专利名称：分析方法、使用其的放射线成像装置和执行其的分析程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及分析方法、使用分析方法的放射线成像装置和用于执行分析方法的分析程序。
背景技术：
在诸如材料内部的非破坏性检查的工业的领域中、在诸如X射线照相和X射线计算断层摄影(CT)的医疗图像的领域中以及在其它的领域中，作为放射线的例子的X射线被用于成像方法中。采用X射线的成像方法的例子包括吸收衬度方法和相位衬度方法。在吸收衬度方法中，可通过基于当X射线穿过被检物体时导致的X射线的衰减产生吸收衬度，获得被检物体的图像。同时，在相位衬度方法中，可通过基于当X射线穿过被检物体时导致的相位变化产生相位衬度，获得被检物体的图像。该技术被称为X射线相位成像。由于X射线相位成像对于由轻元素构成的生物软组织实现了优异的敏感性，因此，期望被应用于医疗图像。在分析的过程中，由X射线相位成像获得的关于相位变化的信息被卷绕到2 π的范围中。因此，必须通过展开卷绕的相位以获得真实相位，来获取重构的相位图像。但是， 由于在被检物体的边缘部分中相位大大变化，因此，关于卷绕的相位的信息包含相位跳跃， 即相位不连续地改变的部分。当包含这种相位不连续地改变的部分的相位信息被展开时， 会出现这样的问题，即，在相位不连续地改变的部分与相位连续地改变的部分之间出现不一致，并因此出现原先不存在的畸变。在上述的情况下，在非专利文献1中公开了用于通过使用最小二乘法实施迭代计算来执行展开的方法。在非专利文献1中还公开了这样的方法，即，为了即使在存在相位不连续地改变的部分的情况下也使畸变最小化，通过使用加权函数执行最小二乘法。“加权函数”是用于在执行展开时对于相位不连续地改变的部分和相位连续地改变的部分给予不同权重的函数。通过使用加权函数，可以获得具有更少畸变的图像。在非专利文献1中公开的特定的展开方法被执行如下(i)获得卷绕的相位信息。(ii)确定试验性真实相位值并基于确定的真实相位值设定加权函数。(iii)通过基于在(ii)中设定的加权函数使用最小二乘法，计算最佳真实相位值 (第一值)。即，计算当使残差的平方和最小时获得的真实相位值。(iv)基于在(iii)中计算的最佳真实相位值(第一值)将加权函数重新设定。(ν)通过基于在(iv)中设定的加权函数使用最小二乘法，计算最佳真实相位值 (第二值)。(vi)通过重复执行上述的计算直到残差的平方和收敛到某值，获得更精确的加权函数并计算更精确的真实相位值。上述的计算方法具有这样一种问题，S卩，由于在交替校正加权函数和真实相位值的同时执行迭代计算，因此获得精确的真实相位值需要长的时间。
相反，当迭代计算的次数减少时，可以快速地获得加权函数，并且可由此快速地获得真实相位值。但是，难以获得精确的加权函数和精确的真实相位值。非专利文献1Dennis C. Ghiglia and Louis A. Romero, J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 13，No. 10(1996)

发明内容
与非专利文献1相比，本发明提供用于快速和简单地产生精确的加权函数并且快速地执行展开的方法。根据本发明的一个方面的一种在采用穿过被检物体的放射线的干涉条纹的强度信息的放射线成像装置中使用的分析方法包括以下步骤从干涉条纹的强度信息产生卷绕到的范围中的被检物体的第一相位信息；从干涉条纹的强度信息产生关于被检物体的吸收强度梯度的信息；基于关于吸收强度梯度的信息中的梯度的绝对值，产生加权函数； 和通过使用加权函数展开第一相位信息，产生第二相位信息。根据本发明的另一方面的放射线成像装置包括放射线产生器；被配置为偏移由放射线产生器产生的放射线的相位的相位光栅；被配置为增强当放射线穿过相位光栅和被检物体时形成的自图像的吸收光栅；被配置为检测穿过吸收光栅的放射线的干涉条纹的强度信息的检测器；和被配置为执行用于从由检测器检测的干涉条纹的强度信息获得被检物体的图像的运算的运算单元。由运算单元执行的运算包含以下步骤从干涉条纹的强度信息产生卷绕到2 π的范围中的被检物体的第一相位信息；从干涉条纹的强度信息产生关于被检物体的吸收强度梯度的信息；基于关于吸收强度梯度的信息中的梯度的绝对值产生加权函数；和通过使用加权函数展开第一相位信息，产生第二相位信息。根据本发明的又一方面的一种在采用穿过被检物体的放射线的干涉条纹的强度信息的放射线成像装置中使用的分析程序使中央处理单元执行包括以下步骤的处理从干涉条纹的强度信息产生卷绕到2 π的范围中的被检物体的第一相位信息；从干涉条纹的强度信息产生关于被检物体的吸收强度梯度的信息；基于关于吸收强度梯度的信息中的梯度的绝对值产生加权函数；和通过使用加权函数展开第一相位信息，产生第二相位信息。根据本发明的方面，与非专利文献1相比，由于可以快速和简单地产生精确的加权函数，因此，可以快速和简单地执行展开。


图1示出根据本发明的实施例的分析方法的流程图的例子。图2是傅立叶图像的概念图。图3是用于解释被检物体的边缘部分的示图。图4是用于解释提供加权函数的例子的示图。图5是表示根据本发明的实施例的放射线成像装置的配置的例子的示图。图6是根据本发明的实施例的放射线成像装置中的运算单元的功能框图的例子。图7是在本发明的实施例中使用的被检物体的截面图。图8是表示在本发明的实施例中使用的被检物体的吸收强度梯度分布的示图。图9是表示在本发明的实施例中使用的被检物体的重构的相位图像的示图。
具体实施例方式将解释在采用由放射线产生的干涉条纹的强度信息的放射线成像装置中使用的根据本发明的实施例的分析方法的例子。图1是表示从获取干涉条纹的强度信息到获取重构的相位图像的过程的流程图。 将依次解释图1中所示的流程图的步骤。在步骤SlOl中，获得干涉条纹的强度信息。这里，“干涉条纹的强度信息”意味着描述通过使用干涉计等由放射线产生的干涉而导致的干涉条纹的诸如图案和亮度的性能的信息。另外，“放射线”意味着包括X射线、α射线、β射线、Y射线、紫外线、诸如电子射线的微粒射线和电磁波的广义的放射线。希望同时实现透射和吸收的X射线被用作放射线。另外，希望使用在一定程度上实现吸收的具有在从约0.1人 约5人的范围内的波长的 X射线，而不是具有极短波长的X射线。在被检物体关于波长范围同时具有透射性能和吸收性能的情况下，可以使用诸如激光束的相干电磁波。被应用的X射线不必是完全相干的。X 射线只需要具有出现干涉的相干长度。例如，在Talbot干涉计的情况下，在比使用的光栅的节距长的相干长度处出现干涉。通过使用式(1)代表检测的干涉条纹的强度信息
g(x，y) = a(x，y) + b(x，y)cos(2Kf0x+cp’(x，y)) (1)在式⑴中，“a(x，y)”代表与干涉条纹的图案无关的背景，并且“b(x，y)”代表干涉条纹的亮度。另外，代表干涉条纹的载波频率，并且“c|/(x,y)”代表当放射线穿过被检物体时出现的相位变化。载波频率&是根据当产生干涉条纹时使用的衍射光栅的光栅节距确定的参数。式(1)可被转换成式O):g (x, y) = a (χ, y) +c (χ, y) exp (2 π if0x) +c* (χ, y) exp (-2 π if0x) (2)在式(2)中，通过使用式(3)代表“‘，又)，，:
c(x，y) = l/2b(x，y)exp[itp’(x，y)] (3)这里，式(3)仅包含与相位有关的信息。式(3)被扩展为包含关于吸收的信息的等式。即，获得其中“ Ψ (x，y)”代表吸收强度梯度的式(4)
c(x，y) = l/2b0exp [ (φ'(χ,γ)+ ψ(χ,γ))] (4)在式⑷中，可通过使用式(5)代表“中’(、力”和“1^，y) ”之间的关系b(x, y) = b0exp (- ψ (x，y)) (5)在式(5)中，“bQ”表示常数。在步骤S102 中，对式(2)执行例如在 Mitsuo Takeda et al.，J. Opt. Soc. Am.， Vol. 72, No. 1(1982)中描述的傅立叶变换，并且获得式(6)G (fx, fy) = A(fx, fy) +C (fx-f0, fy) +C* (fx+f0, fy) (6)在式(6)中，“G(fx，fy)”、“A(fx，fy) ”和“C(fx，fy) ”分别是“g(x，y) ”、“a(x，y)，， 和“c (x，y)，，的二维傅立叶变换。另外，“fx”和“fy”分别代表空间频率的χ成分和y成分。 图2是式(6)的概念图。在图2中表示傅立叶图像。傅立叶图像的三个峰值的中心峰值210源自“A (fx, fy)，，并且仅包含关于吸收的信息。剩余峰值220 (与载波频率&对应的峰值)中的一个源自“(仗，0”，并且，剩余峰值220中的另一个源自“(^仗，0”。两个峰值220均包含关于相位的信息和关于吸收的信息。在步骤S103中，关于与载波频率对应的峰值中的一个附近的部分的信息被提取并移动到频率空间中的原点，并且，执行逆傅立叶变换。通过步骤S103的处理，可以获取包含关于相位的信息和关于吸收的信息两者的信息。注意，在根据本发明的方面的分析方法中，作为上述的傅立叶变换的替代，可通过使用条纹扫描等获取关于相位的信息和关于吸收的信息。在步骤S104中，从在步骤S103中获取的信息获得第一相位信息“c|/(x,y)”。“相位信息”代表指示在放射线穿过被检物体时根据折射率的差而改变的相位的参数。在步骤S105中，从在步骤S103中获取的信息获得关于吸收强度梯度的信息。希望获得吸收强度梯度分布作为关于吸收强度梯度的信息。但是，可以获得任何类型的信息， 只要它识别表现出比预定值大的吸收强度梯度的部分(被检物体的边缘部分等)或表现出比预定值小的吸收强度梯度的部分就行。以下，将解释关于吸收强度梯度的信息是吸收强度梯度ψ (χ, y)的分布的情况。这里，可通过提取傅立叶图像的中心峰值210从在步骤S103中获取的信息产生吸收强度梯度ψ(χ，y)的分布。但是，希望从与为了获取第一相位信息获得的峰值相同的峰值，产生吸收强度梯度Ψ(χ，y)的分布。这是由于从同一峰值获得的关于吸收的信息和关于相位的信息彼此高度地相关，并且，可通过使用将在后面描述的加权函数在展开过程中获取具有较少畸变的重构的相位图像。并且，在步骤S105中，从获取的吸收强度梯度Ψ (x,y)的分布，产生加权函数U和 V.将在后面描述用于产生加权函数的具体方法。在执行用于产生加权函数的步骤S105的处理之后，可以执行用于产生第一相位信息的步骤S104的处理。这里，在步骤5104中获取的第一相位信息φ‘(x，y)被卷绕到231的范围中。被卷绕到2 π的范围中的状态代表被卷积到2 π的范围中的状态，即，例如，被卷积到0 2π
的范围或-π π的范围中的状态。因此，必须从卷绕的第一相位信息φ‘(x，y)获取不卷绕的真实相位φ(x，y)。如上所述的为了将卷绕的相位信息转换成展开的相位信息所执行的计算可被称为展开(以下，称为“展开”)。通过建立四个式(7) (10)获得真实相位cp(x,y)(参见非专利文献1)
权利要求
1.一种在采用穿过被检物体的放射线的干涉条纹的强度信息的放射线成像装置中使用的分析方法，该分析方法包括以下步骤从干涉条纹的强度信息产生卷绕到2π的范围中的被检物体的第一相位信息； 从干涉条纹的强度信息产生关于被检物体的吸收强度梯度的信息； 基于关于吸收强度梯度的信息中的梯度的绝对值产生加权函数；和通过使用加权函数展开第一相位信息，产生第二相位信息。
2.根据权利要求1的分析方法，其中，产生第二相位信息的步骤包含执行最小二乘法的步骤。
3.根据权利要求1或2的分析方法，其中，产生第一相位信息的步骤包含通过执行干涉条纹的强度信息的傅立叶变换获得傅立叶图像并从傅立叶图像提取关于相位的信息的步骤，并且，其中，产生关于吸收强度梯度的信息的步骤包含从傅立叶图像提取关于吸收的信息的步骤。
4.根据权利要求3的分析方法，其中，从与傅立叶图像中的相同载波频率对应的峰值获得关于相位的信息和关于吸收的信息。
5.根据权利要求1 4中的任一项的分析方法，其中，关于吸收强度梯度的信息是吸收强度梯度分布。
6.根据权利要求5的分析方法，其中，加权函数是用于将吸收强度梯度分布分割成包含第一像素和第二像素的多个像素并用于给予第一像素和第二像素不同权重的函数，该第一像素包含吸收强度梯度的绝对值比预定值大的区域，在该第二像素中，吸收强度梯度的绝对值比预定值小。
7.根据权利要求6的分析方法，其中，加权函数是用于给予第一像素“0”并给予第二像素“1”的函数。
8.根据权利要求1 7中的任一项的分析方法，其中，放射线是X射线。
9.一种放射线成像装置，包括 放射线产生器；被配置为偏移由放射线产生器产生的放射线的相位的相位光栅； 被配置为增强当放射线穿过相位光栅和被检物体时形成的自图像的吸收光栅； 被配置为检测穿过吸收光栅的放射线的干涉条纹的强度信息的检测器；和被配置为执行用于从由检测器检测的干涉条纹的强度信息获得被检物体的图像的运算的运算单元，其中，由运算单元执行的运算包含以下步骤从干涉条纹的强度信息产生卷绕到2 π 的范围中的被检物体的第一相位信息；从干涉条纹的强度信息产生关于被检物体的吸收强度梯度的信息；基于关于吸收强度梯度的信息中的梯度的绝对值产生加权函数；和通过使用加权函数展开第一相位信息，产生第二相位信息。
10.根据权利要求9的放射线成像装置，其中，相位光栅被布置在被检物体和吸收光栅之间。
11.一种在采用穿过被检物体的放射线的干涉条纹的强度信息的放射线成像装置中使用的分析程序，该分析程序使中央处理单元执行包括以下步骤的处理从干涉条纹的强度信息产生卷绕到2 π的范围中的被检物体的第一相位信息； 从干涉条纹的强度信息产生关于被检物体的吸收强度梯度的信息； 基于关于吸收强度梯度的信息中的梯度的绝对值产生加权函数；和通过使用加权函数展开第一相位信息，产生第二相位信息。
全文摘要
一种在采用穿过被检物体的放射线的干涉条纹的强度信息的放射线成像装置中使用的分析方法包括以下步骤从干涉条纹的强度信息产生卷绕到2π的范围中的被检物体的第一相位信息；从干涉条纹的强度信息产生关于被检物体的吸收强度梯度的信息；基于关于吸收强度梯度的信息中的梯度的绝对值产生加权函数；和通过使用加权函数展开第一相位信息，产生第二相位信息。
文档编号G01N23/04GK102197302SQ20098014236
公开日2011年9月21日 申请日期2009年10月28日 优先权日2008年10月29日
发明者田透, 长井健太郎 申请人:佳能株式会社