(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線検査装置におけるＸ線検査方法であって、
Ｘ線管の管電圧を、被写体中の第１Ｘ線伝播媒質およびこの第１Ｘ線伝播媒質とＸ線吸収能の異なる第２Ｘ線伝播媒質間でのＸ線吸収率の差が１０％以下となる管電圧に設定し、
前記管電圧に設定された状態で、前記被写体に前記Ｘ線管からＸ線ビームを照射し、
前記第１Ｘ線伝播媒質および第２Ｘ線伝播媒質間のＸ線吸収能の差を反映したＸ線吸収像に重なって、前記第１Ｘ線伝播媒質および第２Ｘ線伝播媒質間の境界面での前記Ｘ線ビームの屈折により前記境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像を有する透過Ｘ線像を検出し、
前記透過Ｘ線像から前記Ｘ線屈折像成分を抽出する画像処理を行うＸ線検査方法。
【請求項２】
前記画像処理は、前記透過Ｘ線像の高周波成分を強調する周波数強調処理を含んでいる請求項１に記載のＸ線検査方法。
【請求項３】
前記画像処理は、画像鮮鋭化処理である請求項１に記載のＸ線検査方法。
【請求項４】
前記画像処理は、前記Ｘ線屈折像を除いたバックグラウンド像を前記透過Ｘ線像から少なくとも部分的に差し引く減算処理を含んでいる請求項１に記載のＸ線検査方法。
【請求項５】
前記バックグラウンド像の少なくとも一部は、周波数強調処理により前記透過Ｘ線像の低周波成分が強調されている請求項４に記載のＸ線検査方法。
【請求項６】
前記バックグラウンド像の少なくとも一部は、前記透過Ｘ線像よりも荒い画素でサンプリングされている請求項４に記載のＸ線検査方法。
【請求項７】
前記Ｘ線管の管電圧を設定する際、前記被写体を乳房とする場合に前記Ｘ線管の管電圧を４０ｋＶｐないし１５０ｋＶｐに設定する請求項１に記載のＸ線検査方法。
【請求項８】
前記透過Ｘ線像は、前記Ｘ線ビームの照射範囲を変えて複数回撮影された複数の画像を合成して得られる請求項１に記載のＸ線検査方法。
【請求項９】
被写体にＸ線ビームを照射し、かつ、前記被写体中の第１Ｘ線伝播媒質およびこの第１Ｘ線伝播媒質とＸ線吸収能の異なる第２Ｘ線伝播媒質間でのＸ線吸収率の差が１０％以下となる管電圧に設定されたＸ線管と、
前記被写体を透過する透過Ｘ線像を検出する検出器と、
前記第１Ｘ線伝播媒質および第２Ｘ線伝播媒質間のＸ線吸収能の差を反映したＸ線吸収像に重なって、前記第１Ｘ線伝播媒質および第２Ｘ線伝播媒質間の境界面での前記Ｘ線ビームの屈折により前記境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像を有する前記透過Ｘ線像が得られるように、前記Ｘ線管および被写体間の距離、並びに前記被写体および検出器間の距離を設定する配置調整部と、
前記検出器で検出された前記透過Ｘ線像から前記Ｘ線屈折像成分を抽出する画像処理部と、を備えているＸ線検査装置。
【請求項１０】
前記Ｘ線管の管電圧は、前記被写体を乳房とする場合に４０ｋＶｐないし１５０ｋＶｐに設定される請求項９に記載のＸ線検査装置。
【請求項１１】
前記Ｘ線管は、前記Ｘ線ビームの照射範囲を変えて前記被写体を複数回に分けて撮影可能となるように前記Ｘ線ビームの照射方向を変化させる請求項９に記載のＸ線検査装置。
【請求項１２】
前記Ｘ線管が焦点位置を中心として回転することにより、前記Ｘ線ビームの照射方向を変化させる請求項１１に記載のＸ線検査装置。
【請求項１３】
前記検出器は、前記Ｘ線ビームの照射方向の変化に連動し、かつ、前記Ｘ線ビームの照射範囲内のＸ線ビームを全て受けるように移動可能である請求項１１に記載のＸ線検査装置。
【請求項１４】
前記Ｘ線ビームの照射範囲を変えて複数回被写体を撮影した複数の画像を合成して前記透過Ｘ線像を形成する画像合成部をさらに備えている請求項１１に記載のＸ線検査装置。
【請求項１５】
前記被写体を透過するある照射方向ＪへのＸ線焦点の投影像（実効焦点）の最大差渡し寸法をｐ（Ｊ）前記被写体を透過する全照射方向に渡るｐ（Ｊ）の集合をＰとしたとき、全てのＪについて、ｐ（Ｊ）＜１００μｍ、かつ、最大（Ｐ）／最小（Ｐ）＜２である請求項９に記載のＸ線検査装置。
【請求項１６】
前記Ｘ線管は、前記第１Ｘ線伝播媒質および第２Ｘ線伝播媒質間でのＸ線吸収率の差が１０％より大きい管電圧に設定可能であり、
配置調整部は、前記被写体と前記検出器とが密着するように調整可能である請求項９に記載のＸ線検査装置。
【請求項１７】
前記Ｘ線管は、前記第１Ｘ線伝播媒質および第２Ｘ線伝播媒質間でのＸ線吸収率の差が１０％より大きい管電圧に設定可能であり、
配置調整部は、前記被写体と前記Ｘ線管とが接近するように調整可能である請求項９に記載のＸ線検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、医療診断分野や非破壊検査分野に用いられるＸ線検査方法およびＸ線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、Ｘ線診断装置やＸ線ＣＴ装置などのＸ線検査装置では、例えば特開平１−１６１６４５号公報（第２−３頁）に示されているようにＸ線管から放射されたＸ線ビームを被写体に照射し、被写体を透過する透過Ｘ線像を検出器などで検出することにより、被写体中に含まれる異なるＸ線伝播媒質間のＸ線吸収能の差を反映したＸ線吸収像を透過Ｘ線像として画像化している。【０００３】  近年では、Ｘ線管の焦点を微小化すること、および例えば特開２００１−１９４７３８号公報（第２−３頁、図１−２）に示されているように被写体と検出器との距離を離して拡大撮影することの併用により、通常のＸ線吸収能の違いによるＸ線吸収像に重なって、異なるＸ線伝播媒質間の境界部分を輪郭強調するＸ線屈折像の画像成分を撮影する新しい撮影原理が注目されている。この撮影原理では、被写体中の異なるＸ線伝播媒質間の屈折率の違いにより、異なるＸ線伝播媒質の境界面でのＸ線ビームの屈折により境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像が生じるものである。この撮影原理によれば、従来に比べて画像がより鮮明となり、より微細なものを識別することが可能となる改善効果が示されている。【０００４】  ところで、マンモグラフィーなどの軟組織の医療診断分野では、検出器にスクリーンフィルム系、蓄積蛍光体、もしくは固体撮像デバイスを使用することが一般的であり、Ｘ線管の管電圧を２０〜３５ｋＶｐと低くし、低エネルギーのＸ線ビームを利用している。特に、モリブテン（ＭＯ）またはロジウム（ＲＨ）を陽極ターゲットとするＸ線管を使用することにより、モリブテン（ＭＯ）またはロジウム（ＲＨ）の特性Ｘ線を主成分とする低エネルギーのＸ線ビームを利用するのが一般的である。低エネルギーのＸ線ビームを使用することにより、乳房中の病巣のように、周辺の正常組織とのＸ線吸収能の違いが比較的小さい異物に対しても、識別可能な吸収コントラストを得ることができる。【０００５】  また、非破壊検査分野では、厚い被写体の内部の異物やボイド（空気で満たされた空洞）などをＸ線検査する場合、十分な強度の透過Ｘ線量を確保する必要があるため、薄い被写体の場合に比べてＸ線管の管電圧を高くして、入射Ｘ線の実効エネルギーを高くしている。
【発明の開示】
【０００６】  上述したように、マンモグラフィーなどの軟組織の医療診断分野では、Ｘ線管の管電圧を２０〜３９ｋＶｐと低くし、低エネルギーのＸ線ビームを利用することにより、乳房中の病巣のように、周辺の正常組織とのＸ線吸収能の違いが比較的小さい異物に対しても、識別可能な画像コントラストを得ることができる。しかしながら、Ｘ線管の管電圧を３９ｋＶｐ以上の値に増大させ、Ｘ線のエネルギーを高くするほど、人体のＸ線吸収能が低くなり、Ｘ線吸収能の違いによる吸収コントラストが得られなくなり、識別困難となってくる。このような識別困難となる画像は利用価値のないものと見なされていた。
【０００７】  一般的に、Ｘ線診断でのＸ線のエネルギーが低いほど患者の被曝線量は増大することが知られている。これは、Ｘ線のエネルギーが低いほど、人体によるＸ線吸収能が高くなるため、透過Ｘ線量が低下するという物理現象に起因している。すなわち、透過Ｘ線を検出して画像を形成するが、透過Ｘ線量が高いほどノイズの小さい画像が得られるので、同等のノイズレベルの画質を得るためにはある一定の透過Ｘ線量が必要となり、そのために入射Ｘ線量はＸ線のエネルギーが低いほど増大させることになるためである。
【０００８】  このような理由により、マンモグラフィーなどの軟組織の医療診断分野では、Ｘ線管の低管電圧での撮影が原則であるため、管電圧をより高くして被曝線量を低下させることが困難であった。
【０００９】  さらに、マンモグラフィーなどの軟組織の医療診断分野では、通常よりも厚い被写体の場合には、薄い被写体の場合に比べてより高い管電圧で撮影せざるを得ず、その結果、石灰化のような微小な異常の識別能が低下してしまうという問題もあった。
【００１０】  しかも、医療診断分野では、血管、腎盂系、胆嚢、胆管、卵管、リンパ系、消化管、気管支などをＸ線検査する場合、ヨード化合物などの造影剤を注入して周辺組織とのＸ線吸収能の違いを大きくする必要があるが、造影剤の注入が負担となる問題がある。
【００１１】  また、非破壊検査分野では、厚い被写体の内部の異物やボイド（空気で満たされた空洞）などをＸ線検査する場合、十分な強度の透過Ｘ線量を確保する必要があるため、薄い被写体の場合に比べてＸ線管の管電圧を高くして、入射Ｘ線の実効エネルギーを高くする必要がある。しかし、入射Ｘ線の実効エネルギーを高くすると、異物やボイドなどの大きさが小さかったり、異物やボイドなどとこれらを取り囲む正常部位のＸ線吸収能との差が小さい場合には、透過Ｘ線強度差が小さく、識別能が低下する場合があった。これは厚みが大きいほど識別能が低下するため、ある厚みの閾値を越えると全く識別困難となっていた。
【００１２】  本発明は、このような点に鑑みなされたもので、医療診断分野では被曝を低減できるとともに小さい異常なども確実に検出でき、非破壊検査分野では厚い被写体でも内部構造を確実に検出できるＸ線検査方法およびＸ線検査装置を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の態様に係るＸ線検査方法は、
Ｘ線検査装置におけるＸ線検査方法であって、
Ｘ線管の管電圧を、被写体中の第１Ｘ線伝播媒質およびこの第１Ｘ線伝播媒質とＸ線吸収能の異なる第２Ｘ線伝播媒質間でのＸ線吸収率の差が１０％以下となる管電圧に設定し、
前記管電圧に設定された状態で、前記被写体に前記Ｘ線管からＸ線ビームを照射し、
前記第１Ｘ線伝播媒質および第２Ｘ線伝播媒質間のＸ線吸収能の差を反映したＸ線吸収像に重なって、前記第１Ｘ線伝播媒質および第２Ｘ線伝播媒質間の境界面での前記Ｘ線ビームの屈折により前記境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像を有する透過Ｘ線像を検出し、前記透過Ｘ線像から前記Ｘ線屈折像成分を抽出する画像処理を行う。
【００１４】
また、本発明の他の態様に係るＸ線検査装置は、
被写体にＸ線ビームを照射し、かつ、前記被写体中の第１Ｘ線伝播媒質およびこの第１Ｘ線伝播媒質とＸ線吸収能の異なる第２Ｘ線伝播媒質間でのＸ線吸収率の差が１０％以下となる管電圧に設定されたＸ線管と、
前記被写体を透過する透過Ｘ線像を検出する検出器と、
前記第１Ｘ線伝播媒質および第２Ｘ線伝播媒質間のＸ線吸収能の差を反映したＸ線吸収像に重なって、前記第１Ｘ線伝播媒質および第２Ｘ線伝播媒質間の境界面での前記Ｘ線ビームの屈折により前記境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像を有する前記透過Ｘ線像が得られるように、前記Ｘ線管および被写体間の距離、並びに前記被写体および検出器間の距離を設定する配置調整部と、
前記検出器で検出された前記透過Ｘ線像から前記Ｘ線屈折像成分を抽出する画像処理部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】［図１］本発明の第１の実施の形態に係るＸ線検査装置の撮影例の説明図である。
［図２］図１に示した被写体のＸ−Ｚ平面図およびＸ−Ｙ平面図において、任意の方向から見たＸ線焦点の実効サイズを説明する図である。
［図３］上記Ｘ線検査装置の構成図である。
［図４］異なるＸ線伝播媒質間の境界面でのＸ線の屈折を示す説明図である。
［図５］異なるＸ線伝播媒質間の境界面でのＸ線の全反射を示す説明図である。
［図６］上記Ｘ線検査装置の検出器で検出される透過Ｘ線像の説明図である。
［図７］上記Ｘ線検査装置のＸ線管の管電圧の違いつまりＸ線エネルギーの違いに対するアクリルおよび石英ガラス球の特性を示す表である。
［図８］図１ないし図３に示した被写体とＸ線との関係を定義するための説明図である。
［図９］上記Ｘ線管の管電圧の違いつまりＸ線エネルギーの違いと石英ガラス球の大きさに対するＸ線吸収率の差つまり吸収コントラストを示す表である。
［図１０］上記検出器で検出される透過Ｘ線像の説明図である。
［図１１］上記透過Ｘ線像から形成された原画像を部分的に拡大した説明図である。
［図１２］上記原画像の画像補正処理の後の説明図である。
［図１３］上記Ｘ線管の管電圧の違いつまりＸ線エネルギーの違いと石英ガラス球の大きさとの関係においてＸ線透過率および入射線量を示す表である。
［図１４］上記実施の形態の従来技術に対するメリットを示す概念図である。
［図１５］上記Ｘ線検査装置をマンモグラフィーに適用した実施例の平面図である。
［図１６］Ｘ線伝播媒質中にある他のＸ線伝播媒質がボイドの場合の透過Ｘ線像の説明図である。
［図１７］本発明の第２の実施の形態に係るＸ線検査装置をマンモグラフィーに適用した実施例を示す平面図である。
［図１８］図１７に示したマンモグラフィーを用いて被写体の第１領域を撮影した際の第１透過Ｘ線像を検出した状態を示す図である。
［図１９］図１８に続く被写体の第２領域を撮影した際の第２透過Ｘ線像を検出した状態を示す図である。
［図２０］図１９に続く被写体の第３領域を撮影した際の第３透過Ｘ線像を検出した状態を示す図である。
［図２１］図２０に続く被写体の第４領域を撮影した際の第４透過Ｘ線像を検出した状態を示す図である。
［図２２］図１７に示したマンモグラフィーの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  以下、図面を参照しながらこの発明の第１の実施の形態に係るＸ線検査方法およびＸ線検査装置について詳細に説明する。【００１８】  図１に、Ｘ線検査装置１１による撮影例を示す。Ｘ線検査装置１１は、被写体１２にＸ線ビームを照射するＸ線管１３と、被写体１２を透過する透過Ｘ線像を検出する検出器１４と、拡大撮影を可能とするためにＸ線管１３および被写体１２間の距離Ｌ１、並びに被写体１２および検出器１４間の距離Ｌ２を設定する配置調整部１５とを備えている。【００１９】  Ｘ線管１３は、例えば、真空容器内に焦点形成面が設けられた回転軸を有する回転体と、この回転体に対して同軸状に嵌合配置されこの回転体を回転可能に保持する固定体と、回転体および固定体の嵌合部に設けられた軸受機構と、回転体に回転力を与えるための回転磁界を発生するコイルとを具備している。Ｘ線管１３には、回転体の焦点形成面の仕上加工とこの回転体の固定体と同軸状に嵌合する面の仕上加工とを同軸加工した回転陽極型Ｘ線管などが用いられる。【００２０】  この回転陽極型Ｘ線管の場合には、Ｘ線を放出して撮影する期間の少なくとも一部の期間にコイルの回転磁界の発生を停止させる制御部を設ける。さらに、回転陽極型Ｘ線管の実効焦点の縦方向および横方向の寸法が１００μｍ以下であり、かつ回転陽極を回転させるための軸受の直径隙間が５０μｍ以下である。また、回転陽極型Ｘ線管の軸受に液体金属を潤滑材とする滑り軸受が使用され、固定体を直接冷却する冷却媒体の通路が固定体の内部に設けられている。【００２１】  Ｘ線管１３の陽極ターゲットの材質は、例えばタングステンまたはタングステンを５０原子％以上含有する材料である。【００２２】  また、検出器１４には、Ｘ線蓄積蛍光面や、Ｘ線イメージ管およびこのＸ線イメージ管の出力蛍光像を撮影する撮影部や、Ｘ線像を撮影する固体撮像デバイスなどが用いられる。【００２３】  Ｘ線イメージ管の場合、例えばその入力蛍光膜はヨウ化セシウムを母材とする蛍光膜であり、かつそのＸ線の透過方向の厚みが１００μｍないし５００μｍの範囲である。【００２４】  固体撮像デバイスの場合、Ｘ線を直接電気信号に変換する直接型固体撮像デバイスや、Ｘ線を蛍光膜で光に変換しその光を電気信号に変換する間接型固体撮像デバイスなどが用いられる。間接型固体撮像デバイスの蛍光膜は、例えばヨウ化セシウムを母材とする蛍光膜であり、かつそのＸ線の透過方向の厚みは１００μｍないし５００μｍの範囲が良い。【００２５】  また、配置調整部１５は、被写体１２中に含まれる異なるＸ線伝播媒質間のＸ線吸収能の差を反映したＸ線吸収像に重なって、異なるＸ線伝播媒質間の境界面でのＸ線ビームの屈折により境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像を有する透過Ｘ線像が得られるように、距離Ｌ１および距離Ｌ２を調整する。【００２６】  この場合、図２に示すように、被写体１２を透過するある照射方向ＪへのＸ線焦点の投影像（照射方向Ｊから見た実効焦点）の最大差渡し寸法をｐ（Ｊ）、被写体１２を透過する全照射方向に渡るｐ（Ｊ）の集合をＰとしたとき、全てのＪについて、ｐ（Ｊ）＜１００μｍで、かつ最大（Ｐ）／最小（Ｐ）＜２であることが望ましい。【００２７】  ここで、図２に示す符号は以下の通りである。
Ｌ：焦点長さ
ｌ：実効焦点長さ
ｌ´：Ｊ方向から見た実効焦点長さ
Ｗ：焦点幅
ｗ：実効焦点幅
ｗ´：Ｊ方向から見た実効焦点幅
ＪＸＺ：ＪのＸ−Ｙ平面への射影ベクトル
ＪＸＹ：ＪのＸ−Ｙ平面への射影ベクトル
α：ターゲット角度
被写体１２は、母材部と母材部に包まれ、かつ母材部よりもＸ線に対する屈折率が小さい物質などの異材部で構成されている場合や、母材部と母材部に包まれ、かつ母材部よりもＸ線に対する屈折率が大きい物質、ガスまたは真空などの異材部で構成されている場合などがある。【００２８】  次に、図３はＸ線検査装置１１の構成図を示している。Ｘ線検査装置１１は、検出器１４で検出された透過Ｘ線像から原画像を形成する原画像形成部１６、原画像形成部１６で形成された透過Ｘ線像の原画像中のＸ線屈折像成分を抽出する画像処理部１７、この画像処理部１７で抽出されたＸ線屈折像成分を表示する表示部１８および記録する記録部１９などを備えている。【００２９】  画像処理部１７は、例えば透過Ｘ線像の原画像の高周波成分を強調する周波数強調処理やＸ線屈折像を除いたバックグラウンド像を原画像から少なくとも部分的に差し引く減算処理を含んでいる。【００３０】  前記減算処理に使用するバックグラウンド像の少なくとも一部は、周波数強調処理により原画像の低周波成分を強調した画像とするか、原画像よりも荒い画素でサンプリングした画像とするか、原画像よりも荒い画素でサンプリングしたデジタル画像を近似曲面（例えば最小２乗法を使って近似した２次元多項式）でスムーズニングして得られる画像とする。【００３１】  次に、図４および図５には、Ｘ線が異なるＸ線伝播媒質間の境界面で屈折したり、全反射する場合の角度の変化を定量的に示す。【００３２】  Ｘ線伝播媒質中のＸ線の屈折率ｎは、Ｘ線伝播媒質によるＸ線吸収を無視した近似では下式で表される。【００３３】  ｎ−１−δ
δ＝２．７・１０１０・Ｚ・ρ・λ２／Ａ
Ｚ：原子番号
Ａ：原子量
λ：Ｘ線の波長（ｃｍ）
ρ：密度（ｇ／ｃｍ３）、一般に、δは１０−７ないし１０−６程度の小さい値となる。【００３４】  Ｚ元素（原子量Ａ）１ｇ中の電子の数はアボガドロ数をＮとしてＮＺ／Ａである。Ｚ／Ａは水素では１、その他の元素では約０．５である。化合物や混合物についてＺ／Ａを平均化する場合にはこのことを考慮する。例えば、アクリル（Ｃ５Ｈ８Ｏ）ではＺ／Ａ＝（８／１４）＋０．５×（６／１４）＝１１／１４となり、石英ガラス（ＳｉＯ２）ではＺ／Ａ＝１となる。【００３５】  Ｘ線伝播媒質１、２の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２とおき、δをそれぞれδ１、δ２ととおき、δ＝δ２−δ１おく。Ｘ線がＸ線伝播媒質１側からＸ線伝播媒質２に向かって入射する場合の相対屈折率は、
ｎ２／ｎ１＝（１−δ２）／（１−δ１）〜１−（δ２−δ１）＝１−Δδ
と表される。【００３６】  また、δ２＞δ１の場合にはＸ線は境界面で全反射することができるが、その場合の全反射αの最大値（臨界角）をαｃとするとαｃは、
αｃ＝｛２（δ２−δ１）｝１／２＝（５．４／１０１０・λ２）１／２｛（Ｚ２ρ２／Ａ２）−（Ｚ１ρ１／Ａ１）｝１／２
と表される。【００３７】  次に、被写体１２として第１Ｘ線伝播媒質であるアクリル１２ａ中に０．１ｍｍないし１．０ｍｍの直径の第２Ｘ線伝播媒質である石英ガラス球１２ｂが埋め込まれたモデルのＸ線検査について説明する。ここで、アクリル１２ａおよび石英ガラス球１２ｂのＸ線吸収能は互いに異なる。このモデルは微小な石灰化を含む乳房に対応するものである。【００３８】  図６に示すように、被写体１２にＸ線管１３からＸ線ビームを照射することにより、被写体１２中のアクリル１２ａと石英ガラス球１２ｂとのＸ線吸収能の差を反映したＸ線吸収像と、アクリル１２ａと石英ガラス球１２ｂとの間の境界面でのＸ線ビームの屈折により境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像とが重なった透過Ｘ線像が検出器１４で検出される。【００３９】  アクリル１２ａと石英ガラス球１２ｂとの境界面付近に入射したＸ線ビームは屈折効果のために外側となるアクリル１２ａ部分にＸ線軌道がずれる。このため、検出器１４で検出される石英ガラス球１２ｂの透過Ｘ線像には、アクリル１２ａ側にＸ線強度が高い輪郭が形成されるとともに、石英ガラス球１２ｂ側にＸ線強度が低い輪郭が形成される。この輪郭の最大強度もしくは最大強度と最低強度との差がＸ線屈折像成分として表れる。この現象は、図６に模式的に示されている。この現象は屈折率差のある界面での光線追跡シミュレーションを行うことにより示すこともできる。【００４０】  最もＸ線強度が高い輪郭部分と最もＸ線強度が低い輪郭部分との距離をＥとする。【００４１】  特開２００１−１９４７３８号公報によれば、距離Ｅは下記の式（１）で表される。【００４２】Ｅ＝２．３（１＋Ｌ２／Ｌ１）１／３・（Ｌ２・Δδ・ｄ１／２）２／３・・・・（１）
ここで、ｄは石英ガラス球１２ｂの直径（ｍ）であり、Δδはアクリル１２ａと石英ガラス球１２ｂとの屈折率差である。Ｌ２の値の測定単位もｍである。【００４３】  また、上記特許文献によれば、Ｘ線管１３の焦点サイズ（距離Ｅの線分に平行な長さ）をＳとし、検出器１４の解像度（最小識別サイズ）をεとした場合、下記の式（２）、（３）が成立する場合にＸ線屈折像成分を識別することができる。【００４４】９Ｅ≧Ｓ（Ｌ２／Ｌ１）・・・・（２）
９Ｅ≧ε・・・・（３）
任意のＳ、ε、Ｌ１，Ｌ２の値の組み合わせに対して、式（１）〜（３）を用いてＸ線屈折像成分を識別することの可否を推定することができる。【００４５】  図７には、Ｘ線のエネルギーの違いに対するアクリル１２ａおよび石英ガラス球１２ｂの特性を示す。アクリル１２ａおよび石英ガラス球１２ｂとも、Ｘ線のエネルギーが低いほど線吸収係数が大きく、また、Ｘ線のエネルギーが高いほど線吸収係数が小さい。アクリル１２ａと石英ガラス球１２ｂとの線吸収率差Δμについても、Ｘ線のエネルギーが低いほど線吸収率差Δμが大きく、また、Ｘ線のエネルギーが高いほど線吸収率差Δμが少ない。【００４６】  図８に示すように、入射Ｘ線量をＩ０、アクリル１２ａの透過Ｘ線量をＩａ、石英ガラス球１２ｂの透過Ｘ線量をＩｂ、石英ガラス球１２ｂの厚みをΔｔ、アクリル１２ａと石英ガラス球１２ｂとの線吸収率差をΔμとし、散乱線のＸ線量をＩｓとすると、吸収コントラストＩａ／Ｉｂは下記の式で表される。【００４７】Ｉａ／Ｉｂ＝１−Δｔ・Δμ・Ｉ０／（Ｉ０＋Ｉｓ）
なお、散乱線Ｉｓの寄与は例えば２倍以上に拡大率が高い場合にはこの影響を無視できる。【００４８】  図９には、Ｘ線エネルギーの違いと石英ガラス球１２ｂの大きさとの関係におけるＸ線吸収率の差つまり吸収コントラストを示す。ここでは、石英ガラス球１２ｂをＸ線の透過方向に厚さが一定（＝球の直径ｄ）の円柱とみなす簡単化を行っている。【００４９】  小さな石英ガラス球１２ｂを識別できる程度は、吸収コントラストの大きさのみで決まるものではなく、被写体を透過して検出器に入射してくるＸ線量、言い換えると単位面積当たりに入射してくるＸ線のフォトン数に大きく左右される。また、同一のフォトン数および同一の吸収コントラストであっても、石英ガラス球１２ｂのサイズがより小さいとより識別が困難となる。【００５０】  マンモグラフィーで許容されているＸ線量の範囲では、直径約０．０２ｃｍの石灰化を識別するのが限界である。ところで、従来のマンモグラフィー用Ｘ線管のＸ線スペクトルは約１７ｋｅＶに特性Ｘ線によるピーク値を有し、かつ、管電圧値を２０ｋＶないし３９ｋＶの範囲に設定するため、Ｘ線の平均エネルギーは１５ｋｅＶないし２０ｋｅＶ程度である。これにより、図９にも示しているように、マンモグラフィーで識別している直径０．０２ｃｍの石灰化の吸収コントラストは、最も小さい場合でも、概略８．７％程度であると推定される。なお、上記したことは、２０ｋｅＶのＸ線エネルギーに対するΔｔ＝０．０２ｃｍの石英ガラス球１２ｂの吸収コントラストである。図９は、さまざまな単純化を仮定した計算値を示した図であるが、この図からは概略の推定値を得ることができる。【００５１】  マンモグラフィーの適用分野で、このＸ線吸収像に微小石灰化と周辺組織との間の境界面でのＸ線ビームの屈折により境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像が重なる場合には、境界面部分の輪郭が強調され、より鮮明な画像が得られることが、特開２００１−１９４７３８号公報に示されている。【００５２】  しかし、Ｘ線の平均エネルギーを１５ｋｅＶないし２０ｋｅＶ以上に上げて撮影するメリットについては前記特許文献には示されていない。上記したことは、例えば、図９に示すように、Ｘ線の平均エネルギーを２０ｋｅＶ以上に上げてΔｔ＝０．０１ｃｍの石英ガラス球１２ｂを撮影する場合、およびＸ線の平均エネルギーを３０ｋｅＶ以上に上げてΔｔ＝０．０２ｃｍないし０．１ｃｍの石英ガラス球１２ｂを撮影する場合のメリットである。【００５３】  次に、Ｘ線の平均エネルギーを１５ｋｅＶないし２０ｋｅＶ以上に上げて撮影する場合について、その効果と併せて説明する。本実施の形態のＸ線検査装置１１では、Ｘ線吸収率の差が５％以下の範囲となるようにＸ線管１３の管電圧を設定する。実質的には、従来よりもＸ線管１３の管電圧を高くし、Ｘ線エネルギーを高くする。【００５４】  図１において、Ｘ線吸収率の差が５％以下の範囲となるように管電圧が設定されたＸ線管１３から被写体１２にＸ線ビームを照射した場合に、検出器１４で検出する被写体１２の透過Ｘ線像を図１０に模式的に示す。この透過Ｘ線像から原画像形成部１６によって図１１に示す原画像を形成するが、その原画像からはＸ線屈折像成分と���ックグラウンドとの識別が困難である。【００５５】  そこで、画像処理部１７により、図１２に示すように、原画像中のＸ線屈折像成分を抽出するデジタル画像補正処理をする。このデジタル画像補正処理として、例えば原画像の高周波成分を強調する周波数強調処理を使用することができる。また更に、このデジタル画像補正処理を行う前にＸ線屈折像を除いたバックグラウンド像を原画像から少なくとも部分的に差し引く減算処理を行うことによってより精確に原画像中のＸ線屈折像成分を抽出する効果が得られる。原画像から差し引くバックグラウンド像の少なくとも一部は、周波数強調処理により原画像の低周波成分を強調した画像や、原画像よりも荒い画素でサンプリングした画像や、原画像よりも荒い画素でサンプリングしたデジタル画像を近似曲面（例えば最小２乗法を使って近似した２次元多項式）でスムーズニングして得られる画像を採用することが有効である。また、デジタル画像補正処理は、ラプラシアン演算等を用いた画像鮮鋭化処理であっても良い。【００５６】  このように、デジタル画像補正処理によって屈折像成分のみを抽出し、それを表示部１８などで画像表示することにより、石英ガラス球１２ｂを明確に識別できる。さらに、Ｘ線屈折像成分に寄与するＸ線フォトン数は、従来のＸ線屈折像成分に寄与するＸ線フォトン数よりも大きく、したがってＸ線量子ノイズが低減しているため、石英ガラス球１２ｂを鮮明に識別できる。【００５７】  図１３には、Ｘ線管１３から放射されるＸ線を単一エネルギーであると単純化した仮定の下に、Ｘ線エネルギーの違いと石英ガラス球１２ｂの大きさとの関係においてＸ線透過率（ｅｘｐ（−μ・ｔ））および入射線量を示す。入射線量は、透過線量がＸ線のエネルギーが２０ｋｅＶである場合の透過線量と同じになる相対値である。【００５８】  図１４に示すように、Ｘ線のエネルギーが低いほどＸ線透過率が低くなるため、撮影に多量の入射線量が必要となる。また、Ｘ線のエネルギーが高いほどＸ線透過率が高くなるため、撮影に必要な入射線量を少量に低減でき、つまり被曝線量を低減できる。【００５９】  本実施の形態のＸ線検査装置１１では、被写体１２中の少なくとも検査によって識別すべき異なるＸ線伝播媒質間でのＸ線吸収率の差が５％以下の範囲となるようにＸ線管１３の管電圧を設定し、実質的には従来よりもＸ線管１３の管電圧を高くし、Ｘ線エネルギーを高くしているため、Ｘ線エネルギーを低くしている場合に比べて被曝線量を低減できる。【００６０】  したがって、Ｘ線管１３の管電圧をＸ線吸収率の差が５％以下となるように設定するため、Ｘ線吸収像による識別能は低下するが、Ｘ線屈折像を抽出することによる識別能は向上するため、Δｔ＝０．０２程度の微小な石英ガラス球１２ｂの識別が可能となり、医療診断分野では被曝を低減できるとともに小さい異常なども確実に検出できる。また、非破壊検査分野では厚い被写体でも内部構造を確実に検出できる。【００６１】  なお、Ｘ線管１３の管電圧は、Ｘ線吸収率の差が１０％以下の範囲となるように設定することで、例えば被曝を低減できるが、より被曝を低減するには、８％以下の範囲が好ましく、さらにより好ましくは４％以下の範囲となるよ���に設定する。Ｘ線吸収率の差が４％以下の範囲となるように設定することにより、Ｘ線管１３の管電圧をより高くし、Ｘ線エネルギーをより高くしているため、被曝線量を十分に低減できる。【００６２】  次に、Ｘ線検査装置１１を被写体１２として乳房を撮影するマンモグラフィーに適用した例について説明する。【００６３】  図１５に示すように、Ｘ線管１３は、回転陽極型Ｘ線管である。焦点サイズは６０μｍであり、照射野内の全ての位置で均一な焦点サイズとするために従来のように矩形状の実焦点ではなく、円形焦点になるべく近い形状としている。軸とターゲット軌道面を同軸加工され、かつ回転に伴う軸振れが小さくなるように構成されている。陽極表面材質はタングステン（Ｗ）−レニウム（Ｒｅ）合金、陽極傾斜角度は１２°、陽極焦点面直径は１２０ｍｍ、陽極回転数は１８０ｒｐｍである。Ｘ線管１３の管電圧は、４０ｋＶｐないし１５０ｋＶｐの範囲内に設定される。【００６４】  検出器１４は、蓄積蛍光体、固体撮像デバイスおよびＸ線イメージ管等を使用することができる。これらは、従来よりも高いエネルギー成分に対する十分高い量子検出効率を有することが必要である。例えば、Ｘ線イメージ管の場合、入射窓や入力蛍光膜基板はアルミニウムを使用することができるが、入力蛍光膜としてヨウ化セシウム蛍光体を使用する場合、蛍光膜厚は高エネルギーＸ線成分の量子検出効率を高くするために１００μｍ以上、また解像度を入射面位置換算で０．１ｍｍ以下を確保するために５００μｍ以下とするのが良い。また、入射窓や入力蛍光膜基板は、Ｘ線のエネルギーを高くするため、マンモグラフィー用途にも高価なベリリウムを使用する必要はなく、アルミニウムを使用することができる。【００６５】  Ｘ線管１３と被写体１２との間の距離Ｌ１＝６５ｃｍ、被写体１２と検出器１４との間の距離Ｌ２＝７５ｃｍである。配置調整部１５は、乳房を挟み込む挟込み部２０を有している。Ｘ線管１３から検出器１４までのＸ線の照射域の周囲には鉛コーン２１が配設されている。【００６６】  従来のマンモグラフィーではＸ線管１３の管電圧が２０ｋＶｐないし３９ｋＶｐで低エネルギーのＸ線を使用していたために被曝線量が増大していた。しかしながら、この実施の形態において、マンモグラフィーではＸ線吸収率の差が１０％以下の範囲となるようにＸ線管１３の管電圧を設定するため、Ｘ線管１３の管電圧を４０ｋＶｐないし１００ｋＶｐ、最適には６０ｋＶｐないし１００ｋＶｐに高くし、高エネルギーのＸ線を利用することにより、被曝線量を低減できる。【００６７】  このように、被写体１２の正常組織を透過してしまうような高い管電圧で撮影しても、微小な石灰化の輪郭を抽出できるため、従来よりも少ない被曝でかつより小さい微細石灰化を検出することができる。そのため、従来は適用ができなかった若年層を含めた集団癌検診を実施して早期に乳癌を発見することができる。【００６８】  また、マンモグラフィーなどの軟組織の診断分野で、厚い被写体１２の場合にも、薄い被写体１２の場合と同程度の微小な石灰化の検出が可能となる。【００６９】  なお、マンモグラフィーにおいて、精密検査の必要な被写体１２に対して従来の低管電圧で病変の詳細を���影する場合でも、設定を換えることによって同一のＸ線検査装置を利用することも可能である。【００７０】  また、マンモグラフィーに限らず、ある癌対策を目的とした集団Ｘ線検査は、Ｘ線検査によって癌病巣が早期に発見された結果、癌死亡を免れる人数（利益）を、Ｘ線検査を受けることによって癌で死亡する人数（損失）で除した値（メリット指標）が１以上であり、かつなるべく大きいことが望まれている。Ｘ線検査装置１１によれば、分母を低減させ、分子を増加させる効果により、メリット指標を確実に改善することが可能となる。【００７１】  また、マンモグラフィーのみならず、頸部、四肢等の軟部組織の検査にも同様の効果を得ることが可能である。【００７２】  さらに、胸部診断でも、関心領域が血管、気管支などの軟組織や肺胞のようにＸ線が透過し易い器官である場合にも、同様の効果を得ることが可能である。【００７３】  また、血管、腎盂系、胆嚢、胆管、卵管、リンパ系、消化管および気管支等のＸ線検査する場合、従来よりも被曝線量を低減できるとともに、従来実施されていた高濃度の造影剤の注入量を低減することが可能となり、人体への負荷をより軽減して検査することが可能となる。【００７４】  また、Ｘ線検査装置１１は、非破壊検査分野にも適用可能であり、プラスチックやゴムなどの樹脂中のガラスフィラーなどの添加物やボイドなどの欠陥の検査に有効である。従来よりも厚い被写体内部の微細な添加物、異物およびボイドを検出することが可能となる。【００７５】  例えば、図１６に示すように、樹脂２２ａ中のボイド２２ｂの場合、樹脂とボイドとの境界面付近に入射したＸ線ビームは屈折効果のために内側となるボイド側に軌道がずれる。このため、検出器１４で検出されるボイド２２ｂの透過Ｘ線像には、ボイド側にＸ線強度の高い輪郭が形成されるとともに、樹脂側にＸ線強度の低い輪郭が形成される。この輪郭の最大強度もしくは最大強度と最低強度との差がＸ線屈折像成分として表れる。【００７６】  なお、Ｘ線検査装置１１は、Ｘ線管１３の管電圧を被写体１２中の異なるＸ線伝播媒質間でのＸ線吸収率の差が１０％より大きい管電圧にも設定可能とし、配置調整部１５により被写体１２と検出器１４とが密着するように調整して、従来の検査条件での検査ができるようにすることも可能である。【００７７】  次に、この発明の第２の実施の形態に係るＸ線検査方法およびＸ線検査装置について詳細に説明する。この実施の形態において、他の構成は上述した実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。【００７８】  図１７に示すように、Ｘ線検査装置１１としてのマンモグラフィーにおいて、Ｘ線管１３は図１５に示すＸ線検査装置に比較し、被写体１２に接近させることが可能である（なお、図１７は説明をより明確にするために実際よりも誇張して接近させた図としている）。この実施の形態において、距離Ｌ１＝４０ｃｍ、距離Ｌ２＝７５ｃｍである。【００７９】  Ｘ線管１３は、回転陽極型Ｘ線管を使用しており、その焦点サイズは５０μｍであるが、第１の実施の形態とは異なり、焦点形状を幅寸法に比較し長さ寸法を長くした矩形状としている。【００８０】  なお、マンモグラフィ���は、Ｘ線管１３の管電圧を被写体１２中の異なるＸ線伝播媒質間でのＸ線吸収率の差が１０％より大きい管電圧にも設定可能とし、配置調整部１５により被写体１２とＸ線管１３とが接近するように調整して検査することも可能である。【００８１】  また、Ｘ線管１３を被写体１２に接近させた場合、照射範囲を拡大して被写体１２にＸ線ビームを照射すると検出器１４の各点から見た実効焦点サイズのばらつきが大きくなってしまう。特に周辺位置での実効焦点サイズが不所望に大きくなってしまう。このため、上記した場合、被写体１２のＸ線照射範囲を複数領域に分割し、各領域毎に絞ったＸ線ビームを照射すると同時に実効焦点サイズが不所望に大きくならないようにＸ線管の姿勢を変更する。Ｘ線管の姿勢変更は、ほぼＸ線管の焦点位置を中心とした微小な回転運動によって行われる。被写体１２を複数回に分けて撮影する際、Ｘ線管１３自体を第１方向ｄ１および第２方向ｄ２に回転させて被写体１２の複数個所にＸ線ビームを照射することにより撮影される。【００８２】  例えば、被写体１２を４回に分けて撮影する場合、まず、図１７および図１８に示すように、被写体１２の第１領域にＸ線ビームを照射し、検出器１４の第１有効領域Ｒ１に第１透過Ｘ線像を形成する。続いて、図１９に示すように、Ｘ線管１３を第２方向ｄ２に回転させ、被写体１２の第２領域にＸ線ビームを照射し、検出器１４の第２有効領域Ｒ２に第２透過Ｘ線像を形成する。この際、被写体１２の第１領域に一部重ねてＸ線ビームを照射し、検出器１４の第１有効領域Ｒ１に一部重ねて第２透過Ｘ線像を形成する。【００８３】  次に、図２０に示すように、Ｘ線管１３を第１方向ｄ１に回転させ、被写体１２の第３領域にＸ線ビームを照射し、検出器１４の第３有効領域Ｒ３に第３透過Ｘ線像を形成する。この際、被写体１２の第１領域および第２領域に一部重ねてＸ線ビームを照射し、検出器１４の第１有効領域Ｒ１および第２有効領域Ｒ２に一部重ねて第３透過Ｘ線像を形成する。次いで、図２１に示すように、Ｘ線管１３を第２方向ｄ２に回転させ、被写体１２の第４領域にＸ線ビームを照射し、検出器１４の第４有効領域Ｒ４に第４透過Ｘ線像を形成する。この際、被写体１２の第１領域、第２領域および第３領域に一部重ねてＸ線ビームを照射し、検出器１４の第１有効領域Ｒ１、第２有効領域Ｒ２および第３有効領域Ｒ３に一部重ねて第４透過Ｘ線像を形成する。【００８４】  上記したように、Ｘ線管１３は、Ｘ線ビームの照射範囲を変えて被写体１２を複数回に分けて撮影可能となるようにＸ線ビームの照射方向を変化させ、かつ同時にＸ線管の姿勢を変更している。なお、マンモグラフィーの上記画像処理部１７は、Ｘ線ビームの照射範囲を変えて複数回被写体を撮影した複数の画像を合成して透過Ｘ線像を形成する画像合成部を有している。これにより、Ｘ線ビームの照射範囲を変えて撮影された複数の画像が合成された透過Ｘ線像を得ることができる。【００８５】  上記のように構成されたＸ線検査装置およびＸ線検査方法によれば、Ｘ線管１３が被写体１２により接近した状態で被写体１２が撮影され、かつ焦点形状を幅寸法に比較し長さ寸法を長くした矩形状としているため、Ｘ線管の熱負荷を軽減することができる。この場合でも上述した第１の実施の形態に係るＸ線検査装置およびＸ線検査方法と同等の効果を得ることができる。このため、医療診断分野では被曝が低減されるとともに小さい異常なども確実に検出することができ、非破壊検査分野では厚い被写体でも内部構造を確実に検出することができる。【００８６】  なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば図１７においてＸ線管１３を被写体１２に接近させず、距離を図１５と同程度にして実施しても良い。また例えば、図１７においてＸ線管１３の焦点サイズを円形焦点になるべく近い形状とし、Ｘ線ビームの照射範囲はＸ線遮蔽部材を動かすことにより変化させるが、Ｘ線管の姿勢は変更しないようにしても良い。さらにまた例えば、図２２に示すように、Ｘ線検査装置１１としてのマンモグラフィーにおいて、マンモグラフィーはＸ−Ｙ駆動部３０を有していても良い。Ｘ−Ｙ駆動部３０は、検出器１４を互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動させることができる。このため、Ｘ−Ｙ駆動部３０によって検出器１４をＸ線ビームの照射領域に移動させることにより、検出器１４は透過Ｘ線像を漏れなく検出することができる。このため、マンモグラフィーは、図１７に示したような大きいサイズの検出器１４を用いることなく小さいサイズの検出器１４を用いても被写体を良好に撮影することができる。このため、より安価なＸ線検査装置を実現することが可能となる。【００８７】  また、上述のすべての実施例のＸ線管１３は回転陽極型Ｘ線管を使用しているが、固定陽極型Ｘ線管や透過型Ｘ線管、またはＸ線管以外のＸ線源を使用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】  この発明によれば、Ｘ線管の管電圧を、被写体中の異なるＸ線伝播媒質間でのＸ線吸収率の差が１０％以下となる管電圧に設定するため、被写体中の異なるＸ線伝播媒質間のＸ線吸収能の差を反映したＸ線吸収像による識別能は低下するが、異なるＸ線伝播媒質間の境界面でのＸ線ビームの屈折により境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像による識別が可能であり、したがって、医療診断分野では被曝を低減できるとともに小さい異常なども確実に検出でき、非破壊検査分野では厚い被写体でも内部構造を確実に検出できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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