(57)【要約】  多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを用いて対象物の画像を検知するシステムと方法を開示する。一つの観点によれば、この方法は対象物の画像を検知する段階を含んでもよい。この方法は、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階を含んでもよい。更に、この方法は該第一のＸ線ビームを直接遮るように、モノクロメーター単結晶を、予め決めた位置に置き、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成する段階を含んでもよい。更に、この方法は、この対象物をこの第二のＸ線ビームが透過して、この対象物から透過したＸ線ビームが放射されるように、この第二のＸ線ビームの経路上に対象物を置くことができる。この透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向けることができる。更に、このアナライザー結晶から回折したビームにより、対象物の画像を検知することができる。  【選択図】    なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の画像を検知する方法であって、
（１）多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（２）該第一のＸ線ビームを直接遮るように、モノクロメーター単結晶を、予め決めた位置に置き、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（３）該第二のＸ線ビームの経路上に対象物を置き、該対象物を該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（４）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（５）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項２】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の回転する陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の固定された陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成することである請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記モノクロメーター結晶を置くことが、該モノクロメーター結晶の表面を、前記第一のＸ線ビームの該モノクロメーター結晶の表面への入射経路に対して、約１度〜４０度の間の一定角度で位置させることである請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記モノクロメーター結晶の配向と格子面が、前記アナライザー結晶のものと一致する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記モノクロメーター結晶が、対称結晶である請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記モノクロメーター結晶が、シリコン結晶である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記シリコン結晶が、[３３３]反射を有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アナライザー結晶が、ブラッグ型アナライザーである請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記対象物が、軟組織である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記軟組織が胸組織である請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第二のＸ線ビームが、前記対象物に、約０．５ｍｒａｄ以下の照射線量をそそぐ請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記対象物の画像を検知することが、検知器で回折したビームを受けることである請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記検知器が、前記対象物のデジタル化された画像を形成するように構成された請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記検知器が、Ｘ線写真フィルムである請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記検知器が、画像プレートである請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記対象物の画像を検知することが、前記アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク又はその近傍で、該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知することである請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
更に、前記検知された画像から、前記対象物の、回折強調型イメージ、吸収画像、屈折画像、散乱画像及び質量密度のうちの少なくとも一つを得る請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ロッキングカーブのピーク又はその近傍が、該ロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にある請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記対象物の画像を検知することが、
（ｉ）第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第一の回折ビームにより、該対象物の第一角度の画像を検知する段階、
（ii）第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第二の回折ビームにより、該対象物の第二角度の画像を検知する段階、
（iii）該第一角度と該第二角度の画像を結合して一つの屈折画像を得る段階、及び
（iv）該屈折画像から質量密度画像を得る段階
から成る請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
第一角度の画像を検知することが、前記アナライザー結晶の低ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第一角度の該対象物の画像を検知することであり、第二角度の画像を検知することが、前記アナライザー結晶の高ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第二角度の該対象物の画像を検知することである請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第二のＸ線ビームが該対象物を透過する前に、該第二のＸ線ビームの一部をブロックして、該Ｘ線ビームの予め決めた固有線がブロックされた請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記第二のＸ線ビームをブロックすることが、前記モノクロメーター結晶と前記対象物との間に、コリメーターを配置して、該Ｘ線ビームの予め決めた固有線がブロックされることである請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記予め決めた固有発光線が、固有発光線Ｋα１である請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記第一のＸ線ビームをモノクロメーター結晶で遮る前に、該モノクロメーター結晶の角度受容窓の外の第一のＸ線ビームの一部をブロックすることから成る請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記第一のＸ線ビームをブロックすることが、該第一のＸ線ビームの経路上にコリメーターを配置することである請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記モノクロメーター結晶が第一のモノクロメーター結晶であり、更に、前記第二のＸ線ビームを遮るように、第二のモノクロメーター結晶を置き、該第二のＸ線ビームをアナライザー結晶に向ける請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記第二のモノクロメーター結晶を置くことが、該第二のモノクロメーター結晶を、前記第二のＸ線ビームが前記第一のＸ線ビームの経路に平行に向くように置く請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶がミスマッチである請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、前記第一のＸ線ビームの予め決めた部分を阻止することにより選択された請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウムモノクロメーター結晶及びシリコンモノクロメーター結晶のうちの一つである請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウム[３３３]モノクロメーター結晶及びシリコン[３３３]モノクロメーター結晶のうちの一つである請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
更に前記第二のＸ線ビームから前記対象物への照射線量を調整する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４０】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（１）多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線源、
（２）対象物を透過するために、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームが生成されるように、該第一のＸ線ビームを直接遮るように予め決めた位置に置かれたモノクロメーター単結晶、
（３）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（４）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項４１】
前記Ｘ線源がＸ線管である請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記Ｘ線管が回転する陽極を含む請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記Ｘ線管が固定された陽極を含む請求項４１に記載のシステム。
【請求項４４】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項４１に記載のシステム。
【請求項４５】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項４１に記載のシステム。
【請求項４６】
前記Ｘ線源が、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項４０に記載のシステム。
【請求項４７】
前記Ｘ線源が、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記Ｘ線源が、Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成するように構成された請求項４０に記載のシステム。
【請求項４９】
前記モノクロメーター結晶の表面が、前記第一のＸ線ビームの該モノクロメーター結晶の表面への入射経路に対して、約１度〜４０度の間の一定角度で位置する請求項４０に記載のシステム。
【請求項５０】
前記モノクロメーター結晶の配向と格子面が、前記アナライザー結晶のものと一致する請求項４０に記載のシステム。
【請求項５１】
前記モノクロメーター結晶が、対称結晶である請求項４０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記モノクロメーター結晶が、シリコン結晶である請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記シリコン結晶が、[３３３]反射を有する請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
前記アナライザー結晶が、ブラッグ型アナライザーである請求項４０に記載のシステム。
【請求項５５】
前記対象物が、軟組織である請求項４０に記載のシステム。
【請求項５６】
前記軟組織が胸組織である請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記第二のＸ線ビームが、前記対象物に、約０．５ｍｒａｄ以下の照射線量をそそぐ請求項４０に記載のシステム。
【請求項５８】
前記検知器が、回折したビームを受けるように構成された請求項４０に記載のシステム。
【請求項５９】
前記検知器が、前記対象物のデジタル化された画像を形成するように構成された請求項４０に記載のシステム。
【請求項６０】
前記検知器が、Ｘ線写真フィルムである請求項４０に記載のシステム。
【請求項６１】
前記検知器が、画像プレートである請求項４０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記検知器が、前記アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク又はその近傍で、該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された請求項４０に記載のシステム。
【請求項６３】
更に、検知された画像から、前記対象物の、回折強調型イメージ、吸収画像、屈折画像、散乱画像及び質量密度のうちの少なくとも一つを得るように構成されたコンピュターを有する請求項６２に記載のシステム。
【請求項６４】
前記ロッキングカーブのピーク又はその近傍が、該ロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にある請求項６２に記載のシステム。
【請求項６５】
前記検知器が、第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第一の回折ビームにより、前記対象物の第一角度の画像を検知するように構成され、第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第二の回折ビームにより、該対象物の第二角度の画像を検知するように構成され、前記システムが、該第一角度と該第二角度の画像を結合して一つの屈折画像を得るように構成され、かつ該屈折画像から質量密度画像を得るように構成されたコンピューターを備えた請求項４０に記載のシステム。
【請求項６６】
前記検知器が、前記アナライザー結晶の低ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第一角度の該対象物の画像を検知するように構成され、前記アナライザー結晶の高ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第二角度の該対象物の画像を検知するように構成された請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
前記第二のＸ線ビームが前記対象物を透過する前に、該第二のＸ線ビームの一部をブロックして、該Ｘ線ビームの予め決めた固有線がブロックされるように置かれたコリメーターを有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項６８】
前記予め決めた固有発光線が、固有発光線Ｋα１である請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
前記第一のＸ線ビームがモノクロメーター結晶によって遮られる前に、該モノクロメーター結晶の角度受容窓の外の第一のＸ線ビームの一部をブロックするように置かれたコリメーターを有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項７０】
前記モノクロメーター結晶が第一のモノクロメーター結晶であり、前記システムが、前記第二のＸ線ビームを遮り、該第二のＸ線ビームをアナライザー結晶に向けるように置かれた第二のモノクロメーター結晶を有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項７１】
前記第二のモノクロメーター結晶が、前記第二のＸ線ビームが前記第一のＸ線ビームの経路に平行に向くように置かれた請求項７０に記載のシステム。
【請求項７２】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶がミスマッチである請求項７０に記載のシステム。
【請求項７３】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、前記第一のＸ線ビームの予め決めた部分を阻止することにより選択された請求項７０に記載のシステム。
【請求項７４】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウムモノクロメーター結晶及びシリコンモノクロメーター結晶のうちの一つである請求項７０に記載のシステム。
【請求項７５】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウム[３３３]モノクロメーター結晶及びシリコン[３３３]モノクロメーター結晶のうちの一つである請求項７０に記載のシステム。
【請求項７６】
対象物の画像を検知する方法であって、
（１）多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（２）該第一のＸ線ビームの一部を、該第一のＸ線ビームが平行にされた扇形ビームとなるように、ブロックする段階、
（３）該平行にされた扇形ビームを遮るように、モノクロメーター結晶を、予め決めた位置に置き、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（４）該第二のＸ線ビームの経路上に対象物を置き、該対象物を該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（５）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（６）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項７７】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の回転する陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の固定された陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項７７に記載の方法。
【請求項８０】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項７７に記載の方法。
【請求項８１】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項７７に記載の方法。
【請求項８２】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項７６に記載の方法。
【請求項８３】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成することである請求項７６に記載の方法。
【請求項８５】
前記第一のＸ線ビームの一部をブロックすることが、前記平行にされた扇形ビームが、第一の方向に約１０度の広がりを持ち、第二の方向に約１度の広がりを持つように該第一のＸ線ビームの一部をブロックすることである請求項７６に記載の方法。
【請求項８６】
前記第一のＸ線ビームの一部をブロックすることが、前記モノクロメーター結晶と前記対象物との間に、コリメーターを配置することである請求項７６に記載の方法。
【請求項８７】
前記コリメーターが、前記平行にされた扇形ビームが通過するスリットを規定する請求項８７に記載の方法。
【請求項８８】
前記第一のＸ線ビームが、前記コリメーターのスリットにより、前記平行にされた扇形ビームとして規定される請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記モノクロメーター結晶を置くことが、該モノクロメーター結晶の表面を、前記第一のＸ線ビームの該モノクロメーター結晶の表面への入射経路に対して、約１度〜４０度の間の一定角度で位置させることである請求項８６に記載の方法。
【請求項９０】
前記モノクロメーター結晶の配向と格子面が、前記アナライザー結晶のものと一致する請求項８６に記載の方法。
【請求項９１】
前記モノクロメーター結晶が、対称結晶である請求項８６に記載の方法。
【請求項９２】
前記モノクロメーター結晶が、シリコン結晶である請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記シリコン結晶が、[３３３]反射を有する請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記アナライザー結晶が、ブラッグ型アナライザーである請求項７６に記載の方法。
【請求項９５】
前記対象物が、軟組織である請求項７６に記載の方法。
【請求項９６】
前記軟組織が胸組織である請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記第二のＸ線ビームが、前記対象物に、約０．５ｍｒａｄ以下の照射線量をそそぐ請求項７６に記載の方法。
【請求項９８】
前記対象物の画像を検知することが、検知器で回折したビームを受けることである請求項７６に記載の方法。
【請求項９９】
前記対象物の画像を検知することが、前記アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク又はその近傍で、該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知することである請求項７６に記載の方法。
【請求項１００】
更に、前記検知された画像から、前記対象物の、回折強調型イメージ、吸収画像、屈折画像、散乱画像及び質量密度のうちの少なくとも一つを得る請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記ロッキングカーブのピーク又はその近傍が、該ロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にある請求項９９に記載の方法。
【請求項１０２】
前記対象物の画像を検知することが、
（ｉ）第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第一の回折ビームにより、該対象物の第一角度の画像を検知する段階、
（ii）第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第二の回折ビームにより、該対象物の第二角度の画像を検知する段階、
（iii）該第一角度と該第二角度の画像を結合して一つの屈折画像を得る段階、及び
（iv）該屈折画像から質量密度画像を得る段階
から成る請求項７６に記載の方法。
【請求項１０３】
第一角度の画像を検知することが、前記アナライザー結晶の低ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第一角度の該対象物の画像を検知することであり、第二角度の画像を検知することが、前記アナライザー結晶の高ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第二角度の該対象物の画像を検知することである請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（１）多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線源、
（２）該第一のＸ線ビームが平行にされた扇形ビームとなるように、該第一のＸ線ビームの一部を直接遮るように置かれたコリメーター、
（３）対象物を透過するために、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームが生成されるように、該平行にされた扇形ビームを遮るように予め決めた位置に置かれたモノクロメーター結晶、
（４）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（５）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項１０５】
前記Ｘ線源がＸ線管である請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１０６】
前記Ｘ線管が回転する陽極を含む請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０７】
前記Ｘ線管が固定された陽極を含む請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０８】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０９】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１１０】
前記Ｘ線源が、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１１】
前記Ｘ線源が、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１１０に記載のシステム。
【請求項１１２】
前記Ｘ線源が、Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成するように構成された請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１３】
前記平行にされた扇形ビームが、第一の方向に約１０度の広がりを持ち、第二の方向に約１度の広がりを持つように、前記コリメーターが前記第一のＸ線ビームの一部をブロックするように置かれた請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１４】
前記コリメーターを、前記モノクロメーター結晶と前記対象物との間に配置する請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１５】
前記コリメーターが、前記平行にされた扇形ビームが通過するスリットを規定する請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１１６】
前記第一のＸ線ビームが、前記コリメーターのスリットにより、前記平行にされた扇形ビームとして規定される請求項１１５に記載のシステム。
【請求項１１７】
前記モノクロメーター結晶が、前記第一のＸ線ビームの該モノクロメーター結晶の表面への入射経路に対して、約１度〜４０度の間の一定角度で位置する表面を含む請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１８】
前記モノクロメーター結晶の配向と格子面が、前記アナライザー結晶のものと一致する請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１９】
前記モノクロメーター結晶が、対称結晶である請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２０】
前記モノクロメーター結晶が、シリコン結晶である請求項１１９に記載のシステム。
【請求項１２１】
前記シリコン結晶が、[３３３]反射を有する請求項１２０に記載のシステム。
【請求項１２２】
前記アナライザー結晶が、ブラッグ型アナライザーである請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２３】
前記対象物が、軟組織である請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２４】
前記軟組織が胸組織である請求項１２３に記載のシステム。
【請求項１２５】
前記第二のＸ線ビームが、前記対象物に、約０．５ｍｒａｄ以下の照射線量をそそぐ請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２６】
前記検知器が、回折したビームを受けるように構成された請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２７】
前記検知器が、前記アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク又はその近傍で、該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２８】
更に、検知された画像から、前記対象物の、回折強調型イメージ、吸収画像、屈折画像、散乱画像及び質量密度のうちの少なくとも一つを得るように構成されたコンピュターを有する請求項１２７に記載のシステム。
【請求項１２９】
前記ロッキングカーブのピーク又はその近傍が、該ロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にある請求項１２７に記載のシステム。
【請求項１３０】
前記検知器が、第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第一の回折ビームにより、前記対象物の第一角度の画像を検知するように構成され、第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第二の回折ビームにより、該対象物の第二角度の画像を検知するように構成され、前記システムが、該第一角度と該第二角度の画像を結合して一つの屈折画像を得るように構成され、かつ該屈折画像から質量密度画像を得るように構成されたコンピューターを備えた請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１３１】
前記検知器が、前記アナライザー結晶の低ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第一角度の該対象物の画像を検知するように構成され、前記アナライザー結晶の高ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第二角度の該対象物の画像を検知するように構成された請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３２】
対象物の画像を検知する方法であって、
（１）Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成することにより、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（２）該第一のＸ線ビームを遮るように、モノクロメーター結晶を、予め決めた位置に置き、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（３）該第二のＸ線ビームの経路上に対象物を置き、該対象物を該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（４）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（５）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項１３３】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の回転する陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３５】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の固定された陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３７】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３８】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１３８に記載の方法。
【請求項１４０】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（１）異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成することにより、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線点源、
（２）対象物を透過するために、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームが生成されるように、該第一のＸ線ビームを遮るように予め決めた位置に置かれたモノクロメーター結晶、
（３）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（４）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項１４１】
前記Ｘ線管が回転する陽極を含む請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４２】
前記Ｘ線管が固定された陽極を含む請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４３】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４４】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４５】
前記Ｘ線源が、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４６】
前記Ｘ線源が、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１４５に記載のシステム。
【請求項１４７】
対象物の画像を検知する方法であって、
（１）第一と第二の固有輝線を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（２）該第一のＸ線ビームを遮るように、モノクロメーター結晶を、予め決めた位置に置き、該第一と第二の固有輝線を持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（３）該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちの一つを選択的にブロックし、該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちのブロックされていないものを通過させる段階、
（４）該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちのブロックされていないものの経路上に対象物を置き、該対象物を該第二のＸ線ビームのブロックされていない固有線が透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（５）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（６）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項１４８】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項１４７に記載の方法。
【請求項１４９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の回転する陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１４８に記載の方法。
【請求項１５０】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の固定された陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１４８に記載の方法。
【請求項１５１】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１４８に記載の方法。
【請求項１５２】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１４８に記載の方法。
【請求項１５３】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１４７に記載の方法。
【請求項１５４】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１５３に記載の方法。
【請求項１５５】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（１）第一と第二の固有輝線を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線源、
（２）該第一と第二の固有輝線を持つ第二のＸ線ビームが生成されるように、該第一のＸ線ビームを遮るように予め決めた位置に置かれたモノクロメーター結晶、
（３）該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちの一つを選択的にブロックするように調製可能なスリットを有し、該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちのブロックされていないものを対象物を透過させるコリメーター、
（４）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（５）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項１５６】
前記Ｘ線源がＸ線管である請求項１５５に記載のシステム。
【請求項１５７】
前記Ｘ線管が回転する陽極を含む請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１５８】
前記Ｘ線管が固定された陽極を含む請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１５９】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６０】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６１】
前記Ｘ線源が、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１４８に記載のシステム。
【請求項１６２】
前記Ｘ線源が、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１６１に記載のシステム。
【請求項１６３】
対象物の画像を検知する方法であって、
（１）第一と第二の固有輝線を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（２）該第一のＸ線ビームを遮るように、モノクロメーター結晶を、予め決めた位置に置き、該第一と第二の固有輝線を持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（３）該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線の経路上に対象物を置いて、該対象物を該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線が透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（４）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（５）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項１６４】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項１６３に記載の方法。
【請求項１６５】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の回転する陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１６４に記載の方法。
【請求項１６６】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の固定された陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１６４に記載の方法。
【請求項１６７】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１６４に記載の方法。
【請求項１６８】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１６４に記載の方法。
【請求項１６９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１６３に記載の方法。
【請求項１７０】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１６３に記載の方法。
【請求項１７１】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（１）第一と第二の固有輝線を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線源、
（２）該第一と第二の固有輝線を持つ第二のＸ線ビームが生成させて対象物を透過させるように、該第一のＸ線ビームを遮るように予め決めた位置に置かれたモノクロメーター結晶、
（３）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（４）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項１７２】
前記Ｘ線源がＸ線管である請求項１７１に記載のシステム。
【請求項１７３】
前記Ｘ線管が回転する陽極を含む請求項１７２に記載のシステム。
【請求項１７４】
前記Ｘ線管が固定された陽極を含む請求項１７２に記載のシステム。
【請求項１７５】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１７２に記載のシステム。
【請求項１７６】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１７２に記載のシステム。
【請求項１７７】
前記Ｘ線源が、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１７１に記載のシステム。
【請求項１７８】
前記Ｘ線源が、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１７７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年１月２４日に出願された暫定米国出願番号６０／７６１，７９６、２００６年１月２４日に出願された暫定米国出願番号６０／７６１，７９７及び２００６年７月６日に出願された暫定米国出願番号６０／８１９，０１９の優先権を主張する。
この発明は、Ｘ線画像化（イメージング）に関し、より詳細には、多色性分布を持つＸ線ビームを用いて対象物の画像を検知するシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線画像化は、対象物を画像化するために広い分野で用いられている。例えば、Ｘ線画像化は、医療分野の非破壊試験やコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）に広く用いられている。他の様々なタイプの技術も医療画像化に用いられている。以下、現在利用可能な医療画像化技術のいくつかを説明する。
【０００３】
Ｘ線吸収を用いたＸ線ラジオグラフィー
従来のＸ線ラジオグラフィーは、対象物の投影されたＸ線吸収や減衰を測定する。対象物の減衰差は、埋め込まれた特徴のコントラストとなって、画像として表示することができる。例えば、癌性組織は周辺の非癌性組織よりも高密度であることを利用して、従来のラジオグラフィーで癌性組織は検知される。最も良い吸収コントラストは、吸収の高いＸ線エネルギーにおいて得られる。従来のＸ線ラジオグラフィーは、より大きい吸収を達成するために、典型的には、低いＸ線エネルギーで高い照射線量を用いて行われる。高エネルギーのＸ線を使うと、一般的に、患者の安全への懸念から、低い照射線量を使うことが求められる。一般的に、Ｘ線エネルギーが高くなって照射線量が低くなると、従来のラジオグラフィーの画質は悪くなる。
現在の世代のラジオグラフィー画像化システムのＸ線源は、標準陰極／陽極Ｘ線管に基づくデザインである。Ｘ線管のエネルギースペクトルや一般的出力性能は、陽極の材料と構成によって定まる。適正な陽極材料の選択はその用途により、特に、どのような療法か、どのような構造を画像化するのかによる。
【０００４】
マンモグラフィーの場合、最も一般的な陽極材料はモリブデンであるが、ロジウムも使える。平均エネルギーが約１０ＫｅＶのモリブデンを用いると、軟組織の画像化に適切なスペクトルがとれる。マンモグラフィーシステムにおいて、陽極は通常固定されており、熱さましのため銅ブロックに固定されている。技術上の主な問題は、集光された電子ビームにより陽極に熱が発生することである。熱の除去の主な手段は周囲の銅陽極であるので、それが高い熱伝導性を持っているとはいえ、固定された陽極を持つＸ線管は発熱しがちである。Ｘ線管の開発の進展により、回転式陽極が使用できるようになった。陽極が回転するので、陽極から発した電子ビームがその陽極の同じ場所に当たらない。主な獲得検知方法は、最近のデジタル検知器が現れるまでは、Ｘ線フィルムである。
スクリーニングマンモグラフィー用のＸ線画像化は、初期の乳癌を検知するために用いられてきた。遮蔽制御された女性の乳癌死亡率は、遮蔽制御されていない女性の乳癌死亡率より低い。マンモグラフィーは、胸部の物理的診断や胸部の自己診断で見つかる癌に比べて、小さくて進行していない段階の癌を検知できる。小さくて進行していない段階の乳癌を治療すれば、生存率は高まる。強化された放射線治療法が、小さくて進行していない段階の乳癌の検知に使えることは明らかである。臨床上明らかな乳癌の約１０％は、従来のマンモグラフィー法では画像に可視化することはできない。更に従来のラジオグラフィーを用いて、良性の傷害と悪性の傷害を区別することは困難である。
【０００５】
特に、従来のラジオグラフィーを用いても見えない乳癌は、比較的多量の乳腺組織を有する患者にしばしば見られる。乳腺組織が高密度であることが、潜在的病状の発見を困難にしている。初期の癌を検知するためには、マンモグラフィーの感度を上げて、小さくて初期段階の乳癌を検知できるようにすることが望ましい。乳癌を初期に検知できるようになれば、死亡率を下げることができるかもしれない。
マンモグラフィー技術はこの数十年で劇的に進歩してきた。例えば、今では、Ｘ線ビーム品質が適切で、肺の圧縮が適切で、かつ暴露制御が自動である専用のマンモグラフィー装置まである。しかし、従来のマンモグラフィー技術は、正常組織と異常組織との違いを区別するために、Ｘ線吸収の描写に頼っている。
従来のラジオグラフィーの限界は、傷害や変形性関節症のような退行性の関節疾患の検知や治療の間における、画像化カートリッジに於ても明らかである。より良い画像化技術は、ダメージが不可逆になる前のように、退行性疾患をより早い段階で検知するためにも有効である。
【０００６】
回折強調型イメージング（ＤＥＩ）
ＤＥＩは、従来のＸ線画像化の性能を劇的に拡大させたＸ線画像化技術である。このＤＥＩ技術は、Ｘ線吸収、Ｘ線屈折、及び微小角散乱排除（減衰）からコントラストを生じることのできるＸ腺画像化物理療法である。対照的に、従来のＸ線画像化技術は、単にＸ線の吸収を測るのみである。ＤＥＩの吸収画像とピーク画像は、実質上散乱減衰が無いことを除いて、従来のラジオグラフィーと同じ情報を示す。ＤＥＩは、角度の変化を強度の変化に変換して、角度の小さな変化を強度の大きな変化にするために、Ｘ線回折のブラッグ則ｎλ＝２ｄｓｉｎ（θ）に基づいて、完全結晶回折のブラッグピークを利用する。従って、ＤＥＩは、軟組織の画像化に適しており、マンモグラフィーとして非常に有望です。
ＤＥＩ技術は、従来のＸ線画像化技術に比べて、対象物の可視化に大きな進歩を示しましたが、今まで、使用可能なエネルギー範囲の拡大の可能性や、Ｘ線吸収の必要性を少なくすることや除くことに、取り組んだ人はいない。Ｘ線吸収の必要性を少なくすることや除くことは、医療分野の顕著な関心事である。
【０００７】
シリコンアナライザー結晶をＸ線ビームの経路上に置くと、Ｘ線屈折、及び微小角散乱排除（吸収度）に更に２つの形式の画像コントラストを生じる。ＤＥＩは、完全単結晶シリコンからのＸ線回折により得られる、高度に平行にされたＸ線を利用する。これは、今までは画像を生じるためにはシンクロトロンの高いフラックスとエネルギー範囲を必要とした。これらの平行にされたＸ線は単一エネルギーであり、実質的に単色であり、対象物を画像化するためビームとして用いられる。
非常に小さい吸収コントラストを持つ対象物は、相当な屈折と減衰のコントラストを持ち、可視化を改善し、Ｘ線画像化の用途を拡大するかもしれない。ＤＥＩ技術を生物学や材料科学に応用すれば、コントラストと解像度に大きな進歩をもたらし、このことは医療画像化の主流として用いられる潜在性があることを示す。ＤＥＩが特に効果的かもしれない医薬の分野は、癌検査のための胸部の画像化であり、この分野では診断構造はしばしば吸収コントラストが低くて可視化が困難である。悪性塊からの針状体のような、吸収コントラストが低い構造は、高い屈折と微小角散乱コントラストを有する。ＤＥＩシステムに、Ｘ線に基づく胸部画像化の感度と特異性の両方を高めることができる可能性を付与できることが望まれる。
【０００８】
ＤＥＩを医療と工業の両方に応用するために、多くの研究が、画像コントラストを改善したことを示してきた。医療分野における、従来のＸ線画像化システムに対するＤＥＩシステムの利点には、患者の照射線量の劇的な減少と画像の質の改善がある。照射線量の減少は、ＤＥＩシステムが高Ｘ線エネルギーで機能することができることによる。Ｘ線吸収は、光電子効果、Ｚ２／Ｅ３（Ｚは原子番号、Ｅは光子エネルギーを表す。）、により支配されている。
今まで、ＤＥＩシステムは、初期の放射ビームを生じさせるためにシンクロトロンを用いることを要した。このビームは対象物を画像化するために他のシステム部品により操作される。シンクロトロンは、広範囲のエネルギーに渡って、高度に平行にされ、高いフラックスのＸ線ビームを提供する。シンクロトロンは、円形軌道を荷電粒子、特に電子が動き、光子の放出を引き起こして、放射を生じる。シンクロトロン放射の独特の性質により、広範囲のエネルギーに渡って、高いフラックスのＸ線ビームを生じ、これを広範囲の用途に用いることができる。
ＤＥＩの中心理論は、Ｘ線回折のブラッグ則に基づき、下式で定義される。
【数１】
2009536717.tif 000003
式中、λは入射Ｘ線ビームの波長、θは入射角、ｄは結晶内の電子層間の距離、ｎは数字を表す。
【０００９】
単一エネルギーＸ線写真は、画像コントラストと解像度に影響しうるいくつかの成分を含む：即ち、コヒーレントに散乱する成分ＩＣ、非コヒーレントに散乱する成分Ｉｌ、及び屈折成分。密度に変化のある対象物又は媒体を通過するＸ線は屈折し、角度のずれを生じる。特に、ビームの経路に沿ったρｔ（式中、ρは密度、ｔは厚さを表す。）の変化からＸ線範囲のずれが生じる。入射光子部分もまた、対象物の構造により回折するかもしず、それは一般的にミリラジアンのオーダーであり、小角度散乱と呼ばれる。これらの相互作用の合計は、記録されたＸ線写真の強度ＩＮに影響し、下式で表される。
【数２】
2009536717.tif 000004
システムの空間分解能とコントラストは、コヒーレント散乱と非コヒーレント散乱の両方の寄与により低下する。医療画像化では、散乱の影響を少なくするために、抗散乱グリッドがしばしば用いられるが、その性能は限定的であり、グリッドを用いることはしばしば強度の損失を補うためにより高い放射線量を必要とする。
【００１０】
ＤＥＩ技術は、シリコンアナライザー結晶を目標物の後のＸ線ビームの経路上に置き、コヒーレント散乱と非コヒーレント散乱の両方の効果を実質的に排除する。このシリコンアナライザー結晶の狭い角度受容窓を、そのロッキングカーブと呼び、ＤＥＩに用いられるＸ線エネルギーについてはマイクロラジアンのオーダーである。このアナライザーは正確に高感度な角度フィルターとして機能し、屈折及び減衰コントラストの両方を測定するために用いることができる。減衰コントラストとは、散乱による入射ビームの強度の低下をいい、これはコントラストと解像度の両方を実質的に改善することができる。
ダーウィン幅（ＤＷ）は、反射カーブを表示するために用いられ、ほぼ反射カーブの半値幅（ＦＷＨＭ）に等しい。−１／２ＤＷと＋１／２ＤＷの地点は、そのカーブ上で鋭い傾斜を持つ地点であり、特定の分析反射とビームエネルギーのマイクロラジアンあたりの光子強度の最大変化をもたらす。アナライザー結晶ロッキングカーブのピークにおいては、Ｘ線吸収と減衰におけるコントラストが、散乱のほとんど無いＸ線写真をもたらす。−１／２ＤＷと＋１／２ＤＷの地点において、ロッキングカーブの傾斜が最大のときに、屈折コントラストが最大になる。あるＤＥＩに基づく画像処理技術は、これらの地点を利用して、これらの画像ペアから、屈折や見掛吸収のコントラスト成分を抽出する。
【００１１】
以下、画像ペアから、屈折や見掛吸収のコントラスト成分を抽出するための技術を記載する。アナライザー結晶を、与えられた反射及びビームエネルギーの＋／−１／２ＤＷを示す角度にセットした場合、ロッキングカーブの傾斜は、下式の二項テーラー級数近似法でほぼ表される。
【数３】
2009536717.tif 000005
アナライザー結晶を、そのロッキングカーブ（−１／２ＤＷ）の低角度側にセットした場合、その結果られる画像強度は、下式で表される。
【数４】
2009536717.tif 000006
高角度位置（＋１／２ＤＷ）にセットしたアナライザー結晶で得られた記録された画像の強度は、下式で表される。
【数５】
2009536717.tif 000007
【００１２】
これらの式を解いて、下式の吸収に起因する強度の変化（ＩＲ）及びＺ方向に観測される屈折角度（ΔθＺ）を得ることができる。
【数６】
2009536717.tif 000008
これらの等式を、ピクセル単位で高又は低角度画像に適用して、２つのコントラスト成分をＤＥＩ見掛吸収及び屈折画像と知られているものに分離することができる。しかし、ＤＥＩ見掛吸収及び屈折画像を生成するために、それぞれの単一地点のロッキングカーブ画像を用いることが有効である。
【００１３】
上記のように、現在のＤＥＩシステムは、Ｘ線ビームを生成させるためにシンクロトロンを用いる。シンクロトロンに基づくＤＥＩシステムは、過去印象的な結果を生んできた。しかし、シンクロトロンは大きくて高価な装置であり、医療や工業の用途には現実的ではない。コントラストが劇的に改善し、照射線量を減らせるのであれば、ＤＥＩシステムの広範囲の臨床用途への応用を増やすことができる。
臨床のＤＥＩ画像機器の開発は、以下の理由から、女性の健康や医療画像化にとって重要であるかもしれない：（１）ＤＥＩは乳癌の検知やキャラクタリゼーションにとって最も重要な特質に非常に高いコントラストを作り上げることを示してきた。（２）ＤＥＩは、吸収のみを用いた場合より、高いＸ線エネルギーにおける画像化が可能である。（３）ＤＥＩは吸収すべき光子を必要とせずにコントラストを生成することができるので、イオン化操作を減らせるし、その結果、吸収される照射線量を減らすことができる。
【００１４】
更に、スクリーンフィルムマンモグラフィーは過去４０年間熱心に研究されてきた。そして、乳癌による死亡率を約１８−３０％減らすことができたことが知られている。この画像化検査が広まったおかげで、過去数年間の乳癌による死亡率は減り始めた。しかし、標準スクリーンフィルムマンモグラフィーは、完全に高感度でもないし完全に特異的でもない。乳腺組織が高密度であり、胸部に腫瘍が分散していることから、スクリーンフィルムマンモグラフィーの感度は低い傾向がある。高密度の乳腺組織を持つ女性にとって、進行する傷害は、光子の吸収が周囲の脂肪組織よりも顕著に大きくないため、可視化のためのコントラストが小さいので、検知することが困難である。自己診断又は物理的検査によって検知される乳癌の約１０−２０％は、スクリーンフィルムマンモグラフィーでは見ることができない。更に、傷害をマンモグラフィーやバイオプシーで検知できたとしても、その５−４０％しか悪性ではない。更に、乳癌の約３０％は以前のマンモグラフィーの後ろ向き検査で見つかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
現在のＤＥＩとＤＥＩ画像化処理技術は、従来の画像化理論に基づいており、画像を生成するために少なくともその一部はＸ線吸収に頼っている。従って、これらの技術を使って画像化された対象物は、照射を吸収している。このような照射に曝されることは、照射線量が問題であるような医療画像化のような分野では望ましくない。この理由により、技術的な限界があり、それが臨床や工業的応用に挑戦の対象となる。従って、高品質の画像を作り出し、吸収が少なくて、Ｘ線写真と同等の品質と特徴が可視できる画像を生成するＤＥＩ及びＤＥＩ技術を提供することが望まれている。
そのため、ＤＥＩ及びＤＥＩシステムを改善する観点から、対象物の画像を検知するために、改善されたＤＥＩ及びＤＥＩシステム並びに関連方法の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
ここに記載する主題は、多色性エネルギー分布を持つＸ線ビームを利用して対象物の画像を検知するためのシステムと方法である。一つの態様として、ここに記載する主題は、対象物の画像を検知する方法を含むことができる。この方法は、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階を含むことができる。更にこの方法は、該第一のＸ線ビームを直接遮るように、モノクロメーター単結晶を、予め決めた位置に置き、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成する段階を含むことができる。更に、この対象物を、第二のＸ線ビームの経路上に置くことができ、該対象物を該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される。この透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向けてもよい。更に、対象物の画像は、このアナライザー結晶から回折したビームにより検知することができる。
【００１７】
別の観点から見ると、ここに記載する本主題の方法は、多色性エネルギー分布を持つＸ線ビームを生成することを含む。更に、第一のＸ線ビームの一部は、この第一のＸ線ビームが平行にされた扇形ビームとなるようにブロックされることができる。第二のＸ線ビームが予め決めたエネルギーレベルを持つように、この平行にされた扇形ビームを遮るように、モノクロメーター結晶を予め決めた位置に置くことができる。この方法は、対象物を第二のＸ線ビームが透過して、対象物から透過したＸ線ビームが放射されるために、対象物を第二のＸ線ビームの経路上に置く段階を含むことができる。更に、この方法は、この透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階を含むことができる。この方法は、また、このアナライザー結晶から回折したビームにより、この対象物の画像を検知する段階を含むことができる。
【００１８】
別の観点から見ると、ここに記載する本主題の方法は、Ｘ線点源から異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成することにより、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階を含むことができる。この方法はまた、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームが生成するように、この第一のＸ線ビームを遮るようにモノクロメーター結晶を予め決めた位置に置く段階を含むことができる。更に、この方法はまた、第二のＸ線ビームが対象物を透過して、対象物から透過したＸ線ビームが放射されるように、第二のＸ線ビームの経路上に対象物を置く段階を含むことができる。この透過したＸ線ビームをアナライザー結晶上の入射角に向けることができる。更に、この方法は、このアナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階を含むことができる。
【００１９】
別の観点から見ると、ここに記載する本主題の方法は、第一と第二の固有輝線を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階を含むことができる。この方法はまた、第一のＸ線ビームを遮るように、モノクロメーター結晶を、予め決めた位置に置き、第一と第二の固有輝線を持つ第二のＸ線ビームを生成する段階を含むことができる。更にこの方法は、第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちの一つを選択的にブロックし、第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちのブロックされていないものを通過させる段階を含むことができる。対象物を、第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちのブロックされていないものの経路上に置くことができ、この対象物を該第二のＸ線ビームのブロックされていない固有線が透過して、対象物から透過したＸ線ビームが放射される。この方法は、この透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階を含むことができる。更にこの方法は、このアナライザー結晶から回折したビームにより、この対象物の画像を検知する段階を含むことができる。
【００２０】
別の観点から見ると、ここに記載する本主題の方法は、第一と第二の固有輝線を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階を含むことができる。モノクロメーター結晶を、第一のＸ線ビームを遮るように、予め決めた位置に置くことができ、第一と第二の固有輝線を持つ第二のＸ線ビームを生成する。更にこの方法は、第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線の経路上に対象物を置いて、この対象物を第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線が透過して、この対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階を含むことができる。この透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向けることができる。この方法は、このアナライザー結晶から回折したビームにより、対象物の画像を検知する段階を含むことができる。
この開示に従えば、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを用いて、対象物の画像を検知するためのシステムと方法が提供される。
従って、この開示の目的は、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを用いて、対象物の画像を検知するための新規なシステムと方法を提供することである。この開示が明らかになるに従って、ここに記載する発明により、この目的及びその他の目的の少なくとも全部又はその一部が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
ここに記載した主題は、多色性エネルギー分布を持つＸ線ビームを利用して対象物の画像を検知するためのシステムと方法を含む。特に、ここに記載の主題は、対象物の画像を検知するための改良されたＤＥＩ及びＤＥＩシステム並びに関連方法を開示する。一つの側面によれば、ここに記載の主題は、対象物の画像を検知するための方法を含む。この方法は多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階を含むことができる。さらに、この方法は、第一のＸ線ビームを直接遮るように、モノクロメーター単結晶を、予め決めた位置に置き、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成する段階を含むことができる。さらに、この対象物を、第二のＸ線ビームの経路上に置くことができ、対象物を該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される。透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向けることができる。さらにアナライザー結晶から回折したビームにより、対象物の画像を検知することができる。これらのシステムと方法は、例えば、医療用途において極めて低い照射線量、早い走査速度、高い解像度及び比較的低い操作と建造コストを提供することができるので、有利である。さらに、これらのシステムは、例えば、コンパクトなユニットに組み込むことができるし、治療用途や工業用途に利用可能である。
【００２２】
ここに記載した主題に従ったＤＥＩを用いる画像化方法技術は、対象物の見掛吸収及び屈折画像を生成するために、ロッキングカーブの対称点で得られる画像を利用することができる。ＤＥＩ見掛吸収画像は従来のＸ線写真画像と同様であるが、散乱排除のため、より大きいコントラストを示す。ＤＥＩ屈折画像により、大規模な屈折率の特徴によって引き起こされるビームの小さな屈折の大きさを描くことができる。ＤＥＩ減衰画像は、第一次のコントラスト機構が、対象物によって散乱されるマイクロラジアンのオーダーの光子によるものである、ロッキングカーブ上の各点において生じる。画像化方法技術に基づく他のＤＥＩは、多重画像Ｘ線写真（ＭＩＲ）と呼ばれ、これは対象物のＸ線吸収、Ｘ線屈折、及び微小角散乱排除で表わされる定量的画像を生じるために、ロッキングカーブ上の多重点を利用する。本発明のシステムと方法は、アナライザーロッキングカーブ上のいかなる点における画像を生成することができ、そのため、（１）いかなるアナライザー位置における単一の画像、（２）ＤＥＩ見掛吸収及び屈折画像、（３）ＭＩＲ吸収、屈折、及び散乱画像、及び（４）質量密度画像を生成することができる。これらの方法及びその他のＤＥＩに基づく方法技術に要求される未処理画像データを生成することができることは、すべてのＤＥＩに基づく方法技術にとって有用である。さらに、ここに記載のシステムと方法は、コンピュータ断層撮影法での利用に適用可能あり、いかなるＤＥＩに基づくコンピュータ断層撮影法アルゴリズムにおいて利用するための未処理データを提供することができる。
【００２３】
光子と物体との相互作用
本章はＸ線生成、フォトニクス及び光子と物体との相互作用の概略を提供する。本章は、さらにＸ線吸収、屈折及び散乱のメカニズム並びにＤＥＩ及びこれらがどのようにＤＥＩに関係するかについて説明する。さらに、エネルギー堆積、照射線量の測定、及び放射暴露による健康への影響についても説明する。
Ｘ線写真における物理的相互作用のうち最も重要なものは、光電子効果である。この理論をＸ線画像化に適用することにより、従来のＸ線写真でどのようにコントラストが得られるかを説明することが容易になる。乳房組織のような対象物を通過するＸ線は、電子に衝突して、そのエネルギーを軌道への結合エネルギーを上回るレベルまで上げることができる。これが起きると、その電子は核への引力を上回るに十分なエネルギーを持つに至り、入射光子のエネルギーから電子の結合エネルギーを差し引いたエネルギーに等しい全エネルギーをもって原子から離れる。生物組織においては、入射Ｘ線は直接又は非直接にフリーラジカルを生成し、これはＤＮＡやこのほかの細胞構造体と相互作用して、突然変異やそのほかの有害な結果を引き起こす。この相互作用の有益な効果として、Ｘ線光子のエネルギーが電子に転移することがあり、これはＸ線光子が画像化システムのフィルムや感知器と遭遇しないことを意味する。対象物を透過したＸ線の量が減少することは、Ｘ線減衰と呼ばれ、従来の画像化におけるこのプロセスの第一の成分は光電子効果による吸収によるものである。
【００２４】
単位質量あたりの光電子吸収の確率は、Ｚ３／Ｅ３に比例する（式中、Ｚは原子番号、Ｅは入射光子のエネルギーを表す。）。医療用画像化の場合、この等式はしばしばビームエネルギーの効果を表し、光電子吸収の確率は、１／Ｅ３に比例する。従来のＸ線写真のコントラストは吸収に基づくので、エネルギーレベルが高くなると、吸収コントラストは急速に低下する。この傾向の例外は、原子のＫ−吸収端で起こり、これは各要素に特有の固有エネルギーである。光電子相互作用の確率は、入射光子エネルギーがＫ−吸収エネルギー又はＫ−端の直下である場合に、特徴的に増加する。
原子番号が高く、ビームエネルギーが低いほど、光電子吸収は増大するので、乳房組織の画像化は挑戦しがいのあるものである。軟組織の第一要素のほとんどは、水素、炭素、窒素及び酸素から成り、これらすべては、原子番号が比較的小さく、１ｋｅＶ以下の吸収端をもつ。乳房組織の軟組織の第一要素の原子番号が比較的小さいことと、吸収端が低いことの両方は、特に病気の初期において、良性と悪性の特徴の問題の決定的な差をつくる。
【００２５】
従来のＸ線生成に内在する物理的相互作用は、制動放射(bremsstrahlung)のものであり、これは破壊放射(break radiation)のドイツ語である。画像化システムで用いられる非相対的速度における電子は電位により加速され、下式の力学的エネルギーを持つ。
【化７】
2009536717.tif 000009
Ｘ線管の陽極のような金属に放射された電子は、高密度の原子核を通過すると屈折し、急速に減速する。電子は、通過する電子がどのくらい核に近いかによって定まるエネルギー損失を差し引いた、０から全ＫＥまでの範囲のエネルギーを放出することができる。大エネルギー放出を生じる屈折よりも、小エネルギー放出を生じる屈折が、高い確率で起こる。高いポテンシャルエネルギーで加速され、速度が顕著に減速することになる核との強い相互作用を持つ電子は、エネルギースペクトルのＸ線バンドにある光子を放出する。診断用Ｘ線管から生じるＸ線の主な源は、制動放射によるものである。
【００２６】
原子と相互作用する加速された電子は、主として対象物の原子の性質に基づいて、固有Ｘ線として知られている他のタイプのＸ線を生成することができる。加速された電子が原子軌道にある電子と衝突すると、そのエネルギーの一部は移転されて、衝突した電子をより高いエネルギーレベルに上げる。そして、移転されたエネルギーがその電子の結合エネルギーと同じ又はそれより大きい場合には、衝突した電子は放出される。いくつかの電子のうちの一つでも放出されるような相互作用が起きると、高いエネルギーレベルにある電子が落ちて、そのギャップを埋める。これらの電子は高いエネルギーレベルから低いエネルギーレベルに落ちるので、エネルギーレベルの変化はエネルギーの放出を伴う。第２のエネルギーレベルから第１のエネルギーレベル（ｎ＝２からｎ＝１）に転移した電子については、ＫαＸ線と呼ばれる。第３のエネルギーレベルから第１のエネルギーレベル（ｎ＝３からｎ＝１）に転移した電子については、ＫβＸ線と呼ばれる。この電子の衝突に基づいて多くの転移が起こるが、固有Ｘ線を生じる相互作用は、比較的低いエネルギーレベル間の転移により生じる。
Ｘ線ターゲットのエネルギー出力スペクトルは、用いる金属の性質に依存する。特定の画像化用途に必要とされる平均エネルギーを決めることは、ターゲットを選択する場合に重要なことである。単色のＸ線を利用する用途において、ターゲットによって生成される固有Ｘ線は特に重要である。
【００２７】
Ｘ線吸収に関して、Ｘ線光子が物体に衝突すると、相互作用により、Ｘ線の一部は吸収され、他の一部は透過して、入射Ｘ線は減衰する。Ｘ線の減衰は、電子密度と対象物の平均原子番号に基づく光子強度の損失である。光子が物体を通過するに従って、Ｘ線の散乱も起こり、強度の低下をもたらすが、この成分は従来のＸ線写真では測定することが困難であった。光子が、厚さがＸの物体を通過する際に吸収される光子量の測定は、入射ビーム中の光子数に比べて（Ｉｏ）、どのくらい多くの光子が透過したか（Ｉｔ）によって決定される。光子が物体を通過するにつれて光子が減衰する程度は、ｃｍ−１の単位で減衰係数（μ）として測定可能な物質の性質である。線状の減衰係数の違いにより、Ｘ線画像コントラストが可能になり、高い減衰と低い減衰の領域の間で、最も高大きいコントラストが生じる。
線状の吸収係数は、透過する物質の密度に比例し、この表値はμ／ρで表される。この値は質量吸収係数と呼ばれ、物質の物理的状態(固体、液体又は気体)と無関係である。
【００２８】
光がある媒体から他の媒体へ通過する際の屈折は、最初ウイルブロード・スネルによって発見された。このプロセスを規定する法則はスネルの法則として知られている。この関係は数学的に下式で規定される：
【数８】
2009536717.tif 000010
式中、入射媒体を媒体１、屈折媒体を媒体２とする。
電磁波がある媒体から他の媒体へ通過する経路は、屈折率の違いによるずれはあるが、可視光が媒体を通過する現象に似ている。可視光の古典的例によれば、光がある屈折率の媒体からより高い屈折率の媒体へ移動すると、その光は屈折する。この例は、可視光の屈折を説明するために一般的に用いられるが、この法則はＸ線にも適用できる。しかし、Ｘ線の場合、複素屈折率の実数部分は１より小さく、下式で表わされる：
【数９】
2009536717.tif 000011
【００２９】
高エネルギーＸ線と平均原子番号の低い材料を用いる場合、δの近似値は下式で表わされる：
【数１０】
2009536717.tif 000012
式中、Ｎはサンプル材料の単位体積当たりの電子数、ｒｅは古典的電子半径、λはＸ線の波長を表す。これらの数式を用いて、異なる屈折率を持つ２つの領域の間の線状界面について、入射光子は、ほぼ下式に従って、角度Δθで屈折する：
【数１１】
2009536717.tif 000013
【００３０】
光子は対象物に衝突すると、３つの事象を経る：すなわち、光子は、相互作用せずに通過する、光子は光電子効果により吸収される、又は散乱する。最も一般的な定義によれば、散乱は、他の対象物との相互作用に副次的な、ある光子の進路の角度のずれである。光子の特徴、光子が通過する媒体、及び光子が遭遇する対象物の性質は、相互作用の結果に大きく影響する。
エネルギーの損失や転移を伴わずに起こる相互作用は弾性であり、入射光子のエネルギー損失を伴わずに起こるＸ線相互作用は弾性散乱又はコヒーレント散乱と呼ばれる。コヒーレント散乱事象において、主なＸ線光子のエネルギーは、最初に完全に吸収され、次に単一原子の電子により再放射される。この相互作用においては、正味のエネルギー損失は無いが、光子の再放射の方向は完全に任意である。医療用画像化の場合、コヒーレント散乱相互作用は、非コヒーレント散乱として知られるエネルギー損失を伴う光電子的相互作用や散乱よりも顕著に小さい。
【００３１】
診断画像化で用いられるエネルギー範囲において、優勢でしばしば問題となるこの散乱相互作用は、非コヒーレント散乱である。この効果はコンプトン散乱として知られている。コンプトン散乱相互作用は、Ｘ線光子と原子の外部エネルギーの電子との間の衝突として説明される。この外部電子を結合するエネルギーは極小であり、光子と電子の相互作用で失われるエネルギーのすべては、電子に運動エネルギーとして転移する。このエネルギー転移により、光子のエネルギーは減少して波長が長くなり、衝突した電子がその原子から放出される。衝突に際しエネルギーと運動量は保存されるので、散乱する光子のエネルギーと角度のずれは、電子へ移転したエネルギー量に依存する。波長の変化を記載するコンプトン散乱式は下式で表わされる：
【数１２】
2009536717.tif 000014
式中、λは入射光子の波長、λ'は散乱光子の波長を表す。
【００３２】
高エネルギーＸ線光子は典型的には少量のエネルギーしか転移しないので、散乱角は、光子の最初の軌道に対して小さい。これと反対に、低エネルギーＸ線光子の散乱は、より等方性である。従来のＸ線写真技術の問題は、診療画像化に用いる低エネルギーＸ線は等方に散乱するにもかかわらず、前向きの光子だけが検知されることである。画像を生成するために用いられる望ましい光子と比べると、これらの散乱する光子は同じエネルギーと方向を持つ。エネルギーと方向が同じであることは、抗散乱グリッドやエネルギーフィルターでこれらを除去することを困難にする。そのため、コンプトン散乱は、生成する画像をぼやけさせ、解像度とコントラストを低下させる。いままでＸ線写真技術においてコンプトン散乱の効果を小さくするためにいくつかの独創的な方法が用いられてきたが、この効果を完全に排除することに成功したＸ線画像化技術はない。
電離放射線を用いる画像化システムの開発と利用は、対象物又は患者の内部構造を可視化するために用いられる電磁放射に基づいて可能となる。電離放射線は、原子に電子を失なわせてイオンにするために十分なエネルギーを持つ放射線として定義される。Ｘ線画像化は最も一般的に用いられている電離画像化理学療法であるが、この他の解剖用及び機能的画像化理学療法も診療情報を得るために電離放射線を利用している。電離放射線を利用すれば、それに伴って放射線照射を浴びることは避けられないので、照射線量がどの程度であるかを測定することやその健康への影響を理解することは必須である。測定システムを用いて、照射暴露量を定量するために多くの装置や方法が開発されてきている。
【００３３】
照射線量は、患者や対象物に照射された放射の量又は患者や対象物が吸収した放射の量で定義される。レントゲンはＸ線やガンマ線の照射により空気中に生成する電離を測定するために用いられる暴露の単位である。レントゲンの単位で暴露量は、空気の容積要素当たりの光子により遊離したすべての電子が空気中で完全に停止した場合に、空気中に生成した一つの符号のすべてのイオンの電荷の合計を、空気の容積要素当たりの重量により除す（割る）ことにより得られる。１レントゲン（Ｒ）は、空気１ＫｇあたりＸ線やガンマ線により生成する電荷が２．５８×１０−４クーロンとして定義される。レントゲンはまた、標準温度と圧において、乾燥空気１ｃｃ中に１ｅｓｕ（２．０８×１０９イオンペア）の電荷を生成させるＸ線及び／又はガンマ線の照射の量をいう。レントゲンは、Ｘ線とガンマ線の照射の測定に限定して使用され、吸収された照射線量の尺度ではない。医療用画像化機器ではこの単位は一般的に使用されていないが、この他の分野では空気のイオン化の測定に使い続けられている。
生物画像化用途における放射の有用な測定方法として、ラド（ｒａｄ）で表わされる患者や対象物により吸収された放射線量が考慮されている。１ラドは、１グラムの組織が吸収した１００エルグ（１ｅｒｇ＝１０−７Ｊ）のエネルギーに等しい。吸収された放射量の国際的に受け入れられている単位はグレイ（ｇｒａｙ）であり、これは１００ラドに等しい。ラドやグレイは全エネルギーの尺度ではない。これらは、１グラムの組織あたりに吸収された照射線量の尺度である。どれだけの全エネルギーが出力されたかを測定するためには、暴露された組織の全量を知らなければならない。ラドもグレイも吸収された照射線量の尺度を提供するが、組織に残留するエネルギー量の尺度にすぎない。
【００３４】
特定タイプの照射の効果を決めることに加えて、暴露された組織のタイプもまた全体の効果に大きく影響する。あるタイプの組織は、他の組織よりも照射に敏感であり、最も敏感な細胞には、造血幹細胞、腸皮覆組織及び精子形成細胞のような急速に分割する細胞がある。有効照射線量として知られている量は、照射された組織のタイプの等価の照射線量とその加重係数との積を合計したものであり、下式で表わされる：
【数１３】
2009536717.tif 000015
生物システムは、生命に必要な機能を実行するために、分子と構造の超複合システムに依存している。電離放射線は、細胞の働きを乱し、細胞の機能喪失又は細胞死をもたらす。生体内の分子は、化学結合で統合され、よく決められた順序で相互作用し、しばしば酵素や他の生物組織によって補助される。電離により放出されるエネルギーは、化学結合を破壊し、これら分子の形や機能を潜在的に変える。その細胞への影響は、その細胞のどの部分が乱されたかや、与えられた時間内にどれだけ多くの事象が生じたかに依存する。
【００３５】
最も敏感で重要な細胞の成分は、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）であり、これは細胞の複製、転写及びその後の翻訳に関与する。ＤＮＡに電子の放出を引き起こす電離事象が起きた場合には、ＤＮＡ中に電荷が生じる。このようにして起きる相互作用を直接作用と呼び、電離事象はＤＮＡ中又は近接分子から直接起きる。Ｘ線から生じるフリーラジカルの約２／３は、放出された電子が水分子に衝突する際に起きる間接作用と分類される。これは、水分子をイオン化し、数段階を経てフリーラジカルを生成する。一旦フリーラジカルが生成すると、フリーラジカルは他の分子と強力に反応して、安定な電子配置を回復する。フリーラジカルがＤＮＡ分子と相互作用すると、何もしない間違いを作り出し、一時的な機能異常を引き越すか、又は細胞を不安定化し、最終的に細胞死をもたらす。
過剰な照射暴露は、細胞死を引き起こし、２つの基本的形態に顕在化する。イオン化は、細胞死をもたらす細胞がそれ自体を維持できないところまで細胞の機能を乱すことができる。分裂抑制も起きて、その細胞を機能させるが、その細胞は複製しなくなる。細胞レベルへの影響を持つ効果は、臓器、シシテム又は生物レベルで計ることができる。人体への１００グレイの照射線量は、２４〜４８時間内に死をもたらす。人体への２．５〜５グレイの照射線量は、数週間以内に死をもたらす。臓器や他の人体部分への局所照射は、局部の細胞死や機能異常をもたらし、組織のタイプの感受性によって部分的に決まるダメージをもたらす。
細胞死は電離放射線への暴露のひとつの結果に過ぎず、ＤＮＡの変化はＤＮＡ青写真に間違いをもたらすことがある。癌の進行は、体細胞へのＤＮＡダメージの起こりうる帰結である。ＤＮＡの間違いは、細胞制御に欠陥をもたらし、制御されない増殖や癌の進行をもたらす場合がある。胚細胞のＤＮＡに間違いを誘導することは、遺伝的欠陥をもたらし、数世代にわたって発症するかもしれない。
【００３６】
ＤＥＩ、ＤＥＩシステム及び関連方法
本発明の一つの実施態様のＤＥＩシステムは、Ｘ線管から放射される特定のＸ線を反射するためのモノクロメーター単結晶を含む。図１Ａ〜Ｃは、ＤＥＩシステム１００の概略図、上面図及び側面図を示す。このシステムは、モノクロメーター単結晶を含み、本発明の一つの実施態様に従って、対象物Ｏの画像を形成するように機能することができる。更に、図１Ｄと１Ｅは、ＤＥＩシステム１００の概略図を示し、本発明の実施態様に従って、異なるモードで機能する。図１Ａと１Ｂによれば、ＤＥＩシステム１００は、多色性Ｘ線ビームＸＢ又は、Ｘ線管ＸＴの点源から異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成するように機能することができるＸ線管ＸＴを含むことができる。Ｘ線ビームＸＢは、異なる複数のエネルギーを持つ複数の光子を含むことができる。一例として、Ｘ線管ＸＴは、Ｘ線ビームＸＢを放射することができる点源を有するタングステンＸ線管ＸＴである。
図２は、本発明の一つの実施形態の固定Ｘ線管デザインに基づくＸ線管ＸＴの概略図である。図２によれば、Ｘ線管ＸＴは、電子ビームＥＢを生成するように構成された陰極Ｃを含む。陰極Ｃは、タングステン製である。陰極Ｃと陽極Ａとの間に高電圧を加えると、Ｘ線管ＸＴの中の真空室Ｖに高い電位差が形成される。電位差は陽極回路ＡＮＣを介して陽極に加えられる。Ｘ線管ＸＴは、陰極Ｃを加熱するために構成されたフィラメントＦを含むことができる。フィラメントＦは、フィラメント回路ＦＣにより、電源に連結されることができる。
【００３７】
真空室Ｖは、Ｘ線管ハウジングＸＴＨの中に設けられる。陰極Ｃを加熱することにより、陰極Ｃから電子が熱的に放射されてもよい。電子の放出点の周りを、静電的集束カップＥＦＣが囲み、陽極へ向かう電子流を集束することを助ける。更に、陰極Ｃから放射された電子は真空室Ｖにより陽極Ａに集束され、間隔の間の電子の速度は、回路に加えられる電圧によって定まる。
陰極Ｃから放射された電子は、陽極ＡのタングステンターゲットＴに入射する。電子がターゲットＴに衝突すると、Ｘ線ビームＸＢが生成される。Ｘ線ビームＸＢは、Ｘ線窓ＸＷを経て真空室Ｖから出る。Ｘ線ビームＸＢは固有輝線と制動放射を有することができる。
Ｘ線発生器の一例として、SOVOLT TITAN 160 (GE Inspection Technologies of Ahrensburg, Germany)を挙げることができ、この他のＸ線発生器の例として、COMET MXR-160 シリーズのＸ線管、例えば、MXR-160HP/20 Ｘ線管（Comet AG of Flamatt, Switzerland）が挙げられる。この他のＸ線管として、タングステン以外の、例えば、モリブデン、鉄又は銅などの陽極を用いたものを挙げることができる。この他のターゲットとして、バリウム六臭化物ターゲットやサマリウムターゲットを挙げることができる。バリウム六臭化物ターゲットは、約３０ｋｅＶでＸ線を生成することができる。サマリウムのＫα１ラインは約４０ｋｅＶでＸ線を生成する。一例として、Ｘ線管の陽極は回転する陽極であってもよく、そこからＸ線ビームが放射される。他の例として、Ｘ線管の陽極は固定された陽極であってもよく、そこからＸ線ビームが放射される。
【００３８】
図１Ａと１Ｂによれば、モノクロメーター結晶ＭＣの角度受容窓の外のＸ線ビームＸＢの一部をブロックするために、コリメーターＣ１を置くことができる。また、システム１００は、モノクロメーター結晶ＭＣの角度受容窓の外のＸ線ビームＸＢの一部をブロックするために、Ｘ線管ＸＴとモノクロメーター結晶ＭＣとの間に置かれた追加の複数のコリメーターを含むことができる。このコリメーターは、Ｘ線ビームＸＢが通過してモノクロメーター結晶ＭＣに向かうように、スリット又は孔を規定することができる。更に、コリメーターは鉛のような、Ｘ線ビームを遮断するいかなる適当な材料で作られてもよい。Ｘ線管ＸＴとコリメーターＣ１との距離Ｘは約１００ｍｍであってもよい。
モノクロメーター結晶ＭＣは、それに入射するＸ線ビームの一部の予め決められたエネルギーを選択するように構成されてもよい。例えば、モノクロメーター結晶ＭＣは、所望のエネルギーを有していないＸ線ビームＸＢの光子の大部分を反射するように採用された、シリコン[３３３]モノクロメーター結晶である。タングステンＸ線管の場合、シリコンモノクロメーター結晶により反射されるビームエネルギーの範囲がある。この場合、Ｘ線ビームの固有輝線は５９．１３ｋｅＶ（Ｋα１）と５７．９８３ｋｅＶ（Ｋα２）と制動放射であり、モノクロメーター結晶の狭い角度受容窓の範囲内に入る。この制動放射の輝度は、これら２つのＫα輝線のものよりも数オーダー小さい。
【００３９】
Ｘ線ビームＸＢはモノクロメーター結晶ＭＣによりいくつかの方向に散乱される。アナライザー結晶ＡＣの角度受容窓の外のＸ線ビームＸＢの一部をブロックするために、コリメーターＣ１を置くことができる。このコリメーターＣ２は、Ｘ線ビームＸＢの一部が通過してアナライザー結晶ＡＣに向かいアナライザー結晶ＡＣで遮られるように、スリット又は孔を規定することができる。一例において、モノクロメーター結晶ＭＣとアナライザー結晶ＡＣとの距離Ｘは約５００ｍｍであってもよい。
アナライザー結晶ＡＣは、特定方向に進む放射の量を測定するために、回転してもよい。この結晶システムの角度感度機能は、固有のロッキングカーブと呼ばれ、この性質は画像屈折コントラストを生成するために用いられる。Ｘ線光子が、このロッキングカーブのピークへ外れる場合、この強度は増大する。もし対象物の性質が、光子をこのロッキングカーブの下へ偏光させたり、ピーク反射位置から外れるものであれば、それは強度低下を引きこす。
試料又は対象物は、空気中で又は水のような媒体に浸漬して画像化することができる。この媒体を使用することは、空気と画像化すべき対象物の間の屈折率の差を縮小するために用いられ、空気と対象物の界面に顕著な屈折なしに、入射Ｘ線が試料を通過することができる。このことは、多くの対象物にとって必要なことではないが、ＤＥＩを応用する際に対象物の内部コントラストを改善するために利用することができる。
【００４０】
一例として、モノクロメーター結晶ＭＣは一方向へ狭い対称結晶である。対称結晶の格子面（Ｘ線ビームを回折させる原子層）は結晶の表面に平行である。対称結晶は、入射ビームの発散とサイズを保持する。比較すると、非対称結晶は入射ビームの発散とサイズを変更する。モノクロメーター結晶ＭＣが対称結晶である場合、２次元の大きい画像面（例えば、約１００ｍｍ×１００ｍｍの画像面）は、対称結晶を用いた検知器を用いて対象物を走査することにより達成することができる。非対称結晶に対して対称結晶が優れている点の一つは、非対称結晶は画像化ビームを用意するために（例えば、Ｘ線を選択して平行にするために）、大きいモノクロメーター結晶を必要とし、大きい結晶を完全にするには厳しい制限を課すことである。更に、Ｘ線ビームエネルギーが大きくなるにつれて非対称結晶のサイズも増大し、従って約５９．１３ｋｅＶのＸ線については実行不可能になる。比較のため、例えば、本発明に従って、対称モノクロメーター結晶を用いた場合には、長さが約３０ｍｍのあまり大きくないサイズの結晶を用いて、５９．１３ｋｅＶのＸ線を用いることができる。
【００４１】
再度図１Ａと１Ｂを参照して、対象物Ｏを画像化するための走査台ＳＴにより、対象物ＯをＸ線ビームＸＢの軌道上に置いてもよい。矢印Ａが示すようにＸ線ビームＸＢの方向に直角に対象物Ｏを走査することができる。対象物Ｏを走査する間、Ｘ線ビームＸＢは対象物Ｏを透過し、モノクロメーター結晶ＭＣと一致するシリコン[３３３]結晶のような、アナライザー結晶ＡＣで分析することができる。アナライザー結晶ＡＣに入射したＸ線ビームＸＢは回折して、デジタル検知器（又は画像プレート）ＤＤで遮られる。デジタル検知器ＤＤは、この遮られたＸ線ビームＸＢを検知することができ、この遮られたＸ線ビームＸＢを表す電気シグナルを生成する。
ある例においては、線光源捜査システムを用いてもよい。またある例においては、捜査システムが、対象物と検知器が１：１の対応関係にあってもよい。
電気シグナルはコンピューターＣに伝達され、画像の分析を行い作業者に表示することができる。電気シグナルで表わされる画像は、画像のＫα１とＫα２エネルギーの両方の寄与を含むことができる。ある例においては、関心のあるエネルギーは５９．３１９ｋｅＶのＫα１エネルギーである。この例の場合、Ｋα２エネルギーによって作り出される画像の特徴は、画像プロセシングを介して除去することができる。
Ｘ線ビームのＫα２部分によって作り出される特徴が、所望の解像度よりも低い距離にある場合、この２つを一緒に用いて必要とされる全体の画像化時間を短縮することができる。解像度が高い用途の場合、このＫα２エネルギー部分は陰影効果を引き起こし、画像プロセシングを介して除去することができる。コンピューターＣは、吸収画像、屈折効果を示す画像、及び微小角散乱を描く画像を生成するように構成されることができる。これらは以下に詳説する。
【００４２】
図１Ｂにおいて、モノクロメーター結晶ＭＣは、Ｘ線ビームＸＢを扇状ビームとして伝播することができる。望まないＸ線をさえぎるために、コリメーターを用いてこの扇状ビームを平行にすることができる。その結果、明瞭なＤＥＩ画像を得ることができ、患者の照射線量を低くすることができる。２次元のビームに比べて、扇状ビームは、望まないＸ線をさえぎるための制御をしやすい。
図１Ｃに、Ｘ線管ＸＴ（図１Ａと１Ｂに示した）からモノクロメーター結晶ＭＣへのＸ線放射の線源Ｃ、対象物Ｏ、アナライザー結晶ＡＣ及び検知器ＤＤの間の典型的な距離を示す。これらの構成部品を、用途によりそれぞれ適当な距離に置いてよい。この例において、ＤＥＩシステム１００はマンモグラフィー用に構成されている。
図１Ｄと１Ｅを参照すると、上記で述べたように、これらの図は異なる操作モードにおけるＤＥＩシステムを示す。このＸ線ビームの固有放射線Ｋα１（Ｋ１）とＫα２（Ｋ２）はＸ線管ＸＴにより発生する。放射線Ｋα１（Ｋ１）とＫα２（Ｋ２）は同じ点源ＰＳから生じる。上記で述べたように、モノクロメーター結晶ＭＣは、望むエネルギーを持たないＸ線ビームの光子の大部分を阻止する。この場合、放射線Ｋα１（Ｋ１）とＫα２（Ｋ２）と制動放射はモノクロメーター結晶ＭＣを通過し、図に示されているように再度アナライザー結晶ＡＣに向かう。
【００４３】
コリメーターＣ２は放射線Ｋα１（Ｋ１）とＫα２（Ｋ２）の経路上に置かれる。コリメーターＣ２は、放射線がアナライザー結晶ＡＣに向かって選択的に通過することができる調整可能なスリットを規定する。図１Ｄに示す第一の操作モードにおいて、このスリットは、点源ＰＳからの距離が約４００ｍｍ、開口Ｘが０．６ｍｍに調整され、放射線Ｋα１（Ｋ１）がコリメーターＣ２を通過し、Ｋα２（Ｋ２）がブロックされるように置かれる。こうして、コリメーターＣ２は放射線Ｋα１（Ｋ１）と非常に狭い範囲の制動放射以外の全てのＸ線を排除する。このモードにおいて、このＸ線ビームは発散性ではなく、そのため対象物Ｏと検知器ＤＤは同じ走査速度で異なる方向で走査される。このモードは最大可能な面外解像度（ＤＥＩコントラストの方向）をもたらすが、Ｘ線ビームから一部のＸ線を除くことから、曝露時間を長くする必要がある。対象物の仮想の点源をＶＰＳと呼ぶ。
【００４４】
図１Ｄを参照すると、第２の操作モードにおいて、同様なエネルギーの放射線Ｋα１（Ｋ１）とＫα２（Ｋ２）及び制動放射はコリメーターＣ２を通過する。コリメーターＣ２のスリットは、点源ＰＳからの距離が約４００ｍｍ、開口Ｘが２．０ｍｍに調整され、放射線Ｋα１（Ｋ１）とＫα２（Ｋ２）及び制動放射がコリメーターＣ２を通過するように置かれる。このモードにおいては、ビームの発散が考慮される。画像が不鮮明になることを避けるために、対象物Ｏと検知器ＤＤは同じ角速度で走査される。対象物Ｏが置かれる試料台と検知器ＤＤの走査速度は、線源と対象物の間の距離と線源と検知器の間の距離によって定めることができる（これらの距離はビームの経路に沿ってとられる）。このモードにおけるビームの発散性は、面外の解像度が低くなる結果をもたらすが、このモードは、より多くのＸ線が通過するという利点も有するので、曝露時間を短くすることができる。検知器ＤＤの仮想の点源をＤＶＰＳと呼ぶ。円部分Ｃ１とＣ２はそれぞれ対象物Ｏの仮想点源と検知器ＤＤの仮想点源を中心とする。
【００４５】
更に、この第２の操作モードの一つの実施態様において、２つのＫα線と異なるＸ線エネルギーの制動放射を捕まえることができる。従って、この実施態様において、このシステムは、固有放射エネルギーに限定されないＸ線エネルギーに調整可能である。この機能は、モノクロメーター結晶とアナライザー結晶の入射角を変えることにより、達成することができる。一例において、この機能は、ブラッグの法則に従って、入射角を１１．４度にして、銅製フィルターをアルミニウム製フィルターに置き換えることにより達成することができる。この例において、３０ｋｅＶのＸ線エネルギーで画像化を行なうことができる。対象物が比較的薄い場合には、タングステン放射線エネルギーよりも低いＸ線エネルギーを用いることができる。
一例において、望まない結晶の反射や高調波を低減又は除去するために、銅製フィルターを約１９ｋｅＶの制動放射を除去するように構成することができる。このフィルターが無いと、画像が低品質になる可能性がある。
【００４６】
図３は、本発明の一つの実施形態の図１Ａ〜１ＥのＤＥＩシステム１００を示す概略図を示す。図３において、Ｘ線ビームＸＢはＸ線管ＸＴで発生する。コリメーターＣ１とＣ２は、Ｘ線管ＸＴの線源から約５．７度の角度でアナライザー結晶を通過するＸ線ビームの分散部分をブロックする。コリメーターＣ１とＣ２を通過するＸ線ビームの部分は、これらコリメーター中のスリットを通過するＸ線ビーム部分である。
システム１００は、右と左の分析ヨウ化ナトリウム検知器Ｄ１とＤ２と、右と左のモノクロメーターヨウ化ナトリウム検知器Ｄ３とＤ４を備える。検知器Ｄ１〜Ｄ４は、分析用に整列するように構成される。これらの検知器は、モノクロメーター結晶ＭＣとアナライザー結晶ＡＣから放射される回折したＸ線ビームの強度を測定するために用いられる。システムの整列のために、検知器Ｄ１とＤ２は、アナライザー結晶ＡＣの次に置かれる。このアナライザー結晶が所望の角度に調整されていない場合には、検知器Ｄ１とＤ２により測定される強度は調整されていないことを示すので、システムを調整することができる。同様のことは、モノクロメーター結晶ＭＣの次に置かれる検知器にもいえる。更に、検知器Ｄ１〜Ｄ４はリアルタイムにＸ線ビームＸＢを測定し、アナライザー結晶、Ｄ１及びＤ２、ｃｈｉ（Ｘ線ビームの経路に沿った軸について測定された角度）又はモノクロメーター結晶、ｃｈｉ、Ｄ３及びＤ４を調整するために用いることができる。これらの検知器を用いて、モノクロメーター結晶ＭＣとアナライザー結晶ＡＣをセットし、測定し、調整することは、ＤＥＩシステムの画像を成功裏に取得するために重要なことである。
【００４７】
図４は、本発明の一つの実施形態の図１Ａ〜１ＥのＤＥＩシステム１００を使用して対象物Ｏを画像化する典型的な方法のフローチャートを示す。図４のブロック４００において、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームが生成することができる。例えば、Ｘ線管ＸＢにより生成するＸ線ビームＸＢは多色性エネルギー分布を持つ。更に、例えば、Ｘ線管ＸＢを、このようなＸ線ビームを生成させるために、少なくとも５０ｋＷのパワーを持つようにセットすることができる。代替として、例えば、いくつかの医療用途、研究及び開発、更に小動物の画像化などのために、Ｘ線管ＸＢのパワーを５０ｋＷ以下（例えば、約３０ｋＷ）にセットすることができる。比較的小さいパワーを使うことの利点は、経費削減である。この第一のＸ線ビームは、約１０ｋｅＶ〜約６０ｋｅＶの範囲のビームエネルギーを持つことができる。一例として、この第一のＸ線ビームをシンクロトロンにより生成させることができる。
【００４８】
ブロック４０２において、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成するように、第一のＸ線ビームを直接遮るように、モノクロメーター結晶ＭＣを、予め決めた位置に置くことができる。例えば、モノクロメーター結晶ＭＣの表面をＸ線ビームＸＢの経路上に置いて、そのＸ線ビームＸＢを遮ることができる。上記で述べたように、モノクロメーター結晶ＭＣは、所望のエネルギーを有していないＸ線ビームＸＢの光子の大部分を反射するように採用されることができる。そのため、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成することができる。一例として、モノクロメーター結晶ＭＣの表面に入射するＸ線ビームＸＢの経路に対して、モノクロメーター結晶ＭＣの表面を約５度と２０度の間の角度に置くことができる。この例の場合、[３３３]面の反射に、これらの角度を用いることができる。代替として、モノクロメーター結晶ＭＣの表面の位置に他の適当な角度を用いてもよい。他の例では、モノクロメーター結晶ＭＣの表面に入射するＸ線ビームＸＢの経路に対して、モノクロメーター結晶ＭＣの表面を約１度と２０度の間の角度に置くことができる。[３３３]と[１１１]の反射を用いた場合、１０〜７０ｋｅＶのエネルギー範囲について、この角度範囲は約１度と約４０度の間であることができる。
【００４９】
ブロック４０４において、第二のＸ線ビームの経路上に対象物Ｏを置き、該対象物Ｏを該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物Ｏから透過したＸ線ビームが放射される。例えば、対象物Ｏが第二のＸ線ビームの経路上に移動できるように、対象物Ｏを走査台ＳＴの上に置くことができる。
ブロック４０６において、透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶ＡＣ上の入射角に向けることができる。例えば、アナライザー結晶ＡＣを、透過したＸ線ビームの経路上で、入射角でこのＸ線ビームを遮るようにな角度で置くことができる。アナライザー結晶ＡＣで遮られたＸ線ビームの少なくとも一部は回折して検知器ＤＤに向かうことができる。
ブロック４０８において、アナライザー結晶ＡＣから回折したビームにより、対象物Ｏの画像を検知することができる。例えば、検知器ＤＤはアナライザー結晶ＡＣから回折したビームを検知することができる。この回折したビームは、以下の典型的な検知器のいずれかで検知できる：検知した画像をデジタル化するよう構成された検知器；Ｘ線フィルム；及び画像プレート。一例として、アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク及び／又はその近傍で、アナライザー結晶から回折したビームにより、対象物の画像を検知することができる。検知された画像は処理されて、コンピューターＣを介して使用者に表示されることができる。
【００５０】
対象物の画像を検知する他の例において、第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶ＡＣから放射される第一の回折ビームから、第一の角度の対象物Ｏの画像を検知することができる。対象物Ｏの第一の角度の画像を、アナライザー結晶ＡＣの低ロッキングカーブ角度で検知することができる。更に、第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶ＡＣから放射される第二の回折ビームから、第二の角度の対象物Ｏの画像を検知することができる。対象物Ｏの第二の角度の画像を、アナライザー結晶ＡＣの高ロッキングカーブ角度で検知することができる。これら第一と第二の画像をコンピューターＣで結合して一つの回折画像を導き出すことができる。更に、コンピューターＣは、この回折画像から、対象物Ｏの重量密度画像を導き出すことができる。重量密度画像は、コンピューターＣのディスプレーを介して使用者に表示されることができる。
図５は、本発明の一つの実施形態の図１Ａ〜１Ｅ及び３に示されたＤＥＩシステム１０のアナライザー結晶ＡＣの側面図を示す。図５は、固有放射線Ｋα１とＫα２がアナライザー結晶ＡＣの表面で回折する様子を示す。一つ以上のＸ線エネルギーを調節することは改善されたＸ線フラックスをもたらすことができる。
【００５１】
他の実施態様において、本発明のＤＥＩシステムは、Ｘ線管から放射される特定のＸ線を除くように設計されたミスマッチ結晶を含むことができる。この設計において、モノクロメータで固有Ｘ線ビームのＫα２放射線を除くことができる。図６Ａと６Ｂは、本発明の一つの実施形態のミスマッチのモノクロメーター結晶を含み、対象物の画像を作るように機能するＤＥＩシステム６００の概略図、上面図及び側面図である。図６Ａと６Ｂにおいて、ＤＥＩシステム６００はＸ線ビームＸＢを生成するように機能するＸ線管ＸＴを含む。第一のモノクロメーター結晶ＭＣ１の角度受容窓の外のＸ線ビームの一部をブロックするように、コリメーターＣ１を置くことができる。Ｘ線ビームＸＢのブロックされていない部分は、第一のモノクロメーター結晶ＭＣ１で遮られ、第二のモノクロメーター結晶ＭＣ２で遮られる方向に屈折されることができる。非常に狭い範囲の光子エネルギーを選択して、第二のモノクロメーター結晶ＭＣ２の方向に向いた回折した単色ビームをもたらすように、第一のモノクロメーター結晶ＭＣ１を、ブラッグの法則に従って特定の角度に調節することができる。Ｘ線管ＸＴからＸ線ビームＸＢが分散するため、第一のモノクロメーター結晶ＭＣ１は、近いエネルギーの固有放射線Ｋα１とＫα２及び制動放射を含むエネルギー範囲を回折することができる。第二のモノクロメーター結晶ＭＣ２の機能は、このビームを再度入射ビームに平行な方向に向けて、アナライザー結晶ＡＣと整列させることである。システムを特定エネルギーに調節する場合、ビームの位置を見出すために、この第一のモノクロメーター結晶を最初に調節し、次に第二のモノクロメーター結晶を調節する。
【００５２】
第二のモノクロメーター結晶を調節したら、アナライザー結晶ＡＣを走査して、結晶上のビームの位置を見つける。この結晶を見つけたビーム位置に固定することは、ラジオのダイアルを特定放送局に合わせることに似ており、アナライザー結晶の角度位置を第二のモノクロメーター結晶と完全に整列させた場合には、強度がシャープに立ち上がる。一旦アナライザー結晶ＡＣを整列させると、システムは調整されたことになり、使用すること準備ができたことになる。
ミスマッチ結晶を設計する際に、Ｘ線管から放射される特定Ｘ線を除くように第一と第二のモノクロメーター結晶ＭＣ１とＭＣ２を構成することができる。モノクロメーター結晶ＭＣ１とＭＣ２を用いて、異なる結晶のエネルギーに対する角度受容を利用することにより、Ｘ線ビームのＫα２放射線を除くことができる。一例として、モノクロメーター結晶ＭＣ１とＭＣ２を、それぞれゲルマニウム[３３３]とシリコン[３３３]モノクロメーター結晶とすることができる。
【００５３】
図７は、発明の一つの実施形態の図６Ａと６ＢのＤＥＩシステム６００を使用して対象物Ｏを画像化するための典型的な方法のフローチャートを示す。図７のブロック７００において、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームが生成することができる。例えば、Ｘ線管ＸＢにより生成するＸ線ビームＸＢは多色性エネルギー分布を持つ。更に、例えば、Ｘ線管ＸＢを、このようなＸ線ビームを生成させるために、少なくとも５０ｋＷのパワーを持つようにセットすることができる。この第一のＸ線ビームは、約１０ｋｅＶ〜約６０ｋｅＶの範囲のビームエネルギーを持つことができる。一例として、この第一のＸ線ビームをシンクロトロンにより生成させることができる。
ブロック７０２において、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成するように、第一のＸ線ビームを直接遮るように、モノクロメーター結晶ＭＣ１を、予め決めた位置に置くことができる。例えば、モノクロメーター結晶ＭＣ１の表面をＸ線ビームＸＢの経路上に置いて、そのＸ線ビームＸＢを遮ることができる。上記で述べたように、モノクロメーター結晶ＭＣ１は、所望のエネルギーを有していないＸ線ビームＸＢの光子の大部分を反射するように採用されることができる。そのため、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成することができる。一例として、モノクロメーター結晶ＭＣ１の表面に入射するＸ線ビームＸＢの経路に対して、モノクロメーター結晶ＭＣ１の表面を約５度と２０度の間の角度に置くことができる。
【００５４】
ブロック７０４において、第二のＸ線ビームを遮り、この第二のＸ線ビームをアナライザー結晶ＡＣの方向に向けるように、第二のモノクロメーター結晶ＭＣ２を置くことができる。一例として、第二のＸ線ビームが、コリメーターＣ２を通過するＸ線ビームＸＢの一部の経路と平行な経路に沿うような方向に向かうように、第二のモノクロメーター結晶ＭＣ２を置くことができる。他の例では、モノクロメーター結晶ＭＣ１とＭＣ２がミスマッチであることができる。また他の例では、モノクロメーター結晶ＭＣ１とＭＣ２をＸ線ビームＸＢの予め決められた部分を除くように選択されることができる。また他の例では、モノクロメーター結晶ＭＣ１とＭＣ２を、ゲルマニウム[３３３]とシリコン[３３３]モノクロメーター結晶のいずれかとすることができる。
ブロック７０６において、第二のＸ線ビームの経路上に対象物Ｏを置き、該対象物Ｏを該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物Ｏから透過したＸ線ビームが放射される。例えば、対象物Ｏが第二のＸ線ビームの経路上に移動できるように、対象物Ｏを走査台ＳＴの上に置くことができる。
ブロック７０８において、透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶ＡＣ上の入射角に向けることができる。例えば、アナライザー結晶ＡＣを、透過したＸ線ビームの経路上で、入射角でこのＸ線ビームを遮るようにな角度で置くことができる。アナライザー結晶ＡＣで遮られたＸ線ビームの少なくとも一部は回折して検知器ＤＤに向かうことができる。
【００５５】
ブロック７１０において、アナライザー結晶ＡＣから回折したビームにより、対象物Ｏの画像を検知することができる。例えば、検知器ＤＤはアナライザー結晶ＡＣから回折したビームを検知することができる。この回折したビームは、以下の典型的な検知器のいずれかで検知できる：検知した画像をデジタル化するよう構成された検知器；Ｘ線フィルム；及び画像プレート。一例として、アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク及び／又はその近傍で、アナライザー結晶から回折したビームにより、対象物の画像を検知することができる。
この例においては、これらのピークはロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にあることができる。検知された画像は処理されて、コンピューターＣを介して使用者に表示されることができる。
対象物の画像を検知する他の例において、第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶ＡＣから放射される第一の回折ビームから、第一の角度の対象物Ｏの画像を検知することができる。対象物Ｏの第一の角度の画像を、アナライザー結晶ＡＣの低ロッキングカーブ角度で検知することができる。更に、第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶ＡＣから放射される第二の回折ビームから、第二の角度の対象物Ｏの画像を検知することができる。対象物Ｏの第二の角度の画像を、アナライザー結晶ＡＣの高ロッキングカーブ角度で検知することができる。これら第一と第二の画像をコンピューターＣで結合して一つの回折画像を導き出すことができる。更に、コンピューターＣは、この回折画像から、対象物Ｏの重量密度画像を導き出すことができる。重量密度画像は、コンピューターＣのディスプレーを介して使用者に表示されることができる。
【００５６】
図８〜１０は、異なる波長におけるゲルマニウム[３３３]及びシリコン[３３３]結晶のデュモン(DuMond)ダイアグラムのグラフを示す。特に図８は、タングステンのＫα１とＫα２に相当する波長範囲内にあるゲルマニウム[３３３]及びシリコン[３３３]結晶のデュモン(DuMond)ダイアグラムのグラフを示す。図９は、タングステンのＫα１に相当する波長範囲内にあるゲルマニウム[３３３]及びシリコン[３３３]結晶のデュモン(DuMond)ダイアグラムのグラフを示す。タングステンのＫα１（５９．３１９ｋｅＶ）に相当する波長において、ゲルマニウム[３３３]面とシリコン[３３３]面は完全に重なり、第一の遮られた結晶（即ち、ゲルマニウムモノクロメーター結晶）と第二の遮られた結晶（即ち、シリコンモノクロメーター結晶）を通過して回折する際に、Ｋα１エネルギーが除かれなかったことを示す。しかし、より長い波長においては、与えられた角度において、それぞれの結晶に受け入れられる波長が分離される。図１０で、タングステンのＫα２（５７．９８２ｋｅＶ）に相当する波長において、ゲルマニウム[３３３]とシリコン[３３３]を受け入れる波長の重なりは無い。これを図６Ａと６Ｂに示された例で記載されたタングステンの線源に適用すると、ゲルマニウムとシリコンモノクロメーター結晶を平行に置いて、Ｋα１波長におけほとんど損失の無い反射と、Ｋα２波長の完全な除去とが可能になる。
【００５７】
図１１は、本発明の一つの実施形態の図６Ａと６ＢのＤＥＩシステム６００のゲルマニウムモノクロメーター結晶ＭＣ１とシリコンモノクロメーター結晶ＭＣ２の側面図を示す。図１１において、タングステンＸ線管のＫα１波長がほとんど損失の無く反射し、Ｋα２波長が完全に除去されるように、モノクロメーター結晶ＭＣ１とＭＣ２は平行な構成で示されている。
再び図６Ａと６Ｂを参照すると、モノクロメーター結晶ＭＣ１とＭＣ２を通過するＸ線ビームＸＢの一部は、異なる様々な方向へ散乱される。コリメーターＣ２は、アナライザー結晶ＡＣの角度受容窓の外のＸ線ビームＸＢの一部をブロックするために置かれたスリット又は孔を有することができる。
走査台ＳＴにより画像化するために、対象物ＯをＸ線ビームＸＢの経路上に置くことができる。対象物Ｏを走査している間、Ｘ線ビームＸＢは対象物Ｏを通過し、アナライザー結晶ＡＣにより分析されることができる。このアナライザー結晶ＡＣは、モノクロメーター結晶ＭＣ２に適合するシリコン[３３３]結晶であってもよい。アナライザー結晶ＡＣに入射するＸ線ビームＸＢは回折してデジタル検知器ＤＤで遮られることができる。デジタル検知器ＤＤは、遮られたＸ線ビームＸＢを検知して、遮られたＸ線ビームＸＢにより表される電気信号を生じ、これはコンピューターＣに伝えられる。コンピューターＣは表された信号を分析し、オペレーターに対象物Ｏの画像を示す。特に、コンピューターＣは、吸収画像、屈折効果を示す画像、及び微小角散乱を描く画像を生成するように構成されることができる。これらは以下に詳説する。
【００５８】
図１２は、本発明の一つの実施形態のミスマッチのモノクロメーター結晶を含み、対象物Ｏの画像を作るように機能するＤＥＩシステム１２００の概略図を示す。図１２を参照すると、ＤＥＩシステム１２００は矢印Ａで示される方向を向いたＸ線ビームＸＢを生成するように機能するタングステンＸ線管ＸＴを含むことができる。ベリリウム（Ｂｅ）窓ＢＷを、Ｘ線ビームＸＢを遮るために、Ｘ線管ＸＴのビーム出口端ＢＥにおくことができる。Ｂｅ窓ＢＷの機能は、低エネルギーＸ線をフィルターし、Ｘ線管ＸＴの真空室内をシールすることを含む。Ｂｅ窓ＢＷは、ハウジングＨ１に保持され、ビーム出口端ＢＥに接続するように構成される。
アルミニウム（Ａｌ）フィルターＡＦを、Ｂｅ窓ＢＷを通過するＸ線ビームＸＢを遮るために、Ｂｅ窓ＢＷの下流におくことができる。ＡｌフィルターＡＦをハウジングＨ２に保持し、Ｂｅ窓ＢＷに接続するように構成されることができる。ＡｌフィルターＡＦを、望まれない低エネルギーＸ線を減衰させるために用いることができる。
【００５９】
モノクロメータータンクＭＴを、ＡｌフィルターＡＦを通過するＸ線ビームＸＢを遮るために、ＡｌフィルターＡＦの下流におくことができる。モノクロメータータンクＭＴは、ミスマッチ第一及び第二モノクロメーター結晶ＭＣ１及びＭＣ２、並びにＸ線ビームＸＢが通過できるスリットを規定する一組のコリメーターＣ１及びＣ２を含むことができる。モノクロメータータンクＭＴは、Ｘ線ビームＸＢの入口端Ｅ１と出口端Ｅ２を含むことができるコリメーターＣ１及びＣ２は、Ｘ線ビームＸＢの一部を平行化する。第一及び第二モノクロメーター結晶ＭＣ１及びＭＣ２は、Ｘ線管ＸＴから放射される特定のＸ線を除くために設計されたミスマッチ結晶となるように構成される。モノクロメーター結晶ＭＣ１及びＭＣ２は、Ｘ線ビームのＫα２放射線を除くように用いられることができる。一例として、モノクロメーター結晶ＭＣ１及びＭＣ２は、それぞれ、ゲルマニウム[３３３]モノクロメーター結晶及びシリコン[３３３]モノクロメーター結晶であってもよい。モノクロメータータンクＭＴは、特定エネルギーのＸ線ビームＸＢを選択するために、モノクロメーター結晶ＭＣ１及びＭＣ２を回転させるための機構を内蔵することができる。
システム１２００は、モノクロメータータンクＭＴの下流に置かれた、この他のコリメーターＣ３、鉄製の小室ＩＣ、及びシャッターアッセンブリーＳＡを含むことができる。Ｘ線ビームＸＢの少なくとも一部は、モノクロメータータンクＭＴの端Ｅ２を出る際に、Ｘ線ビームＸＢを平行化し、Ｘ線ビームＸＢの少なくとも一部をブロックするために、モノクロメータータンクＭＴの下流に置かれたコリメーターＣ３内のスリットを通過することができる。鉄製の小室ＩＣは、この小室を通過するＸ線光子はイオン化して電位差を形成するという原理に基づいて、Ｘ線フラックスを測定するために用いられる。シャッターアッセンブリーＳＡは、Ｘ線ビームＸＢを選択的にブロックし及び通過させるよう機能することができ、そのため、対象物Ｏを選択的にＸ線ビームＸＢに曝すことができる。
【００６０】
対象物Ｏは、画像化を行なう間、Ｘ線ビームＸＢの経路を横切りながら走査するために、走査台アッセンブリーＳＳＡにより保持されることができる。対象物Ｏを走査する間、Ｘ線ビームＸＢは対象物Ｏを通過し、アナライザー結晶ＡＣにより分析されることができる。このアナライザー結晶ＡＣは、第二モノクロメーター結晶ＭＣ２とマッチするシリコン[３３３]結晶であってもよい。アナライザー結晶ＡＣは、ここに記載するように第二モノクロメーター結晶ＭＣ２に対して適当な角度にまで回転することができる。アナライザー結晶ＡＣに入射するＸ線ビームＸＢは回折して、移動可能なデジタル検知器ＤＤにより遮られることができる。検知器ＤＤは、遮られたＸ線ビームＸＢを検知し、遮られたＸ線ビームＸＢを示す電気信号を生成し、この信号はコンピューターＣに送られることができる。コンピューターＣは、このシグナルを分析し、オペレーターに対象物Ｏの画像を表示することができる。特に、コンピューターＣは、吸収画像及び屈折効果を示す画像を生成するように構成されることができる。これらは以下に詳説する。ＤＥＩシステム１２００は、ＤＥＩ技術に従って、微小角散乱効果を示す画像を表示するように改変することができる。
テーブルＴは、花崗岩の表面を有することができ、その上に、モノクロメータータンクＭＴ、コリメーターＣ３、鉄製の小室ＩＣ、及びシャッターアッセンブリーＳＡを置くことができる。テーブルＴは、複数の脚Ｌを持ち、システム１２００を安定化させるために、それぞれ床Ｆとその下端の間にゴム製パッドＲＰを有することができる。これらは以下に詳説する。テーブルＴは、アナライザー結晶ＡＣを垂直方向に上下に動かすように構成された接線アームＴＡを備えることができる。
【００６１】
図１３−１６は、本発明の一つの実施形態のＸ線管ＸＴと足場ＳＣ上のモノクロメーター単結晶ＭＣを有するモノクロメータータンクＭＴの典型的配置の概略図を示す。特に、図１３は典型的配置の側面図を示す。図１３において、足場ＳＣは、互いに結合する複数の台ＰＬと棒ＲＤを含み、モノクロメータータンクＭＴに対してＸ線管ＸＴ（ＸＴと表示される穴の中にその一部が固定される。）を固定する。Ｘ線管ＸＴとモノクロメータータンクＭＴは、Ｘ線管ＸＴから放射されるＸ線ビームＸＢが窓Ａ１を通してモノクロメータータンクＭＴに入り、モノクロメーター結晶ＭＣの角度受容窓内に入るように、相互に正確に位置する。モノクロメーター結晶ＭＣから回折したＸ線ビームＸＢは、窓Ａ２からモノクロメータータンクＭＴを出る。図１３−１６中の数字で示される距離の単位は特記しない限りインチである。
図１４は、図１３で示された典型的配置の上面図である。図１４において、Ｘ線ビームＸＢが、Ｘ線管ＸＴ内の点源Ｐから広がる扇形を形成することが示されている。
図１５と図１６は、それぞれ図１３と図１４で示された典型的配置の別の側面図と別の上面図である。図１５と図１６は、遮蔽Ｓを示すために、それぞれ側板と上板のない配置を示す。遮蔽Ｓは、Ｘ線ビームＸＢが望まない方向へ放射することを防止する機能を持つ。更に、適当な遮蔽は必要に応じて医療用装置内に設けられる。
【００６２】
図１７−２６は、本発明のＤＥＩシステムの典型的部品の写真を示す。特に図１７はＸ線管ＸＴのＸ線ビームの出口の写真を示す。Ｘ線ビームはＸ線管ＸＴから、Ｂｅ窓ＢＷを通って放射される。Ｂｅ窓ＢＷは、Ｘ線管ＸＴに取り付けられ、Ｘ線ビームを遮るように置かれる。Ｂｅ窓ＢＷは、二層の内部鉛（Ｐｂ）遮蔽ＰＳを備える。
図１８は、図１７に示すＸ線管ＸＴのＸ線ビームの出口の別の写真を示す。この写真において、アルミニウムフィルターＡＦとコリメーターＣ１は、Ｘ線管ＸＴに取り付けられ、Ｘ線ビームを遮るように置かれる。アルミニウムフィルターＡＦの厚さは約２ｍｍである。コリメーターＣ１は、タンタル製であり、その厚さは約１／８インチ（即ち、約３．２ｍｍ）である。一例として、スリットのサイズは、Ｘ線管上のスポットサイズよりも僅かに大きい。一例として、スリットのサイズは１ｍｍであり、Ｘ線管上のスポットサイズ０．４ｍｍである。このスリットは、垂直に平行化された扇型ビームを提供する。
図１９は、アルミニウム製フィルターＡＦとコリメーターＣ１と別のコリメーターＣ２の写真を示す。この写真において、各部品は図示のために分解されている。これらの部品は組み上げられた状態においては、相互にぴったり適合されている。
【００６３】
図２０は、Ｘ線管ＸＴの端から望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐためのＸ線管の端の遮蔽蓋Ｓ１の写真である。遮蔽蓋Ｓ１は約１／８インチ（即ち、約３．２ｍｍ）の鉛シートを、Ｘ線管ＸＴの端に適合する蓋の形に切断して曲げたものである。図２１は、遮蔽蓋Ｓ１の写真である。この蓋は、本体から取り外され、Ｘ線管ＸＴの端に適合させるために切断されているが、曲げられていない。
図２２は、Ｘ線管ＸＴの側面から望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐためのＸ線管ＸＴの端に近い場所に設置された遮蔽Ｓ２の別の部分の写真を示す。遮蔽Ｓ２は、約１／１６インチ（即ち、約１．６ｍｍ）の鉛シートを、Ｘ線管ＸＴの側面に適合する形に切断して曲げたものである。約１／１６インチ（即ち、約１．６ｍｍ）の鉛シートは１５０ｋｅＶのＸ線を１／１０００に減少させる。
図２３は、モノクロメータータンクＭＴから望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐための鉛遮蔽Ｓ３を含むモノクロメータータンクＭＴの写真を示す。遮蔽Ｓ３は、厚さが約１／４インチ（即ち、約６．４ｍｍ）の鉛シートであり、Ｘ線ビームの望ましい部分を放射するためのスリットＳＬを含む。Ｘ線管から放射されたＸ線ビームは、遮蔽Ｓ３のスリットＳＬを経由してモノクロメータータンクＭＴに入る。
図２４は、モノクロメータータンクＭＴから望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐための鉛遮蔽Ｓ４を含むモノクロメータータンクＭＴの写真を示す。
遮蔽Ｓ４は、厚さが約１／２インチ（即ち、約１２．７ｍｍ）の鉛シートであり、Ｘ線ビームの望ましい部分を放射するためのスリットＳＬを含む。Ｘ線管から放射されたＸ線ビームは、遮蔽Ｓ４のスリットＳＬを経由してモノクロメータータンクＭＴから出る。
【００６４】
図２５は、互いに作動状態にあるＸ線管ＸＴとモノクロメータータンクＭＴの写真を示す。
図２６は、モノクロメータータンクＭＴの内部部品の正面写真を示す。特にモノクロメータータンクＭＴが示されている。
図２７は、本発明の一つの実施形態の典型的ＤＥＩシステム２７００の上から見た透視図である。図２７において、ＤＥＩシステム２７００は複数のＸ線ビームＸＢを生成するタングステン陽極を有するＸ線管ＸＴを含んでもよい。コリメーターＣ１は、モノクロメーター結晶ＭＣの角度受容窓の外のＸ線ビームＸＢの一部をブロックするために置かれる。この例において、モノクロメーター結晶ＭＣはシリコン結晶である。コリメーターＣ２は、アナライザー結晶ＡＣの角度受容窓の外のＸ線ビームＸＢの一部をブロックするために置かれる。
コリメーターＣ２を通過するＸ線ビームＸＢの一部を、銅フィルターＦＴＲにより遮り、熱を遮断し、Ｘ線管ＸＴが生成する２０ｋｅＶの制動放射Ｘ線を減衰するように構成することができる。与えられたブラッグ角においては、モノクロメーターを通り抜けることのできる望ましくない結晶反射がありうる。一例では、５９．１３ｋｅＶ[３３３]反射を選択するために約５．７度のブラッグ角を用いた場合、１９．７１ｋｅＶ[１１１]Ｘ線を通過させることができる。これらのＸ線がモノクロメーター結晶ＭＣで回折するならば、これらは画像をぼやけさせ、画像の品質を落とす。銅フィルターＦＴＲは、Ｘ線ビームＸＢから放射されモノクロメーター結晶ＭＣで回折する低エネルギーのＸ線、特に、１９．７１ｋｅＶの制動放射を減衰するために用いられる。
【００６５】
アナライザー結晶ＡＣを、銅フィルターＦＴＲを通過するＸ線ビームＸＢの少なくとも一部を遮るために置くことができる。更に、対象物の画像を取得するために、対象物を走査台ＳＴに載せてＸ線ビームＸＢの経路上に置くことができる。対象物Ｏを走査する間、Ｘ線ビームＸＢは対象物を通過し、アナライザー結晶ＡＣにより分析されることができる。このアナライザー結晶ＡＣは、モノクロメーター結晶ＭＣにマッチするシリコン[３３３]結晶であってもよい。アナライザー結晶ＡＣに入射するＸ線ビームＸＢは回折し、デジタル検知器ＤＤで遮られる。デジタル検知器ＤＤは、この遮られたＸ線ビームＸＢを検知することができ、この遮られたＸ線ビームＸＢを表す電気信号を生成する。電気信号はコンピューターＣに伝えられ、この信号は分析され、オペレーターに表示される。コンピューターは、吸収画像及び屈折効果を示す画像を生成するように構成されることができる。これらは以下に詳説する。
図２８は、本発明の一つの実施形態の典型的モノクロメーター結晶ＭＣの側面図、上面図及び正面図を含む概念図を示す。図２８において、モノクロメーター結晶ＭＣの側面図、上面図及び正面図モノクロメーター結晶ＭＣの側面図、上面図及び正面図はそれぞれＳＶ、ＴＶ及びＦＶと表示されている。モノクロメーター結晶ＭＣの寸法は、図中に示されており、その数値は±０．５ｍｍの誤差がありうる。この代わりに、モノクロメーター結晶ＭＣは、画像化用途により部分的に決められる、この他の適当な寸法であってもよい。モノクロメーター結晶ＭＣの表面の向きを、その結晶の大きな表面に平行な格子平面と一致させてもよい。組み立てられたときに、他のより小さな直交表面の向きを参考のために記されてもよい。典型的なモノクロメーター結晶ＭＣは、Ａ型のゲルマニウム[１１１]モノクロメーター結晶及びＡ型のシリコン[１１１]モノクロメーター結晶でありうる。
モノクロメーター結晶ＭＣは、この結晶の上部に、歪を逃がすため切れ込みＣを有していてもよい。この切れ込みＣの幅は約１／１６インチ（即ち、約１．６ｍｍ）である。この代わりに、この幅はこの他の適当な寸法であってもよい。切れ込みＣは、結晶を取り付けるための部品を除くことができ、アナライザー結晶ＡＣとモノクロメーター結晶ＭＣの残りの部分の歪を無くすることができる。アナライザー結晶ＡＣやモノクロメーター結晶ＭＣの画像化部分に歪やストレスがあると、回折性能を変化させ、システムの性能に悪い影響を与える。
【００６６】
画像化の手順とＤＥＩ及びＤＥＩシステムを使うための品質管理
本発明のミスマッチ結晶デザインを用いて構成されたＤＥＩシステムを用いて画像を取得することは、まず与えられた実験条件にあわせて、適切なビームエネルギーを選択することから始める。一例として、ビームエネルギーを約１０ｋｅＶ〜約６０ｋｅＶの範囲から選択してもよい。ブラッグ則を用いて所望の波長のための適切な角度を計算することにより、画像化のために特定のエネルギーを選択することができる。一例として、選択されたビームエネルギー以外の入射Ｘ線ビームの全てのエネルギーを排除するために、モノクロメーター中の第一の結晶を一軸に対して特定の角度に調整することができるようにする。下記の表１は、１８ｋｅＶ〜６０ｋｅＶの範囲の画像を得るために、第一のモノクロメーター結晶の典型的な角度を示す。これらの角度は、シリコンについてブラッグ則、λ=2dsin(θ)を用いて計算したこれらの角度は、モノクロメーター結晶ＭＣで回折するＸ線ビームの入射角（θ）と回折した角度（θ）を規定する。検知器を、選択されたＸ線ビームエネルギーについて第一の結晶で用いたブラッグ角度の２倍である２θの角度に置く。
【００６７】
表１：画像を得るための第一のモノクロメーター結晶のシリコン[３３３]反射の典型的な角度
【表１】
2009536717.tif 000016
【００６８】
ミスマッチ結晶デザインを用いて構成されたＤＥＩシステムは、注意深く調整されて整列されるべき３つの結晶、モノクロメーター中の２つの結晶、及びアナライザー結晶から成る。例えば、ＤＥＩシステム６００は、調整と整列ができる、モノクロメーター結晶ＭＣ１とＭＣ２及びアナライザー結晶ＡＣを含む。第一の結晶（例えば、図６Ａと６Ｂに示すモノクロメーター結晶ＭＣ１）とアナライザー結晶（例えば、図６Ａと６Ｂに示すアナライザー結晶ＡＣ）は、各エネルギーについて計算された角度（θ角）に調整される。例えば、システムを２５ｋｅＶに調整するために、第一のモノクロメーター結晶とアナライザー結晶を１３．７２度にセットすることができる。デジタル検知器アッセンブリーをアナライザー結晶の角度の２倍、即ち２７．４４度にセットすることができる。
第二の結晶（例えば、図６Ａと６Ｂに示すモノクロメーター結晶ＭＣ２）を、ｃｈｉ角度と表示する水平方向に合わせることができる。この水平方向の整列が、これらの結晶間に外れる場合には、画像において左から右へ強度がシフトするかもしれない。二つのイオンチャンバーを用いて、モノクロメーター結晶とアナライザー結晶の両方から放射され、内向き領域と外向き領域に分けられるフラックスを測定することができる。線源からデジタル検知器アッセンブリーへの方向からＸ線ビームを見ると、内向き領域は右側に、外向き領域は左側になる。複数のロッキングカーブピークが整列していることを確かめるために、これら内向き領域と外向き領域を抽出することができる。整列していない場合には、ｃｈｉ角度を調整することができる。図２９は、モノクロメーター結晶の透視図であり、内側領域と外側領域を示し、回転角ChiとThetaを示す。
【００６９】
ＤＥＩシステムにより注がれる線量は、いくつかの方法により調整することができる。例えば、アルミニウムフィルターの厚さを変更したり、Ｘ線ビームの経路上に吸収材を置くことにより、線量を調整することができる。また、第二のモノクロメーター結晶を、そのロッキングカーブのピークから離調することによっても、線量を減少させることができ、必要ならば、回折強度を劇的に減少させることができる。一例において、Ｘ線管をシンクロトロンに代えることができ、この場合、第一のモノクロメーター結晶に入射するフラックスをそのシンクロトロンの環状電流により決めることができる。
サンプル取得時間は、段階／秒で測定されたサンプル台の変換速度を用いて、入射フラックスにより決めることができる。この線量を調整することにより、段階／秒で測定された、走査速度を上げたり下げたりすることができる。ノイズ量が一定のところで画像プレートを使用する場合には、走査速度は決定的な因子ではないが、積分デジタル検知器を使用する場合には、ノイズ量が部分的に獲得時間によって定まるため、走査速度を考慮しなければならない。デジタル検知器を使用する場合、可能な限り走査速度が最大になるように、ＤＥＩシステムを調整すべきである。
【００７０】
一旦ＤＥＩ又はＤＥＩシステムを適切なエネルギーと線量に調整したら、画像化する対象物をサンプル台の上に載せ、整列させる。一例では、Ｘ線ビームの最大幅は１２０ｍｍであり、これは得られる画像の幅を物理的に制限する。幅が１２０ｍｍ以下のデジタル検知器又は画像プレートを使用する場合、視野が制限されうる。一例では、サンプル台の垂直方向の最大変位が約２００ｍｍである。しかし、サンプルの高さには物理的制限は無い。対象物の特定領域を画像化するために、そのシステムにとって、この領域がこの２００ｍｍ範囲内にあるかどうかを決めなくてはならない。Ｘ線ビームの位置を固定してもよく、その場合、対象物の垂直領域は、そのビームに対する対象物の相対的位置によって決めることができる。
ＤＥＩシステムで用いられる結晶は、結晶の与えられた領域で光子を回折することができる能力と同様に考えられるが、その結晶の構造は、強度が強められたり弱められたりする副次的な領域があるような構造である。対象物は固定された寸法のビームで走査されるので、画像の垂直方向の寸法にわたって"グリッチ"で汚される。この"グリッチ"はしばしば垂直方向の線に適用されるが、その影響は予期されたものであり、システムの予期された性能と考えられるべきである。
【００７１】
システムの性能についての実験
Ｘ線管を備えたＤＥＩやＤＥＩシステムを組み立てる前に、Ｘ線源としてシンクロトロンを用いて試験目的の実験を行なった。まず、モリブデンとタングステンに基づくＸ線源を想定した１８ｋｅＶと５９ｋｅＶのＸ線を用いた画像化時間とフラックスの要求値を計算した。更に、システムの構成に、ピクセルサイズやピクセルあたりの光子数のようないくつかの仮定を設けた。これらの値は、必要に応じて概算することができるので、この例では、５ｃｍの組織(水)を、ピクセルあたり１０００の光子数で横切る、１００ミクロンのピクセルサイズを用いる。
ピクセルあたりの光子数を、この場合５ｃｍの水である対象物を通過する際の光子の減衰で除して、１００ミクロン平方ピクセルに必要な光子数を計算する。
【数１４】
2009536717.tif 000017
この結果、１８ｋｅＶのＸ線源について、１００ミクロン平方ピクセルについてそれぞれ約１．６×１０５の入射光子が必要である。５９ｋｅＶのＸ線の減衰は、１８ｋｅＶのＸ線における場合よりもはるかに小さく、その結果、１００ミクロン平方ピクセルについて、２．９×１０３の入射光子が必要である。
【００７２】
線状放射源を用いた、固定角度への入射Ｘ線フラックス
ＤＥＩ及びＤＥＩシステムに使用される結晶光学部品は、高度に選択的な角度ノッチフィルターとして機能し、適切なエネルギー又は角度発散性を持たない光子をＸ線ビームから除去する。Ｘ線管に基づくＸ線源において、光子はほぼ全ての立体角に放射することが期待される。フラックス要求値を決定するためには、検知器と結晶光学部品によって定まる立体角に基づいて、このフラックスを計算しなければならない。いかなるＸ線管も多色性エネルギー分布を持ち、結晶システムはブラッグ則で規定される放射線のうちの一つを選択する。完全結晶を用いれば、与えられた反射に対するピークの反射性は１に非常に近いことが期待され、統合された反射率は、ブラッグの通常の方向の固有反射幅又はダーウィン幅に近くなる。ブラッグ[３３３]反射を有するシリコン結晶を仮定すると、１８ｋｅＶと５９ｋｅＶのダーウィン幅は以下である：
１８ｋｅＶ Ｓｉ[３３３]ダーウィン幅＝２．９×１０−６ラジアン、及び
５９．３ｋｅＶ Ｓｉ[３３３]ダーウィン幅＝０．８３×１０−６ラジアン
結晶格子平面に平行に進むＸ線はブラッグ平行として知られており、ブラッグ平行方向の角度受容度は結晶では決まらず、検知器の解像度で決まる。画像化されるべき対象物が、Ｘ線源から１ｍの距離にあり、１００ミクロン空間解像度が必要とされるならば、ブラッグ平行受容角度は１００マイクロラジアンである。ブラッグ平行受容角度が１００マイクロラジアンである場合、１８ｋｅＶと５９ｋｅＶのステラジアンあたり必要とされる光子数は以下のとおりである：
【数１５】
2009536717.tif 000018
【００７３】
Ｘ線管フラックス
Ｘ線管に基づくＸ線源は、そのＸ線スペクトルに、固有放射線と制動放射の二種の成分を有する。ＤＥＩ及びＤＥＩシステムに使用される結晶光学部品は、管のターゲットの固有放射線を中心とする極めて狭いエネルギーバンドを一つ選択することが許される。この場合、モリブデンのＫα１（１７．４７８ｋｅＶ）とタングステンのＫα１（５９．３１９ｋｅＶ）を用いて、各線源の放射線のフラックを決めることができる。
実際の画像化条件下において生成するフラックスを決定するために、複数の電圧と電流におけるモリブデンとタングステンのＸ線管のモンテカルロシミュレーションを行なった。１０ｋＷの電力と７５ｋＶの加速電圧を用いたモリブデンターゲットを用いた場合、Ｋα１に放射されるフラックスは以下のとおりである：
【数１６】
2009536717.tif 000019
５０ｋＷの電力と１５０ｋＶの加速電圧を用いたタングステンターゲットを用いた場合、このＫα１放射は以下のとおりである：
【数１７】
2009536717.tif 000020
【００７４】
画像取得時間の予測
アナライザーがピーク位置から一定値（８０％）離調した場合、屈折コントラストといくつかの減衰コントラストを含む露光を得ることができる。これらの計算は、ＤＥＩシステムがモノクロメーター単結晶とアナライザー結晶を有することを仮定している。このシミュレーションの配置は、対象物をビームを通して走査する線状Ｘ線源を使用するNational Synchrotron Light Source（ＮＳＬＳ）のＸ１５Ａビームライン（Brookhaven National Laboratory, Upton, New York）で用いられた構造に一致する。高さが１０ｃｍの対象物と１００ミクロンのピクセルサイズ（０．１ｍｍ）を用いる場合、１０００走査線が必要とされる。
【数１８】
2009536717.tif 000021
１０ｋＷの電力と７５ｋＶの加速電圧を用いたモリブデンターゲットを用いた場合（約１８ｋｅＶ）：
【数１９】
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５０ｋＷの電力と１５０ｋＶの加速電圧を用いたタングステンターゲットを用いた場合（約５９．３ｋｅＶ）：
【数２０】
2009536717.tif 000023
上記のパラメーターのモリブデンターゲットを用いた場合、最大反射率が８０％のロッキングカーブ上の一点における単一画像を得るために必要な時間は約２．２時間である。同じ反射率を用いてタングステンを用いた場合、必要な時間は約４．６分間である。ピクセルあたり必要な光子のような変数や、線源から対象物までの距離を変えることにより、画像化時間を更に減らすことができるかもしれない。
【００７５】
線源から対象物までの距離を１０００ｍｍにしてブラッグ[３３３]反射を用いて計算したデータに基づくと、画像取得時間を他の反射や距離を用いて予測することができる。ＤＥＩとＤＥＩに使用することのできる結晶反射には、ブラッグ[３３３]反射とブラッグ[１１１]反射の二つがある。ＤＥＩにおける両方の反射と減衰コントラストの大部分は、角度の変化に対してより大きなコントラストをもたらす急な傾きをもつアナライザー反射カーブの傾きによって決定される。屈折及び減衰コントラストから見た場合、ブラッグ[３３３]反射はブラッグ[１１１]反射より優れているかもしれないが、[３３３]反射からの回折フラックスは[１１１]反射よりも強度が約１オーダー小さい。図３０は、シリコン[１１１]、[３３３]、[４４４]及び[５５５]の回折面を用いた、ＮＳＬＳ Ｘ１５Ａ ハッチ中の単色ビーム束を示すグラフである。フラックスが１０倍になると、画像化時間を１／１０に減らすことができ、用途によっては[１１１]反射が有利になることもある。ここでは線源から対象物までの距離を１０００ｍｍとして計算しているが、線源から対象物までの距離を縮めることによって画像化時間を更に短縮できる。線源から対象物までの光子強度は、１／ｒ２に比例する。線源から対象物までの距離を１０００ｍｍから５００ｍｍに縮めると、その強度は４倍に増える。線源から対象物までの距離を支配するいくつかの因子があるが、顕著なものとして対象物のサイズが挙げられる。用途によっては必要に応じて、アナライザー／検知器アッセンブリーを線源に近づけたり線源から遠ざけたりすることができる。
【００７６】
エネルギーが増加するに従って、アナライザーロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）は小さくなる（例えば、１８ｋｅＶでは３．８６マイクロラジアン、６０ｋｅＶでは１．２５マイクロラジアン）。エネルギーに対するロッキングカーブの幅の例を表２に示す。表２は、１８、３０及び６０ｋｅＶにおける[３３３]アナライザーロッキングカーブのＦＷＨＭの測定値及び理論値を示す。[３３３]ダブル−ブラッグモノクロメーターは、ブラッグピークから離調している。
表２：１８、３０及び６０ｋｅＶにおける[３３３]アナライザーロッキングカーブのＦＷＨＭの測定値及び理論値
【表２】
2009536717.tif 000024
ＦＷＨＭが小さくなると、ロッキングカーブの傾きが大きくなり、更に屈折及び減衰コントラストが大きくなる。図３１は、ＦＷＨＭが小さくなるにつれてロッキングカーブの傾斜が大きくなることを示すグラフである。５０ｋＷで計算されたフラックス、ブラッグ[３３３]反射、及び線源から対象物までの距離１０００ｍｍ、を用いて、様々な距離や結晶反射について必要とされる画像化時間を予測することができる。この予測を表３に示す。
表３：結晶反射や線源と対象物の距離に基づいて予測される画像化時間
【表３】
2009536717.tif 000025
【００７７】
シンクロトロンに基づくＤＥＩとＤＥＩ実験
上記のように、シンクロトロンを用いて、ＤＥＩとＤＥＩシステムの実験を行なった。特に、そのために、ＮＳＬＳ Ｘ１５Ａビームラインを利用した。ＤＥＩ又はＤＥＩ画像を作るために、この実験に使用したシンクロトロンＸ線源を、本願発明のＸ線源に置き換えることができる。
ＮＳＬＳにおけるＸ線リングは２．８ＧｅＶシンクロトロンであり、１０〜６０ｋｅＶの高フラックスのＸ線を生成することができる。図３２は、本発明の一つの実施形態のシンクロトロンＸ線ビームを用いたＤＥＩシステム３２００の実験装置の概略図である。図３２によれば、シンクロトロンから放射されるＸ線ビームＸＢは、高度に平行化され、垂直方向の発散は約０．２ミリラジアンである。長さが１６．３ｍのビームラインパイプ（図中に無い）が、実験箱をシンクロトロンＸ線リングに連結する。高強度の多色性Ｘ線ビームＸＢは、この実験箱に入り、ダブル結晶モノクロメータータンクＭＴを使用して、単色に変えられる。モノクロメータータンクＭＴは、両方とも水冷で冷却される２つのモノクロメーター結晶ＭＣ１及びＭＣ２（それぞれ幅１５０ｍｍ×幅９０ｍｍ×高さ１０ｍｍ）を含む。モノクロメータータンクＭＴを出るＸ線ビームＸＢは単色である。
次に、単色のＸ線ビームＸＢはイオンチャンバーＩＣと高速シャッターアッセンブリーＳＡを通過し、サンプル台アッセンブリ−ＳＳＡに進み、幅が１２０ｍｍで高さが３ｍｍの最大寸法を有する線状Ｘ線ビームを生成する。Ｘ線ビームの位置は固定され、サンプル台アッセンブリ−ＳＳＡ上の対象物Ｏは、ステッパーモーターによって駆動される移行台を用いて、Ｘ線ビームの中を移動する。
【００７８】
従来のＸ線写真は、ビームの経路にある対象物Ｏの背後に直接検知器Ｄ１を置き（Ｘ線写真用の配置）、アナライザー結晶ＡＣの効果を除くことにより得られた。この配置により得られる画像は、吸収が主なコントラスト機構である従来のＸ線システムに似ている。しかしシンクロトロンを用いたＸ線写真は、従来のＸ線システムにより得られる画像と比べると、より優れたコントラストを有することが示されてきた。ここに提供される実験で得られた従来のＸ線写真は、ＤＥＩ画像と比較するために用いられる。
ＤＥＩ画像は、検知器Ｄ２を、計算されたブラッグ角の２倍の角度で、アナライザー結晶ＡＣの後に置いて得られる。１８〜６０ｋｅＶの範囲の画像化に用いられる角度をまとめたものは上記の表１に示した。線状Ｘ線源を用いると、ＤＥＩのためには、検知器を、サンプルの方向とは逆の方向に移動することが必要になり、シンクロトロンを用いたＸ線写真を撮るためには、検知器を、同じ方向に移動することが必要になる。この実験では、Fuji BAS2500画像プレートリーダーとFuji HR V 画像プレート（Fuji Medical Systems of Stamford, Connecticut）を用いて、ＤＥＩ画像を得た。このプレートは、厚さが約０．５ｍｍであり、有機バインダーで結合された光刺激性の発光体（BaFBR:Eu2+）で被覆された柔軟性プラスチックプレートで構成される。画像は、解像度が５０ミクロンで１６ビットグレイレベルで、Fuji BAS2500画像プレートリーダーを用いて走査された。
【００７９】
更に、他の実験では、画像プレートを用いた場合には実際的又は可能ではなかった、回折強化計算トモグラフィー（Diffraction Enhanced Computed Tomography）や複合的画像ラジオグラフィー（Multiple Image Radiography）のようなＤＥＩ用途を可能にするために、このシステムにデジタル検知器を加えた。使用してもよい典型的な検知器として、５０×１００ｍｍの活性領域と１２ビットアウトプットを有するShad-o-Box 2048 (Rad-icon Imaging Corp of Santa Clara, California)が挙げられる。この検知器は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓシンチレータースクリーンに直接接触するように配置された、４８ミクロンピクセルの１０２４×２０４８ピクセルを含むフォトダイオードアレイを利用する。この他の典型的な検知器として、０ミクロンピクセルサイズの１２０ｍｍ×８０ｍｍのＦＯＶを有するPhotonic Science VHR-150 X線カメラ(Robersbridge of East Sussex, United Kingdom)が挙げられる。Ｘ線写真とＤＥＩの配置の両方において、これら両方の典型的な検知器を画像プレートと同じ方法で据え付けることができる。
ビーム中に対象物を置かずにアナライザー結晶のロッキングカーブを横切って画像を取得すると、固有のロッキングカーブが得られ、それは異なるレベルの分析反射における、モノクロメーター結晶とアナライザー結晶の畳み込みを表す。固有のロッキングカーブは、吸収、屈折、又は微小角散乱によって変わることは無く、これはそれを優れた参考点とすることができる。ビーム中に対象物を置くと、ピクセル×ピクセルに基づいたロッキングカーブにおける変化を、どのＸ線相互作用が、与えられたピクセルにおいてコントラストを導いているかを決定するための用いることができる。
【００８０】
ＥＲＡ法で用いられるモデルはガウス分布としてこのロッキングカーブをモデルにしており、これは近似であり、このロッキングカーブはモノクロメーター結晶とアナライザー結晶の畳み込みであり、三角形であるからである。このモデルのための式は下記の等式で提供される：
【数２１】
2009536717.tif 000026
式中、μＴは線形吸収係数、χｓは吸光率、ｔは対象物の厚さ、θＺは屈折角、ωｓはガウス散乱分布を表す。
ＭＩＲはＥＲＡ法のより洗練された変法である。ＭＩＲは従来のプロセス技術に存在する多くの問題の解決に取り組み、画像コントラスト成分の完全な描写を可能にした。上記のように、ＭＩＲ法を用いて処理された画像は、吸収及び屈折画像だけでなく、微小角散乱画像を生成することができる。またＭＩＲは、ＤＥＩ吸収及び屈折画像に存在する本質的誤りを正すことを示し、ノイズに対してより耐性がある。
【００８１】
ＥＲＡ法と同様に、対象物の吸収、屈折、及び微小角散乱を表す画像を生じるために、ＭＩＲ法もアナライザー結晶ロッキングカーブを利用する。もし、固有ロッキングカーブが基線であるなら、そのカーブ以下の領域が減るような変化は、光子吸収は全体の強度を減少させるので、吸収として理解することができる。純粋に屈折の現象であれば、このロッキングカーブの重心は転移するであろうが、ロッキングカーブの幅は変化しないであろう。微小角散乱に導く相互作用は、ロッキングカーブの角度分布に光子を散乱し、そのカーブを幅広いものにする。光子がロッキングカーブの受容幅外に散乱しないと仮定すると、散乱効果は、そのカーブ以下の領域には影響しないであろう。もしロッキングカーブが本来ガウス曲線であると仮定すると、そのカーブの変動を、存在する散乱の量を表すために用いることができる。
ロッキングカーブの幅は、エネルギーが大きくなるほど小さくなり、この変化を補償するためにサンプリング手順を修正する必要があるかもしれない。ロッキングカーブのＦＷＨＭは、エネルギーが１８ｋｅＶのとき３．６４マイクロラジアンであり、エネルギーが６０ｋｅＶでは１．１１マイクロラジアンに減少する。ロッキングカーブの幅が小さくなるにつれて、屈折コントラストが顕著である角度範囲は小さくなる。これを補償するために、角度サンプリング範囲とその増分は小さくなるかもしれない。６０ｋｅＶの増加した傾斜は、マイクロラジアンあたり大きな強度変化を生じるため、有益である。Ｘ線管のようなフラックスが限定されたＸ線源を用いると、これらの性質は最大化され、与えられたフラックスあたり可能な限り大きな屈折を生じることができる。
【００８２】
DEIシステムの安定化
アナライザー結晶を用いて、角度変化を強度に変換することにより、例外的なコントラストが得られるが、この技術は、アナライザー結晶のロッキングカーブ上の位置は時間的に一定であるという仮定に基づく。実際上、この仮定は当てはまらず、この様な狭いロッキングカーブ幅では、アナライザーピーク位置の僅かな変化でも、得られた画像上に顕著な誤差を生み出し得る。DEI見かけ吸収、及び屈折画像、MIR及びMIR-CTのような処理手続き上のアルゴリズムの適用は、高度のシステム安定性を必要とする。乳房組織における吸収、屈折及び散乱パラメーター決定のゴールに到達するには、不安定性を起こさせる諸因子を取り出すために、NSLSＸ−15Aビームラインの体系的な工学的解析が必要である。
【００８３】
この場合のDEIシステムに対する安定性は、長時間にわたり、アナライザー結晶ロッキングカーブのピーク位置を一定に保つ能力と定義されるだろう。もう一度見直すと、多色X線ビームは、モノクロメーターの第１結晶に入射し、これにより、ブラッグ法則を用いて、特定の角度に調節され、単一光子エネルギーが選択される。回折した単色光ビームは、第２のモノクロメーター結晶と出会い、この結晶により、ビームは入射ビームへ平行な方向へ変えられ、アナライザー結晶に向けられる。システムを特定なエネルギーに同調する際、第１のモノクロメーター結晶を最初に合わせ、次ぎに第２の結晶を調節して、ビームの位置を見出す。モノクロメータータンク内は常にヘリウムを流して、タンク内の重要な構成品を急速に酸化させ損傷させるオゾン発生を減少させる。
第２のモノクロメーター結晶を調節しながら、アナライザーを走査して、ビームの位置を結晶上に見出す。ビーム位置を見出すための結晶の揺れ動きは、特定の放送局を見出すためにラジオのダイアルを走査させることに似ており、アナライザーの角度位置が第２のモノクロメーター結晶と完全に合致すると、強度の鋭い立ち上がりが生ずる。一度、アナライザーが合わされると、システムは同調され、直ちに使用できる。
DEIシステムにおいて、ドリフトを起こしうる因子は、３種のカテゴリーに分けられる：振動的、機械的、及び熱的。結晶上の微少な振動さえ微少な角度の変化をもたらすことが出来て、コントラストに変化をもたらすので、DEIシステムの光学的部分は、振動に敏感である。NSLS Ｘ−15Aビームラインでは、大きな花崗岩の厚板を用いて、外部環境からの振動を減衰させる。アナライザー後のＸ線ビームをモニターするためにオシロスコープを用いて測定すると、強度上約２〜３％の振動があり、これは外部駆動のファン及びビームライン上のポンプに起因する。
【００８４】
結晶を動かし、試料台及び検出器アセンブリーを移動させるために、複数のモーターを使用した。ピコモーター駆動を、第１モノクロメーター結晶、第２モノクロメーター結晶、及びアナライザー結晶に対して用いて、シータ（θ）角度を調節した。第２モノクロメーター結晶及びアナライザー結晶に対して、第２のピコモーターを用いて、カイ（χ）角度を調節した。これらの駆動モーターにどんな不安定性があっても、システムの調節に大きな偏りをもたらすことが可能で、また機械的ドリフトは、最初ＤＥＩシステム不安定性の第１の原因であると当初考えられた。試料台、及び検出器アセンブリーを動かすために用いるモーターは、画像品質に重要であるが、Ｘ線ビームの安定性には寄与しない。
システム不安定性に寄与する３番目の因子は、入射Ｘ線ビーム及びシステム駆動のモーター及び増幅器で発生する熱による温度である。該システムにおける熱変化は、システム安定性に対して幾らかの影響を持つことは知られてきたが、これが主要な不安定化因子であることは考慮されなかった。熱変化とシステム不安定性の結びつきは、重要な観測が為された時、アナライザーにおけるドリフトが相対的に不変であり、また周期的である時に、明らかとなった。この例では、周期的であるＤＥＩシステムの唯一の変数があり、またそれは、主要Ｘ線シャッターの開閉により発生、消失する熱である。
不安定性の原因を見出すために得た実験的検査及び観測により、ドリフトの主要な原因として、シリコン結晶構造の拡張と収縮が指摘された。これらの実験観測の簡単な説明をブラッグ法則（λ=2dsin(θ)）を用いて見出すことができる。希望するエネルギーで回折するために、所定の角度に置かれた１結晶を考えると、格子構造の間隔ｄに如何なる変化があっても、回折したビームの角度が変わり得る。モノクロメーター内のＸ線ビームにより発生した熱は、シリコン結晶に線膨張係数に従う、膨張を引き起こす、Δd/d = 3x10-6 ΔT (℃)。
【００８５】
ブラッグ法則を用いて、ｄを解くと、次の式が得られる：
【数２２】
2009536717.tif 000027
上式を微分すると、以下の式が得られる。
【数２３】
2009536717.tif 000028
ｄを代入して、式を立て直すと、
【数２４】
2009536717.tif 000029
が得られ、この式は書き換えられて、
【数２５】
2009536717.tif 000030
となる。Δｄ／ｄに対してシリコン線型膨張係数を代入すると、次式が得られる：
【数２６】
2009536717.tif 000031
【００８６】
１８ｋｅＶ及び４０ｋｅＶに対するブラッグ角度、それぞれ、１９．２及び８．４度を用いると、１８ｋｅＶに対して、摂氏１度あたり、１．０５マイクロラジアンの角度変化、４０ｋｅＶに対して、摂氏１度につき、０．４４マイクロラジアンの角度変化を見ると期待出来であろう。この計算をドリフトの理論的説明と考えると、ビームエネルギーが増加するにつれ、全体的ビームライン安定性は増加し、アナライザードリフトが減少することが分かると期待出来よう。
アナライザーの最初の安定性検査により、このシステムは非常に不安定であり、ピークアナライザー位置での安定性は平均６０秒以下であることが分かった。このことは単一画像走査に対しては許容されるかも知れないが、ＭＩＲ及び全てのＣＴ応用に対しては許容されなかった。起動時から１２時間の連続運転の間のアナライザー位置の変化を測定する多重ドリフト評価は、５０及び１００マイクロラジアンの間であった。システム安定性に対する温度の重要性を認識して、全てのシステム構成品の総合的評価を行い、どの熱源を抑える、又は除去できるか決定した。
大きな温度変化を履歴する一つのシステムはアルミニウムフィルターアセンブリーであり、この機能は、不必要な低エネルギーＸ線を減らすことである。これらの厚さ０．５mmのアルミニウムシートは、シンクロトロン白色ビームに曝されると急速に加熱し、ビームが切られると急速に冷却する。アルミニウムフィルターアセンブリーが隣接したモノクロメータータンク内の熱感受性の結晶に接近していることから、これが第１の不安定源となった。フィルターにより発生した熱の除去、及びアルミニウムフィルターアセンブリーを熱的に隔離するために、吸熱部が必要となった。図３３は、本出願に従うアルミニウムフィルター吸熱部の例を示す画像である。図３３については、アルミニウムフィルター挿入口及び、冷却水注入／排出チューブが示されている。
【００８７】
アルミニウムフィルターにより発生した熱を熱的に隔離し、この熱を、循環する、高流速冷却水管路に移動させるために、システムに銅フィルターアセンブリーを設置した。また、アルミニウムフィルターサイズを小さくし放射表面積を制限し、また銅吸熱部との接触を増やした。水滴下による冷却したフィルターアセンブリー後に得た安定性検査によると、全体的なシステムドリフトは、約一桁減少し、起動後１２時間連続運転ドリフト測定は、平均マイナス６マイクロラジアンであった。
水冷フィルター吸熱器の接続後、全体的システムドリフトの劇的な減少は、アナライザー及びモノクロメーター結晶に対して、等温環境を維持することの重要さを明示した。しかしながら、当業者に対して、他の熱源を変えることにより、さらに熱を減らす効果を持つことができると期待すべきである。各システム構成物、及び外部環境の周期的変化の組織的分析により、熱ドリフトの残された原因を取り出した。
熱を減らすために、実験棚より、増幅器及びコントロールシステムを除くことができる。ドライブモーターもまた除くことが出来であろう。しかしながら、本実験において、試料台及び検出器アセンブリーを制御するモーターを除くことは出来なかった。さらに、棚の扉を閉じることが出来て、一定の周囲の空気温度を維持する助けとなった。アナライザー結晶温度、周囲の空気温度、及び重力冷却水温度の１２時間測定の結果、温度の実質的変化は少しも無かった。連続実験により、第２モノクロメーター結晶と直接接触し、またこれにより加熱される、第２のモノクロメーター結晶のアルミニウム台には、顕著な熱変化が生じた。
【００８８】
第２モノクロメーター結晶機能は、第１モノクロメーター結晶からの単色光Ｘ線ビームを回折して、アナライザー結晶の方向にビームを水平に合わせることである。理論的には、結晶とＸ線の相互作用は、弾性的であり、熱発生は生じない。このことは、第１モノクロメーター結晶には当てはまらず、高強度、多色シンクロトロン白色ビームが第１結晶の内部構造に吸収される。振動を減らすために、重力ドライブの水冷システムをシステムに組込み、第１モノクロメーター結晶からの過剰な熱を除いた。第２モノクロメーター結晶に対しては、強力な冷却は不要であったが、２４時間の間得た温度測定によると、改善が必要であった。
アルミニウム支持板上にサーミスターを置き、一般的な運転期間２４時間にわたり、５秒ごとに温度を測定した。図３４は、２４時間の間サーミスターで測定した温度を示すグラフである。ビームが、作動開始、停止の間に、支持板の温度は、約１．３℃増加した。シンクロトロン貯蔵リングの電流は、時間と共にゆっくり低下し、停止し、再充填され、このことは温度グラフより明白である。１２時間の連続運転後、ビームラインを停止し、ベースラインに温度が戻るまでの時間を測定した。データ解析によると、第２結晶でも充分な加熱があり、強力な水冷却のために、支持板を後から取り付けることが正当化される。図３４のグラフは、如何に正規のビームライン運転が、結晶温度に影響を与えるかについて、注釈を付ける。この熱不安定性の原因が同定されたので、水流と熱交換の内部導管を備えた銅支持板を用意した。図３５は、温度を下げるために、冷却水ラインを備えた、改良した第２モノクロメーターベース及び支持板の見本の俯瞰図の画像である。
【００８９】
約２０００時間のビームライン運転後、及び性能向上したモノクロメーターを用いて１０００時間の運転後、ビームライン安定性の予想できる傾向を測定し、評価した。予想したように、光学系の安定性を維持する圧倒的な因子は温度である。温度の絶対値は、時間に対する温度変化に比べ重要ではない。等温環境が維持出来れば、システムは平衡に達し、モノクロメーター及びアナライザー結晶の両者にほとんど、又は全くドリフトはない。貯蔵リングにおけるリング電流はゆっくりと、だが時間と共に予期できるほど減少するので、ＮＳＬＳでの画像は独自の問題を示す。第１モノクロメーター結晶への入射Ｘ線の強度は、リング電流に比例して低下し、第１結晶の温度は時間とともに低下するであろう。結晶システムに強いフィードバックコントロールがされなければ、第１アナライザー結晶は、時間と共に収縮し、ゆっくりｄ間隔を変え、回折エネルギーを変える。第１結晶上のブラッグ角度の変化は、第２結晶上のビームの位置を変化させ、第２結晶から放射される回折した単色光光子フラックスを減少させる。このことは、アナライザー結晶上に入射するＸ線ビームの強度を減少させ、Ｘ線ビームの位置を変え、アナライザードリフトをもたらす。
【００９０】
アナライザードリフトの効果は、ビームラインの起動時に最もはっきりと示され、起動時には全てのビームライン成分は、Ｘ線シャッターが閉まって、少なくとも２４時間は室温である。一連の安定性検査により、システムが平衡に達するまでどの位時間を要するかと言う実際的目的を持って、起動後最初の１００分内にアナライザーはどの様にドリフトするかテストを行った。Ｘ線シャッターを有効にし、アナライザー位置をゼロにリセットした直後にシステムを調節することにより、アナライザーの短時間安定性試験を行った。その後、シータ（θ）増分を０．２マイクロラジアンとして、アナライザーを−１０から１０マイクロラジアンの範囲で、１００秒毎に走査した。その後、各ロッキングカーブを解析して、各ロッキングカーブの重心を決定したが、この重心をピーク位置として記録し、また対応するアナライザー位置に沿って記録する。一度、システムを最初に同調すると、実験が開始され、さらなる同調又は調節は行われない。
他の全てのビームラインパラメータ、及びアルミニウムフィルターを通常の画像化条件の下で用いるレベルにセットして、テストのために２種の光子エネルギー、１８ｋｅＶ及び４０ｋｅＶを選択した。より高エネルギーのＸ線はより低エネルギーのＸ線よりはるかに透過性があり、またプレモノクロメーターフィルターをより必要とするが、このプレフィルターはフラックスを希望するレベルまで下げ、また多色光シンクロトロン白色ビームに存在する、より低エネルギーのＸ線を弱める。フィルター量を増すと、Ｘ線がモノクロメーターに入る前に吸収量が増加し、従って第１モノクロメーター結晶に負荷される熱量が減少する。フィルターアセンブリーに生ずるＸ線吸収により発生する熱を除くために水冷吸熱部を付加することにより、結晶はシンクロトロン白色ビームからの弱まった熱効果を受ける。高エネルギーにおいて、摂氏温度あたりの角度変化が減少すること、及びフィルターの増加によりモノクロメーターへの熱負荷が減少することで、ビームエネルギーの増加に比例して、安定性が増加する。
【００９１】
ビームラインの起動から行われた安定性実験により、リング電流の減少直後のアナライザードリフトを示すこの効果が明かとなった。強力な入射シンクロトロン白色ビームは、殆ど瞬間的に深く第１モノクロメーター結晶を加熱し、急速に最大温度に達するということを、現在の理論は仮定する。リング電流が時間と共に散逸するに従い、温度はゆっくり下がり、ドリフトをもたらす。最終的には、システムは周囲の空気、システム構成物を加熱し、時間単位あたりのドリフトを引き起こして、安定化する。４０ｋｅＶで、フィルター量を増すと、熱負荷効果を下げ、システムが熱平衡に達するまでの時間を減少させる。ひと度、ビームラインを５〜７時間連続運転行うと、各結晶への熱負荷の効果は、最小化され、ビームラインは極度に安定化し、殆ど又は全くアナライザードリフトが無くなる。
図３６〜３９は、安定性試験結果のグラフである。特に、図３６は、１８ｋｅＶシステム安定性試験のグラフであり、ある時間内のアナライザーピーク位置を示す。図３７は、１８ｋｅＶシステム安定性試験時間内のＮＳＬＳＸ線リング電流のグラフである。図３８は、４０ｋｅＶシステム安定性試験のグラフであり、ある時間内のアナライザーピーク位置を示す。図３９は、４０ｋｅＶ安定性試験の時間内のＮＳＬＳＸ線リング電流のグラフである。
この実験結果によると、光学系のドリフトは、光学系の結晶を等温に保つことによりコントロール出来て、正確な加熱システムを用いて一定温度に保つことにより、シンクロトロン及び非シンクロトロンベースのＤＥＩシステムにおいて、実現されている。組織的工学解析により、アナライザー／モノクロメーター不安定性の問題は、基本的制限から小さな苛立ちに減じた。さらに工夫を加えることで、この問題は完全に除かれるかも知れず、全てのコンピューター断層撮影法をベースとしたＤＥＩ及びＭＩＲ法の全面的な利用を可能にする。
【００９２】
ＤＥＩのための最適な画像化パラメーターを決定するマンモグラフィーファントムの読み取り機研究解析
上述のように、DEIはX線吸収、屈折及び超微少角散乱（減衰コントラスト）からコントラストを得るラジオグラフィー（放射線画像）技術である。DEIは、Ｘ線吸収及び屈折からコントラストを得る同様なラジオグラフィーシステムである。従来のラジオグラフィー技術は、平面及びCT共に、Ｘ線が物体を通過する時のＸ線の減少に基づく画像を作成する。Ｘ線吸収は電子密度及び、平均原子数に基づくので、コントラストは、対象物又は患者における減衰差に基づいて得られる。Ｘ線光子と物体との相互作用は、入射ビームから除かれた特定の光子数以上の構造的情報を提供することができる。DEIは、Ｘ線ビームの経路にシリコンアナライザー結晶を取り込み、これは、極めて素晴らしく感度の高い角度フィルターとして働き、Ｘ線屈折及び超微少角散乱の測定を容易にする。名目上の吸収コントラストを有する対象物は、対象物の性質又はその局所的環境により、高い屈折及び超微少角散乱コントラストを有しても良い。
【００９３】
乳房組織内の所定の構造は、一般的に、低い吸収コントラストを持ち、特に疾病の初期段階では低い吸収コントラストを有するので、DEIは乳房画像化において、途方もない潜在力を持つことができる。悪性乳房組織のDEI研究により、従来型のマンモグラフィーと比較して、乳癌におけるスピキュレーション（針状体）の可視化の大幅な増加が可能となった。乳房における所定の初期診断構造には、石灰沈着、総量、及びフィブリル（微細繊維）があり、これら全ては、周囲の脂肪細胞、及び腺組織と比べると、かなりの屈折及び散乱痕跡を有する。マンモグラフィーへのDEIの利用を適切に研究するために、独自のシステムパラメーター及び配置を最適化し、乳房画像化に診断的に重要な特徴を検知しなければならない。この研究の不可欠な構成要素は、照射量を減らす可能性を決定する事であり、これは吸収、屈折、超微少角散乱減衰を用いて成就できる。臨床的に有用なマンモグラフィーシステムを設計し、構築するために明記しなければならない、最初のDEI画像化構成要素は、ビームエネルギー、アナライザー結晶反射、及びアナライザー結晶ロッキングカーブ上の位置である。
【００９４】
この研究のための実験を、NSLSでＸ−15Aビームラインを用いて行った。解析されるパラメーターを理解するために、システムの簡単な説明が望ましい。これらの実験のためのＸ線源は、NSLSのＸ線リングであり、これは、１０から６０ｋｅＶのＸ線高フラックスを発生できる、２．８ＧｅＶシンクロトロンである。ダブルの結晶シリコンモノクロメーターを用いて、入射Ｘ線ビームから特定のエネルギーを選んだ。特定の角度を選択するよう同調したシリコンアナライザー結晶を、対象物の背後に置いて、ＤＥＩ画像を得た。アナライザーは、数十マイクロラジアンのオーダーの解像度を持つ角度フィルターであり、これは、Ｘ線屈折及び超微少角散乱の測定に役立つ。反射率曲線上の異なる位置にアナライザーを同調すると、Ｘ線分布の不連続な角度を選択出来て、いくつかの位置は、対象物と障害検知に対する有用な情報を提供する。
ブラッグ[111]及びブラッグ[333]反射の様な、ＤＥＩで用いることができる、多重結晶反射がある。DEI屈折コントラストは、アナライザー結晶ロッキングカーブの勾配をもって増加し、ブラッグ[333]反射はブラッグ[111]反射よりずっと急な勾配を有する。ブラッグ[333]反射は、より良いコントラストを提供することができるが、入射多色光Ｘ線ビームから、ブラッグ[333]反射における結晶により選択されたＸ線光子の数は、ブラッグ[111]反射による場合より、およそ一桁少ない。これらの反射間の可視化の相対的差異を決定することは、臨床をベースとするＤＥＩシステムを設計する上で重要な因子であることができる。
【００９５】
Ｘ線管は、陰極／陽極配置を用いて、Ｘ線を作ることができるが、出力スペクトル、振幅は、陽極材料、電圧及び電流の関数である。マンモグラフィーシステムとしては、Ｘ線ビームを作るために、電圧範囲は２８から３２ｋＶｐで、モリブデンターゲットを持つＸ線源を含むことができる。この配置は、多色光のエネルギースペクトルの中心が約モリブデンのＫα、１８ｋｅＶである、発散型のＸ線ビームを作る。軟組織を画像化（画像化）するための比較的低エネルギーＸ線に対して、吸収ベースのＸ線システムがセットされる。１８ｋｅＶのＸ線は、軟組織において、大きなコントラストを提供するが、一つの難点は、低エネルギーＸ線に関わる患者への吸収量の増加である。いくつかの従来型のＤＥＩ乳房画像化（画像化）研究は、従来型のマンモグラフィーに比較できるＸ線エネルギーに基づいてる。これらの技術は、Ｘ線吸収を測定する上で潜在的有用性を持つが、屈折と超微少角散乱による付加的ＤＥＩコントラスト機構の長所に充分に対応してない。
ＤＥＩに利用できる、見かけ上の吸収及び屈折画像の作成を含む、いくつかの画像処理技術がある。他の発展しつつあるＤＥＩベースの画像処理方法は、ＭＩＲであり、これはコントラスト構成要素のより正確で、詳しい分離である。ＭＩＲを用いた準備的研究によると、この方法は、低い光子計数レベルで操作可能であり、また従来型のＸ線源の使用可能性を持つ。ＤＥＩで作業するいくつかのグループは、ＤＥＩ方法をＣＴに適用する過程にあり、これは、ＣＴの空間解像度にＤＥＩの追加的なコントラスト機構を組み合わせものである。この研究は平面画像化に焦点を合わせているが、平面画像化（画像化）に対するシステムパラメーターは、またシンクロトロン及び非シンクロトロンベース両者のＣＴ応用に適用できる。
【００９６】
本明細書で記載する実験には、標準的マンモグラフィーファントムの画像化の間で得たパラメーターの注意深い変化が含まれる。研究のために得た画像は、二次的な画像処理を行わずに、各システム配置で得た生の画像データを表わす。専門家読者は、理想的ＤＥＩマンモグラフィーユニットの仕様に役立つために、全ての実験条件下での既知のファントム特性の可視化を記録する。
工学的及び医学的両者の観点から、最も重要なシステムパラメーターの一つは、ビームエネルギーである。ＤＥＩにおいて、構造的可視化がエネルギーの関数として変化することの理解を得るために、研究のために以下のエネルギーを選択した：１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ，３０ｋｅＶ、及び４０ｋｅＶ。入射シンクロトロンビームより所望のエネルギーを選択するために、所望の波長に対して、モノクロメーターを適切なブラッグ角度に調節した。
診断的に価値のある情報を得るために、解析の間、アナライザー結晶ロッキングカーブを横切って３個の代表点を用いても良い。各ビームエネルギー／結晶反射組合せに対して、−１／２ダーウィン幅 (DW)、ピーク、及び＋１／２DW位置を選択した。比較のために、対応するシンクロトロンラジオグラフを得た。
【００９７】
標準化した乳房画像化ファントムをこの実験で用いて、乳房組織と乳癌の構造的特性をシミュレートした。最初の試みでは、実際の乳房組織試料を用いたが、生物組織に存在するばらつき、及び悪性特性の主観的評価のために、この研究ではファントムの使用がより適切であった。本明細書で既述する対象に合致したＤＥＩシステムは、多くのメカニズムに基づくコントラストを得ることができるので、それぞれに従う特徴でファントムを選んだ。本実験では、ルーサイト（Lucite）から作られ、一連の様々な直径と深さの円形の窪みが表面に機械加工された精細なコントラスト（ＣＤ）ファントム(the Sunnybrook and Women's Research Institute at Tront, Ontario, Canadaから得られる)が選択された。直径と深さのばらつきは、コントラストと空間解像度を評価する上で有用な傾斜を作り出す。より深い窪みは、減衰における増分をもたらし、従って、コントラストを上げた。窪みの円形の端はＸ線屈折に対し導電性の界面を提供する。既知の半径と高さを用いて、各シリンダーの容積は計算出来て、全可視化容積を決める。
図４０Ａ〜４０Ｃ及び４１Ａ〜４１Ｃはそれぞれ１８ｋｅＶ及び３０ｋｅＶで得たＣＤファントムの画像例である。特に、図４０Ａ〜４０Ｃは、それぞれ、１８ｋｅＶシンクロトロンラジオグラフ画像、＋１／２ダーウィン幅(DW)アナライザー結晶位置での１８ｋｅＶ  ＤＥＩ画像、及びピークアナライザー結晶位置で得た１８ｋｅＶ  ＤＥＩ画像を示す。ＤＥＩ例に用いた結晶反射はブラッグ[333]反射である。
【００９８】
図４１Ａ〜４１Ｃは、それぞれ、３０ｋｅＶシンクロトロンラジオグラフの画像（画像）、−１／２ダーウィン幅（ＤＷ）アナライザー結晶位置で得た３０ｋｅＶ  ＤＥＩ画像、ピークアナライザー結晶位置で得た３０ｋｅＶ  ＤＥＩ画像（画像）を示す。ＤＥＩ例に用いた結晶反射はブラッグ[333]反射である。１８ｋｅＶシンクロトロンラジオグラフと比べて、３０ｋｅＶシンクロトロンラジオグラフにおいて、コントラストは減少する。
実験には第２のファントムを用いた。第２のファントムは、デジタルマンモグラフィーシステムをテストするための国際デジタルマンモグラフィー開発グループ（ＩＤＭＤＧ）のために設計された。具体的には、このファントムは、デジタルマンモグラフィーメージングスクリーニングトライアル（ＤＭＩＳＴ）のために開発され、またＭＩＳＴＹ(the Sunnybrook and Women's Research Instituteより入手可能）として知られている。ＭＩＳＴＹファントムは、マンモグラ画像品質を定量する為に用いることができる様々な領域を含む。構造的には、このファントムは、システムコントラストと分解能を定量するために用いることができる、いくつかの高分解能詳細図を含む水銀で強化されたオーバーレイ（上層）を備えた、ポリメチルメタクリル酸塩（ＰＭＭＡ）からなる。
【００９９】
ＭＩＳＴＹファントムの３種の領域を実験に用いるために選択した。図４２Ａ〜４２Ｃは、３０ｋｅＶ、ブラッグ[333]、ピークアナライザー結晶位置における、ＭＩＳＴＹファントムの３種の異なる領域の画像である。特に、図４２Ａは、一連の線対のクラスター（集合）の画像であり、各クラスターは４本の線を含み、その線間の距離は減少して最早解像が出来なくなるまでである。
図４２Ｂは、一連の星印クラスターの画像であり、これは乳房組織の分類をシミュレートする。各クラスターが６個の星印を含む、７個のクラスターの列が用いられ、各星印のクラスターは１個の星印を欠いた点として持つ。解像度及びコントラストが低下するに従い、星印は可視的でなくなり、スペック（小さな染み）として見える。この実験において、逆転すると石灰沈着シミュレーションとして使用される。
図４２Ｃはステップウェッジ（階段光学くさび、stepwedge）の画像である。このステップウェッジは吸収コントラストを測定するために用いられる。ステップウェッジは６ウェルの定義済みの界面を含む。
【０１００】
この実験において、ＤＥＩ画像は、Fuji   BAS2500 Image Plate Reader 及び Fuji HR V画像プレートを用いて得た。上記のように、画像プレートは弾力性のあるプラスティックシートであり、厚さは約０．５ｍｍであり、有機性の結合剤と組み合わせた光刺激性蛍光物質で被覆されている。さらに、全ての画像は、５０μｍピクセルサイズ及び１６−ビット階調を用いて走査した。画像獲得のために用いられた表面線量は、エネルギーに基づいて変わるが、各エネルギー設定において、ラジオグラフ及びＤＥＩ画像の両者に対して、同一表面線量を用いた。３０ｋｅｖでの画像獲得には表面線量３．０ｍＧｙが用いられ、２５ｋｅｖでの画像獲得には１．５ｍＧｙ，４０ｋｅＶでの画像獲得には０．２ｍＧｙが用いられた。
本実験において、２台の研究読み取り機(study reader)がＣＤ及びＭＩＳＴＹファントム画像結果を解析するために用いられた。多くのＤＥＩ配置間の劇的な差異を組み合わせて標準化したファントムを用いた結果、適切なレベルの統計検出力を達成するために、２台の読み取り機で十分であることが分かった。１人の乳房画像専門家及び１人の医療物理学者が研究に参加した。可視化環境を最適にするために、読み取り機研究は、ピーク輝度５００ｃｄ／ｍ２を備えた、５メガピクセルＣＲＴモニターを用いて、特別に設計された暗室で行われた。読み取り機には各画像に対して階調を合わさせ、また最大可視化のために拡大鏡を用意した。
【０１０１】
障害の周辺全体を可視化できることは、マンモグラフィーにおいて、診断上の重要性を持ち、その１例は、良く制限された境界を備えた良性繊維腺腫、及び境界は明確にされておらず、針状体（スピキュレーション）を持つあるいは持たない、潜在的に悪性腫瘍塊の間の差異である。さらに、石灰沈着及びその形態の可視化は、内在する病理学への洞察を提供することができる。診断上の応用を臨床マンモグラフィーに反映する議論は、読み取り機研究設計に不可欠であり、適切なところでは、仕事を明確な信頼レベルに分ける。
どの因子が最高の性能を与えるかを決定するために、読み取り機により用いられる８個の性能測定を確立した：
１．ＣＤファントムにおいて、外周全体を可視化できる円形の容積；
２．ＣＤファントムにおいて、少なくとも半分の外周が可視化される円形の容積；
３．ＣＤファントムにおいて、外周のどの部分も可視化される円形の容積；
４．ＭＩＳＴＹファントムにおいて、観測される線対群の数；
５．ＭＩＳＴＹファントムの石灰沈着シミュレーションにおいて可視される星印の数；
６．ＭＩＳＴＹファントムの石灰沈着シミュレーションにおいて見える全ての点を備えた最後のクラスター数；
７．ＭＩＳＴＹファントムの石灰沈着シミュレーションにおいて見えるスペック（小さな染み）の数；及び
８．ＭＩＳＴＹファントムのステップウェッジのはっきりと特徴付けられた区分数。
【０１０２】
画像におけるデータを体系化しやすくするために、対応する遂行課題を持つ各ファントムのグラフ表示を各読み取り機に用意し、画像を記録した。ＣＤファントムに対しては、読み取り機には、画像の各行及び列において、どの円形が可視できるか示すことが求められた。ＭＩＳＴＹファントム線対領域を評価するために、読み取り機には、全ての４本線がはっきりと可視される最高のクラスターを示すよう求められた。石灰沈着シミュレーションの記録には、先ず、可視できる全星印数の計数が含まれ、次ぎに、可能な２９点の中、各クラスター内に見える星印点の数の計数が含まれた。さらに、読み取り機には、可視できる全てのスペック（小さな染み）数の計数が求められた。興味あるステップウェッジ領域に対して、読み取り機には、６個の境界面の中どれが最もはっきりと可視されるかマークすることが求められた。画像提出の順番は、記録のために、各読み取りに対して、無作為にされた。
ばらつきの多元解析を用いて、全て８個の結果に合わせた。解析には、ビームエネルギー、結晶反射、カーブ位置、及び読み取り機の全ての相互作用が含まれた。BoＸCox変換をいくつかの結果に適用して、正規性の仮定の有効性を検証した。全ての因子を比較する際多くの結果を考慮したので、ボンフェローニ(Bonferroni)テストを用いて、有意性レベルとして０．０５／８（０．００６２５）をセットすることで、全体的Type I誤差を調節した。この有意性レベルにおいて、全ての因子の組合せにおいて、性能の差異を比較するために、トゥキイ（Tukey）テストを用いた。
【０１０３】
ＣＤファントム結果
外周のどの部分も可視可能である円形の容積に対し、２台の読み取り機間で有意な差異は無く（ｐ値＝０．０１８５）、また異なるエネルギー間でも差異は無かった（ｐ値＝０．０１７６）。しかしながら、該円形容積に対し、結晶反射及びロッキングカーブ位置の両者、並びにこれらの相互作用は有意であった（全３部門のｐ値＜０．００１）。ターキーテスト解析によると、ブラッグ[333]反射では、より大きな容積が見られる。ラジオグラフは、最低の可視容積を持ち、また−１／２ＤＷ，＋１／２ＤＷ，及びピークアナライザー結晶位置の間には殆ど差がなかった。
結論が少なくとも半分の外周が可視可能である円形の容積に及ぶ時、全ての因子の主要な効果は、ｐ値が０．００１以下であり、有意である。トゥキイテスト解析によると、２５ｋｅＶは最善の結果をもたらし、２５ｋｅＶ及び３０ｋｅＶの両者は、１８ｋｅＶ及び４０ｋｅＶよりもより可視可能な容積を作り出した。このデータによると、結晶反射とアナライザー位置の間には有意な相互作用がある（ｐ値＜０．００１）。ブラッグ[333]反射とピークアナライザー位置の組合せは、最大の可視可能な容積を作り出すが、ブラッグ[333]、＋１／２ＤＷ及びブラッグ[333]、−１／２ＤＷ位置の組合せより良く機能したことを支持する証拠はない。シンクロトロンラジオグラフは、最低の可視領域を作り出した。
外周全体が可視可能である円形の容積に対して、ただ、読み取り機の主要な効果、ビームエネルギー、及びロッキングカーブ位置が、それぞれ、ｐ値が、＜０．００１、＝０．００２、＜０．００１で、有意である。トゥキイテスト解析によると、ビームエネルギーの全てのレベルについて差異は無いが、データの傾向としては、２５ｋｅＶは３０ｋｅＶより良く機能し、後者は、４０ｋｅＶ及び１８ｋｅＶより良く機能した。他の実績測定については、シンクロトロンラジオグラフは最小の可視可能な容積を作り出した。
【０１０４】
ＭＩＳＴＹファントム
線対群の解析により、ビームエネルギー、結晶反射、及びアナライザーロッキングカーブ位置の主要な効果は、全てｐ値が０．００１以下であり、有意である。さらに、結晶反射とロッキングカーブ位置野間には、有意な相互作用があるようである（ｐ値＜０．００１）。このデータより、ピークアナライザー位置における１８ｋｅＶ、ブラッグ[333]、の組合せは、ピーク又は＋１／２ＤＷアナライザー位置における２５ｋｅＶ、ブラッグ［３３３］の組合せは、よく機能したことがわかる。線対領域に対する最善の成績は、ロッキングカーブ位置＋１／２ＤＷにおける、３０ｋｅＶ、ブラッグ[333]である。
高度に平行化されたＸ線ビームを備えたシステムにおいて、発散Ｘ線のために設計されたファントムを用いて作成した星印クラスター画像の多くには、アーティファクトが存在した。完全を期すため、及び従来型のファントム全体としての構造設計が、可視化にどの様に影響するかを実証するために、データを示した。可視化した星印数の解析によると、ビームエネルギーだけが、ｐ値＝０．００２６で、有意である。テスト結果によると、２５ｋｅＶが最善の選択であるが、３０ｋｅＶと有意に差がない。全ポイントが見える最後のクラスター番号については、どの因子も有意ではない。見えるスペックの数からのデータによると、最善の組合せは、１８ｋｅＶとブラッグ[111]、１８ｋｅＶとブラッグ[333]、並びに３０ｋｅＶとブラッグ[111]又は [333]反射のいずれかである。
【０１０５】
ステップウェッジ領域に対し、ビームエネルギーの差異レベル及び異なるロッキングカーブ位置の間に有意な差異が在るようである。データによると、１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、及び３０ｋｅＶのビームエネルギーは、ほぼ等価であるが、これら全ては４０ｋｅＶで得た画像より良く機能する。ロッキングカーブ位置の性能への効果は、−１／２ＤＷ、ピーク及び＋１／２ＤＷの位置は等価であり、またシンクロトロンラジオグラフの性能と等しい。
全ての性能測定の解析によると、最適なＤＥＩシステム配置は、−１／２ＤＷ又はピークアナライザー結晶位置におけるブラッグ[333]反射を用いて、２５又は３０ｋｅＶである。表４〜６は、読み取り機研究データのまとめを示す。具体的には、表４は、Ｘ線ビームエネルギーに関する読み取り研究データのまとめを示す。表５は、結晶反射に関する読み取り機研究データのまとめを示す。以下の表６は、ロッキングカーブ位置に従ってグループ化された読み取り機研究のまとめを示す。
【０１０６】
表４：Ｘ線ビームエネルギーに関する読み取り研究データのまとめ
【表４】
2009536717.tif 000032
【０１０７】
表５：結晶反射に関する読み取り機研究データのまとめ
【表５】
2009536717.tif 000033
【０１０８】
表６：ロックカーブ位置に従ってグループ化された読み取り機研究のまとめ
【表６】
2009536717.tif 000034
【０１０９】
ビームエネルギーに関して、両ファントムに対する読み取り機研究データによると、１８ｋｅＶ以上のエネルギーが、ＤＥＩに対して最適である。吸収コントラストは１／Ｅ３に従い減少するので、従来型Ｘ線システムでは、エネルギーが増加するに伴い、軟組織吸収コントラストは、急速に減少する。読み取り機研究データによると、より高いビームエネルギーでは、吸収からの情報の損失は、ＤＥＩ特異的コントラストからの情報により補償される。最初屈折性であった構造に対して、ＤＥＩ感受性は１／Ｅに比例し、４０ｋｅＶ又はそれ以上のエネルギーにおいて、軟組織の画像獲得の潜在力を持つ。消滅に寄与する散乱光の拒絶は、エネルギー非依存的であるが、散乱強度は、エネルギーが増加するに従い減少する。乳房組織における最も重要となる診断上の構造は、顕著な屈折性及び散乱特性を持つことと信じられているので、より高エネルギーでの画像化は、吸収から離れて、屈折及び超微少角散乱コントラストに焦点を合わせることにより促進されるであろう。
ブラッグ[333]反射に対して可視化が増加することは、特により高い性能レベルのＣＤファントムで明白である。ブラッグ[333]反射は大多数の性能測定において優れているが、この反射と、ブラッグ[111]との間の差異は期待以下である。このことは、線フラックスを工学的に考慮すると、ブラッグ[111]反射が容認可能であることを示すかも知れないが、より可能性のある説明は、ファントムの設計が、Ｘ線屈折及び消滅に基づくコントラスト機構を測定するには不適当であると言うことである。
【０１１０】
ピークアナライザー位置が、大多数の性能測定において優れている、アナライザー結晶位置に対して同じ理由付けが適用できるであろう。逸脱しない光子の強度が最大の時、（これがアナライザーロッキングカーブのピークであるが）、吸収コントラスト及び解像度は、最高となる。ロッキングカーブの尾の方向に散乱光子が、除去される構造において、消滅効果はピーク位置でまた役割を果たし、余分のコントラストをもたらす。これらのファントムは、Ｘ線吸収に基づく画像化システムをテストするために設計されたので、ピーク位置は、この種の研究で最善に機能するであると期待される。屈折コントラストは、ロッキングカーブのピークでは存在せず、また一般的に、−１／２ＤＷ及び＋１／２ＤＷの性能と等しい又は減少することは、非常に屈折性であるファントムに構造が不在であることを示す。
本研究は、画像品質に対して各システム構成要素が持つ効果への洞察を得るために設計され、最も有用である画像処理方法に付いてではない。画像化の全パラメーター空間を狭くする第一歩として、各配置について生のデータの解析が、見かけ上の吸収及び屈折画像を作り出すためにＤＥＩ画像対を処理するよりも、より適切である。
最も勇気づける結果の一つは、より高いエネルギーのＸ線−潜在的には４０ｋｅＶの高さ−を用いることができる能力である。より高いエネルギーでの光電効果の急速な減少は、患者に吸収された光子の数が減ることに対応し、結果的に、劇的に放射線量を減らす。検出器に到達する同数の光子（１０７ｐｈ／ｃｍ２）に対して、１８ｋｅＶにおいて５ｃｍの水を通す表面吸収線量は、３．３ｍＧｙであり、３０ｋｅＶにおいては０．０４５ｍＧｙ及び４０ｋｅＶでは、０．０１６ｍＧｙである。このことは、１８ｋｅＶと比較して３０ｋｅＶでは７３倍の減少、及び４０ｋｅＶでは２０６倍の減少を表す。吸収は組織の厚さと共に増加するので、この線量の減少はより厚い試料に対してはさらに大きい。
【０１１１】
多重画像ラジオグラフィーを用いた乳癌コントラスト機構の解析
ＤＥＩ及びＭＩＲ技術を用いた乳房画像研究は、従来型のマンモグラフィーと比較して可視化の点で進歩を示した。特に、乳癌フィブリルの内在するコントラスト機構を解析するために、ＤＥＩ技術を用いた研究は、Ｘ線消滅が画像コントラストにおいて大きな役割をすることを示した。さらに、乳癌スピキュレーション（針状体）の研究は、対応するラジオグラフと比較すると、ＤＥＩピーク画像が８から３３倍増加することを示した。ＭＩＲは、対象物の超微少角散乱を表す画像を加えることで、より完全で、厳密なこれらの特性の評価を可能にした。
本研究は、Ｘ線源の使用可能なエネルギー範囲の拡張及びＸ線吸収の必要の低下又は除去に対処する。軟組織における吸収コントラストは光子エネルギーが増加すると急激に減少するので、乳房組織における内在するＸ線コントラスト機構は、非シンクロトロンベースのＤＥＩシステムでは、危機的になる。より高エネルギーＸ線の使用は、検出器に達する入射光子の数を増加することにより、ＤＥＩシステムの効率を上げ、またＸ線吸収の減少は、表面及び吸収した放射線量を低下させる。しかしながら、もし乳房組織可視化において、吸収が主要となるコントラスト機構であるならば、どのＤＥＩシステムも従来型のＸ線システムと同様の範囲のより低いエネルギーのＸ線を用いるかも知れない。この実験は、さらに１８ｋｅＶと６０ｋｅＶでのシステムの特性を比較する。
【０１１２】
乳房組織における、エネルギー依存性の吸収、回折、及び散乱を評価するために、固有の特徴を持つ４種の乳房組織資料を多くのＸ線エネルギーで画像化し、ＭＩＲを使って処理し、個々のコントラスト構成要素を分離した。研究に用いたエネルギー領域は、従来型のモリブデン及びタングステンＸ線管を用いたエネルギー、それぞれ１８ｋｅＶ及び６０ｋｅＶ、に基づいて定めた。２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、及び５０ｋｅＶのビームエネルギーを選択し、各ＭＩＲコントラスト機構に対して、密着してコントラストの減少を追跡した。
一つの実験において、NSLS X-15Aビームラインでの画像化に３個の乳癌試料を選んだ。ＭＩＲ画像セット及びシンクロトロンラジオグラフは、NSLSでのＸ−１５Ａビームラインを用いて得た。画像取得には、Photonic Science VHR-150  Ｘ線カメラを用いて、１２０ｍｍｘ８０ｍｍのＦＯＶ及び３０micron pixelサイズで得た。
Ｘ線屈折及び散乱に関して、光電効果の急激な減少は一定表面線量を維持することを困難な課題としている。例えば、１８ｋｅＶでのＸ線吸収に対して最適化した表面線量を用いて得た画像は、光子吸収の減少により、６０ｋｅＶのようなより高いビームエネルギーでは、ひどく露出過度になるであろう。ＭＩＲ画像化に用いるエネルギー範囲の中間、４０ｋｅＶ、モノクロメーターを調節することにより、また平均的露出にするための表面線量を検出器の動作範囲のおよそ中間に選択することで、バランスを見出した。１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ及び４０ｋｅＶのＭＩＲ及びラジオグラフ画像に対し表面線量３５０ｍｒａｄを選択した。湾曲した磁場Ｘ線源からのこれらのエネルギーの光子フラックスが急激に減少するので、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶで用いた表面線量は、５０ｋｅＶでは２０ｍｒａｄまた６０ｋｅＶでは４ｍｒａｄと減少した。アナライザー結晶ロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）はエネルギーの増加に伴い減少する。
ロッキングカーブの肩で、屈折コントラストは優勢となり、各エネルギーに対するサンプリングパラメーターの僅かな修正を必要とする。ロッキングカーブ幅に無関係に各ＭＩＲセットに対して、２１画像を得た、また高エネルギーでは、ＦＷＨＭの減少を補正するために、角度範囲及びシ−タ（θ）増分を減らした。図４３は、異なるエネルギーに対する、乳房における吸収、インコヒーレントな散乱及びコヒーレントな散乱の寄与率を示すグラフである。
【０１１３】
NSLSでの画像に対して、４種の乳房試料を選択した。１８ｋｅＶ及び２５ｋｅＶで得たＭＩＲ画像を、各０．５マイクロラジアン毎にサンプリングして、ピークより−５から５マイクロラジアンの範囲で得た。３０ｋｅＶ及び４０ｋｅＶでは、θ角度増分が０．４ミクロラジアンで、ＭＩＲ画像のサンプリング範囲は、±４マイクロラジアンに減少した。５０ｋｅＶでは、角度幅±３ミクロラジアン、θ角度増分０．３マイクロラジアンを用い、また６０ｋｅＶでのＭＩＲ画像には角度幅±２マイクロラジアン、θ角度増分０．２マイクロラジアンを用いた。各エネルギー及び線量に対して、対応するシンクロトロンラジオグラフを得た。さらに、乳房試料を、General Electric Senographe 2000D (General Electric Company of Fairfield, Connecticutより取得可能)を用いて画像化した。各エネルギーで、１枚の画像のために用いた線量は、熱ルミネッセンス検出器を用いて、平均乳腺線量、試料を通しての分布、及び画像生成に必要なフラックスを測定した。
従来技術と比較するため、図４４は、従来型のラジオグラフィーシステム上の乳房試料例の画像である。この試料は、GE Senographe 2000Dを用いて、１００micron pixel分解能で、空気中で画像化したものである。図４５Ａ〜４５Ｆは、本明細書に記載した対象物に従った技術を用いて、それぞれ１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶのビームエネルギーにおける同一試料のシンクロトロンラジオグラフである。これらの画像は、NSLSでの画像に対して用いたと比較しうる圧縮度で、空気中で得た。
【０１１４】
図４６Ａ〜４６Ｆは、それぞれ１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶのＭＩＲビームエネルギーを用いた乳房試料の画像である。特に、図４６Ａは、サンプリングパラメーター±５ミクロラジアン、θ角度増分０．５ミクロラジアンで、１８ｋｅＶにおけるＭＩＲを用いた乳房試料の画像である。図４６Ｂは、サンプリングパラメーター±５ミクロラジアン、θ角度増分０．５ミクロラジアンで、２５ｋｅＶにおけるＭＩＲを用いた乳房試料の画像である。図４６Ｃは、サンプリングパラメーター±４ミクロラジアン、θ角度増分０．４ミクロラジアンで、３０ｋｅＶにおけるＭＩＲを用いた乳房試料の画像である。図４６Ｄは、サンプリングパラメーター±４ミクロラジアン、θ角度増分０．４ミクロラジアンで、４０ｋｅＶにおけるＭＩＲを用いた乳房試料の画像である。図４６Ｅは、サンプリングパラメーター±３ミクロラジアン、θ角度増分０．３ミクロラジアンで、５０ｋｅＶにおけるＭＩＲを用いた乳房試料の画像である。図４６Ｆは、サンプリングパラメーター±２ミクロラジアン、θ角度増分０．２ミクロラジアンで、６０ｋｅＶにおけるＭＩＲを用いた乳房試料の画像である。
【０１１５】
平均乳腺線量及び分布を熱ルミネッセンス検出器を用いて測定した。図４７Ａ〜４７Ｆは、それぞれ１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶのビームエネルギーでの平均乳腺線量及び分布を示すグラフである。
図４８は、本明細書に記載した対象物に従い、ＭＩＲの為に使用したエネルギーに対する、Ｘ線ビームエネルギーを示すグラフである。各エネルギーに対して求めた線量計データを用いて、各ラジオグラフ及びＭＩＲセットの構成要素を得るために用いたフラックスを計算し、図に示した。
上記の実験は、ＭＩＲを用いる乳房画像化は如何に広いエネルギー領域で機能するかと言うことを示す。吸収だけを考えると、４０ｋｅＶ又はそれ以上のエネルギーで殆ど吸収コントラストが無いように、エネルギーが増すと、軟組織のコントラストは劇的に減少することが予想されるであろう。各エネルギーにおけるシンクロトロンラジオグラフは、コントラストの減少を示し、特に６０ｋｅＶにおいて、軟組織では実質的にゼロ吸収コントラストである。
モリブデン源を用いた従来型のＸ線管に基づく画像取得時間は、臨床的画像化に対して必要な時間窓をはるかに超えて、１０，０００秒ほどの長さである。モリブデンＸ線管は固定した陽極を持ち、これは熱散逸を制限し、また単位時間に発生できるフラックス上に深刻な工学的制限を置く。タングステンＸ線管は、大きな、回転陽極を持ち、ずっと高電圧及び高電流に堪えられる。タングステンＸ線管は、フラックス及び熱散逸において、多くの長所を有するが、タンクステンにより発生した固有Ｘ線は、軟組織において吸収コントラストを生成するには高過ぎる。しかしながら、この実験によると、屈折と散乱のＭＩＲ特異的コントラスト機構は、Ｘ線吸収の必要無しに優れた軟組織コントラストを生成することが分かる。
【０１１６】
高エネルギーでの光子の減少は、線量分布曲線からも明らかであり、１８ｋｅＶと６０ｋｅＶの分布間で大きな差異がある。１８ｋｅＶでは、組織での吸収により、フラックスの大きな低下がある。このフラックスの低下は、エネルギー増加と共に減少し、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶにおいて、光子は最高に透過する。吸収の減少は、効率の増加に変わり、このことは図４８に示すフラックス測定で明らかである。
実験に対して、適合アルゴリズムを校正するために、既知の直径及び屈折率の多数のナイロン単一フィラメントファイバー及びルーサイト桿体を解析のために選んだ。乳癌針状体の直径及び幾何学構造を近似するためにより小さなナイロンファイバーを選んだ。４０ｋｅＶＸ線ビームエネルギー及び３５０ｍｒａｄ表面線量を用いて、各試料及び対応するシンクロトロンラジオグラフが捕捉された。ＭＩＲに対しては、±４マイクロラジアンの角度分布及び０．４マイクロラジアンのθ増分を選んで、２１画像を作成した。これらの画像を、ＭＩＲ法を用いて処理して、Ｘ線吸収、屈折及び散乱から作られたコントラストを表す画像を作り出した。
【０１１７】
２次元画像から３次元情報を抽出することは、不均一対象物（対象物）に対して特に、重要な課題を提示する。乳癌針状体は、自然では円筒形であり、これは、これらの材料特性に関して近似的に作られることを許可する。乳癌針状体についての情報を抽出するために、解析方法を設計し、また校正することが、先ず必要である。適切なＭＩＲベースの解析方法を用いて、ナイロン及びルーサイトファイバー、及び乳癌針状体の直径及び屈折率を測定した。これら２種の重要な特性と共に、ファイバー及び針状体の多くの他の側面が解析出来て、またモデル化できる。ＭＩＲ画像には、３種類のコントラスト構成要素があるが、臨床的画像化システムにとって、屈折画像が最も重要でありそうである。もしより高いエネルギーＸ線が画像化に用いられるならば、屈折画像と比較して、吸収画像の質は悪いだろう。ロッキングカーブの尾において、フラックスは主に減少するので、散乱画像もまた、屈折画像に比べると二次的役割のままであろう。多くの乳癌試料を横切る屈折率の計算及び比較によって、屈折コントラストを生成する材料特性は、矛盾が無く、異常ではないと言うことが、ある程度保証され得る。
【０１１８】
方法の校正は、様々な直径のナイロン及びルーサイトファイバーを用いて行われた。直径２００ミクロン、３６０ミクロン及び５６０ミクロンのナイロンファイバーをＭＩＲを用いて、４０ｋｅＶで、サンプリング範囲−４から４マイクロラジアン、及びθ増分０．４ミクロラジアンで、画像化した。臨床的に重要な針状体の、幾何学構造及び直径を近似するためにこれらのファイバーを選んだ。直径１３，０００ミクロン及び１９，０００ミクロンのより大きなルーサイト桿体は、より大きな直径の対象物に対するアルゴリズムを評価するために選んだ。図４９は、ＭＩＲを用いたファイバー直径の見積りを示す画像である。ナイロンファイバーは弱い吸収性があり、従って、ＤＥＩ及びＭＩＲコントラストを評価するための完全なファントム材料である。図４９におけるファントムは、減少する直径のナイロンファイバーを用いて、ＭＩＲ及びＤＥＩのコントラストと及び解像能を測定するために設計した。直径が小さい程、画像課題はより困難である。
ナイロンファイバー及び乳癌針状体のような円筒型対象物は、ナイロンファイバー屈折プロフィールを示すグラフである、図５０に示すような特徴的屈折プロフィールを示す。屈折は桿体の端で最大であり、中間でゼロであろう。対象物を円筒型と仮定すると、ＭＩＲ又はＤＥＩ屈折画像から屈折痕跡を用いて、直径に外挿することができる。既知の直径の円筒について、ファイバー又はフィブリル（微細繊維）の屈折係数が外挿できる。
【０１１９】
以下の表７及び８はナイロン及びルーサイト直径及び屈折係数情報を含む。
表７：ＭＩＲ直径の校正
【表７】
2009536717.tif 000035
【０１２０】
表８：ＭＩＲ屈折係数の校正
【表８】
2009536717.tif 000036
【０１２１】
図５１は、直径校正に合うMIR屈折を示すグラフである。既知の大きさのフィブリル（微細繊維）は画像化された、また屈折係数及び直径を計算するために、あるアルゴリズムが用いられた。乳癌に見られる針状体は、ナイロンファイバーに類似した性質を持つという理由で、システムキャリブレーションにナイロンファントムが使われた。
この実験において、ナイロン及びルーサイトファイバーに対して直径及び屈折係数を抽出する為に用いられた同じ方法を、３個の分離した乳癌試料中の興味ある５個の領域に適用した。図５２A〜５２Cは、乳癌試料のMIR屈折画像である。以下の表９は、計算した針状体直径及び屈折係数を示す。
【０１２２】
表９：フィブリル屈折係数
【表９】
2009536717.tif 000037
【０１２３】
図５３は、本明細書に記載した対象物に従いＤＥＩシステムにより得た局所化した乳癌塊及び針状体のＭＩＲセットの画像である。
図５４Ａ〜５４Ｅ従来型のラジオグラフと比較したＤＥＩによるフィブリルの可視化を示す画像である。特に、図５４Ａは、浸潤性の小葉癌を含む乳房組織の従来型ラジオグラフの画像である。試料は組織学的評価を受け、１ｃｍ白箱中のフィブリルは、腫瘍の表面から広がる腫瘍の指に相当すると確認された。図５４Ｂは、図５４Ａの１ｃｍ白箱により示された領域の拡大図を示す、従来型のラジオグラフ画像である。図５４Ｃ〜５４Ｅは、図５４Ａの１ｃｍ白箱により示された領域の拡大図を示す、ＤＥＩ画像である。領域のこれらの拡大図において、従来型のラジオグラフよりＤＥＩ画像において組織コントラストは高いことは明らかであり、ＤＥＩ画像では、当該構造はかろうじて見ることができる。
ＤＥＩの改善されたコントラストを定量するために、フィブリルのコントラストを、図５４Ｂ〜５４Ｅに垂直白線に示す画像プロフィールに沿っての計算により測定した。組織試料の他の領域に対しても計算を繰り返した。統計解析によると、ＤＥＩ屈折画像は、従来型ラジオグラフより８〜１４倍大きなコントラストを持ち、一方ピーク画像は、ラジオグラフより１２〜３３倍大きなコントラストを持った。
【０１２４】
Ｘ線屈折及び散乱画像化に内在する物理は、吸収に基づく画像化の１００プラス年の歴史に比較すると、なお研究の初期段階にある。生物組織に特有の不均一性が与えられると、およそ円筒型の乳癌星印状体の解析により、信頼性を持って多くの組織標本と比較できる診断的に有用な特徴が提供される。
空気中で画像化した多数の標準化した均一円筒を用いると、屈折ベースの合わせアルゴルズムの正確な校正が可能となる。生物組織の解析のためにこのアルゴリズムを用いると、生物組織の不均一な性質により、計算にエラーが入り込む可能性があるが、乳房組織の特性及び診断への応用は、絶対計算におけるこの種のエラーの重要性を減ずる。
従来型のマンモグラフィーにおける基本的な問題は、脂肪細胞という非常に高い吸収バックグラウンドに漬けられた低コントラスト対象物を可視化する上での困難さである。腫瘍性病変は時間と共に、大きさも密度も増加し、最終的には、十分大きく、高い密度になり、バックグラウンドを超えて盛り上がり、従来型の方法でも可視可能となる。乳癌死亡率は、病変の大きさ及び進行度に直接関係するので、悪性病変の発生と検出までの時間を減少させることが、全ての新乳房画像化様式のゴールである。
【０１２５】
良性及び悪性構造との間を区別する一助にするために、多くのＸ線コントラスト機構の差異を利用することにより、ＤＥＩ及びＭＩＲは従来型ラジオグラフを改善する。脂肪組織は小さな悪性病変に類似したＸ線減衰を起こすかも知れないが、これらは、同じ屈折痕跡を持たない。脂肪組織は殆ど屈折及び散乱コントラストを持たないが、乳癌病変の小さな円筒針状体は、大きな屈折及び散乱痕跡を持つ。４０ｋｅＶにおいて、軟組織の吸収コントラストは最低であり、さらに、当該病変とバックグラウンド組織の間で、全体としてのコントラスト勾配が増加する。
針状体に対する屈折コントラストのさらなる利得は、その幾何学構造から来るもので、これはＸ線屈折にとって理想的である。円筒型対象物への平行化したＸ線ビーム入射二対して、屈折コントラストは、円筒型の先端部及び底部において最大となり、中央において最低の屈折コントラストを持つであろう。円筒の直径が減るに伴い、吸収コントラストのレベルがバックグラウンドまで下がった後も、対象物の幾何学構造により屈折コントラストは変わらないままである可能性がある。多くの乳癌針状体を横切って得る屈折係数値によると、材料特性は似ており、またコントラストの上昇は、最も類似した癌試料で観察されることを示す。
【０１２６】
乳房組織の可視化促進を与える内在するコントラスト機構の決定は、非シンクロトロンベースのＤＥＩ／ＭＩＲシステムを設計する上で、最優先事項である。この研究によると、屈折と散乱のＭＩＲ特異的コントラスト機構は、構造可視化において、主要な役割を演じ、さらに、病変可視化において、Ｘ線吸収への依存性を減らす。Ｘ線吸収の減少は、患者の吸収線量の減少と言い換えられ、このことは、従来型のマンモグラフィーに必要とされる相対的に高線量を考慮すると、途方もない利点である。
これらの実験でナイロンを使用することは、将来のモデリング及びシミュレーション実験のための可能性のある用途を示す。同様な幾何学構造、直径、及び屈折係数を備えて、ナイロン単一フィラメントは、これらの診断上重要な構造が何故高いコントラストを生み出すのかについての洞察を提供する。
【０１２７】
コンピューターシミュレーション
コンピューターシミュレーションソフトウェアーを、ＤＥＩ設計を検査するために開発した。開発したソフトウェアーは、患者線量を計算し、また、線源、結晶、対象物及び検出器の特定の配置及び仕様に基づいて、ＤＥＩシステムを通して、Ｘ線フラックスを追跡するために光線痕跡を用いる。結晶光学は、望まない方向に進むＸ線を退けるので、ＤＥＩの主要な実現性障害は、消失せず検出器平面に到達する十分な数の光子を獲ることである。
システムパラメーター仕様のリスト、及び一つの設計に対するシミュレーション結果をそれぞれ、以下の表１０及び表１１に提供する。
表１０：システムパラメーター仕様
【表１０】
2009536717.tif 000038
【０１２８】
表１１：システムパラメーター結果
【表１１】
2009536717.tif 000039
＊全ての減衰は、組織中へのエネルギー堆積になるという最悪の見積り
【０１２９】
図５５Ａ〜５５Ｃは、ＤＥＩシステムの概要図であり、一般的に５５００と表され、本明細書で記載された対象物の実施態様に従い、コンピューターシミュレーションソフトウェアーを用いてシミュレートした。特に、図５５Ａ〜５５Ｃは、ＤＥＩシステムの俯瞰図、側面図及び上面図である。図５５Ａ〜５５Ｃに関しては、Ｘ線ビームは線源を持つＸ線管ＸＴにより発生する。一つのシミュレーションにおいて、Ｘ線管ＸＴは、Siemens DURA(R) Akron B Ｘ線管（Siemens Medical Solutions USA, Inc. of Malvern, Pennsylvaniaより入手可能）として、シミュレートした。ジーメンス（Siemens）Ｘ線管は、タングステンターゲットを含むので、これは、５９．３ｋｅＶで、Ｋα１Ｘ線を作成する。従って、Ｘ線管ＸＴは５９．３ｋｅＶでＫαＸ線を発生するようシミュレートした。ビームが患者に達する前に結晶光学システム内での損失を克復するために必要なフラックスを得るために、ＤＥＩの為には強力な管が必要かも知れない。ジーメンスＸ線管は回転陽極を有し、これは熱を散逸させ、管が高電圧（６０ｋＷ）で作動することを可能にする。シミュレートしたＤＥＩシステムは、管上の線源ポートを用いる。
図５６は、本明細書に記載した対象物の実施態様に従って、ＤＥＩモノクロメーター結晶５６０２と組み合わせたログスパイラル（対数ラセン）焦点合わせ要素５６００の俯瞰図である。図５６に関しては、要素５６００は、光子フラックスを増やすために配置した湾曲した回折結晶であることができる。要素５６００はＸ線源に対して大きなターゲット範囲を提供するが、これは高能力を作り出すことが出来て、放射された放射線を集光して薄い仮想的線源を作る。この仮想的線源は、小さく、強く輝くことができる。さらに、湾曲回折結晶５６００は、ログスパイラルの一部の表面である。
【０１３０】
図５７は、コースティックな線源を備えた、ログスパイラル要素の焦点効果を描写する俯瞰図である。表面の形により、ブラッグ回折要素は、焦点を作るデバイスとして働く。ログスパイラル要素は次の特徴を有する：（１）輝度が最大である、固定した放射角度で、大きなターゲット範囲から放射する光を集める；（２）これはビームを分光する；（３）これは、放射光を高い輝度の、仮想線源にするように焦点合わせする。図５８Ａ及び５８Ｂは、それぞれ、実験研究のための説明システムの上面図、及び正面図である。図５８Ａ及び５８Ｂに関しては、図は、放射線を焦点合わせして、高輝度の、仮想線源を作るためのログスパイラル要素を描く図である。
ＤＥＩシステム５５００は３個の結晶を含む：プレモノクロメーター、モノクロメーター及びアナライザー。３個全ての結晶は、シリコンであり、［４４０］反射指令に調節する。この方向にスライスすることにより、大きな結晶を作ることができる。その様な結晶は直ちに入手可能である。
ＤＥＩシステム５５００のシミュレーションにおける走査プロトコールは、検出器Ｄに対し６秒にセットされた。一つの例において、検出器Ｄは、画像ラインについて１度出力する単一ラインデバイスであることができる。他の例において、検出器Ｄは、Ｘ線ビームを横切る対象物Ｏの運動に同調して走査する全分野デバイスであることができる。単一ライン検出器又は全分野検出器のいずれかにおいて、画像データーの１ライン又は１片は、同時に得られる。
【０１３１】
他の例において、検出器Ｄは、厚い吸収物を用いて空間解像度の顕著な損失無しに、高エネルギーにおける効率を得るために用いる、Ｘ線より直接荷電変換する検出器であるかも知れない。図５９は、Ｘ線より直接荷電変換する検出器の概念図であり、一般的に５９００と記される。検出器５９００は、タングステンＸ線管によって発生するような、高Ｘ線エネルギーで、良好な空間解像度及び阻止力を提供することができる。ＣＺＴ，ＩｂＩ２又はＨｇＩ２のような、より高いＺ及び密度を持つ検出器材料が、高エネルギー性能を上げる為に使われた。
シミュレーションの結果によると、検出器におけるフルーエンスは、ピクセル当たり約６００光子であり、これは従来型マンモグラフィーの約１／３から１／９である。従って、シミュレーション結果によると、シミュレートしたＭＩＲシステムのノイズレベルは、従来型のマンモグラフィーより約１．７から３倍高いであろう。しかしながら、低いノイズレベルにおいて、従来型マンモグラフィーより、屈折コントラストは、８から３３倍高い。
さらに、シミュレートしたＤＥＩシステムに対し、平均乳腺線量は、約０．００４ｍＧｒａｙであり、これは、５ｃｍ圧縮において、従来型マンモグラフィーより約２５０から７５０倍低い。１０ｃｍ圧縮に対して、ＭＩＲにおける吸収線量は、０．０１９ｍＧｒａｙであり、これは同一圧縮率における従来型マンモグラフィーで得られる値より、１千倍低い。
【０１３２】
画像結果の例
上述のように、シンクロトロン及びＸ線管は、本明細書で記載した対象物に従って、ＤＥＩ画像を作り出すためのＸ線源として２種類の適切なタイプのＸ線源である。比較の目的で、図６０Ａ及び６０Ｂは、本明細書で記載された対象物に従う、それぞれ、シンクロトロンベース及びＸ線管ベースのシステムにより、同じナイロンフィブリルファントムから作られた画像である。図６０Ａの画像は、６０ｋｅＶのシンクロトロンにより発生したＸ線ビームより作られ、４．０ｍｒａｄの線量で、アナライザーロッキングカーブ位置＋０．４ミクロラジアンで得られた。図６０Ｂの画像は、０．４ｍｒａｄの線量で、アナライザーロッキングカーブ位置＋０．４ミクロラジアン、及び１６０ｋＶ及び６．２ｍＡの管設定で作られた。画像化したナイロンファイバーは、直径５６０micron（最上のファイバー）、３６０micron（中央のファイバー）及び２００micron（下のファイバー）である。ナイロンファイバーは、非常に弱い吸収を持ち、従って、これらの画像は、このように弱い吸収材料を見るための屈折画像化を用いた利点の一つである。特に、例えば、軟組織の画像が、本明細書に記載した対象物に従い、１６０ｋＶの電圧を用いたＸ線管を使って得ることができることを、これらの結果が示していることに注目することが重要である。
図６１は、本明細書に記載した対象物に従う技術を用いて、図４４，及び４５Ａ〜４５Ｆに示された同じ乳房試料のシンクロトロン屈折画像である。この例において、ビームエネルギーは６０ｋｅＶで、線量は４ｍｒａｄであった。
【０１３３】
比較の目的で、図６２Ａ及び６２Ｂは、本明細書に記載した対象物に従い、それぞれ、Ｘ線管及びシンクロトロンを用いて得た乳房組織試料の同じ部分の画像である。図６２Ｂに示した画像は、０．４ｍｒａｄの線量で、Ｘ線管を用いて得た。図６２Ｂに示した画像は、アナライザー位置＋０．４ミクロラジアン及び、３５０ｍｒａｄの線量で、４０ｋｅＶシンクロトロンを用いて得た。
図６３は、本明細書に記載した対象物に従い、Ｘ線管を用いて得た乳癌切除試料の画像である。該画像は、０．４ｍｒａｄ線量で、７．０ｃｍ、全厚み、最小圧縮乳房を通して得た。最適の画像を得るために、他の対象物又は組織に対して０．５ｍｒａｄ又はそれ以下の線量を適用することができる。この画像は、従来型のマンモグラフィーと比較して、数百倍少ない線量で全厚みの乳房組織の診断特徴を示す。本明細書で記載した対象物は、厚みの大きな軟組織対象物の画像を得ることができるという理由で有利である。以前のシンクロトロンベースのデバイスは、この様な画像を得ることが出来なかった。さらに、例えば、本明細書に記載された対象物は、軟組織対象物のような対象物に非常に低線量を適用することにより、この様に高画質の画像を得るために用いることができる。本明細書に記載した対象物は、高画質画像を得るために、従来型のラジオグラフィーより高エネルギーのＸ線ビームを使うことが出来て、従って、本明細書に記載した対象物は、患者の安全性を考慮して、低線量を要求することができる。
【０１３４】
適用例
本明細書に記載した対象物に従う、システムと方法は、様々な医学的応用に適用できる。上述のように、本明細書で記載したシステム及び方法は、乳房画像に適用できる。さらに、例えば、本明細書に記載したシステム及び方法は、軟骨組織画像、神経画像法、心臓画像法、血管画像法（コントラスト有り、及び無しで）、肺画像法、骨画像法、性尿器画像法、胃腸画像化法、一般的な軟組織画像法、血球システム画像法、及び内分泌システム画像法に適用できる。画像時間及び線量に加えて、高エネルギーＸ線を用いる主要な利点は、画像化できる対象物の厚さである。乳房画像化の様な応用のために、記載したシステムは、全厚みの乳房組織を、臨床的に実現できる画像化時間で画像化することを可能にする。同様のことを、頭、首、手足、腹部、及び骨盤のような、身体の他の領域に対しても言うことができる。Ｘ−線吸収の制限無しに、より高エネルギーのＸ線を用いたＤＥＩの利用は、Ｘ線の透過力を劇的に増加する。軟組織に対して、対象物上へのＸ線光子入射のほんの小部分が吸収され、このことは、Ｘ線管からの放射光子が検知器に届く効率を非常に増加する。
肺画像法については、本明細書で記載したＤＥＩ技術は、肺において優れたコントラストを作り出すことが出来、また肺炎のような肺の状態を診断する上で、盛んに用いることができる。肺における流体集積は、ＤＥＩで容易に検出できる非常に密度の高い勾配を作り出す。周囲の組織の特徴である、密度勾配、及び正常肺組織及び腫瘍を持つ組織間の幾何学構造の違いは、大きく、良いコントラストを作り出す。さらに、本明細書に記載したＤＥＩ技術は、肺癌スクリーニング及び診断にも適用できる。
【０１３５】
骨画像法について、本明細書に記載したＤＥＩ技術は、一般的に骨の優れた画像を作り出すことができる。ＤＥＩの高い屈折と減衰のコントラストは、骨内部の破損及び病変を可視化する上で特に有用であることができる。
さらに、本明細書に記載した対象物に従うシステムと方法は、様々な検査及び産業上の応用に適用できる。例えば、該システム及び方法は、家禽検査のような肉検査に適用できる。例えば、該システム及び方法は、スクリーニング及び／又は除去が要求される、肉内の鋭い骨、羽、及び他の低コントラスト対象物を可視化するために用いることができる。本明細書に記載したシステム及び方法は、この様なスクリーニングに適用できる。
本明細書に記載したシステムと方法は、また商品検査に適用できる。例えば、該システム及び方法は、航空機製造のような、溶接の検査に用いることができる。本明細書に記載したようにＤＥＩ技術は、ジェットタービン回転翼のような深刻な摩擦及び裂け目を受ける重要な構造的部品を検査するために用いることができる。さらに、例えば、本明細書に記載した該システム及び方法は、回路板及び他の電子機器を検査するために用いることができる。他の例として、本明細書に記載した該視システム及び方法は、金属ベルト及び段板保全性の検査ような、疲労検査に用いることができる。
【０１３６】
さらに、本明細書に記載した対象物に従うシステムと方法は、セキュリティスクリーニングの目的に用いることができる。例えば、システムと方法を、空港、及び港でのスクリーニングに使用できる。本明細書で記載したＤＥＩ技術を、プラスチックナイフ、コンポジット銃のような従来型のＸ線では検出が難しいプラスチック及び低吸収対象物、及びプラスチック爆弾のスクリーニングに用いることができる。空港荷物検査のような、大きな対象物の画像化のために、Ｘ線管と検出器の距離を増して、ビームを発散させることができる。より大きな扇形ビームを収容するには、より大きなアナライザー結晶が必要となろう。
記載したデバイスは、コンピューターによる断層撮影画像化システム、又はＤＥＩ−ＣＴに飜訳できる機構を提供する。第３世代従来型コンピューターによる断層撮影システムに類似したＤＥＩ−ＣＴシステムは、同じ装置を使うが、中心点の周りを回転するよう修正されるであろう。あるいは、該システムは、固定したままで、対象物、試料又は患者がビームの中を回転できるかも知れない。この設計によるＤＥＩ−ＣＴシステムは、Ｘ線吸収、屈折、及び超微少角散乱排除（消滅）を表す画像を作るであろう、しかしこれらの画像は３次元に解像されるであろう。
本明細書に記載した対象物の様々な詳細は、本明細書に記載した対象物適用範囲から離れることなく変更可能であると言うことを理解すべきである。さらに、本明細書で記載した対象物は、既に示した請求の範囲で定義づけたように、既述の事項は、例証を目的としたものであり、制限の目的ではない。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
本発明の好ましい実施態様は、以下の添付図面を参照しながら記載される。
【図１】図１Ａ〜Ｃは、本発明の一つの実施形態の対象物の画像を作るＤＥＩシステムの概略図、上面図及び側面図である。図１Ｄと１Ｅは、本発明の別の形態の概略図を示す。
【図２】本発明の一つの実施形態の陰極／陽極管デザインに基づくＸ線管の概略図である。
【図３】本発明の一つの実施形態の図１Ａ〜１ＥのＤＥＩシステムの概略図である。
【図４】本発明の一つの実施形態の図１Ａ〜１ＥのＤＥＩシステムを使用して対象物を画像化する典型的な方法のフローチャートである。
【図５】本発明の一つの実施形態の図１Ａ〜１Ｅ及び３に示されたＤＥＩシステムのアナライザー結晶の側面図である。
【図６】図６Ａと６Ｂは、本発明の一つの実施形態のミスマッチのモノクロメーター結晶を含み、対象物の画像を作るように機能するＤＥＩシステムの概略図、上面図及び側面図である。
【図７】本発明の一つの実施形態の図６Ａと６ＢのＤＥＩシステムを使用して対象物を画像化する典型的な方法のフローチャートである。
【図８−１０】異なる波長におけるゲルマニウム[３３３]及びシリコン[３３３]結晶のデュモン(DuMond)ダイアグラムのグラフである。
【図１１】本発明の一つの実施形態の図６Ａと６ＢのＤＥＩシステムのゲルマニウムモノクロメーター結晶とシリコンモノクロメーター結晶の側面図である。
【図１２】本発明の一つの実施形態のミスマッチのモノクロメーター結晶を含み、対象物の画像を作るように機能するＤＥＩシステムの概略図である。
【図１３−１６】本発明の一つの実施形態のＸ線管と足場上のモノクロメーター単結晶を有するモノクロメータータンクの典型的配置の概略図である。
【図１７】発明の一つの実施形態のＸ線管のＸ線ビームの出口の写真である。
【図１８】図１７に示すＸ線管のＸ線ビームの出口の別の写真である。
【図１９】本発明の一つの実施形態のアルミニウム製のフィルターとコリメーターの写真である。
【図２０】本発明の一つの実施形態のＸ線管の端に適合させるための蓋の写真である。この蓋は、本体から取り外され、切断されているが、曲げられていない。
【図２１】本発明の一つの実施形態のＸ線管の端から望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐためのＸ線管の端の蓋の写真である。
【図２２】本発明の一つの実施形態のＸ線管の側面から望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐためのＸ線管の端に近い場所に設置された遮蔽の別の部分の写真である。
【図２３】本発明の一つの実施形態のモノクロメータータンクから望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐための鉛遮蔽を含むモノクロメータータンクの写真である。
【図２４】本発明の一つの実施形態のモノクロメータータンクから望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐための鉛遮蔽を含む図２３のモノクロメータータンクの写真である。
【図２５】本発明の一つの実施形態の作動状態にあるＸ線管とモノクロメータータンクの写真である。
【図２６】本発明の一つの実施形態のモノクロメータータンクの内部部品の正面写真である。
【図２７】本発明の一つの実施形態の典型的ＤＥＩシステムの上から見た透視図である。
【図２８】発明の一つの実施形態の典型的モノクロメーター結晶の側面図、上面図及び正面図である。
【図２９】発明の一つの実施形態のモノクロメーター結晶の透視図であり、内側領域と外側領域を示し、回転角ChiとThetaを示す。
【図３０】シリコン[１１１]、[３３３]、[４４４]及び[５５５]の回折面を用いた、National Synchrotron Light Source X15A hutch中の単色ビーム束のグラフである。
【図３１】半値幅（ＦＷＨＭ）が小さくなるにつれてロッキングカーブの傾斜が大きくなることを示すグラフである。
【図３２】本発明の一つの実施形態のシンクロトロンＸ線ビームを用いたＤＥＩシステムの実験装置の概略図である。
【図３３】本発明の典型的なアルミニウム製フィルターヒートシンクの写真である。
【図３４】２４時間に渡ってサーミスターにより測定した温度グラフである。
【図３５】本発明の一つの実施形態の典型的な後付の第二のモノクロメーターベースと温度を下げるための水冷却ラインを備えた支持板の写真である。
【図３６】１８ｋｅＶシステムの安定性試験のグラフである。時間に対するアナライザーのピーク位置を示す。
【図３７】１８ｋｅＶシステムの安定性試験の間のNational Synchrotron Light Source（NSLS）Ｘ線のリング電流のグラフである。
【図３８】４０ｋｅＶシステムの安定性試験のグラフである。時間に対するアナライザーのピーク位置を示す。
【図３９】４０ｋｅＶシステムの安定性試験の間のＮＳＬＳ Ｘ線のリング電流のグラフである。
【図４０】図４０Ａ−４０Ｃは、本発明の一つの実施形態の１８ｋｅＶにおいて得られた典型的なＣＤファントムの写真である。
【図４１】図４１Ａ−４１Ｃは、本発明の一つの実施形態の３０ｋｅＶにおいて得られた典型的なＣＤファントムの写真である。
【図４２】図４２Ａ−４２Ｃは、本発明のシステム及び方法によって得られた、ピームアナライザー結晶位置ブラッグ[３３３]における、３０ｋｅＶにおいて得られた典型的なＭＩＳＴＹファントムの３つの異なる領域の写真である。
【図４３】エネルギーに対する、胸部の吸収、非コヒーレント散乱及びコヒーレント散乱のグラフである。
【図４４】典型的な従来の胸部試料のＸ線写真である。
【図４５】図４５Ａ−４５Ｆは、本発明の技術を用いて得た、それぞれ１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶのビームエネルギーにおける同じサンプルのシンクロトロンＸ線写真である。
【図４６】図４６Ａ−４６Ｆは、それぞれ１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶのＭＩＲビームエネルギーにおける胸部試料の写真である。
【図４７】図４７Ａ−４７Ｆは、それぞれ１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶのビームエネルギーにおける腺の平均照射線量とその分布を示すグラフである。
【図４８】本発明のＭＩＲに用いられたエネルギーに対するＸ線ビームエネルギーのグラフである。
【図４９】ＭＩＲを用いたファイバー径の予測値を示すグラフである。
【図５０】本発明の技術により得られた、ナイロン（Ｒ）ファイバー屈折プロファイルを示すグラフである。
【図５１】直径の較正に適合するＭＩＲ屈折を示すグラフである。
【図５２】図５２Ａ−５２Ｃは、本発明の技術により得られた、乳癌試料のＭＩＲ屈折写真である。
【図５３】本発明のＤＥＩシステムによって得られた、局在する乳癌塊と針状体のＭＩＲ写真である。
【図５４】図５４Ａ−５４Ｅは、従来のＸ線写真と比較した、ＤＥＩを用いて可視化した写真である。
【図５５】図５５Ａ−５５Ｃは、本発明の一つの実施形態のコンンピューターシミュレーションソフトウエアを用いてシミュレートしたＤＥＩシステムの概略図である。
【図５６】本発明の一つの実施形態のＤＥＩモノクロメーター結晶に結合されたログスパイラル焦点調製部品の透視図である。
【図５７】コースティックな線源を用いたログスパイラル部品の焦点調製を示す透視図である。
【図５８】図５８Ａと５８Ｂは、実験用キャラクタリゼーションシステムの平面図と立面図である。
【図５９】ダイレクトＸ線−チャージ変換検知器をの概略図である。
【図６０】図６０Ａと６０Ｂは、それぞれ本発明のシンクロトロンに基づくシステムとＸ線管に基づくシステムにより得られた、ナイロン（Ｒ）ファイバーファントムの写真である。
【図６１】本発明の技術により得られた、図４４、４５Ａ−４５Ｆに示す胸部試料のシンクロトロン屈折写真である。
【図６２】図６２Ａと６２Ｂは、それぞれ本発明のＸ線管とシンクロトロンを用いて得られた、乳房組織試料の同じ部分の写真である。
【図６３】本発明のＸ線管を用いて得られた、乳癌切断試料の写真である。
【符号の説明】
【０１３８】
ＸＴ  Ｘ線管
ＸＢ  Ｘ線ビーム
Ｃ１、Ｃ２  コリメーター
ＭＣ  モノクロメーター結晶
ＡＣ  アナライザー結晶
Ｏ  対象物
ＳＴ  走査台
ＤＤ  デジタル検知器
【図１Ａ】
2009536717.tif 000040
【図１Ｂ】
2009536717.tif 000041
【図１Ｃ】
2009536717.tif 000042
【図１Ｄ】
2009536717.tif 000043
【図１Ｅ】
2009536717.tif 000044
【図２】
2009536717.tif 000045
【図３】
2009536717.tif 000046
【図４】
2009536717.tif 000047
【図５】
2009536717.tif 000048
【図６】
2009536717.tif 000049
【図７】
2009536717.tif 000050
【図８】
2009536717.tif 000051
【図９】
2009536717.tif 000052
【図１０】
2009536717.tif 000053
【図１１】
2009536717.tif 000054
【図１２】
2009536717.tif 000055
【図１３】
2009536717.tif 000056
【図１４】
2009536717.tif 000057
【図１５】
2009536717.tif 000058
【図１６】
2009536717.tif 000059
【図１７】
2009536717.tif 000060
【図１８】
2009536717.tif 000061
【図１９】
2009536717.tif 000062
【図２０】
2009536717.tif 000063
【図２１】
2009536717.tif 000064
【図２２】
2009536717.tif 000065
【図２３】
2009536717.tif 000066
【図２４】
2009536717.tif 000067
【図２５】
2009536717.tif 000068
【図２６】
2009536717.tif 000069
【図２７】
2009536717.tif 000070
【図２８】
2009536717.tif 000071
【図２９】
2009536717.tif 000072
【図３０】
2009536717.tif 000073
【図３１】
2009536717.tif 000074
【図３２】
2009536717.tif 000075
【図３３】
2009536717.tif 000076
【図３４】
2009536717.tif 000077
【図３５】
2009536717.tif 000078
【図３６】
2009536717.tif 000079
【図３７】
2009536717.tif 000080
【図３８】
2009536717.tif 000081
【図３９】
2009536717.tif 000082
【図４０Ａ】
2009536717.tif 000083
【図４０Ｂ】
2009536717.tif 000084
【図４０Ｃ】
2009536717.tif 000085
【図４１Ａ】
2009536717.tif 000086
【図４１Ｂ】
2009536717.tif 000087
【図４１Ｃ】
2009536717.tif 000088
【図４２Ａ】
2009536717.tif 000089
【図４２Ｂ】
2009536717.tif 000090
【図４２Ｃ】
2009536717.tif 000091
【図４３】
2009536717.tif 000092
【図４４】
2009536717.tif 000093
【図４５】
2009536717.tif 000094
【図４６Ａ】
2009536717.tif 000095
【図４６Ｂ】
2009536717.tif 000096
【図４６Ｃ】
2009536717.tif 000097
【図４６Ｄ】
2009536717.tif 000098
【図４６Ｅ】
2009536717.tif 000099
【図４６Ｆ】
2009536717.tif 000100
【図４７Ａ】
2009536717.tif 000101
【図４７Ｂ】
2009536717.tif 000102
【図４７Ｃ】
2009536717.tif 000103
【図４７Ｄ】
2009536717.tif 000104
【図４７Ｅ】
2009536717.tif 000105
【図４７Ｆ】
2009536717.tif 000106
【図４８】
2009536717.tif 000107
【図４９】
2009536717.tif 000108
【図５０】
2009536717.tif 000109
【図５１】
2009536717.tif 000110
【図５２Ａ】
2009536717.tif 000111
【図５２Ｂ】
2009536717.tif 000112
【図５２Ｃ】
2009536717.tif 000113
【図５３】
2009536717.tif 000114
【図５４Ａ】
2009536717.tif 000115
【図５４Ｂ】
2009536717.tif 000116
【図５４Ｃ】
2009536717.tif 000117
【図５４Ｄ】
2009536717.tif 000118
【図５４Ｅ】
2009536717.tif 000119
【図５５Ａ】
2009536717.tif 000120
【図５５Ｂ】
2009536717.tif 000121
【図５５Ｃ】
2009536717.tif 000122
【図５６】
2009536717.tif 000123
【図５７】
2009536717.tif 000124
【図５８】
2009536717.tif 000125
【図５９】
2009536717.tif 000126
【図６０Ａ】
2009536717.tif 000127
【図６０Ｂ】
2009536717.tif 000128
【図６１】
2009536717.tif 000129
【図６２Ａ】
2009536717.tif 000130
【図６２Ｂ】
2009536717.tif 000131
【図６３】
2009536717.tif 000132
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月15日(2009.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の画像を検知する方法であって、
（１）多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（２）該第一のＸ線ビームを直接遮るように、モノクロメーター単結晶を、予め決めた位置に置き、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（３）該第二のＸ線ビームの経路上に対象物を置き、該対象物を該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（４）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（５）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項２】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の回転する陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の固定された陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成することである請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記モノクロメーター結晶を置くことが、該モノクロメーター結晶の表面を、前記第一のＸ線ビームの該モノクロメーター結晶の表面への入射経路に対して、約１度〜４０度の間の一定角度で位置させることである請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記モノクロメーター結晶の配向と格子面が、前記アナライザー結晶のものと一致する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記モノクロメーター結晶が、対称結晶である請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記モノクロメーター結晶が、シリコン結晶である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記シリコン結晶が、[３３３]反射を有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アナライザー結晶が、ブラッグ型アナライザーである請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記対象物が、軟組織である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記軟組織が胸組織である請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第二のＸ線ビームが、前記対象物に、約０．５ｍｒａｄ以下の照射線量をそそぐ請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記対象物の画像を検知することが、検知器で回折したビームを受けることである請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記検知器が、前記対象物のデジタル化された画像を形成するように構成された請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記検知器が、Ｘ線写真フィルムである請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記検知器が、画像プレートである請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記対象物の画像を検知することが、前記アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク又はその近傍で、該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知することである請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
更に、前記検知された画像から、前記対象物の、回折強調型イメージ、吸収画像、屈折画像、散乱画像及び質量密度のうちの少なくとも一つを得る請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ロッキングカーブのピーク又はその近傍が、該ロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にある請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記対象物の画像を検知することが、
（ｉ）第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第一の回折ビームにより、該対象物の第一角度の画像を検知する段階、
（ii）第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第二の回折ビームにより、該対象物の第二角度の画像を検知する段階、
（iii）該第一角度と該第二角度の画像を結合して一つの屈折画像と見掛吸収画像を得る段階、及び
（iv）該屈折画像から質量密度画像を得る段階
から成る請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
第一角度の画像を検知することが、前記アナライザー結晶の低ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第一角度の該対象物の画像を検知することであり、第二角度の画像を検知することが、前記アナライザー結晶の高ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第二角度の該対象物の画像を検知することである請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第二のＸ線ビームが該対象物を透過する前に、該第二のＸ線ビームの一部をブロックして、該Ｘ線ビームの予め決めた固有線がブロックされた請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記第二のＸ線ビームをブロックすることが、前記モノクロメーター結晶と前記対象物との間に、コリメーターを配置して、該Ｘ線ビームの予め決めた固有線がブロックされることである請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記予め決めた固有発光線が、固有発光線Ｋα１である請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記第一のＸ線ビームをモノクロメーター結晶で遮る前に、該モノクロメーター結晶の角度受容窓の外の第一のＸ線ビームの一部をブロックすることから成る請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記第一のＸ線ビームをブロックすることが、該第一のＸ線ビームの経路上にコリメーターを配置することである請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記モノクロメーター結晶が第一のモノクロメーター結晶であり、更に、前記第二のＸ線ビームを遮るように、第二のモノクロメーター結晶を置き、該第二のＸ線ビームをアナライザー結晶に向ける請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記第二のモノクロメーター結晶を置くことが、該第二のモノクロメーター結晶を、前記第二のＸ線ビームが前記第一のＸ線ビームの経路に平行に向くように置く請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶がミスマッチである請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、前記第一のＸ線ビームの予め決めた部分を阻止することにより選択された請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウムモノクロメーター結晶及びシリコンモノクロメーター結晶のうちの一つである請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウム[３３３]モノクロメーター結晶及びシリコン[３３３]モノクロメーター結晶のうちの一つである請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
更に前記第二のＸ線ビームから前記対象物への照射線量を調整する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４０】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（１）多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線源、
（２）対象物を透過するために、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームが生成されるように、該第一のＸ線ビームを直接遮るように予め決めた位置に置かれたモノクロメーター単結晶、
（３）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（４）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項４１】
前記Ｘ線源がＸ線管である請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記Ｘ線管が回転する陽極を含む請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記Ｘ線管が固定された陽極を含む請求項４１に記載のシステム。
【請求項４４】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項４１に記載のシステム。
【請求項４５】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項４１に記載のシステム。
【請求項４６】
前記Ｘ線源が、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項４０に記載のシステム。
【請求項４７】
前記Ｘ線源が、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記Ｘ線源が、Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成するように構成された請求項４０に記載のシステム。
【請求項４９】
前記モノクロメーター結晶の表面が、前記第一のＸ線ビームの該モノクロメーター結晶の表面への入射経路に対して、約１度〜４０度の間の一定角度で位置する請求項４０に記載のシステム。
【請求項５０】
前記モノクロメーター結晶の配向と格子面が、前記アナライザー結晶のものと一致する請求項４０に記載のシステム。
【請求項５１】
前記モノクロメーター結晶が、対称結晶である請求項４０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記モノクロメーター結晶が、シリコン結晶である請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記シリコン結晶が、[３３３]反射を有する請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
前記アナライザー結晶が、ブラッグ型アナライザーである請求項４０に記載のシステム。
【請求項５５】
前記対象物が、軟組織である請求項４０に記載のシステム。
【請求項５６】
前記軟組織が胸組織である請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記第二のＸ線ビームが、前記対象物に、約０．５ｍｒａｄ以下の照射線量をそそぐ請求項４０に記載のシステム。
【請求項５８】
前記検知器が、回折したビームを受けるように構成された請求項４０に記載のシステム。
【請求項５９】
前記検知器が、前記対象物のデジタル化された画像を形成するように構成された請求項４０に記載のシステム。
【請求項６０】
前記検知器が、Ｘ線写真フィルムである請求項４０に記載のシステム。
【請求項６１】
前記検知器が、画像プレートである請求項４０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記検知器が、前記アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク又はその近傍で、該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された請求項４０に記載のシステム。
【請求項６３】
更に、検知された画像から、前記対象物の、回折強調型イメージ、吸収画像、屈折画像、散乱画像及び質量密度のうちの少なくとも一つを得るように構成されたコンピュターを有する請求項６２に記載のシステム。
【請求項６４】
前記ロッキングカーブのピーク又はその近傍が、該ロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にある請求項６２に記載のシステム。
【請求項６５】
前記検知器が、第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第一の回折ビームにより、前記対象物の第一角度の画像を検知するように構成され、第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第二の回折ビームにより、該対象物の第二角度の画像を検知するように構成され、前記システムが、該第一角度と該第二角度の画像を結合して一つの屈折画像と見掛吸収画像を得るように構成され、かつ該屈折画像から質量密度画像を得るように構成されたコンピューターを備えた請求項４０に記載のシステム。
【請求項６６】
前記検知器が、前記アナライザー結晶の低ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第一角度の該対象物の画像を検知するように構成され、前記アナライザー結晶の高ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第二角度の該対象物の画像を検知するように構成された請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
前記第二のＸ線ビームが前記対象物を透過する前に、該第二のＸ線ビームの一部をブロックして、該Ｘ線ビームの予め決めた固有線がブロックされるように置かれたコリメーターを有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項６８】
前記予め決めた固有発光線が、固有発光線Ｋα１である請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
前記第一のＸ線ビームがモノクロメーター結晶によって遮られる前に、該モノクロメーター結晶の角度受容窓の外の第一のＸ線ビームの一部をブロックするように置かれたコリメーターを有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項７０】
前記モノクロメーター結晶が第一のモノクロメーター結晶であり、前記システムが、前記第二のＸ線ビームを遮り、該第二のＸ線ビームをアナライザー結晶に向けるように置かれた第二のモノクロメーター結晶を有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項７１】
前記第二のモノクロメーター結晶が、前記第二のＸ線ビームが前記第一のＸ線ビームの経路に平行に向くように置かれた請求項７０に記載のシステム。
【請求項７２】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶がミスマッチである請求項７０に記載のシステム。
【請求項７３】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、前記第一のＸ線ビームの予め決めた部分を阻止することにより選択された請求項７０に記載のシステム。
【請求項７４】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウムモノクロメーター結晶及びシリコンモノクロメーター結晶のうちの一つである請求項７０に記載のシステム。
【請求項７５】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウム[３３３]モノクロメーター結晶及びシリコン[３３３]モノクロメーター結晶のうちの一つである請求項７０に記載のシステム。
【請求項７６】
対象物の画像を検知する方法であって、
（１）多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（２）該第一のＸ線ビームの一部を、該第一のＸ線ビームが平行にされた扇形ビームとなるように、ブロックする段階、
（３）該平行にされた扇形ビームを遮るように、モノクロメーター結晶を、予め決めた位置に置き、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（４）該第二のＸ線ビームの経路上に対象物を置き、該対象物を該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（５）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（６）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項７７】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の回転する陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の固定された陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項７７に記載の方法。
【請求項８０】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項７７に記載の方法。
【請求項８１】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項７７に記載の方法。
【請求項８２】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項７６に記載の方法。
【請求項８３】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成することである請求項７６に記載の方法。
【請求項８５】
前記第一のＸ線ビームの一部をブロックすることが、前記平行にされた扇形ビームが、第一の方向に約１０度の広がりを持ち、第二の方向に約１度の広がりを持つように該第一のＸ線ビームの一部をブロックすることである請求項７６に記載の方法。
【請求項８６】
前記第一のＸ線ビームの一部をブロックすることが、前記モノクロメーター結晶と前記対象物との間に、コリメーターを配置することである請求項７６に記載の方法。
【請求項８７】
前記コリメーターが、前記平行にされた扇形ビームが通過するスリットを規定する請求項８７に記載の方法。
【請求項８８】
前記第一のＸ線ビームが、前記コリメーターのスリットにより、前記平行にされた扇形ビームとして規定される請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記モノクロメーター結晶を置くことが、該モノクロメーター結晶の表面を、前記第一のＸ線ビームの該モノクロメーター結晶の表面への入射経路に対して、約１度〜４０度の間の一定角度で位置させることである請求項８６に記載の方法。
【請求項９０】
前記モノクロメーター結晶の配向と格子面が、前記アナライザー結晶のものと一致する請求項８６に記載の方法。
【請求項９１】
前記モノクロメーター結晶が、対称結晶である請求項８６に記載の方法。
【請求項９２】
前記モノクロメーター結晶が、シリコン結晶である請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記シリコン結晶が、[３３３]反射を有する請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記アナライザー結晶が、ブラッグ型アナライザーである請求項７６に記載の方法。
【請求項９５】
前記対象物が、軟組織である請求項７６に記載の方法。
【請求項９６】
前記軟組織が胸組織である請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記第二のＸ線ビームが、前記対象物に、約０．５ｍｒａｄ以下の照射線量をそそぐ請求項７６に記載の方法。
【請求項９８】
前記対象物の画像を検知することが、検知器で回折したビームを受けることである請求項７６に記載の方法。
【請求項９９】
前記対象物の画像を検知することが、前記アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク又はその近傍で、該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知することである請求項７６に記載の方法。
【請求項１００】
更に、前記検知された画像から、前記対象物の、回折強調型イメージ、吸収画像、屈折画像、散乱画像及び質量密度のうちの少なくとも一つを得る請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記ロッキングカーブのピーク又はその近傍が、該ロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にある請求項９９に記載の方法。
【請求項１０２】
前記対象物の画像を検知することが、
（ｉ）第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第一の回折ビームにより、該対象物の第一角度の画像を検知する段階、
（ii）第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第二の回折ビームにより、該対象物の第二角度の画像を検知する段階、
（iii）該第一角度と該第二角度の画像を結合して一つの屈折画像と見掛吸収画像を得る段階、及び
（iv）該屈折画像から質量密度画像を得る段階
から成る請求項７６に記載の方法。
【請求項１０３】
第一角度の画像を検知することが、前記アナライザー結晶の低ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第一角度の該対象物の画像を検知することであり、第二角度の画像を検知することが、前記アナライザー結晶の高ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第二角度の該対象物の画像を検知することである請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（１）多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線源、
（２）該第一のＸ線ビームが平行にされた扇形ビームとなるように、該第一のＸ線ビームの一部を直接遮るように置かれたコリメーター、
（３）対象物を透過するために、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームが生成されるように、該平行にされた扇形ビームを遮るように予め決めた位置に置かれたモノクロメーター結晶、
（４）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（５）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項１０５】
前記Ｘ線源がＸ線管である請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１０６】
前記Ｘ線管が回転する陽極を含む請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０７】
前記Ｘ線管が固定された陽極を含む請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０８】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０９】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１１０】
前記Ｘ線源が、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１１】
前記Ｘ線源が、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１１０に記載のシステム。
【請求項１１２】
前記Ｘ線源が、Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成するように構成された請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１３】
前記平行にされた扇形ビームが、第一の方向に約１０度の広がりを持ち、第二の方向に約１度の広がりを持つように、前記コリメーターが前記第一のＸ線ビームの一部をブロックするように置かれた請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１４】
前記コリメーターを、前記モノクロメーター結晶と前記対象物との間に配置する請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１５】
前記コリメーターが、前記平行にされた扇形ビームが通過するスリットを規定する請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１１６】
前記第一のＸ線ビームが、前記コリメーターのスリットにより、前記平行にされた扇形ビームとして規定される請求項１１５に記載のシステム。
【請求項１１７】
前記モノクロメーター結晶が、前記第一のＸ線ビームの該モノクロメーター結晶の表面への入射経路に対して、約１度〜４０度の間の一定角度で位置する表面を含む請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１８】
前記モノクロメーター結晶の配向と格子面が、前記アナライザー結晶のものと一致する請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１１９】
前記モノクロメーター結晶が、対称結晶である請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２０】
前記モノクロメーター結晶が、シリコン結晶である請求項１１９に記載のシステム。
【請求項１２１】
前記シリコン結晶が、[３３３]反射を有する請求項１２０に記載のシステム。
【請求項１２２】
前記アナライザー結晶が、ブラッグ型アナライザーである請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２３】
前記対象物が、軟組織である請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２４】
前記軟組織が胸組織である請求項１２３に記載のシステム。
【請求項１２５】
前記第二のＸ線ビームが、前記対象物に、約０．５ｍｒａｄ以下の照射線量をそそぐ請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２６】
前記検知器が、回折したビームを受けるように構成された請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２７】
前記検知器が、前記アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク又はその近傍で、該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１２８】
更に、検知された画像から、前記対象物の、回折強調型イメージ、吸収画像、屈折画像、散乱画像及び質量密度のうちの少なくとも一つを得るように構成されたコンピュターを有する請求項１２７に記載のシステム。
【請求項１２９】
前記ロッキングカーブのピーク又はその近傍が、該ロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にある請求項１２７に記載のシステム。
【請求項１３０】
前記検知器が、第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第一の回折ビームにより、前記対象物の第一角度の画像を検知するように構成され、第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第二の回折ビームにより、該対象物の第二角度の画像を検知するように構成され、前記システムが、該第一角度と該第二角度の画像を結合して一つの屈折画像を得るように構成され、かつ該屈折画像から質量密度画像を得るように構成されたコンピューターを備えた請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１３１】
前記検知器が、前記アナライザー結晶の低ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第一角度の該対象物の画像を検知するように構成され、前記アナライザー結晶の高ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第二角度の該対象物の画像を検知するように構成された請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３２】
対象物の画像を検知する方法であって、
（１）Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成することにより、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（２）該第一のＸ線ビームを遮るように、モノクロメーター結晶を、予め決めた位置に置き、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（３）該第二のＸ線ビームの経路上に対象物を置き、該対象物を該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（４）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（５）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項１３３】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の回転する陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３５】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の固定された陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３７】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３８】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１３８に記載の方法。
【請求項１４０】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（１）異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成することにより、多色性エネルギー分布を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線点源、
（２）対象物を透過するために、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームが生成されるように、該第一のＸ線ビームを遮るように予め決めた位置に置かれたモノクロメーター結晶、
（３）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（４）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項１４１】
前記Ｘ線管が回転する陽極を含む請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４２】
前記Ｘ線管が固定された陽極を含む請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４３】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４４】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４５】
前記Ｘ線源が、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４６】
前記Ｘ線源が、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１４５に記載のシステム。
【請求項１４７】
対象物の画像を検知する方法であって、
（１）第一と第二の固有輝線を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（２）該第一のＸ線ビームを遮るように、モノクロメーター結晶を、予め決めた位置に置き、該第一と第二の固有輝線を持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（３）該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちの一つを選択的にブロックし、該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちのブロックされていないものを通過させる段階、
（４）該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちのブロックされていないものの経路上に対象物を置き、該対象物を該第二のＸ線ビームのブロックされていない固有線が透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（５）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（６）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項１４８】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項１４７に記載の方法。
【請求項１４９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の回転する陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１４８に記載の方法。
【請求項１５０】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の固定された陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１４８に記載の方法。
【請求項１５１】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１４８に記載の方法。
【請求項１５２】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１４８に記載の方法。
【請求項１５３】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１４７に記載の方法。
【請求項１５４】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１５３に記載の方法。
【請求項１５５】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（１）第一と第二の固有輝線を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線源、
（２）該第一と第二の固有輝線を持つ第二のＸ線ビームが生成されるように、該第一のＸ線ビームを遮るように予め決めた位置に置かれたモノクロメーター結晶、
（３）該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちの一つを選択的にブロックするように調製可能なスリットを有し、該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線のうちのブロックされていないものを対象物を透過させるコリメーター、
（４）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（５）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項１５６】
前記Ｘ線源がＸ線管である請求項１５５に記載のシステム。
【請求項１５７】
前記Ｘ線管が回転する陽極を含む請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１５８】
前記Ｘ線管が固定された陽極を含む請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１５９】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６０】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６１】
前記Ｘ線源が、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１４８に記載のシステム。
【請求項１６２】
前記Ｘ線源が、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１６１に記載のシステム。
【請求項１６３】
対象物の画像を検知する方法であって、
（１）第一と第二の固有輝線を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（２）該第一のＸ線ビームを遮るように、モノクロメーター結晶を、予め決めた位置に置き、該第一と第二の固有輝線を持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（３）該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線の経路上に対象物を置いて、該対象物を該第二のＸ線ビームの第一と第二の固有輝線が透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（４）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（５）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項１６４】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項１６３に記載の方法。
【請求項１６５】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の回転する陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１６４に記載の方法。
【請求項１６６】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管の固定された陽極から第一のＸ線ビームを生成することである請求項１６４に記載の方法。
【請求項１６７】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１６４に記載の方法。
【請求項１６８】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１６４に記載の方法。
【請求項１６９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１６３に記載の方法。
【請求項１７０】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項１６３に記載の方法。
【請求項１７１】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（１）第一と第二の固有輝線を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線源、
（２）該第一と第二の固有輝線を持つ第二のＸ線ビームが生成させて対象物を透過させるように、該第一のＸ線ビームを遮るように予め決めた位置に置かれたモノクロメーター結晶、
（３）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（４）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項１７２】
前記Ｘ線源がＸ線管である請求項１７１に記載のシステム。
【請求項１７３】
前記Ｘ線管が回転する陽極を含む請求項１７２に記載のシステム。
【請求項１７４】
前記Ｘ線管が固定された陽極を含む請求項１７２に記載のシステム。
【請求項１７５】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項１７２に記載のシステム。
【請求項１７６】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項１７２に記載のシステム。
【請求項１７７】
前記Ｘ線源が、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１７１に記載のシステム。
【請求項１７８】
前記Ｘ線源が、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成するように構成された請求項１７７に記載のシステム。
【請求項１７９】
前記モノクロメーター結晶が[１１１]の反射を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１８０】
前記アナライザー結晶が[３３３]の反射を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１８１】
前記アナライザー結晶が[１１１]の反射を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１８２】
前記第一及び第二のモノクロメーター結晶のうちの少なくとも一つが[１１１]の反射を有する請求項３３に記載の方法。
【請求項１８３】
前記第一及び第二のモノクロメーター結晶が共にシリコン結晶である請求項３３に記載の方法。
【請求項１８４】
前記モノクロメーター結晶が[１１１]の反射を有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項１８５】
前記アナライザー結晶が[３３３]の反射を有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項１８６】
前記アナライザー結晶が[１１１]の反射を有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項１８７】
前記第一及び第二のモノクロメーター結晶のうちの少なくとも一つが[１１１]の反射を有する請求項７０に記載のシステム。
【請求項１８８】
前記第一及び第二のモノクロメーター結晶が共にシリコン結晶である請求項７０に記載のシステム。
【請求項１８９】
前記モノクロメーター結晶が[１１１]の反射を有する請求項７６に記載の方法。
【請求項１９０】
前記アナライザー結晶が[３３３]の反射を有する請求項７６に記載の方法。
【請求項１９１】
前記アナライザー結晶が[１１１]の反射を有する請求項７６に記載の方法。
【請求項１９２】
前記モノクロメーター結晶が[１１１]の反射を有する請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１９３】
前記アナライザー結晶が[３３３]の反射を有する請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１９４】
前記アナライザー結晶が[１１１]の反射を有する請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１９５】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１９６】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項に記載のシステム。
【請求項１９７】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項７６に記載の方法。
【請求項１９８】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１９９】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項１３２に記載の方法。
【請求項２００】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項１４０に記載のシステム。
【請求項２０１】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項１４７に記載の方法。
【請求項２０２】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項１５５に記載のシステム。
【請求項２０３】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項１６３に記載の方法。
【請求項２０４】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項１７１に記載のシステム。
【請求項２０５】
対象物の画像を検知する方法であって、
（ａ）固有輝線Ｋα１及びＫα２を持つ第一のＸ線ビームを生成する段階、
（ｂ）該第一のＸ線ビームを直接遮るように、モノクロメーター単結晶を、予め決めた位置に置き、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームを生成する段階、
（ｃ）該第二のＸ線ビームの経路上に対象物を置き、該対象物を該第二のＸ線ビームが透過して、該対象物から透過したＸ線ビームが放射される段階、
（ｄ）該透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶上の入射角に向ける段階、及び
（ｅ）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知する段階
から成る方法。
【請求項２０６】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線管を用いて第一のＸ線ビームを生成することである請求項２０５に記載の方法。
【請求項２０７】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項２０６に記載の方法。
【請求項２０８】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項２０６に記載の方法。
【請求項２０９】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項２０５に記載の方法。
【請求項２１０】
前記固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有するＸ線ビームを生成することである請求項２０９に記載の方法。
【請求項２１１】
前記第一のＸ線ビームを生成することが、Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成することである請求項２０５に記載の方法。
【請求項２１２】
前記モノクロメーター結晶を置くことが、該モノクロメーター結晶の表面を、前記第一のＸ線ビームの該モノクロメーター結晶の表面への入射経路に対して、約１度〜４０度の間の一定角度で位置させることである請求項２０５に記載の方法。
【請求項２１３】
前記モノクロメーター結晶の配向と格子面が、前記アナライザー結晶のものと一致する請求項２０５に記載の方法。
【請求項２１４】
前記モノクロメーター結晶が、対称結晶である請求項２０５に記載の方法。
【請求項２１５】
前記モノクロメーター結晶が、シリコン結晶である請求項２１４に記載の方法。
【請求項２１６】
前記シリコン結晶が、[３３３]反射を有する請求項２０５に記載の方法。
【請求項２１７】
前記アナライザー結晶が[３３３]の反射を有する請求項２０５に記載の方法。
【請求項２１８】
前記アナライザー結晶が[１１１]の反射を有する請求項２０５に記載の方法。
【請求項２１９】
前記モノクロメーター結晶が[１１１]の反射を有する請求項２０５に記載の方法。
【請求項２２０】
前記アナライザー結晶が、ブラッグ型アナライザーである請求項２０５に記載の方法。
【請求項２２１】
前記対象物が、軟組織である請求項２０５に記載の方法。
【請求項２２２】
前記軟組織が胸組織である請求項２２１に記載の方法。
【請求項２２３】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項２０５に記載の方法。
【請求項２２４】
前記第二のＸ線ビームが、前記対象物に、約０．５ｍｒａｄ以下の照射線量をそそぐ請求項２０５に記載の方法。
【請求項２２５】
前記対象物の画像を検知することが、検知器で回折したビームを受けることである請求項２０５に記載の方法。
【請求項２２６】
前記検知器が、前記対象物のデジタル化された画像を形成するように構成された請求項２２５に記載の方法。
【請求項２２７】
前記検知器が、Ｘ線写真フィルムである請求項２２６に記載の方法。
【請求項２２８】
前記検知器が、画像プレートである請求項２２６に記載の方法。
【請求項２２９】
前記対象物の画像を検知することが、前記アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク又はその近傍で、該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知することである請求項２０５に記載の方法。
【請求項２３０】
更に、前記検知された画像から、前記対象物の、回折強調型イメージ、吸収画像、屈折画像、散乱画像及び質量密度のうちの少なくとも一つを得る請求項２２９に記載の方法。
【請求項２３１】
前記ロッキングカーブのピーク又はその近傍が、該ロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にある請求項２２９に記載の方法。
【請求項２３２】
前記対象物の画像を検知することが、
（ｉ）第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第一の回折ビームにより、該対象物の第一角度の画像を検知する段階、
（ii）第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第二の回折ビームにより、該対象物の第二角度の画像を検知する段階、
（iii）該第一角度と該第二角度の画像を結合して一つの屈折画像を得る段階、及び
（iv）該屈折画像から質量密度画像を得る段階
から成る請求項１に記載の方法。
【請求項２３３】
第一角度の画像を検知することが、前記アナライザー結晶の低ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第一角度の該対象物の画像を検知することであり、第二角度の画像を検知することが、前記アナライザー結晶の高ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第二角度の該対象物の画像を検知することである請求項２３２に記載の方法。
【請求項２３４】
前記第二のＸ線ビームが該対象物を透過する前に、該第二のＸ線ビームの一部をブロックして、該Ｘ線ビームの予め決めた固有線がブロックされた請求項２０５に記載の方法。
【請求項２３５】
前記第二のＸ線ビームをブロックすることが、前記モノクロメーター結晶と前記対象物との間に、コリメーターを配置して、該Ｘ線ビームの予め決めた固有線がブロックされることである請求項２３４に記載の方法。
【請求項２３６】
前記予め決めた固有発光線が、固有発光線Ｋα１である請求項２３４に記載の方法。
【請求項２３７】
前記第一のＸ線ビームをモノクロメーター結晶で遮る前に、該モノクロメーター結晶の角度受容窓の外の第一のＸ線ビームの一部をブロックすることから成る請求項２０５に記載の方法。
【請求項２３８】
前記第一のＸ線ビームをブロックすることが、該第一のＸ線ビームの経路上にコリメーターを配置することである請求項２３６に記載の方法。
【請求項２３９】
前記モノクロメーター結晶が第一のモノクロメーター結晶であり、更に、前記第二のＸ線ビームを遮るように、第二のモノクロメーター結晶を置き、該第二のＸ線ビームをアナライザー結晶に向ける請求項２０５に記載の方法。
【請求項２４０】
前記第二のモノクロメーター結晶を置くことが、該第二のモノクロメーター結晶を、前記第二のＸ線ビームが前記第一のＸ線ビームの経路に平行に向くように置く請求項２３９に記載の方法。
【請求項２４１】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶がミスマッチである請求項２４０に記載の方法。
【請求項２４２】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、前記第一のＸ線ビームの予め決めた部分を阻止することにより選択された請求項２４０に記載の方法。
【請求項２４３】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウムモノクロメーター結晶及びシリコンモノクロメーター結晶のうちの一つである請求項２４０に記載の方法。
【請求項２４４】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウム[３３３]モノクロメーター結晶及びシリコン[３３３]モノクロメーター結晶のうちの一つである請求項２４０に記載の方法。
【請求項２４５】
更に前記第二のＸ線ビームから前記対象物への照射線量を調整する段階を含む請求項２０５に記載の方法。
【請求項２４６】
更に固有輝線Ｋα２を含む第一のＸ線ビームの一部を阻止するためのコリメーターを置く段階を含む請求項２０５に記載の方法。
【請求項２４７】
対象物の画像を検知するためのシステムであって、
（ａ）固有輝線Ｋα１及びＫα２を持つ第一のＸ線ビームを生成するように構成されたＸ線源、
（ｂ）第二のＸ線ビームが対象物に向かうように該モノクロメーター単結晶が軌跡上に置かれ、第二のＸ線ビームが対象物を透過し、その結果対象物から透過したＸ線ビームが放射されるように、予め決めたエネルギーレベルを持つ第二のＸ線ビームが生成されるように、該第一のＸ線ビームを直接遮るように置かれたモノクロメーター単結晶、
（ｃ）透過したＸ線ビームを、アナライザー結晶の入射角で遮るように置かれたアナライザー結晶、及び
（ｄ）該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された画像検知器
から成るシステム。
【請求項２４８】
前記Ｘ線源がＸ線管である請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２４９】
前記Ｘ線管が、タングステンターゲット、バリウム六臭化物ターゲット、サマリウムターゲット及びモリブデンターゲットのうちの一つを含む請求項２４８に記載のシステム。
【請求項２５０】
前記Ｘ線管が、前記第一のＸ線ビームを生成するために、少なくとも５０ｋＷの出力を持つようにセットされた請求項２４８に記載のシステム。
【請求項２５１】
前記Ｘ線ビームが、約１０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有する請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２５２】
前記Ｘ線ビームが、約５０ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの範囲の固有Ｘ線エネルギーを有する請求項２５１に記載のシステム。
【請求項２５３】
前記Ｘ線源が、Ｘ線点源から、異なる方向へ扇形に広がる複数のＸ線ビームを生成するように構成された請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２５４】
前記モノクロメーター結晶の表面が、前記第一のＸ線ビームの該モノクロメーター結晶の表面への入射経路に対して、約１度〜４０度の間の一定角度で位置する請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２５５】
前記モノクロメーター結晶の配向と格子面が、前記アナライザー結晶のものと一致する請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２５６】
前記モノクロメーター結晶が、対称結晶である請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２５７】
前記モノクロメーター結晶が、シリコン結晶である請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２５８】
前記シリコン結晶が、[３３３]反射を有する請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２５９】
前記アナライザー結晶が[３３３]の反射を有する請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２６０】
前記アナライザー結晶が[１１１]の反射を有する請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２６１】
前記モノクロメーター結晶が[１１１]の反射を有する請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２６２】
前記アナライザー結晶が、ブラッグ型アナライザーである請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２６３】
前記対象物が、軟組織である請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２６４】
前記軟組織が胸組織である請求項２６３に記載の方法。
【請求項２６５】
前記対象物が、インファント、骨及び軟骨から成る群から選択される請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２６６】
前記第二のＸ線ビームが、前記対象物に、約０．５ｍｒａｄ以下の照射線量をそそぐ請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２６７】
前記検知器が、回折したビームを受けるように構成された請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２６８】
前記検知器が、前記対象物のデジタル化された画像を形成するように構成された請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２６９】
前記検知器が、Ｘ線写真フィルムである請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２７０】
前記検知器が、画像プレートである請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２７１】
前記検知器が、前記アナライザー結晶のロッキングカーブのピーク又はその近傍で、該アナライザー結晶から回折したビームにより、該対象物の画像を検知するように構成された請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２７２】
更に、前記検知された画像から、前記対象物の、回折強調型イメージ、吸収画像、屈折画像、散乱画像及び質量密度のうちの少なくとも一つを得るように構成されたコンピューターを有する請求項２７１に記載のシステム。
【請求項２７３】
前記ロッキングカーブのピーク又はその近傍が、該ロッキングカーブのダーウィン幅の約半分以内にある請求項２７１に記載のシステム。
【請求項２７４】
前記検知器が、
（ａ）第一の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第一の回折ビームにより、該対象物の第一角度の画像を検知し、
（ｂ）第二の角度位置に置かれたアナライザー結晶から放射された第二の回折ビームにより、該対象物の第二角度の画像を検知し、
（ｃ）該第一角度と該第二角度の画像を結合して一つの屈折画像を得て、及び
（ｄ）該屈折画像から質量密度画像を得る、
ように構成された請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２７５】
前記検知器が、前記アナライザー結晶の低ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第一角度の該対象物の画像を検知するように構成され、前記アナライザー結晶の高ロッキングカーブ角度設定における該アナライザー結晶から第二角度の該対象物の画像を検知するように構成された請求項２７４に記載のシステム。
【請求項２７６】
前記第二のＸ線ビームが該対象物を透過する前に、該第二のＸ線ビームの一部をブロックして、該Ｘ線ビームの予め決めた固有線がブロックされるように構成されたコリメーターを有する請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２７７】
前記予め決めた固有発光線が、固有発光線Ｋα１である請求項２７６に記載のシステム。
【請求項２７８】
前記第一のＸ線ビームをモノクロメーター結晶で遮る前に、該モノクロメーター結晶の角度受容窓の外の第一のＸ線ビームの一部をブロックするように置かれたコリメーターを有する請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２７９】
前記第一のＸ線ビームの経路上に置かれたコリメーターを有する請求項２７８に記載のシステム。
【請求項２８０】
前記モノクロメーター結晶が第一のモノクロメーター結晶であり、前記第二のＸ線ビームを遮るように置かれ、該第二のＸ線ビームをアナライザー結晶に向けるように構成された第二のモノクロメーター結晶を有する請求項２４７に記載のシステム。
【請求項２８１】
前記第二のモノクロメーター結晶が、前記第二のＸ線ビームが前記第一のＸ線ビームの経路に平行に向くように置かれた請求項２８０に記載のシステム。
【請求項２８２】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶がミスマッチである請求項２８１に記載のシステム。
【請求項２８３】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、前記第一のＸ線ビームの予め決めた部分を阻止することにより選択された請求項２８１に記載のシステム。
【請求項２８４】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウムモノクロメーター結晶及びシリコンモノクロメーター結晶のうちの一つである請求項２８１に記載のシステム。
【請求項２８５】
前記第一と第二のモノクロメーター結晶が、ゲルマニウム[３３３]モノクロメーター結晶及びシリコン[３３３]モノクロメーター結晶のうちの一つである請求項２８１に記載のシステム。
【請求項２８６】
固有輝線Ｋα２を含む第一のＸ線ビームの一部を阻止するために置かれたコリメーターを有する請求項２４７に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本出願は、２００６年１月２４日に出願された暫定米国出願番号６０／７６１，７９６、２００６年１月２４日に出願された暫定米国出願番号６０／７６１，７９７及び２００６年７月６日に出願された暫定米国出願番号６０／８１９，０１９の優先権を主張する。
本発明は、米国エネルギー省の契約番号ＤＥ−ＡＣ０２−９８ＣＨ１０８８６に基づいて米国政府の支援により行われたものであるので、米国政府はこの発明についてある権利を有する。
この発明は、Ｘ線画像化（イメージング）に関し、より詳細には、多色性分布を持つＸ線ビームを用いて対象物の画像を検知するシステムと方法に関する。
【手続補正３】
【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】
光子と物体との相互作用
本章はＸ線生成、フォトニクス及び光子と物体との相互作用の概略を提供する。本章は、さらにＸ線吸収、屈折及び散乱のメカニズム並びにこれらがどのようにＤＥＩとＤＥＩイメージプロセス法に関係するかについて説明する。さらに、エネルギー堆積、照射線量の測定、及び放射暴露による健康への影響についても説明する。
Ｘ線写真における物理的相互作用のうち最も重要なものは、光電子効果である。この理論をＸ線画像化に適用することにより、従来のＸ線写真でどのようにコントラストが得られるかを説明することが容易になる。乳房組織のような対象物を通過するＸ線は、電子に衝突して、そのエネルギーを軌道への結合エネルギーを上回るレベルまで上げることができる。これが起きると、その電子は核への引力を上回るに十分なエネルギーを持つに至り、入射光子のエネルギーから電子の結合エネルギーを差し引いたエネルギーに等しい全エネルギーをもって原子から離れる。生物組織においては、入射Ｘ線は直接又は非直接にフリーラジカルを生成し、これはＤＮＡやこのほかの細胞構造体と相互作用して、突然変異やそのほかの有害な結果を引き起こす。この相互作用の有益な効果として、Ｘ線光子のエネルギーが電子に転移することがあり、これはＸ線光子が画像化システムのフィルムや感知器と遭遇しないことを意味する。対象物を透過したＸ線の量が減少することは、Ｘ線減衰と呼ばれ、従来の画像化におけるこのプロセスの第一の成分は光電子効果による吸収によるものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
図１Ｅを参照すると、第２の操作モードにおいて、同様なエネルギーの放射線Ｋα１（Ｋ１）とＫα２（Ｋ２）及び制動放射はコリメーターＣ２を通過する。コリメーターＣ２のスリットは、点源ＰＳからの距離が約４００ｍｍ、開口Ｘが２．０ｍｍに調整され、放射線Ｋα１（Ｋ１）とＫα２（Ｋ２）及び制動放射がコリメーターＣ２を通過するように置かれる。このモードにおいては、ビームの発散が考慮される。画像が不鮮明になることを避けるために、対象物Ｏと検知器ＤＤは同じ角速度で走査される。対象物Ｏが置かれる試料台と検知器ＤＤの走査速度は、線源と対象物の間の距離と線源と検知器の間の距離によって定めることができる（これらの距離はビームの経路に沿ってとられる）。このモードにおけるビームの発散性は、面外の解像度が低くなる結果をもたらすが、このモードは、より多くのＸ線が通過するという利点も有するので、曝露時間を短くすることができる。検知器ＤＤの仮想の点源をＤＶＰＳと呼ぶ。円部分Ｃ１とＣ２はそれぞれ対象物Ｏの仮想点源と検知器ＤＤの仮想点源を中心とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
図２０と図２１は、遮蔽蓋とＸ線管の画像である。図２０は、遮蔽蓋Ｓ１の写真である。この蓋は、本体から取り外され、Ｘ線管ＸＴの端に適合させるために切断されているが、曲げられていない。図２１は、Ｘ線管ＸＴの端から望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐためのＸ線管の端の遮蔽蓋Ｓ１の写真である。遮蔽蓋Ｓ１は約１／８インチ（即ち、約３．２ｍｍ）の鉛シートを、Ｘ線管ＸＴの端に適合する蓋の形に切断して曲げたものである。
図２２は、モノクロメータータンクＭＴから望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐための鉛遮蔽Ｓ３を含むモノクロメータータンクＭＴの写真を示す。遮蔽Ｓ３は、厚さが約１／２インチ（即ち、約１２．７ｍｍ）の鉛シートであり、Ｘ線ビームの望ましい部分を放射するためのスリットＳＬを含む。Ｘ線管から放射されたＸ線ビームは、遮蔽Ｓ３のスリットＳＬを経由してモノクロメータータンクＭＴから出る。
図２３は、モノクロメータータンクＭＴから望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐための鉛遮蔽Ｓ３を含むモノクロメータータンクＭＴの写真を示す。遮蔽Ｓ３は、厚さが約１／４インチ（即ち、約６．４ｍｍ）の鉛シートであり、Ｘ線ビームの望ましい部分を放射するためのスリットＳＬを含む。Ｘ線管から放射されたＸ線ビームは、遮蔽Ｓ３のスリットＳＬを経由してモノクロメータータンクＭＴに入る。
図２４は、Ｘ線管ＸＴの側面から望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐためのＸ線管ＸＴの端に近い場所に設置された遮蔽Ｓ２の別の部分の写真を示す。遮蔽Ｓ２は、約１／１６インチ（即ち、約１．６ｍｍ）の鉛シートを、Ｘ線管ＸＴの側面に適合する形に切断して曲げたものである。約１／１６インチ（即ち、約１．６ｍｍ）の鉛シートは１５０ｋｅＶのＸ線を１／１０００に減少させる。
【手続補正６】
【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】
アナライザー結晶ＡＣを、銅フィルターＦＴＲを通過するＸ線ビームＸＢの少なくとも一部を遮るために置くことができる。更に、対象物の画像を取得するために、対象物を走査台ＳＴに載せてＸ線ビームＸＢの経路上に置くことができる。対象物Ｏを走査する間、Ｘ線ビームＸＢは対象物を通過し、アナライザー結晶ＡＣにより分析されることができる。このアナライザー結晶ＡＣは、モノクロメーター結晶ＭＣにマッチするシリコン[３３３]結晶であってもよい。アナライザー結晶ＡＣに入射するＸ線ビームＸＢは回折し、デジタル検知器ＤＤで遮られる。デジタル検知器ＤＤは、この遮られたＸ線ビームＸＢを検知することができ、この遮られたＸ線ビームＸＢを表す電気信号を生成する。電気信号はコンピューターＣに伝えられ、この信号は分析され、オペレーターに表示される。コンピューターは、吸収画像及び屈折効果を示す画像を生成するように構成されることができる。これらは以下に詳説する。
図２８は、本発明の一つの実施形態の典型的モノクロメーター結晶ＭＣの側面図、上面図及び正面図を含む概念図を示す。図２８において、モノクロメーター結晶ＭＣの側面図、上面図及び正面図モノクロメーター結晶ＭＣの側面図、上面図及び正面図はそれぞれＳＶ、ＴＶ及びＦＶと表示されている。モノクロメーター結晶ＭＣの寸法は、図中に示されており、その数値は±０．５ｍｍの誤差がありうる。この代わりに、モノクロメーター結晶ＭＣは、画像化用途により部分的に決められる、この他の適当な寸法であってもよい。モノクロメーター結晶ＭＣの表面の向きを、その結晶の大きな表面に平行な格子平面と一致させてもよい。組み立てられたときに、他のより小さな直交表面の向きを参考のために記されてもよい。典型的なモノクロメーター結晶ＭＣは、ゲルマニウム[１１１]モノクロメーター結晶及びシリコン[１１１]モノクロメーター結晶でありうる。
モノクロメーター結晶ＭＣは、この結晶の上部に、歪を逃がすため切れ込みＣを有していてもよい。この切れ込みＣの幅は約１／１６インチ（即ち、約１．６ｍｍ）である。この代わりに、この幅はこの他の適当な寸法であってもよい。切れ込みＣは、結晶を取り付けるための部品を除くことができ、アナライザー結晶ＡＣとモノクロメーター結晶ＭＣの残りの部分の歪を無くすることができる。アナライザー結晶ＡＣやモノクロメーター結晶ＭＣの画像化部分に歪やストレスがあると、回折性能を変化させ、システムの性能に悪い影響を与える。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
ミスマッチ結晶デザインを用いて構成されたＤＥＩシステムは、注意深く調整されて整列されるべき３つの結晶、モノクロメーター中の２つの結晶、及びアナライザー結晶から成る。例えば、ＤＥＩシステム６００は、調整と整列ができる、モノクロメーター結晶ＭＣ１とＭＣ２及びアナライザー結晶ＡＣを含む。第一の結晶（例えば、図６Ａと６Ｂに示すモノクロメーター結晶ＭＣ１）とアナライザー結晶（例えば、図６Ａと６Ｂに示すアナライザー結晶ＡＣ）は、各エネルギーについて計算された角度（θ角）に調整される。例えば、システムを２５ｋｅＶに調整するために、第一のモノクロメーター結晶を１３．１７度にセットし、アナライザー結晶を１３．７２度にセットすることができる。デジタル検知器アッセンブリーをアナライザー結晶の角度の２倍、即ち２７．４４度にセットすることができる。
第二の結晶（例えば、図６Ａと６Ｂに示すモノクロメーター結晶ＭＣ２）を、ｃｈｉ角度と表示する水平方向に合わせることができる。この水平方向の整列が、これらの結晶間に外れる場合には、画像において左から右へ強度がシフトするかもしれない。二つのイオンチャンバーを用いて、モノクロメーター結晶とアナライザー結晶の両方から放射され、内向き領域と外向き領域に分けられるフラックスを測定することができる。線源からデジタル検知器アッセンブリーへの方向からＸ線ビームを見ると、内向き領域は右側に、外向き領域は左側になる。複数のロッキングカーブピークが整列していることを確かめるために、これら内向き領域と外向き領域を抽出することができる。整列していない場合には、ｃｈｉ角度を調整することができる。図２９は、モノクロメーター結晶の透視図であり、内側領域と外側領域を示し、回転角ChiとThetaを示す。
【手続補正８】
【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】
画像取得時間の予測
アナライザーがピーク位置から一定値（８０％）離調した場合、屈折コントラストといくつかの減衰コントラストを含む露光を得ることができる。これらの計算は、ＤＥＩシステムがモノクロメーター単結晶とアナライザー結晶を有することを仮定している。このシミュレーションの配置は、対象物をビームを通して走査する線状Ｘ線源を使用するNational Synchrotron Light Source（ＮＳＬＳ）のＸ１５Ａビームライン（Brookhaven National Laboratory, Upton, New York）で用いられた構造に一致する。高さが１０ｃｍの対象物と１００ミクロンのピクセルサイズ（０．１ｍｍ）を用いる場合、１０００走査線が必要とされる。
【数１８】
2009536717.tif 000133
１０ｋＷの電力と７５ｋＶの加速電圧を用いたモリブデンターゲットを用いた場合（約１８ｋｅＶ）：
【数１９】
2009536717.tif 000134
５０ｋＷの電力と１５０ｋＶの加速電圧を用いたタングステンターゲットを用いた場合（約５９．３ｋｅＶ）：
【数２０】
2009536717.tif 000135
上記のパラメーターのモリブデンターゲットを用いた場合、最大反射率が８０％のロッキングカーブ上の一点における単一画像を得るために必要な時間は約１．１時間である。同じ反射率を用いてタングステンを用いた場合、必要な時間は約４．６分間である。ピクセルあたり必要な光子のような変数や、線源から対象物までの距離を変えることにより、画像化時間を更に減らすことができるかもしれない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
線源から対象物までの距離を１０００ｍｍにしてブラッグ[３３３]反射を用いて計算したデータに基づくと、画像取得時間を他の反射や距離を用いて予測することができる。ＤＥＩに使用することのできる結晶反射には、ブラッグ[３３３]反射とブラッグ[１１１]反射の二つがある。ＤＥＩにおける両方の反射と減衰コントラストの大部分は、角度の変化に対してより大きなコントラストをもたらす急な傾きをもつアナライザー反射カーブの傾きによって決定される。屈折及び減衰コントラストから見た場合、ブラッグ[３３３]反射はブラッグ[１１１]反射より優れているかもしれないが、[３３３]反射からの回折フラックスは[１１１]反射よりも強度が約１オーダー小さい。図３０は、シリコン[１１１]、[３３３]、[４４４]及び[５５５]の回折面を用いた、ＮＳＬＳ Ｘ１５Ａ ハッチ中の単色ビーム束を示すグラフである。フラックスが１０倍になると、画像化時間を１／１０に減らすことができ、用途によっては[１１１]反射が有利になることもある。ここでは線源から対象物までの距離を１０００ｍｍとして計算しているが、線源から対象物までの距離を縮めることによって画像化時間を更に短縮できる。線源から対象物までの光子強度は、１／ｒ２に比例する。線源から対象物までの距離を１０００ｍｍから５００ｍｍに縮めると、その強度は４倍に増える。線源から対象物までの距離を支配するいくつかの因子があるが、顕著なものとして対象物のサイズが挙げられる。用途によっては必要に応じて、アナライザー／検知器アッセンブリーを線源に近づけたり線源から遠ざけたりすることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
シンクロトロンに基づくＤＥＩとＤＥＩシステムの実験
上記のように、シンクロトロンを用いて、ＤＥＩとＤＥＩシステムの実験を行なった。特に、そのために、ＮＳＬＳ Ｘ１５Ａビームラインを利用した。ＤＥＩ又はＤＥＩ画像を作るために、この実験に使用したシンクロトロンＸ線源を、本願発明のＸ線源に置き換えることができる。
ＮＳＬＳにおけるＸ線リングは２．８ＧｅＶシンクロトロンであり、１０〜６０ｋｅＶの高フラックスのＸ線を生成することができる。図３２は、本発明の一つの実施形態のシンクロトロンＸ線ビームを用いたＤＥＩシステム３２００の実験装置の概略図である。図３２によれば、シンクロトロンから放射されるＸ線ビームＸＢは、高度に平行化され、垂直方向の発散は約０．２ミリラジアンである。長さが１６．３ｍのビームラインパイプ（図中に無い）が、実験箱をシンクロトロンＸ線リングに連結する。高強度の多色性Ｘ線ビームＸＢは、この実験箱に入り、ダブル結晶モノクロメータータンクＭＴを使用して、単色に変えられる。モノクロメータータンクＭＴは、両方とも水冷で冷却される２つのモノクロメーター結晶ＭＣ１及びＭＣ２（それぞれ幅１５０ｍｍ×幅９０ｍｍ×高さ１０ｍｍ）を含む。モノクロメータータンクＭＴを出るＸ線ビームＸＢは単色である。
次に、単色のＸ線ビームＸＢはイオンチャンバーＩＣと高速シャッターアッセンブリーＳＡを通過し、サンプル台アッセンブリ−ＳＳＡに進み、幅が１２０ｍｍで高さが３ｍｍの最大寸法を有する線状Ｘ線ビームを生成する。Ｘ線ビームの位置は固定され、サンプル台アッセンブリ−ＳＳＡ上の対象物Ｏは、ステッパーモーターによって駆動される移行台を用いて、Ｘ線ビームの中を移動する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１５】
平均乳腺線量及び分布を熱ルミネッセンス検出器を用いて測定した。図４７Ａ〜４７Ｆは、それぞれ１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶのビームエネルギーでの平均乳腺線量及び分布を示すグラフである。
図４８は、本明細書に記載した対象物に従い、ＭＩＲの為に使用したエネルギーに対する、Ｘ線ビームエネルギーを示すグラフである。各エネルギーに対して求めた線量計データを用いて、各ラジオグラフ及びＤＥＩセットの構成要素を得るために用いたフラックスを計算し、図に示した。
上記の実験は、ＭＩＲを用いる乳房画像化は如何に広いエネルギー領域で機能するかと言うことを示す。吸収だけを考えると、４０ｋｅＶ又はそれ以上のエネルギーで殆ど吸収コントラストが無いように、エネルギーが増すと、軟組織のコントラストは劇的に減少することが予想されるであろう。各エネルギーにおけるシンクロトロンラジオグラフは、コントラストの減少を示し、特に６０ｋｅＶにおいて、軟組織では実質的にゼロ吸収コントラストである。
モリブデン源を用いた従来型のＸ線管に基づく画像取得時間は、臨床的画像化に対して必要な時間窓をはるかに超えて、１０，０００秒ほどの長さである。モリブデンＸ線管は固定した陽極を持ち、これは熱散逸を制限し、また単位時間に発生できるフラックス上に深刻な工学的制限を置く。タングステンＸ線管は、大きな、回転陽極を持ち、ずっと高電圧及び高電流に堪えられる。タングステンＸ線管は、フラックス及び熱散逸において、多くの長所を有するが、タンクステンにより発生した固有Ｘ線は、軟組織において吸収コントラストを生成するには高過ぎる。しかしながら、この実験によると、屈折と散乱のＭＩＲ特異的コントラスト機構は、Ｘ線吸収の必要無しに優れた軟組織コントラストを生成することが分かる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３３】
比較の目的で、図６２Ａ及び６２Ｂは、本明細書に記載した対象物に従い、それぞれ、Ｘ線管及びシンクロトロンを用いて得た乳房組織試料の同じ部分の画像である。図６２Ａに示した画像は、０．４ｍｒａｄの線量で、Ｘ線管を用いて得た。図６２Ｂに示した画像は、アナライザー位置＋０．４ミクロラジアン及び、３５０ｍｒａｄの線量で、４０ｋｅＶシンクロトロンを用いて得た。
図６３は、本明細書に記載した対象物に従い、Ｘ線管を用いて得た乳癌切除試料の画像である。該画像は、０．４ｍｒａｄ線量で、７．０ｃｍ、全厚み、最小圧縮乳房を通して得た。最適の画像を得るために、他の対象物又は組織に対して０．５ｍｒａｄ又はそれ以下の線量を適用することができる。この画像は、従来型のマンモグラフィーと比較して、数百倍少ない線量で全厚みの乳房組織の診断特徴を示す。本明細書で記載した対象物は、厚みの大きな軟組織対象物の画像を得ることができるという理由で有利である。以前のシンクロトロンベースのデバイスは、この様な画像を得ることが出来なかった。さらに、例えば、本明細書に記載された対象物は、軟組織対象物のような対象物に非常に低線量を適用することにより、この様に高画質の画像を得るために用いることができる。本明細書に記載した対象物は、高画質画像を得るために、従来型のラジオグラフィーより高エネルギーのＸ線ビームを使うことが出来て、従って、本明細書に記載した対象物は、患者の安全性を考慮して、低線量を要求することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３７】
本発明の好ましい実施態様は、以下の添付図面を参照しながら記載される。
【図１】図１Ａ〜Ｃは、本発明の一つの実施形態の対象物の画像を作るＤＥＩシステムの概略図、上面図及び側面図である。図１Ｄと１Ｅは、本発明の別の形態の概略図を示す。
【図２】本発明の一つの実施形態の陰極／陽極管デザインに基づくＸ線管の概略図である。
【図３】本発明の一つの実施形態の図１Ａ〜１ＥのＤＥＩシステムの概略図である。
【図４】本発明の一つの実施形態の図１Ａ〜１ＥのＤＥＩシステムを使用して対象物を画像化する典型的な方法のフローチャートである。
【図５】本発明の一つの実施形態の図１Ａ〜１Ｅ及び３に示されたＤＥＩシステムのアナライザー結晶の側面図である。
【図６】図６Ａと６Ｂは、本発明の一つの実施形態のミスマッチのモノクロメーター結晶を含み、対象物の画像を作るように機能するＤＥＩシステムの概略図、上面図及び側面図である。
【図７】本発明の一つの実施形態の図６Ａと６ＢのＤＥＩシステムを使用して対象物を画像化する典型的な方法のフローチャートである。
【図８−１０】異なる波長におけるゲルマニウム[３３３]及びシリコン[３３３]結晶のデュモン(DuMond)ダイアグラムのグラフである。
【図１１】本発明の一つの実施形態の図６Ａと６ＢのＤＥＩシステムのゲルマニウムモノクロメーター結晶とシリコンモノクロメーター結晶の側面図である。
【図１２】本発明の一つの実施形態のミスマッチのモノクロメーター結晶を含み、対象物の画像を作るように機能するＤＥＩシステムの概略図である。
【図１３−１６】本発明の一つの実施形態のＸ線管と足場上のモノクロメーター単結晶を有するモノクロメータータンクの典型的配置の概略図である。
【図１７】発明の一つの実施形態のＸ線管のＸ線ビームの出口の写真である。
【図１８】図１７に示すＸ線管のＸ線ビームの出口の別の写真である。
【図１９】本発明の一つの実施形態のアルミニウム製のフィルターとコリメーターの写真である。
【図２０】本発明の一つの実施形態のＸ線管の端から望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐためのＸ線管の端の蓋の写真である。
【図２１】本発明の一つの実施形態のＸ線管の端に適合させるための蓋の写真である。この蓋は、本体から取り外され、切断されているが、曲げられていない。
【図２２】本発明の一つの実施形態のモノクロメータータンクから望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐための鉛遮蔽を含むモノクロメータータンクの写真である。
【図２３】本発明の一つの実施形態のモノクロメータータンクから望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐための鉛遮蔽を含むモノクロメータータンクの写真である。
【図２４】本発明の一つの実施形態のＸ線管の側面から望ましくないＸ線ビームが放出するのを防ぐためのＸ線管の端に近い場所に設置された遮蔽の別の部分の写真である。
【図２５】本発明の一つの実施形態の作動状態にあるＸ線管とモノクロメータータンクの写真である。
【図２６】本発明の一つの実施形態のモノクロメータータンクの内部部品の正面写真である。
【図２７】本発明の一つの実施形態の典型的ＤＥＩシステムの上から見た透視図である。
【図２８】発明の一つの実施形態の典型的モノクロメーター結晶の側面図、上面図及び正面図である。
【図２９】発明の一つの実施形態のモノクロメーター結晶の透視図であり、内側領域と外側領域を示し、回転角ChiとThetaを示す。
【図３０】シリコン[１１１]、[３３３]、[４４４]及び[５５５]の回折面を用いた、National Synchrotron Light Source X15A hutch中の単色ビーム束のグラフである。
【図３１】半値幅（ＦＷＨＭ）が小さくなるにつれてロッキングカーブの傾斜が大きくなることを示すグラフである。
【図３２】本発明の一つの実施形態のシンクロトロンＸ線ビームを用いたＤＥＩシステムの実験装置の概略図である。
【図３３】本発明の典型的なアルミニウム製フィルターヒートシンクの写真である。
【図３４】２４時間に渡ってサーミスターにより測定した温度グラフである。
【図３５】本発明の一つの実施形態の典型的な後付の第二のモノクロメーターベースと温度を下げるための水冷却ラインを備えた支持板の写真である。
【図３６】１８ｋｅＶシステムの安定性試験のグラフである。時間に対するアナライザーのピーク位置を示す。
【図３７】１８ｋｅＶシステムの安定性試験の間のNational Synchrotron Light Source（NSLS）Ｘ線のリング電流のグラフである。
【図３８】４０ｋｅＶシステムの安定性試験のグラフである。時間に対するアナライザーのピーク位置を示す。
【図３９】４０ｋｅＶシステムの安定性試験の間のＮＳＬＳ Ｘ線のリング電流のグラフである。
【図４０】図４０Ａ−４０Ｃは、本発明の一つの実施形態の１８ｋｅＶにおいて得られた典型的なＣＤファントムの写真である。
【図４１】図４１Ａ−４１Ｃは、本発明の一つの実施形態の３０ｋｅＶにおいて得られた典型的なＣＤファントムの写真である。
【図４２】図４２Ａ−４２Ｃは、本発明のシステム及び方法によって得られた、ピームアナライザー結晶位置ブラッグ[３３３]における、３０ｋｅＶにおいて得られた典型的なＭＩＳＴＹファントムの３つの異なる領域の写真である。
【図４３】エネルギーに対する、胸部の吸収、非コヒーレント散乱及びコヒーレント散乱のグラフである。
【図４４】典型的な従来の胸部試料のＸ線写真である。
【図４５】図４５Ａ−４５Ｆは、本発明の技術を用いて得た、それぞれ１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶのビームエネルギーにおける同じサンプルのシンクロトロンＸ線写真である。
【図４６】図４６Ａ−４６Ｆは、それぞれ１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶのＭＩＲビームエネルギーにおける胸部試料の写真である。
【図４７】図４７Ａ−４７Ｆは、それぞれ１８ｋｅＶ、２５ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ及び６０ｋｅＶのビームエネルギーにおける腺の平均照射線量とその分布を示すグラフである。
【図４８】本発明のＭＩＲに用いられたエネルギーに対するＸ線ビームエネルギーのグラフである。
【図４９】ＭＩＲを用いたファイバー径の予測値を示すグラフである。
【図５０】本発明の技術により得られた、ナイロン（Ｒ）ファイバー屈折プロファイルを示すグラフである。
【図５１】直径の較正に適合するＭＩＲ屈折を示すグラフである。
【図５２】図５２Ａ−５２Ｃは、本発明の技術により得られた、乳癌試料のＭＩＲ屈折写真である。
【図５３】本発明のＤＥＩシステムによって得られた、局在する乳癌塊と針状体のＭＩＲ写真である。
【図５４】図５４Ａ−５４Ｅは、従来のＸ線写真と比較した、ＤＥＩを用いて可視化した写真である。
【図５５】図５５Ａ−５５Ｃは、本発明の一つの実施形態のコンンピューターシミュレーションソフトウエアを用いてシミュレートしたＤＥＩシステムの概略図である。
【図５６】本発明の一つの実施形態のＤＥＩモノクロメーター結晶に結合されたログスパイラル焦点調製部品の透視図である。
【図５７】コースティックな線源を用いたログスパイラル部品の焦点調製を示す透視図である。
【図５８】図５８Ａと５８Ｂは、実験用キャラクタリゼーションシステムの平面図と立面図である。
【図５９】ダイレクトＸ線−チャージ変換検知器をの概略図である。
【図６０】図６０Ａと６０Ｂは、それぞれ本発明のシンクロトロンに基づくシステムとＸ線管に基づくシステムにより得られた、ナイロン（Ｒ）ファイバーファントムの写真である。
【図６１】本発明の技術により得られた、図４４、４５Ａ−４５Ｆに示す胸部試料のシンクロトロン屈折写真である。
【図６２】図６２Ａと６２Ｂは、それぞれ本発明のＸ線管とシンクロトロンを用いて得られた、乳房組織試料の同じ部分の写真である。
【図６３】本発明のＸ線管を用いて得られた、乳癌切断試料の写真である。
【国際調査報告】
2009536717.tif 000136
2009536717.tif 000137
2009536717.tif 000138