技术领域
本发明涉及一种X射线相位成像装置。
背景技术
以往，已知一种X射线相位成像装置。这种X射线相位成像装置例如在日本特开2014-030438号公报中被公开。
在日本特开2014-030438号公报中公开了一种具有相位摄影模式和通常摄影模式的X射线相位成像装置，其中，该相位摄影模式是通过条纹扫描来生成被摄体的X射线相位对比度图像的模式，该通常摄影模式是生成被摄体的基于X射线的强度变化的图像(吸收图像)的模式。
该X射线相位成像装置具备：X射线源；多狭缝；第一光栅；第二光栅；摄影部(放射线图像检测装置)，其检测从X射线源透过被摄体的X射线并生成图像数据；控制台，其基于操作者的操作来控制X射线源的照射动作、摄影部的摄影操作；以及移动机构，其使光栅移动。控制台对由摄影部获取到的图像数据进行运算处理来生成X射线相位对比度图像。另外，在控制台设置有控制装置。X射线源、多狭缝、第一光栅、第二光栅以及摄影部配置为在X射线的光轴方向上按所记载的顺序排列。
该X射线相位成像装置构成为，控制装置根据操作者的输入操作来驱动移动机构。而且，该X射线相位成像装置构成为，通过借助移动机构进行多狭缝、第一光栅以及第二光栅的向X射线照射场的插入以及从X射线照射场的退避，来在相位摄影模式与通常摄影模式之间切换。
在此，作为被摄体，例如在对层叠后的碳纤维强化塑料(CFRP)的一层的厚度、带状的碳纤维束等小(薄)的被摄体进行摄影的情况下，存在以大的焦点直径无法获得充分的分辨率之类的缺陷。另外，在小的焦点直径的情况下，虽然能够获得充分的分辨率，但在焦点直径比多狭缝的周期小的情况下，存在由于多狭缝的影子而产生伪像(虚像)之类的缺陷。另外，在小的焦点直径的情况下存在以下缺陷：由于所照射的X射线的剂量变少，因此有可能无法获得用于获取吸收图像所需的剂量。此外，“伪像(虚像)”是指由于X射线的一部分被光栅遮挡而产生的影子所导致的X射线相位对比度图像的紊乱、X射线相位对比度图像的图像质量的降低。
日本特开2014-030438号公报中记载的X射线相位成像装置在X射线源设置有多狭缝，因此认为使用了焦点直径大的X射线源。因而，日本特开2014-030438号公报中记载的X射线相位成像装置存在无法获得充分的分辨率的问题。作为应对方案，考虑减小日本特开2014-030438号公报中记载的X射线相位成像装置的X射线源的焦点直径。但是，在减小X射线源的焦点直径的情况下，发生由于多狭缝而产生伪像(虚像)这样的新问题。另外，在将日本特开2014-030438号公报中记载的X射线相位成像装置的X射线源减小为焦点直径小的X射线源的情况下产生以下的新问题：在从以高分辨率获取到X射线相位对比度图像的状态切换为获取吸收图像的状态的情况下，X射线的剂量不足。
本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，本发明的一个目的在于提供如下一种X射线相位成像装置：能够在X射线相位对比度图像的获取与吸收图像的获取之间切换，即使在切换了要获取的图像的情况下，也能够抑制伪像(虚像)的产生，并且能够以适当的分辨率进行图像的获取。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的一个方面的X射线相位成像装置包括：图像信号生成系统，其包括X射线源和图像信号检测器，该图像信号检测器对基于从所述X射线源照射的X射线的图像信号进行检测；一个或多个光栅，所述一个或多个光栅配置在X射线源与图像信号检测器之间；位置切换机构，其使一个或多个光栅和图像信号生成系统中的至少某一方进行相对移动，由此使一个或多个光栅的相对位置在退避位置与检测位置之间切换，其中，该退避位置为处于图像信号检测器的检测面上的检测范围外的位置，该检测位置为处于图像信号检测器的检测面上的检测范围内的位置；以及焦点直径变更部，其使X射线源的焦点直径与一个或多个光栅的相对位置的切换联动地变更。
在本发明的一个方面的X射线相位成像装置中，如上所述那样包括：图像信号生成系统，其包括X射线源和图像信号检测器；一个或多个光栅，所述一个或多个光栅配置在X射线源与图像信号检测器之间；位置切换机构，其使一个或多个光栅和图像信号生成系统中的至少某一方进行相对移动，由此使一个或多个光栅的相对位置在退避位置与检测位置之间切换；以及焦点直径变更部，其使X射线源的焦点直径与一个或多个光栅的相对位置的切换联动地变更。由此，能够使焦点直径与X射线源中配置的光栅的移动联动地变更。其结果，即使在为了获取高分辨率的X射线相位对比度图像而将X射线源的焦点直径变更为比配置于X射线源的光栅的间距小的焦点直径的情况下，也能够将配置于X射线源的光栅配置在退避位置，因此能够抑制由配置于X射线源的光栅引起的伪像(虚像)的产生。另外，通过将配置于X射线源的光栅配置在检测位置并且增大X射线源的焦点直径，能够获取低分辨率的X射线相位对比度图像。另外，在获取吸收图像的情况下，通过使焦点直径与一个或多个光栅的移动联动地变更，能够获取与被摄体的大小(厚度)、材料相适的分辨率的吸收图像。因而，能够在X射线相位对比度图像的获取与吸收图像的获取之间切换，即使在切换了要获取的图像的情况下，也能够抑制伪像(虚像)的产生，并且能够以适当的分辨率进行图像的获取。
在上述一个方面的X射线相位成像装置中，优选的是，作为一个或多个光栅，包括自身像形成光栅和干涉条纹形成光栅这两个光栅，其中，该自身像形成光栅被照射来自X射线源的X射线，用于形成自身像，该干涉条纹形成光栅被照射通过了自身像形成光栅的X射线，用于形成与自身像形成光栅的自身像之间的干涉条纹，位置切换机构构成为，使自身像形成光栅和干涉条纹形成光栅中的至少某一方在退避位置与检测位置之间切换。在此，在从X射线源照射的X射线的相干性(相干性)高的情况下，不需要在X射线源配置用于提高X射线的相干性的光栅(多狭缝)，能够利用自身像形成光栅和干涉条纹形成光栅来生成X射线相位对比度图像。如果像这样构成，则未在X射线源配置多狭缝，因此能够自由地变更X射线源的焦点直径。其结果，在生成X射线相位对比度图像时，能够在能够利用自身像形成光栅和干涉条纹形成光栅形成干涉条纹的范围内切换低分辨率和高分辨率。
另外，由自身像形成光栅形成的自身像的周期比通用的检测器的像素间距小，因此在不配置干涉条纹形成光栅的情况下，自身像形成光栅的自身像不会被图像信号检测器检测到。即，在将干涉条纹形成光栅配置在退避位置的情况下，所获取的图像为吸收图像。因而，通过使自身像形成光栅和干涉条纹形成光栅中的某一方的相对位置在退避位置与检测位置之间切换，能够容易地在X射线相位对比度图像的获取与吸收图像的获取之间切换。另外，通过使焦点直径与一个或多个光栅的移动联动地变更，能够获取与被摄体的大小(厚度)相应的分辨率的吸收图像。
在上述一个方面的X射线相位成像装置中，优选的是，作为一个或多个光栅，包括相干性提高光栅、自身像形成光栅以及干涉条纹形成光栅这三个光栅，其中，该相干性提高光栅用于提高从X射线源照射的X射线的相干性，该自身像形成光栅被照射通过了相干性提高光栅的X射线，用于形成自身像，该干涉条纹形成光栅被照射通过了自身像形成光栅的X射线，用于形成与自身像形成光栅的自身像之间的干涉条纹，位置切换机构构成为，至少使相干性提高光栅和干涉条纹形成光栅中的某一方在退避位置与检测位置之间切换。如果像这样构成，则即使在为了获取高分辨率的X射线相位对比度图像而使X射线源的焦点直径比相干性提高光栅的周期小的情况下，也能够通过将相干性提高光栅配置在退避位置来抑制由相干性提高光栅引起的伪像的产生。另外，在增大了X射线源的焦点直径的情况下，能够通过将相干性提高光栅配置在检测位置来获取低分辨率的X射线相位对比度图像。另外，通过使干涉条纹形成光栅在退避位置与检测位置之间切换，能够容易地在X射线相位对比度图像的获取与吸收图像的获取之间切换。
在上述一个方面的X射线相位成像装置中，优选的是，作为一个或多个光栅，包括自身像形成光栅这一个光栅，该自身像形成光栅被照射来自X射线源的X射线，用于形成自身像，位置切换机构构成为，使自身像形成光栅在退避位置与检测位置之间切换。在此，当减小X射线源的焦点直径时，所照射的X射线的相干性提高。另外，在图像信号检测器的像素周期小的情况下，即使不配置干涉条纹形成光栅也能够检测自身像形成光栅的自身像。因而，如果构成为使自身像形成光栅在退避位置与检测位置之间切换，则能够通过缩小X射线源的焦点直径来获取X射线相位对比度图像。另外，在增大了X射线源的焦点直径的情况下，所照射的X射线的相干性降低。因而，不会形成自身像形成光栅的自身像。即，能够通过增大X射线源的焦点直径来获取吸收图像。另外，通过使X射线源的焦点直径与自身像形成光栅向退避位置的移动联动地增大，自身像形成光栅中的X射线的衰减消失，因此能够抑制吸收图像中的伪像的产生。
在上述一个方面的X射线相位成像装置中，优选的是，作为一个或多个光栅，包括相干性提高光栅和自身像形成光栅这两个光栅，其中，该相干性提高光栅用于提高从X射线源照射的X射线的相干性，该自身像形成光栅被照射通过了相干性提高光栅的X射线，用于形成自身像，位置切换机构构成为，使相干性提高光栅和自身像形成光栅中的至少某一方在退避位置与检测位置之间切换。如果像这样构成，则通过减小X射线源的焦点直径并且将相干性提高光栅配置在退避位置，能够容易地获取高分辨率的X射线相位对比度图像。另外，通过增大X射线源的焦点直径并且将相干性提高光栅配置在检测位置，能够使X射线的剂量增加，能够缩短X射线相位对比度图像的获取时间。
在上述一个方面的X射线相位成像装置中，优选的是，具备多个光栅，位置切换机构构成为，使所有的光栅在退避位置与检测位置之间切换。如果像这样构成，则在获取吸收图像时，能够将所有的光栅配置在图像信号检测器的检测面上的检测范围外。其结果，能够进一步抑制由配置在图像信号检测器的检测面上的检测范围内的一个或多个光栅引起的伪像的产生。另外，由于不在图像信号检测器的检测面上的检测范围内配置光栅，因此能够抑制由光栅导致的X射线衰减，能够缩短摄影时间。
在上述一个方面的X射线相位成像装置中，优选的是，位置切换机构构成为，使图像信号生成系统以及一个或多个光栅中的至少一方沿着与X射线的光轴方向正交的水平方向或垂直方向移动，由此使一个或多个光栅的相对位置在退避位置与检测位置之间切换。如果像这样构成，则能够使图像信号生成系统以及一个或多个光栅通过沿水平方向或垂直方向进行直线移动来在退避位置与检测位置之间进行切换，因此能够简化装置结构。
在上述一个方面的X射线相位成像装置中，优选的是，还具备移动机构，该移动机构使X射线源与图像信号检测器之间的距离同一个或多个光栅的相对位置的切换联动地变更。如果像这样构成，则在获取X射线相位对比度图像时，即使由于减小X射线源的焦点直径而导致剂量不足的情况下，也能够通过缩小X射线源与图像信号检测器的距离来增加所检测的X射线的剂量。另外，在减小X射线源的焦点直径来获取高分辨率的吸收图像时，能够通过增大X射线源与图像信号检测器的距离来提高被摄体的放大率。其结果，能够提高可用性(用户的便利性)。
在上述一个方面的X射线相位成像装置中，优选的是，还具备旋转机构，该旋转机构使被摄体、一个或多个光栅以及图像信号生成系统中的某一方沿着绕与X射线的光轴方向正交的垂直方向的中心轴线的旋转方向进行相对旋转。如果像这样构成，则在进行需要X射线的剂量的断层摄影(CT摄影)的情况下，能够增大X射线源的焦点直径来进行摄影。另外，在拍摄小的被摄体的情况下，能够减小X射线源的焦点直径来进行摄影。因而，与利用相分别的装置进行CT摄影和小的被摄体的摄影的情况相比，能够提高作业效率。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的X射线相位成像装置的整体构造的俯视图。
图2是示出本发明的第一实施方式的X射线相位成像装置的整体结构的框图。
图3是用于说明本发明的第一实施方式的X射线相位成像装置的光栅的检测位置的立体图。
图4是用于说明本发明的第一实施方式的X射线相位成像装置的光栅的退避位置的立体图。
图5是用于说明本发明的第一实施方式的X射线相位成像装置的沿X射线的光轴方向移动后的状态的立体图。
图6是用于说明本发明的第二实施方式的X射线相位成像装置的光栅的检测位置的立体图。
图7是用于说明本发明的第二实施方式的X射线相位成像装置的光栅的退避位置的立体图。
图8是用于说明本发明的第三实施方式的X射线相位成像装置的光栅的检测位置的立体图。
图9是用于说明本发明的第三实施方式的X射线相位成像装置的光栅的退避位置的立体图。
图10是示出以往的图像信号检测器的像素间距的大小的图(A)以及示出本发明的第三实施方式的图像信号检测器的像素间距的大小的图(B)。
图11是用于说明本发明的第四实施方式的X射线相位成像装置的光栅的检测位置的立体图。
图12是用于说明本发明的第四实施方式的X射线相位成像装置的光栅的退避位置的立体图。
图13是用于说明本发明的第一实施方式的第一变形例的X射线相位成像装置的光栅的退避位置的立体图。
图14是用于说明本发明的第一实施方式的第二变形例的X射线相位成像装置的光栅的退避位置的立体图。
图15是用于说明本发明的第一实施方式的第三变形例的X射线相位成像装置的光栅的检测位置的立体图。
图16是用于说明本发明的第一实施方式的第三变形例的X射线相位成像装置的光栅的退避位置的立体图。
图17是用于说明本发明的第一实施方式的第四变形例的X射线相位成像装置的图像信号检测器的图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明将本发明具体化的实施方式。
[第一实施方式]
参照图1～图4对本发明的第一实施方式的X射线相位成像装置100的结构进行说明。
(X射线相位成像装置的结构)
首先，参照图1和图2对第一实施方式的X射线相位成像装置100的结构进行说明。
如图1所示，X射线相位成像装置100是利用通过了被摄体T的X射线的相位差将被摄体T的内部图像化的装置。另外，X射线相位成像装置100是利用塔尔博特(Talbot)效应将被摄体T的内部图像化的装置。另外，X射线相位成像装置100是基于通过了被摄体T的X射线的强度变化来获取被摄体T的吸收图像的装置。X射线相位成像装置100例如在无损检查用途中能够用于将作为物体的被摄体T的内部图像化。另外，X射线相位成像装置100例如在医疗用途中能够用于将作为生物体的被摄体T的内部图像化。
图1是从上方观察X射线相位成像装置100的俯视图。如图1所示，X射线相位成像装置100具备包括X射线源1和图像信号检测器2的图像信号生成系统3、多狭缝4、相位光栅5、吸收光栅6、控制装置7、位置切换机构8、位置切换机构控制部9以及焦点直径变更部10。此外，在本说明书中，将从X射线源1朝向多狭缝4的方向设为Z1方向，将其反方向设为Z2方向。另外，将与Z方向正交的面内的左右方向设为X方向。将X方向中的朝向图1的纸面的上侧的方向设为X1方向。另外，将X方向中的朝向图1的纸面的下侧的方向设为X2方向。另外，将与Z方向正交的面内的上下方向设为Y方向。将Y方向中的朝向图1的纸面的内部的方向设为Y2方向。另外，将Y方向中的朝向图1的纸面的近前的方向设为Y1方向。此外，Z方向是专利权利要求书的“X射线的光轴方向”的一例。另外，X方向是专利权利要求书的“与X射线的光轴方向正交的水平方向”的一例。另外，Y方向是专利权利要求书的“与X射线的光轴方向正交的垂直方向”的一例。另外，多狭缝4是专利权利要求书的“相干性提高光栅”的一例。另外，相位光栅5是专利权利要求书的“自身像形成光栅”的一例。另外，吸收光栅6是专利权利要求书的“干涉条纹形成光栅”的一例。
X射线源1构成为，通过被施加高电压来产生X射线，并且朝向Z1方向照射所产生的X射线。
多狭缝4具有在X方向上以规定的周期(间距)排列的多个X射线透过部4a和X射线吸收部4b。各X射线透过部4a和X射线吸收部4b构成为沿Y方向延伸。
多狭缝4配置在X射线源1与相位光栅5之间，从X射线源1被照射X射线。多狭缝4构成为，使通过了各X射线透过部4a的X射线成为与各X射线透过部4a的位置对应的线光源。由此，多狭缝4能够提高从X射线源1照射的X射线的相干性。
相位光栅5具有在X方向上以规定的周期(间距)排列的多个狭缝5a以及X射线相位变化部5b。各狭缝5a和X射线相位变化部5b分别形成为沿Y方向延伸。
相位光栅5配置在多狭缝4与吸收光栅6之间，被照射通过了多狭缝4的X射线。相位光栅5是为了利用塔尔博特效应形成自身像50(参照图10)而设置的。具有相干性的X射线在通过形成有狭缝的光栅时，在与光栅相距规定的距离(塔尔博特距离)的位置形成光栅的像(自身像50)。将该现象称为塔尔博特效应。
吸收光栅6具有在X方向上以规定的周期(间距)排列的多个X射线透过部6a以及X射线吸收部6b。吸收光栅6配置在相位光栅5与图像信号检测器2之间，被照射通过了相位光栅5的X射线。另外，吸收光栅6配置在与相位光栅5相距塔尔博特距离的位置。吸收光栅6与相位光栅5的自身像50发生干涉，在图像信号检测器2的检测面上形成莫尔条纹(未图示)。
多狭缝4、相位光栅5、吸收光栅6是具有各不相同的作用的光栅，但X射线透过部4a、狭缝5a以及X射线透过部6a均使X射线透过。另外，X射线吸收部4b和X射线吸收部6b均起到屏蔽X射线的作用，X射线相位变化部5b利用与狭缝5a之间的折射率差异来改变X射线的相位。
图像信号检测器2构成为，检测X射线并且将检测出的X射线转换为电信号，读出转换得到的电信号来作为图像信号。图像信号检测器2例如是FPD(Flat Panel Detector：平板检测器)。图像信号检测器2由多个转换元件2a(参照图10)和配置在多个转换元件2a上的像素电极(未图示)构成。多个转换元件2a和像素电极以规定的周期p3(像素间距)(参照图10)在X方向和Y方向上阵列状地排列。另外，图像信号检测器2构成为将获取到的图像信号输出到控制装置7。
如图2所示，控制装置7包括控制部70和图像处理部71。控制部70构成为，将用于驱动位置切换机构8的信号输出到位置切换机构控制部9。另外，控制部70构成为，将用于变更X射线源1的焦点直径的信号输出到焦点直径变更部10。图像处理部71构成为，将由图像信号生成系统3生成的图像信号图像化。控制装置7例如是PC(个人计算机)。另外，控制部70例如包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)。另外，图像处理部71例如包括GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)。
位置切换机构控制部9构成为，基于从控制部70输入的信号来控制位置切换机构8。位置切换机构控制部9例如包括CPU(Central Processing Unit)。
位置切换机构8构成为，通过使一个或多个光栅和图像信号生成系统3中的至少某一方进行相对移动，来使一个或多个光栅的相对位置在退避位置与检测位置之间切换，其中，该退避位置为处于图像信号检测器2的检测面上的检测范围外的位置，该检测位置为处于图像信号检测器2的检测面上的检测范围内的位置。此外，在本说明书中，图像信号检测器2的检测面上的检测范围外是指图像信号检测器2的检测面上的检测到透过了被摄体T的关注区域的X射线的范围(在图像信号检测器2中拍进了被摄体T的关注区域的范围)的外侧。因而，即使是在图像信号检测器2的转换元件上，没有拍摄到被摄体T的关注区域的场所也处于检测范围外。另外，图像信号检测器2的检测面上的检测范围内是指图像信号检测器2的检测面上的检测到透过了被摄体T的关注区域的X射线的范围(在图像信号检测器2中拍进了被摄体T的关注区域的范围)。
焦点直径变更部10构成为，基于来自控制部70的输入，使X射线源1的焦点直径与一个或多个光栅的相对位置的切换联动地变更。具体地说，构成为通过变更X射线源1的聚焦控制来变更X射线源1的焦点直径。
(光栅的相对位置的切换)
接着，参照图3～图5对第一实施方式的X射线相位成像装置100切换一个或多个光栅的相对位置的结构进行说明。
如图3所示，在第一实施方式中，多狭缝4、相位光栅5、吸收光栅6按所记载的顺序配置在X射线源1与图像信号检测器2之间。另外，在第一实施方式中，被摄体T载置于被摄体旋转机构11，且配置在相位光栅5与吸收光栅6之间。此外，载置有被摄体T的被摄体旋转机构11构成为，能够沿着绕Y轴方向的中心轴线的旋转方向进行相对旋转。此外，被摄体旋转机构11是专利权利要求书的“旋转机构”的一例。
另外，在第一实施方式中，位置切换机构8由Z方向移动机构80、X射线源载置部81、多狭缝载置部82、相位光栅载置部83、被摄体载置部84、吸收光栅载置部85以及图像信号检测器载置部86构成。Z方向移动机构80构成为，能够使X射线源载置部81、多狭缝载置部82、相位光栅载置部83、被摄体载置部84、吸收光栅载置部85以及图像信号检测器载置部86分别向Z1方向和Z2方向移动。此外，Z方向移动机构80是专利权利要求书的“移动机构”的一例。
X射线源载置部81构成为，能够使所载置的X射线源1向X1方向和X2方向移动。另外，多狭缝载置部82构成为，能够使所载置的多狭缝4向X1方向和X2方向移动。另外，相位光栅载置部83构成为，能够使所载置的相位光栅5向X1方向和X2方向移动。另外，被摄体载置部84构成为，能够使所载置的被摄体T向X1方向和X2方向移动。另外，吸收光栅载置部85构成为，能够使所载置的吸收光栅6向X1方向和X2方向移动。另外，图像信号检测器载置部86构成为，能够使所载置的图像信号检测器2向X1方向和X2方向移动。Z方向移动机构80例如包括滚珠丝杠、线性电动机等直动机构。另外，X射线源载置部81、多狭缝载置部82、相位光栅载置部83、被摄体载置部84、吸收光栅载置部85以及图像信号检测器载置部86分别包括滚珠丝杠、线性电动机等直动机构。
在第一实施方式中，在获取高分辨率的X射线相位对比度图像时，利用焦点直径变更部10来减小X射线源1的焦点直径。此时，为了抑制由多狭缝4引起伪像的产生，如图4所示，使多狭缝4移动到图像信号检测器2的检测面上的检测范围外的退避位置。即，在图4所示的例子中，位置切换机构8通过使多狭缝4向X2方向移动来将多狭缝4配置在退避位置。此外，在图4所示的例子中示出了使多狭缝4向X2方向移动的例子，但也可以使吸收光栅6向X2方向移动。另外，也可以使多狭缝4和吸收光栅6这双方向X2方向移动。
另外，在第一实施方式中，通过减小X射线源1的焦点直径来降低X射线的剂量。因此，如图5所示，位置切换机构8构成为，使X射线源1与图像信号检测器2之间的距离同一个或多个光栅的相对位置的切换联动地变更。即，位置切换机构8通过使多狭缝4、相位光栅5、被摄体T、吸收光栅6以及图像信号检测器2向Z2方向移动来增加由图像信号检测器2检测的X射线的剂量(减少X射线的损耗)。
在第一实施方式中，通过使X射线源1的焦点直径与一个或多个光栅的移动联动地变更，能够获取以下的图像。即，通过减小X射线源1的焦点直径并且将多狭缝4配置在退避位置、将相位光栅5配置在检测位置，能够获取高分辨率的相位对比度图像。另外，通过增大X射线源1的焦点直径并且将所有的光栅配置在检测位置，能够获取低分辨率的相位对比度图像。
另外，通过减小X射线源1的焦点直径并且将相位光栅5和/或吸收光栅6配置在退避位置，能够获取高分辨率的吸收图像。另外，通过增大X射线源1的焦点直径并且将相位光栅5和/或吸收光栅6配置在退避位置，能够获取低分辨率的吸收图像。
[第一实施方式的效果]
在第一实施方式中，能够获得如下效果。
在第一实施方式中，如上所述，X射线相位成像装置100包括：图像信号生成系统3，其包括X射线源1和图像信号检测器2，该图像信号检测器2对基于从X射线源1照射的X射线的图像信号进行检测；一个或多个光栅，所述一个或多个光栅配置在X射线源1与图像信号检测器2之间；位置切换机构8，其通过使一个或多个光栅和图像信号生成系统3中的至少某一方进行相对移动，能够使一个或多个光栅的相对位置在退避位置与检测位置之间切换，该退避位置为处于图像信号检测器2的检测面上的检测范围外的位置，该检测位置为处于图像信号检测器2的检测面上的检测范围内的位置；以及焦点直径变更部10，其使X射线源1的焦点直径与一个或多个光栅的相对位置的切换联动地变更。由此，能够使焦点直径与多狭缝4的移动联动地变更。其结果，即使在为了获取高分辨率的X射线相位对比度图像而将X射线源1的焦点直径变更为比多狭缝4的间距小的焦点直径的情况下，也能够将多狭缝4配置在退避位置，因此能够抑制由多狭缝4引起伪像(虚像)的产生。另外，通过将多狭缝4配置在检测位置并且增大X射线源1的焦点直径，能够获取低分辨率的X射线相位对比度图像。另外，在获取吸收图像的情况下，通过使焦点直径与一个或多个光栅的移动联动地变更，能够获取与被摄体T的大小(厚度)、材料相适的分辨率的吸收图像。因而，能够在X射线相位对比度图像的获取与吸收图像的获取之间切换，即使在切换了所获取的图像的情况下，也能够抑制伪像(虚像)的产生，并且能够以适当的分辨率进行图像的获取。
另外，在第一实施方式中，如上所述，作为一个或多个光栅，包括多狭缝4、相位光栅5以及吸收光栅6这三个光栅，其中，该多狭缝4用于提高从X射线源1照射的X射线的相干性，该相位光栅5被照射通过了多狭缝4的X射线，用于形成自身像50，该吸收光栅6被照射通过了相位光栅5的X射线，用于形成与相位光栅5的自身像50之间的干涉条纹，位置切换机构8构成为，至少将多狭缝4和吸收光栅6中的某一方在退避位置与检测位置之间切换。由此，即使在为了获取高分辨率的X射线相位对比度图像而使X射线源1的焦点直径小于多狭缝4的周期的情况下，也能够通过将多狭缝4配置在退避位置来抑制由多狭缝4引起伪像的产生。另外，在增大了X射线源1的焦点直径的情况下，能够通过将多狭缝4配置在检测位置来获取低分辨率的X射线相位对比度图像。另外，通过将多狭缝4在退避位置与检测位置之间切换，能够容易地在X射线相位对比度图像的获取与吸收图像的获取之间切换。
另外，在第一实施方式中，如上所述构成为，通过使一个或多个光栅沿X方向移动来使一个或多个光栅的相对位置在退避位置与检测位置之间切换。由此，通过使图像信号生成系统3以及一个或多个光栅沿X方向进行直线移动，能够在退避位置与检测位置之间进行切换，因此能够简化X射线相位成像装置100的装置结构。
另外，在第一实施方式中，如上所述，X射线相位成像装置100还具备Z方向移动机构80，该Z方向移动机构80使X射线源1与图像信号检测器2之间的距离同一个或多个光栅的相对位置的切换联动地变更。由此，在获取X射线相位对比度图像时，即使在由于减小X射线源1的焦点直径而导致剂量不足的情况下，也能够通过缩小X射线源1与图像信号检测器2的距离来增加所检测的X射线的剂量。另外，在减小X射线源1的焦点直径来获取高分辨率的吸收图像时，能够通过增大X射线源1与图像信号检测器2之间的距离来提高被摄体T的放大率。其结果，能够提高可用性(用户的便利性)。
另外，在第一实施方式中，如上所述，还具备使被摄体T沿着绕Y方向的中心轴线的旋转方向进行相对旋转的被摄体旋转机构11。由此，在进行需要X射线的剂量的断层摄影(CT摄影)的情况下，能够增大X射线源1的焦点直径来进行摄影。另外，在拍摄小的被摄体T的情况下，能够减小X射线源1的焦点直径来进行摄影。因而，与利用相分别的装置进行CT摄影和小的被摄体T的摄影的情况相比，能够提高作业效率。
[第二实施方式]
接着，参照图6和图7对本发明的第二实施方式的X射线相位成像装置200的结构进行说明。上述第一实施方式构成为使多狭缝4、相位光栅5以及吸收光栅6中的、至少多狭缝4和吸收光栅6中的某一方的相对位置在退避位置与检测位置之间切换，不同于此，在该第二实施方式中构成为，至少使相位光栅5和吸收光栅6中的至少某一方的相对位置在退避位置与检测位置之间切换。此外，对于与上述第一实施方式相同的结构，在图中标注相同的附图标记来进行图示，并省略其说明。
如图6所示，在第二实施方式的X射线相位成像装置200中，作为一个或多个光栅，包括相位光栅5和吸收光栅6这两个光栅，其中，该相位光栅5被照射来自X射线源1的X射线，用于形成自身像50，该吸收光栅6被照射通过了相位光栅5的X射线，用于形成与相位光栅5的自身像50之间的干涉条纹。另外，位置切换机构8包括Z方向移动机构80、X射线源载置部81、相位光栅载置部83、被摄体载置部84、吸收光栅载置部85以及图像信号检测器载置部86。
在第二实施方式中，位置切换机构8构成为，使相位光栅5和吸收光栅6中的至少某一方在退避位置与检测位置之间切换。在第二实施方式中，如图7所示的例子那样，位置切换机构8构成为，使吸收光栅6通过向X2方向移动来在退避位置与检测位置之间切换。在此，在从X射线源1照射的X射线的相干性高的情况下，不需要在X射线源1配置多狭缝4，能够利用相位光栅5和吸收光栅6生成X射线相位对比度图像。因而，在第二实施方式中，在获取X射线相位对比度图像的情况下，为了提高X射线的相干性而减小X射线源1的焦点直径。此外，在图7所示的例子中，使吸收光栅6向X2方向移动，但也可以使相位光栅5向X2方向移动。另外，也可以使相位光栅5和吸收光栅6这双方向X2方向移动。
在第二实施方式中，通过使X射线源1的焦点直径与一个或多个光栅的移动联动地变更，能够获取以下的图像。即，通过减小X射线源1的焦点直径并且将所有光栅配置在检测位置，能够获取高分辨率的相位对比度图像。另外，通过减小X射线源1的焦点直径并且将相位光栅5和/或吸收光栅6配置在退避位置，能够获取高分辨率的吸收图像。另外，通过减小X射线源1的焦点直径并且将相位光栅5和/或吸收光栅6配置在退避位置，能够获取低分辨率的吸收图像。
[第二实施方式的效果]
在第二实施方式中，能够获得如下效果。
在第二实施方式中，如上所述，作为一个或多个光栅，包括相位光栅5和吸收光栅6这两个光栅，其中，该相位光栅5被照射来自X射线源1的X射线，用于形成自身像50，该吸收光栅6被照射通过了相位光栅5的X射线，用于形成与相位光栅5的自身像50之间的干涉条纹，位置切换机构8构成为，使相位光栅5和吸收光栅6中的至少某一方在退避位置与检测位置之间切换。在此，在从X射线源1照射的X射线的相干性高的情况下，不需要配置多狭缝4，能够利用相位光栅5和吸收光栅6生成X射线相位对比度图像。由此，由于不在X射线源1配置多狭缝4，因此能够自由地变更X射线源1的焦点直径。其结果，在生成X射线相位对比度图像时，能够在能够利用相位光栅5和吸收光栅6形成干涉条纹的范围内在低分辨率与高分辨率之间切换。
另外，由于利用相位光栅5形成的自身像50的周期p1比通用的检测器2的转换元件2a的像素间距p2小，因此在不配置吸收光栅6的情况下，相位光栅5的自身像50不会被图像信号检测器2检测到。即，在将吸收光栅6配置在退避位置的情况下，所获取的图像为吸收图像。因而，通过使相位光栅5和吸收光栅6中的某一方的相对位置在退避位置与检测位置之间切换，能够容易地在X射线相位对比度图像的获取与吸收图像的获取之间切换。另外，能够通过使焦点直径与一个或多个光栅的移动联动地变更来获取与被摄体T的大小(厚度)相应的分辨率的吸收图像。
此外，第二实施方式的其它效果与上述第一实施方式的效果相同。
[第三实施方式]
接着，参照图8～图10对本发明的第三实施方式的X射线相位成像装置300的结构进行说明。第一实施方式构成为使多狭缝4、相位光栅5以及吸收光栅6中的、至少多狭缝4和吸收光栅6中的某一方的相对位置在退避位置与检测位置之间切换，不同于此，在该第三实施方式中，构成为使相位光栅5在退避位置与检测位置之间切换。此外，对于与上述第一实施方式相同的结构，在图中标注相同的附图标记来进行图示，并省略其说明。
如图8和图9所示，在第三实施方式中，包括：图像信号生成系统3，其包括X射线源1和图像信号检测器21；作为一个或多个光栅的一个光栅，其被照射来自X射线源1的X射线，用于形成自身像50的相位光栅5；以及位置切换机构8。另外，位置切换机构8包括Z方向移动机构80、X射线源载置部81、相位光栅载置部83、被摄体载置部84以及图像信号检测器载置部86。位置切换机构8构成为，将相位光栅5在退避位置与检测位置之间切换。即，位置切换机构8构成为，通过使相位光栅5沿X方向移动来使相位光栅5的相对位置在退避位置与检测位置之间切换。在图9所示的例子中，位置切换机构8构成为，使相位光栅5通过向X2方向移动来在退避位置与检测位置之间切换。此外，在图9所示的例子中，位置切换机构8构成为使相位光栅5向X2方向移动，但位置切换机构8也可以构成为使相位光栅5向X1方向移动。
在此，当减小X射线源1的焦点直径时，所照射的X射线的相干性提高。另外，在图像信号检测器2的像素周期小的情况下，即使不配置吸收光栅6也能够检测相位光栅5的自身像50。一般来说，作为图像信号检测器2，使用如图10的(A)所示的通用的检测器2。检测器2的转换元件2a的像素间距p2比相位光栅5的自身像50的周期p1大，因此无法检测相位光栅5的自身像50。但是，通过使用图10的(B)所示的检测器21，能够检测相位光栅5的自身像50。即，检测器21的转换元件21a的像素间距p3比相位光栅5的自身像50的周期p1小，因此能够检测相位光栅5的自身像50。在第三实施方式中，作为图像信号检测器，使用如图10的(B)所示那样像素间距比相位光栅5的自身像50的周期p1小的检测器21。由此，图像信号检测器21能够检测相位光栅5的自身像50。
在第三实施方式中，通过使X射线源1的焦点直径与一个或多个光栅的移动联动地变更，能够获取以下的图像。即，通过减小X射线源1的焦点直径并且将相位光栅5配置在检测位置，能够获取高分辨率的X射线相位对比度图像。另外，通过减小X射线源1的焦点直径并且将相位光栅5配置在退避位置，能够获取高分辨率的吸收图像。另外，通过增大X射线源1的焦点直径并且将相位光栅5配置在退避位置，能够获取低分辨率的吸收图像。此外，在增大了X射线源1的焦点直径的情况下，X射线的相干性降低，因此即使将相位光栅5仍然配置在检测位置，也不会形成相位光栅5的自身像50，因此所获取的图像为吸收图像。
[第三实施方式的效果]
在第三实施方式中，能够获得如下效果。
在第三实施方式中，如上所述，作为一个或多个光栅，包括相位光栅5这一个光栅，该相位光栅5被照射来自X射线源1的X射线，用于形成自身像50，位置切换机构8构成为，将相位光栅5在退避位置与检测位置之间切换。由此，通过缩小X射线源1的焦点直径，能够获取X射线相位对比度图像。另外，在增大了X射线源1的焦点直径的情况下，所照射的X射线的相干性降低。因而，不会形成相位光栅5的自身像50。即，通过增大X射线源1的焦点直径，能够获取吸收图像。另外，通过使X射线源1的焦点直径与相位光栅5向退避位置的移动联动地增大，相位光栅5中的X射线的衰减消失，因此能够抑制吸收图像中的伪像的产生。
此外，第三实施方式的其它效果与上述第一实施方式的效果相同。
[第四实施方式]
接着，参照图11和图12对本发明的第四实施方式的X射线相位成像装置400的结构进行说明。第一实施方式构成为使多狭缝4、相位光栅5以及吸收光栅6中的、至少多狭缝4和吸收光栅6中的某一方的相对位置在退避位置与检测位置之间切换，不同于此，在该第四实施方式中构成为，使多狭缝4和相位光栅5中的至少某一方的相对位置在退避位置与检测位置之间切换。此外，对于与上述第一实施方式相同的结构，在图中标注相同的附图标记来进行图示，并省略其说明。
如图11和图12所示，在第四实施方式中，作为一个或多个光栅，包括多狭缝4和相位光栅5这两个光栅，其中，该狭缝4用于提高从X射线源1照射的X射线的相干性，该相位光栅5被照射通过了多狭缝4的X射线，用于形成自身像50。另外，位置切换机构8包括Z方向移动机构80、X射线源载置部81、多狭缝载置部82、相位光栅载置部83、被摄体载置部84以及图像信号检测器载置部86。另外，在第四实施方式中为不配置吸收光栅6的结构，因此与上述第三实施方式同样地，图像信号检测器2使用像素间距小的检测器21。
位置切换机构8构成为，使多狭缝4和相位光栅5中的至少某一方在退避位置与检测位置之间切换。即，位置切换机构8构成为，使多狭缝4和相位光栅5中的至少某一方通过沿X方向移动来在退避位置与检测位置之间切换。在图12所示的例子中，构成为使多狭缝4通过向X2方向移动来在退避位置与检测位置之间切换。此外，位置切换机构8也可以构成为使相位光栅5向X2方向移动。另外，位置切换机构8还可以构成为使多狭缝4和相位光栅5这双方向X2方向移动。
在第四实施方式中，能够通过与一个或多个光栅的移动联动地变更X射线源1的焦点直径来获取以下的图像。即，通过减小X射线源1的焦点直径并且将多狭缝4配置在退避位置、将相位光栅5配置在检测位置，能够获取高分辨率的X射线相位对比度图像。另外，通过增大X射线源1的焦点直径并且将所有的光栅配置在检测位置，能够获取低分辨率的X射线相位对比度图像。另外，通过减小X射线源1的焦点直径变小并且将所有的光栅配置在退避位置，能够获取高分辨率的吸收图像。另外，通过增大X射线源1的焦点直径变大并且将多狭缝4和/或相位光栅5配置在退避位置，能够获取低分辨率的吸收图像。
[第四实施方式的效果]
在第四实施方式中，能够获得如下的效果。
在第四实施方式中，如上所述，作为一个或多个光栅，包括多狭缝4和相位光栅5这两个光栅，其中，该多狭缝4用于提高从X射线源1照射的X射线的相干性，该相位光栅5被照射通过了多狭缝4的X射线，用于形成自身像50，位置切换机构8构成为，使多狭缝4和相位光栅5中的至少某一方在退避位置与检测位置之间切换。由此，通过减小X射线源1的焦点直径并且将多狭缝4的配置配置在退避位置，能够容易地获取高分辨率的X射线相位对比度图像。另外，通过增大X射线源1的焦点直径变大并且将多狭缝4的配置配置在检测位置，能够增加X射线的剂量，能够缩短X射线相位对比度图像的获取时间。
此外，第四实施方式的其它效果与上述第一实施方式相同。
(变形例)
此外，应该认为此次公开的实施方式在所有方面均为例示性的而非限制性的。本发明的范围由专利权利要求书示出，而非由上述实施方式的说明示出，还包含与专利权利要求书同等的含义和范围内的所有变更(变形例)。
例如，在上述第一实施方式中，示出了使多狭缝4移动到退避位置的结构，但本发明并不限于此。例如，也可以如图13所示那样构成为使X射线源1、被摄体T以及图像信号检测器2移动到退避位置。
另外，在上述第一实施方式中，示出了使多狭缝4和吸收光栅6通过移动来在退避位置与检测位置之间进行切换的例子，但本发明并不限于此。例如，位置切换机构8也可以如图14所示那样构成为使所有的光栅在退避位置与检测位置之间切换。如果像这样构成，则在获取吸收图像时，能够将所有的光栅配置在图像信号检测器2的检测面上的检测范围外。其结果，能够进一步抑制由配置在图像信号检测器2的检测面上的检测范围内的一个或多个光栅引起伪像的产生。另外，由于不在图像信号检测器2的检测面上的检测范围内配置光栅，因此能够抑制光栅所导致的X射线衰减，能够缩短摄影时间。
另外，在上述第一实施方式中，示出了X射线相位成像装置100构成为通过使被摄体T沿着绕Y方向的中心轴线的旋转方向进行相对旋转来进行CT摄影的例子，但本发明并不限于此。例如也可以构成为，通过使图像信号生成系统3以及一个或多个光栅沿着绕Y轴方向的中心轴线的旋转方向进行相对旋转来进行CT摄影。另外，例如也可以构成为，在绕Y轴方向的中心轴线的旋转方向上设置多个图像信号生成系统3以及一个或多个光栅来进行CT摄影。
另外，在上述第一实施方式中，为了形成相位光栅5的自身像50和干涉条纹，使用了吸收光栅6，但本发明并不限于此。例如，也可以如图17所示那样，在检测光的检测器22的检测面上配置形成为光栅状的、检测X射线并发出荧光的闪烁体12，通过使闪烁体12与相位光栅5的自身像50发生干涉来获取X射线相位对比度图像。
另外，在上述第二实施方式中，作为图像信号检测器2，示出了使用像素间距比相位光栅5的自身像的周期p1小的检测器2的例子，但本发明并不限于此。例如，作为图像信号检测器2，也可以使用在第三实施方式中使用的检测器21。由此，即使在将吸收光栅6配置在退避位置的情况下也能够检测相位光栅5的自身像50，因此通过增大X射线源1的焦点直径并且将吸收光栅6配置在退避位置，能够获取低分辨率的相位对比度图像。此外，在将检测器21用作图像信号检测器2的情况下，通过减小X射线源1的焦点直径并且将相位光栅5配置在检测位置，能够形成相位光栅5的自身像50。因而，为了获取高分辨率的吸收图像，减小X射线源1的焦点直径变小，并且将相位光栅5配置在退避位置、将吸收光栅6配置在检测位置，或者将相位光栅5和吸收光栅6配置在退避位置。
另外，在上述第一实施方式～第四实施方式中，示出了通过变更X射线源1的聚焦控制来变更X射线源1的焦点直径的例子，但本发明并不限于此。例如，也可以构成为通过将X射线源1变更为焦点直径不同的其它X射线源来变更焦点直径。
另外，在上述第一实施方式～第四实施方式中，示出了位置切换机构8构成为使一个或多个光栅通过向X2方向移动来在退避位置与检测位置之间进行切换的例子，但本发明并不限于此。例如，位置切换机构8也可以构成为，使一个或多个光栅通过向X1方向移动来在退避位置与检测位置之间切换。另外，也可以构成为并非向X1方向或X2方向中的某一方向移动而是将X1方向与X2方向上的移动组合起来在退避位置与检测位置之间切换。
另外，在上述第一实施方式～第四实施方式中，示出了位置切换机构8构成为使一个或多个光栅通过沿X方向移动来在退避位置与检测位置之间进行切换的例子，但本发明并不限于此。例如，如图15和图16所示，位置切换机构8也可以构成为通过使一个或多个光栅向Y1方向和/或Y2方向移动来使一个或多个光栅的相对位置在退避位置与检测位置之间切换。
另外，在上述第一实施方式～第四实施方式中，作为用于形成自身像50的光栅，示出了使用相位光栅5的干涉仪的例子，但本发明并不限于此。例如也可以是，使用吸收型的光栅来代替相位光栅5，由此利用非干涉仪构成X射线相位成像装置100。
另外，在上述第一实施方式～第四实施方式中，示出了位置切换机构8使任一个光栅通过沿X方向或Y方向进行直线移动来在退避位置与检测位置之间切换的结构，但本发明并不限于此。例如，位置切换机构8也可以构成为，使任一个光栅通过以边缘为中心进行旋转来在退避位置与检测位置之间切换。但是，在为了在退避位置与检测位置之间切换而使光栅旋转的情况下，发生光栅的位置偏移的可能性变高。因而，最好通过使光栅进行直线移动来在退避位置与检测位置之间进行切换。
另外，在上述第一实施方式～第四实施方式中，示出了位置切换机构8利用一个移动机构使一个光栅移动的例子，但本发明并不限于此。例如，也可以利用一个移动机构使多个光栅移动。另外，也可以利用一个移动机构使X射线源1和光栅移动。另外，还可以利用一个移动机构使图像信号检测器2和光栅移动。
另外，在上述第一实施方式～第四实施方式中，示出了设置如下的移动机构的例子，该移动机构使在退避位置与检测位置之间的切换中不沿X方向(Y方向)移动的光栅也沿X方向(Y方向)移动，但本发明并不限于此。例如，也可以不设置使不沿X方向(Y方向)移动的光栅沿X方向(Y方向)移动的移动机构。由此，能够简化装置结构。