(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を撮像するＸ線撮像装置であって、
Ｘ線源からのＸ線を回折して干渉パターンを形成する回折格子と、
前記回折格子の温度調節をする温度調節部と、
前記回折格子からのＸ線を検出する検出器と、を備え、
前記温度調整部は、前記被検体に気体を吹き出し、且つ、前記被検体設置前の前記回折格子の温度が下記式を満たすように前記回折格子の温度調節をすることを特徴とするＸ線撮像装置。
ａ×ｂ×｜（Ｔａ−Ｔｂ）｜＜（ｄ／２）
ａ：前記回折格子の周期方向における、前記回折格子の固定位置から前記回折格子のＸ線照射範囲の端部までの長さ
ｂ：前記回折格子の線膨張係数
ｄ：前記回折格子のピッチ
Ｔａ：前記被検体設置前の前記回折格子の温度
Ｔｂ：前記被検体撮像時の前記回折格子の温度
【請求項２】
前記温度調節部は、
前記被検体設置前の前記回折格子の温度が下記式を満たすように前記回折格子の温度調節をすることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
ａ×ｂ×｜（Ｔａ−Ｔｂ）｜＜（ｄ／４）
【請求項３】
前記温度調節部は、
前記回折格子の少なくとも一部を収める容器と、
前記容器に流体を輸送する輸送手段と、
前記流体の温度を調節し、且つ前記流体を前記容器内で循環させる流体温度調節手段と、を備え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】
前記気体の温度と前記回折格子の温度との差は、前記被検体の温度と前記回折格子の温度との差よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置は、
前記干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮蔽する遮蔽格子を備え、
前記検出器は、前記遮蔽格子からのＸ線を検出することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記遮蔽格子の温度調節をする温度調節部を備え、
前記遮蔽格子の前記温度調節部は、
前記遮蔽格子の前記被検体設置前の前記回折格子の温度が下記式を満たすように前記遮蔽格子の温度調節をすることを特徴とする請求項５に記載のＸ線撮像装置。
ｃ×ｄ×｜（Ｔｃ−Ｔｄ）｜＜（ｅ／２）
ｃ：前記遮蔽格子の周期方向における、前記遮蔽格子の固定位置から前記遮蔽格子のＸ線照射範囲の端部までの長さ
ｄ：遮蔽格子の線膨張係数
ｅ：遮蔽格子のピッチ
Ｔｃ：前記被検体設置前の前記回折格子の温度
Ｔｄ：前記被検体撮像時の前記遮蔽格子の温度
【請求項７】
被検体を撮像するＸ線撮像装置であって、
Ｘ線源からのＸ線を回折して干渉パターンを形成する回折格子と、
前記回折格子からのＸ線を検出する検出器と、
前記回折格子の温度調節をする温度調節部と、
前記回折格子からのＸ線を検出する検出器と、を備え、
前記温度調節部は、前記被検体に気体を吹き出し、且つ、前記被検体設置前の前記回折格子の温度を３０℃以上４０℃以下に調節することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置と、
前記Ｘ線撮像装置の撮像結果に基づいて計算を行う計算機と、
前記計算機の計算結果に基づいた画像を表示する画像表示装置と、を備えたＸ線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線撮像装置に関し、特にタルボ干渉方式を用いて被検体を撮像するＸ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野や産業分野での利用を目指し、被検体を透過したＸ線の位相変化を利用して像を形成する位相コントラストイメージングの研究が行なわれている。位相コントラストイメージングの一つとして、タルボ干渉を用いた方法が提案されている。
【０００３】
タルボ干渉法の概要を説明する。まず、Ｘ線源からのＸ線が被検体を透過し、それに伴ってＸ線の位相が変化する。被検体を透過したＸ線は、回折格子に回折されることによって所定の位置に干渉パターンを形成する。この干渉パターンを検出器で検出し、その検出結果を用いて計算機によって計算すると、被検体によるＸ線の位相変化の情報から被検体の微分位相像、位相像、散乱像、といった、被検体の情報を得ることができる。
【０００４】
また、一般に、干渉パターンは非常に周期が小さいため、干渉パターンを直接検出することが難しいことがある。そこで、干渉パターンが形成される位置に遮蔽格子を配置する方法が提案されている。遮蔽格子は干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮ることでモアレを形成し、このモアレを検出器で検出すれば、被検体の情報を得ることができる。
【０００５】
特許文献１には、タルボ干渉方式を用いたＸ線撮像システム（Ｘ線タルボ干渉撮像装置）が記載されている。
【０００６】
特許文献１に記載されているＸ線撮像装置は、回折格子と遮蔽格子に温度を測定する温度センサがそれぞれ備えられており、回折格子と遮蔽格子の温度をモニタしている。また、回折格子と遮蔽格子の格子面内での温度が均一となるように、加熱や冷却を行うことができるペルチェ素子のような、温度を調節する手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２００３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１において、被検体はＸ線源と回折格子の間に配設された被検体台に設置されて撮影される。被検体が人体の場合、被検体の体温は一般的に３６℃前後である。一方、被検体の撮像は、一般的に室温２０℃〜２５℃前後の室内で行われる。このとき、被検体の温度と撮像する室内の温度（環境温度）の差は１１℃〜１６℃になる。このように環境温度と温度差のある被検体が被検体台に設置されると、被検体の温度は被検体台を経由し、熱伝達・熱放射（輻射）・熱伝導といった伝熱手段で回折格子に伝わる。回折格子の温度が上昇すると、温度が上昇した部分（回折格子の一部または全体）が熱膨張する。回折格子が熱膨張すると、回折格子のピッチが変化し、それに伴い回折格子により形成される干渉パターンのピッチも変化する。
【０００９】
干渉パターンのピッチが変化すると、干渉パターンと検出器の画素または干渉パターンと遮蔽格子の位置合わせがずれることにより、得られる被検体の微分位相像、位相像、又は散乱像の解像度が低下する可能性がある。
【００１０】
また、Ｘ線タルボ干渉撮像装置は、被検体設置前の干渉パターンまたはモアレと、被検体設置後の干渉パターンまたはモアレを用いて被検体の情報を得るための計算を行う場合がある。このような計算を行う場合、被検体設置前と設置後で回折格子のピッチが変化すると、被検体設置前後の干渉パターンまたはモアレの変化が回折格子のピッチ変化によるものなのか、被検体によるものなのか区別するのが難しい。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑み、人体をはじめとする被検体と回折格子の間での熱の伝達を従来よりも低減させることができる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】
【００１２】
その目的を達成するために、本発明の一側面としてのＸ線撮像装置は、被検体を撮像するＸ線撮像装置であって、Ｘ線源からのＸ線を回折して干渉パターンを形成する回折格子と、前記回折格子の温度調節をする温度調節部と、前記回折格子からのＸ線を検出する検出器と、を備え、前記温度調節部は、前記被検体に気体を吹き出し、且つ、前記被検体設置前の前記回折格子の温度Ｔａが下記式を満たすように前記回折格子の温度調節をすることを特徴とする。
ａ×ｂ×｜（Ｔａ−Ｔｂ）｜＜（ｄ／２）
ａ：前記回折格子の周期方向における、前記回折格子の固定位置から前記回折格子のＸ線照射範囲の端部までの長さ
ｂ：前記回折格子の線膨張係数
ｄ：前記回折格子のピッチ
Ｔｂ：前記被検体撮像時の前記回折格子の温度
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、特にタルボ干渉方式を用いて被検体を撮像するＸ線撮像装置において、人体をはじめとする被検体と回折格子の間での熱の伝達を従来よりも低減させることができる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】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示した模式図
【図２】本発明の実施形態に係る回折格子の詳細形状図
【図３】本発明の実施形態に係る遮蔽格子の詳細形状図
【図４】本発明の実施例２に係る撮像装置の構成を示した模式図
【図５】本発明の実施例３に係る撮像装置の構成を示した模式図
【図６】本発明の実施例４に係る撮像装置の構成を示した模式図
【図７】本発明の実施形例５に係る撮像装置の構成を示した模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付の図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態では、回折格子の温度調節を行う温度調節手段を備えたＸ線タルボ干渉撮像装置について説明する。但し、本明細書においてＸ線とはエネルギーが２〜１００ｋｅＶの電磁波を指す。
【００１７】
図１は本実施形態におけるＸ線撮像装置の構成を示した模式図である。図１に示したＸ線撮像装置１は、Ｘ線を発生させるＸ線源１０１と、Ｘ線を回折する回折格子１０２、Ｘ線の一部を遮る遮蔽格子１０３、Ｘ線を検出する検出器１０４と、回折格子の温度を調節する温度調節部を備えている。更にこのＸ線撮像装置は計算機（不図示）と、接続されており、この計算機はＸ線撮像装置の撮像結果（検出器による検出結果）に基づいて計算を行う。さらに計算機は、計算機による計算結果に基づいた画像を表示する画像表示装置（不図示）と接続されてＸ線撮像システムを構成している。
【００１８】
以下、各構成について説明をする。
【００１９】
本実施形態のＸ線源１０１の出射するＸ線は、発散Ｘ線でも平行Ｘ線でも良く、連続Ｘ線でも、特性Ｘ線でも良い。また、Ｘ線源１０１から出射したＸ線の経路上に、Ｘ線を細いビームに分割するための線源格子または波長選択フィルタを配置してもよい。
【００２０】
但し、Ｘ線源１０１から出射されるＸ線は以降説明する回折格子１０２で回折されることにより、干渉パターンを形成する必要があるため、干渉パターンを形成できる程度の空間的コヒーレンス性が求められる。
【００２１】
本実施形態の回折格子１０２の形状を図２（ａ）、（ｂ）に示した。図２（ａ）は回折格子１０２の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａで切断した断面図である。
回折格子１０２は位相型の回折格子であり、図２（ａ）に示したように位相進行部２０１と、位相遅延部２０２が周期Ｐ１で２次元に配列されている。回折格子１０２はＸ線の照射を受けて明部と暗部が周期的に配列された干渉パターンを形成する。回折格子として振幅型の回折格子を用いることもできるが、位相型の回折格子の方がＸ線量の損失が少ないので有利である。但し、本明細書では、Ｘ線の強度が大きい所を明部、小さい所を暗部とする。
【００２２】
図２（ｂ）に示したように、回折格子１０２は、基板面内に矩形の開口が周期Ｐ１で配列されている。Ｘ線源１０１側から見た時、格子を形成している個所は位相進行部２０１、開口の部分は位相遅延部２０２であり、位相進行部２０１を透過したＸ線と位相遅延部２０２を透過したＸ線で、位相が一定量シフトしている。
【００２３】
一般的に、位相のシフト量がπラジアン又はπ／２ラジアンの回折格子が良く用いられるが、その他のシフト量の回折格子を用いることもできる。
尚、図２（ｂ）では、位相遅延部２０２の矩形の開口は貫通していないが、貫通していても良い。回折格子１０２を構成する材料はＸ線の透過率が高く、屈折率が小さい物質が好ましく、例えば、シリコンを用いることができる。
【００２４】
また、回折格子１０２は位相進行部２０１と位相遅延部２０２が周期的に配列されていれば良く、図２に示した構造以外の構造をとることもできる。また、１次元の周期をもつ、スリット状の回折格子を用いることもできる。
【００２５】
本実施形態の遮蔽格子１０３の形状を図３（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）は遮蔽格子１０３の上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂで切断した断面図である。
図３（ａ）に示したように、遮蔽格子１０３は透過部３０３と遮蔽部３０４が周期Ｐ２で２次元に配列されている。また、図３（ｂ）に示したように、遮蔽格子１０３は、Ｘ線透過率が高い材料からなり、Ｘ線透過率が高い材質からなる基板３０１上に矩形状の構造物３０２を設置する。矩形状の構造物３０２は、Ｘ線透過率が低い材質からなり、Ｘ線を遮蔽するのに充分な高さｈ１を持つ。Ｘ線源側から見た時、矩形波状の構造物３０２が存在する個所が遮蔽部３０４、矩形波状の構造物３０２が存在しない個所が透過部３０３である。
尚、遮蔽部はＸ線を完全に遮蔽しなくても良い。但し、干渉パターンに遮蔽格子を重ねることでモアレが形成される程度にＸ線を遮蔽する必要がある。その条件を満たせば、矩形波状の構造物３０２の材質や高さは問わない。例えば、矩形波状の構造物を金で作る場合、その高さは３０μｍ程度あればよい。また、遮蔽格子は透過部と遮蔽部が周期的に配列されていれば良く、図３（ａ）、（ｂ）に示した構造以外の構造をとることもできる。例えば、Ｘ線透過率が低い材質からなる凹凸が形成された基板の凹部にＸ線透過率が高い材質を充填した構造を持つ遮蔽格子を用いても良い。
【００２６】
遮蔽格子１０３の周期Ｐ２は回折格子１０２によって形成される干渉パターンの周期と同一または僅かに異なる値をとることができ、形成したいモアレの周期によって決めることができる。
尚、本明細書におけるモアレとは、その周期が無限長か、もしくは無限長に限りなく近い場合も含む。
【００２７】
検出器１０４は、Ｘ線を検出する検出器（例えばＣＣＤ）であり、２次元に画素が配列した２次元検出器である。検出器１０４は、遮蔽格子１０３からのＸ線を検出できる位置に設置されている。なお、検出器１０４は遮蔽格子１０３に近接しているほうが画像解像度を高めることができるため好ましい。
【００２８】
被検体１０５はＸ線源１０１と回折格子１０２の間に設置され、被検体１０５により位相の変調を受けたＸ線が回折格子１０２により回折されることで被検体１０５の情報を有する干渉パターンが形成される。尚、本実施形態では被検体１０５はＸ線源１０１と回折格子１０２の間に設置されるが、回折格子１０２と遮蔽格子１０３の間に設置しても良い。また、本実施形態では、被検体１０５は人体として説明するが、被検体は動物であっても良く、また、Ｘ線を透過するものであれば制限は無い。
【００２９】
温度調節部は、回折格子を収める容器１０６と、容器１０６に流体を輸送する輸送手段として配管１０７と、回折格子の温度を測る温度センサ１０８と、流体の温度を調節し、その流体を容器１０６内で循環させる流体温度調節手段としてのヒーター１０９を備える。
【００３０】
容器１０６は、回折格子１０２の周囲を覆うカバーの役割を果たす。ここでは、回折格子１０２は不図示の支持部材を介して容器１０６に固定されている。ここで、不図示の支持部材は回折格子１０２に対して断熱構造となっていることが好ましい。また、容器１０６の材料はＸ線を透過するものが好ましく、例えば、アルミニウムのような軽金属を用いることができる。さらに、容器１０６の被検体１０５側は被検体１０５と接触する可能性を有するので、断熱素材をコーティングしたり、貼り付けたりした方が好ましい。なお、この素材もＸ線の吸収係数が小さい素材がより好ましい。
【００３１】
容器１０６にはヒーター１０９から送出された流体が配管１０７を通って輸送され、容器１０６内に輸送された流体は容器１０６内で循環する。そのため、容器１０６から流体が漏れないような構成をとる。具体的には、容器を構成する部材の結合箇所にシール部材、例えばＯリングやシリコン接着剤、を介在させたり、部材同士を溶接したりしている。
また、容器１０６はＸ線を透過させるため、容器１０６の構造の強度が保たれる範囲で出来るだけ薄い方が好ましい。
【００３２】
輸送手段としての配管１０７は、容器１０６に接続されている。配管１０７は樹脂・金属・ゴム等の材質で出来ており、配管１０７の外周は配管内の流体の放熱を防止するため断熱材が巻かれている。また、配管１０７の送出側出口は可能な限り回折格子１０２に近い方が好ましく、直接回折格子１０２に流体が吹き付けられる配置であっても良い。
【００３３】
温度センサ１０８は、回折格子１０２の温度を計測するための温度センサである。温度センサ１０８は回折格子１０２のＸ線照射範囲の外部に固定または埋設しており、回折格子の温度を計測する。温度センサ１０８は回折格子のＸ線照射範囲に隣接するように固定または埋設されていると、回折格子の撮像に用いられる部分に隣接する部分の温度を計測することができるため好ましい。この、Ｘ線照射範囲に隣接する部分の温度を本明細書における回折格子の温度とする。また、回折格子上でＸ線照射範囲に隣接する部分の温度は均一であるとみなし、回折格子上のＸ線照射範囲に隣接する部分のうち１点の温度を計測すれば回折格子の温度が計測できるものとする。
【００３４】
但し、本実施形態では容器１０６内を温度調節された流体が循環しているため、回折格子上のＸ線照射範囲から離れた位置で温度を計測しても、その計測結果が回折格子の温度とみなすことができる。尚、複数の位置で温度を計測した場合、その平均値を回折格子の温度とみなしても良い。温度センサ１０８の種類は必要な精度で温度を計測出来れば種類を問わない。例えば、サーミスタ、白金測温抵抗体、熱電対などであり、後述の使用流体に応じて選定されることが好ましい。尚、流体の温度を調節すれば回折格子１０２の温度を計測しなくても良い場合は温度センサは不要である。
【００３５】
本実施形態において、流体温度調節手段としてのヒーター１０９は温度センサ１０８と接続されており、温度センサ１０８で計測した温度を基に流体の温度を調節し、その流体を配管１０７に送出することにより容器１０６内で流体を循環させる。また、ヒーター１０９は、容器１０６に送出されて容器内を循環した流体を回収し、再度温度調節する機能を有する。本図において、流体は矢印で示した循環を行う。なお、本実施形態において、流体は気体が好ましく、例えば空気が好ましいが、画像取得に影響を及ぼさないものであれば、この限りでなく、ヘリウム、窒素などの不活性ガスでも良い。また、気体に限らず、液体でも良く、例えば水などを用いても良い。また、本実施形態においては流体温度調節手段はヒーターであり、流体の温度を温めることで流体の温度を調節するが、環境温度によっては流体の温度を冷却するクーラーであっても良い。
【００３６】
以上本実施形態のＸ線撮像装置の主な構成を説明したが、各々の構成要素はＸ線撮像装置としての性能を発揮するよう不図示の機械部品で結合されている。
【００３７】
本実施形態のＸ線撮像装置における撮像方法を具体的に説明する。
【００３８】
Ｘ線源１０１から出力されたＸ線は被検体１０５を通過する。この際、Ｘ線は被検体１０５によって屈折する。被検体１０５を通過したＸ線は容器１０６に収納された回折格子１０２を通過し、遮蔽格子１０３上に干渉パターンを形成する。遮蔽格子１０３上に形成された干渉パターンを形成するＸ線の一部は遮蔽格子１０３により遮蔽され、モアレを形成する。形成されたモアレは検出器１０４により検出され、この検出結果と被検体設置前のモアレを比較し、計算を行うことによって被検体によるＸ線の位相変化の情報を得ることが出来る。
【００３９】
既に述べたように回折格子１０２には温度センサ１０８が取り付けられており、回折格子の温度が被検体１０５の表面温度（被検体が人の場合、体温）近傍となるように温度調節部が回折格子の温度を調節する。それゆえ、回折格子１０２の近くに被検体１０５が配置されても、被検体からの熱伝達・熱放射・熱伝導などによる回折格子の受熱（又は冷却）を低く抑えることが出来る。これによって、被検体が配置されたことによる回折格子１０２の熱膨張（又は収縮）を従来よりも抑制出来る。尚、被検体が人の場合、回折格子の温度が３０℃以上４０℃以下程度であることが好ましい。回折格子の温度がこの範囲であれば、被検体から回折格子への受熱による撮像に与える影響を低く抑えることができる。
【００４０】
（比較例１）
比較例として、温度調節部以外は実施形態１と同じ構成のＸ線撮像装置を仮定する。
【００４１】
本比較例の温度調節部は、被検体設置前の回折格子の温度が面内で２０℃の均一になるように必要に応じて加熱・冷却をする。
【００４２】
また、本比較例のＸ線撮像装置の各パラメーターを以下に示す。
・Ｘ線のエネルギー  １７．５ｋｅＶ
・線源格子開口部サイズ  ５μｍ
・線源格子のピッチ  ４５．４μｍ
・回折格子のピッチ  ５．３μｍ
・遮蔽格子のピッチ  ４．０μｍ
・線源格子と回折格子の間の距離１２００ｍｍ
・回折格子と遮蔽格子の間の距離１０８ｍｍ
・得られるモアレ縞ピッチ２００μｍ
シリコン（線膨張係数ｂ＝２．５５×１０−６（１／Ｋ））からなる回折格子を用い、Ｘ線照射範囲が２５０ｍｍ角の正方形になるように回折格子のＸ線照射範囲の中心を固定する。回折格子をこのように固定すると、回折格子の周期方向における回折格子の固定位置からＸ線照射範囲の端部までの長さａは２５０ｍｍ／２＝１２５ｍｍとなる。
【００４３】
被検体設置前の回折格子の温度Ｔｅを２０℃、被検体設置後の回折格子の温度Ｔｆを３６℃とすると、回折格子の周期方向における回折格子の固定位置からＸ線照射範囲の端部までの長さの変化ΔＬ１は以下のように計算される。
ΔＬ１＝ａ×ｂ×｜（Ｔｅ―Ｔｆ）｜＝１２５×２．５５×１０−６×１６＝５．１μｍ
尚、回折格子の周期方向における回折格子の固定位置からＸ線照射範囲の端部までの長さａとは、回折格子の固定位置を通り、回折格子の配列方向と垂直をなす直線上における固定位置とＸ線照射範囲の端部との距離の最大値である。
【００４４】
例えば、Ｘ線照射範囲が２５０ｍｍ角の正方形であり、回折格子の固定位置をＸ線照射範囲の下端にしたとき、ａはＸ線照射範囲の下端から上端までの距離であり、２５０ｍｍとなる。Ｘ線照射範囲が２５０ｍｍ角の正方形であり、回折格子の固定位置をＸ線照射範囲の下端からさらに１０ｍｍ下方にしたとき、ａは２６０ｍｍとなる。
【００４５】
また、２次元周期を有する回折格子をＸ線照射範囲がｘ方向に２５０ｍｍ、ｙ方向に３００ｍｍの長方形になるようにＸ線照射範囲の中心で固定したとき、ａ＝１５０ｍｍである。つまりΔＬ１は、回折格子の熱膨張（熱収縮）による位置ずれ量の最大値を示す。
【００４６】
温度変化に伴い回折格子は膨張し、回折格子の固定位置からＸ線照射範囲の端部までの長さの変化ΔＬ１は回折格子ピッチとほぼ等しい値になっている。回折格子のピッチが１／２ピッチずれると、干渉パターンと遮蔽格子の位置合わせがずれ、検出結果から被検体によるＸ線の位相変化が計算出来ない。
【００４７】
また、回折格子のピッチのずれ量が１／２以下でも、干渉パターンと遮蔽格子の位置合わせのずれにより、得られる被検体の微分位相像、位相像、又は散乱像の解像度の低下を生じさせる可能性がある。尚、遮蔽格子を用いずに干渉パターンを直接検出器で検出するＸ線撮像装置の場合も、回折格子のピッチのずれにより干渉パターンと検出器の位置合わせにずれが生じ、得られる被検体の微分位相像、位相像、又は散乱像の解像度の低下を生じさせる可能性がある。
【００４８】
また、本比較例のＸ線撮像装置における撮像においては、被検体設置時のモアレと被検体が設置されていない時のモアレを比較し、計算を行うことによって被検体によるＸ線の位相変化の情報を得る。被検体が設置されていない時のモアレは、被検体の撮像毎に検出しても良いし、実際の検出結果またはシミュレーションによる結果をあらかじめ記憶させておいても良い。
【００４９】
被検体設置時のモアレと被検体が設置されていない時のモアレを比較しても、そのモアレの変化が温度変化による回折格子の熱膨張によるものなのか、又は被検体によるものなのか、を分離できない。そのため、回折格子の熱膨張によるモアレの変化を被検体によるモアレの変化とみなして計算を行うことで、誤った被検体の情報が得られる可能性が
ある。
【００５０】
（実施例１）
実施例１では、実施形態１と同じ構成のＸ線撮像装置について、より具体的に説明をする。
【００５１】
本実施例では、被検体設置前の回折格子の温度が面内で３６℃の均一になるように必要に応じて加熱・冷却をする点が比較例１と異なる。
【００５２】
本実施例のＸ線撮像装置の各パラメーターは、回折格子の温度以外は比較例１と同じなので省略する。
【００５３】
ここで、被検体設置前の回折格子の温度が３６℃、被検体撮像時の回折格子の温度が３９℃と仮定すると、回折格子の温度差は３℃である。
【００５４】
比較例１同様、回折格子はシリコンからなる２５０ｍｍ角の正方形なので、回折格子の固定位置から回折格子のＸ線照射範囲の端部までの長さの変化ΔＬ２は以下のように計算される。
ΔＬ２＝ａ×ｂ×｜（３６−３９）｜＝０．９６μｍ
本実施例では、回折格子の周期方向における回折格子の固定位置からＸ線照射範囲の端部までの長さの、温度変化に伴う変化ΔＬ２は、回折格子ピッチの約１／５となる。比較例１と比較すると、本実施例の温度変化に伴う干渉パターンの位相の変化は微小であり、比較例１と比較して高精度な画像の復元が可能である。
【００５５】
つまり、温度調節部による回折格子の温度調節を数式で表現すると、回折格子の配列方向における回折格子の固定位置からＸ線照射範囲の端部までの長さをａ、回折格子の線膨張係数をｂ、被検体設置前の回折格子の温度をＴａ、撮像時の回折格子の温度をＴｂ、回折格子のピッチをｄとするとき、
ａ×ｂ×｜（Ｔａ−Ｔｂ）｜＜ｄ／２      （式１）
が成り立てば干渉パターンの明部と暗部が反転せず、被検体の撮像により被検体の情報を得ることができる。尚、上式は干渉パターンの明部と暗部が反転しない条件であるが、温度変化に伴う回折格子の固定位置からＸ線照射範囲の端部までの長さの変化は、ｄ／４以下であることが好ましく、さらにｄ／１０以下であることがより好ましい。
【００５６】
また、Ｘ線撮像装置に被検体が設置された直後の回折格子の温度が上記式１のＴｂを満たせば、被検体を設置後直ちに撮像を行うことができる。そのためには、予め被検体の温度近くに回折格子の温度を調節しておくことが好ましく、被検体が人の場合、回折格子を予め３０℃以上４０℃以下に調節しておくことが好ましい。より好ましくは、回折格子を予め３２℃以上３８℃以下に調節しておくことが好ましい。
尚、回折格子は温度調節部により温度が調節される。そのため、被検体設置前の回折格子の温度は製造時の温度と異なることがある。従って、回折格子は使用温度で仕様の寸法となるように決定されることが好ましい。
【００５７】
また、本明細書において、被検体設置前とはＸ線撮像装置がスタンバイ状態にあり、被検体が設置されていない時のことを指す。
Ｘ線撮像装置の電源が入っていても回折格子の温度調節部の電源を入れていない場合は、このＸ線撮像装置はスタンバイ状態ではないとみなす。
【００５８】
（実施例２）
実施例２は、実施形態１の容器１０６に開口を設けたＸ線撮像装置の例である。本実施例のＸ線撮像装置を図４に示す。本実施例の容器４０１は回折格子の位相進行部と位相遅延部が配列している部分の少なくとも一部に開口が設けられている。４０２は給気口、４０３は排気口であり、ヒーター１０９で温度調節された気体が給気口４０２から排気口４０３に向けて吹き出している。本実施例に用いられる気体は、容器４０１の開口より漏れ出す可能性があるため、被検体に影響を及ぼさないものでなくてはならず、例えば空気が好ましい。
【００５９】
容器４０１に開口が設けられていることにより、撮像範囲内においてＸ線が容器に吸収されなくなる。それゆえ、実施例１よりも撮像に必要なＸ線の出力を低下させることが出来、被検体の被曝量を抑制することが出来る。尚、実施形態１と同様に容器４０１の被検体１０５側は断熱資材で形成されている方が好ましい。
【００６０】
（実施例３）
実施例３は、実施形態１のＸ線撮像装置に、流体噴出口を設けたＸ線撮像装置の例である。本実施例のＸ線撮像装置を図５に示す。本実施例の流体噴出口５０１は容器１０６の外部に設けられている。流体噴出口５０１は、配管１０７の送出側から分岐され、容器１０６の被検体１０５側にＸ線を遮らないように固定されている。本図において、流体は矢印で示した循環を行う。また、流体噴出口から噴き出される流体は、気体であり、被検体に影響を及ぼさないものでなくてはならない。例をあげれば、空気である。ここで、流体噴出口５０１は１箇所のみ記載しているが、複数設けても良い。
【００６１】
流体噴出口５０１の流体が噴き出す方向は被検体１０５に向けられており、被検体１０５の温度が回折格子１０２の設定温度と差があった場合でも、被検体１０５を加熱又は冷却することにより被検体１０５と回折格子の温度差を小さくすることができる。これにより、被検体１０５と回折格子１０２との間で熱の授受がさらに小さくなるので、実施形態１のＸ線撮像装置と比較してより回折格子１０２の熱による変形、位置ずれを抑制することが出来る。この際、噴き出す流体の流量は分岐にバルブ等を設けることにより調整が可能となる。
【００６２】
尚、本実施例では流体噴出口５０１が配管１０７の送出側から分岐されているため、被検体１０５に噴出される気体の温度は回折格子の温度とほぼ同じである。しかし、例えば流体噴出口５０１から噴出する流体の温度を調節する流体温度調節手段を別途設け、容器１０６内を循環させる流体と異なる温度の異なる流体を流体噴出口５０１から噴出させても良い。回折格子１０２の温度よりも被検体の温度の方が高いときは、被検体に噴出する気体の温度を被検体の温度よりも低くすればよく、回折格子の温度よりも被検体の温度の方が低いときは、被検体に噴出する気体の温度を被検体よりも高くすれば良い。尚、被検体が人体または動物の場合、被検体に噴出される気体の温度は被検体の温度と回折格子の温度の間の温度であるほうが被検体に与える不快感が小さくて済む。
【００６３】
（実施例４）
実施例４は、実施形態１の容器に開口を設け、さらに流体噴出口を設けたＸ線撮像装置である。
本実施例のＸ線撮像装置を図６に示す。本実施例のＸ線撮像装置は、実施例２で述べた効果と実施例３で述べた効果を併せて有することが可能となる。
【００６４】
（実施例５）
実施例５は遮蔽格子１０３の温度調節を行う遮蔽格子温度調節部を備える点で実施例１と異なる。実施例５のＸ線撮像装置を図７に示した。遮蔽格子温度調節部以外は実施例１と同じ構成である。
遮蔽格子温度調節部は回折格子の温度調節部と同様の構成である。つまり、遮蔽格子温度調節部は、遮蔽格子を収める容器７０１と、配管７０２と、遮蔽格子の温度を測る温度センサ７０３と、ヒーター７０４を備える。
【００６５】
以下、遮蔽格子温度調節部について説明をする。
【００６６】
本実施例において、遮蔽格子１０３は不図示の支持部材を介して容器７０１に固定されている。不図示の支持部材は遮蔽格子１０３に対して断熱構造となっていることが好ましい。また、容器７０１の材料はＸ線を透過するものが好ましく、例えば、アルミニウムなどである。さらに、容器７０１の検出器１０４側は検出器１０４と近接しているので、断熱素材をコーティングしたり、貼り付けたりした方が好ましい。なお、容器７０１にコーティングまたは貼り付ける素材はＸ線の吸収係数の小さい素材が好ましい。
【００６７】
回折格子の温度調節部の容器１０６同様、容器７０１にはヒーター７０４から送出された流体が配管７０２を通って輸送され、容器７０１内に輸送された流体は容器７０１内で循環する。そのため、容器７０１は流体が漏れないような構成としている。
【００６８】
また、容器７０１はＸ線を透過させるため、構造の強度が保たれる範囲で出来るだけ薄い方が好ましい。
【００６９】
配管７０２は容器７１０に流体を輸送する輸送手段である。配管７０２は樹脂・金属・ゴム等の材質で出来ており、その外周は放熱を防止するため断熱材が巻かれている。
【００７０】
遮蔽格子１０３の温度を計測するための温度センサ７０３はＸ線照射範囲外の基板３０１上に固定または埋設しており、遮蔽格子の温度を計測する。
【００７１】
回折格子の温度調節部同様、温度センサ７０３は遮蔽格子のＸ線照射範囲に隣接するように固定または埋設されていると好ましい。Ｘ線照射範囲に隣接する部分の温度を本明細書における遮蔽格子の温度とする。また、遮蔽格子上でＸ線照射範囲に隣接する部分の温度は均一であるとみなし、遮蔽格子上のＸ線照射範囲に隣接する部分のうち１点の温度を計測すれば遮蔽格子の温度が計測できるものとする。
【００７２】
但し、本実施形態では容器７０１内を温度調節された流体が循環しているため、遮蔽格子上のＸ線照射範囲から離れた位置で温度を計測しても、その計測結果が回折格子の温度とみなすことができる。温度センサ７０３の種類は温度を計測出来れば種類を問わない。例えば、サーミスタ、白金測温抵抗体、熱電対などであり、必要精度や後述の使用流体に応じて選定されることが好ましい。尚、流体の温度を調節すれば遮蔽格子１０３の温度を計測しなくても良い場合は温度センサは不要である。
【００７３】
本実施例において、ヒーター７０４は流体の温度を調節しその流体を容器７０１内で循環させる流体温度調節手段である。このヒーター７０４は、遮蔽格子１０３の温度を一定にするために流体の温度を調節し、配管７０２に送出することにより容器７０１内で流体を循環させる機能を有する。また、本実施例のヒーター７０４は、温度センサ７０３に接続されており、温度センサで計測した温度を元に流体を再度温度調節し、配管７０２に送出する機能を有する。ここで、流体は矢印で示した循環を行う。なお、本実施形態において、流体は気体が好ましく、例えば空気が好ましいが、画像取得に影響を及ぼさないものであれば、この限りでない。流体として例えば、ヘリウム、窒素などの不活性ガスを用いることもできる。また同様に、気体に限らず、液体でも良く、例えば水などを用いても良い。また、環境温度と設定温度によっては、流体温度調節手段はクーラーでも良い。
【００７４】
上記の構成により、遮蔽格子１０３は遮蔽格子の温度調節部により一定温度に温度調節される。上述のように、遮蔽格子１０３は検出器１０４と近接しているため、検出器１０４が動作に伴い発熱をすると、その熱が輻射・伝達・伝導される。しかし、遮蔽格子１０３は検出器１０４の動作に伴う発熱を考慮して予め温められているため、検出器１０４の熱による変形または位置ずれを抑えることが出来る。また、図１の構成では、温度環境の変動による影響は加味していなかったが、本実施例のように遮蔽格子にも温度調節部を設けることにより、急激な温度変動にも対応することが出来る。
【００７５】
また、本実施例のように遮蔽格子にも温度調節部を設けると、被検体が回折格子１０２と遮蔽格子１０３の間に設置されたときでも被検体による温度変化の影響を抑えることができる。
【００７６】
尚、遮蔽格子の温度は回折格子の温度と同じにする必要はなく、設定した遮蔽格子のピッチが変化しないような温度が保たれれば良い。
【００７７】
回折格子同様、遮蔽格子の固定位置から遮蔽格子のＸ線照射範囲の端部までの距離変化Δ３は以下のように計算される。
ΔＬ３＝ｃ×ｄ×｜（Ｔｃ−Ｔｄ）｜
遮蔽格子の温度調節部による遮蔽格子の温度調節を数式で表現すると、下記のようになる。遮蔽格子の配列方向と垂直な方向における遮蔽格子の固定位置から遮蔽格子のＸ線照射範囲の端部までの距離をｃ、遮蔽格子の線膨張係数をｄ、被検体設置前の遮蔽格子の温度をＴｃ、撮像時の遮蔽格子の温度をＴｄ、遮蔽格子のピッチをｅとするとき、
ｃ×ｄ×｜（Ｔｃ−Ｔｄ）｜＜ｅ／２
が成り立てば干渉パターンの明部と遮蔽格子の透過部との相対位置が反転せず、被検体の撮像により被検体の情報を得ることができる。尚、上式は干渉パターンの明部と暗部が反転しない条件であるが、温度変化に伴う遮蔽格子の固定位置から遮蔽格子のＸ線照射範囲の端部までの距離変化は、ｄ／４以下であることが好ましく、さらにｄ／１０以下であることがより好ましい。
【００７８】
また、本実施例の説明に用いた図７において、回折格子１０２の温度調節部は図１の構成を元にしたが、既に述べた他の構成としても良いことは言うまでもない。
【００７９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、回折格子の温度調節部は流体により回折格子の温度を調節するものに限定されず、ペルチェ素子を用いて回折格子の温度調節をしても良い。
【符号の説明】
【００８０】
１０１  Ｘ線源
１０２  回折格子
１０３  遮蔽格子
１０４  検出器
１０５  被検体
１０６  容器
１０７  配管
１０８  温度センサ
１０９  ヒーター
【図１】
0005804843.tif 000002
【図２】
0005804843.tif 000003
【図３】
0005804843.tif 000004
【図４】
0005804843.tif 000005
【図５】
0005804843.tif 000006
【図６】
0005804843.tif 000007
【図７】
0005804843.tif 000008