(57)【要約】【課題】小型化されたＸ線源を用いるＸ線画像撮影システムを提供すること【課題を解決するための手段】  真空外囲器５内に配置され、電子を出射させる電界放出型電子源６と、前記電子の入射によりＸ線を出射する陽極７とを備えたＸ線源２と、前記Ｘ線が入射する位置に配置され、入射したＸ線の強度に応じてＸ線画像の画像信号を検出するＸ線画像検出器４と、を備えており、Ｘ線位相コントラスト画像を撮影するＸ線画像撮影システムにおいて、電界放出型電子源６は、支持基板６１と、金属酸化物からなる半導体層６３ａと絶縁体層６３ｂとが交互に積層されてなるドリフト層６３と、を備えており、Ｘ線源２は、電界放出型電子源６の電子出射方向に陽極７を備え、陽極７を透過させてＸ線を出射することを特徴とする。【選択図】図１
2007097610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空外囲器内に配置され、電界をかけることで電子を出射する電界放出型電子源と、前記電子の入射によりＸ線を出射する陽極とを備えたＸ線源と、
前記Ｘ線が入射する位置に配置され、入射したＸ線の強度に応じてＸ線画像の画像信号を検出するＸ線画像検出器と、
を備えており、Ｘ線位相コントラスト画像を撮影するＸ線画像撮影システムにおいて、
前記電界放出型電子源は、支持基板と、金属酸化物からなる半導体層と絶縁体層とが交互に積層されてなるドリフト層と、を備えており、
前記Ｘ線源は、前記電界放出型電子源の電子出射方向に前記陽極を備え、前記陽極を透過させてＸ線を出射することを特徴とするＸ線画像撮影システム。
【請求項２】
前記電界放出型電子源は前記ドリフト層を挟んでその積層方向に電界を印加する一対の電極を備えており、
前記陽極の膜厚は、０．１〜１００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影システム。
【請求項３】
前記陽極の膜厚は、１〜１０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項２に記載のＸ線画像撮影システム。
【請求項４】
前記Ｘ線源は前記ドリフト層を挟んでその積層方向に電界を印加する一対の電極を備えており、当該電極のうち前記ドリフト層の電子出射方向に備えられた電極は前記陽極を備えており、当該陽極の膜厚は１ｎｍ〜１μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影システム。
【請求項５】
前記陽極の膜厚は、１０〜１００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項４に記載のＸ線画像撮影システム。
【請求項６】
前記陽極と前記電界放出型電子源との間で電子を加速する高電圧を印加する高圧電源を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システム。
【請求項７】
前記Ｘ線源と前記Ｘ線画像検出器との間には、被写体の位置決めを行う被写体台が配置されており、前記Ｘ線源から前記被写体台までの距離Ｒ１が０．２５〜３ｍであり、前記被写体台から前記Ｘ線画像検出器までの距離Ｒ２が０．２５〜３ｍであり、前記Ｘ線源の焦点サイズが１〜３００μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システム。
【請求項８】
前記半導体層の膜厚が、前記半導体層内における電子の平均自由工程の１／１０００〜５／４の範囲にあり、この半導体層の比誘電率が、前記絶縁体層の比誘電率の１．５〜１００倍の範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システム。
【請求項９】
前記半導体層の熱伝導率が、０．０５〜１００Ｗ／ｃｍ・Ｋの範囲であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システム。
【請求項１０】
前記半導体層が、酸化亜鉛で構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システム。
【請求項１１】
前記絶縁体層の主成分が、絶縁性の酸化物、窒化物及び酸窒化物から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システム。
【請求項１２】
前記絶縁体層の主成分が、酸化珪素、窒化珪素及び酸窒化珪素から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線画像撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線画像撮影システムにかかり、特に、電界放出型電子源を備えるＸ線源を用いるＸ線画像撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線画像撮影では、Ｘ線が被写体を透過するとＸ線が吸収もしくは散乱され、強度が変化するようになっている。そして、このようなＸ線の強度変化に基づいて画像信号に変換し、その画像信号を検出して得られる画像を吸収コントラストＸ線画像と呼ぶ。一方、Ｘ線は電磁波であることから、可視光線同様に屈折や回折が生ずる。この性質によって得られる画像コントラストは位相コントラストと呼ばれており、この現象を利用することにより高画質なＸ線画像が得られることが知られている。
【０００３】
Ｘ線位相コントラスト画像を得るためのＸ線画像撮影システムとしては、特許文献１に示すような、熱電子放出型Ｘ線源を用いるものが知られている。熱電子放出型Ｘ線源は、所定の大きさの開口部から放射状に発散するＸ線を放出するようになっている。そして、放出されるＸ線を用いて拡大撮影を行い、位相コントラスト画像を得るようになっている。
【０００４】
また、特許文献２に示すように、Ｘ線位相コントラスト撮影を可能とする乳房画像撮影装置が知られている。特許文献２に記載の乳房画像撮影装置は、被写体にＸ線を放射するＸ線源を有し、被写体をＸ線源に対峙するように固定する被写体台及び前記被写体を透過したＸ線を検出するＸ線画像検出器が配設されている。
【０００５】
ここで、従来のＸ線画像撮影装置で用いられているＸ線源は、陰極として熱電子放出型電子源を備えるものであり、陰極を加熱させて熱電子を放出させ、陰極−陽極間の電界に導かれて熱電子が陽極に衝突することによりＸ線が発生するものである。従って、陰極の加熱手段と、陰極−陽極間の電界発生手段と、をともに備える必要があり、装置が大型化してしまい、Ｘ線画像撮影装置自体が大掛かりなものになってしまうという問題があった。また、加熱手段としてフィラメント電源を用いるので、耐久性の向上が困難であるという問題があった。
【０００６】
そこで、ｎ型シリコンからなる支持基板の上に、薄膜積層技術を利用して導電性膜のシリコン膜と絶縁性膜のシリコン酸化膜とを交互に多数積層させた面状の電界放出型電子源が開発されている（例えば、特許文献３参照）。このような電界放出型電子源によれば、陰極に電界を印加させて電子を弾道電子放出現象の原理に基づいて放出させるので、陰極に加熱手段を備える必要が無くフィラメントの消耗に伴う問題が発生しないという利点がある。
【特許文献１】特開２００４−２４８６９９号公報
【特許文献２】特開２００４−２２９９００号公報
【特許文献３】特開２００２−３５２６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなＸ線画像撮影装置において、高画質のＸ線画像を得るためには、高出力のＸ線を照射し、被写体が動くことによる画像のボケが発生しないように短時間で撮影する必要がある。特に、拡大撮影であるＸ線位相コントラスト撮影においては、Ｘ線源の焦点径が大きいと幾何学的不鋭が大きくなりＸ線画像がボケてしまうため、焦点径の小さいＸ線源を用いつつ高出力のＸ線照射が必要とされる。一方、被写体の動きによりボケた画像は診断では使用できない。そのため、再撮影の必要が生じ、被写体の被曝量も大きくなってしまい、医療現場などの被写体が患者である場合に被曝による弊害が問題となる。
【０００８】
このような電界放出型電子源において、電子放出能力を向上させるためには、前述のシリコン膜として、電子の平均自由工程が大きい結晶性の高いシリコン膜を成膜させることが必要になる。このような結晶性の高いシリコン膜を通常の成膜方法で成膜する場合、一般に支持基板の温度を１０００℃程度に高める必要があり、成膜させる支持基板に非常に高い耐熱性が要求されるという問題があった。
【０００９】
また、このような結晶性の高いシリコン膜を得る場合、このシリコン膜の成膜時とシリコン酸化膜の成膜時とにおいて、支持基板の温度が大きく異なるため、前述のように導電性膜のシリコン膜と絶縁性膜のシリコン酸化膜とを交互に多数積層させた場合、シリコン膜とシリコン酸化膜とにおける熱膨張係数の違いにより、シリコン膜とシリコン酸化膜との界面に歪みが生じたり、界面が破壊されたりして、電子放出効率が大きく低下するという問題があった。
【００１０】
一方、支持基板の温度を低くしてシリコン膜を成膜した場合には、このシリコン膜がアモルファス状態となり、前述の弾道電子放出現象において要求される重要な物性値である電子の平均自由工程が極端に短くなり、電子放出能力が著しく低下するとともに、熱伝導効率も低下して、この電界放出型電子源の温度が上昇し、耐久性が悪化するという問題があった。
【００１１】
このように、前述のいずれの電子源を用いたＸ線源にせよ、電子放出効率及び耐久性に優れた電子源が存在せず、また、装置自体が大型化されたものであった。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、小型化されたＸ線源を用いるＸ線画像撮影システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｘ線画像撮影システムにおいて、
真空外囲器内に配置され、電界をかけることで電子を出射する電界放出型電子源と、前記電子の入射によりＸ線を出射する陽極とを備えたＸ線源と、
前記Ｘ線が入射する位置に配置され、入射したＸ線の強度に応じてＸ線画像の画像信号を検出するＸ線画像検出器と、
を備えており、Ｘ線位相コントラスト画像を撮影するＸ線画像撮影システムにおいて、
前記電界放出型電子源は、支持基板と、金属酸化物からなる半導体層と絶縁体層とが交互に積層されてなるドリフト層と、を備えており、
前記Ｘ線源は、前記電界放出型電子源の電子出射方向に前記陽極を備え、前記陽極を透過させてＸ線を出射することを特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、Ｘ線源に備えられた電界放出型電子源は、支持基板と、半導体層と絶縁体層とが交互に積層されたドリフト層と、を備えており、当該ドリフト層においては、結晶性の金属酸化物で半導体層を形成させるようになっている。また、電界放出型電子源の電子出射方向には陽極が備えられ、電界放出型電子源からの電子の入射により陽極を透過させてＸ線を出射するようになっている。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記電界放出型電子源は前記ドリフト層を挟んでその積層方向に電界を印加する一対の電極を備えており、
前記陽極の膜厚は、０．１〜１００μｍの範囲であることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、電界放出型電子源はドリフト層の積層方向に電界を印加する一対の電極を備え、ドリフト層から電極を透過して電子が出射される。発生した電子は、電極の電子出射方向に備えられ膜厚が０．１〜１００μｍの陽極に入射して、発生したＸ線が陽極を透過して出射される。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記陽極の膜厚は、１〜１０μｍの範囲にあることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、電界放出型電子源はドリフト層の電子出射方向に表面電極を備え、ドリフト層から表面電極を透過して電子が出射される。出射した電子は、１〜１０μｍの膜厚の陽極に入射して高い発生効率及び透過効率でＸ線が出射される。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記Ｘ線源は前記ドリフト層を挟んでその積層方向に電界を印加する一対の電極を備えており、当該電極のうち前記ドリフト層の電子出射方向に備えられた電極は前記陽極を備えており、当該陽極の膜厚は１ｎｍ〜１μｍの範囲であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、電界放出型電子源は一対の電極により電界を印加することによりドリフト層から電子を出射させる。出射した電子は、ドリフト層の電子出射方向に備えられた１ｎｍ〜１μｍの膜厚の陽極に入射してＸ線が出射される。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記陽極の膜厚は、１０〜１００ｎｍの範囲にあることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、電界放出型電子源はドリフト層から電子を出射させる。出射した電子は、１０〜１００ｎｍの膜厚の陽極に入射して高い発生効率及び透過効率でＸ線が出射される。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記陽極と前記電界放出型電子源との間で電子を加速する高電圧を印加する高圧電源を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、高電圧を印加して、陽極と電界放出型電子源との間で電子を加速することができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線画像検出器との間には、被写体の位置決めを行う被写体台が配置されており、前記Ｘ線源から前記被写体台までの距離Ｒ１が０．２５〜３ｍであり、前記被写体台から前記Ｘ線画像検出器までの距離Ｒ２が０．２５〜３ｍであり、前記Ｘ線源の焦点サイズが１〜３００μｍであることを特徴とする。
【００２６】
請求項７に記載の発明によれば、Ｘ線源の開口部の焦点サイズは１〜３００μｍであり、０．２５≦Ｒ１≦３、０．２５≦Ｒ２≦３となるようにＸ線源、被写体台及びＸ線画像検出器を配置するので、エッジ効果が大きく、また、焦点径による幾何学的不鋭による画像のボケを小さく抑えることができ、鮮明な位相コントラストが容易に得られる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記半導体層の膜厚が、前記半導体層内における電子の平均自由工程の１／１０００〜５／４の範囲にあり、この半導体層の比誘電率が、前記絶縁体層の比誘電率の１．５〜１００倍の範囲であることを特徴とする。
【００２８】
請求項８に記載の発明によれば、前述のように半導体層と絶縁体層の比誘電率を設定した状態で、一対の電極に電圧を印加することにより、一方の電極から注入された電子が半導体層で散乱を受けることなく、また絶縁体層では十分な電界により加速されて電子を弾道化させることができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記半導体層の熱伝導率が、０．０５〜１００Ｗ／ｃｍ・Ｋの範囲であることを特徴とする。
【００３０】
請求項９に記載の発明によれば、前述のように半導体層の熱伝導率を設定した状態で、一対の電極に電圧を印加して電子を放出させた場合には、十分な熱放射が行われ、電界放出型電子源の温度が上昇するのを抑制することができる。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記半導体層が、酸化亜鉛で構成されていることを特徴とする。
【００３２】
請求項１０に記載の発明によれば、半導体層に酸化亜鉛を使用すると、より低温で結晶化されるとともに、各種の支持基板上において、ｃ軸方向への配向性を高くさせ、電解放出型電子源の電子放出能力を向上させることができる。また、このような電子放出能力のよい電界放出型電子源をさらに安定して製造することができる。
【００３３】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記絶縁体層の主成分が、絶縁性の酸化物、窒化物及び酸窒化物から選択される少なくとも１種であることを特徴とする。
【００３４】
請求項１１に記載の発明によれば、特に絶縁体層の主成分に前述の化合物を用いることで、絶縁体層の耐久性を向上させることができる。
【００３５】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のＸ線画像撮影システムにおいて、
前記絶縁体層の主成分が、酸化珪素、窒化珪素及び酸窒化珪素から選択される少なくとも１種であることを特徴とする。
【００３６】
請求１２に記載の発明によれば、特に絶縁体層の主成分に前述の化合物を用いることで、絶縁体層を形成する際に、従来の半導体製造プロセスを利用することができ、電界放出型電子源を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００３７】
請求項１に記載の発明によれば、電界放出型電子源を備えているので、熱電子放出型電子源のようにフィラメント用の電源を配設させる必要もなく、装置全体が大型化するのを防止することができ、Ｘ線源の小型化を図ることができる。したがって、Ｘ線画像撮影システムに用いられる装置全体の小型化が可能である。また、電界放出型電子源から出射された電子は、その電子出射方向に備えられた陽極を透過するので、陽極−陰極間に電界を印加する必要が無く、Ｘ線源をより小型化させることが可能である。
また、電界放出型電子源は、シリコン膜を積層させる場合に比べて結晶化する温度を低くすることが可能であり、製造が容易である。
また、半導体層と絶縁体層とを交互に積層させる際の支持基板の温度差を小さくすることが可能であり、半導体層と絶縁体層との界面の歪みの発生や界面の破壊を防止して、電子放出効率の低下を防止することができる。
また、半導体層に用いる金属酸化物は、結晶格子内にイオン性結合を有するため、共有結合のシリコンに比べてフレキシブルであり、曲面化させる場合などに有利である。
【００３８】
請求項２又は３に記載の発明によれば、所定の膜厚の陽極を備えるので、入射電子に対する出力Ｘ線の発生効率が高く、かつ出力Ｘ線の透過効率も高いので、高い強度のＸ線を出射することが可能である。また、陽極で二次電子が発生しても放出されるので、陽極と二次電子の衝突による陽極内での発熱が回避され、陽極の発熱を抑えることが可能である。
【００３９】
請求項４又は５に記載の発明によれば、所定の膜厚の陽極を備えるので、入射電子に対する出力Ｘ線の発生効率が高く、かつ出力Ｘ線の透過効率も高いので、高い強度のＸ線を出射することが可能である。また、陽極で二次電子が発生しても放出されるので、陽極の発熱を抑えることが可能である。また、陽極に電界を印加させて電極として機能させることもできる。さらに、電界放出型電子源に電界を印加する一対の電極のうち一方には陽極としての機能が備えられているので、より簡易な構成で、電子の放出と陽極に向けての電子の加速とを行わせることができる。
【００４０】
請求項６に記載の発明によれば、高エネルギーに電子を加速させて、電子を陽極に衝突させることにより、電界放出型電子源の電子放出効率を向上させることができ、Ｘ線源のＸ線出力効率を向上させることができる。また、高エネルギーのＸ線が得られる。
【００４１】
請求項７に記載の発明によれば、容易に鮮明な位相コントラスト画像を得ることが可能である。
【００４２】
請求項８に記載の発明によれば、Ｘ線源の電子放出効率を向上させることができる。
【００４３】
請求項９に記載の発明によれば、電界放出型電子源の耐久性を向上させることができるとともに、電界放出型電子源が発生する熱によりＸ線源を構成する他の部材への影響を防ぐことができ、Ｘ線源自体の耐久性を向上させることができる。
【００４４】
請求項１０に記載の発明によれば、Ｘ線源の電子放出効率を向上させることができる。
【００４５】
請求項１１に記載の発明によれば、Ｘ線源の耐久性を向上させることができる。
【００４６】
請求項１２に記載の発明によれば、電界放出型電子源を容易に製造でき、Ｘ線源を容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下に、本発明に係るＸ線画像撮影システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００４８】
［第一の実施形態］
図１に示すように、本発明の第一の実施形態におけるＸ線画像撮影装置１は、いわゆる一般撮影においてＸ線の屈折を利用するＸ線位相コントラスト画像を撮影するものであり、Ｘ線を所定の方向に放射させるＸ線源２が備えられている。Ｘ線の放射方向には、被写体Ｈを位置決めする被写体台３と、被写体Ｈを透過したＸ線に基づいてＸ線画像を検出するＸ線画像検出器４と、が順に配設されている。ここで、Ｘ線源２と被写体台３との距離をＲ１、被写体台３とＸ線画像検出器４との距離をＲ２とする。
【００４９】
まず、Ｘ線源２の構成について説明する。
【００５０】
図２に示すように、本実施形態のＸ線源２には、絶縁物あるいは一部に金属部分を有する絶縁物で構成されている真空外囲器５が備えられている。真空外囲器５の内部は真空度が高い状態に保たれており、その内部には、電界を印加することで電子を出射する電界放出型電子源６と、前記電子の入射によりＸ線を出射する陽極７と、が備えられている。また、真空外囲器５のＸ線の出射される方向には、Ｘ線が通過する開口部としてのＸ線出力窓８が設けられている。
【００５１】
ここで、Ｘ線出力窓８の大きさ、すなわち焦点サイズＤは１〜３００μｍであり、好ましくは１０〜２５０μｍ、さらに好ましくは５０〜２００μｍである。一般に、Ｘ線出力窓８の形状は正方形であり、その一辺の長さが焦点サイズＤとなる。Ｘ線出力窓８の形状が円である場合はその直径、長方形である場合はその短辺をさす。この焦点サイズＤの測定方法はピンホールカメラによる方法とマイクロテストチャートを用いる方法などがＪＩＳ  Ｚ  ４７０４に記載されている。通常、焦点サイズはＸ線メーカーの測定に基づく値が製品仕様で示されているが、この焦点サイズは「名目焦点サイズ」であり、この発明でいう焦点サイズＤとは異なるものである。この名目焦点サイズの大きさは±５０％程度の許容幅である。従って、ＪＩＳ  Ｚ  ４７０４記載の方法で測定した実効の焦点サイズＤを規定する。
【００５２】
図３に示すように、電界放出型電子源６には、平板状の支持基板６１が備えられている。支持基板６１の上面には、電界放出型電子源６に電圧Ｖｅを印加する電源の負極に接続された下面電極６２が備えられている。電圧Ｖｅは、通常１０〜１００Ｖである。下面電極６２の上面には、半導体層６３ａと絶縁体層６３ｂとが交互に繰り返されて所定の層数になるように積層されたドリフト層６３が形成されている。なお、ドリフト層６３の所定の層数とは、通常１０〜１００層である。ドリフト層６３の上面には、電源の正極に接続された平板状の表面電極６４が設けられている。
【００５３】
支持基板６１としては、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英、シリコンウェハ等の従来から電子デバイスに使用されている硬質の材料で構成されたものを用いることができ、またフレキシブルなプラスチックで構成されたものを用いることも可能である。また、前述のプラスチック材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）等を用いることができ、またこれらのプラスチック材料で構成された基板の特性を高めるために、その表面に公知の表面コートや表面処理を行ったものを用いることが好ましい。
【００５４】
下面電極６２の材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の低抵抗の金属を用いることが好ましく、また支持基板６１にシリコンウェハを用いる場合には、シリコンに高濃度のドーピング処理を行って低抵抗化したものを用いることもできる。さらに支持基板６１に光学的に透明な材料を用い、支持基板６１側においても光学的な特性を持つようにする場合には、下面電極６２の材料として錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）やＳｎＯ２等の透明電極材料や、ポリスチレンスルホン酸ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）のような導電性高分子材料を用いることができる。なお、下面電極６２の厚みについては特に制限はなく、透明性を要求しない場合には、電極抵抗や膜強度や加工性を考慮して適宜設定することができ、また透明性が必要とされる場合には、前述の他に光透過率を考慮して適宜設定することができる。
【００５５】
また、下面電極６２を支持基板６１の上に形成するにあたっては、真空蒸着法やスパッタリング法等の物理的気相成長法の他に、スピンコート法やロールコート法等の塗布法を用いることができる。
【００５６】
表面電極６４の材料としては、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ、Ｉｒ等の金属が有効であるが、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ等を用いることも可能であり、またこれらの合金であってもよい。さらに、導電性を示すものであれば、前述の金属材料の酸化物、例えば、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ等の透明性の高い導電性材料や、これらの複合酸化物や、ポリスチレンスルホン酸ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）のような導電性高分子材料を用いることもできる。そして、下面電極６２及び表面電極６４に光学的に透明な材料を用いると、光透過率の高い電界放出型電子源が得られるようになる。
【００５７】
表面電極６４から電子を効率よく放出させるためには、表面電極６４の材料として仕事関数が小さいものを用いることが好ましく、またその厚みは薄いほどよく、安定性の面からＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ若しくはこれら金属の合金などが挙げられる。また、表面電極６４の厚みは薄いほど電子の発生効率が高く、その厚みを１〜５０ｎｍの範囲にすることが好ましい。
【００５８】
また、表面電極６４をドリフト層６３の上面に形成するにあたっては、従来から用いられている薄膜形成方法を用いることができるが、ドリフト層６３にダメージを与えないようにして形成することが好ましく、ダメージの少ないスパッタリング法である対向ターゲット式のスパッタ法や、スプレーコーティング法、プラズマＣＶＤ法を用いることができる。
【００５９】
半導体層６３ａの材料としては、酸化物半導体である酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化チタンＴｉＯ２、酸化インジウムＩｎ２Ｏ３、酸化錫ＳｎＯ２、酸化カドミウムＣｄＯ、酸化タングステンＷ２Ｏ５、酸化ニオブＮｂ２Ｏ５、酸化ニッケルＮｉＯ、チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ３等を用いることができ、特に室温付近で容易にｃ軸配向結晶が得られると共に、大気圧下でのプラズマ処理によって欠陥の少ない良質な薄膜が形成される酸化亜鉛ＺｎＯを用いることが好ましい。
【００６０】
半導体層６３ａの厚みについては、その厚みが厚くなりすぎると、半導体層６３ａに注入された電子が半導体層６３ａ内において衝突して散乱し、電子放出効率が低下する一方、その厚みが薄くなりすぎると、欠陥がないようにして均一な膜厚の半導体層６３ａを形成することが困難になるため、半導体層６３ａの厚みを、半導体層６３ａ内における電子の平均自由工程の１／１０００〜５／４の範囲にすることが好ましい。
【００６１】
絶縁体層６３ｂの材料としては、種々の絶縁物を用いることができ、特に比誘電率の低い無機の酸化物や窒化物や酸窒化物を用いることが好ましい。ここで、前述の酸化物としては、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化バナジウム等を用いることができる。特に、低誘電率であり、一般に広く用いられている半導体製造技術で製造できる酸化珪素、フッ素化酸化シリコン、カーボン含有酸化シリコンＳｉＯＣを用いることが好ましく、また同様の理由で、窒化物として窒化珪素を、酸窒化物としては酸窒化シリコンを用いることが好ましい。
【００６２】
絶縁体層６３ｂの厚みについては、半導体層６３ａを通過した電子がトンネリングできる程度に薄く設定するようにし、一般的に０．５〜１０ｎｍの範囲内になるようにする。
【００６３】
ドリフト層６３を形成するにあたっては、大気圧若しくは大気圧近傍の圧力下において放電を開始し、プラズマ中に導入された反応性ガスを励起（解離、再結合若しくはイオン化）させた後、これを基板上において化学反応させて成膜させるようにする。なお、大気圧若しくはその近傍の圧力とは２０〜１１０ｋＰａ程度であり、好ましくは９３〜１０４ｋＰａ程度である。
【００６４】
電界放出型電子源６の上面側には、入射した電子に応じてＸ線を出射する陽極７が備えられている。ここで、電界放出型電子源６と陽極７は、図４に示すように接触した状態で配置されても良く、図３に示すように間隙を設けて配置させても良い。
【００６５】
本実施形態における陽極７は、電子の入射によりＸ線を発生させるターゲット層７１である。ターゲット層７１は、主成分として、例えば、モリブデン、ロジウム、タングステン、銀、銅等の金属元素の中から適宜選択して形成されており、必要に応じてこれら金属元素に他の金属元素が含有されている。中でも、モリブデン、ロジウム、タングステンが好ましく、一般撮影という観点からタングステンがより好ましい。ターゲット層７１は、これらの金属元素が混在してなる層として形成されているが、各金属元素からなる層が積層してなる層として形成されていてもよい。また、ターゲット層７１の膜厚は、Ｘ線の出力効率や透過効率の観点から０．１〜１００μｍが好ましく、１〜１０μｍがより好ましい。
【００６６】
次に、Ｘ線源２によるＸ線放射について説明する。
【００６７】
まず、真空外囲器５の内部を真空度が高い状態にし、電源により電圧Ｖｅを印加させる。すると、下面電極６２からドリフト層６３に電子が注入され、下面電極６２と表面電極６４との間に作用する電圧Ｖｅにより当該電子がドリフトされる。当該電子が表面電極６４に到達すると、表面電極６４の上面に備えられた陽極７に入射される。
【００６８】
ここで、発生した電子はドリフト層６３において電圧Ｖｅを印加され、表面電極６４に向けて加速される。本実施形態においては、表面電極６４のすぐ上方に陽極７が設けられているので、電界放出型電子源６で発生された電子は電圧Ｖｅにより加速され、その勢いで陽極７のターゲット層７１に衝突する。電子がターゲット層７１の金属に衝突するとＸ線が発生し、発生したＸ線は陽極７を透過して上方に向けて放射される。放射されたＸ線は真空外囲器５のＸ線出力窓８を通過して、外部に向けて出射される。
【００６９】
このようにターゲット層７１は通常の陽極より薄い所定の膜厚で形成されており、かつ電界放出型電子源６の上面側に備えられているので、ターゲット層７１で発生したＸ線は陽極７を透過して上方に向けて放射される。従って、図４に示すように電界放出型電子源６と陽極７を接触した状態で配置させた場合、電界放出型電子源６で発生した電子が効率良く陽極７であるターゲット層７１に入射するので、Ｘ線の出力効率を向上させることができる。
【００７０】
ここで、本実施形態においては、電界放出型電子源６と陽極７の間には電界を印加させずに、電界放出型電子源６で発生した電子はドリフト層６３で加速され、その勢いで陽極７に衝突させるものとするが、図５に示すように電界放出型電子源６と陽極７の間に電界を印加させることとしてもよい。電界放出型電子源６と陽極７に電圧Ｖｃを印加する電源を接続させ、電界放出型電子源６と陽極７の間に電界を印加させることにより、電界放出型電子源６で発生した電子にエネルギーが付与され、陽極７に衝突することにより高エネルギーのＸ線が容易に放射される。
このように、電界放出型電子源６と陽極７との間に電界を印加させることにより、Ｘ線源２は高エネルギーのＸ線を容易に放射するので、人体撮影などに必要な高エネルギーのＸ線放射が可能である。従来のＸ線源では、高エネルギーのＸ線を放射させるためには多量の電子を高速で陽極に衝突させる必要があったため、陽極の発熱による弊害が発生したり装置が複雑化していたが、本実施形態のＸ線源２によれば、このような弊害を引き起こすことなく高エネルギーのＸ線を放射することができる。
【００７１】
また、本実施形態においては、表面電極６４の上面側に陽極７を備えることとしたが、図６に示すように、表面電極６４を備えずに陽極７をドリフト層６３の上面に備えることとしても良い。その場合、陽極７に電圧Ｖｅを印加する電源の正極が接続され、当該電源の負極は下面電極６２に接続される。そして、陽極７と下面電極６２の間に挟まれたドリフト層６３に電圧Ｖｅが印加されると、ドリフト層６３から陽極７に向けて電子が加速して出射される。従って、図６に示すように電圧Ｖｅを印加することにより、ドリフト層６３での電子の発生と、ドリフト層６３から陽極７に向けての電子の加速と、を行わせることができる。このように電圧Ｖｅの電極として機能させるためには、陽極７の膜厚は、Ｘ線の出力効率や透過効率の観点から１ｎｍ〜１μｍが好ましく、１０〜１００ｎｍがより好ましい。
【００７２】
次に、Ｘ線画像検出器４について説明する。
【００７３】
Ｘ線画像検出器４は、入射したＸ線の強度に応じてＸ線画像の画像信号を出力する。このＸ線画像検出器４には、いわゆるアナログＸ線画像撮影システムであるスクリーン・フィルム（ＳＦ）システムや、コンピューテッド・ラジオグラフィ（ＣＲ）やフラットパネルＸ線ディテクタ（ＦＰＤ）などのいわゆるデジタルＸ線画像撮影システムを用いることができる。
【００７４】
デジタルＸ線画像撮影システムには、ＣＲやＦＰＤが用いられる。この特徴は、画像情報をデジタル化した電気信号に変換するために、画像処理が容易に行えることである。またアナログＸ線画像撮影システムでは、Ｘ線画像検出とＸ線画像表示が同一のハロゲン化銀フィルムで行うために、画像検出機能を設計するとき、Ｘ線画像表示の機能からの制限が生ずるので、その能力を１００％発揮できない。しかし、デジタルＸ線画像撮影システムでは、Ｘ線画像検出器４と画像表示が機能的に切り離されているために、Ｘ線画像検出器４として十分に能力を引き出すことができる。たとえば、ＣＲ及びＦＰＤともに、画像検出のダイナミックレンジがＳＦシステムよりも広く４桁程度ある。
【００７５】
ここで、デジタルＸ線画像撮影システムにおける画像処理について説明する。
デジタルＸ線画像撮影システムを位相コントラスト画像撮影に使用するとき、得られた画像信号を処理して見やすい画像を形成することは、本発明において重要である。
【００７６】
位相コントラスト画像撮影は１．２〜３倍拡大で撮影することが効果が大きく好ましい条件であることから、従来の密着画像サイズに戻すことで、過去画像と違和感なく診断することができる。また、画像を縮小するとき、イメージャなどの出力器の最小画素サイズあるいは標準画素サイズにあわせることは好ましい。あるいは最小画素サイズの整数倍の画素サイズに縮小することは好ましい。この出力画素サイズの整数倍画素サイズに縮小するときに、従来の密着画像サイズに等しいあるいは近いサイズの拡大率で位相コントラスト撮影を行うことは好ましい。
【００７７】
得られた画像信号を用いて出力画像を形成するとき、画像信号に対して直線的な画像濃度で出力画像を形成することは基本的なことである。従来のＳＦシステムにならってＳ字曲線に変換して画像出力画像を描出することができる。また、信号値が大きい部分や小さい部分を、とくに選んで緩やかなコントラストで画像出力画像を形成することも可能である。また一定以下の画像信号領域以上について、画像出力器あるいは画像出力フィルムの最大画像濃度で出力することは好ましい。従来のＳＦシステム画像では濃度１付近で最大画像濃度コントラストで描写する。デジタル画像コントラストは１〜３が好ましいが、とくに乳房画像の場合、２．５〜５迄の範囲で描写することは好ましい。また、画像領域範囲での画像信号を出力画像の最低濃度と最高濃度領域に７０〜１００％の範囲内に入るように出力することは好ましい。
【００７８】
位相コントラスト画像では、被写体Ｈの辺縁が強調される。さらにいわゆるボケマスク処理により、さらに辺縁部を強調処理することは好ましい。この辺縁部の画像強調を行なうとき、画像信号強度変化が大きいものほど強調を強め、画像信号強度変化の少ないものほど強調を少なくすることで、画像ノイズの上昇を抑えることができる。また、得られた画像信号を空間周波数に分解し、診断部位ごとに適した画像にするために、その空間周波数によって強調処理を行なうことは好ましい。
【００７９】
得られた位相コントラスト画像を過去の撮影画像と重ねて病状変化を強調する、いわゆる経時差分処理や、予め病変情報をコンピュータに入力しておき、得られた画像情報と比較して病変の可能性を画像上に表示する、いわゆるＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＡｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）を使用することは好ましい。
【００８０】
位相コントラストＸ線画像出力については、デジタルＸ線画像撮影システムではアナログＸ線画像撮影システムと異なり、Ｘ線画像検出器とＸ線画像表示装置とが分離しており、容易に様々な方式で画像を表示することが可能である。すなわち、従来のようなＳＦシステムに類似した画像として表示する透明画像のハードコピー、参照用などに主に用いられる反射型ハードコピー、また陰極管（ＣＲＴ）や液晶などのようないわゆるソフトコピーなどに出力される。これらの画像の表示の濃度深さは８ビット以上さらに１０ビット以上がこのましい。また画像の最高濃度は２．５〜５が好ましい。とくに乳房画像を表示するときは、画像濃度を３以上、さらに３．８以上であることが好ましい。
【００８１】
次に、Ｘ線画像撮影システムについて説明する。
【００８２】
図１に示すように、Ｘ線画像撮影装置１は、Ｘ線源２とＸ線画像検出器４との間に、被写体Ｈを位置決めする被写体台３を配置する。また、Ｘ線源２とＸ線画像検出器４との間には、Ｘ線源２とＸ線画像検出器４との距離が刻印された距離刻印レール１２が設置されている。Ｘ線源２の設置台としては、被写体台３との距離Ｒ１を測定する赤外光位置検出器９と、距離刻印レール１２上でＸ線源２又はＸ縁画像検出器４の少なくとも一方を移動させる駆動源となる駆動モータ１０と、が備えられている。Ｘ線源２及びＸ線画像検出器４には、操作装置１１が接続されている。操作装置１１には、画像表示モニタ１１ａ、キーボード１１ｂ、コントロール装置１１ｃ及びＸ線源コントロール装置１１ｄが備えられ、検出されたＸ線画像がイメージャ１３に出力されるようになっている。
【００８３】
本実施形態は患者が立位で撮影する場合であるが、寝た状態、すなわち臥位での撮影の場合は、Ｘ線源２と被写体台３そしてＸ線画像検出器４は上下方向に設置され、Ｘ線源２が上方または下方に配置されるようになっている。また、Ｘ線源２、被写体台３そしてＸ線画像検出器４を、一つの装置に組み込んで固定して配置することも可能である。一方、別個に配置される場合、Ｘ線画像検出器４は５０ｃｍ以上の辺長のものを使用することができ、このような大型の場合、振動などを防ぐために、Ｘ線画像検出器４を支える支柱の本数は複数であることが好ましい。位相コントラスト撮影では被写体台３に固定される被写体ＨとＸ線画像検出器４との間の距離Ｒ２を０．２５ｍ以上とすることから、従来密着撮影で使用していたＸ線グリッドが不要であり、装置の簡略化が可能である。
【００８４】
Ｘ線位相コントラスト画像撮影では、被写体ＨとＸ線画像検出器４との間に距離Ｒ２を置くので、Ｘ線照射経路に不必要なものが侵入しないように治具を設けることが好ましい。また、Ｘ線源２、被写体台３、Ｘ線画像検出器４のそれぞれの距離を自動的に測定することは好ましい。その距離データにもとづき、拡大率を算出し、さらにＸ線画像撮影条件の決定に使用することは好ましい。Ｘ線画像検出器４や被写体台３に、Ｘ線強度を測定する端末を設置し、その値にもとづいて撮影条件を決定することができる。また、Ｘ線位相コントラスト画像撮影と従来の密着撮影を区別するために、Ｘ線位相コントラスト画像撮影をおこなう距離関係であるとき、撮影条件を密着撮影に設定するとＸ線が発射しないなどの装置をＸ線源２に装備することは好ましい。
【００８５】
アナログＸ線画像撮影システムで撮影されるときは、銀塩フィルムとＸ線スクリーンを装着したカセッテをＸ線画像検出器４として使用する。Ｘ線画像の撮影後に、カセッテから銀塩フィルムを取り出し、自動現像機などで現像処理が行なわれる。得られた処理済のフィルムには画像が描かれ、蛍光灯などを装備したライトボックス（シャウカステン）上で画像が観察される。画像の観察後は、そのまま所定の場所に一定期間は保管され、適宜必要に応じて取り出して観察される場合もある。また、フィルムデジタイザで画像情報をデジタル化して、画像処理して画像を別途表示することも可能で、その場合デジタル情報として画像情報が保存される。
【００８６】
デジタルＸ線画像撮影システムで撮影されるときは、ＣＲの場合は輝尽性蛍光体プレートをいれたカセッテをＸ線画像検出器４として使用する場合と、輝尽性プレート読取装置一体型のＣＲ装置をＸ線画像検出器４として使用する場合がある。カセッテを使用するときは、撮影後にカセッテを画像読取装置にセットすることで、Ｘ線画像が読み取られる。ＦＰＤを使用するときは、Ｘ線源２と被写体台３とＸ線画像検出器４としてのＦＰＤとを一体化させる場合と、それぞれ独立して配置する場合がある。このときＦＰＤは、自動Ｘ線露出装置として使用することができる。
【００８７】
図７に示すように、Ｘ線画像撮影装置１のデジタルＸ線画像検出器で得られたＸ線画像情報は、画像処理が施され、必要によってはＣＡＤ処理され、そして画像プリント出力、画像表示、画像信号保存等のソフトコピーあるいはハードコピーに出力されて画像診断に供せられる。画像情報は病院施設内の局所的ネットワークや他の医療施設や研究施設とネットワーク回線、あるいはインターネット回線を通じて送付することができ、送付された遠隔地で画像診断することが可能である。このような画像情報をデジタル画像情報として送るときはＤＩＣＯＭ規格などのプロトコルに準拠することが好ましい。
【００８８】
デジタル画像情報をソフトコピーもしくはハードコピーで表示するとき、患者データや既往症など診断に必要な医学情報、距離Ｒ１，Ｒ２、拡大率、使用するＸ線画像検出器４の種類や名前などの撮影条件、そして投薬や住所、名前などの医用事務に必要な情報とともに出力することは好ましい。また、Ｘ線位相コントラスト画像のみでなく、過去のＸ線画像や密着撮影画像、またＸ線ＣＴ画像、ＭＲＩ画像、内視鏡画像、眼底写真画像など、あらゆる医用画像と並べて出力することは好ましい。とくにソフトコピーで表示されるときは、複数の画面を使用して、診断に必要なあらゆる画像情報等を表示することは好ましい。診断が終了した後は、それをハードコピーとして出力して保存したり、また必要な部署にハードコピーを提供することができる。また、電気信号として光磁気記録材料などに画像信号を保管し、適宜必要なときに読み出したい画像を再生することができる。
【００８９】
次に、本実施形態のＸ線画像撮影システムによるＸ線画像の撮影方法について説明する。
【００９０】
まず、被写体Ｈが被写体台３に固定されると、赤外光位置検出器９によりＸ線源２と被写体台３の距離Ｒ１が検出されて表示される。また、距離Ｒ１の検出結果と距離刻印レール１２とから被写体台３とＸ線画像検出器４との距離Ｒ２が確認される。ユーザは距離Ｒ１，Ｒ２を確認しながら所定の範囲内になるように、Ｘ線源２、被写体台３及びＸ線画像検出器４の位置を調整する。それぞれを配置させると、Ｘ線源２から所定方向にＸ線を照射させる。照射されたＸ線は被写体Ｈを透過して、Ｘ線画像検出器４に到達する。そして、Ｘ線画像検出器４に到達したＸ線の強度に応じて得られた画像信号が操作装置１１に出力され、操作装置１１を介した指示に基づいて画像処理を施してＸ線画像が得られ、イメージャ１３に出力される。
【００９１】
次に、Ｘ線画像の撮影条件について説明する。
【００９２】
本発明は位相コントラストを利用してＸ線画像を向上させるものである。具体的には、焦点サイズＤが１〜３００μｍのＸ線源２を用いて、Ｘ線源２から被写体台３までの距離Ｒ１が０．２５〜３ｍ、被写体台３からＸ線画像検出器４までの距離Ｒ２が０．２５〜３ｍ、であるＸ線撮影条件及びそれを実現するＸ線画像撮影システムである。
【００９３】
この発明による位相コントラスト画像を撮影する条件、あるいはエッジコントラストが得られやすい条件を以下に記載する。
Ｘ線源２の焦点サイズＤは１〜３００μｍであり、焦点サイズＤは小さいほどエッジ効果が大きく、また、焦点サイズによる幾何学的不鋭による画像のボケを小さく抑えることができるので、鮮明な位相コントラストが得られやすいという利点がある。その半面、焦点サイズＤが小さすぎると得られるエッジ幅が狭くなり、特にデジタル検出器において検出しづらくなるため、１０〜２５０μｍ、さらに５０〜２００μｍが好ましい。被写体Ｈの厚さや撮影部位に応じて、位相コントラストの発現を考慮して電圧Ｖｅが設定される。モリブデンを主成分とするターゲット層７１を用いると、特性Ｘ線が強く制動放射成分が少ないほど位相コントラストが得やすい。また、距離Ｒ１，Ｒ２それぞれがともに大きいほど位相コントラストが得やすく、拡大率は（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１で表せられる。ここで、距離Ｒ１，Ｒ２はともに０．２５〜１．５ｍが好ましく、距離（Ｒ１＋Ｒ２）は０．５〜３ｍが好ましい。この拡大率と被写体Ｈの厚さや部位により、撮影条件が設定される。なお、ここで開示する位相コントラストが得やすい条件は全て、幾何光学によるＸ線の屈折理論によって説明可能である。
【００９４】
以上のように、本実施形態のＸ線画像撮影システムによれば、Ｘ線源２は、前述のような電子放出能力及び耐久性が高い電界放出型電子源６を備えているので、高出力で耐久性に優れたＸ線源を得ることができる。これにより、医療現場などにおいては、短時間の撮影が可能となり、被照射物が動くことで生じる画像のボケの発生を防いで、診断性能を向上させることができる。また、画像のボケによる再撮影をなくすことができるので、患者への不要な被曝を確実に防ぐことができる。
【００９５】
また、Ｘ線源２は、電界放出型電子源６を備えているので、熱電子放出型電子源のようにフィラメント用の電源を配設させる必要もなく、熱電子放出型電子源をＸ線源に用いた場合に比べ、Ｘ線源２が大型化するのを防止することができる。さらに、所定の膜厚のターゲット層７１を電界放出型電子源６の一面側に配置させるので、ターゲット層７１で発生したＸ線が陽極７を透過して放出されるので、陰極−陽極間に電圧を印加させる必要が無く、Ｘ線源２の小型化が可能である。またさらに、ターゲット層７１の膜厚を従来より薄く形成することにより、発生したＸ線を透過させることができるうえに、電子と金属との衝突により発生した二次電子をターゲット層７１の外部に放出させることにより、陽極７と二次電子の衝突による陽極内の発熱を抑えることができる。そのため、陽極７を冷却する必要が無く装置のＸ線源２の簡略化が可能である。そして、Ｘ線画像撮影システムに用いられるＸ線画像撮影装置の小型化を図ることができる。また、陽極７はその位置を固定されており、従来の回転陽極を備えるＸ線源のように陽極の回転機構を備える必要が無く、Ｘ線源２の小型化及び簡略化が可能である。
【００９６】
なお、本発明は、Ｘ線源２又はＸ線画像検出器４がその位置を変化させるいわゆるＣアームを用いるＸ線画像撮影システムやトモシンセシス・システムにも適応可能である。
【００９７】
図８に示すように、Ｃアームを用いるＸ線画像撮影装置１５には、被写体台３と、被写体台３を中心位置としながら回動自在なＣアーム１６と、Ｃアーム１６の一端に取付けられたＸ線源２と、Ｃアーム１６の他端に取付けられたＸ線画像検出器４と、が備えられている。Ｃアーム１６は被写体台３を中心位置としながら回転自在であるので、Ｘ線源２と被写体台３との距離Ｒ１及び被写体台３とＸ線画像検出器４との距離Ｒ２は一定のまま、Ｘ線の被写体Ｈへの照射角度を自由に調節できるようになっている。
【００９８】
図９に示すように、トモシンセシス・システムにおいて用いられるＸ線画像撮影装置１７には、Ｘ線源２と、Ｘ線照射方向に配設された被写体台３及びＸ線画像検出器４とが備えられている。Ｘ線源２は所定の方向（図中矢印方向）に移動自在であり、Ｘ線源２を移動させて様々な方向から被写体Ｈに対してＸ線を照射するので、Ｘ線画像検出器４により複数のＸ線画像情報が検出されるようになっている。そして、得られた複数のＸ線画像情報から被写体内部の三次元画像を撮影するようになっている。
【００９９】
このようなＣアームを用いるＸ線画像撮影システムやトモシンセシス・システムにおいて、良好な断層画像又は三次元画像のＸ線位相コントラスト画像を得るには、Ｘ線源２の焦点サイズＤが１〜３００μｍ、Ｘ線源２から被写体台３までの距離Ｒ１が０．２５〜３ｍ、被写体台３からＸ線画像検出器４までの距離Ｒ２が０．２５〜３ｍであるのが好ましい。
【０１００】
さらに、距離Ｒ１は長い方が位相コントラスト効果が大きくなり画像が鮮明になるため好ましいが、長すぎると装置自体が大型化してしまうため、０．５ｍ≦Ｒ１≦１ｍとなるのが好ましい。距離Ｒ２は長い方が被写体を透過することにより屈折したＸ線の位相コントラスト効果を大きくすることができ好ましいが、距離Ｒ１と同様に長すぎると装置が大型化してしまうため、０．５ｍ≦Ｒ２≦１ｍとなるのが好ましい。焦点サイズＤは大きいほどＸ線出力が大きくなる（単位時間あたりの照射Ｘ線量が多くなる）が、大きすぎると幾何学的不鋭により画像がボケてしまうため、５０μｍ≦Ｄ≦２００μｍ、さらには７０μｍ≦Ｄ≦１２０μｍが好ましい。
【０１０１】
［第二の実施形態］
本実施形態のＸ線画像撮影システムは、乳房画像撮影を行うものである。本実施形態の乳房画像撮影装置１８には、Ｘ線源２、被写体台３及びＸ線画像検出器４が上下方向に沿って配置されており、患者の撮影部位としての被写体Ｈに向けて上方からＸ線を照射してＸ線画像を撮影するようになっている点が第一の実施形態と異なっている。
【０１０２】
図１０に示すように、乳房画像撮影装置１８には、下方に向けてＸ線を照射するＸ線源２と、入射するＸ線に基づいてＸ線画像を検出するＸ線画像検出器４と、が上下方向に沿って配置されている。ここで、本実施形態のＸ線源２及びＸ線画像検出器４は、第一の実施形態と同様のものである。Ｘ線源２とＸ線画像検出器４との間には、被写体Ｈを位置決めする被写体台３が備えられている。被写体台３の上方には、被写体Ｈを上部から圧迫して固定するための圧迫板１９が昇降自在に配設されている。
【０１０３】
本実施形態におけるＸ線源２においては、陽極７のターゲット層７１の主成分としてモリブデン、ロジウム、タングステンが好ましく、乳房画像撮影という観点からモリブデンまたはロジウムがより好ましい。
【０１０４】
ここで、Ｘ線源２と被写体台３との距離をＲ１、被写体台３とＸ線画像検出器４との距離をＲ２、Ｘ線源２とＸ線画像検出器４との距離をＲ３とする。被写体Ｈを透過するときに生じるＸ線の位相のずれによって、被写体Ｈの境界部分のコントラストが高いＸ線位相コントラスト画像を得るためには、Ｘ線源２とＸ線画像検出器４との距離Ｒ３が０．７５ｍ以上であり、被写体台３とＸ線画像検出器４との距離Ｒ２が０．２５ｍ以上であることが好ましい。
【０１０５】
なお、距離Ｒ２が大きい方が位相コントラストによるエッジ効果が大きくなるが、距離Ｒ２が距離Ｒ１に対してあまりに大きいと半影のボケの影響で鮮鋭性が低下する。したがって、距離Ｒ２及び距離Ｒ１がともに大きいことが画質向上の面から望まれる。一方、これらの距離を大きくしすぎると、乳房画像撮影装置１８全体が大きくなるため、撮影室の大きさや乳房画像撮影装置１８の取扱いの便宜上問題となる。
【０１０６】
以上の観点から、乳房画像撮影においてＸ線位相コントラスト画像を得る上では、Ｘ線源２とＸ線画像検出器４との距離Ｒ３が０．８５ｍ以上とすることが好ましい。一方、装置の取扱いの便宜上からは、Ｘ線源２とＸ線画像検出器４との距離Ｒ３が２ｍ以下とすることが好ましい。このとき、被写体台３は、Ｘ線源２との距離Ｒ１が０．５〜１ｍとなり、Ｘ線画像検出器４との距離Ｒ２が０．２５〜１ｍとなるように設けることが、良好な画質を得る上で好ましい。なお、Ｘ線源２とＸ線画像検出器４との距離Ｒ３を０．９〜１．６５ｍとなるようにし、Ｘ線源２と被写体台３との距離Ｒ１が０．６〜０．７５ｍであり、被写体台３とＸ線画像検出器４との距離Ｒ２が０．３〜０．９ｍであることがより好ましい。
【０１０７】
また、位相コントラストを半影のボケをしのいで実現して高鮮鋭な画像を得るために距離Ｒ１、距離Ｒ２又は放射線物理特性などから、Ｘ線源２の焦点サイズＤの上限が決まってしまう。他方で、一定以上の放射線量を得るためには、ある程度の焦点サイズＤが必要であることからその下限値が決まる。このため、通常の医療施設でＸ線位相コントラスト画像撮影を行うためには、焦点サイズＤは１〜３００μｍであることが必要であり、好ましくは１０〜２５０μｍ、さらに好ましくは５０〜２００μｍである。
【０１０８】
次に、本実施形態における乳房撮影の方法について説明する。
まず、被写体台３に被写体Ｈが載せられると、圧迫板１９が下がって被写体Ｈを圧迫する。その後、Ｘ線が照射されて第一の実施形態と同様にＸ線画像が撮影される。本実施形態においては、Ｘ線源２、被写体台３及びＸ線画像検出器４が上下方向に沿って配置されているので、Ｘ線源２から下方に向けて照射されたＸ線は、被写体Ｈを透過してＸ線画像検出器４に到達し、その強度に応じた画像が検出されるようになっている。
【０１０９】
以上のように、本実施形態の乳房画像撮影装置１８によれば、第一の実施形態と同様に、高出力で耐久性に優れたＸ線源２を得ることができる。また、電界放出型電子源を陰極としてＸ線源２に用いることにより、Ｘ線源２の小型化及び耐久性の向上が可能であり、Ｘ線画像撮影システムに用いられる乳房画像撮影装置１８の小型化を図ることができる。
【０１１０】
なお、本実施形態における乳房画像撮影装置１８は、Ｘ線源２及びＸ線画像検出器４の位置が固定されているが、乳房撮影においても第一の実施形態のようにＣアームを用いるシステムやトモシンセシス・システムの利用が可能であり、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】第一の実施形態におけるＸ線画像撮影装置の側面図である。
【図２】本発明に係るＸ線源２の断面図である。
【図３】本発明に係る電界放出型電子源の断面図である。
【図４】電界放出型電子源の他の一例を示す概略構成図である。
【図５】電界放出型電子源の他の一例を示す概略構成図である。
【図６】電界放出型電子源の他の一例を示す概略構成図である。
【図７】本発明に係るデジタルＸ線画像情報の出力を示すブロック図である。
【図８】Ｃアームを用いるＸ線画像撮影装置の上面図である。
【図９】トモシンセシス・システムにおいて用いられるＸ線画像撮影装置の正面図である。
【図１０】第二の実施形態における乳房画像撮影装置の側面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１，１５，１７Ｘ線画像撮影装置
２     Ｘ線源
３     被写体台
４     Ｘ線画像検出器
５     真空外囲器
６     電界放出型電子源
７     陽極
８     Ｘ線出力窓
１８   乳房画像撮影装置
６１   支持基板
６２   下面電極
６３   ドリフト層
６３ａ 半導体層
６３ｂ 絶縁体層
６４   表面電極
７１   ターゲット層
Ｈ     被写体
【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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