(57)【要約】【課題】  自己像の情報が失われた欠陥領域の位相像への影響を低減したＸ線撮像装置を提供すること。【解決手段】  Ｘ線が入射する位置に配置され、自己像を形成するための位相格子と、前記位相格子を透過したＸ線を検出するＸ線検出器であって、該Ｘ線検出器がシンチレータプレートと、前記シンチレータプレートからの光を検出する検出部と、を備え、前記シンチレータプレートが、柱状の複数の第１の相と、前記複数の第１の相の周囲に位置し、前記第１の相とは異なる屈折率を有する第２の相とを有するシンチレータ結晶体であるものと、前記Ｘ線検出器から出力されるＸ線画像の前記自己像の情報が失われた欠陥領域に、前記自己像が補間されたＸ線画像を形成する演算装置と、を有するＸ線撮像装置。【選択図】  図１
2018075173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源からのＸ線を用い、タルボ効果によってＸ線位相コントラスト像を撮像するＸ線撮像装置であって、
前記Ｘ線が入射する位置に配置され、自己像を形成するための位相格子と、
前記位相格子を透過したＸ線を検出するＸ線検出器であって、該Ｘ線検出器がシンチレータプレートと、前記シンチレータプレートからの光を検出する検出部と、を備え、前記シンチレータプレートが、柱状の複数の第１の相と、前記複数の第１の相の周囲に位置し、前記第１の相とは異なる屈折率を有する第２の相とを有するシンチレータ結晶体であるものと、
前記Ｘ線検出器から出力されるＸ線画像の前記自己像の情報が失われた欠陥領域に、前記自己像が補間されたＸ線画像を形成する演算装置と、を有することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記自己像が補間されたＸ線画像を解析し、被写体のＸ線位相コントラスト像を形成する演算装置を有することを特徴とする請求項１に記載Ｘ線撮像装置。
【請求項３】
前記補間されたＸ線画像を形成する演算装置が、前記シンチレータ結晶体の自己像の強度プロファイルをデータとして記録媒体に格納しており、前記データを用いて、前記欠陥領域に対応する補間画像を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記補間画像における自己像の強度プロファイルの平均強度をＡ、振幅をＢ、半値幅をＷとして、Ｂ／Ａ≧０．１、Ｗ≦４．７μｍを満足することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記シンチレータプレートが、前記シンチレータ結晶体を複数有し、隣接する前記シンチレータ結晶体同士が接着層を介して接合されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記第１の相を形成する第１の材料と、前記第２の相を形成する第２の材料とは共晶体を形成することが可能な材料であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記第１の相がＧｄを含有するペロブスカイト型酸化物材料を含み、前記第２の相がアルミナを含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
前記第１の相が発光中心として希土類元素を０．００１ｍｏｌ％以上含有し、シンチレーション光を発することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載に記載のＸ線撮像装置。
【請求項９】
前記第１の相を構成する柱状結晶の直径が０．５０μｍから２．５０μｍの範囲内にあり、該柱状結晶の配置された周期が０．７０μｍから３．５０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１０】
前記シンチレータプレートが、前記シンチレータ結晶体を複数つなぎあわせて構成され、つなぎあわせた境界に欠陥領域を有する請求項５に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１１】
前記欠陥領域は、前記Ｘ線に対する情報が無い領域である請求項１０に記載のＸ線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線撮像装置、より具体的には欠陥領域の位相像への影響を低減したＸ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のＸ線撮像装置では、被写体を通過したＸ線の吸収量の違いによる吸収コントラスト像を得ている。一方で、軽元素により構成される物体は吸収コントラストが得られにくいことから、Ｘ線の位相を用いた撮像方法が提案されている。位相コントラスト画像を得る方法の一つにタルボ干渉を用いた撮像方法がある。通常のタルボ干渉計では、位相格子によって数μｍ周期の明暗周期像（自己像）がタルボ長と呼ばれる位置に形成される。
自己像を十分なコントラストで検出するためには、数ミクロンを解像可能な空間分解能の高いＸ線検出器が必要となるが、一般的に使用可能なヨウ化セシウム（ＣｓＩ）の針状結晶のシンチレータプレートを用いたＸ線検出器では分解能が不十分である場合が多い。そのため、自己像を直接検出する方法ではなく、Ｘ線を吸収する材料で作製され十分な厚さを持つ吸収格子を通して撮像することが行なわれている。吸収格子を、位相格子を透過したＸ線が自己像を形成する位置に配置し、この時に発生する周期の広いモアレ縞を検出して位相像を得ることができる。
【０００３】
ここで、前述のＣｓＩ針状結晶からなるシンチレータプレートは、隣接する針状結晶同士の癒着や針状結晶表面の荒れにより光散乱が生じ、これがシンチレーション光の導波性を低下させ、放射線検出器の解像度を低下させている。そこで、特許文献１には、屈折率の異なる２つの結晶相を備える構造体をシンチレータ層とすることが提案されている。この構造体は、一方向性を有する複数の第１の相（シリンダー相）と、第１の相の周りに位置する第２の相（マトリックス相）とを有する相分離結晶体であり、第１の相又は第２の相で発光したシンチレーション光が屈折率の高い方の相に閉じ込められる。これにより、シンチレーション光が第１の相の延伸方向に導波されるため、この構造体をシンチレータ層として用いることで、高い解像度を得ることができる。この構造体は、第１の相の間に第２の相が配置されているため、第１の相同士の癒着はＣｓＩ針状結晶同士の癒着よりも起きにくい。よって、シンチレータ層として相分離結晶体を用いた方が、ＣｓＩ針状結晶を用いるよりも、高い解像度が得られると考えられる。この相分離結晶体からなるシンチレータプレートを用い、シンチレータプレートからの発光を自己像の周期をサンプリング可能な解像度を有する画素サイズの受光素子で読み出すことで、吸収格子を配置することなく前述の自己像を直接検出することが可能となる。
【０００４】
相分離結晶体から成るシンチレータ層を作製するには、共晶組成の２相を一軸方向に相分離させながら結晶成長する手法がある。共晶組成の２相を一軸方向に相分離させながら結晶成長する手法によれば、一方向性を有する複数の第１の相と、第１の相の周りに位置する第２の相とを有する相分離結晶体を得ることができるが、結晶体の一部に第１の相と第２の相の配列の乱れた、第１の相のシリンダー相を形成しない組織が形成されることがある。この乱れた組織は、数μｍから数十μｍサイズを有しており、この領域では、第１の相が一軸方向に連続して繋がっておらず、光導波が不完全になる為、Ｘ線の情報が受光素子まで届かず、Ｘ線の情報が無い欠陥領域となる。また、共晶組成の２相を一軸方向に相分離させながら結晶成長する手法では、数１０ｃｍ四方の大きな面積を有する相分離結晶体を得ることは技術的に困難であり、大面積用途のシンチレータプレートとして利用するには定形状に加工した複数の相分離結晶体を受光素子面上に敷き詰め（タイリング）、接着して並べることで広い撮像エリアを確保する必要がある。ここで、特許文献２に記載のように、接着層を光の反射、散乱を低減する適切な屈折率を有する媒質とし、画像処理を施すことで、Ｘ線画像への影響を低減することができる。この際、接着層の厚さは数μｍ程度から数十μｍ程度になる。そして発明者らの検討によるとこの接着層に沿って入斜するＸ線に対してはシンチレータ層が存在せず、不感領域となり、Ｘ線の情報が無い欠陥領域となる可能性があることが判った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−４７３３４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、発明者らの検討によると相分離結晶体を用いたシンチレータプレートでは、結晶体内部の欠陥領域や、タイリング境界での欠陥領域により、数μｍ程度から数十μｍ程度の欠陥領域が発生するおそれがある。一般的には、この欠陥領域はＸ線位相コントラスト像を撮像するＸ線撮像装置における自己像の周期よりも大きい為、欠陥領域で自己像の情報が無い領域が少なからず生じることになる。このような自己像の情報が失われた領域は、明暗コントラストが乱れた領域としてＸ線位相コントラスト像に表れてしまう。このように、相分離結晶体を用いたＸ線位相コントラストイメージングは、その高い解像度により、自己像を直接解析し、位相像を取得可能であるという利点があるが、その反面、数十μｍサイズの欠陥領域で自己像の情報が欠落することの影響を受け易い、という課題を有することがわかった。
【０００７】
そこで、本発明は、自己像の情報が失われた欠陥領域に自己像を補間することで位相像への影響を低減したＸ線撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明により提供されるＸ線撮像装置は、Ｘ線源からのＸ線を用い、タルボ効果によってＸ線位相コントラスト像を撮像するＸ線撮像装置であって、
前記Ｘ線が入射する位置に配置され、自己像を形成するための位相格子と、
前記位相格子を透過したＸ線を検出するＸ線検出器であって、該Ｘ線検出器がシンチレータプレートと、前記シンチレータプレートからの光を検出する検出部と、を備え、前記シンチレータプレートが、柱状の複数の第１の相と、前記複数の第１の相の周囲に位置し、前記第１の相とは異なる屈折率を有する第２の相とを有するシンチレータ結晶体であるものと、
前記Ｘ線検出器から出力されるＸ線画像の前記自己像の情報が失われた欠陥領域に、前記自己像が補間されたＸ線画像を形成する演算装置と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、欠陥領域に対応する自己像の影響を低減したＸ線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（Ａ）本発明のＸ線撮像装置の一例を示す模式図。（Ｂ）本発明のＸ線撮像装置の一例の模式図。
【図２】実施形態に係る相分離シンチレータ結晶体の一例の模式図。
【図３】実施形態に係る相分離結晶体からなるシンチレータプレートにおける欠陥領域の概要を示す図。
【図４】（Ａ）実施形態に係る自己像の補間画像のライン強度プロファイル。（Ｂ）振幅Ｂ］／［平均強度Ａ］と第１の相の直径との関係。（Ｃ）半値幅Ｗと第１の相の直径との関係。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）実施例に係る自己像の補間工程。（Ｅ）被写体挿入前後の２枚の画像から算出したＸ線位相コントラスト像。
【図６】実施例に係るタイリング境界での欠陥領域。
【図７】実施例に係るタイリング境界の欠陥領域の補間未処理（Ａ）、補間処理済（Ｂ）でのＸ線位相コントラスト像。
【図８】従来のＸ線撮像装置の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態に係るＸ線撮像装置は、Ｘ線源からのＸ線を用い、タルボ効果によってＸ線位相コントラスト像を撮像するＸ線撮像装置である。そして、Ｘ線源からのＸ線が入射する位置に配置される被写体の前方または後方にあって、透過するＸ線のタルボ効果により自己像を形成するための位相格子と、前記位相格子を透過したＸ線の強度分布を検出するための画素を備えたＸ線検出器と、を有する。そして、Ｘ線検出器が、シンチレータプレートと、前記シンチレータプレートからの光を検出する検出部と、を有する。シンチレータプレートは、柱状の複数の第１の相と、前記複数の第１の相のそれぞれの周りに位置する第２の相とから成る相分離構造を有する結晶体で構成でき、第１の相と第２の相とはシンチレーション光に対する屈折率が異なる。そして、本発明の特徴点として、Ｘ線検出器から出力されるＸ線画像の自己像の情報が失われた欠陥領域に、自己像が補間されたＸ線画像を形成する演算装置を備えている。
【００１２】
本発明では、屈折率の異なる２つの結晶相を備える構造体をシンチレータとして用いて、欠陥領域に対応する自己像を、近接する自己像パターンにより補間することで位相像への影響を低減したＸ線撮像装置を提供することができる。これにより、タルボ効果によって形成する自己像を直接評価してＸ線位相コントラスト像を撮像する場合、シンチレータプレートの欠陥領域に生じる位相像の乱れの影響が低減されたＸ線撮像装置を提供することができる。
【００１３】
以下、図面などを用いて本実施形態をより具体的に説明する。
【００１４】
図１（Ａ）に本発明の構成の一例を示す。図１（Ａ）に示したＸ線撮像装置は、主たる構成として、Ｘ線源１１、線源格子１２、位相格子１３、被写体１４、相分離結晶体からなるシンチレータプレート１５、二次元受光素子（検出部）１６、第一の演算装置１７、第二の演算装置１８を備えている。第一の演算装置１７は、欠陥領域に自己像が補間されたＸ線画像を形成するのに用いる。第一の演算装置１７によって形成された、補間されたＸ線画像を用いて、第二の演算装置１８はＸ線位相コントラスト像を形成する。ここでは、第一の演算装置１７と第二の演算装置１８は分けて図示しているが、同一の演算装置でこれらの処理をしてもよい。その場合のＸ線撮像装置は、図１（Ｂ）に示しており、これらの処理を行う演算装置２０を備えている。ここで、演算装置１７、１８、２０としては、パーソナルコンピュータやそれに類する演算装置を採用することができる。Ｘ線源１１は、被写体の特性等を考慮して、ターゲット材料の異なる管球を選択可能である。例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗなどである。さらに、通常の焦点サイズの大きな線源を用いる場合には、線源格子１２を挿入しても差し支えない。さらに、半導体プロセスにより作製できるＳｉ等からなる位相格子１３は、下流のタルボ長に相当する箇所に自己像を形成させる役割を担う。この自己像が被写体１４の挿入前後でどのように変化するかを捉えることにより、Ｘ線の位相変化を検出する。二次元受光素子１６は数μｍ周期の自己像を直接解析できるような画素が数μｍピッチの高精細なものを用いる。
【００１５】
ここで、図８を用いて従来技術について説明する。Ｘ線タルボ干渉計については、例えば国際公開２０１０／０５０４８３号公報など多数の文献に詳細が記載されているため、詳細については省略する。Ｘ線タルボ干渉計は、Ｘ線源１１と、線源格子１２、位相格子１３、被写体１４、吸収格子２１、シンチレータプレート２２、二次元受光素子２３、第一の演算装置２４、第二の演算装置１８からなる。第二の演算装置１８はＸ線位相コントラスト像を形成する。二次元受光素子２３は数十μｍから数百μｍ周期を解析できればよく、画素が数十μｍピッチのものを用いる。ここでは図示しないが、二次元受光素子２３の検出結果を用いて被写体１４の情報を取得する演算装置を備える。図８に示すようなＣｓＩなどの一般的なシンチレータプレート２２を用いたタルボ干渉計は、干渉パターンが形成される位置に吸収格子と呼ばれる格子を配置し、数十μｍから数百μｍ周期のモアレを形成することで、数μｍ程度の周期を有する干渉パターンの情報を取得する。
【００１６】
一方、本発明では図１に示すように相分離結晶体からなるシンチレータプレート１５を用いることで自己像を直接撮像し位相像を取得する。このシンチレータプレートは、少なくとも１５０μｍの厚さにおいて、１００［ｌｐ／ｍｍ］を解像できる性能を有している。ｌｐ／ｍｍ（ｌｐ：ｌｉｎｅ  ｐａｉｒ）とは、１ｍｍあたりに１００本の明暗の線を有する周期パターンということであり、言い換えると超高解像度シンチレータ１５は１０μｍ以下の周期性を有するものを識別する能力を有しているということである。このような高解像度のシンチレータプレートを干渉パターンが形成される位置に配置することで、自己像の干渉パターンの明暗を直接観察することができる。よって、二次元受光素子１６による検出結果を用いて、被写体１４による干渉パターンの変化を解析することで、被写体の位相、散乱、吸収に関する情報を取得することができる。その他、Ｘ線源、回折格子、演算装置による干渉パターンの解析方法などは一般的なタルボ干渉計と同様である。尚、本発明に適用されるＸ線タルボ干渉計は、演算装置により取得した被写体の情報を表示する表示手段（不図示）を備えていても良い。また、Ｘ線タルボ干渉計は、演算装置やＸ線源１１を備えなくても良い。この場合、撮像時に任意のＸ線源と組み合わせることで、Ｘ線タルボ干渉計による撮像（干渉パターンの取得）を行うことができる。
【００１７】
相分離結晶体からなるシンチレータプレート１５は複数枚のシンチレータ結晶体２０１から構成される。図２に、シンチレータ結晶体２０１の具体例の模式図を示す。シンチレータ結晶体２０１は、複数の第１の相２０２と、第１の相の周りに位置する第２の相２０３を有する、相分離構造をとる。シンチレータ結晶体２０１は第１の面２０８と第２の面２０９とを有し、第１の相２０２は第１の面２０８から第２の面２０９へ延伸している。第１の面２０８は放射線照射面であり、第２の面２０９は光取り出し面であるとし、放射線は第１の面２０８から入射し、シンチレーション光は第２の面２０９から受光素子へ取り出される。第１の相と第２の相の少なくともいずれかは、入射した放射線の少なくとも一部をシンチレーション光に変換する発光相である。また、第１の相２０２と第２の相２０３は異なる屈折率を有している。よって、シンチレーション光は屈折率が相対的に高い高屈折率相に閉じ込められながら、シンチレータ結晶体の厚さ２０７を第１の面の方向から第２の面の方向へ、第２の面の方向から第１の面の方向へ導波される。シンチレーション光は、シンチレーション光が発生した相内を導波した方が解像度が高いと考えられるため、高屈折率相が発光相として機能することが好ましい。相対的に屈折率の低い低屈折率相は、発光相として機能しても良いし、機能しなくても良い。以下、第１の相２０２が高屈折率相であり、且つ発光相である場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
第１の相２０２が高屈折率相である場合、光ファイバーのように、シンチレーション光は第１の相の中に閉じ込められながら第１の面２０８と第２の面２０９間を導波する。第１の相２０２は円柱の形状を有する。
【００１９】
第１の相２０２で発生したシンチレーション光のうち、第１と第２の相の境界面に臨界角度以上で入射するシンチレーション光２０６は、全反射を繰り返しながら第１の相２０２中を導波方向２１０に導波され、第１の面２０８又は第２の面２０９から出射される。
【００２０】
ここで、シンチレーション光の導波方向２１０は第１の相２０２の延伸方向（長手方向）であり、円柱の中心軸と平行な方向である。導波する発光の波長よりも第１の相の直径が小さい場合は、シンチレーション光が第１の相２０２と第２の相２０３の境界面で反射せずに境界面を透過する成分が多くなる。よって、第１の相の周期２０４と第１の相の直径２０５はシンチレーション光の波長よりも大きいことが望ましい。相分離構造を有するシンチレータとして、３００ｎｍからの紫外域に発光を有するようなシンチレータを用いることも想定される為、第１の相の直径２０５は３００ｎｍ以上であることが望ましい。また、第一の相の直径２０５が受光素子１０５の１画素の対角線の長さ（画素サイズ）よりも大きくなってしまうと、１画素内に光を閉じ込める効果が低下してしまうため、第一の相の直径２０５の上限値は画素サイズよりも小さいことが望ましい。画素サイズは任意の大きさのものを用いることが可能であり、用いる受光素子の画素サイズに応じて第一の相の直径２０５の好ましい範囲が変化する。
【００２１】
以上より、第１の相の直径２０５は、３００ｎｍ以上画素サイズ以下の範囲であることが好ましい。尚、上述の光ファイバーのような導波機能を有するシンチレータは、高い解像度を有しており、画素サイズが２μｍ程度の高解像度センサを用いることも可能である。この場合、ファイバーの直径が２μｍより大きくなると、隣接する画素に光が漏れてしまう為、第１の相の直径は、２μｍ以下であることが望ましい。また、第１の相２０２の形状は円柱に限定されず、例えば、多角柱であってもよい。この場合、第１の相２０２の一番幅が大きいところの幅（例えば、四角柱であれば対角線の方向における幅）が上述の直径に対応する。第１の相２０２は、第１の面２０８から第２の面２０９まで直線的に連続していることが好ましいが、途中で途切れたり、枝分かれしたり、複数の結晶相が一体化したり、結晶相の直径が変化したり、直線的でなく非直線部分が含まれたりしても良い。第２の相２０３は、第１の面２０８から第２の面２０９まで連続的に存在していることが好ましく、第１の相同士の隙間を埋めるように配置されていることが好ましい。尚、第１の相と第２の相との屈折率差は特に問わないが、スネルの法則より、屈折率差が大きい方が臨界角度を小さくできるため好ましい。例えば、低屈折率相の屈折率を高屈折率相の屈折率で除した値（屈折率比と呼ぶことがある）が０．９５以下であることが好ましく、０．９以下であることがより好ましい。尚、低屈折率相又は高屈折率相の屈折率は、低屈折率相又は高屈折率相の材料の、シンチレーション光の中心波長における屈折率とする。
【００２２】
図２に示したような構成のシンチレータ結晶体として、例えば、共晶相分離構造を有するシンチレータを用いることができる。共晶相分離構造とは、図２に示したような相分離構造体の内、第１の相と第２の相とが共晶体を構成しているもののことを指す。共晶相分離構造体の材料系の一例として、Ｇｄを含有するペロブスカイト型酸化物材料（ＧｄＡｌＯ３）と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）との共晶相分離構造体が挙げられる。この材料系の共晶相分離構造体は、第１の相（ＧｄＡｌＯ３：屈折率２．０５）の方が第２の相（Ａｌ２Ｏ３：屈折率１．７９）よりも屈折率が高く、且つ、第１の相がシンチレータとして機能する。そのため、共晶相分離構造体の中でも特に導波性が高い。尚、共晶相分離構造体の場合、第１の相は第１の材料の結晶体、第２の相は第２の材料の結晶体である。第１の相と、第１の相の周りに位置し、第１の相の側面を覆う第２の相との２相を有する共晶相分離構造を形成する上で重要になるのは、第１の相を構成する材料と第２の相を構成する材料との組成比である。図２に示す模式図のような良好な相分離構造を有するシンチレータ結晶体を得るためには、一般的に、第１の相の材料と第２の相の材料とが共晶組成比（例えば、ＧｄＡｌＯ３：Ａｌ２Ｏ３＝４６：５４（ｍｏｌ％））であることが必要である。ただし、第１の相の材料と第２の相の材料との組成比は共晶組成から外れてはならないものではなく、この組成比に対して共晶組成±５ｍｏｌ％の範囲は許容範囲とすることができる。つまり、ＧｄＡｌＯ３とＡｌ２Ｏ３との共晶相分離構造体を形成したい場合、これらの材料の組成比は、ＧｄＡｌＯ３：Ａｌ２Ｏ３＝４１：５９〜５１：４９（ｍｏｌ％）とすることが好ましい。また、第１の相の材料と第２の相の材料との組成比が、共晶組成±３ｍｏｌ％の範囲内であることがより好ましい。第１の相の材料と第２の相の材料とが共晶組成比近傍（±５ｍｏｌ％）で混合された融液を用いて、一方向凝固を行うことで、図２のような良質な相分離構造を有する結晶体を得ることができる。一方向凝固の具体的な方法としては、ブリッジマン法等を用いることができる。第１の相の材料と第２の相の材料との組成比が共晶組成±５ｍｏｌ％の範囲を逸脱している場合は、一方の結晶相が先に析出するため、相分離構造形成の観点から、シンチレータ結晶体の良好な相分離構造を乱す要因となる。ただし、第１の相の材料と第２の相の材料との組成比が共晶組成±５ｍｏｌ％の範囲を逸脱している場合であっても、共晶組成±１０ｍｏｌ％の範囲であれば、凝固の方法によっては良好な相分離構造を有するシンチレータ結晶体が得られる場合がある。よって、第１の相と第２の相の材料の組成比が共晶組成比±５ｍｏｌ％の範囲外であっても、第１の相と第２の相とが共晶体を構成し、相分離構造体を構成していれば、その構造体は共晶相分離構造体であるとみなす。また、共晶相分離構造体を形成する際に、その融液の組成比が共晶組成比±５ｍｏｌ％の範囲内になかったとしても、第１の相の材料と第２の相の材料とのうち過剰な方の材料が先に析出し、残った融液が共晶組成比に共晶組成比±５ｍｏｌ％の範囲内となる場合がある。この場合、凝固の初期は相分離構造が乱れるが、途中から良好な相分離構造が取得できるため、構造が乱れている部分を適宜切り離せばよい。つまり、仕込み値は共晶相分離構造体の組成比と必ずしも一致せず、多少大まかでも良い。
【００２３】
上述したＧｄＡｌＯ３の場合、発光中心の元素の種類によって発光波長が変化する。具体的には、発光中心として、例えば希土類元素であるＴｂ３＋、Ｅｕ３＋、Ｃｅ３＋を用いることができる。尚、これらのイオンを含有する元素は単体に限定されず、これらの元素を含めば良く、これらの元素を含んだ化合物を発光中心として添加すればよい。また、発光効率を高くするために、ＧｄＡｌＯ３中にこれらの発光中心を０．００１ｍｏｌ％以上含有していることが好ましい。複数種類の発光中心が添加される場合は、発光中心の総量が０．００１ｍｏｌ％以上であればよい。発光中心となる添加元素は第１の相であるＧｄＡｌＯ３のＧｄサイトを置換するように添加され、添加元素を一般式ＲＥで表わすと、Ｇｄ１−ｘＲＥｘＡｌＯ３とＡｌ２Ｏ３の組成比が４６：５４（ｍｏｌ％）となる。発光中心としてＴｂ３＋を用いた場合、５４５ｎｍ付近に緑色発光ピークを示す。また、Ｅｕ３＋を用いた場合６１５ｎｍ付近に赤色発光ピークを示す。また、Ｃｅ３＋を用いた場合、３６０ｎｍ付近にブロードな紫外発光を示す。このように、添加元素を適切に選択することで、様々な発光波長のシンチレータを得ることができる。また、添加元素として、他の希土類元素（Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ）を選択することもできる。
【００２４】
上述のような相分離構造を有するシンチレータを用いると、ミクロンスケールの高い解像度を実現する放射線検出器を得ることができる。タルボ干渉計を用いたＸ線位相コントラストイメージングにおいて、位相格子によって自己像が形成される位置に、この相分離結晶体からなるシンチレータプレートを配置し、シンチレータプレートからの発光を自己像の周期をサンプリング可能な解像度を有する画素サイズの受光素子で読み出すことで、吸収格子を配置することなく前述の自己像を直接検出することが可能となる。しかしながら、個々の相分離結晶体内部の欠陥領域や、相分離結晶体を複数タイリングした際に生じる境界での欠陥領域により、数μｍ程度から数十μｍ程度の欠陥領域が発生し、自己像の情報が欠落した領域が形成される場合がある。
【００２５】
その模式図を図３に示す。二次元パターンの位相格子を用いることで、タルボ効果によって二次元パターンの自己像３１が形成される。実際の自己像は、図のように完全な点状のスポットではなく、幅を持った明暗の振幅であるが、ここでは模式的に点で表す。自己像３１の周期ｐは、用いる線源格子と位相格子によって決定されるが、格子の作製難度や、Ｘ線光学系の全長などを考慮すると、一般的には、およそ数μｍ周期となる。例えば、Ｘ線エネルギーを２８ｋｅＶとして、２次元線源格子（１２．７５μｍピッチ）を用い、２次元位相格子（１０．０１μｍピッチ）を用いると、自己像の周期が８．２４μｍとなる状況で、Ｘ線光学系は約１．２ｍとなる。
【００２６】
欠陥領域とは、入斜Ｘ線に対する情報が無い領域であり、個々の相分離結晶体内部の欠陥領域３３や、相分離結晶体を複数タイリング（シンチレータ結晶体を複数つなぎあわせて構成）した際に生じる境界での欠陥領域３４により、数μｍ程度から数十μｍ程度の幅を有する欠陥領域が発生する。タイリング境界部（接着層）の厚さｄは数μｍ程度から数十μｍ程度であり、この接着層に沿って入斜するＸ線に対してはシンチレータ層が存在せず、不感領域となり、Ｘ線の情報が無い欠陥領域となる。欠陥領域には、タイリング境界部に加え、相分離シンチレータ結晶体内部の欠陥に起因する欠陥領域もある。これは結晶体の一部に第１の相と第２の相の配列の乱れ、第１の相がシリンダー相を形成しない組織が形成されることがある。この乱れた組織は、数μｍから数十μｍサイズを有しており、この領域では、第１の相が一軸方向に連続して繋がっておらず、光導波が不完全になる為、Ｘ線の情報が受光素子まで届かず、Ｘ線の情報が無い欠陥領域となる。
【００２７】
これらの欠陥領域が、自己像の周期よりも大きい場合、欠陥領域で自己像の情報が無い領域が少なからず生じ、欠落した自己像３２（白抜き丸全部）が形成されてしまう。このような自己像の情報が失われた領域は、明暗コントラストが乱れた領域としてＸ線位相コントラスト像に表れてしまう。このように、相分離結晶体を用いたＸ線位相コントラストイメージングは、その高い解像度により、数ミクロン周期の自己像を直接解析し、位相像を取得可能であるという利点があるが、その反面、数十μｍサイズの欠陥領域で自己像の情報が欠落した領域が画像中に現れてしまう。
【００２８】
そこで本発明のＸ線撮像装置では、以下の補間工程を行うにより、欠陥領域での自己像の情報を補間し、位相像を取得することができる。
第１工程．自己像の欠陥領域を検出する工程。
第２工程．補間画像を形成する工程。
第３工程．欠陥領域に自己像を挿入する工程。
第４工程．工程１〜３を被写体挿入前後のそれぞれの画像に対して行い、２枚の画像から位相回復処理を行う工程。
【００２９】
以上により、本発明では、シンチレータプレートの欠陥領域に生じる位相像の乱れの影響が低減されたＸ線撮像装置を提供することができる。以下、各工程について説明する。
【００３０】
第１工程．自己像の欠陥領域を検出する工程：自己像の欠陥領域とは自己像のコントラストが失われた領域のことを指す。相分離結晶体内部の欠陥領域や、相分離結晶体を複数タイリングした際に生じる境界では、数μｍ程度から数十μｍ程度の欠陥領域が発生する。これら欠陥領域は、自己像を撮像した画像をフーリエ変換し、自己像の周期に対応するスポット強度を解析する手法などにより検出可能である。すなわち、自己像の情報（コントラスト）が失われた領域では、フーリエ変換による自己像の周期のスポット強度が低下することから検出できる。
【００３１】
第２工程．補間画像を形成する工程：工程１で検出した欠陥領域に、欠陥領域内で失われた数に相当する各々の自己像のピークを形成し、隣接する正常領域と、自己像の平均強度と振幅が揃うような補間画像を形成する。ここで、本発明の装置で補間する自己像は、相分離シンチレータ結晶体固有の、平均強度Ａ、振幅Ｂ、及び半値幅Ｗを用いる。ここで、特に複数の第１の相の材料としてＧｄＡｌＯ３を、第２の相の材料としてＡｌ２Ｏ３を有する共晶相分離シンチレータ結晶体を考える。相分離シンチレータ結晶体を介して出力される自己像の強度分布は、相分離シンチレータ結晶体の第１の相であるＧｄＡｌＯ３シリンダー相の構造周期と直径によって変化する。結晶育成の際の一方向凝固速度ｖとすると、第１の相であるシリンダー相の構造周期と直径はｖ−１／２に比例するため、育成速度によりある程度自由に制御することができる。育成速度を、０．０７〜１．５ｍｍ／ｍｉｎで変化させると、表１に示すように、構造周期と直径を制御することが可能である。このような相分離シンチレータ結晶体を介して出力される自己像の強度分布は、一般的なサイン関数などで表わされるものではなく、相分離シンチレータ結晶体特有のものになる。すなわち、相分離シンチレータ結晶体からの発光は、第１の相と第２の相との屈折率差により、第１の相のシリンダー相を伝搬する光と、スネルの法則の臨界角度以上の全反射条件から外れて周囲に漏れて拡散する光が存在する。拡散した光の一部は近接するシリンダー相で再び全反射条件になるものもあり、また全反射に入らず拡散し続ける成分もある。よって、第１の相を伝搬する解像度の高い成分と、第１の相から漏れて拡散する解像度の低い成分が存在し、この両者が合わさって相分離シンチレータ固有の自己像の強度プロファイルを形成する。この両者の光の成分は、第１の相であるシリンダー相の構造周期とファイバー径によって大きく変化する為、自己像の強度分布もそれに応じて変化することになる。加えて、入射Ｘ線エネルギー、シンチレータの厚さ、反射膜の有無、受光素子との間にＦＯＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｐｌａｔｅ）を挿入するかどうか、によっても影響を受ける。よって、これらの条件ごとの自己像の強度プロファイルの情報（データ）を、自己像が補間されたＸ線画像の形成に用いる第一の演算装置内の記録媒体にあらかじめ格納しておく。ここで、一例として、入射Ｘ線エネルギーを２８ｋｅＶ、シンチレータの厚さを３００μｍ、反射膜有り、受光素子との間のＦＯＰ挿入有り、の条件で、８．２４μｍの自己像周期を形成するタルボ干渉計を用いた場合の、自己像のライン強度プロファイルを図４（Ａ）に示し、その平均強度Ａ、振幅Ｂ、半値幅Ｗの値を表１に示す。平均強度と振幅は、ピーク強度を１００とした場合の値である。
【００３２】
【表１】
2018075173.tif 000003
【００３３】
このように、ここで、第１の相のシリンダー相の直径が、小さ過ぎる場合、あるいは大き過ぎる場合において、自己像のコントラスト（振幅）は低下する。すなわち、直径が０．５２μｍまで小さくなった場合は、シンチレータの波長（５４５ｎｍ）と同等程度になる為、光ファイバーとして発光を伝搬する効率が低下する為だと考えることができる。一方、直径が２．４３μｍまで大きくなると、構造周期が３．４６μｍとなり、自己像の周期８．２４μｍを解像するには周期が大きすぎるようになるため、コントラストが低下すると考えることができる。ここで、［振幅Ｂ］／［平均強度Ａ］の値を、直径に対してプロットすると図４（Ｂ）となり、半値幅Ｗを直径に対してプロットすると図４（Ｃ）となる。検討の結果、自己像を十分に解像し位相像を得るには、［振幅Ｂ］／［平均強度Ａ］≧０．１（即ちＢ／Ａ≧０．１）、およびＷ≦４．７μｍを満足することが望ましいことがわかった。これに対応する柱状結晶の直径は、０．５０μｍ〜２．５０μｍとなり、構造周期は０．７０μｍ〜３．５０μｍであった。また、ここでは８．２４μｍの自己像周期に対応するデータを示したが、自己像周期が１０μｍ以下の場合は、平均強度Ａ、振幅Ｂ、半値幅Ｗは同様の値を用い、自己像周期ｐを調整することで対応することが可能である。
【００３４】
第３工程．欠陥領域に自己像を補間する工程：工程１で検出した欠陥領域に対応するように、工程２で作成した補間画像を挿入する。ここで、工程２で作成した補間画像を隣接する正常領域と、自己像の平均値、及び自己像の振幅を揃えて結合する工程において、表１で示す相分離シンチレータ結晶体固有の強度プロファイルを有する二次元の自己像を元に補間をすることができるが、被写体の有無や、検出器の構成などにより、観察される自己像は変化することがある為、それに応じてパラメータを調整して補間してもよい。
【００３５】
第４工程．工程１〜３を被写体挿入前後のそれぞれの画像に対して行い、２枚の画像から位相回復処理を行う工程：被写体挿入前後の２枚の画像に対して、工程１〜３の補間処理を行う。ここで、工程１による欠陥領域を検出する工程については、被写体挿入前後のどちらでも構わないが、２枚の画像で同じものを用い、欠陥領域を統一しておくとよい。これは、欠陥領域の範囲が２枚の画像で異なると、それに起因したアーチファクトが生じることがある為である。被写体による干渉パターンの変化を解析することで、被写体の位相、散乱、吸収に関する情報を取得することができる。ここで、一つの自己像に着目した場合、その平均強度の変化が吸収像、振幅の変化が散乱像、ピークの位置の変化が位相像として現われる。よって、被写体挿入前後２枚の画像から自己像の変化量を解析することで、Ｘ線の位相像を取得することができる
以下、本実施形態の具体的な例を挙げて説明をする。
【実施例１】
【００３６】
本実施例では、相分離シンチレータ結晶体を用いた際に、画像処理により欠陥領域を挿入した場合において、自己像の情報を補間し、Ｘ線位相コントラスト像を取得した結果について説明をする。
【００３７】
本実施例では、各々のシンチレータ結晶体は、複数の第１の相の材料としてＧｄＡｌＯ３を、第２の相の材料としてＡｌ２Ｏ３を有する共晶相分離シンチレータ結晶体であり、Ｔｂ３＋を発光中心として含有する。このような共晶相分離シンチレータ結晶体の製造方法について説明をする。
【００３８】
まず、ＧｄＡｌＯ３に対してＴｂ３＋を８ｍｏｌ％添加した材料とＡｌ２Ｏ３との組成比が、４６：５４（ｍｏｌ％）になるように、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔｂ４Ｏ７、Ａｌ２Ｏ３、を評量した。そして、これらの粉末を充分に混合し。これを原料粉末とした。これらの原料粉末をＩｒるつぼに入れて、誘導加熱によりるつぼを１８００℃まで加熱し、試料全体を溶解させた。そして、試料全体が溶解した後３０分保持してから、０．３ｍｍ／ｍｉｎの速度で一方向凝固を行うことで試料を育成した。このようにして作製した試料を、１．５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ３００μｍで切り出し、両面を研磨して試料とした。試料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、この試料が、Ａｌ２Ｏ３相中に直径約１．２μｍ、周期１．７μｍの無数のＧｄＡｌＯ３柱状構造体が埋め込まれたような相分離構造体であることが確認された。この試料は、Ｘ線照射により、５４５ｎｍ付近に緑色発光ピークを示した。切り出したシンチレータ結晶体を、ＦＯＰを介して、画素サイズ２．５μｍの二次元の受光素子アレイに対向するように配置し、放射線検出器とした。ＦＯＰはＸ線が受光素子に直接入射してノイズを形成するのを防ぐために用いているが、Ｘ線のエネルギーによってはシンチレータがＸ線を止める場合もあるため、必ずしも挿入しなくてもよい。
【００３９】
このように作製した放射線検出器を、Ｘ線タルボ干渉計の検出器として用いた例について説明をする。一般的なタルボ干渉計は、干渉パターンが形成される位置に吸収格子と呼ばれる格子を配置し、数十μｍから数百μｍ周期のモアレを形成することで、数μｍ程度の周期を有する干渉パターンの情報を取得する。一方、本実施例のＸ線タルボ干渉計は、Ｘ線検出器として、数μｍ周期を解像可能な相分離シンチレータ結晶体からなるＸ線検出器を備えるため、Ｘ線検出器を干渉パターンが形成される位置に配置することで、干渉パターンの明暗をＸ線検出器で直接観察することができる。よって、Ｘ線検出器による検出結果を用いて、被写体による干渉パターンの変化を解析することで、被写体の位相、散乱、吸収に関する情報を取得することができる。
【００４０】
具体的には、本実施例のＸ線タルボ干渉計は、Ｘ線源と、Ｘ線源の下流に配置された線源格子と、線源格子を通過したＸ線を回折して干渉パターン（自己像）を形成するＸ線回折格子と、干渉パターンを形成するＸ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線検出器の検出結果を用いて被写体の情報を取得する演算装置（パーソナルコンピュータ）を備える。Ｘ線エネルギーを２８ｋｅＶとし、金でできた１２．７５μｍピッチの二次元線源格子を用い、シリコンでできた１０．０１μｍピッチの二次元位相格子を用いると、８．２４μｍピッチの二次元の自己像が形成される。この時、Ｘ線光学系の全長は約１．２ｍとなる。自己像が形成される位置に、本実施例で作製した放射線検出器を配置して撮像すると、８．２４μｍピッチの二次元の自己像を直接撮像することができる。
【００４１】
ここで、図５（Ａ）に示すように、十字の欠陥領域を撮像画像に挿入した場合を考える。これは、４枚の相分離シンチレータ結晶体を２次元にタイリングしたシンチレータプレートを用いた場合に相当する欠陥領域に相当するものである。即ち、シンチレータプレートは、シンチレータ結晶体を複数有し、隣接するシンチレータ結晶体同士を接着層を介して接合されている。まず、第１工程として、欠陥領域が入った画像全体をフーリエ変換し、８．２４μｍ周期のスポット強度が失われた領域として、縦横方向に２０μｍ幅の十字の欠陥領域（白抜き表示）を検出する。
【００４２】
第２工程として、図５（Ａ）の２０μｍの十字の欠陥領域に、欠陥領域内で失われた自己像に相当する補間画像を形成する。相分離シンチレータ結晶体を用いていることから、表１で示す第１の相のＧｄＡｌＯ３が直径約１．２μｍ、周期１．７μｍの場合の強度プロファイルを用いて、図５（Ｂ）のような補間画像を形成する。
【００４３】
第３工程として、図５（Ｄ）に示すように隣接する正常領域と、自己像の平均強度と振幅が滑らかに揃うように微調整を行った上で、欠陥領域に自己像を補間し、図５（Ｃ）に示すような合成画像を得る。以上の第１工程〜第３工程を被写体挿入前後のそれぞれの画像に対して行い、欠陥領域が補間された２枚のＸ線画像を得る。これらの被写体挿入前後の画像に対して、図５（Ｄ）に示すように、被写体による干渉パターンの変化を解析することで、被写体の位相、散乱、吸収に関する情報を取得することができる。ここで、一つの自己像の変化に着目した場合、その振幅の変化が散乱像、ピークの位置の変化が位相像となり、また、自己像の平均強度の変化が吸収像となる。これより、被写体挿入前後２枚の画像から自己像の変化量を解析し、位相回復処理を行うことで、図５（Ｅ）に示すようにＸ線位相コントラスト像を取得することができた。
【実施例２】
【００４４】
本実施例では、相分離シンチレータ結晶体をタイリングしたシンチレータプレートを用いた際に生じるタイリング境界での欠陥領域に自己像の情報を補間し、Ｘ線位相コントラスト像を取得した結果について説明をする。
【００４５】
本実施例で用いるシンチレータ結晶体は、実施例１と同様に、複数の第１の相の材料としてＧｄＡｌＯ３を、第２の相の材料としてＡｌ２Ｏ３を有する共晶相分離シンチレータ結晶体であり、Ｔｂ３＋を発光中心として含有する。実施例１と同様の製造方法により作製し、１．５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ３００μｍで３枚切り出したシンチレータ結晶体を、３枚並べて接着して固定し、全体として４．５ｍｍ×５ｍｍのサイズのシンチレータプレートを得た。このシンチレータプレートを、画素サイズ２．５μｍの二次元の受光素子アレイに対向するように配置し、放射線検出器とした。
【００４６】
実施例１と同様に、８．２４μｍピッチの二次元の自己像が形成されるＸ線タルボ干渉計を用い、本実施例で作製した放射線検出器で撮像した画像のタイリング境界部の拡大画像を図６に示す。８．２４μｍピッチの二次元の自己像を明瞭に観察できているが、相分離結晶体をタイリングした際に生じる幅２０μｍの接着層に相当する領域（図真ん中を横切る白飛びしたライン）では、シンチレータが存在しない為、接着層に入斜するＸ線に対しては、情報が欠損する画素が存在することになる。このような画素に対しては、画像処理を施しても情報を回復することはできず、隙間に相当する領域が撮影画像に現れてしまう。幅２０μｍでは、８．２４μｍピッチの自己像の情報が２点から３点失われることになる。このような自己像の情報が失われた領域を含む被写体挿入前後の２枚の画像に対して、被写体による自己像パターンの変化を解析して位相像を算出する工程を施すと、図７（Ａ）に示すように、タイリング境界部が明暗コントラストの乱れた領域としてＸ線位相コントラスト像に表れてしまう。すなわち、タイリング境界部では位相（自己像）に関する情報が存在しないのに、位相情報があるとして演算すると、被写体挿入前後の位相変化量が異常値となり、激しく位相が変化したように画像としては現れる。そこで、実施例１と同様の補間工程により、被写体挿入前後の２枚の画像に対して、欠陥領域での自己像の情報を補間し、位相像を算出すると、図７（Ｂ）に示すように、タイリング境界部の影響が低減されたＸ線位相コントラスト像を得ることができた。
【符号の説明】
【００４７】
１１  Ｘ線源
１２  線源格子
１３  位相格子
１４  被写体
１５  相分離結晶体からなるシンチレータプレート
１６  二次元受光素子
１７  第一の演算装置
１８  第二の演算装置
２０  演算装置
２０２  第１の相
２０３  第２の相
【図１】
2018075173.tif 000004
【図２】
2018075173.tif 000005
【図３】
2018075173.tif 000006
【図４】
2018075173.tif 000007
【図５】
2018075173.tif 000008
【図６】
2018075173.tif 000009
【図７】
2018075173.tif 000010
【図８】
2018075173.tif 000011