излучения; сцинтиллятор, выполненный с возможностью излучения света, когда разделенный пучок рентгеновского излучения, разделенный на разделяющем элементе, падает на сцинтиллятор; блок ограничения светопропускания, выполненный с возможностью ограничения степени пропускания света, излучаемого сцинтиллятором; и множество световых детекторов, каждый из которых выполнен с возможностью детектирования количества света, прошедшего через блок ограничения светопропускания, причем блок ограничения светопропускания выполнен так, что интенсивность света, детектируемая на каждом из световых детекторов, изменяется в соответствии с изменением местоположения падения пучка рентгеновского излучения. Способ формирования рентгеновского изображения согласно настоящему изобретению включает в себя этапы, на которых осуществляют пространственное разделение рентгеновского излучения, излучаемого из источника рентгеновского излучения; обеспечивают излучение света, когда пространственно разделенный пучок рентгеновского излучения падает на сцинтиллятор; и получают информацию о сдвиге фазы пучка рентгеновского излучения вследствие наличия испытуемого объекта с использованием блока ограничения светопропускания, выполненного так, что интенсивность света, детектируемая на каждом из световых детекторов, изменяется в соответствии с изменением местоположения падения пучка рентгеновского излучения.

Преимущества изобретения

Настоящее изобретение предусматривает устройство формирования рентгеновского изображения и способ формирования рентгеновского изображения, который не использует экранирующие маски для рентгеновского излучения и не детектирует преломление пучка рентгеновского излучения на испытуемом объекте при изменении интенсивности рентгеновского излучения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схема устройства формирования рентгеновского изображения согласно первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - схема блока детектирования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - логическая блок-схема, иллюстрирующая процесс, осуществляемый вычислительным блоком согласно первому и второму вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - схема блока детектирования согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 - схема светоэкранирующего блока согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - логическая блок-схема, иллюстрирующая процесс, осуществляемый вычислительным блоком согласно третьему, четвертому, пятому и шестому вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 - схема светоэкранирующего блока согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 - схема блока детектирования согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 - схема блока детектирования согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10 - схема устройства формирования рентгеновского изображения согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.11 - схема устройства формирования рентгеновского изображения согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.12 иллюстрирует пучок рентгеновского излучения, преломляемый на объекте.

Фиг.13 - схема блока детектирования согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Устройство формирования рентгеновского изображения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения выполнено с возможностью получения сдвига фазы рентгеновского излучения информация на основании величины смещения рентгеновского излучения или изменения распределения интенсивности рентгеновского излучения, которое происходит, когда пучок рентгеновского излучения проходит через испытуемый объект.

Конфигурация такого устройства формирования рентгеновского изображения задана так, что, при использовании сдвига фазы в пучке рентгеновского излучения вследствие наличия испытуемого объекта, диапазон детектирования пучка рентгеновского излучения перемещение и изменение распределения интенсивности рентгеновского излучения являются достаточными.

В частности, блок ограничения светопропускания, который ограничивает степень пропускания света, излучаемого из сцинтиллятора, используется для детектирования незначительного смещения рентгеновского излучения или незначительного изменения распределения интенсивности рентгеновского излучения вследствие преломления пучка рентгеновского излучения на испытуемом объекте. Блок ограничения светопропускания представляет собой, например, светоэкранирующий блок, который имеет светоэкранирующие маски для блокирования части света, излучаемого сцинтиллятором, или блок ослабления света, который имеет оптические фильтры для ослабления света. Такие светоэкранирующий блок и блок ослабления света способны изменять количество света, прошедшего через область, соответствующую единичному пикселю, на основании смещения падающего рентгеновского излучения или изменения распределения интенсивности рентгеновского излучения. Таким образом, детектируя количество света, прошедшего через светоэкранирующий блок или блок ослабления света, можно получить информацию, связанную со смещением падающего пучка рентгеновского излучения и изменением распределения интенсивности.

Как описано в третьем варианте осуществления, светоэкранирующий блок, имеющий два разных типа светоэкранирующих масок, которые детектируют разные величины изменения интенсивности света в расчете на единицу длины в направлении перемещения рентгеновского излучения, можно использовать для получения дифференциальных фазоконтрастных изображений и т.д. с учетом информации поглощения рентгеновского излучения (коэффициента пропускания) испытуемого объекта.

Например, можно использовать первую светоэкранирующую маску, которая пропускает большее количество света, когда местоположение (позиция) падения рентгеновского излучения перемещается в заданном направлении, и вторую светоэкранирующую маску, которая пропускает меньшее количество света. В таком случае, желательно, чтобы первая область, содержащая первую светоэкранирующую маску, и вторая область, содержащая вторую светоэкранирующую маску, располагались рядом друг с другом.

Как описано в четвертом варианте осуществления, светоэкранирующий блок, включающий в себя первую область, содержащую светоэкранирующую маску, и вторая область, не содержащая светоэкранирующей маски, можно использовать для получения дифференциальных фазоконтрастных изображений и т.д. с учетом информации поглощения рентгеновского излучения (коэффициента пропускания) испытуемого объекта. В таком случае, желательно, чтобы первая и вторая область располагались рядом друг с другом.

Как описано в пятом варианте осуществления, первые детектирующие пиксели, которые экранированы от части падающего света, и вторые детектирующие пиксели, которые не экранированы от падающего света, можно использовать для получения дифференциальных фазоконтрастных изображений и т.д. с учетом информации поглощения рентгеновского излучения (коэффициента пропускания) испытуемого объекта.

Как описано в шестом варианте осуществления, блок ослабления света, включающий в себя область, содержащую два разных типа оптических фильтров, которые обеспечивают разные изменения детектируемой интенсивности света в расчете на единицу смещения в направлении перемещения пучка рентгеновского излучения, можно использовать для получения дифференциальных фазоконтрастных изображений и т.д. с учетом информации поглощения рентгеновского излучения (коэффициента пропускания) испытуемого объекта.

Например, первый оптический фильтр, выполнен так, что коэффициент пропускания света возрастает, когда позиция падения рентгеновского излучения перемещается в заданном направлении, и второй оптический фильтр, выполнен так, что коэффициент пропускания света убывает. В таком случае, желательно, чтобы первая область, содержащая первый оптический фильтр, и вторая область, содержащая второй оптический фильтр, располагались рядом друг с другом.

Как описано в седьмом варианте осуществления, блок ослабления света, включающий в себя первую область, содержащую оптический фильтр, и вторую область, не содержащую оптического фильтра, можно использовать для получения дифференциальных фазоконтрастных изображений и т.д. с учетом информации поглощения рентгеновского излучения (коэффициента пропускания) испытуемого объекта. В этом случае, желательно, чтобы первая область и вторая область располагались рядом друг с другом.

Ниже со ссылкой на чертежи подробно описаны варианты осуществления.

Первый вариант осуществления

Устройство формирования рентгеновского изображения и способ формирования изображения с использованием блока ослабления света

Опишем, со ссылкой на фиг.1, устройство формирования рентгеновского изображения, которое получает изображения, связанные со сдвигом фазы в испытуемом объекте, например, дифференциальное фазоконтрастное изображение и фазоконтрастное изображение.

Согласно фиг.1, устройство формирования рентгеновского изображения согласно этому варианту осуществления включает в себя разделяющий элемент 103, расположенный на оптическом пути пучка рентгеновского излучения, излучаемого из источника 101 рентгеновского излучения, испытуемый объект 104 и блок 105 детектирования. Кроме того, можно предусмотреть блоки 108, 109 и 110 транспортировки, например, шаговые электродвигатели, которые перемещают разделяющий элемент 103, испытуемый объект 104 и блок 105 детектирования. Например, поскольку испытуемый объект 104 можно надлежащим образом перемещать с использованием блока 109 транспортировки, можно получить изображение конкретной секции испытуемого объекта 104.

Рентгеновское излучение, генерируемое на источнике 101 рентгеновского излучения, подвергается пространственному разделению на разделяющем элементе 103. В частности, разделяющий элемент 103 действует как эталонная маска, имеющая множество отверстий, которая описана в PTL 1, и рентгеновское излучение, проходящее через разделяющий элемент 103, образует потоки рентгеновского излучения. Разделяющий элемент 103 представляет собой, например, щелевую матрицу, имеющую линии и промежутки. Напротив, разделяющий элемент 103 может представлять собой матрицу микроотверстий. Области, через которые проходят пучки рентгеновского излучения, могут размещаться в одном измерении или в двух измерениях.

Щели в разделяющем элементе 103 могут не проникать в подложку разделяющего элемента при условии пропускания рентгеновского излучения. Материал разделяющего элемента 103 можно выбирать из материалов, имеющих высокий логарифм коэффициента поглощения рентгеновского излучения, например, Pt, Au, Pb, Ta или W. Однако в качестве материала можно выбирать соединения, содержащие эти материалы.

Интервал в картине линий и промежутков рентгеновского излучения, разделенного разделяющим элементом 103 и падающего в позиции блока 105 детектирования, превышает размер пикселя блока 105 детектирования. В частности, размер пикселей, включенных в блок 105 детектирования, меньше пространственного интервала рентгеновского излучения, разделенного на разделяющем элементе 103 и проецируемого на блок 105 детектирования.

Фаза пучка рентгеновского излучения, полученного пространственным разделением на разделяющем элементе 103, испытывает сдвиг на испытуемом объекте 104, и пучок рентгеновского излучения испытывает преломление. Преломленный пучок рентгеновского излучения детектируется блоком 105 детектирования. Обработка сигнала осуществляется вычислительным блоком 106 в отношении информации, связанной с пучком рентгеновского излучения, полученным блоком 105 детектирования. Затем обработанная информация выводится на блок 107 отображения, например, монитор.

Испытуемым объектом 104 может быть животное, растение, человек, органический материал, неорганический материал или органический/неорганический состав.

При использовании монохроматического рентгеновского излучения, блок 102 монохроматизации, например, монохроматор или многослойное рентгеновское зеркало в сочетании со щелями может располагаться между источником 101 рентгеновского излучения и разделяющим элементом 103.

Решетка, которая используется для формирования рентгеновского изображения, может располагаться между испытуемым объектом 104 и блоком 105 детектирования для снижения неопределенности изображения, формируемого пучками рентгеновского излучения, рассеянными испытуемым объектом 104.

Опишем со ссылкой на фиг.2 блок 105 детектирования согласно этому варианту осуществления. Блок 105 детектирования включает в себя сцинтиллятор 206, блок 203 ослабления света и световые детекторы 205. Поскольку световые детекторы 205 размещены в двух измерениях, каждый световой детектор 205 эквивалентен пикселю детектируемого изображения.

Сцинтиллятор 206 чувствителен к рентгеновскому излучению и преобразует пучок рентгеновского излучения в свет, который могут детектировать световые детекторы 205. Например, в качестве сцинтиллятора 206 используется иодид цезия (CsI). Световые детекторы 205 имеют чувствительность в диапазоне длины волны излучения света сцинтиллятора и представляют собой, например, элементы фотоэлектрического преобразования, включающие в себя полупроводник, например, монокристаллический кремний или поликристаллический кремний. Сцинтиллятор 206, блок 203 ослабления света и световые детекторы 205 могут быть объединены в один блок, представленный на фиг.2, или могут располагаться отдельно друг от друга.

На фиг.2 эталонный пучок 201 рентгеновского излучения является разделенным пучком рентгеновского излучения в отсутствие испытуемого объекта 104, и пучок 202 рентгеновского излучения является пучком рентгеновского излучения, преломляемым испытуемым объектом 104. Желательно устанавливать блоки так, чтобы эталонный пучок 201 рентгеновского излучения проходил через центр светового детектора 205.

Блок 203 ослабления света включает в себя множество оптических фильтров 204. Коэффициент пропускания света каждого оптического фильтра 204 постепенно изменяется непрерывно или ступенчато в направлении оси x (в направлении, ортогональном падающему пучку рентгеновского излучения). Оптический фильтр 204 состоит из металлических пластин, имеющих непрерывно изменяющуюся толщину, уложенных на светопропускающую подложку. В дальнейшем, термин «непрерывно» включает в себя понятие «ступенчато».

При такой конфигурации, когда пучок 202 рентгеновского излучения смещается в направлении оси x относительно эталонного пучка 201 рентгеновского излучения, интенсивность сигнала, детектируемая на световых детекторах 205 изменяется. Таким образом, из детектируемой интенсивности можно получить смещение относительно эталонного пучка 201 рентгеновского излучения вследствие наличия испытуемого объекта 104.

Например, когда I₀ представляет интенсивность эталонного пучка 201 рентгеновского излучения, детектируемую световым детектором 205, и I представляет интенсивность пучка 202 рентгеновского излучения, которая соответствует смещению Δx относительно эталонного пучка 201 рентгеновского излучения, и когда соотношение между этими интенсивностями является, например, линейным, интенсивность I, детектируемая световым детектором 205, задается выражением 1.

I=I₀+aΔx (1),

где a представляет константу. Используя это выражение, из детектируемой интенсивности I можно получить смещение пучка рентгеновского излучения. Здесь, поглощение рентгеновского излучения испытуемым объектом 104 не рассматривается.

На фиг.3 представлен вычислительный процесс. Прежде всего, получают (S100) информацию интенсивности света для каждого пучка рентгеновского излучения. Затем, из интенсивности I света, детектируемой на каждом световом детекторе 205, вычисляют (S101) смещение Δx относительно эталонного пучка 201 рентгеновского излучения. Напротив, смещение Δx можно определить, обратившись, на основании измеренной интенсивности, к таблице данных, которая хранится в вычислительном блоке 106 или в другом запоминающем устройства и содержит отношение соответствия между детектируемой интенсивностью света в отсутствие испытуемого объекта 104 и позицией x пучка рентгеновского излучения.

Затем вычисляют (S102) угол преломления Δθ каждого пучка рентгеновского излучения с использованием выражения 2.

Здесь, Δx представляет смещение относительно эталонного пучка 201 рентгеновского излучения, и Z представляет расстояние от испытуемого объекта 104 до блока 105 детектирования.

С использованием выражения 3, вычисляют (S103) дифференциальную фазу dϕ/dx светового детектора (пикселя) 205 для получения дифференциальной фазовой информации.

Здесь λ представляет длину волны пучка рентгеновского излучения и, когда используется непрерывное рентгеновское излучение, представляет эффективную длину волны.

Затем вычисляют (S104) фазу ϕ путем интегрирования полученных дифференциальных фаз dϕ/dx в направлении оси x для получения фазовой информации. Блок 107 отображения может отображать изображения, например, изображение вычисленного таким образом смещения Δx, дифференциальное фазоконтрастное изображение dϕ/dx и фазоконтрастное рентгеновского изображение ϕ, а также изображение распределения измеренной интенсивности (S105).

При вышеописанной конфигурации производственные затраты не возрастают, поскольку экранирующие маски для рентгеновского излучения с использованием тяжелых элементов, которые блокируют рентгеновское излучение, не требуются. Кроме того, экранирующие маски для рентгеновского излучения, имеющие высокое аспектное отношение, которые сложны в производстве, не требуются.

Кроме того, влияние рассеяния на экранирующих масках для рентгеновского излучения может уменьшаться, и, таким образом, можно формировать изображения высокого качества.

Согласно фиг.2, описан оптический фильтр, имеющий градиент коэффициента пропускания в направлении оси x, указанной на странице. Напротив, можно использовать оптический фильтр, имеющий градиент коэффициента пропускания в направлении, перпендикулярном плоскости страницы (в направлении оси y).

Используя двухмерную матрицу микроотверстий в качестве разделяющего элемента 103 и используя оптические фильтры, имеющие градиенты коэффициента пропускания в направлениях X и Y, можно детектировать градиент фазы в двух измерениях.

Градиент фазы можно детектировать в двух измерениях, укладывая в стопку оптические фильтры, имеющие градиент коэффициента пропускания в направлении оси, x и оптические фильтры, имеющие градиент коэффициента пропускания в направлении оси y.

Второй вариант осуществления

Устройство формирования рентгеновского изображения и способ формирования изображения с использованием светоэкранирующего блока

Во втором варианте осуществления описаны устройство формирования рентгеновского изображения и способ формирования изображения с использованием светоэкранирующего блока вместо блока 203 ослабления света первого варианта осуществления. В частности, в этом варианте осуществления используется блок 105 детектирования, отличный от блока 105 детектирования, описанного в первом варианте осуществления. Конфигурация других блоков такая же, как в первом варианте осуществления. Фиг.4 иллюстрирует часть блока 105 детектирования и является видом в направлении, ортогональном направлению падения рентгеновского излучения. В частности, согласно фиг.4, пучок 403 рентгеновского излучения входит сверху вниз, и позиция пучка рентгеновского излучения изменяется в поперечном направлении вследствие преломления.

Согласно фиг.4 светоэкранирующая маска 402 располагается над краем светового детектора 401 (т.е. границей световых детекторов). Светоэкранирующая маска 402 блокирует часть света, излучаемого сцинтиллятором 404. Светоэкранирующий блок 405 включает в себя матрицу светоэкранирующих масок 402.

Светоэкранирующая маска 402 блокирует свет в диапазоне длины волны света, излучаемого сцинтиллятором 404, и образована, например, пластиковой пленкой, на которой напечатана черная светоэкранирующая структура, или на которую нанесена металлическая светоэкранирующая структура.

Желательно устанавливать блоки так, чтобы пучок 403 рентгеновского излучения падал на сцинтиллятор 404, так что центр пучка 403 рентгеновского излучения в направлении оси x выровнен с краем светоэкранирующей маски 402 в направлении оси x. Здесь, w представляет ширину пучка 403 рентгеновского излучения.

При такой компоновке, когда пучок рентгеновского излучения падает на испытуемый объект 104, позиция падающего пучка 403 рентгеновского излучения на сцинтилляторе 404 изменяется вследствие преломления. Поскольку детектируемая интенсивность света, излучаемого сцинтиллятором 404, изменяется вследствие этого смещения, смещение можно детектировать как изменение интенсивности света.

Интенсивность I света, детектируемая световым детектором 401, когда пучок 403 рентгеновского излучения испытывает преломление на испытуемом объекте 104 и смещается на Δx в направлении оси x, можно представить, например, выражением 4.

I₀ представляет интенсивность света, детектируемую в отсутствие испытуемого объекта 104. Поскольку сцинтиллятор 404 достаточно тонок, выражение 4 не учитывает рассеяние света внутри сцинтиллятора 404.

Соответственно, смещение Δx можно определить из интенсивности света I₀, детектируемой в отсутствие испытуемого объекта 104, и интенсивности I света, детектируемой в присутствии испытуемого объекта 104. С учетом рассеяния света внутри сцинтиллятора 404, смещение Δx пучка рентгеновского излучения можно определить, обратившись, на основании измеренной интенсивности, к таблице данных, которая хранится в вычислительном блоке 106 и содержит отношение соответствия между интенсивностью света, детектируемой в отсутствие испытуемого объекта 104, и позицией x пучка рентгеновского излучения.

Аналогично первому варианту осуществления, посредством вычислительного процесса, можно получить изображение смещения Δx, дифференциальное фазоконтрастное изображение dϕ/dx и фазоконтрастное рентгеновское изображение ϕ и т.д.

Выше со ссылкой на фиг.4 описана конфигурация, имеющая чувствительность только к смещению в направлении X. Напротив, можно использовать светоэкранирующую маску, имеющую чувствительность к смещению в направлении, перпендикулярном плоскости страницы (в направлении оси y).

Используя матрицу микроотверстий в качестве разделяющего элемента 103 и используя светоэкранирующую маску, имеющую чувствительность к смещению в направлениях X и Y, можно детектировать градиент фазы в двухмерном направлении.

Градиент фазы в двухмерном направлении можно детектировать, укладывая в стопку светоэкранирующую маску, имеющую чувствительность к смещению в направлении оси x, и светоэкранирующую маску, имеющую чувствительность к смещению в направлении оси y.

Третий вариант осуществления

Светоэкранирующий блок, который вычисляет коэффициент пропускания

В третьем варианте осуществления описано устройство формирования рентгеновского изображения и способ формирования изображения, пригодные, когда испытуемый объект имеет достаточный логарифм коэффициента поглощения рентгеновского излучения.

В этом варианте осуществления, светоэкранирующий блок 503, представленный на фиг.5, используется вместо светоэкранирующего блока 405 второго варианта осуществления. Конфигурация других блоков такая же, как в первом варианте осуществления.

Опишем со ссылкой на фиг.5 светоэкранирующий блок 503 согласно этому варианту осуществления. Фиг.5, которая иллюстрирует светоэкранирующий блок 503, является схемой части блока 105 детектирования, представленного на фиг.1. Другими словами, блок 105 детектирования имеет многослойную структуру, в которой сцинтиллятор, светоэкранирующий блок 503 и световые детекторы располагаются по порядку от направления падения рентгеновского излучения.

Эталонный пучок 501 рентгеновского излучения образует разделенный пучок рентгеновского излучения в отсутствие испытуемого объекта 104, и пучок 502 рентгеновского излучения образует пучок рентгеновского излучения, преломленный испытуемым объектом 104. Желательно устанавливать блоки так, чтобы эталонный пучок 501 рентгеновского излучения падал на центр пикселя 506 в направлении оси x. Светоэкранирующий блок 503 состоит из попеременно расположенных светоэкранирующих масок 504 (первая светоэкранирующая маска), которые представляют собой структуры, в которых интенсивность света, детектируемая световыми детекторами, увеличивается для перемещения в направлении оси x, и светоэкранирующие маски 505 (вторая светоэкранирующая маска), которые представляют собой структуры, в которых интенсивность света, детектируемая световым детектором, уменьшается для перемещения в направлении оси x. В частности, светоэкранирующий блок 503 представляет собой структуру, имеющую два разных типа светоэкранирующих масок 504 и 505, которые детектируют разные величины изменения интенсивности света в расчете на единицу длины, когда пучки рентгеновского излучения перемещаются в направлении оси x.

Пучок рентгеновского излучения из испытуемого объекта 104, падающий на блок 105 детектирования после перемещения на Δx, входит в сцинтиллятор внутри блока детектирования, и интенсивность I'₁ света для света, излучаемого сцинтиллятором и проходящего через светоэкранирующую маску 504, представлена, например, выражением 5.

I₀₁ представляет интенсивность света для света, излучаемого сцинтиллятором в ответ на падение пучка рентгеновского излучения на сцинтиллятор, который эквивалентен пикселю 506, в отсутствие испытуемого объекта 104, и P представляет длину стороны пикселя 506. A представляет коэффициент пропускания рентгеновского излучения испытуемого объекта 104.

Пучок рентгеновского излучения из испытуемого объекта 104, падающий на блок 105 детектирования после перемещения на Δx падает на сцинтиллятор внутри блока детектирования, в результате чего, излучается свет. Интенсивность I'₂ света для света, излучаемого сцинтиллятором через светоэкранирующую маску 505, представлена выражением 6.

I₀₂ представляет интенсивность света для света, излучаемого сцинтиллятором в ответ на падение пучка рентгеновского излучения на сцинтиллятор, который эквивалентен пикселю 506, в отсутствие испытуемого объекта 104. Когда I₁ и I₂ представляют интенсивности света эталонного пучка 501 рентгеновского излучения, детектируемого на светоэкранирующих масках 504 и 505, соответственно, смещение Δx можно вывести из выражений 5 и 6 и представить выражением 7.

Таким образом, поскольку Δx можно определить согласно выражению 7, коэффициент A пропускания испытуемого объекта 104 также можно определить с использованием Δx.

Даже когда два разных типа светоэкранирующих масок не образуют симметричную структуру, смещение Δx и коэффициент A пропускания можно определить, обратившись к таблице данных, которая хранится в вычислительном блоке 106 и содержит отношение соответствия между интенсивностью света, детектируемой в отсутствие испытуемого объекта 104, и позицией x в пикселе 506.

В частности, выразив интенсивность света, детектируемую в позиции x, на основании вышеописанной таблицы данных, связанной с двумя разными типами светоэкранирующих масок, можно определить смещение Δx и коэффициент A пропускания.

Коэффициент пропускания на основании поглощения испытуемого объекта 104 и смещения вследствие преломления можно определить из соотношения между интенсивностью света эталонного пучка 501 рентгеновского излучения и интенсивностью света пучка 502 рентгеновского излучения, детектируемого на соседних светоэкранирующих масках 504 и 505, соответственно. Светоэкранирующие маски 504 и 505 располагаются наклонно, пересекая рентгеновское излучение. Однако светоэкранирующие маски 504 и 505 могут располагаться согласно любой структуре при условии, что можно получить смещение рентгеновского излучения.

В этом случае, поскольку используется информация об интенсивности рентгеновского излучения в двух областях, т.е. на светоэкранирующей маске 504 и светоэкранирующей маске 505, пространственное разрешение в направлении оси x уменьшается в два раза. Таким образом, помимо вышеописанных измерений, можно осуществлять аналогичные измерения после перемещения разделяющего элемента 103 и блока 105 детектирования или испытуемого объекта 104 в направлении оси x на расстояние, равное длине светоэкранирующей маски 504 в направлении оси x.

Таким образом, можно получить информацию о коэффициенте A пропускания рентгеновского излучения и смещении Δx, соответствующем позиции испытуемого объекта 104 смещение рентгеновского излучения которого уже измерено.

Благодаря детектированию интенсивности света блоком 105 детектирования, коэффициент A пропускания, дифференциальную фазу dϕ/dx и фазу ϕ можно вычислить с использованием вычислительного блока 106. Изображение в пропущенных рентгеновских лучах, изображение смещения Δx, дифференциальное фазоконтрастное изображение dϕ/dx и фазоконтрастное рентгеновское изображение ϕ могут отображаться на блоке 107 отображения.

Опишем вычислительный процесс согласно фиг.6. Прежде всего, получают (S200) информацию интенсивности каждого пучка рентгеновского излучения. Затем смещение Δx относительно эталонного пучка 501 рентгеновского излучения и коэффициент A пропускания рентгеновского излучения вычисляют (S201) из детектируемой интенсивности света каждого пучка 502 рентгеновского излучения.

Затем угол преломления Δθ каждого пучка рентгеновского излучения определяют (S202) таким образом аналогично первому варианту осуществления с использованием смещения Δx и расстояния Z между испытуемым объектом 104 и блоком 105 детектирования.

Дифференциальную фазу dϕ/dx вычисляют (S203) из угла Δθ преломления каждого пучка рентгеновского излучения. Затем вычисляют фазу ϕ путем интегрирования полученных дифференциальных фаз dϕ/dx в направлении оси x (S204).

Вычисленные таким образом изображения, например, изображение в пропущенных рентгеновских лучах, изображение смещения, дифференциальное фазоконтрастное изображение и фазоконтрастное изображение, могут отображаться (S205) на блоке 107 отображения. Изображение распределения измеренной интенсивности также может отображаться аналогичным образом. Согласно такой конфигурации, можно получить дифференциальные фазоконтрастные изображения и фазоконтрастные изображения, которые учитывают поглощение.

Четвертый вариант осуществления

Другой светоэкранирующий блок, который вычисляет коэффициент пропускания

В четвертом варианте осуществления описаны устройство формирования рентгеновского изображения и способ формирования изображения, пригодные, когда испытуемый объект имеет достаточный логарифм коэффициента поглощения рентгеновского излучения.

В этом варианте осуществления светоэкранирующий блок 703, представленный на фиг.7, предусмотрен вместо светоэкранирующего блока 405 второго варианта осуществления. В частности, в этом варианте осуществления, предусмотрены область, содержащая часть, которая блокирует свет, излучаемый сцинтиллятором, и область, не содержащая части, которая блокирует свет. В остальном, базовая конфигурация устройства такая же, как в первом варианте осуществления.

Фиг.7, которая иллюстрирует светоэкранирующий блок 703, является схемой части блока 105 детектирования, представленного на фиг.1. Другими словами, блок 105 детектирования имеет многослойную структуру, в которой сцинтиллятор, светоэкранирующий блок 703 и световые детекторы располагаются по порядку от направления падения рентгеновского излучения. Линейный пучок рентгеновского излучения, пространственно разделенный разделяющим элементом 103 падает на испытуемый объект 104, и пропущенный пучок рентгеновского излучения падает на блок 105 детектирования.

Эталонный пучок 701 рентгеновского излучения образует разделенный пучок рентгеновского излучения в отсутствие испытуемого объекта 104, и пучок 702 рентгеновского излучения образует пучок рентгеновского излучения, преломленный испытуемым объектом 104. Желательно устанавливать блоки так, чтобы эталонный пучок 701 рентгеновского излучения падал на центр светоэкранирующей маски 704 в направлении оси x.

Светоэкранирующий блок 703 состоит из попеременно размещенных областей, имеющих светоэкранирующие маски 704, и областей 705, в которых детектируемая интенсивность света, излучаемого сцинтиллятором, остается неизменной при перемещении в направлении оси x. Здесь, детектируемая интенсивность света, излучаемого сцинтиллятором, остающаяся неизменной при перемещении в направлении оси x, эквивалентна детектируемой интенсивности света, остающейся по существу неизменной. Другими словами, при условии, что можно получить информацию поглощение, интенсивность света может немного изменяться при перемещении в направлении оси x.

При такой конфигурации, коэффициент A пропускания рентгеновского излучения испытуемого объекта 104 можно определить из области 705, не содержащей светоэкранирующей маски 704. В результате, коэффициент пропускания области, содержащей светоэкранирующую маску 704, можно определить в комплементарном порядке из коэффициента A пропускания области 705, не содержащей светоэкранирующей маски 704.

Аналогично, поскольку можно определить угол преломления пучка 702 рентгеновского излучения в области, содержащей светоэкранирующую маску 704, по аналогии с коэффициентом A пропускания, угол преломления в области 705, не содержащей светоэкранирующей маски 704, можно определить в комплементарном порядке.

Светоэкранирующие маски 704 располагаются наклонно, пересекая пучки рентгеновского излучения. Однако светоэкранирующие маски 704 может располагаться согласно любой структуре при условии, что можно определить смещение пучков рентгеновского излучения.

В этом случае, поскольку используется информация об интенсивности рентгеновского излучения в двух разных областях, т.е. в областях, содержащих светоэкранирующие маски 704, и в областях 705, не содержащих светоэкранирующих масок 704, пространственное разрешение в направлении оси x уменьшается в два раза.

Таким образом, помимо вышеописанного измерения, можно осуществлять аналогичное измерение путем перемещения разделяющего элемента 103 и блока 105 детектирования или испытуемого объекта 104 в направлении оси X и Y и путем перемещения светоэкранирующего блока 703 на расстояние, равное пикселю. Таким образом, можно получить информацию о коэффициенте A пропускания рентгеновского излучения и угле преломления, соответствующем позиции испытуемого объекта 104, смещение рентгеновского излучения которого уже измерено. Логическая блок-схема для вычислительного блока 106 такая же, как в третьем варианте осуществления. При вышеописанной конфигурации, можно получить дифференциальные фазоконтрастные изображения и фазоконтрастные изображения с учетом поглощения.

Используя матрицу микроотверстий в качестве разделяющего элемента 103 и надлежащим образом задавая форму светоэкранирующих масок 704, можно обеспечить чувствительность к перемещению рентгеновского излучения не только в направлении оси x, но и в направлении оси y. В таком случае, желательно устанавливать блоки так, чтобы эталонный пучок 701 рентгеновского излучения падал на центр светоэкранирующей маски 704 в направлениях X и Y. В таком случае, разделив интенсивность рентгеновского излучения в области светоэкранирующей маски 704 на коэффициент A пропускания, можно получить изображение, связанное со сдвигом фазы. При вышеописанной конфигурации, можно получить изображения, связанные со сдвигом фазы рентгеновского излучения, учитывающие поглощение, например, дифференциальные фазоконтрастные изображения и фазоконтрастные изображения.

Пятый вариант осуществления

Другой светоэкранирующий блок, который вычисляет коэффициент пропускания

В пятом варианте осуществления описано устройство, использующее блок детектирования, представленный на фиг.8, вместо блока детектирования первого варианта осуществления. Конфигурация устройства такая же, как в первом варианте осуществления.

Согласно фиг.8, световой детектор 800 включает в себя множество групп пикселей, каждая из которых имеет детектирующий пиксель 802 и детектирующий пиксель 803. Светоэкранирующая маска 801 располагается на границе (краю) детектирующего пикселя 802 и соседнего слева детектирующего пикселя. Светоэкранирующая маска не предусмотрена на краю детектирующего пикселя 802 и детектирующего пикселя 803.

Интервал L размещения светоэкранирующей маски 801 равен L=2P, где P представляет размер детектирующего пикселя 802.

Фиг.8 иллюстрирует объединенный блок светоэкранирующих масок 801 и светового детектора 800. Напротив, светоэкранирующая маска 801 и световой детектор 800 могут быть обеспечены по отдельности.

Когда падающий пучок 804 рентгеновского излучения падает на сцинтиллятор 805 по отношению к интервалу светоэкранирующих масок 801, свет излучается из сцинтиллятора 805. Часть этого света блокируется на светоэкранирующей маске 801 в направлении оси x и входит в оба детектирующих пикселя 802 и 803.

Благодаря такой компоновке интенсивности света, детектируемые на детектирующих пикселях 802 и 803, изменяются вследствие поглощения падающего пучка 804 рентгеновского излучения испытуемым объектом 104. Интенсивности света, детектируемые на детектирующих пикселях 802 и 803, изменяются вследствие смещения падающего пучка рентгеновского излучения, вызванного преломлением на испытуемом объекте 104.

Изменение интенсивности вследствие поглощения одинаково в детектирующих пикселях 802 и 803. Однако изменение интенсивности по отношению к смещению различается между детектирующими пикселями 802 и 803. Например, когда изменение интенсивности вследствие смещения происходит линейно, смещения по отношению к изменениям интенсивности детектирующих пикселей 802 и 803 представлены выражениями 8 и 9.

I₈₀₂ и I₈₀₃ соответственно представляют детектируемые интенсивности на детектирующих пикселях 802 и 803, и A представляет коэффициент пропускания рентгеновского излучения испытуемого объекта 104. В частности, измеряя I₈₀₂ и I₈₀₃ при перемещении разделяющего элемента 103 в отсутствие испытуемого объекта 104, данные измерения можно подставить в выражения для получения коэффициентов a, b, c и d. (В этом случае, коэффициент A пропускания рентгеновского излучения равен единице.) Фактически, при измерении испытуемого объекта 104, коэффициент A пропускания рентгеновского излучения и смещение ΔX можно получить, решая систему уравнений относительно измеренных интенсивностей и выражений 8 и 9. Логическая блок-схема вычислительного блока 106 такая же, как в третьем варианте осуществления. При вышеописанной конфигурации, можно получить изображения смещения, дифференциальные фазоконтрастные изображения и фазоконтрастные изображения с учетом поглощения.

Шестой вариант осуществления

Блок ослабления света, который вычисляет коэффициент пропускания

В шестом варианте осуществления описано устройство, включающее в себя блок детектирования, представленный на фиг.9, вместо блока детектирования первого варианта осуществления. Конфигурация устройства такая же, как в первом варианте осуществления.

Пучок рентгеновского излучения, пространственно разделенный разделяющим элементом 103, представленным на фиг.1, падает на испытуемый объект 104, и пропущенный пучок рентгеновского излучения падает на блок 105 детектирования. Фиг.9 является схемой части блока 105 детектирования.

Блок 105 детектирования включает в себя сцинтиллятор 906, блок 903 ослабления света и световые детекторы 905 и 910. Поскольку световые детекторы 905 и 910 размещены в двух измерениях, каждый из световых детекторов 905 и 910 эквивалентен пикселю в детектируемом изображении.

Эталонный пучок 901 рентгеновского излучения образует пучок рентгеновского излучения, разделенного в отсутствие испытуемого объекта 104, и падает на сцинтиллятор 906 так, что пучок рентгеновского излучения проходит через центр светового детектора 905. Пучок 902 рентгеновского излучения образует пучок рентгеновского излучения, преломленный на испытуемом объекте 104. Блок 903 ослабления света включает в себя оптические фильтры 904 (первый оптический фильтр) и оптические фильтры 909 (второй оптический фильтр), размещенные в виде периодической структуры.

Коэффициент пропускания оптических фильтров 904 (первый оптический фильтр) уменьшается при перемещении светоизлучающей точки сцинтиллятора 906 в направлении оси x. Другими словами, перемещение светоизлучающей точки приводит к снижению интенсивности детектируемого света. Напротив, коэффициент пропускания оптических фильтров 909 (второго оптического фильтра) увеличивается при перемещении светоизлучающей точки сцинтиллятора 906 в направлении оси x. Другими словами, перемещение светоизлучающей точки приводит к увеличению интенсивности детектируемого света. Блок 903 ослабления света включает в себя два разных типа оптических фильтров, которые детектируют разные величины изменения интенсивности света в расчете на единицу длины, когда пучки рентгеновского излучения перемещаются в направлении оси x. Согласно фиг.9, блок 903 ослабления света включает в себя попеременно размещенные оптические фильтры 904 и 909, имеющие симметричные изменения коэффициента пропускания относительно направления оси X.

Оптический фильтр, представленный, например, выражением 10, используется для интенсивности света, излучаемого сцинтиллятором 906 под действием падающего эталонного пучка 901 рентгеновского излучения, детектируемой световым детектором 905.

I₀ представляет интенсивность света, излучаемого, когда пучок рентгеновского излучения, пространственно разделенный разделяющим элементом 103, падает на сцинтиллятор, α и β представляют константы, и x₀ представляет позицию эталонного пучка 901 рентгеновского излучения в направлении оси x. Интенсивность света, излучаемого сцинтиллятором 906 под действием падающего пучка 902 рентгеновского излучения, преломленного на испытуемом объекте 104, и детектируемого световым детектором 905, представлена, например, выражением 11.

A представляет коэффициент пропускания рентгеновского излучения испытуемого объекта 104, и x представляет позицию пучка 902 рентгеновского излучения в направлении оси x. Смещение Δx на сцинтилляторе 906 можно определить из выражений 8 и 9 с использованием выражения 12.

Аналогично вышеприведенному описанию, поскольку изменение коэффициента пропускания света оптических фильтров 909 (второго оптического фильтра) в направлении оси x симметрично изменению коэффициента пропускания света оптических фильтров 904, интенсивность I'₁ света, излучаемого сцинтиллятором 906 под действием падающего эталонного пучка 907 рентгеновского излучения, детектируемая световым детектором 910, представлена выражением 13.

P представляет длину оптических фильтров 904 и 909 в направлении оси x. Интенсивность света, излучаемого сцинтиллятором 906 под действием падающего пучка 908 рентгеновского излучения, преломленного на испытуемом объекте 104, детектируемая световым детектором 910, представлена выражением 14.

На основании выражений 13 и 14, смещение Δx на сцинтилляторе 906 можно представить выражением 15.

Таким образом, на основании выражений 12 и 15, коэффициент A пропускания рентгеновского излучения испытуемого объекта 104 можно определить с использованием выражения 16.

В частности, коэффициент A пропускания рентгеновского излучения определяется интенсивностями I₁ и I₂ света, излучаемого сцинтиллятором 906 под действием падающего эталонного пучка 901 рентгеновского излучения и падающего пучка 902 рентгеновского излучения, соответственно прошедшего через оптический фильтр и детектируемого на световом детекторе 905, и интенсивностями I'₁ и I'₂ света, излучаемого сцинтиллятором 906 под действием падающего эталонного пучка 907 рентгеновского излучения и падающего пучка 908 рентгеновского излучения, соответственно и детектируемого на световом детекторе 910. Подставляя коэффициент A пропускания рентгеновского излучения в выражение 12 или 15, можно определить смещение Δx.

В рамках такой процедуры можно получить высокоточное дифференциальное фазоконтрастное изображение или фазоконтрастное изображение испытуемого объекта, который в достаточной степени поглощает рентгеновское излучение, поскольку коэффициент пропускания рентгеновского излучения испытуемого объекта 104 и смещение можно вычислить из двух оптических фильтров.

В таком случае, поскольку дифференциальное фазоконтрастное изображение формируется с использованием информации об интенсивностях, детектируемых в двух областях, т.е. на оптических фильтрах 904 и 909, пространственное разрешение уменьшается в два раза.

Для предотвращения такого уменьшения пространственное разрешение, можно также осуществлять аналогичное измерение путем перемещения разделяющего элемента 103 и блока 105 детектирования или испытуемого объекта 104 в направлении оси x на расстояние, равное оптическому фильтру 904 в направлении оси x. Таким образом, можно получить информацию о коэффициенте A пропускания рентгеновского излучения, соответствующем позиции испытуемого объекта 104, смещение рентгеновского излучения которого измерено.

Смещение Δx и коэффициент A пропускания рентгеновского излучения можно определить, обратившись к таблице данных, которая хранится в вычислительном блоке 106 и содержит отношение соответствия между интенсивностью света, детектируемой в отсутствие испытуемого объекта 104, и позицией x внутри светового детектора 905. Логическая блок-схема вычислительного блока 106 такая же, как в третьем варианте осуществления. При вышеописанной конфигурации, можно получить дифференциальные фазоконтрастные изображения и фазоконтрастные изображения с учетом поглощения.

Седьмой вариант осуществления

Блок ослабления света, который вычисляет коэффициент пропускания

В седьмом варианте осуществления, описано устройство, включающее в себя блок детектирования, представленный на фиг.10, вместо блока 105 детектирования первого варианта осуществления. Конфигурация устройства такая же, как в первом варианте осуществления. Пучок рентгеновского излучения, пространственно разделенный разделяющим элементом 103, падает на испытуемый объект 104, и пропущенный пучок рентгеновского излучения падает на блок 105 детектирования. Фиг.10 является схемой части блока 105 детектирования.

Блок 105 детектирования включает в себя сцинтиллятор 1006, блок 1003 ослабления света и световые детекторы 1005 и 1010. Поскольку световые детекторы 1005 и 1010 размещены в двух измерениях, каждый из световых детекторов 1005 и 1010 эквивалентен пикселю в детектируемом изображении. Эталонный пучок 1001 рентгеновского излучения образует пучок рентгеновского излучения, разделенного в отсутствие испытуемого объекта 104, и падает на сцинтиллятор 1006 так, что пучок рентгеновского излучения проходит через центр светового детектора 1005. Пучок 1002 рентгеновского излучения образует пучок рентгеновского излучения, преломленный на испытуемом объекте 104. Блок 1003 ослабления света включает в себя оптические фильтры 1004 (первый оптический фильтр) и оптические фильтры 1009 (второй оптический фильтр), размещенные в виде периодической структуры.

Интенсивность света оптических фильтров 1009, представленных на фиг.10, детектируемая световым детектором 1010, остается по существу неизменной по отношению к перемещению пучка рентгеновского излучения в направлении оси x.

Оптический фильтр, представленный выражением 10, используется для интенсивности света, излучаемого сцинтиллятором 1006 под действием падающего эталонного пучка 1001 рентгеновского излучения, детектируемой световым детектором 1005. Интенсивность света, излучаемого сцинтиллятором 1006 под действием падающего пучка 1002 рентгеновского излучения, преломленного на испытуемом объекте 104, детектируемая световым детектором 1010, представлена выражением 11. Смещение Δx на сцинтилляторе 1006 можно определить из выражений 10 и 11 с использованием выражения 12. Коэффициент A пропускания рентгеновского излучения испытуемого объекта 104 можно определить из отношения интенсивностей эталонного пучка 1007 рентгеновского излучения на оптическом фильтре 1009 и преломленного пучка 1008 рентгеновского излучения. Определяя коэффициент A пропускания рентгеновского излучения, незначительное смещение вследствие преломления испытуемого объекта 104 можно определить из соотношения между детектируемыми интенсивностями эталонного пучка 1001 рентгеновского излучения и пучка 1002 рентгеновского излучения.

В таком случае, поскольку используется информация об интенсивности света в двух разных областях, т.е. на оптическом фильтре 1004 и оптическом фильтре 1009, пространственное разрешение в направлении оси x уменьшается в два раза. Для предотвращения уменьшения пространственного разрешения, можно также осуществлять аналогичное измерение путем перемещения разделяющего элемента 103 и блока 105 детектирования или испытуемого объекта 104 в направлении оси x на расстояние, равное оптическому фильтру 1004 в направлении оси x.

Таким образом, можно получить информацию о коэффициенте A пропускания рентгеновского излучения, соответствующем позиции испытуемого объекта 104 смещение рентгеновского излучения которого измерено.

Смещение Δx и коэффициент A пропускания рентгеновского излучения можно определить, обратившись к таблице данных, которая хранится в вычислительном блоке 106 и содержит отношение соответствия между интенсивностью света, детектируемой в отсутствие испытуемого объекта 104, и позицией x внутри светового детектора 1005. Логическая блок-схема вычислительного блока 106 такая же, как в третьем варианте осуществления. При вышеописанной конфигурации, можно получить изображения смещения, дифференциальные фазоконтрастные изображения и фазоконтрастные изображения с учетом поглощения.

Восьмой вариант осуществления

Конфигурация без разделяющего элемента

В восьмом варианте осуществления описано устройство формирования рентгеновского изображения, которое получает изображение из сдвига фазы рентгеновского излучения. В этом варианте осуществления, в отличие от вышеописанных вариантов осуществления, разделяющий элемент не предусмотрен.

Фиг.11 иллюстрирует устройство формирования рентгеновского изображения согласно этому варианту осуществления. Фиг.11 иллюстрирует источник 1101 рентгеновского излучения, блок 1102 монохроматизации, испытуемый объект 1104, блок 1105 детектирования и блок 1106 отображения.

Фаза пучка рентгеновского излучения, излучаемого из источника 1101 рентгеновского излучения, испытывает сдвиг на испытуемом объекте 1104. В результате, пучок рентгеновского излучения испытывает преломление. Преломленный пучок рентгеновского излучения падает на блок 1105 детектирования.

Блок 1105 детектирования может включать в себя блок ослабления света первого варианта осуществления или светоэкранирующий блок второго варианта осуществления. Можно также использовать блоки согласно другим вариантам осуществления.

Блок 1105 детектирования получает информацию о пучке рентгеновского излучения и выводит ее на блок 1006 отображения. При использовании монохроматического рентгеновского излучения, блок 1102 монохроматизации может располагаться между источником 1101 рентгеновского излучения и испытуемым объектом 1104.

Фиг.12 является схемой преломления пучка рентгеновского излучения, проходящего через объект. Поскольку показатель преломления рентгеновского излучения по отношению к объекту чуть больше единицы, когда пучок рентгеновского излучения падает на объект 1202, таким образом, представленный на фиг.12, например, пучок 1201 рентгеновского излучения, падающий на область на границе между объектом 1202 и окружающей средой, испытывает преломление наружу. В это время, как представлено распределением 1203 интенсивности пропущенного рентгеновского излучения, интенсивности пропущенного пучка рентгеновского излучения, преломленного в граничной области объекта, и пучка рентгеновского излучения, вышедшего за пределы объекта, усиливают друг друга. В сечении на продленной линии от точки падения преломленного пучка рентгеновского излучения на объект, пучки рентгеновского излучения ослабевают.

В результате полученное распределение 1203 интенсивности пропущенного рентгеновского излучения имеет распределение, в котором выделен контур объекта 1202. Однако, поскольку угол преломления пучка рентгеновского излучения очень мал, с учетом размера пикселя детектора, такой выделенный контур невозможно детектировать, если объект и детектор не располагаются на достаточном расстоянии.

Когда это расстояние уменьшается, вышеописанное усиление и ослабление пучков рентгеновского излучения происходят внутри единичного пикселя 1205 детектора 1204, приводя к взаимному гашению пучков рентгеновского излучения. Таким образом, изображение с выделенным контуром не удается получить.

Соответственно, в этом варианте осуществления, используется блок 1105 детектирования, который детектирует усиление и ослабление пучков рентгеновского излучения, даже когда расстояние между объектом и детектором мало. Теперь опишем блок 1105 детектирования.

Фиг.13 является схемой части блока 1105 детектирования. Блок 1105 детектирования включает в себя сцинтиллятор 1306, блок 1303 ослабления света и световой детектор 1305. Блок 1303 ослабления света включает в себя оптические фильтры 1304, размещенные в двух измерениях. Каждый из оптических фильтров 1304 имеет градиент коэффициента пропускания, в котором коэффициент пропускания света, излучаемого сцинтиллятором 1306, непрерывно изменяется в направлении оси x. Эталонное распределение 1301 интенсивности рентгеновского излучения представляет распределение интенсивности пучка рентгеновского излучения, падающего на сцинтиллятор 1306 в области единичного оптического фильтра 1304 в отсутствие испытуемого объекта 1104. Распределение является однородным.

Распределение 1302 интенсивности рентгеновского излучения представляет распределение интенсивности пучка рентгеновского излучения, падающего на сцинтиллятор 1306, которое изменилось вследствие преломления испытуемым объектом 1104. Интегральная интенсивность этих распределений, когда испытуемый объект 1104 по существу не поглощает рентгеновское излучение, одинакова. Другими словами, когда оптические фильтры 1304 не предусмотрены, детектируется одинаковая интенсивность.

Напротив, разместив оптические фильтры 1304 интенсивности пропущенного рентгеновского излучения которых изменяются в направлении оси x, распределение интенсивности изменение вследствие преломления рентгеновского излучения на испытуемом объекте 1104 можно преобразовать в изменение интенсивности пропущенного рентгеновского излучения.

Поскольку разделение изображением, полученным в отсутствие испытуемого объекта 1104, позволяет выявить лишь изменение распределения интенсивности, в качестве распределения интенсивности рентгеновского излучения можно детектировать незначительное преломление.

Испытуемый объект 1104, имеющий достаточное поглощение рентгеновского излучения, влияет на изменение распределения интенсивности. Однако это не является проблемой с точки зрения визуализации испытуемого объекта 1104.

Также можно использовать оптические фильтры, имеющие чувствительность к смещению в направлениях X и Y. Таким образом, можно детектировать градиент фазы в двухмерном направлении.

Укладывая в стопку оптический фильтр, имеющий градиент коэффициента пропускания в направлении оси x, и оптический фильтр, имеющий градиент коэффициента пропускания в направлении оси y, можно детектировать градиент фазы в двухмерном направлении.

При такой конфигурации, поскольку можно детектировать незначительное изменение распределения интенсивности, не требуется устанавливать большое расстояние между испытуемым объектом 1104 и блоком 1105 детектирования, и, таким образом, размер устройства может уменьшаться. Когда установлено большое расстояние между испытуемым объектом 1104 и блоком 1105 детектирования, также можно детектировать изменение распределения интенсивности вследствие незначительного преломления. Пучки рентгеновского излучения с высокой интерференцией не являются безусловным требованием для использования преломления рентгеновского излучения при детектировании сдвига фазы, и с использованием такого устройства формирования рентгеновского изображения можно получать изображение в результате преломления пучка рентгеновского излучения на испытуемом объекте.

Экранирующая маска для рентгеновского излучения с использованием тяжелых элементов, которые блокируют рентгеновское излучение, не требуются.

Как описано выше, блок 1303 ослабления света используется в блоке 1105 детектирования. Вместо блока 1303 ослабления света, для достижения того же результата можно использовать светоэкранирующий блок.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми иллюстративными вариантами осуществления. Объем нижеследующей формулы изобретения соответствует самой широкой интерпретации, благодаря чему он охватывает все подобные модификации и эквивалентные структуры и функции.

По данной заявке испрашивается приоритет на основании заявок на патент Японии № 2010-019448, поданной 29 января 2010 г. и № 2010-159886, поданной 14 июля 2010 г., которые настоящим в полном объеме включены в настоящее описание изобретения путем ссылки.

Перечень ссылочных позиций

101 источник рентгеновского излучения

102 блок монохроматизации

103 разделяющий элемент

104 испытуемый объект

105 блок детектирования

106 вычислительный блок

107 блок отображения

201 эталонный пучок рентгеновского излучения

202 пучок рентгеновского излучения

203 светоэкранирующий блок

204 оптический фильтр

205 световой детектор

206 сцинтиллятор

Использование: для формирования рентгеновского изображения. Сущность заключается в том, что устройство формирования рентгеновского изображения содержит разделяющий элемент, выполненный с возможностью пространственного разделения рентгеновского излучения, излучаемого из источника рентгеновского излучения, сцинтиллятор, выполненный с возможностью излучения света, когда разделенный пучок рентгеновского излучения, разделенный на разделяющем элементе, падает на сцинтиллятор, блок ограничения светопропускания, выполненный с возможностью ограничения степени пропускания света, излучаемого сцинтиллятором, и множество световых детекторов, каждый из которых выполнен с возможностью детектирования количества света, прошедшего через блок ограничения светопропускания, причем блок ограничения светопропускания выполнен так, что интенсивность света, детектируемая на каждом из световых детекторов, изменяется в соответствии с изменением позиции падения пучка рентгеновского излучения. Технический результат: обеспечение возможности получения дифференциального фазоконтрастного изображения объекта без использования экранирующей маски для рентгеновского излучения. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Устройство формирования рентгеновского изображения, содержащее:
разделяющий элемент, выполненный с возможностью пространственного разделения рентгеновского излучения, излучаемого из источника рентгеновского излучения,
сцинтиллятор, выполненный с возможностью излучения света, когда разделенный пучок рентгеновского излучения, разделенный на разделяющем элементе, падает на сцинтиллятор,
блок ограничения светопропускания, выполненный с возможностью ограничения степени пропускания света, излучаемого сцинтиллятором, и
множество световых детекторов, каждый из которых выполнен с возможностью детектирования количества света, прошедшего через блок ограничения светопропускания,
причем блок ограничения светопропускания выполнен так, что интенсивность света, детектируемая на каждом из световых детекторов, изменяется в соответствии с изменением позиции падения пучка рентгеновского излучения.

2. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.1,
в котором блок ограничения светопропускания содержит блок ослабления света, выполненный с возможностью ослабления света, излучаемого сцинтиллятором, и
блок ослабления света содержит множество оптических фильтров, каждый из которых выполнен с возможностью непрерывного изменения детектируемых величин интенсивности света в соответствии с местоположением падения пучка рентгеновского излучения.

3. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.2, в котором каждый из оптических фильтров выполнен так, что детектируемые величины интенсивности света в направлении, ортогональном падающему пучку рентгеновского излучения, изменяются.

4. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.1,
в котором блок ограничения светопропускания содержит светоэкранирующий блок, выполненный с возможностью блокирования света, излучаемого сцинтиллятором, и
светоэкранирующий блок содержит множество светоэкранирующих масок, каждая из которых выполнена с возможностью блокирования части света, излучаемого сцинтиллятором.

5. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.4, в котором светоэкранирующие маски располагаются на границах между оптическими детекторами.

6. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.4,
в котором светоэкранирующий блок содержит два разных типа светоэкранирующих масок, имеющих разные детектируемые величины изменения интенсивности света в расчете на единицу расстояния когда местоположение падения пучка рентгеновского излучения перемещается в заданном направлении, и
два разных типа светоэкранирующих масок располагаются рядом друг с другом.

7. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.4,
в котором светоэкранирующий блок включает в себя первую область, содержащую первую светоэкранирующую маску, выполненную так, что интенсивность света, детектируемая на оптическом детекторе, увеличивается, когда позиция падения пучка рентгеновского излучения перемещается в заданном направлении, и вторую область, содержащую вторую светоэкранирующую маску, выполненную так, что интенсивность света, детектируемая на оптическом детекторе, уменьшается, когда местоположение падения пучка рентгеновского излучения перемещается в заданном направлении, и
первая область и вторая область располагаются рядом друг с другом.

8. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.4,
в котором светоэкранирующий блок включает в себя первую область, содержащую светоэкранирующую маску, и вторую область, не содержащую светоэкранирующей маски, и
первая область и вторая область располагаются рядом друг с другом.

9. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.4, в котором область, содержащая светоэкранирующую маску и область, не содержащая светоэкранирующей маски, располагаются на границах световых детекторов.

10. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.2,
в котором блок ослабления света содержит два разных типа оптических фильтров, имеющих разные детектируемые величины изменения интенсивности света в расчете на единицу расстояния, когда местоположение падения пучка рентгеновского излучения перемещается в заданном направлении, и
два разных типа оптических фильтров располагаются рядом друг с другом.

11. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.2,
в котором блок ослабления света включает в себя первую область, содержащую первый оптический фильтр, выполненный так, что интенсивность света, детектируемая на оптическом детекторе, увеличивается, когда местоположение падения пучка рентгеновского излучения перемещается в заданном направлении, и вторую область, содержащую второй оптический фильтр, выполненный так, что интенсивность света, детектируемая на оптическом детекторе, уменьшается, когда местоположение падения пучка рентгеновского излучения перемещается в заданном направлении, и
первая область и вторая область располагаются рядом друг с другом.

12. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.2,
в котором блок ослабления света включает в себя первую область, содержащую оптический фильтр, и вторую область, не содержащую оптического фильтра, и
первая область и вторая область располагаются рядом друг с другом.

13. Устройство формирования рентгеновского изображения по п.1, дополнительно содержащее:
вычислительный блок, выполненный с возможностью вычисления изображения, связанного со сдвигом фазы пучка рентгеновского излучения на испытуемом объекте из интенсивности света, детектируемой блоком детектирования.

14. Способ формирования рентгеновского изображения, содержащий этапы, на которых:
осуществляют пространственное разделение рентгеновского излучения, излучаемого из источника рентгеновского излучения,
обеспечивают излучение света, когда пространственно разделенный пучок рентгеновского излучения падает на сцинтиллятор, и
получают информацию о сдвиге фазы пучка рентгеновского излучения вследствие наличия испытуемого объекта с использованием блока ограничения светопропускания, выполненного так, что интенсивность света, детектируемая на каждом из световых детекторов, изменяется в соответствии с изменением местоположения падения пучка рентгеновского излучения.

15. Устройство формирования рентгеновского изображения, содержащее:
сцинтиллятор, выполненный с возможностью излучения света, когда пучок рентгеновского излучения падает на сцинтиллятор,
блок ограничения светопропускания, выполненный с возможностью ограничения степени пропускания света, излучаемого сцинтиллятором в ответ на изменение распределения интенсивности рентгеновского излучения, которое происходит, когда пучок рентгеновского излучения проходит через испытуемый объект, и
множество световых детекторов, каждый из которых выполнен с возможностью детектирования количества света, прошедшего через блок ограничения светопропускания.

16. Способ формирования рентгеновского изображения, содержащий этапы, на которых:
обеспечивают излучение света, когда пучок рентгеновского излучения падает на сцинтиллятор, и
детектируют количество света, прошедшего через блок ограничения светопропускания, причем блок ограничения светопропускания выполнен так, что интенсивность света, детектируемая на каждом из световых детекторов, изменяется в ответ на изменение распределения интенсивности рентгеновского излучения, которое происходит, когда пучок рентгеновского излучения проходит через испытуемый объект.