(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を空間的に分割して複数のＸ線ビームを形成する分割素子と、
前記複数のＸ線ビームの一部分を遮蔽する遮蔽素子を複数有する遮蔽手段と、
前記遮蔽手段を通過したＸ線の強度を検出する第１の検出画素と第２の検出画素を含む画素群を複数有する検出手段とを備えたＸ線撮像装置であって、
前記複数のＸ線ビームのうち、前記第１の検出画素で検出されるＸ線ビームは、前記第１の検出画素上の一部に配置された前記遮蔽素子により該Ｘ線ビームの一部が遮蔽されており、
前記複数のＸ線ビームのうち、該第１の検出画素と隣り合う前記第２の検出画素で検出されるＸ線ビームは前記遮蔽素子により該Ｘ線ビームが遮蔽されないように構成されていることを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記第２の検出画素で検出したＸ線の強度から、被検知物に対するＸ線の透過率を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記第１の検出画素と前記第２の検出画素で検出したＸ線の強度から、前記被検知物の位相変化に関する像を演算することを特徴とする請求項２に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記遮蔽素子が配置される周期は前記第１の検出画素の大きさの２倍であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記第１の検出画素に入射するＸ線と前記第２の検出画素に入射するＸ線が分割されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記第１の検出画素に入射するＸ線と前記第２の検出画素に入射するＸ線が分割されていないことを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記遮蔽素子により遮蔽されていない前記複数の検出画素が第１の方向と該第１の方向と直交する第２の方向に直線的に配されており、
前記分割素子の透過部が、前記第１の方向に直線的に配されており、前記第２の方向にジグザグに配されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
前記遮蔽手段と前記検出手段とが離間して配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項９】
前記遮蔽手段の前記検出手段への投影拡大率をＭとすると、前記遮蔽素子が配置される周期は前記第１の検出画素の大きさの２／Ｍ倍であることを特徴とする請求項８に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１０】
Ｘ線を空間的に分割する分割素子と、
前記分割素子により分割されたＸ線の一部分を遮蔽する遮蔽素子を複数有する遮蔽手段と、
前記遮蔽手段を通過したＸ線の強度を検出する第１の検出画素と第２の検出画素を含む画素群を複数有する検出手段と、
前記前記第１の検出画素と前記第２の検出画素で検出したＸ線の強度から、前記被検知物の位相変化に関する像を演算する演算手段とを備えたＸ線撮像装置であって、
前記第１の検出画素で検出されるＸ線は前記遮蔽素子により該Ｘ線の一部が遮蔽されており、該第１の検出画素と隣り合う前記第２の検出画素で検出されるＸ線は前記遮蔽素子により該Ｘ線が遮蔽されないように構成され、
前記演算手段は、
前記第２の検出画素で検出したＸ線の強度から、被検知物に対するＸ線の透過率を演算することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項１１】
Ｘ線撮像装置に用いる撮像方法であって、
空間的に分割されたＸ線の一部分を複数の遮蔽素子を有する遮蔽手段により遮蔽する工程と、
第１の検出画素と第２の検出画素を含む画素群を複数有する検出手段により、前記遮蔽手段を通過したＸ線の強度を検出する工程と、
前記第２の検出画素により検出したＸ線の強度から、被検知物のＸ線の透過率を算出する工程と、
前記第１の検出画素と前記第２の検出画素で検出したＸ線の強度から、前記被検知物の微分位相像または位相像を演算する工程と、を有し、
前記第１の検出画素により、前記遮蔽素子によって一部が遮蔽されたＸ線を検出し、該第１の検出画素と隣り合う第２の検出画素により、前記遮蔽素子によって一部が遮蔽されなかったＸ線を検出することを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を用いた撮像装置および撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線を用いた非破壊検査法は工業利用から医療利用まで幅広い分野で用いられている。例えば、Ｘ線は波長が約１ｐｍ〜１０ｎｍ（１０−１２〜１０−８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線を硬Ｘ線、波長の長いＸ線を軟Ｘ線という。
【０００３】
被検知物にＸ線を透過させた時の透過率の違いを用いた吸収コントラスト法では、この方法によって得られる吸収像におけるＸ線の透過能の高さを利用し、鉄鋼材料などの内部亀裂検査や手荷物検査などのセキュリティ分野の用途として実用化されている。
【０００４】
一方、Ｘ線の吸収によるコントラストがつきにくい密度差の小さい物質で構成されている被検知物に対しては、被検知物によるＸ線の位相変化を検出するＸ線位相イメージングが有効である。
【０００５】
Ｘ線位相イメージングの一つとして、特許文献１には、検出器の画素のエッジ部分にＸ線を遮蔽するマスクを設置した撮像装置が開示されている。被検知物がない状態において、遮蔽マスクの一部にＸ線が照射するようにセッティングを行えば、被検知物による屈折効果により生じたＸ線の位置変化を強度変化として検知することができる。
【０００６】
図７に特許文献１における検出器部分の拡大図を示す。図７（Ａ）は検出器をＸ線の入射方向から見た図であり、図７（Ｂ）はＸ線の入射方向に対して垂直方向から見た図である。
【０００７】
検出器の検出画素７１０のエッジ部分（隣の画素との境界部）にＸ線を遮蔽するための遮蔽素子７２０が設置されている。入射Ｘ線７３０は遮蔽素子７２０の一部にかかるように各画素に入射される。このような配置で被検知物に対してＸ線を入射すると、屈折効果により検出画素７１０上での各入射Ｘ線７３０の位置が変化する。この位置変化により遮蔽素子７２０で遮蔽されるＸ線の量が変化するため、検出されるＸ線の強度が変化する。そのため、Ｘ線の強度変化を検出することにより、屈折効果を測定することができる。
【０００８】
この装置では、被検知物がない状態において、遮蔽素子の一部にＸ線が照射するようにセッティングを行う。その後、被検知物を配置すれば、被検知物によりＸ線が屈折し、Ｘ線の位置が変化する。この結果、上記のようにＸ線の位置変化量に応じて遮蔽素子が遮蔽するＸ線の強度も変化するため、被検知物の屈折効果を強度変化として検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００８／０２９１０７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１は、被検知物がＸ線に対して十分に吸収するものに対しては、吸収の効果と被検知物による位相変化の情報が混在し、両者を分離して得ることができないという課題がある。すなわち、Ｘ線の強度変化を検出した場合に、それが被検知物の吸収によって生じたＸ線の強度変化なのか、遮蔽素子に照射されるＸ線の位置が変化することによって生じたＸ線の強度変化なのかが判別できない。この結果、位相変化に関する像の撮像精度が悪くなる。
【００１１】
そこで、本発明は、被検知物によるＸ線の吸収効果を考慮した位相変化に関する像、例えば微分位相像または位相像等を得ることのできるＸ線撮像装置および撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明に係るＸ線撮像装置は、Ｘ線を空間的に分割する分割素子と、前記分割素子により分割されたＸ線の一部分を遮蔽する遮蔽素子を複数有する遮蔽手段と、前記遮蔽手段を通過したＸ線の強度を検出する第１の検出画素と第２の検出画素を含む画素群を複数有する検出手段とを備えたＸ線撮像装置であって、前記第１の検出画素で検出されるＸ線は前記遮蔽素子により該Ｘ線の一部が遮蔽されており、該第１の検出画素と隣り合う前記第２の検出画素で検出されるＸ線は前記遮蔽素子により該Ｘ線が遮蔽されないように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被検知物によるＸ線の吸収効果を考慮した位相変化に関する像、例えば微分位相像または位相像等を得ることのできるＸ線撮像装置および撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１、２、３、４で説明するＸ線撮像装置の構成例
【図２】実施形態１で説明する遮蔽手段の構成例
【図３】実施形態１で説明する演算手段における処理フロー図
【図４】実施形態２で説明する遮蔽手段の構成例
【図５】実施形態３で説明する遮蔽手段の構成例
【図６】実施形態３で説明する遮蔽手段の構成例
【図７】特許文献１におけるＸ線撮像装置の構成を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態１）
図１を用いて、本実施形態のＸ線撮像装置および撮像方法について説明する。
Ｘ線発生手段としてのＸ線源１０１から発生されたＸ線は分割素子１０３により例えば線状に分割される。
【００１７】
分割素子１０３は、例えばラインアンドスペースを有したスリットアレイである。分割素子１０３は、スリットの周期方向に対して垂直な方向に分割されている２次元スリットやピンホールアレイであっても構わない。また、スリットの形状はＬ字型や環状型であってもよく、そしてこれらの組合せであってもよい。さらに、分割素子１０３に形成されているスリットは各々が同一形状でも異なる形状であってもよい。なお、スリットやピンホールなどのＸ線が透過する部分を本願明細書では透過部ということもある。
【００１８】
分割素子１０３に設けられたスリット等はＸ線を透過する形態であれば、分割素子の基板を貫通しなくともよい。分割素子１０３を構成する材料としては、Ｘ線の吸収率が高いＰｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｗなどから選択される。あるいは、これらの材料を含む化合物であってもよい。
【００１９】
分割素子１０３により空間的に分割されたＸ線は、被検知物１０４によって位相が変化して屈折する。また、Ｘ線は被検知物１０４によって吸収される。屈折したＸ線は遮蔽手段１０５に入射する。遮蔽手段１０５には複数の遮蔽素子が配列されている。
【００２０】
検出手段１０６により遮蔽手段１０５を通過したＸ線の強度が検出される。検出手段１０６により得たＸ線に関する情報は演算手段１０７により数的処理がなされ、モニタ等の表示手段１０８に出力される。
【００２１】
被検知物１０４としては、人体、人体以外としては無機材料、無機有機複合材料等が挙げられる。
なお、分割素子１０３と、被検知物１０４と、遮蔽手段１０５と、検出手段１０６を移動させるステッピングモータなどの移動手段１０９、１１０、１１１、１１２を別途設けてもよい。例えば、移動手段１１０を設ければ、被検知物１０４を適宜移動することができるため、被検知物１０４の特定個所についての像を得ることができる。
【００２２】
検出手段１０６は、間接型、直接型を問わず種々のＸ線検出器を用いることができる。例えば、Ｘ線ＣＣＤカメラ、間接変換型フラットパネル検出器、直接変換型フラットパネル検出器などから選択される。
【００２３】
検出手段１０６は遮蔽手段１０５と近接していてもよいし、一定の間隔を隔てて配置してもよい。また、遮蔽手段１０５を検出手段１０６の中に組み込んでもよい。
【００２４】
なお、単色Ｘ線を用いる場合には、Ｘ線源１０１と分割素子１０３の間に単色化手段１０２を配置してもよい。単色化手段１０２としては、スリットと組み合わせたモノクロメータやＸ線多層膜ミラーなどを用いることができる。
【００２５】
また、被検知物１０４からの散乱Ｘ線による像の不明瞭化を軽減するために、被検知物１０４と遮蔽手段１０５の間にレントゲン撮影に用いられるグリッドを配置してもよい。
【００２６】
次に、図２を用いて、本実施形態における遮蔽手段を更に説明する。
図２（Ａ）において、遮蔽手段１０５は幅Ｗの遮蔽素子２２０、２２１が周期Ｌで検出手段１０６の上に配列されている。検出手段１０６は、第１の検出画素としての検出画素２１０と、第２の検出画素としての画素２１１を備えた画素群を複数有している。遮蔽素子２２０、２２１は、Ｘ線の吸収率が高いＰｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｗなどから選択される。なお、遮蔽素子２２０、２２１は照射されたＸ線を完全に吸収しなくてもよく、一部を透過するものであってもよい。
【００２７】
遮蔽素子２２０、２２１の配置の周期Ｌは検出画素２１０、２１１の大きさをＰとした場合、その関係はＬ＝２Ｐである。遮蔽素子２２０は検出画素２１０とその左隣の画素の境界部（エッジ部分）に配置されている。また、遮蔽素子２２１は検出画素２１１とその右隣の画素とのエッジ部分に配置されている。
【００２８】
なお、図２（Ａ）に示しているのは、遮蔽手段１０５と検出手段１０６が一体化されている例である。遮蔽手段１０５が検出手段１０６に対して離れている場合、遮蔽手段１０５の検出手段１０６への投影拡大率をＭとすると、遮蔽素子２２０、２２１の周期Ｌは２Ｐ／Ｍとなり、遮蔽素子の投影された影は検出画素のエッジ部分になるように配置される。
【００２９】
Ｘ線２３０はその一部が遮蔽素子２２０に照射され、Ｘ線２３１は遮蔽素子２２１に照射されないように構成されている。
【００３０】
図２（Ｂ）は、分割素子の構成例を示したものである。分割素子２４０は、透過部としてのスリット２５０と２５１を有する。スリット２５０を透過したＸ線はＸ線２３０となり、スリット２５１を透過したＸ線はＸ線２３１となる。スリットの幅やピッチは、Ｘ線の発散角や検出画素上でのＸ線幅等を考慮して適宜設定される。
【００３１】
このように、分割素子、遮蔽素子、検出画素を配置することにより、Ｘ線２３１は、被検知物１０４による吸収の影響によって、検出画素２１１の検出強度が変化する。一方、Ｘ線２３０は、被検知物１０４による吸収の影響と屈折による位置変化の影響によって、検出画素２１０の検出強度が変化する。つまり、検出画素２１０と２１１により検出されるＸ線２３０と２３１の強度変化から被検知物１０４のＸ線透過率に対応した像（吸収像）と、位相変化によるＸ線の移動量に対応した像（位相像）を得ることができる。
【００３２】
Ｘ線２３１の検出強度について、被検知物１０４のあるときの強度Ｉとないときの強度Ｉ０の関係は式（１）によって表すことができる。
【００３３】
【数１】
0005610885.tif 000002
（１）
【００３４】
ここで、Ｔは透過率である。つまり、被検知物１０４のあるときと、ないときの強度データから透過率を求めることができる。
【００３５】
一方、Ｘ線２３０の検出強度は極微量なＸ方向の位置変化ΔＸに対して線形に変化する場合は以下の式（２）によって表すことができる。
ΔＸ＝ａＩ０＋ｂ    （２）
【００３６】
ここで、ａ、ｂは係数である。つまり、被検知物１０４が無い状態で分割素子１０３を移動させながら強度Ｉ０を測定することにより、その測定データを式（２）を用いてフィッティングすることにより係数ａ、ｂを得ることができる。被検知物１０４の各点における移動量ΔＸを求めるには式（２）に式（１）を代入することによって、得ることができる。
【００３７】
なお、この場合、遮蔽素子に照射されたＸ線２３０と、遮蔽素子に照射されないＸ線２３１という２つのＸ線の情報を用いてデータを取得するため、Ｘ方向の空間分解能が１／２になる。
【００３８】
そこで、上記測定に加えて、分割素子１０３、遮蔽手段１０５、検出手段１０６または被検知物１０４をＸ方向に、移動手段１０９、１１１、１１２または１１０で移動させて同様に測定する。これにより、空間分解能を改善することも可能である。
【００３９】
演算手段１０７における演算処理のフローを図３に示す。
まず、各Ｘ線の強度データを取得する（Ｓ１１０）。
次に、遮蔽素子に照射されないＸ線の検出強度からＸ線透過率（Ｔ）を算出する。また、Ｘ線透過率（Ｔ）と遮蔽素子に一部分照射したＸ線の検出強度（Ｉ）を用いてＸ線の位置変化量（ΔＸ）を式（２）を用いて求める。（Ｓ１２０）
次に、以下の式（３）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθ）を算出する（Ｓ１３０）。
【００４０】
【数２】
0005610885.tif 000003
（３）
【００４１】
ここで、Ｚは被検知物１０４と遮蔽手段１０５との距離である。
【００４２】
次に、以下の式（４）を用いてＸ線の微分位相（∂φ／∂Ｘ）を算出する（Ｓ１４０）。
【００４３】
【数３】
0005610885.tif 000004
（４）
【００４４】
ここで、λはＸ線の波長であり連続Ｘ線を用いる場合は実効波長を意味する。
【００４５】
次に、得られた各微分位相（∂φ／∂Ｘ）をＸ方向に積分することによって位相（φ）を算出する（Ｓ１５０）。
【００４６】
演算手段１０７はこの様に算出された透過率像（Ｔの分布）、位置変化像（ΔＸの分布）、微分位相像（∂φ／ｄＸの分布）、位相像（φの分布）を表示手段１０８に出力する（Ｓ１６０）。
【００４７】
表示手段１０８は透過率像や位相像等を並べて表示してもよいし、また個別に表示してもよい。
【００４８】
以上の実施形態によれば、Ｘ線の被検知物による吸収の効果と位相変化の効果を分離することができる。このため、被検知物によるＸ線の吸収効果を考慮した微分位相像や位相像を得ることのできるＸ線撮像装置および撮像方法を提供することができる。
【００４９】
なお、実施形態１では、遮蔽素子が画素間に配置されている例を説明したが、遮蔽素子は必ずしも画素間のエッジ部分に配置されていなくてもよい。
【００５０】
また、第１の検出画素と第２の検出画素を複数の画素で構成してもよい。
【００５１】
（実施形態２）
図４（Ａ）において、検出画素４１０、４１１と遮蔽素子４２０、４２１の配置関係は実施形態１と同様である。実施形態１と異なるのは、検出画素４１０、４１１に対する入射Ｘ線４３０の配置関係である。すなわち、本実施形態では、遮蔽素子４２０と遮蔽素子４２１との間に一本のＸ線４３０を入射する。
【００５２】
図４（Ｂ）は、分割素子の構成例を示したものである。分割素子４４０は、透過部としてのスリット４５０を有する。スリット４５０を透過したＸ線はＸ線４３０のように照射される。Ｘ線４３０はＸ方向に対してその一部分が遮蔽素子４２０で遮蔽されると共に、検出画素４１０、４１１の両者に入射する。
【００５３】
このように、分割素子、遮蔽素子、検出画素を配置することにより、Ｘ線４３０は、被検知物１０４による吸収により、検出画素４１０、４１１の強度が変化する。また、被検知物１０４による屈折することによる位置変化によって、検出画素４１０、４１１の強度が変化する。
【００５４】
吸収による強度変化は、検出画素４１０、４１１において、共に同じ変化を示す。一方、位置変化に対する強度変化は、検出画素４１０、４１１においてそれぞれ異なる。例えば、位置変化に対する強度変化が線形で起こる場合、検出画素４１０、４１１における強度変化に対する位置変化は式（５）、（６）で示すことができる。
【００５５】
【数４】
0005610885.tif 000005
（５）
【００５６】
【数５】
0005610885.tif 000006
（６）
【００５７】
Ｉ４１０、Ｉ４１１は検出画素４１０、４１１での検出強度、Ｔは被検知物１０４のＸ線透過率である。つまり被検知物１０４が無い状態で分割素子１０３を移動させながら強度Ｉ４１０、Ｉ４１１を測定し、その測定データを式（５）、（６）を用いてフィッティングすることにより、係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを得ることができる。被検知物１０４について測定した場合、式（５）、（６）の連立方程式を解くことによりＸ線透過率Ｔと移動量ΔＸを得ることができる。
【００５８】
演算処理のフローは実施形態１で説明した図３と同様である。
以上の実施形態によれば、Ｘ線の被検知物による吸収の効果と位相変化の効果を分離することができる。このため、被検知物によるＸ線の吸収効果を考慮した微分位相像や位相像を得ることのできるＸ線撮像装置および撮像方法を提供することができる。
【００５９】
（実施形態３）
本実施形態では２次元配置の例について説明する。
図５（Ａ）はＸ線の入射方向から見た図である。検出画素５１０、５１１のエッジ部分に遮蔽素子５２０が配置されている。遮蔽素子５２０の周期は検出画素の一辺の長さＰである。
【００６０】
図５（Ｂ）は分割素子の構成例を示したものである。分割素子５４０は、ピンホール５５０、５５１を有する。ピンホール５５０を透過したＸ線はＸ線５３０のように照射され、ピンホール５５１を透過したＸ線はＸ線５３１のように照射される。
【００６１】
Ｘ線５３０は遮蔽素子５２０により一部分が遮蔽されるように照射位置が設定される。Ｘ線の入射位置が変化することにより、検出画素５１０で検出されるＸ線の強度が変化する。なお、この場合、Ｘ方向だけでなくＹ方向に移動した場合も強度が変化する。
【００６２】
一方、Ｘ線５３１は、遮蔽素子５２０により遮蔽されないように、検出画素５１１の中央部が照射位置となるように構成されている。そのため、被検知物１０４による吸収効果によってのみ、検出画素５１１における検出強度が変化する。このことから検出画素５１１では被検知物１０４の透過率Ｔを得ることができる。この透過率Ｔの値を用いることにより、検出画素５１１で検出した強度から、より正確なＸ線の位置変化量を得ることができる。なお、上記で中央部とは完全に中央である必要はなく、透過率Ｔを算出できるように構成されていればよい。
【００６３】
図５（Ａ）のように遮蔽素子により遮蔽されていない複数の検出画素が第１の方向（例：Ｙ方向）と、第１の方向に直交する第２の方向（例：Ｘ方向）に配列されている場合、分割素子は図５（Ｂ）のように構成する。すなわち、分割素子の透過部としてのピンホールは、第１の方向に直線的に配されており、第２の方向にジグザグに配されるように構成する。
【００６４】
図６（Ａ）は、図５（Ａ）に示した例の変形例である。被検知物１０４のＸ線透過率Ｔを求めるために用いるＸ線５３１の入射位置が変化しても遮蔽素子６２０でＸ線５３１の一部が遮蔽されないようにするために、遮蔽素子６２０のサイズを小さくし、検出画素５１１のスペースを広く確保している。
【００６５】
また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）よりもさらに遮蔽素子のサイズを小さくしたものであり、遮蔽素子６３０は検出画素５１１に配置されないように構成されている。このように、両画素のエッジ部分に遮蔽素子を設けないように構成することも可能である。
【００６６】
上記のようにして、検出画素５１１により得られた検出強度から、透過率像（Ｔの分布）を算出することができる。また、検出画素５１０により得られた検出強度を検出画素５１１から得られた検出強度を用いて演算することにより、位相変化に対するＸ線の強度変化に関する画像を算出することができる。また、これらの像を表示手段１０８に表示することもできる。
【００６７】
以上の実施形態によれば、Ｘ線の被検知物による吸収の効果と位相変化の効果を分離することができる。このため、被検知物によるＸ線の吸収効果を考慮した位相変化に関する像、例えば微分位相像や位相像を得ることのできるＸ線撮像装置および撮像方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０１  Ｘ線源
１０２  単色化手段
１０３  分割素子
１０４  被検知物
１０５  遮蔽手段
１０６  検出手段
１０７  演算手段
１０８  表示手段
【図１】
0005610885.tif 000007
【図２】
0005610885.tif 000008
【図３】
0005610885.tif 000009
【図４】
0005610885.tif 000010
【図５】
0005610885.tif 000011
【図６】
0005610885.tif 000012
【図７】
0005610885.tif 000013