【手続補正書】
【提出日】平成17年3月31日(2005.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する放射線撮像方法であって、
エネルギーが１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下である異なる波長を有する複数の放射線を用い、被写体から所定の距離離れた検出面において、被写体を透過した複数の放射線の強度を検出し、前記検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の検出データを得るステップ（ａ）と、
前記複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｂ）と、
ステップ（ｂ）において求められた位相データに基づいて画像データを生成するステップ（ｃ）と、
を具備する放射線撮像方法。
【請求項２】
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する放射線撮像方法であって、
エネルギーが１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下である所定の波長を有する放射線を用い、被写体からの距離が異なる複数の検出面において、被写体を透過した放射線の強度を検出し、前記複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の検出データを得るステップ（ａ）と、
前記複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｂ）と、
ステップ（ｂ）において求められた位相データに基づいて画像データを生成するステップ（ｃ）と、
を具備する放射線撮像方法。
【請求項３】
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する放射線撮像装置であって、
エネルギーが１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下である異なる波長を有する複数の放射線を発生する放射線源と、
前記放射線源から発生され被写体を透過した放射線の強度を検出することにより、放射線画像情報を表す検出データを得る検出手段と、
被写体を透過した異なる波長を有する複数の放射線の強度を検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求め、それらの位相データに基づいて画像データを生成する画像構成手段と、
を具備する放射線撮像装置。
【請求項４】
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する放射線撮像装置であって、
エネルギーが１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下である所定の波長を有する放射線を発生する放射線源と、
前記放射線源から発生され被写体を透過した放射線の強度を検出することにより、放射線画像情報を表す検出データを得る検出手段と、
被写体と前記検出手段との間の距離を変更するために用いられる駆動手段と、
被写体を透過した放射線の強度を異なる距離において検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求め、それらの位相データに基づいて画像データを生成する画像構成手段と、
を具備する放射線撮像装置。
【請求項５】
放射線源より放射線を発生し、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する放射線撮像プログラムであって、
前記放射線源を制御し、エネルギーが１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下である異なる波長を有する放射線を発生させる手順（ａ）と、
被写体を透過した異なる波長を有する放射線の強度を検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｂ）と、
位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｃ）と、
をＣＰＵに実行させる放射線撮像プログラム。
【請求項６】
放射線源より放射線を発生し、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する放射線撮像プログラムであって、
前記放射線源を制御し、エネルギーが１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下である所定の波長を有する放射線を発生させる手順（ａ）と、
被写体を透過した放射線の強度を異なる距離において検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｂ）と、
位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｃ）と、
をＣＰＵに実行させる放射線撮像プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
位相コントラスト法には、干渉計やゾーンプレートを用いることにより生じた干渉Ｘ線に基づいて位相差を求める手法や、回折Ｘ線に基づいて位相差を求める手法がある。この内、回折Ｘ線に基づいて位相差を求める回折法は、次のような原理に基づいて位相差を求める。例えば、Ｘ線は、光と同様に波が進行することにより物質中を伝搬する。その伝搬する速度は、物質が有する屈折率によって異なる。このため、位相の揃ったＸ線を被写体に向けて照射すると、被写体における組織の違いによりＸ線の伝わり方に相違が生じる。これにより被写体を透過するＸ線の波面が歪むので、透過Ｘ線に基づいて得られたＸ線画像に回折縞が生じる。この回折縞のパターンは、Ｘ線を結像させるスクリーンと被写体との距離やＸ線の波長によって異なっている。従って、回折縞パターンの異なる２枚以上のＸ線画像を解析することにより、スクリーンの各位置において生じたＸ線の位相差を求めることができる。この位相差を明度に換算することにより、被写体における組織の違いが明確に現れたＸ線画像を得ることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
次に、位相復元の原理について、図１２を用いて説明する。図１２に示すように、波長λを有するＸ線は、図の左側から入射し、物体面１０１を透過し、物体面１０１から距離ｚだけ離れたスクリーン１０２に入射する。ここで、スクリーン１０２上の位置（ｘ，ｙ）におけるＸ線の強度をＩ（ｘ，ｙ）、位相をφ（ｘ，ｙ）とする。このとき、強度Ｉ（ｘ，ｙ）と位相φ（ｘ，ｙ）との間には、次式に示す関係が成り立つ。ここで、強度Iは、波の振幅の２乗である。
【数２】
2004113708.tif 000001
式（２）においてκ＝２π／λとおき、（ｘ，ｙ）成分をベクトルｒに書き換えると、式（１）に示すＴＩＥが導かれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この場合に、ｒ⊥＝（ｘ，ｙ）とすると、波長λ０で被写体１００を透過した直後のＸ線の強度Ｉ（ｒ⊥，０，λ０）及び位相φ（ｒ⊥，０，λ０）と、波長λｍでスクリーン１０２において検出された回折Ｘ線の強度Ｉ（ｒ⊥，Ｒ，λｍ）との間には、次のような関係が成り立つ。ただし、次式（５）において、Ｉ（ｒ⊥，０，λ０）＝ｅｘｐ｛−Ｍ（ｒ⊥，０，λ０）｝である。
【数５】
2004113708.tif 000002
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、位相コントラスト法により人体等の生体の放射線画像を構成する際に、透過率の高いエネルギーの放射線を用いることにより、位相の推定精度を高めることができる放射線撮像方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような放射線撮像方法を用いた放射線撮像装置、並びに、放射線撮像プログラムを提供することを目的とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、本発明の第１の観点に係る放射線撮像装置は、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する放射線撮像装置であって、エネルギーが１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下である異なる波長を有する複数の放射線を発生する放射線源と、放射線源から発生され被写体を透過した放射線の強度を検出することにより、放射線画像情報を表す検出データを得る検出手段と、被写体を透過した異なる波長を有する複数の放射線の強度を検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求め、それらの位相データに基づいて画像データを生成する画像構成手段とを具備する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また、本発明の第２の観点に係る放射線撮像装置は、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する放射線撮像装置であって、エネルギーが１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下である所定の波長を有する放射線を発生する放射線源と、放射線源から発生され被写体を透過した放射線の強度を検出することにより、放射線画像情報を表す検出データを得る検出手段と、被写体と検出手段との間の距離を変更するために用いられる駆動手段と、被写体を透過した放射線の強度を異なる距離において検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求め、それらの位相データに基づいて画像データを生成する画像構成手段とを具備する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、本発明の第１の観点に係る放射線撮像プログラムは、放射線源より放射線を発生し、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する放射線撮像プログラムであって、放射線源を制御し、エネルギーが１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下である異なる波長を有する放射線を発生させる手順（ａ）と、被写体を透過した異なる波長を有する放射線の強度を検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｂ）と、位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｃ）とをＣＰＵに実行させる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
さらに、本発明の第２の観点に係る放射線撮像プログラムは、放射線源より放射線を発生し、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する放射線撮像プログラムであって、放射線源を制御し、エネルギーが１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下である所定の波長を有する放射線を発生させる手順（ａ）と、被写体を透過した放射線の強度を異なる距離において検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｂ）と、位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｃ）とをＣＰＵに実行させる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図２は、撮像部１の構成を示す模式図である。撮影部１は、Ｘ線源１１と、モノクロメータ１２と、センサ１３とを有している。Ｘ線源１１は、シンクロトロン放射光を利用し、モノクロメータ１２で放射光からのＸ線の所定の波長成分だけを回折することにより、単色Ｘ線としている。なお、Ｘ線源１１としては、コヒーレント性及び単色性が高いビームを発生することができるＸ線源を用いることが望ましい。ここで、単色性が高いビームとは、主に単一波長を有するビームのことをいうが、厳密に単一波長である必要はない。このため、本実施形態においては、Ｘ線源１１として、Ｘ線を発生するシンクロトロン放射光を用いている。シンクロトロン放射光とは、磁場中で電子を円運動させたり螺旋運動させたりすることによって発生する電磁波のことをいう。このような放射光源においては、電子の求心加速度を変更することにより、発生するＸ線の波長を変更することができる。Ｘ線源１１から発生したＸ線は、被写体１０を透過し、センサ１３に入射して回折縞を生じる。なお、以下において、被写体１０とセンサ１３との距離を、撮像距離といい、本実施形態においては、図３に示すように、同一撮像距離で、異なる波長λ０及びλ１の２種類のＸ線を発生させている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
次に、Ｘ線源１１で発生するＸ線の波長（エネルギー）と被写体１０による透過率との関係について説明する。ここで、被写体１０は、図２に示すように、厚みｄを有することとする。被写体１０の厚みをｄ、屈折率をｎ＝１−δ−ｉβ（ｉは虚数単位）で表すこととすると、被写体１０の透過直後のＸ線φＯＵＴは、被写体１０の透過直前のＸ線φＩＮを用いて、次のように表される。
【数８】
2004113708.tif 000003
ここで、Ｘ線の波長をλとすると、ｋ＝２π／λである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
次に、被写体１０として乳房を想定する。図４は、Ｘ線エネルギーの関数としての透過率を示している。但し、標準的な脂肪の組成を想定してβを定め、被写体１０の厚みをｄ＝５ｃｍとしている。図４に示すように、エネルギーが低いほど、透過率が急激に減少する。したがって、非特許文献３で用いられたＸ線エネルギー（Ｅ＝３．３ｋｅＶ、１．７ｋｅＶ、５．０ｋｅＶ）では、乳房等の厚みを有する被写体を撮影する際には不適であった。また、高透過率でエネルギー効率を良くするためには１０％程度の透過率となる２２ｋｅＶ程度のＸ線エネルギーが望ましいが、被写体１０によるＸ線吸収量（被爆量）を抑え、センサ１３にＸ線を到達させるためには、少なくとも１％以上の透過率となる１６ｋｅＶ以上のＸ線エネルギーが必要である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
その後、必要に応じて、ステップＳ１４において、表示部３は、画像データに基づく可視画像をディスプレイに表示したり、ステップ１５において、出力部４が、それをフィルム等に印刷する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
さらに、本実施形態においては、被写体を撮像する際に放射光源を用いているが、放射光ではないビームを発生するＸ線源を用いても良い。例えば、立命館大学が開発した電子蓄積型高輝度硬Ｘ線発生装置は、卓上型でありながら放射光並みに輝度及び指向性の高いＸ線を発生することができる。この装置が発生するＸ線はコヒーレント性を有しており、また、単一波長ではないが、単色化結晶と組み合わせることにより単色化することが可能である。また、技術研究組合フェムト秒テクノロジー研究機構（ＦＥＳＴＡ）が開発した線源は、逆コンプトン散乱の原理に基づいて極短パルス高輝度Ｘ線を発生する。この線源は、小型で持ち運びが可能であり、干渉性を有すると共に、指向性及び単色性の高いＸ線を発生することができる。なお、Ｘ線源として点放射線源を用いる場合には、画像構成部においてデータ処理を行う際に、拡大率を含めて補正することが望ましい。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
図１０は、撮像部７の構成を示す模式図である。撮影部７は、Ｘ線源１１と、センサ１３とを有している。Ｘ線源１１から発生したＸ線は、被写体１０を透過し、センサ１３に入射して回折縞を生じる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
センサ１３は、保持部１６によって保持されている。保持部１６は、レール１７上に移動可能な状態で支持されている。保持部１６の位置は、後述する画像構成部８の制御部によって制御されており、この制御によって被写体１０とセンサ１３との撮像距離が変更される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像方法について、図９〜図１１を参照しながら説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像方法を示すフローチャートである。本実施形態においては、単一波長のＸ線を用い、異なる撮像距離ｚ０及びｚ１において、同一波長λのＸ線を用いて撮像された２枚の回折縞画像を示す画像情報を用いて可視画像を生成する。なお、波長λのＸ線とは、波長λを中心波長とする単色性の高いＸ線のことをいい、厳密に波長λの単一波長のＸ線でなくても良い。但し、波長λのＸ線のエネルギーの中心値が１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下の条件を満たすこととする。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
まず、ステップＳ２０において、Ｘ線源によって生成されるＸ線の波長をλに設定し、センサ１３の位置を変更しながらＸ線撮像を行う。即ち、図１０に示すように、まず、撮像距離がｚ０となる位置にセンサ１３を配置し、被写体１０にＸ線を照射することによりＸ線撮像を行う。続いて、撮像距離がｚ１となる位置にセンサ１３を移動させ、同様にＸ線撮像を行う。これにより、回折縞画像を表す画像情報が得られる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
その後、必要に応じて、ステップＳ２５において、表示部３は、画像データに基づく可視画像をディスプレイに表示したり、ステップ２６において、出力部４が、それをフィルム等に印刷する。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、位相コントラスト法により人体等の生体の放射線画像を構成する際に、１６ｋｅＶ以上３０ｋｅＶ以下の透過率の高いエネルギーの放射線を用いることにより、位相の推定精度を高めることができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
１、５、７  撮像部
２、８  画像構成部
３  表示部
４  出力部
６  読取り部
１０、１００  被写体
１１  Ｘ線源
１２  モノクロメータ
１３  センサ
１４  増幅器
１５  Ａ／Ｄ変換器
１６  保持部
１７  レール
２１、８１  記憶部
２２、８３  ラプラシアン処理部
２３、８４  逆ラプラシアン処理部
２４、８５  画像処理部
２５、８６  制御部
２６、８７  記録部
５０  輝尽性蛍光体シート（記録シート）
５１  モータ
５２  シート搬送手段
５３  レーザ光源
５４  モータ
５５  回転多面鏡
５６  収束レンズ
５７  ミラー
５８  光ガイド
５９  フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）
８２  差分処理部
１０１  物体面
１０２  スクリーン
【手続補正２２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2004113708.tif 000004
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004113708.tif 000005
【手続補正２４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2004113708.tif 000006